1. Энергетические затраты организма в условиях физической нагрузки. Коэффициент физической активности. Рабочая прибавка.
2. Регуляция обмена веществ и энергии. Центр регуляции обмена веществ. Модуляторы.
3. Концентрация глюкозы в крови. Схема регуляции концентрации глюкозы. Гипогликемия. Гипогликемическая кома. Чувство голода.
4. Питание. Норма питания. Соотношение белков, жиров и углеводов. Энергетической ценность. Калорийность.
5. Рацион беременных и кормящих женщин. Рацион детского питания. Распределение суточного рациона. Пищевые волокна.
6. Рациональное питание как фактор сохранения и укрепления здоровья. Здоровый образ жизни. Режим приема пищи.
7. Температура тела и ее регуляция. Гомойотермные. Пойкилотермные. Изотермия. Гетеротермные организмы.
8. Нормальная температура тела. Гомойотермное ядро. Пойкилотермная оболочка. Температура комфорта. Температура тела человека.
9. Теплопродукция. Первичная теплота. Эндогенная терморегуляция. Вторичная теплота. Сократительный термогенез. Несократительный термогенез.
Существуют следующие пути отдачи тепла организмом в окружающую среду: излучение , теплопроведение , конвекция и испарение .
Излучение - это способ отдачи тепла в окружающую среду поверхностью тела человека в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона (а = 5-20 мкм). Количество тепла, рассеиваемого организмом в окружающую среду излучением, пропорционально площади поверхности излучения и разности средних значений температур кожи и окружающей среды. Площадь поверхности излучения - это суммарная площадь поверхности тех частей тела, которые соприкасаются с воздухом. При температуре окружающей среды 20 °С и относительной влажности воздуха 40-60 % организм взрослого человека рассеивает путем излучения около 40-50 % всего отдаваемого тепла. Теплоотдача путем излучения возрастает при понижении температуры окружающей среды и уменьшается при ее повышении. В условиях постоянной температуры окружающей среды излучение с поверхности тела возрастает при повышении температуры кожи и уменьшается при ее понижении. Если средние температуры поверхности кожи и окружающей среды выравниваются (разность температур становится равной нулю), отдача тепла излучением становится невозможной. Снизить теплоотдачу организма излучением можно за счет уменьшения площади поверхности излучения («сворачивания тела в клубок»). Если температура окружающей среды превышает среднюю температуру кожи, тело человека, поглощая инфракрасные лучи, излучаемые окружающими предметами, согревается.
Рис. 13.4. Виды теплоотдачи . Пути отдачи тепла организмом во внешнюю среду можно условно подразделить на «влажную» теплоотдачу, связанную с испарением пота и влаги с кожи и слизистых оболочек, и на «сухую» теплоотдачу, которая не связана с потерей жидкости.Теплопроведение - способ отдачи тепла, имеющий место при контакте, соприкосновении тела человека с другими физическими телами. Количество тепла, отдаваемого организмом в окружающую среду этим способом, пропорционально разнице средних температур контактирующих тел, площади контактирующих поверхностей, времени теплового контакта и теплопроводности контактирующего тела. Сухой воздух, жировая ткань характеризуются низкой теплопроводностью и являются теплоизоляторами. Использование одежды из тканей, содержащих большое число маленьких неподвижных «пузырьков» воздуха между волокнами (например, шерстяные ткани), дает возможность организму человека уменьшить рассеяние тепла путем теплопроводности. Влажный, насыщенный водяными парами воздух, вода характеризуются высокой теплопроводностью. Поэтому пребывание человека в среде с высокой влажностью при низкой температуре сопровождается усилением теплопотерь организма. Влажная одежда также теряет свои теплоизолирующие свойства.
Конвекция - способ теплоотдачи организма, осуществляемый путем переноса тепла движущимися частицами воздуха (воды). Для рассеяния тепла конвекцией требуется обтекание поверхности тела потоком воздуха с более низкой температурой, чем температура кожи. При этом контактирующий с кожей слой воздуха нагревается, снижает свою плотность, поднимается и замещается более холодным и более плотным воздухом. В условиях, когда температура воздуха равна 20 °С, а относительная влажность - 40-60 %, тело взрослого человека рассеивает в окружающую среду путем теплопро-ведения и конвекции около 25-30 % тепла (базисная конвекция). При увеличении скорости движения воздушных потоков (ветер, вентиляция) значительно возрастает и интенсивность теплоотдачи (форсированная конвекция).
Отдача тепла организмом путем теплопроведения , конвекции и излу чения, называемых вместе «сухой» теплоотдачей , становится неэффективной при выравнивании средних температур поверхности тела и окружающей среды.
Теплоотдача путем испарения - это способ рассеяния организмом тепла в окружающую среду за счет его затраты на испарение пота или влаги с поверхности кожи и влаги со слизистых оболочек дыхательных путей («влажная» теплоотдача). У человека постоянно осуществляется выделение пота потовыми железами кожи («ощутимая», или железистая, потеря воды), увлажняются слизистые оболочки дыхательных путей («неощутимая» потеря воды) (рис. 13.4). При этом «ощутимая» потеря воды организмом оказывает более существенное влияние на общее количество отдаваемого путем испарения тепла, чем «неощутимая».
При температуре внешней среды около 20 "С испарение влаги составляет около 36 г/ч. Поскольку на испарение 1 г воды у человека затрачивается 0,58 ккал тепловой энергии, нетрудно подсчитать, что путем испарения организм взрослого человека отдает в этих условиях в окружающую среду около 20 % всего рассеиваемого тепла. Повышение внешней температуры, выполнение физической работы, длительное пребывание в теплоизолирующей одежде усиливают потоотделение и оно может возрасти до 500- 2000 г/ч. Если внешняя температура превышает среднее значение температуры кожи, то организм не может отдавать во внешнюю среду тепло излучением, конвекцией и теплопроведением. Организм в этих условиях начинает поглощать тепло извне, и единственным способом рассеяния тепла становится усиление испарения влаги с поверхности тела. Такое испарение возможно до тех пор, пока влажность воздуха окружающей среды остается меньше 100 %. При интенсивном потоотделении, высокой влажности и малой скорости движения воздуха, когда капли пота, не успевая испариться, сливаются и стекают с поверхности тела, теплоотдача путем испарения становится менее эффективной.
13. ТЕПЛООТДАЧА ЧЕЛОВЕКА
Теплоотдача - это теплообмен между поверхностью тела человека и окружающей средой. В сложном процессе сохранения теплового баланса организма регуляция теплоотдачи имеет большое значение. Применительно к физиологии теплообмена теплоотдача рассматривается как переход теплоты, освобождаемой в процессах жизнедеятельности, из организма в окружающую" среду. Теплоотдача осуществляется в основном излучением, конвекцией, кондукцией, испарением. В условиях теплового комфорта и охлаждения наибольшую долю занимают потери тепла радиацией и конвекцией (73-88% общих теплопотерь) {1.5, 1.6}. В условиях, вызывающих перегревание организма, преобладает теплоотдача испарением.
Радиационный теплообмен. В любых условиях жизнедеятельности человека между ним и окружающими телами происходит теплообмен путем инфракрасного излучения (радиационный теплообмен). Человек в процессе своей жизнедеятельности часто подвергается нагревающему воздействию инфракрасных излучений с разными спектральными характеристиками: от солнца, нагретой поверхности земли, зданий, отопительных приборов, и т. д. В производственной деятельности с радиационным нагреванием человек сталкивается, например, в горячих цехах металлургической, стекольной, пищевой промышленности и др.
Излучением человек отдает тепло в случаях, когда температура ограждений, окружающих человека, ниже температуры поверхности тела. В окружающей человека среде часто встречаются поверхности, имеющие температуру значительно ниже температуры тела (холодные стены, застекленные поверхности). При этом потери тепла излучением могут быть причиной местного или общего охлаждения человека. Радиационному охлаждению подвергаются строительные рабочие, рабочие, занятые на транспорте, обслуживающие холодильники и др.
Теплоотдача излучением в комфортных метеорологических, условиях
составляет 43,8-59,1% общих теплопотерь. При наличии в помещении
ограждений с температурой более низкой, чем температура воздуха,
удельный вес теплопотерь человека излучением возрастает и может
достигать 71%. Этот способ охлаждения и нагревания оказывает более
глубокое воздействие на> организм, чем конвекционный (1.5J. Передача
тепла излучением* пропорциональна разности четвертых степеней абсолютных
температур поверхностей тела человека и окружающих предметов. При
небольшой разности температур, что практически наблюдается в реальных
условиях жизнедеятельности человека, уравнение для определения потерь
тепла радиацией (Sрад, Вт, можно» записать так:
где а рад - коэффициент излучения, Вт/(м2°С); Spaд - площадь поверхности, тела человека, участвующей в радиационном теплообмене, м2; t1 - температура поверхности тела (одежды) человека, °С; t2 - температура поверхности окружающих предметов, °С.
Коэффициент излучения а рад при известных значениях t1 и t2 может быть определен по табл. 1.3.
Поверхность тела человека, участвующая в радиационном Теплообмене, меньше всей поверхности тела, так как некоторые части тела взаимно облучаются и не принимают участия в обмене. Поверхность тела, участвующая в обмене тепла, может составлять 71-95% всей поверхности тела человека. Для людей, находящихся в положении стоя или сидя, коэффициент эффективности излучения с поверхности тела составляет 0,71; в процессе движения человека он может увеличиваться до 0,95.
Потери тепла радиацией с поверхности тела одетого человека Qрад, Вт, могут быть определены также по уравнению
Конвекционный теплообмен. Передача тепла конвекцией осуществляется с поверхности тела человека (или одежды) движущемуся вокруг него (нее) воздуху. Различают конвекционный теплообмен свободный (обусловленный разностью температур поверхности тела и воздуха) и принудительный (под влиянием движения воздуха). По отношению к общим теплопотерям в условиях теплового комфорта теплоотдача конвекцией составляет 20-30% . Существенно возрастают потери тепла конвекцией в условиях ветра.
С использованием суммарного значения коэффициента теплоотдачи (а рад.конв) могут быть определены значения радиационно-конвективных теплопотерь (Орад.конв) по уравнению
Орад.конв = Орад.конв (tод-tв).
Кондукционный теплообмен.
Теплоотдача от поверхности тела
человека к соприкасающимся с ним твердым предметам осуществляется
проведением (кондукцией). Потери тепла кондукцией в соответствии с
законом Фурье могут быть определены по уравнению
Как видно из уравнения, отдача тепла кондукцией тем больше, чем ниже температура предмета, с которым соприкасается человек, чем больше поверхность соприкосновения и меньше толщина пакета материалов одежды.
В обычных условиях удельный вес потерь тепла кондукцией невелик, так как коэффициент теплопроводности неподвижного воздуха незначителен. В этом случае человек теряет тепло кондукцией лишь с поверхности стоп, площадь которых составляет 3% площади поверхности тела. Но иногда (в кабинах сельскохозяйственных машин, башенных кранов, экскаваторов и т. д.) площадь соприкосновения с холодными стенами может быть довольно большой. Кроме того, помимо размера контактирующей поверхности имеет значение и подвергающийся охлаждению участок тела (стопы, поясницы, плеч и т. д.).
Теплоотдача испарением.
Важным способом теплоотдачи, особенно при
высокой температуре воздуха и выполнении человеком физической работы,
является испарение диффузионной влаги и пота. В условиях теплового
комфорта и охлаждения человек, находящийся в состоянии относительного
физического покоя, теряет влагу путем диффузии (неощутимой перспирации)
с поверхности кожи и верхних дыхательных путей. За счет этого человек
отдает в окружающую среду 23-27% общего тепла, при этом 1/3 потерь
приходится на долю тепла испарением с верхних дыхательных путей и 2/3 -
с поверхности кожи. На влагопотери путем диффузии оказывает влияние
давлёние водяных паров в воздухе, окружающем человека. Поскольку в
земных условиях изменение давления водяных паров невелико, влагопотери
вследствие испарения диффузионной влаги принято считать относительно
постоянными (30-60 г/ч). Несколько колеблются они лишь в зависимости от
кровоснабжения кожи.
Потери тепла путем испарения диффузионной влаги с поверхности кожи Qисп.д, Вт, могут быть определены по уравнению
Теплоотдача при дыхании. Потери тепла вследствие нагревания вдыхаемого воздуха составляют небольшую долю по сравнению с другими видами потерь тепла, однако с увеличением энерготрат и со снижением температуры воздуха теплопотери этого вида увеличиваются.
Потери тепла вследствие нагревания вдыхаемого воздуха Qдых.н, Вт, могут
быть определены по уравнению
Qдых.н=0,00 12Qэ.t (34-tв),
где 34 - температура выдыхаемого воздуха, °С (в комфортных условиях) .
В заключение следует отметить, что приведенные выше уравнения для расчета составляющих теплового баланса позволяют лишь ориентировочно оценить теплообмен человека с окружающей средой. Существует также ряд уравнений (эмпирических и аналитических), предложенных разными авторами и позволяющих определить необходимую для расчета теплового сопротивления одежды величину радиационно-конвективных теплопотерь (фрэд конв).
В" связи с этим в исследованиях наряду с расчетными применяются экспериментальные методы оценки теплообмена организма. К ним относятся методы определения общих влагопотерь человека и потерь влаги испарением путем взвешивания раздетого b одетого человека, а также определения радиационно-конвективных теплопотерь с помощью тепломерных датчиков, размещаемых на поверхности тела.
Помимо прямых методов оценки теплообмена человека используются косвенные, отражающие влияние на организм разницы между теплоотдачей и теплопродукцией в единицу времени в конкретных условиях жизнедеятельности. Это соотношение определяет тепловое состояние человека, сохранение которого на оптимальном или допустимом уровне является одной из главных функций одежды. В связи с этим показатели и критерии теплового состояния человека служат физиологической основой как проектирования одежды, так и ее оценки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 1. Иванов К. П. Основные принципы регуляции температурного пзмео-стаза/В кн. Физиология терморегуляции. Л., 1984. С. 113-137.
1.2 Иванов К. П. Регуляция температурного гомеостаза у животных и человека. Ашхабад, 1982.
1 3 Беркович Е. М. Энергетический обмен в норме и патологии. М., 1964.
1.4. Fanger Р. О. Thermal Comfort. Copenhagen, 1970.
K5. Малышева A. E. Гигиенические вопросы радиационного теплообмена человека с окружающей средой. М., 1963.
1 6. Колесников П. А. Теплозащитные свойства одежды. М., 1965
1 7. Витте Н. К- Тепловой обмен человека и его гигиеническое значение. Киев, 1956
Температура тела человека сохраняется на определенном уровне, не зависящем от температуры окружающей среды. Сохранение постоянной температуры обеспечивается регуляцией теплообразования и теплоотдачи. Образование теплоты в организме происходит непрерывно во всех органах в результате окисления питательных веществ. Большое количество теплоты образуется в мышцах, особенно во время физической работы. Существует прямая зависимость между обменом веществ и теплообразованием: повышение обмена веществ сопровождается усилением теплообразования и, наоборот, при понижении обмена веществ снижается образование тепла. Регуляция теплообразования сводится к изменению обмена веществ. Так, при понижении температуры окружающей среды обмен, веществ и, следовательно, образование тепла усиливаются. Наглядным примером такой зависимости является дрожание мышц при охлаждении тела. Раздражение холодом соответствующих рецепторов кожи вызывает рефлекторное сокращение мышц, что сопровождается повышением в них обмена веществ и увеличением образования тепла.
Одновременно с теплообразованием происходит процесс oтдачи тепла. Кровь, протекая через органы, нагревается и затем отдает излишек теплоты в окружающую среду. Теплоотдача осуществляется преимущественно через кожу путем излучения и проведения тепла, а также при испарении пота. Часть тепла отдается с выдыхаемым воздухом, с мочой и калом. Излучение и проведение тепла через кожу происходят только при условии, если температура окружающего воздуха ниже температуры тела. При высокой температуре воздуха тепло отдается преимущественно или исключительно в результате потоотделения. Регуляция теплоотдачи основана в значительной степени на изменении объема крови, протекающей через сосуды кожи, и на интенсивности потоотделения. Так, при расширении сосудов кожи и усиленном притоке крови теплоотдача повышается, а при сужении их и уменьшении притока крови - снижается.
Процесс теплообразования и теплоотдачи регулируется нервной системой. На эти процессы оказывает влияние центр теплорегуляции ("тепловой центр"), расположенный в промежуточном отделе головного мозга. В опытах на животных установлено, что механическое (укол специальной иглой) или электрическое раздражение этой области головного мозга вызывает повышение температуры тела.
В норме же возбуждение теплового центра возникает в результате раздражения температурных рецепторов кожи и под влиянием температуры крови, притекающей к центру. Так, например, при раздражении холодом рецепторов кожи возникающие в них импульсы передаются в центр теплорегуляции. Одновременно может несколько измениться температура крови, омывающей тепловой центр. В ответ на эти раздражения тепловой центр оказывает два вида влияния: усиление обмена веществ в тканях, что повышает теплопродукцию, и сужение кровеносных сосудов кожи, что ведет к уменьшению активной теплоотдачи. Вследствие этого не наступает охлаждения организма.
В организме здорового человека между теплообразованием и теплоотдачей существует равновесие: в окружающую среду выделяется столько тепла, сколько его образуется. Благодаря такому соответствию теплообразования и теплоотдачи температура тела поддерживается на одном уровне.
Средняя температура тела у здорового человека при измерении в подмышечной впадине колеблется в пределах 36,5 - 36,9°. У грудных детей определяют температуру тела в прямой кишке (37 - 37,5°). В течение суток происходят небольшие колебания температуры, имеющие определенную закономерность. Наиболее низкая температура отмечается от 4 до 6 часов, наиболее высокая - от 16 до 18 часов. По данным измерения температуры в разное время суток можно составить суточную температурную кривую.
Многие заболевания сопровождаются повышением температуры тела, что объясняется нарушением теплорегуляции. Повышение температуры тела свыше 41° является угрожающим для организма, так как нарушаются жизненные процессы (они возможны только при определенных границах температуры). При высокой температуре тела наблюдается резкое увеличение обмена веществ: происходит усиленный распад собственных белков организма (отрицательный азотистый баланс), наступает учащение сердцебиений и связанное с этим повышение кровяного давления, учащается дыхание и т. п. Повышение температуры тела наблюдается при интенсивной мышечной работе, особенно в условиях высокой температуры воздуха. При этом у человека может наступить тепловой удар.
В некоторых случаях, например при длительном охлаждении, температура тела по сравнению с нормальной оказывается пониженной. Понижение температуры тела (гипотермия) иногда вызывают искусственно при хирургических вмешательствах (например, при операциях на сердце). Это приводит к снижению обмена веществ в организме и к уменьшению потребности тканей в кислороде. В таких условиях ткани более длительный срок переносят недостаток кислорода в крови.
Теплообразование определяется интенсивностью обмена веществ.
Регуляция теплообразования путём увеличения или уменьшения обмена веществ называется химической терморегуляцией. Выработанное организмом тепло постоянно отдаётся в окружающую среду. Если бы отдача тепла не происходила, организм погиб бы от перегревания.
Регуляция теплоотдачи путем изменения физиологических функций, осуществляющих её, называется физической терморегуляцией.
Наибольшее количество тепла образуется в органах с интенсивным обменом веществ - в скелетной мускулатуре, в железах, в печени и почках.
На долю мышц приходится 65-75% теплообразования, а при интенсивной работе даже 90%, остальная доля тепла образуется в железистых органах, главным образом в печени.
При повышении температуры окружающей среды теплообразование уменьшается, при понижении температуры - увеличивается. Следовательно, между температурой внешней среды и теплообразованием существуют обратно пропорциональные отношения. Летом теплообразование понижается, зимой увеличивается. Но при повышении температуры среды больше 35 о С происходит нарушение терморегуляции (зона перегревания), обмен веществ и температура тела повышаются. Эта температура называется критической. Точно так же при охлаждении существует критическая температура внешней среды, ниже которой теплопроизводство начинает понижаться.
При температуре среды 15-25 0 С теплообразование в покое в одежде находится на одном уровне и уравновешивается теплоотдачей (зона безразличия).
В нормальных условиях температура тела относительно постоянна. За среднюю температуру тела принимается температура в подмышечной впадине, температура равна 36,5-37 о С.
Когда для поддержания постоянства температуры тела требуется дополнительное тепло, оно может быть выбрано следующими способами:
- - за счет произвольной активности локомоторного аппарата;
- - за счёт непроизвольной тонической или ритмической мышечной активности: дрожь, вызванная холодом (тоническую активность можно обнаружить методом электромиографии);
- - за счёт ускорения обменных процессов, не связанных с сокращением мышц; эта форма выработки тепла называется недрожательным термогенезом (у детей).
У взрослого человека дрожь и усиленные движения, которые он делает для того, чтобы согреться - наиболее важный механизм термогенеза.
Несколько повышается выработка тепла и при “ гусиной коже” - сокращении мышц волосяных мешочков.
Ходьба увеличивает теплопроизводство почти в 2 раза, а быстрый бег - в 4-5 раз, температура тела может повыситься на несколько десятых градуса. При продолжительной интенсивной работе при температуре внешней среды выше 25 0 С температура тела возрастает на 1-1.5 0 С, что вызывает изменения и нарушение жизнедеятельности организма. Во время мышечной работы при высокой температуре внешней среды температура тела повышается более 39 0 С, может наступить тепловой удар.
Теплоотдача
Организм в покое непрерывно теряет тепло:
- - теплоизлучением или отдачей тепла кожей окружающему воздуху;
- - теплопроведением или непосредственной отдачей тепла тем предметам, которые соприкасаются с кожей;
- - испарением воды с поверхности кожи и лёгких.
В условиях покоя 70-80% тепла отдаётся в окружающую среду кожей теплоизлучением и теплопроведением, около 20% испарением воды с поверхности кожи (потоотделением) и лёгких. Отдача тепла нагреванием выдыхаемого воздуха, мочой и калом ничтожна и составляет 1.5 - 3% общей теплоотдачи. При мышечной работе резко возрастает отдача тепла испарением (потоотделением) доходя до 90% всего суточного теплообразования.
Теплоотдача теплоизлучением и теплопроведением зависит от разности температур кожи и окружающей среды. Чем выше температура кожи, тем больше теплоотдача указанными путями. А температура кожи зависит от притока к ней крови. При повышении температуры окружающей среды артериолы и капилляры кожи расширяются, кожа краснеет, количество протекающей через неё крови увеличивается, температура кожи повышается, и теплоотдача теплоизлучением и теплопроведением возрастает.
Увеличение количества крови, протекающей через кожу, происходит и за счёт примешивания депонированной крови из печени, селезёнки и из капилляров самой кожи.
Величина теплоотдачи при высоких температурах окружающей среды меньше, чем при низких. Когда температура кожи сравнивается с температурой окружающей среды, теплоотдача прекращается. При дальнейшем повышении температуры окружающей среды кожа не только теряет тепло, но сама нагревается. В этом случае теплоотдача теплоизлучением и теплопроведением отсутствует и сохраняется только теплоотдача испарением.
На холоде артериолы и капилляры кожи суживаются, кожа становится бледной, количество протекающей через неё крови уменьшается, температура кожи понижается, разница температур кожи и окружающей среды сглаживается, и теплоотдача уменьшается.
Человек уменьшает теплоотдачу искусственными покровами (бельём, одеждой). Чем больше воздуха в этих покровах, тем легче сохраняется тепло.
Регуляция теплоотдачи испарением воды играет большую роль, особенно при мышечной работе и значительном повышении температуры окружающей среды. При испарении 1 дм 3 (1 л) воды с поверхности кожи и слизистых оболочек телом теряется 600 ккал. При средней температуре окружающей среды взрослый человек ежесуточно теряет испарением с кожи 400 -520 ккал.
Потеря воды кожей происходит за счёт проникновения воды из глубоких тканей на поверхность кожи и главным образом за счет функционирования потовых желез.
Большие потери пота сопровождаются потерями больших количеств минеральных солей, только NaCl в поту 0,3 - 0,6%. При потере 5-10 л пота теряется 30 -40 г поваренной соли. Поэтому если возникшая при обильных потоотделениях жажда удовлетворяется водой, могут возникнуть тяжелые расстройства (судороги и т.д.). При обильном длительном потоотделении рекомендуется пить соответственно минеральную воду или воду, содержащую 0,5 -0,6 % NaCl.
Испарение воды постоянно происходит и с поверхности лёгких. Выдыхаемый воздух насыщен водяными парами на 95-98 % и поэтому, чем суше вдыхаемый воздух, тем больше тепла отдаётся испарением с лёгких. В обычных условиях лёгкими ежесуточно испаряется 300 - 400 мл (180 -240 ккал) воды. При высокой температуре дыхание учащается, на холоде замедляется. Когда температура воздуха достигает температуры тела, испарение с поверхности кожи и лёгких становится единственным путём теплоотдачи. В этих условиях в покое испаряется более 100 мл пота в час, что позволяет отдать около 60 ккал в час.
Испарение воды с поверхности кожи и лёгких зависит от относительной влажности воздуха. Испарение прекращается в воздухе, насыщенном водяными парами, поэтому пребывание во влажном горячем воздухе, как, например, бане, тяжело переносится. В сыром воздухе даже при сравнительно невысокой температуре (при 30 0 С) человек чувствует себя плохо. Кожаная и резиновая одежда непроницаема для воздуха, испарения нет, пот накапливается под одеждой. При высокой температуре воздуха и мышечной работе в такой одежде температура тела повышается. Перегревание человека в атмосфере, насыщенной водяными парами, особенно опасно, так как лишает возможности освобождаться от избытка тепла и испарением. В сухом воздухе человек сравнительно легко переносит значительно более высокую температуру, чем во влажном.
Для увеличения теплоотдачи теплоизлучением, теплопроведением и испарением большое значение имеет движение воздуха.
Увеличение скорости движения воздуха увеличивает теплоотдачу. На сквозняке и на ветру резко увеличивается потеря тепла. Но если окружающий воздух имеет высокую температуру и насыщен водяными парами, то движение воздуха не охлаждает.
И так, физическая терморегуляция обеспечивается:
- 1) сердечно-сосудистой системой, которая определяет приток и отток крови в кровеносных сосудах кожи, а следовательно, количество тепла отдаваемого кожей в окружающую среду;
- 2) системой органов дыхания, т.е. изменениями вентиляции лёгких;
- 3) изменением функций потовых желез.
Регуляция теплоотдачи проводится двумя путями:
- 1) нервной системой;
- 2) посредством гормонов.
Существенное значение имеет адаптация к неблагоприятным условиям.
Изменение функций сердечно-сосудистой системы, дыхания и потовых желез рефлекторно регулируется: раздражением внешних органов чувств и особенно раздражением рецепторов кожи при изменении температуры внешней среды и раздражением нервных окончаний внутренних органов при колебаниях температуры внутри организма. Физиологические механизмы физической терморегуляции осуществляются большими полушариями, промежуточным, продолговатым и спинным мозгом.
Нарушение терморегуляции
Повышение температуры тела выше нормального уровня при нарушении терморегуляции называется лихорадкой. При лихорадке обмен веществ увеличивается на 50 - 100% и более. Особенно увеличивается распад белков. В крови накапливаются продукты белкового распада, устанавливается отрицательный азотистый баланс. При лихорадке окисление белков даёт около 30% теплообразования. Повышается также углеводный и жировой обмен, что ведёт к истощению организма. Накапливается большое количество продуктов промежуточного обмена веществ. Нарушаются физиологические процессы. Учащённое сердцебиение повышает кровяное давление, учащается дыхание, нарушается психика (бред, галлюцинации), что обусловлено расстройством нервной системы. При температуре 40 - 41 0 С начинается бред, при температуре 43 0 С наступает смерть, в единичных случаях при температуре равной 45 0 С.
При охлаждении тела также нарушаются физиологические процессы. При длительном пребывании на холоде после ощущения холода и дрожи появляется ощущение тепла, вследствие притока крови к коже, затем апатия и нарушение функций мозга. (При охлаждении жизнедеятельность, так как снижается обмен веществ в организме и потребность тканей в кислороде).
У человека смерть, как правило, наступает при температуре ниже 32-33 0 С, а при изменении функций нервной системы лекарственными препаратами - ниже 24 0 С. В единичных случаях людям удалось сохранить жизнь при падении температуры до 22,5 0 С.
Продолжительная адаптация к условиям окружающей среды.
Регуляторные механизмы - термогенез, сосудодвигательные реакции, потоотделение - включаются в течение секунд или минут после наступления температурного стресса. Кроме них существуют другие механизмы, обеспечивающие продолжительную адаптацию к климатическим изменениям в окружающей среде.
Такие процессы называются - физиологической адаптацией или акклиматизацией. Основаны они на модификациях органов и функциональных систем, которые развиваются только под влиянием продолжительных (в течение дней, недель и месяцев) постоянных или повторяющихся температурных стрессов.
Тепловая адаптация
Способность людей адаптироваться к теплу играет решающую роль для выживания в условиях тропиков и пустыни, а также для выполнения тяжёлой работы при высокой температуре на производстве.
Наиболее важный сдвиг - это изменение интенсивности потоотделения, которая возрастает в два раза и составляет 1-2 л/ч. Кроме этого, выделение пота начинается при более низкой средней кожной и внутренней температуры, что служит защитой от чрезмерного учащения сердцебиения и увеличения периферического кровотока, т. е. от теплового удара.
Адаптация связана также со значительным уменьшением содержания ионов в поту (нет шока от потери ионов), увеличением объёма плазмы и содержания в ней белков. У жителей тропиков интенсивность реакции не столь высока, чтобы вызывать потоотделение. Температурный порог сдвинут в сторону более высокой температуры тела, в результате они меньше потеют при ежедневной тепловой нагрузке.
Холодовая адаптация
Многие животные адаптируются к холоду очень просто - благодаря отрастанию меха у них усиливается термоизоляция. У мелких животных развиваются недрожательный термогенез и бурая жировая ткань.
У человека “поведенческая адаптация” - использования одежды и тёплых жилищ. Также развивается толерантная (холодовая) адаптация. Температурный порог дрожи и кривые метаболистических терморегуляторных реакций смещаются в сторону более низких значений температур, возникает умеренная гипотермия. (Аборигены Австралии проводят ночь почти раздетыми при температуре близкой к нулю не испытывая дрожи. Подобная способность хорошо развита у корейских и японских искателей жемчуга, ныряющих на глубину по несколько часов в день при температуре воды около 10 0 С.)
Человек относится к теплокровным животным. Это проявляется в том, что при значительных колебаниях температуры окружающей среды он способен поддерживать постоянную температуру тела на уровне 36-37 градусов. Тепловой баланс организма регулируется двумя процессами: теплообразованием и теплоотдачей. Теплопродукция в организме происходит постоянно в результате протекания разнообразных химических реакций, обеспечивающих нормальный обмен веществ. В случае если для поддержания постоянной внутренней температуры необходимо дополнительное тепло, оно может вырабатываться в результате произвольного повышения мышечной активности за счет непроизвольной ритмической мышечной активности (дрожи) и ускорения обменных процессов, не связанных с сокращением мышц (например, расщепления жира в клетках особой бурой жировой ткани).
Чтобы поддерживать температуру тела постоянной, необходимо, чтобы теплопродукция уравновешивалась теплоотдачей. Теплоотдача происходит с поверхности тела через кожу путем проведения тепла, конвекции, излучения и испарения пота, а также путем испарения влаги с поверхности легких в процессе дыхания. В условиях комфортной температуры окружающей среды на обеспечение работы внутренних органов уходит лишь около 2 % теплопотерь, в то время как через кожу человек расходует около 95 % всего тепла, вырабатываемого организмом; оставшиеся 3 % уходят на испарение воды при дыхании и нагрев выдыхаемого воздуха. При низкой температуре, особенно во время пребывания человека в воде, соотношение форм теплоотдачи может существенно изменяться. Кроме того, теплоотдача зависит от проведения тепла и его перераспределения внутри организма, а также от кровотока.
При попадании человека в холодную воду включаются приспособительные механизмы организма, повышающие теплопродукцию и снижающие теплоотдачу. Это проявляется в возрастании артериального давления, учащении и усилении сердечных сокращений, учащении и углублении дыхания, повышении мышечного тонуса, обмена веществ, в спазме периферических сосудов и расширении сосудов жизненно важных внутренних органов и др. Показателем повышения теплообразования в организме во время пребывания в воде является рост потребления кислорода. Так, если в комфортных условиях воздушной среды в покое потребление кислорода составляет около 250 куб.см, то в воде при температуре 25 градусов - в среднем 800 куб.см, при Т = 15 °С - до 1200 куб.см, а при температуре воды = 10 градусов - до 1600 см3.
При длительном пребывании в холодной воде, когда глубокой температуре тела грозит снижение, температура конечностей может понижаться до температуры окружающей среды. Таким образом, активная поверхность рассеивания тепла у человека в условиях холода уменьшается почти на 50 % (именно такова доля поверхности конечностей в общей поверхности тела), а объем тела, нуждающийся в защите, по той же причине сокращается на 30 %. Некоторые исследователи называют это явление своего рода «физиологической ампутацией» конечностей, которая позволяет поддерживать нормальную температуру «ядра» тела, особенно температуру сердца и головного мозга. Однако при длительном воздействии низких температур на организм возможно холодовое расширение сосудов. И если на воздухе это свойство сосудов предохраняет ткани от отморожения, то в воде данное явление только ускоряет потерю тепла организмом.
При попадании в воду очень большая теплоотдача происходит с области головы и шеи. Это связано с тем, что, в отличие от сосудов конечностей, сосуды головы не сужаются под воздействием холода. Именно поэтому попавший в воду человек через незащищенную поверхность головы и шеи теряет от 30 до 50 % вырабатываемого им тепла.
Следует помнить, что при погружении на глубину свыше 50 м значительно возрастает респираторная теплопотеря. Как мы уже говорили, вдыхание холодного газа способно вызвать серьезные нарушения дыхания, а также затруднить компенсацию давления в полости среднего уха и околоносовых пазухах. Проблема развития холодового отека евстахиевых каналов и повышенной секреции слизи особенно заметна при плавании в холодной воде.
Первоначально считали, что респираторные теплопотери связаны с высокой теплопроводностью гелия, входящего в глубоководные дыхательные смеси. Но так как подобные процессы развиваются и при дыхании очень холодным воздухом на таких же глубинах (50-70 м), эта концепция была пересмотрена. Сейчас принято считать, что основным фактором, приводящим к значительной потере тепла через легкие, является масса газа, проходящего через них. Это объясняется тем, что газ остается в легких достаточно долгое время, за которое он успевает нагреться, и водолаз выдыхает уже газ, температура которого близка к температуре тела. Поэтому, если на поверхности воды респираторные теплопотери составляют всего 20-30 Вт, то на глубине 50 м они будут равны 120-180 Вт, а на 300 м составят уже 620-930 Вт. Чтобы избежать переохлаждения «ядра» тела при вдыхании холодного воздуха или смесей на небольших глубинах, рекомендуется использовать специальное устройство-теплообменник, вставляемое в загубник дыхательного автомата, - тепловой рекуператор. Для обогрева воздуха на глубинах свыше 50 м применяются и другие специальные системы обогрева вдыхаемого воздуха (использующие энергию электричества, горячей воды, регенеративных патронов в аппаратах замкнутого цикла и др.)
Важную роль в поддержании теплового баланса играет толщина слоя подкожной жировой клетчатки. Так, экспериментально установлено, что нижний предел температуры воды, при котором возможно тепловое равновесие без дополнительной теплозащиты, у тучных людей составляет немногим меньше 12 градусов, а у худых - 28-30. В то же время верхний предел, при котором наступает стабилизация температуры «ядра» без существенного перегревания организма, и у тучных, и у худых людей равен 38 градусов.
