Теплоотдача. 
Температурная регуляция

Основные физические способы отдачи тепла с поверхности тела.

Различные способы отдачи тепла с поверхности кожи окружающей среде: теплоизлучение, теплопроведение и испарение.

Теплоизлучение. Потеря тепла посредством теплоизлучения означает теплоотдачу с помощью инфракрасного излучения, — разновидности электромагнитных волн. Большая часть инфракрасного излучения, испускаемого телом человека, обладает длиной волны от 5 до 20 мкм, т. е. в 10−30 раз большей, чем длина волны луча света. Температура любых предметов окружающей среды не равна абсолютному нулю, поэтому они тоже испускают такое излучение. Тепловые лучи испускают стены комнаты и находящиеся в ней предметы по направлению к телу человека. Тело человека путем инфракрасного излучения отдает тепло во всех направлениях. Если температура тела выше температуры окружающих предметов, тело отдает большее количество тепла, чем получает.

Теплопроведение. Только небольшое количество тепла (около 3% в норме) отдается телом непосредственно путем теплопроведения от поверхности тела к твердым предметам, таким как стул или кровать. Однако теплоотдача путем проведения через воздух вполне сопоставимо количественно с общими потерями тепла телом (около 15%) даже в обычных условиях. Тепло представляет собой кинетическую энергию молекулярного движения и молекулы кожи постоянно совершают колебательные движения. Большая часть энергии этого движения может передаваться воздуху, если температура воздуха ниже, чем температура кожи, посредством увеличения скорости движения молекул воздуха. Если температура окружающего воздуха и температура кожи одинаковы, дальнейшая теплоотдача таким способом становится невозможной, поскольку количество тепла, отдаваемое телом воздуху, становится равным количеству тепла, отдаваемого воздухом коже. Таким образом, теплопроведение от тела воздуху ограничивается, когда нагретый воздух не уносится от кожи, а холодный — прекращает поступать. Этот феномен получил название конвекции воздуха.

Конвекция. Теплоотдачу посредством смещения воздушного потока обычно называют теплоотдачей путем конвекции. В действительности тепло должно сначала передаваться воздуху и только затем уноситься потоком воздуха. Незначительная конвекция вблизи тела существует всегда, поскольку нагретый вокруг тела воздух поднимается вверх.

Если дует ветер, слои воздуха в непосредственной близости от кожи замещаются новыми потоками воздуха гораздо быстрее, чем обычно. Соответственно тепло путем конвекции отдается быстрее. Охлаждающий эффект ветра при его низкой скорости почти пропорционален квадратному корню скорости ветра (например, охлаждающий эффект ветра, скорость которого равна 6, 5 км/ч, почти в 2 раза превышает таковой у ветра, скорость которого равна 1, 6 км/ч).

Теплопроведение и отдача тепла путем конвекции при пребывании человека в воде. Теплоемкость воды в несколько тысяч раз превосходит теплоемкость воздуха, поэтому каждая единица объема воды по соседству с кожей может абсорбировать гораздо больше тепла, чем такая же единица объема воздуха. Кроме того, теплопроводность воды по сравнению с теплопроводностью воздуха очень высока, следовательно, не возможно нагреть тонкий слой воды по соседству с телом и сформировать «изолирующую зону», как это бывает в воздухе. В связи с этим скорость отдачи тепла в воде во много раз выше, чем в воздухе.

Испарение. При испарении воды с поверхности тела расходуется 0, 58 Ккал тепла на каждый 1гр испаряющейся воды. Даже если человек не потеет, вода продолжает незаметно испаряться с поверхности кожи и легких со скоростью около 600−700 мл/сут, обусловливая постоянную теплоотдачу со скоростью 16−19 Ккал/ч. Это незаметное испарение с поверхности кожи и легких не может выполнять функцию терморегуляции, т.к. является результатом постоянной диффузии молекул воды через кожу и поверхность легких.

Испарение является необходимым механизмом теплоотдачи. Как только температура кожи становится выше температуры окружающей среды, теплоотдача может осуществляться процессами теплоизлучения и теплопроведения. Однако, как только температура окружающей среды становится выше температуры кожи, вместо теплоотдачи организм начинает получать тепло посредством тех же механизмов. В таких условиях единственным способом освобождения организма от избытка тепла становится испарение. Все, что препятствует адекватному испарению, когда температура окружающей среды становится выше температуры тела, может быть причиной повышения температуры глубоких частей тела. Такая возможность существует в случаях врожденного отсутствия потовых желез. Такие люди выдерживают низкие температуры, но они почти погибают от теплового удара в тропических зонах, потому что без охлаждения посредством испарения они не могут предупредить подъем температуры тела, когда температура воздуха выше температуры тела.

Значительный вклад в обеспечение адаптивных механизмов изменения теплоотдачи вносит поведенческий компонент функциональной системы терморегуляции. В условиях холода поведенческая регуляция может быть весьма эффективной, существенно ограничивая контакт организма с внешней средой. Одежда человека примерно вдвое уменьшает потери тепла по сравнению с теплоотдачей обнаженного тела, одежда «арктического типа» может уменьшать отдачу тепла в 5—6 раз.

Зона температурного комфорта человека зависит от характера внешней среды, определяемого ее видом, температурой, влажностью (если этой средой является воздух), скоростью движения, наличием предметов с иной температурой по сравнению с температурой тела. В определенных условиях развивается состояние температурного комфорта, при этом активность механизмов терморегуляции оказывается минимальной.

Зона комфорта (термонейтральная зона) при влажности воздуха около 50% и равенстве температур воздуха и стен помещения для легко одетого человека, находящегося в положении сидя, соответствует температуре 25—26°С. Для обнаженного человека температура комфорта в этих условиях смещается к 28 °C.

За пределами зоны комфорта в организме развиваются адаптивные изменения процессов теплопродукции и теплоотдачи, обеспечивающие постоянство температуры тела. За пределами регулируемого диапазона механизмы терморегуляции оказываются недостаточными, и развиваются соответственно гипотермия или гипертермия. Регулируемый диапазон может быть расширен за счет предварительной адаптации к теплу или холоду, применения защитной одежды, изменений приема пищи и воды. Согласно закону охлаждения Ньютона, отданное телом тепло пропорционально разности температуры тела и окружающей среды. В соответствии с этим постоянство температуры тела может быть достигнуто при усилении теплопродукции и ограничении теплопотерь за счет снижения до минимума потоотделения и активации вазоконстрикторных реакций тканей «оболочки» тела. С другой стороны, при значительном повышении температуры окружающей среды сосуды оболочки расширяются, увеличивается теплоотдача испарением. Однако, уровень обмена веществ не снижается при этом за пределы основного обмена. Характер приспособления человека к снижению или повышению температуры внешней среды определяется также величиной охлаждаемой или нагреваемой поверхности тела, некоторыми индивидуальными особенностями. Так, у одних людей поддержание стабильной температуры тела обеспечивается в большей степени за счет изменений теплопродукции, у других — в аналогичных условиях — за счет теплоотдачи.