Терморегуляция организма человека

Между человеком и окружающей его средой постоянно происходит теплообмен. Факторы окружающей среды воздействуют на организм комплексно, и в зависимости от их конкретных значений вегетативные центры (полосатое тело, серый бугор промежуточного мозга) и ретикулярная формация, взаимодействуя с корой головного мозга и посылая по симпатическим волокнам импульсы к мышцам, обеспечивают оптимальное соотношение процессов теплообразования и теплоотдачи.

Терморегуляцией организма называется совокупность физиологических и химических процессов, направленных на поддержание температуры тела в определенных пределах (36,1…37,2 °С). Перегрев тела или его переохлаждение приводит к опасным нарушениям жизненных функций, а в некоторых случаях — к заболеваниям. Терморегуляция обеспечивается изменением двух составляющих теплообмен процессов — теплопродукции и теплоотдачи. На тепловой баланс организма существенно влияет теплоотдача, как наиболее управляемая и изменчивая.

Теплота вырабатывается всем организмом, но более всего поперечнополосатыми мышцами и печенью. Теплообразование организма человека, одетого в домашнюю одежду и находящегося в состоянии относительного покоя при температуре воздуха 15…25°С, сохраняется приблизительно на одном и том же уровне. С понижением температуры оно увеличивается, а при ее повышении с 25 до 35 °C несколько уменьшается. При температуре более 40 °C выработка теплоты начинает увеличиваться. Эти данные свидетельствуют о том, что регуляция производства теплоты в организме главным образом происходит при пониженных температурах окружающей среды.

Теплопродукция возрастает при выполнении физической работы, причем тем больше, чем тяжелее работа. Количество вырабатываемой теплоты зависит также от возраста и состояния здоровья человека. Усредненные значения теплопродукции взрослого человека в зависимости от температуры окружающего воздуха и тяжести выполняемой работы приведены в таблице 3.

Таблица 3. Теплопродукция человека в зависимости от температуры воздуха и тяжести выполняемой работы

Различают три вида теплоотдачи организма человека:

излучение (в виде инфракрасных лучей, испускаемых поверхностью тела в направлении предметов с меньшей температурой);

конвекция (нагревание омывающего поверхность тела воздуха);

испарение влаги с поверхности кожи, слизистых оболочек верхних дыхательных путей и легких.

Процентное соотношение между этими видами теплоотдачи человека, находящегося в нормальных условиях в состоянии покоя, выражается следующими цифрами: 45/30/25. Однако указанное соотношение может изменяться в зависимости от конкретных значений параметров микроклимата и тяжести выполняемой работы.

Теплоотдача излучением происходит только в том случае, когда температура окружающих предметов ниже температуры открытых участков кожи (32. .34, 5 °С) или наружных слоев одежды (27. .28 °С для легко одетого человека и приблизительно 24 °C для человека в зимней одежде). Основная часть излучения относится к инфракрасному диапазону с длиной волны (4. .50) * 10−6м. При этом теряемое организмом в единицу времени количество теплоты, Дж/с (1 Дж/с = 1 Вт),.

P_p = Sд (T_ч⁴ — Т_о⁴),.

где S— площадь поверхности тела человека, определяемая по графику (рис. 1), м². Если масса и рост человека неизвестны, то принимают S= 1,5 м²; д — приведенный коэффициент излучения, Вт/(м²*К⁴): для хлопчатобумажной ткани 5 = 4,2*10^-8, для шерсти и шелка д = 4,3*10, для кожных покровов человека д = 5,1*10^-8; Т_ч — температура поверхности тела человека: для раздетого человека 306 К (это соответствует 33 °С); Т_o — температура окружающей среды, К.

Рис. 1. График для определения площади поверхности тела человека в зависимости от его массы и роста.

Теплоотдача конвекцией также происходит в случае, если температура поверхности кожи или верхних слоев одежды выше температуры омывающего их воздуха. При отсутствии ветра прилегающий к поверхности кожи раздетого человека слой воздуха толщиной 4…8 мм нагревается за счет его теплопроводности. Более отдаленные слои нагреваются вследствие естественного движения воздуха или принудительного побуждения. С увеличением скорости движения воздуха толщина окружающего человека пограничного слоя уменьшается до 1 мм, а теплоотдача поверхности тела возрастает в несколько раз. Потери теплоты конвекцией через дыхательные пути меньше, чем от кожного покрова, и происходят в тех случаях, когда температура вдыхаемого воздуха ниже температуры тела. Теплоотдача конвекцией повышается с ростом барометрического давления.

Приближенно потери теплоты в единицу времени конвекцией, Дж/с, можно определить по формуле.

P_к1 = 7(0,5 + vv) S (T_ч — Т_о).

или

Р_к2 = 8,4(0,273 + vv) S (T_ч — Т_о).

где v — скорость движения воздуха, м/с.

Первую формулу используют при скорости движения воздуха v? 0,6 м/с, вторую — при v > 0,6 м/с.

Испарение — это теплоотдача при повышенной температуре воздуха, когда указанные ранее способы теплоотдачи затруднены или невозможны. В обычных условиях на большей части поверхности тела человека происходит неощутимое потоотделение, возникающее в результате диффузии воды без активного участия потовых желез. Исключение составляют поверхности ладоней, подошв и подмышечных впадин (составляющие примерно 10% поверхности тела), на которых пот выделяется непрерывно.

В результате испарения организм в сутки теряет в среднем около 0,6 л воды. Так как на испарение 1 г воды затрачивается приблизительно 2,5 кДж теплоты, то потери ее за сутки составят приблизительно 1500кДж. С увеличением температуры воздуха и степени тяжести работы за счет более активного проникновения жидкости через стенки оплетающих потовые железы артериальных сосудов и нервной регуляции потоотделение усиливается, достигая за смену 5 л, а в некоторых случаях 10… 12 л. Отдача теплоты также возрастает. микроклимат газ воздух рабочий При слишком интенсивном выделении пот не всегда успевает испариться и может выделяться в виде капель. В этом случае влажный слой на коже препятствует теплоотдаче, приводя в дальнейшем к перегреванию организма. Кроме влаги с потом человек теряет большое количество солей (в 1 л пота содержится 2,5…2,6 г хлорида натрия) и водорастворимых витаминов (С, BI, 62), что приводит к сгущению крови и ухудшению работы сердца. Следует отметить, что при потере количества воды, равного 1% общей массы тела, у человека возникает чувство сильной жажды; утрата 5% воды приводит к потере сознания, 10% — к смерти.

Количество выделяемого пота зависит и от индивидуальных особенностей организма, а также от степени его приспособляемости к данным климатическим условиям. На интенсивность испарения влаги влияют температура и скорость движения воздуха.

Через дыхательные пути испаряется около 300…350 г влаги в сутки, что приводит к потере 750…875 кДж теплоты.

Общие потери теплоты испарением в единицу времени, Дж/с, можно приближенно определить по формуле Р_и = 0,6547q (1 + k_л),.

где q — интенсивность выделения пота, г/ч, определяемая взвешиванием человека; k_л — коэффициент пересчета теплоотдачи через легкие, зависящий от температуры окружающего воздуха: при О «С k_л = 0,43, при 18 °C — 0,3, при 28 °C — 0,23, при 35 °C — 0,035 и при 45 °C k_л = 0,015.