أهمية التنظيم الحراري في النشاط الرياضي :
لابراز أهمية التنظيم الحراري في النشاط الرياضي نعرض المثال التالي بأحتراق الوقود تندفع السيارة ويتحول جزء فقط من الطاقة المستهلكة في الاحتراق الى شغل الى عمل ميكانيكي ذلك الذي يحرك أجزاء الالة وأما معظم الطاقة فتنفق أو تبدأ على شكل حرارة وتمثل تلك الحقيقة ما يحدث بالعطلة أيضا أذ يتحول نحو 25 – 20 % من الطاقة ألى عمل ميكانيكي بينما بقية الطاقة تنطلق على شكل حرارة ، من هذا المثال تبرز أهمية التنظيم الحراري الذي على عاتقة الحفاظ على الثبات النسبي لدرجة الحرارة اي الاستقرار المتجانس والتخلص من نحو 75 % الى 80 % من الطاقة المنطلقة على شكل حرارة والا ارتفعت حرارة الجسم الى مستوى الخطورة .
ويمكن للحرارة المتولدة من العضلات المدربة أن ترفع درجة حرارة الجسم الى حد الحمى أثناء النشاط الرياضي العنيف مما يؤدي إلى جعل الجسم ضعيفا اذا ما تعرض الى ضغط خارجي للحرارة.
من ناحية أخرى نجد أن التدريب الرياضي يلعب دورا أيجابيا في عملية التنظيم الحراري أذ بالتدريب يتحقق للجسم العديد من الفوائد سواء كان ذلك للأجهزة الحيوية بالجسم أو لعملية التنظيم الحراري نفسها فهناك فائدة يحققها التدريب الرياضي للجهاز الدوري وهي تحسين الدورة الوريدية خاصة بأطراف الجسم أذ تؤدي الانقباضات العضلية الناتجة عن قوة وعنف التدريب الى زيادة ضغط الدم الوريدي وعودة الدم الى القلب ، وأن ارتفاع ضغط الدم الوريدي يشير الى وجود دورة دموية أفضل كما يؤدي التدريب الى زيادة الشعيرات بأنسجة العضلة الى الضعف تقريبا عن طريق تفتح الشعيرات الخاملة وتكوين شعيرات دموية جديدة كما يعمل التدريب على اكساب الجسم درجة حرارة عالية من الفاعلية في تنظيم درجة الحرارة وذلك عن طريق زيادة فاعلية تمدد الاوعية الدموية السطحية ، وللتأكد على مدى أهمية النشاط الرياضي في أحداث التكيف مع حرارة الداخلية للجسم اي تحسين استجابات التنظيم الحاراري عند الاداء الرياضي نورد المثال التالي ... لو ان شخصا يفتقر الى اللياقة البدنية داوم على التدريب الشاق يوميا فأن درجة الحرارة المعي المستقيم (( الشرج )) قد ترفع الى نحو 83. 78 درجة .
ويؤكد أهمية النشاط الرياضي في أحداث التكيف من الحرارة الداخلية للجسم ان الفرد المدرب تكون درجة حرارة الداخلية (( جوف الجسم )) لدية عند الحمل العالي الشدة او غيره بل وانه لمن المرجح اعادة تهيئة الجهاز التلقائي للتنظيم لدى الفرد المدرب عند ارتفاع درجة حرارة خلال التدريب ليتكيف هذا الجهاز وبشكل ايجابي حيث يوفر للجسم بيئة حرارية أفضل للعمل الوظيفي وعمليات التمثيل الغذائي ومن ناحية أخرى يختزن جسم الفرد المدرب أقل من الحرارة الناتجة عن التدريب ويستقبل هذة الحرارة وبسرعة في حالة من الاستقرار ودرجة داخلية أ أقل وعلى العكس من ذلك الشخص الغير مدرب .
لابراز أهمية التنظيم الحراري في النشاط الرياضي نعرض المثال التالي بأحتراق الوقود تندفع السيارة ويتحول جزء فقط من الطاقة المستهلكة في الاحتراق الى شغل الى عمل ميكانيكي ذلك الذي يحرك أجزاء الالة وأما معظم الطاقة فتنفق أو تبدأ على شكل حرارة وتمثل تلك الحقيقة ما يحدث بالعطلة أيضا أذ يتحول نحو 25 – 20 % من الطاقة ألى عمل ميكانيكي بينما بقية الطاقة تنطلق على شكل حرارة ، من هذا المثال تبرز أهمية التنظيم الحراري الذي على عاتقة الحفاظ على الثبات النسبي لدرجة الحرارة اي الاستقرار المتجانس والتخلص من نحو 75 % الى 80 % من الطاقة المنطلقة على شكل حرارة والا ارتفعت حرارة الجسم الى مستوى الخطورة .
ويمكن للحرارة المتولدة من العضلات المدربة أن ترفع درجة حرارة الجسم الى حد الحمى أثناء النشاط الرياضي العنيف مما يؤدي إلى جعل الجسم ضعيفا اذا ما تعرض الى ضغط خارجي للحرارة.
من ناحية أخرى نجد أن التدريب الرياضي يلعب دورا أيجابيا في عملية التنظيم الحراري أذ بالتدريب يتحقق للجسم العديد من الفوائد سواء كان ذلك للأجهزة الحيوية بالجسم أو لعملية التنظيم الحراري نفسها فهناك فائدة يحققها التدريب الرياضي للجهاز الدوري وهي تحسين الدورة الوريدية خاصة بأطراف الجسم أذ تؤدي الانقباضات العضلية الناتجة عن قوة وعنف التدريب الى زيادة ضغط الدم الوريدي وعودة الدم الى القلب ، وأن ارتفاع ضغط الدم الوريدي يشير الى وجود دورة دموية أفضل كما يؤدي التدريب الى زيادة الشعيرات بأنسجة العضلة الى الضعف تقريبا عن طريق تفتح الشعيرات الخاملة وتكوين شعيرات دموية جديدة كما يعمل التدريب على اكساب الجسم درجة حرارة عالية من الفاعلية في تنظيم درجة الحرارة وذلك عن طريق زيادة فاعلية تمدد الاوعية الدموية السطحية ، وللتأكد على مدى أهمية النشاط الرياضي في أحداث التكيف مع حرارة الداخلية للجسم اي تحسين استجابات التنظيم الحاراري عند الاداء الرياضي نورد المثال التالي ... لو ان شخصا يفتقر الى اللياقة البدنية داوم على التدريب الشاق يوميا فأن درجة الحرارة المعي المستقيم (( الشرج )) قد ترفع الى نحو 83. 78 درجة .
ويؤكد أهمية النشاط الرياضي في أحداث التكيف من الحرارة الداخلية للجسم ان الفرد المدرب تكون درجة حرارة الداخلية (( جوف الجسم )) لدية عند الحمل العالي الشدة او غيره بل وانه لمن المرجح اعادة تهيئة الجهاز التلقائي للتنظيم لدى الفرد المدرب عند ارتفاع درجة حرارة خلال التدريب ليتكيف هذا الجهاز وبشكل ايجابي حيث يوفر للجسم بيئة حرارية أفضل للعمل الوظيفي وعمليات التمثيل الغذائي ومن ناحية أخرى يختزن جسم الفرد المدرب أقل من الحرارة الناتجة عن التدريب ويستقبل هذة الحرارة وبسرعة في حالة من الاستقرار ودرجة داخلية أ أقل وعلى العكس من ذلك الشخص الغير مدرب .
التنظيم الحراري في جسم الإنسان
شرح فزيولوجي عن التظيم الحراري في جسم الإنسان :
كما نعلم فإن الإنسان يعدّ من الموجودات ذات الدم الحار، ومن أجل بقائه على قيد الحياة لابدّ من أن يحافظ على درجة حرارة جسمهِ ضمن حدود ضيقة , إنّ المحافظة على حرارة الجسم ضمن هذه الحدود تعدّ عاملا حيوياً وأساسياً، من أجل قيام مختلف أجهزة الجسم بوظائفها المعينة على النحو المطلوب , و لهذا فإن جسم الإنسان يسعى جاهداً كي يحافظ على درجة حرارته عند 37 درجة . ومن أجل المحافظة على بقاء هذه الدرجة ثابتة، يجب أن تتوازن عملية فقدان الحرارة مع انتاجها , يتم التنظيم الحراري في الجسم بعملية التوازن بين الحرارة المكتسبة و الحرارة الضائعة .
الحرارة المكتسبة :
إن الحرارة المكتسبة يمكن أن ننظر إليها على شكلين :
الحرارة المكتسبة من الوسط المحيط أي من خارج الجسم مثل الحرارة المكتسبة من الإشعاع الشمسي و الهواء الساخن .
الحرارة المكتسبة من داخل الجسم فعلى سبيل المثال تصل نسبة الحرارة المتولدة في الظروف المُثلى، وأثناء الاستراحة لدى الشخص البالغ إلى حوالي (60-70 Kcal ) في الساعة .
كما و أن العمل العضلي يرفع المستوى القاعدي لتوليد الحرارة عشرات الأضعاف أو أكثر و الذي يمكنه أن يرفع الحرارة المتولدة إلى (1000 Kcal ) في الساعة بحسب نوعه وشدّته , حيث أننا نلاحظ عندما نقوم بجهد بدني عال ، ( مثلا عندما نؤدي التمرينات الرياضية ) أن لون بشرتنا يميل إلى الحمرة ، وهذا يعود إلى ارتفاع معدل جريان الدم تحت الجلد ، الذي يحصل لغرض انتقال حرارة الجسم إلى المحيط الخارجي . بالإضافة إلى أنه هناك عوامل مختلفة يمكنها أن ترفع معدل انتاج الحرارة في الظروف المثلى , ومن جملة هذه العوامل يمكن الإشارة إلى الاضطراب و الخوف و تعاطي بعض الأدوية و ارتفاع هرمونات الغدة الدرقية .
الجدول التالي يحتوي قيم تعبر عن الحرارة المتولدة في الجسم حسب العمل ، مع بيان متوسط مقدار الحرارة الناتجة:
العمل معدل الحرارة المتولدة
[ Kcal / hour ]
رياضة كرة القدم 102
رياضة المصارعة 114
رياضة الهوكي 173
أعمال البناء 216
حمل أدوات البناء 300
رياضة كرة السلة 344
الركض لمسافة 5 أميال 360
استخدام المنشار 450
الحراثة بالمجرفة 570
رياضة السباحة 660
الحرارة الضائعة :
في المناخ البارد تضيع حرارة الجسم بسهولة , ويصبح الجسم بحاجة إلى تعويض الحرارة الضائعة من أجل المحافظة على درجة حرارة ثابتة .
كيفية خفض درجة حرارة الجسم :
في الحالات التي يكون فيها الجسم عرضةً لضغط حراري مرتفع يكون من الواجب على الجسم أن يتخلص بسعة و فعالية من الحرارة , ويتم ذلك من خلال الآليات التالية و التي يعد التعرق أكثرها أهمية ً من أجل التخلص من الحرارة الزائدة :
الإشعاع : ويعدّ من أهم الطرق في فقدان الحرارة، الذي يتمثل بانتقال الحرارة من سطح إلى سطح آخر دون حصول التماس فيزيائي بينهما. وفي الظروف الطبيعية، يتم دفع 6% من الحرارة المتولدة في الجسم عن طريق الاشعاع.
التوصيل : هذه الطريقة مهمة في الماء والأجواء القطبية , ومن خلال طريقة التوجيه ، فإنّ الهواء البارد الذي يكون في حالة تماس مع الجلد يسخن ، ويخلي مكانه أمام الهواء البارد للنقاط الأخرى.
التعرق : يفرز الجسم حتى 12 ليتر من العرق يومياً و عند التبخر يمتص كل واحد ليتر 580 حريرة , وهذه الكمية من الحرارة تزيد كثيراً عن الكمية التي تضيع من خلال طرق فقد الحرارة الأخرى مثل التنفس و الإشعاع و التوصيل و النقل الحراري في محيط بارد .
الآلية الفزيولوجية و التحكم العصبي في النظام :
ينظم درجة حرارة الجسم منطقة تحت المهاد الموجودة في الدماغ , حيث في الجهة السفلى من المهاد توجد بضع مجموعات صغيرة من الخلايا تكون تحت المهاد , تحتوي منطقة تحت المهاد على خلايا عصبية حساسة للتغيرات الحرارية للدم , كما و تحتوي منطقة تحت المهاد على خلايا عصبية ودية , من حيث المبدأ فإن آلية تنظيم الحرارة تتم على الشكل التالي :
عند انخفاض درجة الحرارة :
تتحسس الخلايا العصبية في منطقة تحت المهاد لانخفاض الحرارة مما يؤدي إلى تنشيط الدافع العصبي اللاإرادي حيث ترسل هذه الخلايا إشارة إلى الخلايا العصبية الودية الموجودة في هذه المنطقة و التي تملك تأثير على العضلات الملساء في الجسم و خاصة العضلات في جدران الأوعية الدموية مما يؤدي إلى التقبض الوعائي و بالتالي يعمل على تقليل الفقد الحراري .
كما و تؤثر على العضلات الإرادية (الملساء) في الجسم مما يؤدي إلى حدوث الارتعاش و الذي يسبب توليد كمية من الحرارة ترفع من درجة حرارة الجسم .
عند ارتفاع درجة الحرارة :
يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى التوسع الوعائي و ذلك بآلية مشابهة للحالة السابقة حيث تتنبه الخلايا العصبية في منطقة تحت المهاد إلى ارتفاع حرارة الدم فتقوم بإرسال الإشارة إلى الخلايا العصبية الودية مما يضعف النشاط الودي مما يؤدي إلى اتساع الأوعية الدموية مسببة زيادة التبادل الحراري بين الجسم و الوسط الخارجي , و هذا يحصل من خلال تغيير نسبة جريان دم القسم الخارجي للبدن , أي عندما ترتفع الحرارة المركزية للجسم فإنّ العروق المجاورة تتسع مما يزيد جريان الدم فيها , و ينقل الدم الحرارة الفائضة إلى الجلد، ويتم التخلص منها هناك بطريقتي الإشعاع والتوصيل .
إذا كانت حرارة الجلد أقل من حرارة الجو المحيط ، يتم التخلص من الحرارة على شكل عرق يفرز خارج الجسم , و بإمكان الفرد البالغ أن يفرز من نصف لتر إلى لترا واحدا ( كحد أقصى ) من العرق خلال الساعة الواحدة , علماً بأنّ التعرق يحصل عندما تكون رطوبة الجو قليلة ، وينقطع التعرق عندما تصل الرطوبة إلى 75% .
العناصر الأساسية لهذا النظام :
مركز عصبي تحت المهاد .
الجملة الودية .
العضلات الملساء في جدران الأوعية الدموية .
العضلات الإرادية ( الملساء ) في الجسم .
الدم .
المخطط الصندوقي للنظام :
من خلال معرفة العناصر الأساسية و علاقتها ببعضها يمكن لنا رسم المخطط الصندوقي للنظام على الشكل التالي :
حيث :
T0 : درجة الحرارة المرجعية و تساوي في جسم الإنسان 37 درجة مئوية .
T1 : درجة حرارة الجسم .
E : الفرق بين درجة حرارة الجسم و درجة الحرارة المرجعية .
F1 : إشارة عصبية من المركز العصبي إلى الخلايا الودية .
F2 : إشارة عصبية من الخلايا الودية إلى العضلات جدران الأوعية الدموية .
F3 : إشارة عصبية من المركز العصبي إلى العضلات الإرادية ( الملساء ) .
Q1 :كمية الحرارة المتبادلة مع الوسط الخارجي .
Q2 : كمية الحرارة المتبادلة مع الدم .
Q3 : كمية الحرارة المكتسبة من داخل الجسم أي الناتجة عن الفعاليات الحيوية .
Q4 : كمية الحرارة الناتجة عن الرعشة و المقدمة إلى الدم .
Q5 : كمية الحرارة المقدمة إلى الدم و الناتجة الفعاليات الحيوية و عن الرعشة .
تحليل النظام تحكمياً :
من الناحية التحكمية نجد أن النظام :
يحتوي تغذية خلفية سالبة :
تؤمن معرفة المركز العصبي لقيمة درجة حرارة الجسم , و هذه التغذية الخلفية كونها سالبة فهي تؤمن عملية الاستقرار للنظام .
يعمل على التنظيم و ليس التعقب :
إن النظام السابق هو نظام يعمل على التنظيم و ليس التعقب , حيث أن النظام يحافظ على درجة حرارة ثابتة للجسم و هي الدرجة 37 درجة مئوية من خلال مقارنة درجة حرارة الدم مع درجة الحرارة المرجعية و من خلال الفرق تتولد إشارة مناسبة من أجل التأثير على كل من عضلات الأوعية الدموية أو عضلات الجسم من أجل إزالة الفرق و وصول بدرجة حرارة الجسم إلى نفس قيمة درجة الحرارة المرجعية .
مناقشة للقيم :
إن قيمة (E) ممكن أن تأخذ قيمة موجبة أو سالبة و ذلك بالاعتماد على انخفاض أو ارتفاع درجة الحرارة عن القيمة المرجعية .
إن قيمة (Q1) كمية الحرارة المتبادلة مع الوسط الخارجي و قيمة (Q2) كمية الحرارة المتبادلة مع الدم يمكن أن تأخذ قيمة سالبة أو موجبة حسب كونها مقدمة أو مأخوذة من الجسم للأولى أو الدم للثانية .
إن قيمة (Q3) و (Q5) ستأخذ قيم موجبة حصراً كونها دائمة تكون مقدمة للجسم و الدم .
هروب النظام :
سنناقش هل يمكن أن يعترض النظام في إحدى نقاطه للهروب و سندرس النقاط التالية : X1,X2,X3,X4
X1 : إذا فتح النظام في هذه النقطة فإن النظام لن يقوم بعمله أي لن يتحسس المركز العصبي لفرق الحرارة وبالتالي لا يوجد هروب.
X2 : إن فتح النظام في النقطة X2 لا يعني هروب النظام وإنما حالة خلل فيزيولوجي أي لا يمكن أن يحدث فتح في هذه النقطة لأن ذلك يؤدي إلى اضطراب في الجهاز العصبي وهذا غير ممكن.
X4 : في هذه الحالة فرق درجة الحرارة سيصل إلى المركز العصبي وسيرسل سيالة عصبية إلى الجملة الودية وكذلك إلى الأوعية الدموية التي ستتوسع لتقوم بعملية تبادل حراري مع الوسط الخارجي ولكن فتح النظام في هذه النقطة سيلغي عملية التبادل وهنا يحدث هروب للنظام .
X3 : وهنا يوجد احتمالين:
إذا كان المريض في حالة صحية جيدة ووعي فإنه لا يمكن أن يحدث هروب في هذه النقطة لأنه يوجد ترابط بين عمل المركز العصبي والعضلات.
إذا كان المريض فاقداً للوعي فإن المركز العصبي يتحسس لفرق الحرارة ويرسل سيالة عصبية إلى العضلات والتي تكون خارجة عن سيطرة الجهاز العصبي وبالتالي لا تقوم بعملها بشكل جيد وبالتالي يحدث هروب للنظام في هذه النقطة.
و من الأمثلة العملية عن حالة الهروب و التي يمكن لنا أن نقوم بها بشكل غير جارح حالة تسمى ضربة الشمس , حيث تحدث ضربة الشمس عندما تعجز الأنظمة المسؤولة عن تنظيم الحرارة في الجسم عن تبريد الجسم إلى الحد المطلوب ، وفي هذه الحالة ترتفع حرارة الجسم ، ولكن دون حصول التعرق ، وبالنتيجة تُخزن نسبة عالية من الحرارة في الجسم ، مسببة أرتفاع في درجة حرارة الجسم , مما يؤدي إلى إصابة الخلايا الدماغية بالضرر , وهذه المسألة تؤدي إلى الضعف الدائم أو الموت .
و تحدث هذه الحالة نتيجة عدم وجود كمية كافية من الماء في الجسم من أجل القيام بعملية التعرق و تخفيض الحرارة , و يمكن لنا أن نقوم بفتح النظام هنا بطريقة غير جارحة من خلال تعريض الشخص لكمية من الحرارة ( مثلاً حرارة الشمس ) بدون تقديم السوائل أو الماء له مما يسبب حدوث فتح للنظام في النقطة X4 و بالتالي حدوث هروب للنظام كما وضحنا سابقاً .
اهتزاز النظام :
سنناقش احتمال حدوث اهتزاز في النظام , إن أسباب الاهتزاز في أي نظام هي التأخير الزمني الزائد في حلقة التغذية الخلفية أو الزيادة المفاجئة في ربح الحلقة .
لدينا هنا حلقتين :
في حال الارتفاع في درجة الحرارة إشارة الدخل والتي هي T0 ثابتة و نلاحظ أن ربح الحلقة أو تابع النقل قريب من الواحد أي أن تابع النقل أو ربح الحلقة لا يزيد بشكل كبير وبالتالي لا يسبب الاهتزاز , و كذلك الأمر بالنسبة للحلقة الناتجة عن انخفاض درجة الحرارة فهو أيضاً قريب من الواحد وبالتالي لن يتشكل لدينا الاهتزاز .
أما الحالة الثانية والناتجة عن التأخير الزمني في حلقة التغذية الخلفية فلا يمكن أن نصادفه في هذه الحالة وخاصة أن السيالة العصبية تنتقل بشكل آني بحيث لا نلحظ أي تأخير في الاستجابة.
إذاً لا يوجد لدينا اهتزاز في النظام.