Тепловой баланс организма реферат

Обновлено: 30.06.2024

человек и среда его обитания. основы физиологии труда

Терморегуляция организма. Тепловой баланс организма ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Метеорологические условия на рабочих местах определяются интенсивностью теплового облучения, температурой воздуха, относительной влажностью и скоростью движения воздуха, температурой поверхности. Эти параметры воздушной среды во многом влияют на самочувствие человека. Организм человека обладает свойствами терморегуляции. Температура тела постоянна, т.к. излишнее тепло отдается окружающей среде с помощью конвекции, излучения или испарения выделяющего пота при перегревах.

Нарушение терморегуляции приводит к головокружениям, тошноте, потере сознания и тепловому удару.

При температуре воздуха до +30 °С отдача тепла с тела осуществляется за счет конвекции и излучения. При Т > 30 °C большая часть тепла отдается путем испарения. Повышенная влажность (>75%) затрудняет терморегуляцию, т.к. уменьшает испарение. Особо опасна высокая температура при повышенной влажности. Наступает утомление, расслабление, потеря внимания. Движение воздуха улучшает терморегуляцию при работе, т.к. увеличивается отдача тепла конвекцией, но при низкой температуре это уже неблагоприятный фактор. Таким образом, для теплового самочувствия человека важно определенное сочетание температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха на рабочем месте. Оптимальные метеоусловия: влажность воздуха — 40−60%; скорость воздуха 0,1 — 0,5 м/с зимой и в два раза выше летом; давление воздуха — 760 мм ртутного столба; оптимальное значение температуры +20 °С (зависит от сезона и тяжести работы).

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

Методы оценки теплового баланса организма. Средние значения составляющих теплового баланса человека на примере Украинских Карпат. Температура тела и терморегуляция. Тепловая адаптация и её физиологические механизмы. Терморегуляция при плавании.

Рубрика	Медицина
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	18.08.2009
Размер файла	2,8 M

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ТАВРИЧЕСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ЭКОНОМИКО-ГУМАНИТАРНЫЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ

Левицкая Екатерина Владимировна

Курс 6, группа Р-601

2. Методы оценки теплового баланса организма.

2.1 Тепловой баланс человека.

2.2 Классификация методов оценки теплового баланса организма.

2.3 Уравнение теплового баланса.

2.4 Средние значения составляющих теплового баланса человека на примере Украинских Карпат.

2.5 Номограмма тепловой нагрузки на организм человека.

3.1 Температура тела и терморегуляция.

3.2 Температура кожи.

3.4 Тепловая адаптация и её физиологические механизмы.

3.5.Механизмы адаптации к холоду.

3.6 Терморегуляция при плавании.

1. Введение

2. Методы оценки теплового баланса организма

2.1 Тепловой баланс человека

С точки зрения климатологии тепловое состояние человека есть ответная реакция на комплексное действие погоды. Анализ многих методов свидетельствует, что для характеристики теплового состояния человека, который подвержен влиянию комплекса метеорологических факторов, самым 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 комфорта человека.

2.2 Классификация методов оценки теплового баланса организма

Они делятся на аналитические, интегральные показатели и приборные.

Аналитические методы расчета теплового баланса организма человека имеют значение главным образом для оценки метеорологических условий климатотерапии. Они позволяют перейти от метеорологических параметров внешней среды к качественной оценке теплового состояния человека. Эти методы информативны, дают возможность объективно оценить потери или поглощение тепла организмом в энергетических единицах, однако они сложны для практического использования.

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 нагретого чёрного шара. В современных исследованиях такого рода приборы - фригориметры, кататермометры - используются в нашей стране.

Для оценки теплоощущения человека широко применяется метод интегральных показателей, среди этих показателей распространены эквивалентно-эффективные и радиационно-эквивалентно-эффективные температуры воздуха, выражающие одним числом комплексное влияние на тепловое ощущение человека трех или четырех метеорологических элементов: эквивалентно-эффективные температуры (ЭЭТ) -- температуры, влажности воздуха и скорости ветра; радиационно-эквивалентно-эффективные температуры (РЭЭТ) -- тех же элементов и интенсивности солнечной радиации. Разработка данных показателей основана на том физиологическом принципе, что одно и то же тепловое ощущение человек может испытывать при различных комбинациях метеорологических факторов (табл. 1).

Прохладно - зона комфорта

Индифферентно- зона комфорта

Для расчетов ЭЭТ используются номограммы, а также следующая формула.

ЭЭТв (для воздушных ванн)=0,57(ЭЭТп-7)/0,8+11

ЭЭТп (для прогулок)=(t*G/80)*(0,00439*Т+0,456*Т+9,5)+W*(0,11*T-0,13)-0,002*Т*G.

Где t- температура воздуха в градусах.

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

G=100-f %(относительная влажность воздуха).

На основании ряда исследований установлены пределы ЭЭТ, характеризующие зоны различного теплоощущения человека, уточнённые клинико-физиологическими наблюдениями над абсолютными величинами теплопотерь организма при различных метеорологических условиях. Продолжительность периода с комфортными условиями теплоощущения определяет биоклиматические ресурсы регионов, обуславливает особенности проектирования терренкуров и климатосооружения.

Пределы зоны комфорта могут отличаться у людей в различных природных 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 солнечных ванн и для прогулок.

Важным показателем, входящим в расчёт является 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 10?С; слабо холодная, когда температура воздуха в пределах -10…-1 ?С; холодная температура с температурой -15…-10 ?С; и дискомфортная- температура воздуха ниже -15 ?С. Холод либо жара требуют значительного напряжения терморегуляторных механизмов 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 ?С; тёплую- выше 25 ?С, прохладную с температурой ниже 20 ?С и дискомфортную с температурой воздуха выше 30 ?С. 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 горах на высоте более 1000м -40-50 дней.

2.3 Уравнение теплового баланса

По современной методике, опубликованной в Украине в 2003 году [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: FLE=FR+FP+B+q,

Где FLE-затраты тепла на выделение пота,

FR-радиационный баланс тела,

FP-теплообмен между телом и воздухом путём конвекции,

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

q- теплопродукция организма,

F- эффективная площадь поверхности тела(F=1,5 кв.м),

L- скрытая теплота парообразования (L=2411Дж/г).

Все члены уравнения выражаются в ваттах. Теплопродукция организма в состоянии покоя равна 93 Вт.

Положительные значения теплового баланса тела человека характеризуют тепловое состояние человека, который претерпевает тепловые нагрузки различной интенсивности. Если интегральный 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, чтобы обеспечить состояние теплового комфорта.

Рассмотрим основные составляющие уравнения теплового баланса.

Б) FR-радиационный баланс тела.

В) FP-теплообмен между телом и воздухом путём конвекции связаны с нагреванием и перемешиванием слоёв воздуха вдоль тела: у поверхности тела воздух нагревается, и поднимается кверху, освобождая доступ холодным порциям воздуха. Основное направление конвекции - снизу - вверх. Интенсивность теплоотведения зависит от разности между температурой тела и воды или воздуха, при 33 градусах конвекция тормозится. Значительное влияние оказывает площадь поверхности тела. В покое теплопотеря за счёт конвекции составляет около 40 %.

Г) B-отток тепла с верхних дыхательных путей во время дыхания относится к неощутимой перспирации. Вместе с испарением через мембраны кожных клеток этим путём за сутки испаряется около 250мл жидкости, что составляет около 20% общих теплопотерь.

Д) q- теплопродукция организма.

Теплообразование является основным свойством всех живых организмов. Тепло, вырабатываемое человеком (теплопродукция) возникает в процессе биологического обмена веществ во всех тканях тела. Вся энергия, которая в конечном итоге выделяется в виде тепла, количественно определяется химической энергией переваренной пищи [5]. И поступившим из внешней среды теплом, причём пища является основным источником тепла живых организмов. Большинство исследований, посвящённых изучению явления теплообразования, было связано с проблемой определения основной величины теплопродукции, под которой понимается количество энергии, расходуемое организмом человека при полном мышечном покое, до приёма пищи в условиях теплового комфорта. Образование тепла зависит от ряда факторов: метеорологических условий, пола, возраста и, прежде всего, от характера пищи и деятельности человека. Она изменяется в зависимости от тяжести физической работы. Основная часть энергии теплопродукции выделяется в окружающую среду в виде тепла, и лишь небольшая её часть превращается в механическую энергию, которая расходуется на внешнюю работу. При высокой физической активности значение внешней работы в энергетическом балансе человека увеличивается, однако даже при очень напряжённой физической работе энергия, затрачиваемая на внешнюю работу, значительно меньше величины теплопродукции, определённой у человека в состоянии покоя. Изучение основной величины теплопродукции в различных метеорологических условиях показало, что чем больше масса тела, тем больше теплопродукция. При этом было выяснено, что если отнести основную величину теплопродукции ко всей площади поверхности тела, то получается величина, близкая к постоянной для большинства людей. Это значение теплопродукции для человека в покое было оценено равным 40-50 ккал/кв.м*час.[6]

2.4 Средние значения составляющих теплового баланса человека на примере Украинских Карпат

С помощью метода теплового баланса организма человека можно рассчитать его составляющие и провести оценку рекреационных районов Украины. Один из главных рекреационных районов - Украинские Карпаты. В течение года организм человека в Украинских Карпатах получает тепловые нагрузки разной интенсивности.(таблица4,5) Но интересно, что средние значения интегрального показателя теплового состояния человека почти повсюду отрицательные, что соответствует режиму охлаждения организма. Зимой больше тепла организм человека теряет на вершинах гор. Осенью биоклиматические условия Украинских Карпат суровее, чем весной. Весной радиационный баланс имеет положительные значения, но интегральный показатель теплового состояния остаётся отрицательным, что свидетельствует о потерях тепла организмом за счёт конвективного и других видов теплообмена. Летом почти везде затраты тепла превышают радиационный баланс. Основным фактором, что определяет затраты тепла на выделение пота, остаётся конвективный теплообмен. Осенью организм человека получает недостаточное количество солнечного тепла для обеспечения оптимального состояния. Недостаток тепла, которое приходит извне, может быть компенсирован с помощью одежды с высокими теплоизоляционными свойствами.

2.5 Номограмма тепловой нагрузки на организм человека

Для правильного проведения и дозирования гелиотерапевтических процедур необходимо учитывать и тепловое состояние человека. Для назначения и проведения климатолечения (принятия процедур) необходимо рассчитывать тепловую нагрузку на организм человека, которую можно определить с помощью номограммы.

3. Терморегуляция

3.1 Температура тела и терморегуляция

Термический режим тела человека характеризуется существенной особенностью, свойственной всем теплокровным животным,- наличием сравнительно постоянного уровня внутренней температуры тела. У человека внутренняя температура тела близка к 37 градусов. Сохранение температуры тела в пределах нормы является необходимым условием жизнедеятельности человека.[7] Если температура тела должна оставаться постоянной, то необходимо, чтобы в тепловом балансе человека сохранялось равенство прихода и расхода тепла. Действительно, если приход тепла будет больше расхода, то температура тела будет повышаться. Если же приход тепла будет меньше расхода, то это приведёт к понижению температуры тела. В физиологических исследованиях было установлено[6,8], что температура тела человека поддерживается путём регуляции тепла и его отдачи. Химическая терморегуляция является основной. Дополнительное регулирование осуществляется за счёт изменений теплоотдачи с помощью, так называемой физической терморегуляции. Физическая терморегуляция определяется как физическими, так и физиологическими процессами. Схематично можно довольно просто разграничить область действия этих процессов: теплоотдача от внутренних органов к коже происходит на основе физиологических закономерностей, а теплоотдача от кожи через одежду во внешнюю среду - в соответствии с физическими закономерностями. Причём факторы внешней среды оказывают влияние не только на физическую, но и на химическую терморегуляцию. Человек отдаёт в окружающую среду тепло, которое он сам продуцирует и которое получает в виде радиации, пятью основными способами[9]:1) молекулярной теплопроводностью, 2) турбулентной теплопроводностью, 3) длинноволновым излучением, 4)дыханием, 5) испарением пота. Передача тепла путём молекулярной теплопроводности происходит при непосредственном соприкосновении двух тел. У человека этот вид теплообмена ограничивается небольшими участками соприкосновения ног или обуви с поверхностью земли или полом, и им можно пренебречь. Если изучается теплообмен для человека в положении лёжа, то молекулярная теплопроводность играет важную роль. Величина отдачи тепла путем молекулярной теплопроводности пропорциональна разности температур и площади соприкасающихся поверхностей.

В условиях, когда поверхность тела человека теплее окружающего воздуха, турбулентный теплообмен является одним из основных путей передачи тепла от организма во внешнюю среду и связан с непрерывным нагреванием организмом близлежащих слоёв воздуха, причем нагретый воздух постоянно обменивается на холодный. Потеря тепла конвекцией зависит от температуры воздуха, скорости ветра, площади нагретого тела, теплопроводности внешних слоев нагретого тела и некоторых других характеристик.

Как и всякое тело, организм человека теряет тепло путем излучения. Потери тепла излучением определяются известным законом Больцмана. При этом необходимо иметь в виду, что тело человека не является абсолютно черным излучателем, и это учитывается введением соответствующего множителя.

Постоянство температуры тела осуществляется в результате сложной работы терморегулирующего аппарата организма человека, который через высшие отделы центральной нервной системы чутко реагирует на изменения термических условий окружающей среды. Под влиянием этих воздействий организм способен менять количество вырабатываемого им и отдаваемого в окружающее пространство тепла. У человека, как и у всех высших животных основной обмен в условиях высоких температур немного повышается. Механизм терморегуляции увеличивает теплоотдачу в результате рефлекторного расширения периферических сосудов, что улучшает кровоснабжение кожи и, следовательно, создаёт условия, при которых отдача тепла организмом повышается за счет усиления конвекции и излучения тепла в окружающую среду. Одновременно увеличивается и потоотделение, являющееся в этих условиях главным фактором теплопотери за счет энергии, расходуемой на испарение пота с поверхности кожи [10].

При действии на организм низкой температуры отмечается рефлекторный процесс, обратный тому, который наблюдается в условиях жаркой погоды: механизм терморегуляции повышает теплопродукцию, периферические сосуды сужаются, кровоснабжение кожи уменьшается, а процесс потоотделения резко ослабевает или прекращается. Это способствует резкому уменьшению теплоотдачи.

При очень сильном охлаждении тела величина теплопродукции в покое может увеличиться в три раза. Это явление связывают с изменением скорости окислительных процессов при изменении мышечного напряжения, возникновения дрожания и т. п.

Таким образом, условия внешней среды, влияя на организм через нервные рецепторы, приводят в действие систему физиологических механизмов, которая в зависимости от характера температурного раздражителя соответственно ослабляет или усиливает процессы теплоотдачи и теплопродукции, обеспечивая тем самым сохранение температуры на нормальном физиологическом уровне.

3.2 Температура кожи

В целом ряде экспериментальных работ, посвященных исследованию теплового баланса, физиологам удалось установить тесную корреляцию между субъективными оценками теплового состояния и температурой кожи. Причем оказалось, что каждой субъективной оценке соответствует температура кожи не отдельных точек тела, а ее средневзвешенное значение, определенное для всей поверхности тела. Следовательно, по данным средней температуры кожи можно объективно оценивать тепловое состояние.

Впервые предложение использовать температуру кожи в качестве показателя теплового состояния человека было сделано бельгийским метеорологом Венсеном в 1890г. Венсен составил формулу для расчета температуры кожи большого пальца руки по данным измерений температуры воздуха, температуры шарового термометра и скорости ветра. По результатам таких расчетов и измерений была составлена таблица соотношения температуры кожи с тепловым состоянием человека.

В дальнейшем многие работы были направлены на поиски наиболее характерных точек на поверхности тела, в которых измеренная температура соответствовала бы действительному тепловому состоянию. Однако оказалось, что такой точки не существует, поскольку каждая из них является репрезентативной для определенной части, а не для всего тела. Отдельные участки тела при этом характеризуются различными температурами, например, в условиях комфорта температура лба может изменяться в пределах 31--34° С, а груди 31,5--33,5° С [13].

Таблица 6 . Значения средней температуры кожи ? С при различном теплоощущении человека .

Человек, как известно, относится к гомойотермным, или теплокровным, организмам. Означает ли это, что температура его тела постоянна, т.е. организм не реагирует на изменения температуры окружающей среды? Реагирует, и даже очень чутко. Постоянство температуры тела – это, собственно, и есть результат непрерывно происходящих в организме реакций, поддерживающих неизменным его тепловой баланс.

С точки зрения обменных процессов, выработка тепла – это побочный эффект химических реакций биологического окисления, в ходе которых поступающие в организм питательные вещества – жиры, белки, углеводы – претерпевают превращения, заканчивающиеся образованием воды и углекислого газа. Такие же реакции с высвобождением тепловой энергии происходят и в организмах пойкилотермных, или холоднокровных, животных, но из-за значительно более низкой их интенсивности температура тела у пойкилотермных лишь незначительно превышает температуру окружающей среды и изменяется в соответствии с последней.

Все протекающие в живом организме химические реакции зависят от температуры. И у пойкилотермных животных интенсивность процессов превращения энергии, согласно правилу Вант-Гоффа*, возрастает пропорционально внешней температуре. У гомойотермных животных эта зависимость замаскирована другими эффектами. Если гомойотермный организм охладить ниже комфортной температуры окружающей среды, интенсивность обменных процессов и, следовательно, выработка тепла у него возрастают, предотвращая понижение температуры тела. Если терморегуляцию у этих животных блокировать (например, при наркозе или повреждении определенных участков ЦНС), кривая зависимости теплопродукции от температуры будет такой же, как и для пойкилотермных организмов. Но даже в этом случае сохраняются существенные количественные различия между обменными процессами у пойкилотермных и гомойотермных животных: при данной температуре тела интенсивность обмена энергии в расчете на единицу массы тела у гомойотермных организмов по меньшей мере в 3 раза превышает интенсивность обмена у пойкилотермных организмов.

Температура большинства теплокровных млекопитающих лежит в диапазоне от 36 до 40 °С, несмотря на значительные различия в размерах тела. В то же время интенсивность метаболизма (М) зависит от массы тела (m) как ее показательная функция: M = k x m 0,75 , т.е. величина М/m 0,75 одна и та же для мыши и для слона, хотя у мыши интенсивность метаболизма на 1 кг массы тела значительно больше, чем у слона. Этот так называемый закон снижения интенсивности обмена веществ в зависимости от массы тела отражает то, что теплопродукция соответствует интенсивности теплоотдачи в окружающее пространство. Для данной разницы температур между внутренней средой организма и окружающей средой потери тепла на единицу массы тела оказываются тем больше, чем больше соотношение между поверхностью и объемом тела, причем последнее соотношение уменьшается с увеличением размеров тела.

Температура тела и тепловой баланс

Когда для поддержания постоянства температуры тела требуется дополнительное тепло, оно может быть выработано за счет:

1) произвольной двигательной активности;
2) непроизвольной ритмической мышечной активности (дрожь, вызванная холодом);
3) ускорения обменных процессов, не связанных с сокращением мышц.

Чтобы температура тела не изменялась, теплопродукция должна равняться теплоотдаче. По закону охлаждения Ньютона отданное телом тепло (за вычетом потерь, связанных с испарением) пропорционально разности температур между внутренней частью тела и окружающим пространством. У человека теплоотдача равна нулю при температуре окружающей среды 37 °С, а при понижении температуры она возрастает. Теплоотдача зависит также от проведения тепла внутри организма и периферического кровотока.

Термогенез, связанный с обменом веществ в условиях покоя (рис. 1), уравновешивается процессами теплоотдачи в зоне температур окружающей среды Т₂–Т₃, если кожный кровоток постепенно уменьшается по мере снижения температуры от Т₃ до Т₂. При температуре ниже Т₂ постоянство температуры тела может поддерживаться только при усилении термогенеза пропорционально потерям тепла. Наибольшая выработка тепла, обеспечиваемая этими механизмами, у человека соответствует уровню метаболизма, в 3–5 раз превышающему интенсивность основного обмена, и характеризует нижнюю границу диапазона терморегуляции T₁. В случае выхода за эту границу развивается гипотермия, которая может привести к смерти от переохлаждения.

При температуре окружающей среды выше Т₃ температурное равновесие могло бы сохраняться за счет ослабления интенсивности обменных процессов. На самом деле, температурный баланс устанавливается за счет дополнительного механизма теплоотдачи – испарения выделяющегося пота. Температура Т₄ соответствует верхней границе диапазона терморегуляции, которая определяется максимальной интенсивностью выделения пота. При температуре среды выше Т₄ возникает гипертермия, которая может привести к смерти от перегрева. Температурный диапазон Т₂–Т₃, в пределах которого температура организма может поддерживаться на постоянном уровне без участия дополнительных механизмов теплопродукции или потоотделения, называется термонейтральной зоной. В этом диапазоне интенсивность метаболизма и теплопродукция по определению минимальны.

Температура тела человека

Тепло, вырабатываемое организмом в норме (т.е. в условиях равновесия), отдается в окружающее пространство поверхностью тела, поэтому температура частей тела вблизи его поверхности должна быть ниже температуры его центральных частей. В связи с неправильностью геометрических форм тела распределение температуры в нем описывается сложной функцией. Например, когда легко одетый взрослый человек находится в помещении с температурой воздуха 20 °С, температура глубокой мышечной части бедра составляет 35 °С, глубоких слоев икроножной мышцы 33 °С, в центре стопы температура составляет лишь 27–28 °С, а ректальная температура равна примерно 37 °С. Колебания температуры тела, вызванные изменениями внешней температуры, наиболее выражены вблизи поверхности тела и на концах конечностей (рис. 2).

Рис. 2. Температура различных областей тела человека в условиях холода (А) и тепла (Б)

Внутренняя температура тела сама по себе не является постоянной ни в пространственном, ни во временном отношении. В термонейтральных условиях различия температур во внутренних областях тела составляют 0,2–1,2 °С; даже в головном мозге разница температур между центральной и наружной частями достигает более 1 °С. Наиболее высокая температура отмечается в прямой кишке, а не в печени, как считалось раньше. На практике обычно представляют интерес изменения температуры во времени, поэтому ее измеряют на каком-либо одном определенном участке.

Для клинических целей предпочтительнее измерять ректальную температуру (термометр вводят через анальное отверстие в прямую кишку на стандартную глубину 10–15 см). Оральная, точнее подъязычная, температура обычно на 0,2–0,5 °С ниже ректальной. На нее влияет температура вдыхаемого воздуха, пищи и питья.

При исследованиях в спортивной медицине часто измеряют пищеводную температуру (над входом в желудок), которую регистрируют с помощью гибких термодатчиков. Такие измерения отражают изменения температуры тела быстрее, чем регистрация ректальной температуры.

Подмышечная температура также может служить показателем внутренней температуры тела, поскольку, когда рука плотно прижата к грудной клетке, температурные градиенты смещаются так, что граница внутреннего слоя доходит до подмышечной впадины. Однако для этого необходимо некоторое время. Особенно после нахождения на холоде, когда поверхностные ткани были охлаждены и в них произошло сужение сосудов (это особенно часто бывает при простуде). В этом случае для установления теплового равновесия в этих тканях должно пройти около получаса.

В некоторых случаях внутреннюю температуру измеряют в наружном слуховом проходе. Это делают при помощи гибкого датчика, который помещают вблизи барабанной перепонки и предохраняют от внешних температурных влияний при помощи ватного тампона.

Температура тела человека колеблется в течение дня: она минимальна в предутренние часы и максимальна (часто с двумя пиками) в дневное время (рис. 3). Амплитуда суточных колебаний составляет примерно 1 °С. У животных, активных в ночное время, температурный максимум отмечается ночью. Проще всего было бы объяснить эти факты тем, что увеличение температуры происходит в результате усиления физической активности, однако такое объяснение оказывается неверным.

Колебания температуры – один из многих суточных ритмов. Даже если исключить все ориентирующие внешние сигналы (свет, температурные изменения, часы приема пищи), температура тела

На ритм суточных изменений температуры накладываются ритмы с более продолжительными периодами, например температурный ритм, синхронизованный с менструальным циклом.

Во время ходьбы, например, выработка тепла в 3–4 раза, а при напряженной физической работе даже в 7–10 раз выше, чем в состоянии покоя. Увеличивается она и в первые часы после приема пищи (примерно на 10–20%). Ректальная температура во время марафонского бега может достигать 39–40 °С, а в некоторых случаях – почти 41 °С. А вот средняя температура кожи снижается за счет вызванного нагрузкой потоотделения и испарения. Во время работы с субмаксимальной нагрузкой, пока происходит выделение пота, повышение внутренней температуры почти не зависит от окружающей температуры в диапазоне 15–35 °С. Обезвоживание тела приводит к подъему внутренней температуры и заметно снижает работоспособность.

Теплоотдача

Как же тепло, возникшее в недрах организма, покидает его? Частично с выделениями и с выдыхаемым воздухом, но роль главного охладителя играет кровь. Благодаря своей высокой теплоемкости кровь очень хорошо подходит для этой цели. Она забирает тепло у клеток омываемых ею тканей и органов и уносит его по кровеносным сосудам к коже и слизистым оболочкам. Здесь, в основном, и происходит отдача тепла. Поэтому оттекающая от кожи кровь примерно на 3 °С холоднее притекающей. Если организм лишить возможности удалять тепло, то всего лишь за 2 ч температура его повышается на 4 °С, а подъем температуры до 43–44 °С уже, как правило, несовместим с жизнью.

Передача тепла в конечностях до некоторой степени определяется тем, что кровоток здесь происходит по принципу противотока. Глубокие крупные сосуды конечностей располагаются параллельно, благодаря чему кровь, следующая по артериям на периферию, отдает свое тепло близлежащим венам. Таким образом, капилляры, расположенные на концах конечностей, получают предварительно охлажденную кровь, поэтому пальцы рук и ног наиболее чувствительны к пониженным температурам.

Слагаемыми теплоотдачи служат: проведение тепла Н_п, конвекция Н_к, излучение Н_изл и испарение Н_исп. Общий поток тепла определяется суммой этих компонентов:

Перенос тепла путем проведения происходит, когда тело соприкасается (в положении стоя, сидя или лежа) с плотным субстратом. Величина потока тепла определяется температурой и теплопроводностью прилежащего субстрата.

Если кожа теплее окружающего воздуха, прилегающий к ней слой воздуха нагревается, поднимается и замещается более холодным и плотным воздухом. Движущей силой этого конвективного потока служит разница между температурами тела и окружающей среды вблизи него. Чем больше движений возникает во внешнем воздухе, тем тоньше становится пограничный слой (максимальная толщина 8 мм).

Для диапазона биологических температур перенос тепла за счет излучения Н_изл может быть описан с достаточной точностью при помощи уравнения:

Н_изл= h_изл x (T_кожи – Т_изл) x А,

где T_кожи – средняя температура кожи, Т_изл – средняя температура излучения (температура окружающих поверхностей, например стен комнаты),
А – эффективная площадь поверхности тела и
h_изл – коэффициент переноса тепла за счет излучения.
Коэффициент h_изл учитывает излучающую способность кожи, которая для длинноволнового ИК-излучения равна примерно 1 независимо от пигментации, т.е. кожа излучает почти столько же энергии, сколько абсолютно черное тело.

Около 20% теплоотдачи тела человека в условиях нейтральной температуры осуществляется за счет испарения воды с поверхности кожи или со слизистых оболочек дыхательных путей. Теплоотдача путем испарения происходит даже при 100% относительной влажности окружающего воздуха. Это происходит до тех пор, пока температура кожи выше температуры окружающей среды и кожа полностью увлажнена благодаря достаточному выделению пота.

Когда температура окружающей среды превышает температуру тела, теплоотдача может осуществляться только путем испарения. Эффективность охлаждения за счет потоотделения очень высока: при испарении 1 л воды организм человека может отдать треть всего тепла, выработанного в условиях покоя за целый день.

Влияние одежды

Эффективность одежды как теплоизолятора обусловлена мельчайшими объемами воздуха в структуре плетеной ткани или в ворсе, в которых не возникают сколько-нибудь заметные конвективные потоки. В этом случае тепло переносится только путем проведения, а воздух является плохим проводником тепла.

Факторы окружающей среды и температурный комфорт

Указанные четыре физических фактора до некоторой степени взаимозаменяемы в отношении ощущения комфорта и потребности в терморегуляции. Иными словами, ощущение холода, вызванное низкой температурой воздуха, может быть ослаблено соответствующим повышением температуры излучения. Если атмосфера кажется душной, то соответствующее ощущение может быть ослаблено путем снижения влажности или температуры воздуха. Если температура излучения низкая (холодные стены), для достижения комфорта требуется увеличение температуры воздуха.

Согласно проведенным недавно исследованиям, значение комфортной температуры для легко одетого (рубашка, трусы, длинные хлопковые брюки) сидящего испытуемого равно примерно 25–26 °С при влажности воздуха 50% и равенстве температур воздуха и стен. Соответствующее значение для обнаженного испытуемого составляет 28 °С. При этом средняя температура кожи равна примерно 34 °С. При физической, работе по мере того как испытуемый затрачивает все больше физических усилий, комфортная температура снижается. Например, для легкой кабинетной работы предпочтительная температура воздуха равна примерно 22 °С. Как ни странно, во время тяжелой физической работы комнатная температура, при которой не возникает потоотделения, ощущается как слишком низкая.

Диаграмма на рис. 4 показывает, как соотносятся значения комфортной температуры, влажности и температуры окружающего воздуха во время легкой физической работы. Каждой степени дискомфорта может быть сопоставлено одно значение температуры – эффективная температура (ЭТ). Численное значение ЭТ находят путем проецирования на ось X точки, в которой линия дискомфорта пересекает кривую, соответствующую 50% относительной влажности. Например, все комбинации значений температуры и влажности в темно-серой области (30 °С при относительной влажности 100% или 45 °С при относительной влажности 20% и т.д.) соответствуют эффективной температуре 37 °С, которая в свою очередь соответствует определенной степени дискомфорта. В диапазоне более низких температур влияние влажности оказывается меньшим (наклон линий дискомфорта более крутой), поскольку в этом случае вклад испарения в общую теплоотдачу незначителен. Дискомфорт возрастает с увеличением средней температуры и влажности кожи. Когда значения параметров, определяющие максимальную влажность кожи (100%), превышены, тепловой баланс не может больше сохраняться. Таким образом, человек способен выдерживать условия за пределами этой границы лишь в течение короткого времени; пот при этом стекает ручьями, поскольку его выделяется больше, чем может испариться. Линии дискомфорта, конечно, смещаются в зависимости от тепловой изоляции, обеспечиваемой одеждой, скорости ветра и характера физической нагрузки.

Значения комфортной температуры в воде

Вода обладает по сравнению с воздухом значительно большей теплопроводностью и теплоемкостью. Когда вода находится в движении, возникающий турбулентный поток вблизи поверхности тела отнимает тепло так быстро, что при температуре воды 10 °С даже сильное физическое напряжение не позволяет поддерживать тепловое равновесие, и возникает гипотермия. Если тело находится в полном покое, для достижения температурного комфорта температура воды должна быть 35–36 °С. В зависимости от толщины изолирующей жировой ткани нижняя предельная комфортная температура в воде колеблется от 31 до 36 °С.

* Согласно правилу Вант-Гоффа, при изменении температуры на 10 °С (в пределах от 20 до 40 °С) потребление тканями кислорода изменяется в том же направлении в 2–3 раза.

Читайте также: