Реферат теплообмен человека с окружающей средой

Обновлено: 05.07.2024

2.2. Классификация методов оценки теплового баланса организма .

2.4. Средние значения составляющих теплового баланса человека

2.5. Номограмма тепловой нагрузки на организм человека.

3.4. Тепловая адаптация и её физиологические механизмы.

Тема данного реферата рассматривается в рамках климатологии и поэтому

посвящена вопросу о влиянии метеорологических факторов на тепловой баланс

и тепловое состояние человека. Учёт метеорологических факторов вытекает из

практических задач по созданию эф фективных средств защиты человека от

неблагоприятных климатических условий, при нормировании труда и отдыха на

открытом воздухе, при гигиенической оценке климата и т.д. Существуют

различные научные подходы и методы оценки влияния погоды и климата на

общее состояние и самочувствие человека. Наиболее часто используют м етоды

эффективной температуры, теплового баланса и комплексной климатологии.

Однако все эти методы имеют ограниченный характер применения.

Традиционно оценка климата для рекреации Украины производится по

методике И.С. Кандрора, Д.М. Дёминой, Е.М.Ратнера, в которой учтено

физиологическое состояние человека. Также часто используют рекреационную

классификацию погоды Н.А.Даниловой.[1,2,3] Изуч ение климатических

условий для рекреации производится с точки зрения комфортности погоды и

климата для организма здорового человека, который отдыхает. Важным

является знание комплексного влияния курортных факторов на организм на

этапе санаторно-курортного лечения. С учётом непрерывности реабилитации в

Украине выделяют стационарный, амбулаторный, а иногда ещё и санаторный

этапы медицинской реабилитации. С помощью показателей ультрафиолетовой

радиации, теплового баланса человека, меж суточной изменчивости

атмосферного давления, количества кислорода в воздухе, ком плекса

метеорологических величин определяют рекреационные типы погоды, а также

радиации на организм человека состоит в действии всех частей её спектра:

ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной. Ветер, влажность, осадки,

атмосферное давление значительно влияют на организм человека.

С точки зрения климатологии тепловое состояние человека есть ответная

реакция на комплексное действие пог оды. Анализ многих м етодов

свидетельствует, что для характеристики теплового состояния человека,

который подвержен влиянию комплекса метеорологических ф акторов, сам ым

объективным и научно-обоснованным является метод теплового баланса. Этот

метод позволяет количественно оценивать суммарные затраты тепла

организмом или приток тепла к организму при разных климатических

условиях. Каждая из составных частей в уравнении теплового баланса зависит

от характеристик окружающей среды и состояния человека, сравнивая которые

с средними показателями можно оценить климат с позиции теплового

2.2. Классификация методов оценки теплового баланса организма .

Они делятся на аналитические, интегральные показатели и приборные.[ 11]

Аналитические методы расчета теплового баланса организма человека имеют

значение главным образом для оценки метеорологических условий

климатотерапии. Они позво ляют перейти от метеорологических параметров

внешней среды к качественной оценке теплового состояния человека. Эти ме -

тоды информативны, дают возможность об ъективно оценить по тери или

поглощение тепла организмом в энергетических едини цах, однако они сложны

Приборный метод оценки теплового состояния человека.

Он заключается в моделировании некоторых физиологических функций,

формирующихся под воздействием метеорологических факторов с помощью

приборов, основанных на принципах охлаждения нагретог о чёрного шара. В

современных исследованиях такого рода приборы - фригориметры,

Для оценки теплоощущения человека широко применяется метод

интегральных показателей, среди этих показателей распространены

эквивалентно-эффективные и радиационно-эквивалентно-эффективные

температуры воздуха, выра жающие одним числом комплексное влияние на

тепловое ощущение человека трех или четырех метеорологических элемен тов:

эквивалентно-эффективные температуры ( ЭЭТ) — темпе ратуры, влажности

воздуха и скорости ветра; радиационно-эквивалентно-эфф ективные

температуры (РЭЭТ)—тех ж е эле ментов и интенсивности солнечной радиации.

Разработка данных показателей основана на том ф изиологическом принципе,

что одно и то же тепловое ощущение человек может испытывать при различных

Для расчетов ЭЭТ используются номограммы, а также следующая формула .

W- скорость ветра на уровне 2м над поверхностью земли, равная 0,67 от

На основании ряда исследований установлены пределы ЭЭТ, характеризующие

зоны различного теплоощущения человека, уточнённые клин ико-

физиологическими наблюдениями над абсолютными величинами теплопотерь

организма при различных метеорологических условиях. Продолжительность

периода с комфортными условиями теплоощущения определяет

биоклиматические ресурсы регионов, обуславливает особенности

Пределы зоны комфорта могут отл ичаться у людей в различ ных пр иродных

зонах, в разные сезоны года, а также при разных формах заболевания.

Радиационно-эквивалентно-эффективные температуры (РЭЭТ) также

рассчитывают по специальным формулам, в которые входит расчёт РЭЭТ для

Важным показателем, входящим в расчёт явля ется температура воздуха. В

Таблицах 2,3 приведены максимумы и минимумы температур в различных

регионах Украины. По климатическим условиям выделяют 2 периода

рекреационной деятельности:[12] холодный (ноябрь-март) и тёплый (апрель-

октябрь). Для холодного периода года по действию погоды на организм

человека выделено 4 группы рекреационных типов погоды : прохладная погода

с температурой воздуха ниже 10ºС; слабо холодная, когда температура воздуха

в пределах -10…-1 ºС; холодная температура с температурой -15…-10 ºС; и

дискомфортная- тем пература воздуха ниже -15 ºС. Холод либо жара требуют

значительного напряжения терморегуляторных м еханизмов человека. Для

тёплого периода года ( апрель-октябрь) по степени действия температуры

воздуха на человека рекреационные типы погоды объединили также в 4 группы:

комфортную- температура воздуха до + 20 ºС; тёплую- выше 25 ºС, прохладную

с температурой ниже 20 ºС и дискомфортную с температурой воздуха выше 30

ºС. Комфортная и прохладная погода в тёплый период года составляет 180 дней

в степной части Украины и 200 и более на Южном берегу Крыма. В холодный

период прохладная и слабохолодная погода бывает в среднем 100-150 дней, в

По современной методике, опуб ликованной в Украине в 2003 г оду [12] за

критерий тепловой нагрузки принимается интегральный показатель , который

равен суммарному притоку тепла к организму [4]. Уравнение теплового баланса

тела человека, не защищённого одеждой можно записать в виде:

FP-теплообмен между телом и воздухом путём конвекции,

B-отток тепла с верхних дыхательных путей во время дыхания,

Все члены уравнения выражаются в ваттах. Теплопродукция организма в

Положительные значения теплового баланса тела человека характеризуют

тепловое состояние человека, который претерпевает тепловые нагрузки

различной интенсивности. Если интег ральный показатель теплового состояния

человека отрицательный, то это указывает на режим охлаждения организма.

Отрицательное значение теплового баланса тела человека равно тому

количеству тепла, которое организм должен выделить за счёт повышения

физической активности или сберечь, используя соответствующую одежду,

Рассмотрим основные составляющие уравнения теплового баланса.

А)FLE-затраты тепла на выделение пота. При испарении 1 литра пота с кожи

неощутимая перспирация- это испарение межклеточной жидкости через

мембраны кож ных клеток и поры,2- ощутимая перспирация- потеря воды с

потом при перегреве( в результате физической нагрузки или в жарких условиях)

Максимальная скорость потообразования при мышечной работе может

достигать 2-3л/час, испарение которых отнимает около 2000 ккал/час в виде

тепла. При влажности воздуха выше 40 мм рт.ст. потоиспарение равно нулю.

Чем выше температура и скорость перемещения слоёв воздуха, тем выше

Радиационный баланс представляет собой сумму радиационных

коротковолновых и длинноволновых потоков тепла, поступающих на

поверхность тела или одежды. Величина радиационного баланса равна разности

поглощённого солнечного тепла и эф фективного излучения. Для оценки

биотермических условий человека важно знать отношения её радиационного

баланса к интегральной величине тепловой нагрузки. Радиационный баланс

является основным источником притока тепла к организму человека из внешней

среды. Солнечная радиация, проходя через атмосф еру, воздейств ует на все

метеорологические процессы, при этом оказывая влияние на тепловой баланс

человека. Радиационный баланс есть разница между притоком и затратами

лучистой энергии, что поглощается и отражается подстилающей поверхностью

и атмосферой. Радиационный баланс определяется продолжительностью

солнечного сияния, облачностью, прозрачностью атмосферы, характером

подстилающей поверхности. Радиационный баланс может быть положительным

(поверхность отражает солнечной радиации больше, чем отражает) или

отрицательным( отражается больше, чем поглощается). На севере и западе и в

Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется конвекцией в результате омывания тела воздухом, теплопроводностью, излучением на окружающие предметы и в процессе тепло-массо-обмена при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами и при дыхании. Таким образом, тепловое самочувствие человека, или тепловой баланс в системе человек-среда обитания зависит… Читать ещё >

Теплообмен человека с окружающей средой ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Одним из необходимых условий нормальной жизнедеятельности человека является обеспечение нормальных метеорологических условий в помещениях, оказывающих существенное влияние на тепловое самочувствие человека. Метеорологические условия, или микроклимат, зависят от теплофизических особенностей технологического процесса, климата, сезона года, условий вентиляции и отопления.(1,стр.119).

Нормальное тепловое самочувствие имеет место, когда тепловыделение человека полностью воспринимается окружающей средой. Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде, происходит рост температуры внутренних органов и такое тепловое самочувствие характеризуется понятием жарко. В противном случае — холодно.

Величина и направление конвективного теплообмена человека с окружающей средой определяется в основном температурой окружающей среды, атмосферным давлением, подвижностью и влагосодержанием воздуха.(1,стр.120).

Лучистый поток при теплообмене излучением тем больше, чем ниже температура окружающих человека поверхностей.

Количество теплоты, отдаваемой в окружающий воздух с поверхности тела при испарении пота, зависит не только от температуры воздуха и интенсивности работы, но и от скорости окружающего воздуха и его относительной влажности.

Количество теплоты, выделяемой человеком с выдыхаемым воздухом, зависит от его физической нагрузки, влажности, и температуры вдыхаемого воздуха.

Таким образом, тепловое самочувствие человека, или тепловой баланс в системе человек-среда обитания зависит от температуры среды, подвижности и относительной влажности воздуха, атмосферного давления, температуры окружающих предметов и интенсивности физической нагрузки.

Параметры — температура, скорость движения воздуха, относительная влажность и атмосферное давление окружающего воздуха — получили название параметров микроклимата.

1. Характеристика микроклиматических условий в горячих цехах.

2. Теплообмен между организмом и средой.

3. Влияние микроклимата горячих цехов на организм работающих. Формы перегревания.

4. Нормирование микроклимата горячих цехов.

5. Мероприятия, предупреждающие перегревание организма.

Введение

Характеристика микроклиматических условий в горячих цехах. ГОРЯЧИЕ ЦЕХИ — производственные помещения, в которых микроклимат характеризуется значительным образованием и выделением тепла свыше 20 ккал/час на 1 м 3 помещения. Например в черной металлургии в некоторых цехах удельное выделение тепла колеблется от 100 до 600 ккал/м 3 -час и более. К горячим цехам относятся доменные, мартеновские, конверторные, электроплавильные, прокатные цехи в черной металлургии, литейные, кузнечно-прессовые, термические цехи на заводах машиностроения, цехи по выплавке и тепловой обработке цветных металлов, обжиговые цехи фарфоро-фаянсовых, керамических и кирпичных заводов, котельные отделения тепловых электростанций и др.

Тепло из различных источников поступает в цех большей частью в виде инфракрасногоизлучения, составляющего не менее 60% всего отдаваемого тепла. Поглощаясь ограждениями, оборудованием и нагревая их, оно становится причиной образования источников вторичного теплового излучения. Одновременно в результате конвекционных токов происходит и нагревание воздуха в цехе.

Микроклимат в горячем цеху характеризуется значительными перепадами отдельных компонентов, особенно температуры и скорости движения воздуха. Параметры – температура, скорость движения воздуха, относительная влажность и атмосферное давление окружающего воздуха – получили название параметров микроклимата.

Температура воздуха в названных цехах в зависимости от времени года, количества поступающего в помещения тепла и состояния санитарно-технических средств борьбы с излишним тепловыделением колеблется в широких пределах, достигая летом 30—40° С, а на отдельных рабочих местах (крановщики) и значительно больших величин.

В зависимости от характера тепловыделений производственный микроклимат горячего цеха условно разделяют на радиационный, конвекционный и смешанный (радиационно-конвекционный) .

Радиационный микроклимат — наиболее характерный для горячего цеха. При этом климате интенсивность облучения рабочих при выполнении некоторых кратковременных производственных операций достигает 10— 15 кал/см 2 -мин и более; характер воздействия лучистой энергии определяется интенсивностью и длительностью облучения, спектральным составом и площадью облучаемого участка тела. Так, напр., облучение до 1 кал/см 2 -мин может переноситься неограниченное время, а в 1,5 кал/см 2 -мин — в течение 3—5 мин. Дальнейшее повышение его интенсивности уменьшает время переносимости до нескольких десятков секунд, а затем и секунд.

Конвекционный микроклимат цехов создается в результате нагрева воздуха от источников тепла, имеющих более высокую по сравнению с ним температуру.

Частой разновидностью производственного микроклимата является смешанный (радиационно-конвекционный) микроклимат, который характеризуется как инфракрасным излучением от первичных (печи, нагретый металл и др.) и вторичных источников излучения (строительные ограждения, оборудование), таки одновременно образующимися интенсивными конвекционными потоками воздуха, обусловливающими нагревание воздушной среды.

Теплообмен между организмом и средой

Тепловой обмен человеческого организма с окружающей средой заключается во взаимосвязи между образованием тепла в результате жизнедеятельности организма и отдачей или получением им тепла из внешней среды. Характер и интенсивность теплообмена между человеком и окружающей средой зависят от метеорологических условий среды, теплопродукции организма работающего, функционального состояния организма, передачи тепла от глубоколежащих тканей к коже. Отдача тепла организмом осуществляется путем конвекции, излучения и испарения.
Под конвекцией понимается непосредственная отдача тепла с поверхности человеческого тела менее нагретым притекающим к нему слоям воздуха. Интенсивность теплоотдачи пропорциональна площади поверхности тела, разности температуры тела и окружающей среды и скорости движения воздуха.
По известному закону охлаждения Ньютона количество тепла, передаваемого посредством конвекции в единицу времени, определяется следующим уравнением:
Н = C·S (Т — Тв) больших калорий /м 2 / час. град, с,
где Н — теплоотдача в больших калориях в час; 5 — площадь поверхности в квадратных метрах; Т — температура тела; Тв — температура воздуха (в градусах Кельвина); С — коэффициент теплоотдачи (величина, не зависящая от этих температур, но зависящая от скорости движения воздуха).
По данным ряда авторов, теплоотдача конвекцией у людей в состоянии покоя в комфортных метеорологических условиях составляет 14,2— 33,1% общей теплоотдачи организма.
Отдача тепла излучением происходит в направлении поверхностей с более низкой температурой. Передача тепла ИК-излучением в производственных условиях является одним из наиболее мощных путей теплообмена человека с окружающей средой и составляет в состоянии покоя в комфортных метеорологических условиях 43,8—59,1% общей теплоотдачи.
Количество передаваемой этим путем тепловой энергии определяется законом Стефана — Больцмана. По этому закону удельная мощность излучения с повышением температуры излучающего тела увеличивается пропорционально 4-й степени его абсолютной температуры. Для характеристики теплообмена излучением между двумя излучающими поверхностями принято следующее уравнение:
E=C1C2·K·(Т14 — Т24),
где Е — теплоотдача в малых калориях; C1 и С2 — константы излучения поверхностей; К — константа = 1,38·10 -12 малых калорий в секунду; T1 и Т2 — температура поверхностей (в градусах Кельвина), между которыми происходит теплообмен излучением.
Следовательно, чем выше температура источников тепловыделения, тем больше по сравнению с конвекцией удельное значение отдачи тепла излучением. Следует отметить, что в то время как интенсивность теплоотдачи конвекцией возрастает с повышением скорости движения воздуха, теплоотдача излучением не зависит от нее: воздух для инфракрасного излучения теплопрозрачен.
В ряде случаев в производственных условиях некоторое гигиеническое значение приобретает и передача тепла кондукцией, наблюдающаяся при соприкасании поверхности тела работающего с охлажденным или нагретым оборудованием,материалами.
Большое место в теплообмене между работающим и окружающей средой занимает отдача тепла испарением влаги с поверхности тела человека. При этом наиболее важное гигиеническое значение принадлежит так называемому физиологическому дефициту влажности, представляющему собой разность между максимальной влажностью при температуре кожи (не при температуре воздуха) и абсолютной влажностью воздуха. Эта величина характеризует возможность насыщения воздуха в данных условиях водяными парами при испарении влаги с поверхности кожи и верхних дыхательных путей. Чем больше физиологический дефицит влажности!) тем больше испарение, тем выше теплоотдача этим путем. На испарение 1 г влаги требуется около 0,6 ккал. На долю испарения в состоянии покоя в комфортных метеорологических условиях приходится 21,7—29,1 всей теплоотдачи человека.
При высокой температуре воздуха и окружающих поверхностей теплоотдача испарением значительно возрастает, при низких температурах удельный вес ее ниже.
Наконец, на характер и величину теплообмена путем теплоотдачи с поверхности человеческого тела влияет также подвижность воздуха. Подвижный воздух благоприятствует отдаче тепла конвекцией вновь притекающим слоям воздуха более низкой температуры, ускоряется испарение влаги с поверхности тела.
Сложный процесс теплообмена в различной степени зависит от физических условий окружающей среды — от степени и сочетания нагретости, влажности и подвижности воздуха и нагретости окружающих поверхностей и, как будет показано в дальнейшем изложении, от состояния физиологических функций организма. В качестве примера анализа теплообмена при одном из таких сочетаний можно привести следующее. Допустим, что работа средней тяжести (потребление 0,5—1 л кислорода) производится в условиях высокой температуры воздуха (33—35°), инфракрасного излучения (1,5 кал|см 2 |мин), высокой относительной влажности (70%) и незначительной скорости движения воздуха (порядка 0,2—0,3 м/сек).
Невозможность отдать тепло излучением (температура производственного источника излучения значительно выше температуры поверхности тела человека), конвекцией и проведением (температура воздуха близка к температуре кожи и внутри организма) способствует накоплению тепла в организме. Незначительная часть тепла отдается лишь испарением пота с поверхности тела, поскольку содержание водяных паров в воздухе достигает всего 70% максимального. При 33—35° это 26,11 г/м 3 , максимальная же влажность при этой температуре 37,37 г/м 3 . Следовательно, в воздух на рабочем месте может испариться всего 11,26 г/м 3 и тем самым отнять 6,75 ккал. Подвижный воздух высокой температуры и небольшой скорости в приведенных условиях способствует лишь некоторому ускорению испарения пота.
Легче справился бы организм с тем же тепловым воздействием (нагретый воздух, нагретые окружающие поверхности) при меньшей влажности воздуха, хотя потоотделение связано со значительным напряжением ряда функций организма.
Наличие источников тепла и высокой влажности в окружающей среде при выполнении физически тяжелой работы даже при значительной подвижности воздуха затрудняет теплоотдачу организмом, предъявляет высокие требования к терморегуляции, а при нарушении ее приводит к возникновению патологических изменений в организме (см. ниже).
Такого же рода анализ позволит правильно оценить с гигиенической точки зрения и другие сочетания метеорологических условий, в частности, характеризующиеся в основном низкой температурой воздуха и окружающих поверхностей. Чрезмерно большая теплоотдача в этих условиях оказывается неблагоприятной для поддержания устойчивого теплового состояния организма и приводит в случае недостаточной терморегуляции к переохлаждению.
Таким образом, в производственных условиях, когда температура воздуха и окружающих поверхностей ниже температуры поверхности кожи, теплоотдача осуществляется преимущественно конвекцией и излучением. Если же температура воздуха и окружающих поверхностей такая же, как температура кожи, или выше ее, теплоотдача возможна лишь испарением влаги с поверхности тела и с верхних дыхательных путей, если воздух еще не насыщен водяными парами.
Гигиеническое значение отдельных видов отдачи (поглощения) тепла не исчерпывается количеством тепла, отдаваемого (воспринимаемого) организмом человека. Участие различных физиологических механизмов в процессе теплообмена приводит к тому, что при количественно одинаковой потере (или поступлении в организм) тепла, осуществляемой различными путями, реакции организма, лежащие в основе сложного координаторного процесса терморегуляции, различны и не всегда биологически равноценны для организма.

· Нормальное тепловое самочувствие имеет место, когда тепловыделение человека полностью воспринимается окружающей средой. Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде, происходит рост температуры внутренних органов и такое тепловое самочувствие характеризуется понятием жарко. В противном случае – холодно.

· Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется конвекцией в результате омывания тела воздухом, теплопроводностью, излучением на окружающие предметы и в процессе тепломассообмена при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами и при дыхании.

· Величина и направление конвективного теплообмена человека с окружающей средой определяется в основном температурой окружающей среды, атмосферным давлением, подвижностью и влагосодержанием воздуха.

· Теплопроводность тканей человека мала, поэтому основную роль в процессе транспортирования теплоты играет конвективная передача с потоком крови.

· Лучистый поток при теплообмене излучением тем больше, чем ниже температура окружающих человека поверхностей.

· Количество теплоты, отдаваемой в окружающий воздух с поверхности тела при испарении пота, зависит не только от температуры воздуха и интенсивности работы, но и от скорости окружающего воздуха и его относительной влажности.

· Количество теплоты, выделяемой человеком с выдыхаемым воздухом, зависит от его физической нагрузки, влажности, и температуры вдыхаемого воздуха.

· Тепловое самочувствие человека, или тепловой баланс в системе человек-среда обитания зависит от температуры среды, подвижности и относительной влажности воздуха, атмосферного давления, температуры окружающих предметов и интенсивности физической нагрузки.

Во многих медико-реабилитационных мероприятиях необходимо учитывать теплообмен человека и среды. Организм человека поддерживает постоянную температуру тела, которая отличается от температуры внешней среды. Вследствие этого между телом человека и окружающей средой возникает теплообмен.

Задача организма состоит в обеспечении равенства между теплотой, выделяющейся в организме (Q_выд) и теплотой, отдаваемой в окружающую среду (Q_отд)- Если по каким либо причинам поддержка баланса между выделяемой и отдаваемой теплотами становится невозможной, организм погибает от переохлаждения или от перегрева. Выделение теплоты в организме происходит за счет энергии метаболических процессов и характеризуется удельной теплопродукцией – количеством теплоты, выделяемой единицей массы тела за 1 с. Передача теплоты в окружающую среду осуществляется за счет процессов теплообмена, указанных ниже.

Тепловое воздействие на организм человека могут оказывать внешняя среда и процессы, протекающие в самом организме.

Теплообменза счет теплопроводности.Теплопроводность – процесс передачи теплоты от более нагретых частей системы к менее нагретым, происходящий без переноса массы вещества и без излучения электромагнитных волн. Теплопроводность обусловлена тем, что частицы вещества, обладающие большей кинетической энергией, передают ее менее быстрым частицам. Передача теплоты путем теплопроводности может происходить между любыми телами при непосредственном контакте или через промежуточную среду (кроме вакуума).

Передачу теплоты путем теплопроводности в однородной среде описывают законом Фурье:

Тепловой поток (Р), переносимый через поверхность S, перпендикулярно направлению оси X, вдоль которой убывает температура, пропорционален площади этой поверхности и градиенту температуры: P_K = .

При расчете по этой формуле теплообмена между телом и окружающей средой, осуществляемого посредством теплопроводности через одежду, величины, входящие в формулу имеют следующий смысл:

S – площадь поверхности одежды (м 2 );

a – коэффициент теплопроводности материала одежды.

Знак минус указывает на то, что энергия переносится в направлении убывания температуры.

Значения коэффициента теплопроводности для некоторых веществ приведены в таблице.

Вещество	Коэффициент теплопроводности a, Вт/м 2 К
Сухой воздух	0,024
Ткань шерстяная сухая	0,025
Вода	0,585
Жировая клетчатка	0,17-0,21
Эпидермис человека	0,25
Мышечная ткань	0,58
Кость черепа	0,38
Серое вещество мозга	0,56
Ангиома (сосудистая опухоль)	0,56
Кровь	0,70
Кожа при слабом кровотоке	0,314
Кожа при сильном кровотоке	1,456
Снег свежевыпавший уплотненный тающий	0,105 0,35 0,640
Глицерин	0,286
Парафин	0,127
Спирт метиловый этиловый	0,223 0,189
Бумага	0,006
Вата хлопковая	0,003
Лед(-5°С)	0,22

Отметим, что коэффициент теплопроводности воздуха сравнительно мал, поэтому потери тепла тела за счет теплопроводности воздуха невелики. Коэффициент теплопроводности воды превышает коэффициент теплопроводности воздуха более чем в 20 раз, поэтому в холодной воде человек начинает мерзнуть довольно быстро.

В живом организме ткани имеют различные теплопроводности, и это различие весьма существенно для поддержания теплового режима организма. Значительная теплопроводность мышечной ткани, в которой находится много кровеносных сосудов, позволяет быстро переносить тепло от внутренних органов к внешним, предохраняя внутренние органы от перегрева. Напротив, при низких температурах внешней среды слой жировой ткани препятствует быстрой утечке тепла. Аналогичную роль играет волосяной покров и слой воздуха между волосами.

Теплообмен за счет конвекции. В тех случаях, когда в теплообмене участвуют жидкости или газы, обычно возникают явления конвекции: одновременно с потоком тепла возникают потоки вещества – более нагретые слои всплывают кверху, а менее нагретые опускаются. Такое перемешивание в громадной степени ускоряет процесс теплообмена. В случае, когда твердое тело находится в обтекающем его потоке жидкости или газа, теплообмен также носит конвекционный характер и происходит значительно быстрее, чем в покоящейся среде. Поэтому даже небольшой ветер (сквозняк) приводит к увеличению потерь тепла с поверхности тела.

Теплообмен посредством конвекции описывается законом Ньютона , где S – площадь поверхности тела; Т_п и Т_в– соответственно, температуры поверхности тела (внешней стороны одежды) и воздуха; a_c – коэффициент теплопередачи конвекцией.

Для открытых участков конвекционные процессы значительно интенсивнее теплопередачи путем теплопроводности и в воздухе играют основную роль. Напротив, для участков тела, укрытых одеждой, конвекционные процессы могут быть сведены к нулю. Например, температура верхней поверхности зимней одежды обычно равна температуре окружающего воздуха и Р_с = 0.

Тепловой удар. Теплопередача путем теплопроводности и конвекции происходит в направлении уменьшения температуры. Если температура окружающей среды выше температуры тела, то теплопроводность и конвекция создают тепловой поток, направленный внутрь тела, что при определенной длительности приводит к перегреву (тепловой удар). Живой организм не в состоянии функционировать без отдачи тепла наружу.

Теплообмен за счет испарения. Еще один механизм, посредством которого организм отдает теплоту в окружающую среду, связан с испарением жидкости. Количество теплоты, расходуемой на парообразование, определяется формулой Q = rт,

где т – масса испарившейся жидкости, r – удельная теплота парообразования.

Потоотделение зависит как от температуры внешней среды, так и от ее относительной влажности, так как она в значительной мере обусловливает скорость испарения влаги с поверхности организма. Нормальная относительная влажность среды составляет 40-60%. При высокой влажности процесс испарения с поверхности тела замедляется, а при 100% прекращается полностью. При высокой температуре окружающей среды это ведет к перегреву организма. По этой причине человеку трудно выполнять физическую работу при повышенной влажности. Влажность менее 40% приводит к усилению потери влаги организмом, к его обезвоживанию. Это также затрудняет выполнение работы.

Для протекания некоторых процессов важна не относительная, а абсолютная влажность. Так, испарение воды с поверхности альвеол в легких зависит от абсолютной влажности воздуха, так как из легких выдыхается воздух почти полностью насыщенный паром при температуре примерно 30°С. Количество пара, которым воздух насыщается в легких, очевидно, зависит от абсолютной влажности вдыхаемого воздуха.

Особенности теплового излучения человека. Доля теплового излучения в теплообмене человека с окружающей средой достигает 45%. Инфракрасное излучение различных участков поверхности тела определяется тремя факторами:

1) особенностями васкуляризации (плотности снабжения органов и тканей ссудами) поверхностей тканей;

2) уровнем метаболических процессов (обмена веществ) в них;

3) различиями в теплопроводности (связанными с развитием жировой клетчатки).

При соблюдении стандартных условий регистрируемая топография излучения характерна для данного человека. Изменения топографии излучения могут наблюдаться в следующих случаях.

Нарушения	Механизм нарушения
Нарушение структурных соотношений сосудистой сети	Врожденные аномалии, сосудистые опухоли (например, различные гемангиомы)
Изменения тонуса сосудов	Нарушение вегетативной иннервации, рефлекторное изменение тонуса
Местные расстройства кровообращения	Травмы, тромбоз, склероз сосудов
Нарушение венозного кровотока	Застой, обратный ток крови при недостаточности клапанов вен
Локальные изменения теплопродукции	Воспалительные очаги, опухоли, ревматические артриты
Изменения теплопроводности тканей	Отек, уплотнение тканей, изменение содержания жира

Вследствие сильной температурной зависимости мощности излучения (четвертая степень термодинамической температуры) даже небольшое повышение температуры поверхности может вызвать сильное изменение излучаемой мощности. Так, если, температура поверхности тела человека изменится на 3 К, то есть приблизительно на 1 %, то мощность изменится на 4%. Такое изменение надежно фиксируется соответствующими приборами (тепловизорами, датчиками на жидких кристаллах и т. п.). У здоровых людей распределение температуры по различным точкам поверхности тела достаточно характерно. Различные процессы (воспаление; изменение кровообращения в венах, например, при охлаждении или нагревании; опухоль) могут изменять местную температуру. Таким образом, регистрация излучения разных участков поверхности тела человека и определение их температуры является надежным неинвазивным диагностическим методом.

Воздействие низких температур. Холод – лечебное средство. Под воздействием холода (лед, снег) происходит спазм мелких сосудов, понижается нервная возбудимость, замедляется кровоток, снижается проницаемость мелких сосудов, предотвращается возникновение отеков. Криокомпресс, (гр. kryos – холод, мороз, лед) уменьшает боль при ушибах мягких тканей, суставов, растяжениях связок и других травм. С лечебной целью на кожу воздействуют процедурой криомассажа, которая осуществляется с использованием жидкого азота. Воздействие на кожу осуществляется при этом с помощью заполненного жидким азотом криодеструктора, на котором имеется тефлоновая насадка с температурой (–50 – –60)°С. Для криогенных методов создают специальную криогенную аппаратуру.

Защита от тепловых воздействий. Важным вопросом, связанным с работой человека в экстремальных температурных условиях, является организация защиты организма от тепловых воздействий. Защита от воздействия высоких температур – сложная задача, требующая комплексного решения. Кроме теплоизоляционных материалов для такой защиты используются металлизированные пленки, хорошо отражающие тепловое излучение, а в ряде случаев и специальный обдув тела охлажденным воздухом. Эффективность использования металлизированных покрытий (например, мелинекса) демонстрирует следующий пример. Испытуемые выполняли работу в помещении с t = 50°С. При этом интенсивность облучения составляла 1487 Вт/м 2 . У одетых в хлопчатобумажный комбинезон температура тела повышалась в среднем до 39°С, а при использовании одежды с покрытием из мелинекса – до 38°С. При этом применение одежды с покрытием увеличивало время переносимости данных условий на 50-70 %.

Для защиты от радиационного нагрева космонавтов, выходивших на поверхность Луны, применялся специальный комбинезон, надеваемый на скафандр. Он состоял из нескольких слоев ткани с блестящей металлической поверхностью (до 14 слоев). Внутри скафандра располагались трубки, по которым циркулировала охлаждающая жидкость. При разработки конструкции скафандра пришлось учитывать, что теплопродукция различных, частей организма неодинакова. Поэтому охлаждающие трубки в защитном костюме располагают так, чтобы 50% их приходилось на ноги, 23 % – на руки, 19 % – на туловище, 8 % – на голову и шею.

Одежда, предназначенная для защиты от низких температур окружающей среды, должна обеспечивать адекватную вентиляцию, чтобы под одеждой не конденсировалась влага, создавать изолирующую прослойку неподвижного воздуха вокруг тела. Теплоизоляционные свойства одежды снижаются при ветре и при движении. Для защиты от переохлаждения применяют, в частности, одежду с локальным подогревом (на спине, пояснице, стопах, предплечье, шее, лице) до 46-51°С и суммарной мощностью энергопитания 100 Вт. Электрообогреваемая одежда должна не нагревать поверхность тела человека, а лишь способствовать уменьшению теплопотерь и поддерживать нормальную температуру тела независимо от изменений температуры и скорости движения окружающего воздуха, а также интенсивности физической работы. Используют и комбинезоны с водяным подогревом, в которых по системе трубок движется нагретая жидкость, как в отдельных элементах защитного костюма космонавта.

Светолечение. Широкое лечебно-реабилитационное применение имеет светолечение – использование инфракрасного и видимого излучения в лечебных целях.

Источником инфракрасного излучения является любое нагретое тело. Интенсивность и спектральный состав такого излучения определяется температурой нагретого тела. Проникая в ткани, инфракрасные лучи (как и видимые) на месте своего поглощения вызывают образование тепла. Различные слои кожи неодинаково поглощают оптическое излучение разной длины волны (см. рис ).

В реабилитационно-лечебной практике в качестве искусственных источников инфракрасного излучения используются различные облучатели, рис. 30.7.

Лампа Минина представляет собой обычную лампу накаливания (в которой также сочетаются видимое и инфракрасное излучение) с рефлектором, локализующим излучение в необходимом направлении (рис. а). Источником излучения служат лампа накаливания мощностью 20-60 Вт из бесцветного или синего стекла.

Светотепловые ванны представляет собой непроводящий полуцилиндрический каркас, состоящий из двух половин, соединенных подвижно между собой (рис. 6). На внутренней поверхности каркаса, обращенной к пациенту, укреплены лампы накаливания мощностью 40 Вт (количество их и включение различно). В таких ваннах на биологический объект действует инфракрасное и видимое излучение, а также нагретый воздух, температура которого может достигать 70°С.

Лампа Соллюкс представляет собой мощную лампу накаливания в которой сочетаются видимое и инфракрасное излучение), помещенную в специальный рефлектор на штативе (рис. в). Источником излучения служит лампа накаливания мощностью более 500 Вт (температура вольфрамовой нити 2800°С, максимум излучения приходится на 2 мкм).

Читайте также: