Fot. sxc.huWysiłek fizyczny w niekorzystnych dla organizmu warunkach otoczenia stanowi szczególne wyzwanie. Utrzymywanie homeostazy(równowagi) oraz zdrowia organizmu jest bardzo trudne. Zawody sportowe odbywają się w różnych środowiskach, natomiast organizm musi być przygotowany na nie wszystkie i w danej chwili sprostać nowym/różnym warunkom.

Jednym z najczęstszych wyzwań w czasie wysiłku fizycznego jest gorący lub zimny klimat.
Warto zapoznać się z podstawowymi pojęciami z zakresu termoregulacji, aby zrozumieć reakcje organizmu w poszczególnych warunkach.

Równowaga cieplna
Procesy fizjologiczne i biochemiczne organizmu ludzkiego są bardzo wrażliwe na zmiany temperatury. Wzrost temperatury wewnętrznej ciała tylko o kilka stopni może prowadzić do śmierci, a więc organizm sam musi ściśle kontrolować temperaturę w celu utrzymania równowagi cieplnej.

Pozyskiwanie ciepła
Rozpatrując proces utrzymania równowagi cieplnej, oczywiste jest, że głównym sposobem pozyskiwania ciepła są wewnętrzne procesy metaboliczne. Ilość uzyskiwanego ciepła znacznie wzrasta podczas wysiłku fizycznego wraz ze wzrastającą intensywnością procesów metabolicznych.

Przewodzenie, konwekcja, promieniowanie
Przewodzenie, konwekcja, promieniowanie to różne sposoby zarówno utraty jak i pozyskiwania ciepła. Kierunek ciepła zależy od amplitudy temperatur między skórą a środowiskiem. Procesy te, razem pełnią główną rolę w oddawaniu ciepła w warunkach termicznie neutralnych.

Parowanie
Parowanie to sposób na oddawanie ciepła w procesie odparowania wody z powierzchni ciała, które prowadzi do schłodzenia.
Pocenie się to najistotniejszy sposób na oddawanie ciepła podczas wykonywania wysiłku fizycznego.

Kontrola równowagi cieplnej
Podczas reakcji na zimne lub gorące środowisko zewnętrzne zostaje uruchomione przez organizm wiele procesów, które kontroluje ośrodek termoregulacji znajdujący się w podwzgórzu(część mózgu). Obszar ten otrzymuje informację zmysłowe, integruje je i aktywuje mechanizmy prowadzące do utraty lub pozyskiwaniu ciepła. Odpowiedź na tę informację jest nieświadoma, zostaje uruchomiona automatycznie, choć zachowanie z tym związane może być częściowo regulowane świadomie.

Obecność licznych środowiskowych czynników powodujących stres podczas wysiłku fizycznego jest obecnie bardzo częsta w wielu sytuacjach.
Prawdopodobnie czynniki te są jednymi ze składników całkowitego stresu.
Kombinacja wysiłku fizycznego ze środowiskiem gorącym, zimnym, wilgotnym, suchym, na znacznej wysokości lub pod wodą czy w odległej strefie czasowej stanowi dość spory problem dla utrzymania homeostazy.
Organizm posiada specjalne naturalne mechanizmy pozwalające sprostać danemu wysiłkowi w warunkach niekorzystnych.
Należy uważać, aby nie zostały naruszone granice tolerancji dostosowania się i skutecznego zmagania się z obciążeniem. Przekroczenie tych granic tolerancji przystosowawczych może prowadzić do urazu, choroby, a nawet śmierci. Istnieje wiele dostosowań aklimatyzacyjnych, które mogą chronić przed szkodliwymi skutkami połączenia wysiłku fizycznego ze stresem środowiskowym. Dlatego, że wysiłek w odmiennych warunkach środowiskowych stał się chlebem powszednim, istotne jest zrozumienie mechanizmów termoregulacji oraz jej kontroli.

Jak już wcześniej zostało wspomniane, procesy fizjologiczne oraz biochemiczne w organizmie ludzkim są tak wrażliwe na zmianę temperatury, że wzrost o kilka stopni może prowadzić do urazu, choroby, zakłócenia funkcjonowania, w najgorszym wypadku do śmierci.
Utrzymywanie temperatury ciała to skomplikowany proces, uwzględniając znaczną ilość produkowanego przez organizm ciepła(podczas wysiłku fizycznego) oraz oddziaływania ze środowiskiem zewnętrznym, w którym temperatura może ulegać większym lub mniejszym wahaniom.
W procesie termoregulacji istotną rolę pełnią różne narządy i ich układy, np. układ sercowo-naczyniowy oraz ośrodek termoregulacji znajdujący się w podwzgórzu.
Choć temperatura różnych części ciała jest inna (np. temperatura skóry a tkanek położonych głębiej w organizmie ludzkim), ważne jest by temperatura wnętrza ciała wahała się między 36-38 °C. Utrzymywanie temperatury ciała, a przez to równowagi cieplnej, możliwe jest dzięki wielu procesom, a w szczególności dzięki metabolicznej produkcji ciepła, konwekcji, promieniowaniu, parowaniu oraz przewodnictwu.

Pozyskiwanie ciepła:
a) metabolicznie: podstawowa przemiana materii, odżywianie, aktywność
b) ze środowiska: przewodzenie, konwekcja, promieniowanie

Straty ciepła: przewodzenie, konwekcja, promieniowanie, parowanie.

Pozyskiwanie ciepła
Organizm pozyskuje ciepło zasadniczo z wszystkich tkanek aktywnych metabolicznie, w których zaledwie 15-25% energii chemicznej jest przekształcane na energię kinetyczną, pozostała część energii nie może zostać wykorzystana i przekształca się w ciepło.
Podczas wysiłku fizycznego następuje wzrost intensywności procesów metabolicznych, aby pokryć zapotrzebowanie pracujących tkanek i narządów, dlatego powstaje mnóstwo ciepła. Organizm może zmagazynować pewną ilość ciepła, jednakże musi cały czas oddawać ją do otoczenia, aby zapobiec przegrzaniu organizmu(hipertermia).
Ciało może także uzyskać ciepło ze środowiska zewnętrznego, jeżeli amplituda temperatur pozwala na przepływ ciepła do organizmu.

Przewodzenie, konwekcja i promieniowanie

Przewodzenie to proces przekazywania ciepła z jednego obiektu na drugi, pozostając z nim w bezpośrednim kontakcie. Przykładem może być zimna kostka lodu w ciepłej dłoni. Przewodzenie może zachodzić między ludzkim ciałem, a wieloma elementami środowiskowymi.

Konwekcja oznacza transport ciepła między ciałem a płynem lub gazem, przepływającym wokół ciała lub jego części. Powietrze przepływające nad naszą skórą, ogrzewa się do pewnego stopnia, następnie jest zastąpione kolejną porcją powietrza, która również zostaje ogrzana. Proces ten może zachodzić w obu kierunkach i ciepła i zimna, przykładem może być sauna oraz komora do krioterapii. Prędko poruszające się wokół nas powietrze powoduje szybszą utratę ciepła, pojęcie określające to zjawisko to oziębiający czynnik wiatru(wind chill factor). Jako konwekcję określa się również przenoszenie ciepło do lub z wody przepływającej wokół ciała. Ponieważ gęstość wody jest ok. 800 razy większa od gęstości powietrza, powoduje to, że w wodzie traci się lub pozyskuje więcej ciepła 20 razy szybciej.

Parowanie
Parowanie to proces prowadzący tylko do utraty ciepła przez organizm.
Parowanie jest związane głównie z procesem pocenia się – parowanie potu wytwarzanego przez gruczoły potowe, znajdujące się w skórze. Parowaniu ulega również woda z górnych dróg oddechowych podczas oddychania.

Czynniki wpływające na utratę ciepła poprzez parowanie to:

  • indywidualna sprawność fizyczna
  • stopień aklimatyzacji (sprawniejsze i zaaklimatyzowane osoby pocą się obficiej)
  • indywidualny stopień nawodnienia (odwodnieni lub słabo nawodnieni pocą się mało)
  • prędkość wiatru (wietrzna pogoda sprzyja parowaniu)
  • wilgotność środowiska

Kontrola równowagi cieplnej
Istotną sprawą jest, by zrozumieć gdzie i jak są kontrolowane różne procesy termoregulacyjne. Proces kontroli rozpoczynają liczne sensory czy receptory temperatury rozmieszczone po całym ciele. Są to zarówno receptory znajdujące się w skórze jak i receptory wewnątrz mózgu. Wszystkie informacje są przesyłane do ośrodka termoregulacji znajdującego się w podwzgórzu(części mózgu).

Część ośrodka regulacji temperatury stanowi specyficzny region, który odpowiada za reakcję na wysoką oraz niska temperaturę, regiony te są ze sobą połączone.
Jeżeli ośrodek termoregulacji odczuje zmianę temperatury, uruchamia liczne ośrodkowe i obwodowe reakcje wywołujące pozyskiwanie lub oddawanie nadmiaru ciepła.
Górna granica wzrostu aktywności enzymów wynosi około 40 °C – przy tym progu rozpoczyna się denaturacja białek (enzymy w znakomitej większości są białkami). Dlatego organizmy dążą do utrzymywania temperatury nieco poniżej 39 °C.

Dwoma głównymi sposobami ochłodzenia organizmu są:

  • pobudzenie gruczołów potowych
  • zwiększenie przepływu krwi oraz naczynia skóry poprzez ich rozszerzenie

Te powyższe sposoby pozwalają podnieść temperaturę skóry. Innymi sposobami pozwalającymi redukować ilość pozyskiwanego ciepła są pewne reakcje świadome lub częściowo nieświadome(behawioralne), np. zdjęcie części ubrania, zwiększenie ilości płynów w organizmie, przemieszczenie się w chłodniejsze miejsce.
W reakcji na niższą temperaturę ciała zwężają się naczynia krwionośne skóry, co pozwala zwiększyć przepływ krwi w tkankach leżących głębiej, to z kolei zmniejsza ilość traconego ciepła, zmniejszenie ilości przyjmowanego pokarmu.
Uruchamiany jest także mechanizm powodujący dreszcze. Zwiększają one aktywność metaboliczną mięśni szkieletowych (bez wykonywania pracy), a to zwiększa ilość wytwarzanego ciepła. Tak i w tym przypadku występują reakcje behawioralne takie jak: zwiększenie ilości przyjmowanego pokarmu, włożenie cieplejszej odzieży, przemieszczenie się w cieplejsze miejsce.
Kontrola temperatury ciała jest bardzo istotna, ponieważ już nieznaczna zmiana temperatury powoduje określone reakcje termoregulacyjne całego organizmu.
Dla badaczy zajmujących się zagadnieniami związanymi z termoregulacją w organizmie człowieka istotą jest by uwzględnić temperaturę ciała: zewnętrzną(skóry) oraz wewnętrzną(tkanek położonych głębiej).

Górna granica wzrostu aktywności enzymów wynosi około 40 °C – przy tym progu rozpoczyna się denaturacja białek (enzymy w znakomitej większości są białkami). Dlatego organizmy dążą do utrzymywania temperatury nieco poniżej 39 °C.

Autor: Remigiusz Wojdanowicz (remik.wojdanowicz@o2.pl)

Wągrowieckie forum sportowe:

sportwwagrowcu.fora.pl

Bibliografia:
„Fizjologia sportu. Krótkie wykłady” – K. Birch, D. MacLaren, K. Georgie
„Alternations In energy metabolism during exercise and heat stress – Sports Medicine” – MA. (2001), Febbraio
Inne źródła: Wikipedia

Skomentuj