Влияние температуры на физиологические функции живых организмов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Велико разнообразие условий погоды, встречающихся на земном шаре. В любом уголке нашей планеты погода меняется - и в течение года, от месяца к месяцу, от сезона к сезону и в разные годы она не одинаковая. Если же присмотреться к погоде, наблюдающийся в какой - либо местности на протяжении нескольких десятков лет, то можно заметить присущие данной местности пределы изменений погоды, а при желании определить и наиболее типичные её черты в целом и для каждого сезона.

Слово «климат», по-видимому, происходит от одного из двух или от обоих близких по звучанию греческих слов - «клинейн» и «клима», означающих «наклонять» и «район», или «зона». По мнению одних учёных, древние греки считали, что климат определяется широтой места, то есть углом, под которым солнечные лучи обогревают данную местность, отсюда и возник данный термин; по мнению других, они просто понимали, что тот или иной климат присущ только определённому месту, то есть району или зоне. Слово «климат» происходит от греческого «клима», что означает наклон. Климат действительно зависит от наклона солнечных лучей над поверхностью Земли. Отвесно падают они на экваторе, где жара стоит круглый год и очень полого - на полюсах. Между двумя крайностями - все разнообразие климатов. Отвесные лучи несут с собой больше энергии, чем косые, сильнее нагревают поверхность Земли, которая передает тепло воздуху. Само толкование слова климат уже даёт понять нам, что климат слагается не только с направления солнечных лучей.

Климат - это многолетний режим погоды. Для каждого участка земного шара один и тот же характерный режим погоды повторяется из года в год. Климат складывается не только из средних за многие годы величин температуры, но и из давления, влажности воздуха и т.д., то есть из условий погоды в целом. Климат формируется в результате взаимодействия атмосферы с поверхностью Земли. Главная роль принадлежит солнечной радиации - источнику энергии всех процессов, происходящих в атмосфере. Земля имеет форму шара, поэтому климат зависит от широты, а наклонное положение оси ее вращения определяет смену сезонов, тепловые пояса.

Климат является одной из физико-географических характеристик местности, и, таким образом, он определяется, прежде всего, географическим положением, прежде всего широтой, распределением суши и моря, характером суши. Очень важно, как в данном месте распределяются суша и море, что нарушает картину географической зональности. Например, в умеренных широтах преобладает высокое давление зимой и низкое летом, а удаление от берегов океана отражается на температуре, на влажности, осадках. Температура воздуха и атмосферная циркуляция зависят от температуры на поверхности моря, изменяющейся под действием океанических течений. В формировании климата в любой местности большую роль играет её высота над уровнем моря, а климата морских побережий и островных стран - течение в океане. Климатические условия различны в горах на разной высоте над уровнем моря.

На климат сильно влияет направление горных хребтов. Они - препятствие для ветра и для воздушных масс, двигающихся с равнины. На климат влияет растительный и снежный покров. Лес, например, уменьшает перепады температуры почвы, а значит - и окружающего воздуха. Снег зимой, как шуба, согревает почву, а весной тормозит ее прогревание. На таяние снега затрачивается много тепла, и воздух охлаждается до температуры, близкой к 0°С. На распределение тепла по земной поверхности влияет облачность, задерживающая приток прямой солнечной радиации. Образование же облаков, в свою очередь, зависит от тепловых условий на поверхности планеты и движения атмосферы: переноса водяного пара и облаков, влияющих на влагооборот и через него на тепловые условия. Словом, климат Земли создают разнообразные взаимосвязи в атмосферных процессах.

Так же мы забыли заметить, что кладовая климата - температура. В каждом климатическом поясе, в каждой местности она разная. Температура наиболее связана с климатом, наиболее зависит от него, и его изменениями.

1. Температура - экологический фактор среды

Температура тела - это физическая характеристика теплового состояния вещества, из которого состоит тело, степень его нагретости, и она определяется значением средней кинетической энергии хаотического движения частиц вещества.

Слово «температура» возникло в те времена, когда люди считали, что в более нагретых телах содержится большее количество особого вещества - теплорода, чем в менее нагретых. Поэтому температура воспринималась как крепость смеси вещества тела и теплорода. По этой причине единицы измерения крепости спиртных напитков и температуры называются одинаково - градусами.

Температура - один из важных абиотических факторов, влияющих на все физиологические функции всех живых организмов.

Температура на земной поверхности зависит от географической широты и высоты над уровнем моря, а также времени года, то есть от климата.

От температуры, в свою очередь, зависит наша с вами жизнь, и жизни других, различных организмов. Если температура тёплая, то живым организмам живётся лучше. Поэтому страны, находящиеся в климатических поясах, где преобладает теплый климат, наиболее заселены и имеют разнообразный живой мир.

Теплота - основа кинетики химических реакций, из которых складывается жизнедеятельность организма. Поэтому температурные условия оказываются одним из важнейших экологических факторов, влияющих на интенсивность обменных процессов. Температура относится к числу постоянно действующих факторов; количественное ее выражение характеризуется широкими географическими, сезонными и суточными различиями.

Так, температура на поверхности песка в пустыне может достигать порядка 60'С, а минимальные температуры воздуха в Восточной Сибири 70'С ниже нуля. Вообще, диапазон температур от +50 до -50'С представляет собой фундаментальную характеристику температурных условий в биосфере, хотя имеются и отклонения от этих параметров.

Хорошо выражена разница температурных режимов по климатическим зонам - от полярных пустынь Арктики и Антарктики с суровой и продолжительной зимой и прохладным коротким летом до экваториальной области, отличающейся высокими и относительно устойчивыми температурами. На температурные условия конкретной местности влияет близость моря, доступность для муссонных и пассатных перемещений воздушных масс, рельеф и ряд других факторов. В прибрежных областях низких широт или во влажных тропиках режим температур отличается большой стабильностью. Например, амплитуда годовых изменений температуры в Эквадоре составляет всего около 6'С, разница среднемесячных температур в бассейне Конго - 1'С, тогда как амплитуда только суточных перепадов температуры в континентальных пустынях может достигать 25-38, а сезонных - более 60'С. На северо-востоке континента Евразии, на фоне существенно более низких среднегодовых температур, амплитуда сезонных изменений составляет почти 100'С.

В горах хорошо выражены вертикальный градиент температур, зависимость температурного режима от экспозиции склона, его изрезанности и т.п. Значительно более сглажены температурные условия в почве. Если на ее поверхности температурные изменения температуры воздуха, то с глубиной сезонные и иные колебания уменьшаются и температурный режим становится стабильно благоприятным для живых организмов.

В океанической среде температурный режим отличается меньшими колебаниями: лишь в арктических и антарктических морях на небольших глубинах температура воды может опускаться до -1,8'С. Как и в почве, с глубиной постоянство выраженности температурного фактора возрастает. В континентальных водоемах условия более разнообразны. Здесь температура воды не опускается ниже О'С (водоемы пресные), а верхний предел характерен для некоторых термальных источников: температура воды в них держится около точки кипения и тем не менее там обитают некоторые прокариоты. Влияние температуры на жизненные процессы.

Генеральная закономерность воздействия температуры на живые организмы выражается действием ее на скорость обменных процессов. Согласно общему для всех химических реакций правилу Вант-Гоффа, повышение температуры ведет к пропорциональному возрастанию скорости реакции. Разница заключается в том, что в живом организме химические процессы всегда идут с участием сложных ферментных систем, активность которых в свою очередь зависит от температуры. В результате ферментативного катализа возрастает скорость биохимических реакций и количественно меняется ее зависимость от внешней температуры.

2. Организмы и их экологические адаптации

Ученые говорят о всех живых существах как об организмах. Человек - это тоже организм, также как мышь, насекомое и т.д. Все эти создания имеют некоторые общие черты. По этой причине ученые пользуются словом «организм», чтобы объединить все живые существа.

Слово «организм» предполагает, что все эти создания - организованные явления, то есть все их части устроены определенным образом и выполняют свою функцию в составе целого.Чтобы считаться живыми, вещества должны быть активными. Активность организма может быть химической и происходить внутри него. Химическая активность - постоянно протекающий процесс. Без него организм не может жить. В организм должна постоянно поступать энергия, чтобы он не прекратил свою деятельность.

Организм состоит из материи и имеет свою форму. Отжившая материя постоянно заменяется новой. Обмен материи и энергии внутри организма называется обменом веществ. Организм растет до тех пор, пока не достигает полного размера. Он должен воспроизводить самого себя, то есть на смену старым организмам должны приходить новые, молодые. Поэтому мы можем сказать, что организм жив, пока растет, воспроизводится и в нем протекает обмен веществ.

Кроме того, организм как единство множества органов представляет собой определенную форму жизни. С неорганическим миром он связан посредством обмена веществ. Ввиду того что организм является ярким примером динамически упорядоченного целого, часто в переносном смысле организмами называют также и духовные, исторические, политические и метафизические образования.

Организмы - реальные носители жизни, дискретные единицы обмена веществ. В процессе обмена организм потребляет из окружающей среды необходимые вещества и выделяет в нее продукты обмена, которые могут быть использованы другими организмами; умирая, организм также становится источником питания определенных видов живых существ. Таким образом, деятельность отдельных организмов лежит в основе проявления жизни на всех уровнях ее организации.

Изучение основных процессов обмена веществ в живом организме - предмет физиологии. Однако эти процессы протекают в сложной, динамичной обстановке естественной среды обитания, находятся под постоянным воздействием комплекса ее факторов. Поддержание устойчивого обмена веществ в колеблющихся условиях внешней среды невозможно без специальных адаптаций. Изучение этих адаптаций - задача экологии.

Адаптации к средовым факторам могут основываться на структурных особенностях организма или на специфических формах функционального ответа на внешние воздействия - физиологические адаптации. У высших животных важную роль в адаптации играет высшая нервная деятельность, на базе которой формируются приспособительные формы поведения - экологические адаптации.

В области изучения адаптаций на уровне организма эколог приходит в наиболее тесное взаимодействие с физиологией и применяет многие физиологические методы. Однако, применяя физиологические методики, экологи используют их для решения своих специфических задач: эколога в первую очередь интересует не тонкая структура физиологического процесса, а его конечный результат и зависимость процесса от воздействия внешних факторов. Иными словами, в экологии физиологические показатели служат критериями реакции организма на внешние условия, а физиологические процессы рассматриваются прежде всего как механизм, обеспечивающий бесперебойное осуществление фундаментальных физиологических функций в сложной и динамичной среде.

Организмы нашей планеты делятся на два вида пойкилотермные (организм с непостоянной температурой тела, которая обычно немного выше окружающей среды) и гомойотермные (организмы сохраняющие относительно постоянную температуру тела при изменении температуры окружающей среды).

Пойкилотермные организмы

К пойкилотермным (от греч. poikilos - изменчивый, меняющийся) организмам относят все таксоны органического мира, кроме двух классов позвоночных животных - птиц и млекопитающих. К пойкилотермным относятся все беспозвоночные, рыбы, рептилии и амфибии. Они лишены способности поддерживать постоянную температуру тела. Для пойкилотермных организмов типична низкая интенсивность обмена веществ и почти полное отсутствие механизмов теплорегуляции. В тропических странах они встречаются чаще, чем в других.

Название подчеркивает одно из наиболее заметных свойств представителей этой группы: неустойчивость, температуры их тела, меняющейся в широких пределах в зависимости от изменений температуры окружающей среды.

Принципиальная особенность теплообмена пойкилотермных организмов заключается в том, что благодаря относительно низкому уровню метаболизма главным источником энергии у них является внешнее тепло. Именно этим объясняется прямая зависимость температуры тела пойкилотермных от температуры среды, точнее от притока теплоты извне, поскольку наземные пойкилотермные формы используют также и радиационный обогрев.

Впрочем, полное соответствие температур тела и среды наблюдается редко и свойственно главным образом организмам очень мелких размеров. В большинстве случаев существует некоторое расхождение между этими показателями. В диапазоне низких и умеренных температур среды температура тела организмов, не находящихся в состоянии оцепенения, оказывается более высокой, а в очень жарких условиях - более низкой. Причина превышения температуры тела над средой заключается в том, что даже при низком уровне обмена продуцируется эндогенное тепло - оно и вызывает повышение температуры тела. Это проявляется, в частности, в существенном повышении температуры у активно двигающихся животных. Например, у насекомых в покое превышение температуры тела над средой выражается десятыми доля ми градуса, тогда как у активно летающих бабочек, шмелей и других видов температура поддерживается на уровне 36 - 40'С даже при температуре воздуха ниже 10'С.

Пониженная по сравнению со средой температура при жаре свойственна наземным организмам и объясняется в первую очередь потерями тепла с испарением, которое при высокой температуре и низкой влажности существенно увеличивается.

Скорость изменений температуры тела пойкилотермов связана обратной зависимостью с их размерами. Это прежде всего определяется соотношением массы и поверхности: у более крупных форм относительная поверхность тела уменьшается, что ведет к уменьшению скорости потери тепла. Это имеет большое экологическое значение, определяя для разных видов возможность заселения географических районов или биотопов с определенными режимами температур. Показано, например, что у крупных кожистых черепах, пойманных в холодных водах, температура в глубине тела была на 18'С выше температуры воды; именно крупные размеры позволяют этим черепахам проникать в более холодные районы океана, что не свойственно менее крупным видам.

Влияние температуры на обменные процессы прослеживается при изучении онтогенетического развития пойкилотермных организмов. Оно протекает тем быстрее, чем выше температура окружающей среды.

Эффективными температурами называют температуры выше того минимального значения, при котором процессы развития вообще возможны; эту пороговую величину называют биологическим нулем развития.

Реально такое совпадение достаточно редко. Это зависит, во-первых, от того, что лишь у немногих видов биологический нуль развития почти совпадает с О'С. В большинстве случаев порог развития превышает эту величину, подчас - существенно. Во-вторых, в достаточно широком диапазоне температур прослеживается нелинейность температурной зависимости продолжительности развития: при определенной степени повышения температуры развитие начинает замедляться и может сопровождаться различного рода патологиями.

Как положение биологического нуля развития, так и сумма эффективных температур, необходимая для его завершения, - величины, различающиеся у разных видов и в значительной степени отражающие адаптацию вида к средним, типичным температурным режимам в естественных местах обитания. При экспериментальном изучении температурной устойчивости четырех видов жаб было показано, что оптимальные температуры развития соответствуют средним показателям этого фактора в естественных водоемах. Летальные температуры ниже у более северных видов и выше у более южных. Подобных примеров в современной литературе накоплено много.

Закономерности развития связанные с температурой, особенно хорошо выявлены на насекомых и сельскохозяйственных растениях. Это имеет большое значение для прогнозов урожая, сроков вылета вредителей, числа их генераций в течение летнего сезона и т.п.

Пассивная устойчивость.

Рассмотренные закономерности охватывают диапазон изменений температуры, в пределах которого сохраняется активная жизнедеятельность. За границами этого диапазона, которые широко варьируют у разных видов и даже географических популяций одного вида, активные формы деятельности пойкилотермных организмов прекращаются, и они переходят в состояние оцепенения, характеризующееся резким снижением уровня обменных процессов, вплоть до полной потери видимых проявлений жизни. В таком пассивном состоянии пойкилотермные организмы могут переносить достаточно сильное повышение и еще более выраженное понижение температуры без патологических последствий. Основа такой температурной толерантности заключена в высокой степени тканевой устойчивости, свойственной всем видам пойкилотермных и часто поддерживаемой сильным обезвоживанием (семена, споры, некоторые мелкие животные).

Переход в состояние оцепенения следует рассматривать как адаптивную реакцию: почти не функционирующий организм не подвергается многим повреждающим воздействиям, а также не расходует энергию, что позволяет выжить при неблагоприятных условиях температур в течение длительного времени. Более того, сам процесс перехода в состояние оцепенения может быть формой активной перестройки типа реакции на температуру. «Закаливание» морозостойких растений - активный сезонный процесс, идущий поэтапно и связанный с достаточно сложными физиологическими и биохимическими изменениями в организме. У животных впадение в оцепенение в естественных условиях часто также выражено сезонно и предваряется комплексом физиологических перестроек в организме.

Температурные адаптации.

Пойкилотермные живые организмы распространены во всех средах, занимая различные по температурным условиям местообитания, вплоть до самых экстремальных: практически они обитают во всем диапазоне температур, регистрируемом в биосфере. Сохраняя во всех случаях общие принципы температурных реакций (рассмотренные выше), разные виды и даже популяции одного вида проявляют эти реакции в соответствии с особенностями климата, адаптируют ответы организма на определенный диапазон температурных воздействий. Это проявляется, в частности, в формах устойчивости к теплу и холоду: виды, обитающие в более холодном климате, отличаются большей устойчивостью к низким температурам и меньшей к высоким; обитатели жарких регионов проявляют обратные реакции.

В природе температура не постоянна. Организмы, которые живут в умеренных широтах и подвергаются колебанию температур, хуже переносят постоянную температуру. Резкие колебания - зной, морозы - неблагоприятны для организмов. Животные выработали приспособления для борьбы с охлаждением и перегревом. Например, с наступлением зимы растения и животные с непостоянной температурой тела впадают в состояние зимнего покоя. Интенсивность обмена веществ у них резко снижается. При подготовке к зиме в тканях животных запасается много жира, углеводов, количество воды в клетчатке уменьшается, накапливаются сахара, глицерин, препятствующий замерзанию. Так морозостойкость зимующих организмов увеличивается.

Гомойотермные организмы.

К этой группе относят два класса высших позвоночных - птицы и млекопитающие. Принципиальное отличие теплообмена гомойотермных животных от пойкилотермных заключается в том, что приспособления к меняющимся температурным условиям среды основаны у них на функционировании комплекса активных регуляторных механизмов поддержания теплового гомеостаза внутренней среды организма. Благодаря этому биохимические и физиологические процессы всегда протекают в оптимальных температурных условиях.

Гомойотермный тип теплообмена базируется на высоком уровне метаболизма, свойственном птицам и млекопитающим. Интенсивность обмена веществ у этих животных на один-два порядка выше, чем у всех других живых организмов при оптимальной температуре.

Температура тела.

Гомойотермные животные не только обеспечены теплом за счет собственной теплопродукции, но и способны активно регулировать его производство и расходование. Благодаря этому им свойственна высокая и достаточно устойчивая температура тела.

Повышение температуры среды иногда сопровождается некоторым возрастанием температуры тела. Если исключить патологические состояния, оказывается, что в условиях обитания в жарком климате некоторая степень гипертермии может быть адаптивной: при этом уменьшается разница температуры тела и среды и снижаются затраты воды на испарительную терморегуляцию.

У млекопитающих температура тела несколько ниже, чем у птиц, и у многих видов подвержена более сильным колебаниям. Таким образом, устойчивая температура характеризует лишь область локализации важных внутренних органов и процессов. Поверхностные же ткани выдерживают более выраженные колебания температуры. Это может быть полезным для организма, поскольку при такой ситуации снижается температурный градиент на границе организма и среды, что делает возможным поддержание теплового гомеостаза «ядра» организма с меньшими расходами энергии.

Очень важно помнить, что организм животного находится в теснейшей взаимосвязи со средой обитания и очень зависит от нее. Организм растет, развивается и осуществляет постоянный обмен веществ: получает из внешней среды необходимый питательный материал, воду, газы, солнечную энергию и т.д. и выделяет отработанные продукты обмена веществ. Внутри организма идет непрерывный обмен веществ между кровью и лимфой, с одной стороны, и тканями органов - с другой. Этот обмен обеспечивает постоянство внутренней среды организма - его здоровье. Поэтому очень важно, чтобы внешние условия, в которых живет животное, соответствовали потребностям его организма.

3. Показатели климата и здоровья человека

Организм человека - замкнутая саморегулирующаяся многофункциональная биологическая система, обеспечивающая биологическое существование её главного регулятора - головного мозга, осуществляющего, кроме регулирующей функции поддержания жизнедеятельности системы организма, продуцирование психических процессов сознания и мышления.

Человеческий организм хорошо приспособлен к влиянию окружающей среды и колебаниям ее параметров. Однако способность безболезненно переносить эти колебания у каждого человека индивидуальная.

Она зависит от возраста, состояния здоровья, тренированности, пола и других факторов.

В связи с этим давно замечено, что погода сказывается на самочувствии отдельных лиц и групп людей, а медики древности еще две тысячи лет назад обратили внимание на существование связи между погодой и случаями распространения некоторых видов заболеваний.

Влияние погоды на организм человека многогранно и в ряде случаев до конца не выяснено. Тем не менее, эта проблема в последние годы приобрела новое содержание и снова стала актуальной в связи с наблюдаемыми изменениями глобального климата.

Международное метеорологическое сообщество отметило, что в последние десятилетия XX века происходило глобальное изменение климата, проявляющееся в повышении средней приповерхностной температуры атмосферы, температуры океана, росте уровня океана, увеличении повторяемости экстремальных явлений. В XXI веке ожидается продолжение этих изменений Происходящие и будущие изменения климата приводят к существенным изменениям в ландшафтах биоте и структуре деятельности человека.

Для некоторых функций организма человека характерно изменение их по сезонам года. Это касается температуры тела, интенсивности обмена веществ, системы кровообращения, состава клеток крови и тканей. Так, в летний период происходит перераспределение крови от внутренний органов к кожным покровам, поэтому артериальное давление летом ниже, чем зимой.

Климат оказывает на человека прямое и косвенное влияние.

Прямое влияние весьма разнообразно и обусловлено непосредственным действием климатических факторов на организм человека и прежде всего на условия теплообмена его со средой: на кровоснабжение кожных покровов, дыхательную, сердечно - сосудистую систему и потооделительную систему. К заболеваниям, связанным с погодными условиями, относятся в первую очередь перегревание и переохлаждения. Перегревания и тепловые удары возникают летом при жаркой безветренной погоде. Грипп, простудные заболевания, катары верхних дыхательных путей, как правило, возникают в осеннее - зимний период года.

Некоторые физические факторы (атмосферное давление, влажность, движения воздуха, концентрация кислорода, степень возмущенности магнитного поля Земли, уровень загрязнения атмосферы) оказывают не только прямое воздействие на человеческий организм. Отдельно или в комбинации они могут усугубить течение имеющихся заболеваний, подготовить определенные условия для размножения возбудителей инфекционных заболеваний.

Так, в холодный период года в связи с крайней изменчивостью погоды обостряются сердечно-сосудистые заболевания - гипертоническая болезнь, стенокардия, инфаркт миокарда. Кишечные инфекции (брюшной тиф, дизентерия) поражают людей в жаркое время года. У детей до года самое большое число воспалений легких регистрируется в январе-апреле.

У людей с расстройствами функций нервной вегетативной системы или хроническими заболеваниями приспособление к изменяющимся погодным факторам затруднено. Некоторые больные на столько чувствительны к изменениям погоды, что могут служит своеобразными биологическими барометрами, безошибочно предсказывающих погоду за несколько.

Исследования, проведенные Сибирским филиалом Академии Медицинских наук РФ показали, что 60-65% страдающих сердечно - сосудистыми заболеваниями чувствительны к колебаниям погодных факторов, особенно весной и осенью, при значительных колебаниях атмосферного давления, температура воздуха и изменениях геомагнитного поля Земли. При вторжениях воздушных фронтов, вызывающих контрастную смену погоды, чаще наблюдаются кризы при гипертонической болезни, ухудшается состояние больных атеросклерозом сосудов головного мозга, растут сердечнососудистые катастрофы.

В эпоху урбанизации и индустриализации люди большую часть жизни проводят в помещении. Чем дольше организм изолирован от внешних климатических факторов и находится в комфортных ли субкомфортных условиях микроклимата помещения, тем больше снижаются его приспособительные реакции к постоянно изменяющимся погодным параметрам, в том числе ослабляются процессы терморегуляции. В результате нарушается динамическое равновесие между организмом человека и внешней средой, возникают осложнения у людей с сердечно - сосудистой патологией - кризы, инфаркт миокарда, мозговые инсульты. Поэтому необходима организация современного медицинского прогноза погоды, как метода предупреждения сердечно - сосудистых катастроф.

Изучение влияния климатических факторов на организм человека привело к выделению отдельного научного направления - медицинской климатологии, являющейся пограничным разделом между медициной и климатологией, метеорологией и медицинской географией, курортологией и физиотерапией. Существует несколько разделов медицинской климатологии, связанных не только с решением узкоспециальных задач, но и с оказанием практической помощи больным и здоровым людям, - климатофизиология, климатопатология, климатотерапия и климатопрофилактика.

Климатофизиология изучает процессы формирования ответных реакций организма на действие климатических факторов. Периодическое изменение климатических условий при перемещении людей из одних климатических зон в другие вызывает в организме человека временные или стойкие реакции, носящие сугубо приспособительский характер, что выражается в соответствующих биохимических, морфологических и физиологических сдвигах. Реакции рассматриваются как адаптационные, или адекватные, если появившиеся в функциональных системах отклонения служат стимулом развития процессов саморегуляции организма. При воздействии экстремальных климатических условий возможно нарушение процессов саморегуляции, при котором физиологические реакции переходят в предпатологические или болезнь.

Отдельные природные факторы могут оказывать специфическое влияние на организм человека. Например, ультрафиолетовые лучи уничтожают бактерии и другие микроорганизмы на кожных покровах. Под их влиянием в коже человека образуются активные формы витамина D. Повторные облучения стимулируют деятельность нервной и эндокринной систем, повышают сопротивляемость организма, улучшают обменные процессы, способствуют восстановлению тканей.

Свет (видимая часть солнечного спектра) повышает жизнедеятельность организма, а смена дня и ночи обусловливает суточные и сезонные биологические ритмы. В суточном ритме работают все органы и системы человека, протекают процессы обмена веществ, нервной деятельности, кровообращения.

Сезонные изменения физиологических функций могут быть выражены даже в меньшей степени, чем суточные. Весной наблюдаются активизация деятельности желез внутренней секреции, снижение общей реактивности организма, явления гиповитаминоза, летом повышается теплоотдача, несколько снижается основной обмен. Однако, как уже выше сказано, человек приспосабливается к жизни в любых климатических условиях. Он применяет для защиты своего организма различного рода технические средства, использует одежду и строительные конструкции. Кроме того, адаптации организма к окружающей среде способствуют методы закаливания и физические упражнения.

4. Влияние изменения температуры на организм человека

климат температурный пойкилотермный потепление

Что происходит с человеческим организмом, когда температурные параметры изменяются? В этом случае он вырабатывает специфические реакции приспособление относительно каждого фактора, то есть адаптируется. Адаптация - это процесс приспособления к условиям среды. Как же происходит адаптация.

Терморегуляцию обеспечивает основные холодовые и тепловые рецепторы кожи. При различных температурных влияниях сигналы в центральную нервную систему поступают не отдельных рецепторов, а от целых зон кожи, так называемых рецепторных полей, размеры которых непостоянны и зависят от температуры тела и окружающей среды.

Температура тела в большей или меньшей степени влияет на весь организм (на все органы и системы). Соотношение температуры внешней среды и температуры тела определяет характер деятельности системы терморегуляции.

Температура окружающей среды преимущество ниже температуры тела. Вследствие этого между средой и организмом человека постоянно происходит обмен теплом благодаря его отдаче поверхностью тела и через дыхательные пути в окружающее пространство. Этот процесс принято называть теплоотдачей. Образование же тепла в организме человека в результате окислительных процессов называют теплообразованием. В состоянии покоя при нормальном самочувствии величина теплообразования равняется величине теплоотдачи. В жарком или холодном климате, при физических нагрузках организма, заболеваниях, стрессе и т.д. Уровень теплообразования и теплоотдачи может изменяться.

Как же происходит адаптация к низкой температуре?

Адаптация к низкой температуре. Условия, при которых организм человека адаптируется к холоду, могут быть различными (например, работа в неотапливаемых помещениях, холодильных установках, на улице зимой). При этом действие холода не постоянное, а чередующееся с нормальным для организма человека температурным режимом. Адаптация в таких условиях выражена нечетко. В первые дни, реагируя на низкую температуру, теплообразование возрастает неэкономно, теплоотдача еще недостаточно ограничена. После адаптации процессы теплообразования становятся более интенсивными, а теплоотдача снижается.

Иначе происходит адаптация к условиям жизни в северных широтах, где на человека влияют не только низкие температуры, но и свойственные этим широтам режим освещения и уровень солнечной радиации.

Что же происходит в организме человека при охлаждении? Вследствие раздражения холодовых рецепторов изменяются рефлекторные реакции, регулирующие сохранение тепла: сужаются кровеносные сосуды кожи, что на треть уменьшает теплоотдачу организма. Важно, чтобы процессы теплообразования и теплоотдачи были сбалансированными. Преобладание теплоотдачи над теплообразованием приводит к понижению температуры тела и нарушению функций организма. При температуре тела 35^оС наблюдается нарушение психики. Дальнейшее понижение температуры замедляет кровообращение, обмен веществ, а при температуре ниже 25^оС останавливается дыхание.

Одним из факторов интенсификации энергетических процессов является липидный обмен. Например, полярные исследователи, у которых в условиях низкой температуры воздуха замедляется обмен веществ, учитывают необходимость компенсировать энергетические затраты. Их рационы отличаются высокой энергетической ценностью (калорийностью).

У жителей северных районов более интенсивный обмен веществ. Основную массу их рациона составляют белки и жиры. Поэтому в их крови содержание жирных кислот повышено, а уровень сахара несколько понижен.

У людей, приспосабливающихся к влажному, холодному климату и кислородной недостаточности Севера, также повышенный газообмен, высокое содержание холестерина в сыворотке крови и минерализация костей скелета, более утолщенный слой подкожного жира (выполняющего функцию теплоизолятора).

Однако не все люди в одинаковой степени способны к адаптации. В частности, у некоторых людей в условиях Севера защитные механизмы и адаптивная перестройка организма могут вызвать дезадаптацию - целый ряд патологических изменений, называемых "полярной болезнью".

Одним из наиболее важных факторов, обеспечивающих адаптацию человека к условиям Крайнего Севера, является потребность организма в аскорбиновой кислоте (витамин С), повышающей устойчивость организма к различного рода инфекциям.

Адаптация к воздействию высокой температуры. Высокая температура может влиять на организм человека в искусственных и естественных условиях. В первом случае имеется в виду работа в помещениях с высокой температурой, чередующаяся с пребыванием в условиях комфортной температуры. Высокая температура среды возбуждает тепловые рецепторы, импульсы которых включают рефлекторные реакции, направленные на повышение теплоотдачи. При этом расширяются сосуды кожи, ускоряется движение крови по сосудам, теплопроводность периферических тканей увеличивается в 5-6 раз. Если для поддержания теплового равновесия этого недостаточно, повышается температура кожи и начинается рефлекторное потоотделение - самый эффективный способ отдачи тепла (наибольшее количество потовых желез на коже рук, лица, под мышками). У коренных жителей Юга средняя масса тела меньше, чем у жителей Севера, подкожный жир не очень развит. Особенно ярко проявляются морфологические и физиологические особенности у популяций, живущих в условиях высокой температуры и недостатка влаги (в пустынях и полупустынях, районах, прилегающих к ним). Например, аборигены Центральной Африки, Южной Индии и других регионов с жарким сухим климатом имеют длинные худощавые конечности, небольшую массу тела.

Интенсивное потоотделение во время пребывания человека в жарком климате приводит к понижению количества воды в организме. Чтобы компенсировать потерю воды, нужно увеличить ее потребление. Местное население более адаптировано к этим условиям, чем люди, приехавшие из умеренной зоны. У аборигенов вдвое - втрое меньше суточная потребность в воде, а также в белках и жирах, так как они имеют высокий энергетический потенциал, и усиливает жажду. Поскольку в результате интенсивного потоотделения в плазме крови уменьшается содержание аскорбиновой кислоты и других водорастворимых витаминов, в рационах местного населения преобладают углеводы, увеличивающие выносливость организма, и витамины, позволяющие выполнять тяжелую физическую работу в течение длительного времени.

От каких факторов зависит восприятие температуры? Наиболее чувствительно усиливает температурное ощущение ветер. При сильном ветре холодные дни кажутся еще холоднее, а жаркие - еще жарче. На восприятие организмом температуры влияет также влажность. При повышенной влажности температура воздуха кажется более низкой, чем в действительности, а при пониженной влажности - наоборот.

Восприятие температуры индивидуально. Одним людям нравятся холодные морозные зимы, а другим - теплые и сухие. Это зависит от физиологических и психологических особенностей человека, а также эмоционального восприятия климата, в котором прошло его детство.

Здоровье человека в значительной степени зависит от погодных условий. Например, зимой люди чаще болеют простудными, легочными заболеваниями, гриппом, ангиной, что определяется физиологической особенностью организма.

5. Факторы, вызывающие потепление климата

В настоящее время средняя температура по всему миру неуклонно повышается. Это называется - глобальное потепление. Причиной тому могут служить разные факторы. Глобальное потепление - это медленное и постепенное увеличение средней температуры на нашей планете, которое как раз наблюдается в настоящее время. Глобально потепление - это факт, спорить с которым бессмысленно, и именно поэтому необходимо трезво и объективно подойти к его осмыслению.

С развитием на Земле человеческого общества появился новый фактор, влияющий на климат планеты - это деятельность человека. В городах температура воздуха всегда немного выше, чем в окрестностях. Запыленность воздуха способствует образованию туманов, облаков, местных осадков, сокращению продолжительности солнечного сияния. И чем крупнее город, тем все эти изменения заметнее.

Сначала человек не замечал, что на климате отражаются массовые вырубки лесов, осушение болот, строительство плотин на реках, создание водохранилищ, а также выбросы в атмосферу газообразных отходов производства. Углекислый газ, вырабатываемый всеми промышленными предприятиями, создает эффект «парника». Многолетние наблюдения показывают, что в результате хозяйственной деятельности изменяется газовый состав и запыленность нижних слоев атмосферы.

В докладе рабочей группы межправительственной комиссии по изменению климата (Шанхай, 2001 год) приведено семь моделей изменения климата в XXI веке. Основные выводы, сделанные в докладе, - продолжение глобального потепления, сопровождающегося увеличением эмиссии парниковых газов (хотя согласно некоторым сценариям к концу века в результате действия запретов на индустриальные выбросы возможен спад эмиссии парниковых газов); ростом поверхностной температуры воздуха (к концу XXI века возможно увеличение поверхностной температуры на 6°C); повышением уровня океана (в среднем - на 0,5 м за столетие.).

Определения состава воздуха показывают, что сейчас в атмосфере Земли углекислого газа стало на 25% больше, чем 200 лет назад. Это, безусловно, результат хозяйственной деятельности человека, а также вырубки лесов, зеленые листья которых поглощают углекислый газ. С повышением концентрации углекислого газа в воздухе связан парниковый эффект, который проявляется в нагреве внутренних слоев атмосферы Земли. Это происходит потому, что атмосфера пропускает основную часть излучения Солнца. Часть лучей поглощается и нагревает земную поверхность, а от нее нагревается атмосфера. Другая часть лучей отражается от поверхности Планеты и это излучение поглощается молекулами углекислого газа, что способствует повышению средней температуры Планеты. Действие парникового эффекта аналогично действию стекла в оранжерее или парнике (от этого возникло название " парниковый эффект").

Также на климат влияют парниковые газы.

Земная поверхность получает дополнительное тепло по мере того, как "парниковые" газы поглощают, а затем выделяют излучение более низкой энергии. Газы, вызывающие своей повышенной концентрацией парниковый эффект, называют парниковыми газами. В основном это углекислый газ и водяной пар, но существуют и другие газы, поглощающие энергию, исходящую от Земли. Например, хлор-фтор содержащие углеводородные газы, например, фреоны или хладоны. Концентрация этих газов в атмосфере также увеличивается.

Природный газ, используемый в энергетике, относится к не возобновляемым энергетическим ресурсам, в то же время это наиболее экологически чистый вид традиционного энергетического топлива. Природный газ на 98% состоит из метана, остальные 2% приходятся на этан, пропан, бутан и некоторые другие вещества.

Глобальное потепление затронет и места обитания животных. Смена ареалов обитания живых организмов уже отмечается во многих уголках Земного шара. В Гренландии уже стал гнездиться сизоголовый дрозд, в субарктической Исландии появились скворцы и ласточки, в Британии появилась белая цапля. Особенно сильно заметно потепление арктических океанических вод. Теперь многие промысловые рыбы встречаются там, где их раньше не было. В водах Гренландии появилась треска и сельдь в количестве достаточном для осуществления их промышленного лова, в водах Великобритании - обитатели южных широт: красная форель, большеголовая черепаха, в дальневосточном заливе Петра Великого - тихоокеанская сардина, а в Охотском море появилась скумбрия и сайра. Ареал бурого медведя в Северной Америке уже продвинулся на север до такой степени, что стали появляться гибриды белых и бурых медведей, а в южной части своего ареала бурые медведи и вовсе перестали впадать в спячку. Глобальное потепление так же скажется и на бактериях.

Повышение температуры создаёт благоприятные условия для развития болезней, чему способствуют не только высокая температура и влажность, но и расширение ареала обитания ряда животных - переносчиков болезней. К середине 21 века ожидается, что заболеваемость малярией вырастет на 60%. Усиленное развитие микрофлоры и нехватка чистой питьевой воды будет способствовать росту инфекционных кишечных заболеваний. Быстрое размножение микроорганизмов в воздухе может увеличить заболеваемость астмой, аллергией и различными респираторными болезнями.

6. Потепление климата, живые организмы, заболевания человека

Изменение климата - проблема не только сегодняшнего дня, но и, возможно, еще в большей степени проблема для детей и взрослых в будущем.

Одним из последствий изменения климата считают увеличение числа таких аномальных погодных явлений, как наводнения, штормы, тайфуны, ураганы. Природные катаклизмы влекут за собой непрямые последствия - увеличение числа комаров в результате затопления территорий, активизацию клещей и других переносчиков инфекций, увеличение периода их потенциальной инфекционной опасности, нарушение работы водопроводно-канализационных сооружений. В связи с этим возрастает и риск повышения кишечной инфекционной заболеваемости.

К последствиям потепления климата относится увеличение числа дней с аномально высокой температурой. Даже кратковременное превышение температуры может стать причиной повышенной смертности населения в результате обострения различных заболеваний, несчастных случаев. Наиболее опасно потепление климата для пожилых людей, инвалидов и лиц с малым достатком. В дни, когда наблюдается повышенная температура воздуха, наблюдается также и повышенный уровень загрязнения атмосферного воздуха.

Потепление климата способствует развитию многих инфекционных и паразитарных заболеваний. Если в холодном климате возбудители инфекций, попадая из организма зараженного человека во внешнюю среду, не могут в ней существовать, то в теплых условиях ситуация кардинально меняется.

Инфекционные заболевания можно разделить на три основные группы:

1) заболевания, передающиеся преимущественно водным путем и с продуктами питания,

2) заболевания, передаваемые комарами,

3) заболевания, передаваемые клещами.

Уровень заболеваемости населения кишечными инфекциями в значительной степени зависит от качества воды и от степени инфицированности продуктов питания. На основании анализа временных рядов климатических условий и подтвержденных случаев сальмонеллеза в различных странах Европы установлена связь между этими двумя факторами. Повышенная температура явилась фактором риска приблизительно в 30% случаев сальмонеллезов. В условиях потепления можно ожидать увеличения значимости и различных новых пищевых патогенов, свойственных южным регионам.

Сильнее всего потепление климата ударит по состоянию людей страдающих аллергией и астмой.

Связано это с тем, что из - за потепления климата на Земле будет удлиняться время цветения растений, в атмосфере будет увеличиваться количество озона, увеличивается количество насекомых.

Глобальное потепление климата на Земле ведёт к тому, что в регионах, страдающих от нехватки атмосферных осадков, этих осадков станет ещё меньше, а в местах, где было влажно, дождей будет ещё больше. В результате одни люди будут страдать от аллергии, от повышенной влажности, а другие, проживающие в слишком сухих местностях, будут болеть астмой. Например, среднегодовая температура на Аляске уже увеличилась на 3,5 градуса, через 100 лет 90% тундры в этом регионе станет тайгой. Повышение температуры на 2-3°С ведет к увеличению в мире примерно на 3-5% числа людей, которые могут заболеть малярией.

Увеличение количества дней с высокой температурой приводит к активизации клещей и росту заболеваемости инфекциями, ими переносимыми. Причинами роста заболеваемости клещевым энцефалитом является значительное сокращение территорий наземных обработок лесных массивов специальными средствами против клещей, а также недостаточный объем вакцинации населения. В Чехии и Швеции уже произошло перемещение клещевого ареала на север. Заболевание поражает нервную систему и последствия могут дойти до получения инвалидности и летального исхода. За последние 17 лет, в мире число случаев клещевого энцефалита увеличиваются в несколько раз.

Распространение иксодовых клещей находится в тесной зависимости от обеспеченности теплоты и влаги, и размещение живых - прокормителей. Для завершения цикла своего развития переносчику необходимо определённое количество тепловой энергии. Активность клещей и нападение их на человека и животных начинается уже при +4 градусов. Увеличения периода высоких температур может привести к активизации клещей и к росту заболеваемости клещевым энцефалитом. Аномально жаркая погода в 2002 году в Сибири и Дальнем Востоке спровоцировала высокую активность лесных клещей.

Геморрагические лихорадки. Наметился рост заболеваемости Крымской геморрагической лихорадки. Если в 1999 году Крымская геморрагическая лихорадка встречалась в Ставрополе и Ростовской области, то в настоящие время в Дагестане, Краснодарском крае, Крыму.

Число случаев увеличения КГЛ связано с теплыми зимами в этих районах, способствующих благоприятным условиям сохранения зимующих в почве клещей. Тогда клещ практически не погибает, и вирус сохраняется в его организме более длительное время.

Разбалансировка климата ведет не только к глобальному потеплению, но и к более частым аномально низким температурам воздуха.

Потепление климата влечет многие проблемы такие как:

1) Диарея. Чем теплее, тем активнее плодятся бактерии.

2) Респираторные инфекции

Холодовой дискомфорт - это сложный комплекс физиологических реакций, вызываемых температурным переохлаждением, создающих эффект «холодового напряжения». Как правило, в его формировании наряду с отрицательной температурой участвуют и сильный ветер, и повышенная влажность воздуха. Холодовой дискомфорт способствует развитию заболеваний легких и верхних дыхательных путей. В результате формирования условий для размножения вирусов в воздухоносных полостях организма и их последующей массовой передачи воздушно-капельным путем распространяется эпидемия гриппа. Длительное воздействие низких температур приводит к снижению адаптационных возможностей и органов дыхания.

Размещено на Allbest.ru