Теплообмен человека с окружающей средой

Все метеоявления, в совокупности образующие то, что мы называем погодой или микроклиматом, оцениваются нами, прежде всего по тому: холодно или жарко, сухо или сыро, ветрено или тихо, — так как все погодные факторы влияют на тепло ощущение человека и определяют его баланс с окружающей средой. Тепло ощущение человека зависит от теплообмена с окружающей средой и терморегуляции организма.

Система терморегуляции — одна из важнейших для организма. Ее назначение — поддерживать постоянную температуру тела (для человека — 36,5−36,8 °С) независимо от температуры окружающей среды.

Постоянство температуры тела в обычных условиях объясняется равновесием между расходом тепла в окружающую среду (теплоотдачей) и теплом, образующимся внутри организма (теплообразованием или теплопродукцией). Образование тепла в организме человека происходит за счет усвоения продуктов питания, в результате работы мышц, окислительных и других сложных процессов, непрерывно совершающихся в клетках, тканях и органах человеческого тела.

Суммарное количество тепла, образующегося в теле взрослого человека за сутки, составляет обычно от 2900 до 4060 Вт; 81 Вт во время сна, 93 Вт при бодрствовании в покое, во время физической работы 290−464 Вт и даже больше в зависимости от степени ее напряженности. Тепло в организме человека расходуется на нагрев вдыхаемого воздуха и принимаемой пищи и воды (5−10%). Остальная часть тепла (90—95%) рассеивается в окружающее пространство через кожу: излучением (лучеиспусканием), конвекцией и испарением пота и влаги с поверхности кожи и легких. Для сохранения постоянной температуры тела организм должен находиться в термостабильном состоянии, которое оценивается по состоянию теплового баланса. Тепловой баланс достигается координацией процессов теплопродукции и теплоотдачи. Он осуществляется аппаратом физиологической терморегуляции, а также путем приспособительных действий человека, направленных на создание соответствующего микроклимата в помещении, использование адекватной условиям жизнедеятельности человека одежды.

Правильная терморегуляция в организме может осуществляться только при определенном состоянии внешней среды, т. е. при определенных сочетаниях температуры, влажности и скорости движения воздуха. У человека, находящегося в покое и пребывающего в условиях метеорологического комфорта (температура 18—20 °С; относительная влажность 40—60%; скорость движения воздуха 0,2— 0,3 м/с), отдача тепла осуществляется не в одинаковой мере:

• — излучением (нагревание на расстоянии предметов, имеющих более низкую температуру — 45%);
• — конвекцией (тепло проведением) на нагрев одежды и близлежащих к телу слоев воздуха ~ 30%;
• — испарением пота и испарением влаги с поверхности кожи и легких — 25%.

При увеличении температуры доля тепла, отдаваемая за счет лучеиспускания и конвекции, уменьшается, и при температуре 30 °C практически равна нулю. При такой температуре главным (и подчас единственным) источником тепло потерь человека является потоотделение. Необходимо иметь в виду, что отдача тепла происходит только тогда, когда пот испаряется с поверхности кожи, так как на испарение 1 г пота расходуется около 2500 Дж тепла, а если пот стекает каплями, то потовыделение оказывает на теплоотдачу слабое влияние.

Чем выше относительная влажность воздуха, тем больше затрудняется испарение с поверхности кожи. Поэтому высокая температура воздуха переносится значительно легче при сухом воздухе, чем при влажном. Большая влажность (70−75% и более) при высоких температурах (25−30 °С и более) способствует перегреванию организма.

Важным фактором для терморегуляции организма является скорость движения воздуха, которая способствует увеличению отдачи тепла с поверхности тела путем конвекции, так как в этом случае сдуваются прилегающие к коже слои воздуха и заменяются более холодными. Естественно, что это обстоятельство будет иметь место только при температуре воздуха до 30−36 °С, а при более высокой температуре воздушные потоки не производят охлаждения кожи и способствуют только потовыделению. Движение воздуха при низких температурах крайне нежелательно вследствие резкого увеличения отдачи тепла за счет конвекции.

Так, физическая работа при высокой температуре вызывает изменения в сердечнососудистой системе, дыхании, водном и соленом балансе и температуре тела; обычно учащаются пульс и дыхание, артериальное давление падает, температура тела повышается.

Эти изменения являются следствием потери организмом воды, доходящей до 5—8 (10) л в смену за счет обильного потоотделения. Человек на солнцепеке, идущий со скоростью 5,5 км/ч при температуре в тени 37,7 «С, выделяет примерно I л/ч пота. Вдвое большее количество воды, чем остальные ткани, теряет кровь, которая вследствие этого становится более вязкой, что нарушает кровообращение и питание тканей. Вследствие того, что в поту содержится 0,5—0,6% поваренной соли, при большом потовыделении потери ее доходят до 50 г в смену, а это в свою очередь лишает кровь способности удерживать воду и приводит к быстрому выделению из организма выпитой жидкости. Обильное питье пресной воды утоляет жажду, как правило, на короткое время и не возмещает соли, которая выделяется вместе с потом. Поэтому необходимо пить подсоленную воду (газированная вода содержит 0,5% соли).

При длительном воздействии на организм атмосферы с повышенной температурой, особенно при отсутствии движения воздуха и при высокой влажности терморегуляция нарушается, организм перегревается и обезвоживается, что приводит к нарушению физиологических процессов, вызывает серьезные расстройства здоровья. При этом возникают тепловое и дегидратационное истощение, судороги, коллапс, тепловой удар. Наиболее опасными являются дегидратационное истощение и тепловой удар. Дегидратационное истощение выражается в сильной усталости, удрученности, частом пульсе, одышке, сонливости, обморочном состоянии, стремлении сесть или лечь. Для выведения из этого состояния необходимы покой и интенсивное обильное питье. Тепловой удар характеризуется высокой температурой, возбуждаемостью, прострацией, бредом, уменьшением или приостановкой потоотделения.

Микроклимат, по степени его влияния на тепловой баланс человека, подразделяется на: нейтральный, нагревающий, охлаждающий.

При нейтральном микроклимате сочетание его составляющих при воздействии на человека в течение рабочей смены обеспечивает тепловой баланс организма. При этом разность между величиной теплопродукции и суммарной теплоотдачей находится в пределах ±2 Вт, а доля теплоотдачи испарением не превышает 30%.

Охлаждающий микроклимат — сочетание параметров, при котором суммарная теплоотдача в окружающую среду превышает величину теплопродукции организма (>2 Вт). Это приводит к образованию общего и/или локального дефицита тепла в теле человека.

Нагревающий микроклимат — сочетание параметров, при котором имеет место изменение теплообмена человека с окружающей средой, проявляющееся в накоплении тепла в организме (> 2 Вт) и/или в увеличении доли потерь тепла испарением влаги (> 30%).

Симптомы стадий переохлаждения по мере нарастания опасности гипотермии:

• — отклонение от нормального поведения, агрессивность, а позднее апатия;
• — усталость и нежелание двигаться;
• — потеря чувства опасности, ложное ощущение благополучия;
• — неловкость в движениях, нарушение речи;
• — потеря сознания;
• — смерть.

При низкой температуре все стадии гипотермии могут завершиться за 20−30 мин. При попадании в холодную воду в первой стадии за счет интенсивного озноба, сопровождающегося значительными выделениями тепла, температура тела несколько повышается. Затем, если отдача тепла превышает теплообразование, температура начинает снижаться и при достижении 35 «С — стремительно снижается и завершается смертельным уровнем 24 «С. Температура поверхности тела снижается еще быстрее. Пульс сначала возрастает до 120 ударов в минуту, затем при температуре 33 «С уменьшается до 50 ударов в минуту, при 30 °C начинается аритмия, за которой при 28 °C — фибрилляции и необратимые явления. Дыхание прекращается примерно за 20 мин до остановки сердца. Для температуры 10 °C опасные рубежи отодвигаются соответственно до 25 и 55 мин, для 20 °C — 135 и 360 мин. Однако люди, закаленные физически, подготовленные к преодолению трудностей, имеющие достаточно мужества и самообладания, выживают и за чертой смертельной опасности.