Работоспособность в условиях пониженной окружающей температуры

При снижении температуры окружающей среды происходит увеличение разницы между внешней температурой и температурой тела. Вследствие этого увеличиваются потери тепла организмом через теплоотдачу проведени­ем, конвекцией и радиацией. Для борьбы с потерями тепла служат механиз­мы, активируемые гипоталамическим центром терморегуляции: сужение кожных сосудов и увеличение теплопродукции. Поскольку эти механизмы могут не обеспечить достаточную теплоизоляцию, мы используем также теп­лую одежду и запасы подкожного жира, который имеет низкую теплопровод­ность и поэтому является хорошим теплоизолятором. Теплопотери зависят также от отношения поверхности тела к его массе. Чем крупнее человек, тем меньше это отношение и легче бороться с гипотермией. Соответственно у маленьких детей это отношение большое и им труднее поддерживать посто­янную температуру тела в условиях пониженной внешней температуры. У женщин и мужчин примерно одинакового веса, состава тела и уровня физи­ческой подготовленности толерантность к пониженной температуре почти одинакова.

Сужение периферических сосудов, вызываемое симпатической нерв­ной системой, способствует ограничению переноса тепла из глубоких слоев тела к поверхности. Кроме того, сужение сосудов способствует увеличению теплоизоляционных свойств оболочки. Сужение кожных сосудов особенно значительно в конечностях, прежде всего в пальцах рук и ног, где кровоток может уменьшиться в 100 и более раз. Сосуды головы значительно менее подвержены сужению на холоде. В результате сужения периферических сосудов ядро тела предохраняется от охлаждения, а температура кожи снижается. Происходит уменьшение градиента температур между кожей и окружаю­щей средой, уменьшается отдача тепла телом. Интенсивность метаболизма кожи при снижении ее температуры также уменьшается, поэтому уменьшает­ся потребность в кислороде. В результате снижения кожной температуры, особенно температуры пальцев рук и ног, ушных раковин, возникает воз­можность обморожения. Первые признаки обморожения - резкое побледне-ние кожных покровов.

Увеличение теплопродукции в условиях низкой внешней температуры обеспечивается двумя механизмами: холодовой дрожью и произвольной активностью локомоторного аппарата. Холодовая дрожь может увеличить теплопродукцию в 4-5 раз. При снижении внешней температуры с комфортного уровня 29°С до 22°С у обнаженного человека, находящегося в покое, тепло в теле сохраняется за счет сужения периферических сосудов. При дальнейшем снижении внешней температуры наступает холодовая дрожь, вызывающая увеличение теплопродукции в организме. Чем ниже внешняя температура, тем больше мышечных групп вовлекается в холодовую дрожь и тем она ста­новится сильнее. Отдельный интерес представляет проблема теплопотерь в холодной воде. В воде основным способом теплоотдачи является проведение. Поскольку теплопроводность воды значительно (в 26 раз) выше, чем воздуха, интенсивность теплопотерь проведением в ней в 26 раз выше, чем в воздухе. С учетом других способов теплоотдачи (конвекции, радиации, потоиспарения) тело отдает тепло в воде в 4 раза быстрее, чем в воздухе. Если темпера­тура воды не ниже 32°С, температура ядра тела человека, находящегося в во­де без движения, остается постоянной. При снижении температуры воды ни­же 32°С теплопотери увеличиваются в такой степени, что не могут быть компенсированы теплопродукцией, и возникает гипотермия. Теплоизоляция в воде в значительной степени зависит от количества подкожного жира. Люди с избыточным весом значительно лучше переносят плавание в холодной воде, чем худые. Глубина гипотермии зависит от температуры воды и длительности пребывания в ней. При температуре воды 15°С ректальная температура человека уменьшается каждый час на 2,1°, при температуре воды 4°С - на 3,2°С. Отдача тепла увеличивается при движении человека относительно во­ды из-за увеличения конвекции. В этом смысле физические нагрузки в хо­лодной воде оказывают отрицательное влияние на систему поддержания тем­пературы тела. Однако повышение теплопродукции, сопровождающее дви­жение в воде, оказывается заметно выше, чем потери, связанные с конвекци­ей. При интенсивной мышечной деятельности (15 ккал/мин) удается поддер­живать постоянство ректальной температуры при температуре окружающей воды 17,5°С, при разнице между кожной температурой и температурой ядра около 17°С. Однако такого рода холодовых стрессов следует избегать. Опти­мальная температура воды для проведения соревнований - 24-28°С.

Во время выполнения мышечной работы небольшой интенсивности в условиях пониженной температуры потребление кислорода повышено по сравнению с работой в комфортных условиях за счет холодовой дрожи. При увеличении интенсивности работы зависимость потребления кислорода от температуры исчезает в связи с прекращением холодовой дрожи. Интенсив­ные физические нагрузки служат мощным фактором разогрева. Достаточно сравнить повышение интенсивности обмена при холодовой дрожи (в 2-5 раз) и при интенсивной мышечной деятельности (в 20-30 раз). Выполнение физических упражнений при пониженной, но не минусовой температуре в некото­рых отношениях предпочтительнее по сравнению с жаркими условиями, по­скольку улучшает условия теплоотдачи. В исключительно холодных условиях теплопотери могут превышать количество образуемого тепла и тогда раз­вивается состояние гипотермии. Выполнение физических нагрузок в условиях пониженной внешней температуры создает необычные условия для работы мышц. Значительное охлаждение мышц сопровождается снижением их со­кратительных и скоростных свойств. Как следствие этого для выполнения той же внешней работы нужно прикладывать больше усилий. Это приводит к быстрому развитию утомления и снижает интенсивность работы. Если усло­вия выполнения работы благоприятны, т.е. защита от внешней температуры одеждой и интенсивность метаболизма достаточны для поддержания температуры работающих мышц на уровне, близком к оптимальному, интенсив­ность работы не страдает. Однако при продолжении работы на фоне развивающегося утомления происходит снижение ее интенсивности и, следовательно, интенсивности метаболизма, уменьшаются образование тепла и, со­ответственно, температура работающих мышц. Снижение температуры мышц приводит к еще большему утомлению и дальнейшему снижению температу­ры мышц. Этот порочный круг возникает при очень низких температурах и ведет к значительному падению работоспособности. При работе в условиях низких температур возникают характерные изменения в обеспечении рабо­тающих мышц субстратами метаболизма. Наиболее характерным признаком аэробной работы является преимущественное использование в качестве суб­страта для окислительного метаболизма свободных жирных кислот, обра­зующихся в результате расщепления нейтрального жира в жировой ткани. Основные запасы жира в организме находятся в подкожной жировой клет­чатке. Активация гидролиза нейтральных жиров при работе обеспечивается увеличением уровня гормонов мозгового слоя надпочечников - адреналина и норадреналина (катехоламинов) в крови. При работе в холодных условиях уровень катехоламинов в крови повышается больше, чем при работе в опти­мальных условиях. Однако концентрация свободных жирных кислот при этом удерживается на довольно низком уровне. Причины этого явления, воз­можно, связаны с происходящим на холоде сужением кровеносных сосудов в коже и подкожном слое. Это ухудшает доступ катехоламинов к жировой тка­ни и, таким образом, замедляет процесс образования свободных жирных ки­слот и их поступление из жировой ткани в кровь. Метаболическим регулято­ром работы на холоде может оказаться уровень глюкозы в крови. Показано, что уменьшение уровня глюкозы в крови - гипогликемия - подавляет холо-довую дрожь и приводит к значительному снижению ректальной температу­ры. Почему это происходит - неясно. Следует отметить, что обычно уровень глюкозы при работе на холоде остается достаточно высоким.

Расстройства в функционировании организма, связанные с действием пониженной температуры. Длительное пребывание в условиях пони­женной температуры может сопровождаться опасными осложнениями - гипотермией и обморожениями. Показано, что для большинства людей нижний предел температуры ядра, совместимый с жизнью, составляет 23-25°С, одна­ко описаны случаи понижения температуры ядра до 18°С и ниже. Рекорд со­ставляет 9°С. При снижении температуры ядра ниже 34°С гипоталамический центр терморегуляции начинает «ошибаться», а при температуре 29°С полностью прекращает функционировать и организм оказывается неспособным поддерживать постоянную температуру тела. Интенсивность протекания метаболических реакций резко снижается: на 50% при снижении температуры на каждые 10°С. Пожалуй, наиболее серьезные изменения при понижении температуры тела происходят в деятельности сердца. Смертельные случаи при гипотермии связаны с остановкой сердца. Охлаждение оказывает тор­мозное влияние на функционирование водителя ритма сердца - сино-атриального узла. Происходит снижение ЧСС, которое наряду со снижением температуры тела приводит к резкому уменьшению сердечного выброса. Глубокая гипотермия - чрезвычайно опасное для жизни состояние, требую­щее лечения в стационаре. Обморожение - это состояние, возникающее при значительном снижении кожной температуры. Кожа при этом быстро охлаж­дается. В сочетании с уменьшением потребления кислорода и недостаточной интенсивностью метаболизма это может привести к развитию гангрены и от­миранию тканей. Прежде чем лечить обмороженные участки, их следует ра­зогреть.

Акклиматизация к холоду. Об акклиматизации к холоду известно не много. Происходит снижение потерь тепла и усиление основного метаболиз­ма, уменьшается сужение сосудов в коже, поэтому у акклиматизированных к холоду людей температура кожи выше. Повышение температуры кожи - это защитный механизм, позволяющий предотвратить холодовые повреждения кожных покровов и сохранить температуру лежащих глубже мышц в преде­лах, обеспечивающих координацию движений в условиях низкой температу­ры окружающей среды. В зависимости от характера воздействия холода на организм акклиматизация может проходить по-разному. Например, у австралийских аборигенов, ночующих на открытом воздухе при температуре окру­жающей среды около 0°С, происходит повышение порога холодовой дрожи, а у матросов, занятых разделкой рыбы в условиях низкой температуры, уменьшается снижение кровотока в коже.