Терморегуляция и водный баланс во время физической нагрузки
Физическая нагрузка преобразует большую часть химической энергии, выделяемой работающими мышцами, в тепло, а не в механическую работу, поэтому продолжительная активность постоянно нагружает организм теплом, которое должно быть отведено в окружающую среду для поддержания внутренней температуры тела в допустимом диапазоне. Эта область исследует, как тренирующийся человек балансирует производство тепла с его потерей и как связанная с этим испарительная потеря воды взаимодействует с регуляцией объема жидкостей организма.
Definition
Терморегуляция во время физической нагрузки — это совокупность автономных и поведенческих процессов, которые поддерживают внутреннюю температуру тела в узких пределах при повышении выработки метаболического тепла, а водный баланс — это поддержание содержания воды и электролитов в организме вопреки потерям пота, которые влечет за собой испарительное охлаждение.
Scope
Эта область знакомит читателя с четырьмя взаимосвязанными темами: производство и рассеивание метаболического тепла во время физической нагрузки, нервный контроль терморегуляции и кожного кровообращения, реакция потоотделения и испарительное охлаждение, а также потеря, дефицит и восполнение воды в организме. Она рассматривает их как интегративную физиологию — скоординированное действие метаболизма, сердечно-сосудистой системы, кожи и почек — а не как клинические или тренировочные предписания.
Sub-topics
Core questions
- Как организм рассеивает большую тепловую нагрузку, генерируемую работающими мышцами?
- Как воспринимается и регулируется внутренняя температура тела, и как контролируется кровоток к коже?
- Как потоотделение обеспечивает испарительное охлаждение, и что его ограничивает?
- Как потери жидкости и электролитов, вызванные потоотделением, влияют на физиологические функции, и как восстанавливается вода в организме?
Key concepts
- Производство метаболического тепла и уравнение теплового баланса
- Пути теплоотдачи: излучение, конвекция, теплопроводность, испарение
- Внутренняя и кожная температура
- Установочная точка терморегуляции и обратная связь
- Кожный кровоток и активная вазодилатация
- Потоотделение и испарительное охлаждение
- Сердечно-сосудистый дрейф и конкуренция за объем крови
- Обезвоживание, гипогидратация и восполнение жидкости
- Тепловая акклиматизация
Mechanisms
Во время физической нагрузки активные мышцы выделяют тепло, которое переносится кровотоком к поверхности тела; гипоталамус интегрирует сигналы внутренней и кожной температуры и активирует два основных эффектора — кожную вазодилатацию, которая увеличивает кожный кровоток и конвективный перенос тепла к поверхности, и потоотделение, которое отводит тепло путем испарения. Эти реакции разделяют ограниченный сердечный выброс и объем крови с работающими мышцами, поэтому тепловой стресс и прогрессирующая потеря жидкости при потоотделении накладывают сердечно-сосудистую нагрузку: объем плазмы падает, кожа и мышцы конкурируют за перфузию, а частота сердечных сокращений увеличивается для поддержания сердечного выброса. Когда испарительное охлаждение не может угнаться за выработкой тепла, внутренняя температура повышается, а накапливающийся дефицит воды (гипогидратация) усиливает сердечно-сосудистое и тепловое напряжение. Восполнение жидкости и, в течение нескольких дней, тепловая акклиматизация восстанавливают большую часть регуляторной способности.
Clinical relevance
Понимание регуляции тепла и жидкости при физической нагрузке лежит в основе распознавания теплового удара при физической нагрузке и связанных с физической нагрузкой нарушений водного и натриевого баланса в организме, а также информирует о том, как описывается физиология, лежащая в основе гидратации и тепловой толерантности. Эта статья является справочным руководством по интегративной физиологии; она описывает механизмы и не является источником индивидуальных рекомендаций по гидратации, охлаждению или лечению.
Evidence & guidelines
Интегративная физиология, кратко изложенная здесь, основывается на классических и современных обзорах сердечно-сосудистой адаптации к теплу и физической нагрузке (Rowell, 1974), контроля кожного кровотока (Charkoudian, 2003), обезвоживания и работоспособности (Cheuvront & Kenefick, 2014) и утомления, вызванного гипертермией (Nybo et al., 2014). Профессиональные организации выпустили заявления о позиции по физической нагрузке и восполнению жидкости (Sawka et al., 2007); такие документы описывают общепринятую практику и цитируются здесь как ссылки, а не как директивы.
History
Систематическое изучение терморегуляции при физической нагрузке выросло из физиологии окружающей среды и сердечно-сосудистой системы середины XX века, при этом синтез Роуэлла 1974 года установил, как кровообращение примиряет конкурирующие требования перфузии мышц и рассеивания тепла. Последующие десятилетия уточнили картину кожного сосудистого контроля, функции потовых желез и последствий потери жидкости, а также интегрировали их в современное представление о том, как люди переносят и адаптируются к физической нагрузке в условиях жары.
Key figures
- Loring B. Rowell
- Nina Charkoudian
- Michael N. Sawka
- Samuel N. Cheuvront
- Lars Nybo
Related topics
Seminal works
- rowell-1974
- charkoudian-2003
- cheuvront-2014
Frequently asked questions
- Почему физическая нагрузка генерирует так много тепла?
- Мышечное сокращение лишь умеренно эффективно, поэтому большая часть энергии, выделяемой метаболизмом, проявляется в виде тепла, а не механической работы; во время интенсивной физической нагрузки эта тепловая нагрузка может быть во много раз выше, чем в состоянии покоя, и должна рассеиваться для поддержания стабильной внутренней температуры тела.
- Как связаны терморегуляция и водный баланс?
- Основной способ, которым тренирующийся организм отводит тепло, — это испарение пота, а потоотделение расходует воду организма; таким образом, продолжительная потеря тепла приводит к потере жидкости и электролитов, напрямую связывая терморегуляцию с регуляцией объема жидкостей организма.