Механизм регуляции тепла в организме человека. Теплообмен в организме человека: почему мерзнут руки и ноги
Жизнедеятельность человека сопровождается непрерывным выделением теплоты в окружающую среду. Ее количество зависит от степени физического напряжения и составляет от 85 Вт (в состоянии покоя) до 500 Вт (при выполнении тяжелой работы) . Чтобы физиологические процессы в организме протекали нормально, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду. Нарушение теплового баланса может привести к перегреву либо к переохлаждению организма и, как следствие, к потере трудоспособности, быстрому утомлению, потере сознания и тепловой смерти.
Температурный режим кожи играет основную роль в теплоотдаче. Ее температура изменяется в довольно значительных пределах и под одеждой составляет 30...34 °С. При неблагоприятных метеорологических условиях на отдельных участках тела температура может понижаться до 20 °С, а иногда и ниже.
Нормальное тепловое самочувствие имеет место, когда тепловыделения человека полностью воспринимаются окружающей средой, т.е. когда имеется тепловой баланс и температура внутренних органов остается постоянной. Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде, происходит рост температуры внутренних органов и такое тепловое самочувствие характеризуется понятием «жарко». Наивысшая температура внутренних органов, которую выдерживает человек, составляет 43 °С. В случае, когда окружающая среда воспринимает больше теплоты, чем ее воспроизводит человек, происходит охлаждение организма. Такое тепловое самочувствие характеризуется понятием «холодно». Минимальная температура внутренних органов, которую выдерживает человек, составляет 25 °С. Комфортной средой является такая, охлаждающая способность которой соответствует теплопродукции человека. В условиях комфорта у человека не возникает беспокоящих его тепловых ощущений - холода или перегрева.
Тепловой баланс организма человека при различных метеоусловиях различен. Наибольшее влияние на самочувствие человека оказывает температура
воздуха. Она ощущается, в первую очередь, открытыми поверхностными частями тела человека. От температуры тела зависят интенсивность обмена веществ и окислительных процессов в тканях, регулирование кровоснабжения кожи, потоотделения и дыхания. При обычной температуре от кожного покрова человека в воздух помещения отводится до 45 % теплоты путем излучения, до 30 % за счет конвективного теплообмена и до 25 % при испарении пота.
Высокая температура воздуха оказывает неблагоприятное воздействие на сердечно-сосудистую и центральную нервную систему человека. Низкая температура может вызвать местное и общее переохлаждение организма, стать причиной простудных заболеваний.
Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется посредством конвекции (процесс обмывания тела воздухом).
Температура, скорость, относительная влажность и атмосферное давление окружающего воздуха получили название показателей микроклимата , а их числовые значения -параметров микроклимата .
Параметры микроклимата и интенсивность физической нагрузки организма характеризуют степень комфортности производственного микроклимата, теплоощущения человека, его работоспособность.
Установлено, что при температуре воздуха более 30 °С работоспособность человека начинает падать. Предельная температура вдыхаемого воздуха, при
которой человек еще в состоянии дышать в течение нескольких минут без специальных средств защиты, составляет около 116 °С.
Переносимость человеком температуры также зависит от влажности и скорости передвижения окружающего воздуха. Чем больше относительная влажность воздуха, тем меньше испаряется пота в единицу времени и тем быстрее наступает перегрев организма. Особенно неблагоприятное воздействие на тепловое самочувствие человека оказывает высокая влажность при температуре воздуха выше 30 °С. При такой температуре вся выделяемая теплота идет на испарение пота. Но при высокой влажности пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова, изнуряя организм и не обеспечивая необходимую теплоотдачу. Вместе с потом организм человека теряет значительное количество минеральных солей. При неблагоприятных условиях производственного микроклимата потеря жидкости человеком может достигать 8...10 л за смену и с ней до 40 г поваренной соли (всего в организме человека около 140 г). При высокой температуре воздуха более интенсивно расходуются углеводы, жиры, разрушаются белки.
Длительное воздействие высокой температуры, особенно в сочетании с повышенной влажностью, может привести к значительному накоплению теплоты в организме и развитию перегревания организма выше допустимого уровня - гипертермии - состояния, при котором температура тела поднимается до
38...39 °С (тепловой удар). При этом состоянии возникает головная боль, головокружение, общая слабость, искажение цветового восприятия, сухость во рту, тошнота, рвота, обильное потовыделение, пульс и дыхание учащены. Наблюдается бледность, синюшность, зрачки расширены, временами могут появляться судороги, потеря сознания.
В горячих цехах по ремонту железнодорожного подвижного состава имеются технологические процессы, которые протекают при температурах, значительно превышающих температуру воздуха окружающей среды. Нагретые поверхности излучают в пространство потоки лучистой энергии, которые могут привести к отрицательным последствиям. Инфракрасные лучи оказывают на организм человека в основном тепловое воздействие, при этом наступает нарушение нормальной деятельности сердечно-сосудистой и центральной нервной системы. Эти лучи могут вызвать ожог кожи и глаз. Наиболее частым и тяжелым поражением глаз вследствие воздействия инфракрасных лучей является катаракта глаза.
Производственные процессы, выполняемые при пониженной температуре, большой подвижности и влажности воздуха, могут явиться причиной охлаждения и даже переохлаждения организма - гипотермии. В начальный период воздействия умеренного холода наблюдается уменьшение частоты дыхания, увеличение объема вдыхаемого воздуха. При продолжительном действии холо-
Образование и отдача тепла организмом
Теплообразование, или теплопродукция, определяется интенсивностью обмена веществ. Регуляция теплообразования путем увеличения или уменьшения обмена веществ в клетках организма обозначается как химическая терморегуляция . Вырабатываемое организмом тепло отдается в окружающую среду. Если бы не существовала отдача тепла, организм погиб бы от перегревания. Регуляция теплоотдачи путем изменения осуществляющих ее физиологических функций обозначается как физическая терморегуляция .
Наибольшее количество тепла образуется в органах с интенсивным обменом веществ - в скелетной мускулатуре, печени и почках. Наименьшее количество тепла освобождается в костях, хрящах и соединительной ткани.
При повышении температуры окружающей среды теплообразование уменьшается, а при ее понижении - увеличивается. Следовательно, между температурой внешней среды и теплообразованием существуют обратно пропорциональные отношения: летом теплообразование понижается, а зимой увеличивается.
При физических нагрузках теплообразование увеличивается, так, например, ходьба увеличивает теплообразование почти в 2 раза, а быстрый бег - в 4-5 раз. На долю мышц приходится 65-75% теплообразования, а при интенсивной работе даже 90%. Остальная доля тепла образуется в железистых органах, главным образом в печени.
Потеря тепла . Организм в покое непрерывно теряет тепло: 1) теплоизлучением или отдачей тепла окружающему воздуху; 2) теплопроведением, или непосредственной отдачей тепла тем предметам, которые соприкасаются с кожей; 3) испарением воды с поверхности кожи и легких.
В условиях покоя 70-80% тепла отдается в окружающую среду кожей теплоизлучением и теплопроведением, а испарением воды в коже (потоотделением) и в легких - около 20%. Отдача тепла нагреванием выдыхаемого воздуха, мочой и калом ничтожна, она составляет 1,5-3% общей теплоотдачи.
Потеря тепла органами и тканями зависит от их месторасположения, поверхностно расположенные органы (кожа, скелетные мышцы) отдают больше тепла и охлаждаются сильнее, чем внутренние органы, более защищенные от охлаждения. Поэтому теплоотдача разных органов различна. Так печень дает большую теплопродукцию и имеет более высокую и постоянную температуру (37,8-38°С) по сравнению с кожей, температура которой значительно ниже (на покрытых участках 29,5-33,9) и в большей степени зависит от окружающей среды.
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 нее крови увеличивается, температура кожи повышается, и теплоотдача теплоизлучением и теплопроведением возрастает. Так как разница температур кожи и окружающей среды с повышением температуры кожи уменьшается, то абсолютная 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.
Наоборот, на холоде артериолы и капилляры кожи суживаются, кожа становится бледной, количество протекающей через нее крови уменьшается, температура кожи понижается, разница температур кожи и окружающей среды сглаживается, и теплоотдача уменьшается.
Человек уменьшает теплоотдачу за счет покрова в виде одёжды и т. д., 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. Потеря воды кожей происходит за счет проникновения воды из глубоких тканей на поверхность кожи и главным образом за счет функционирования потовых желез. При средней температуре окружающей среды взрослый человек ежесуточно теряет испарением с кожи 1675-2093,5 кДж (400 -500 ккал).
В связи с резким увеличением потоотделения при повышении температуры окружающей среды и при мышечной работе значительно возрастает и теплоотдача, хотя и не весь пот испаряется.
Испарение воды постоянно происходит и с поверхности легких. Выдыхаемый воздух насыщен водяными парами на 95-98% и поэтому чем суше вдыхаемый воздух, тем больше тепла отдается испарением с легких. В обычных условиях легкими ежесуточно испаряется 300-350 мл воды, что соответствует 732,7-962,9 кДж. При высокой температуре дыхание учащается, а на холоде становится редким. Испарение воды с поверхности кожи и легких становится единственным путем теплоотдачи, когда температура воздуха достигает температуры тела. В этих условиях в покое испаряется более пота в час, что позволяет отдавать около 251,2 кДж в час.
Следовательно, 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 легких; 3) изменением функции потовых желез.
Таким образом, путем совместного действия, с одной стороны, механизмов, регулирующих интенсивность обмена веществ и зависящее от него теплообразование (химическая регуляция тепла), а с другой - механизмов, регулирующих теплоотдачу (физическая регуляция тепла), поддерживается на постоянном уровне температура тела.
Температура тела. Температура тела человека поддерживается на относительно постоянном уровне, несмотря на колебания температуры окружающей среды. За среднюю температуру тела принимается температура в подмышечной впадине, и она равна 36,5-37°С. У грудных детей измеряют температуру в прямой кишке, где она выше, чем в подмышечной впадине и равна у здорового человека в среднем 37,2-37,5 °С.
Температура внутренних органов, в которых происходит интенсивный обмен, выше температуры тела, а температура кожи ниже. При падении температуры кожи ниже 30-31°С ощущается холод.
Температура тела не остается постоянной, а колеблется в течение суток в пределах 0,5-0,7°С. Покой и сон снижают температуру, мышечная деятельность повышает ее. Максимальная температура тела наблюдается в 4-6 часов вечера, минимальная - в 3-4 часа утра.
Постоянство температуры тела человека может сохраняться лишь при условии равенства теплообразования и теплопотери всего организма.
У новорожденного ребенка способность поддерживать постоянство температуры тела несовершенна. Вследствие этого может наступить охлаждение (гипотермия ) или перегревание (гипертермия ) организма при таких температурах окружающей среды, которые не оказывают влияния на взрослого человека. Таким же образом даже небольшая мышечная работа, например длительный крик ребенка, может повысить температуру тела. Организм недоношенных детей еще менее способен поддерживать постоянство температуры тела, которая у них в значительной мере зависит от температуры окружающей среды. Чрезмерное укутывание; также ведет к перегреванию. Некоторое постоянство терморегуляции устанавливается у детей к концу 2 года жизни и даже в течение нескольких лет.
Нормальная температура тела устанавливается у детей в зависимости от достаточного и правильного питания.
Нервно-гуморальная регуляция теплообмена. Температурные рецепторы расположены непосредственно на коже, в кожных и подкожных сосудах, а также в самой центральной нервной системе. Эти рецепторы, воспринимающие холод и тепло, названы терморецепторами . При относительно постоянной температуре окружающей среды от рецепторов в ЦНС поступают ритмические импульсы, частота которых максимальна для холодовых рецепторов кожи и кожных сосудов при температуре 20-30°С, а для кожных тепловых рецепторов - при температуре 38-43°С. При резком охлаждении кожи частота импульсации в холодовых рецепторах возрастает, а при быстром согревании урежается или прекращается. На такие же периоды тепловые рецепторы реагируют прямо противоположно. Тепловые и холодовые рецепторы ЦНС реагируют на изменение температуры крови, омывающие нервные центры.
Центральные нейроны (термосенсоры) обнаружены в медиальной области гипоталамуса, ретикулярной формации среднего мозга, а также спинном мозге.
До недавнего времени выделяли центр теплоотдачи , локализованный в переднем гипоталамусе, и центр теплопродукции , локализованный в заднем гипоталамусе, находящиеся между собой в сложных взаимоотношениях. Возбуждение первого приводит к усилению теплоотдачи и уменьшению теплопродукции (падение температуры тела), возбуждение второго - к усилению теплопродукции и уменьшению теплоотдачи (повышение температуры тела).
По современным данным, терморегуляция осуществляется распределенной системой, основной частью которой является гипоталамический терморегуляционный механизм . Сигналы от периферических терморецепторов, переключаясь в структурах задних рогов спинного мозга, направляются к сегментарным соматическим и автономным механизмам своего спинального уровня, а также поступают по восходящим путям спинного мозга в головной мозг.
Главными проводниками температурной чувствительности в головной мозг являются спиноталамический и спиноретикулярный тракты. Температурная информация по этим путям направляется через ретикулярную формацию и неспецифическим ядрам таламуса не только в ассоциативные зоны коры головного мозга, но и в структуры гипоталамуса. Информация от периферических терморецепторов адресуется в передний гипоталамус (медиальную область), где происходит сравнение этих сигналов с уровнем активности центральных термосенсоров (отражающих температурное состояние мозга). Эта интеграция сигналов, характеризующих центральную и периферическую температуру тела, и обеспечивает выработку структурами заднего мозга гипоталамуса сигналов, управляющих химической и физической терморегуляцией.
В осуществлении гипоталамической регуляции температуры тела участвую железы внутренней секреции, главным образом щитовидная и надпочечники.
Участие щитовидной железы в терморегуляции доказывается тем, что введение в кровь животного сыворотки крови другого животного, которое длительное время находилось на холоде, вызывает у первого повышение обмена веществ. Очевидно, во время пребывания в условиях охлаждения происходит усиленное выделение в кровь гормона щитовидной железы, повышающего обмен веществ, следовательно, образование тепла.
Гормон надпочечников адреналин, выделяясь в кровь, усиливает окислительные процессы в тканях, в частности в мышцах, повышает теплообразование и суживает кожные сосуды, уменьшая теплоотдачу.
Вопросы для самоконтроля
1. Значение пищеварения. Функции органов пищеварения. Роль пищеварительных ферментов.
2. Пищеварение в полости рта. Слюноотделение и его регуляция. Химические процессы. Смена зубов.
3. Основные поражения зубов. Профилактические мероприятия.
4. Строение желудка. Пищеварение в желудке. Состав желудочного сока, фаза секреции, особенности у детей.
5. Отделы тонкого кишечника и их строение.
6. Пищеварение в тонком кишечнике. Функции поджелудочной железы и печени. Всасывание. Возрастные особенности.
7. Строение и отделы толстого кишечника.
8. Пищеварение в толстом кишечнике.
9. Моторика пищеварительных органов и ее регуляция.
10. Общая характеристика обмена веществ. Анаболизм и катаболизм. Основные этапы обмена веществ.
11. Значение белков для организма. Этапы белкового обмена. Потребность в белках. Особенности у детей.
12. Значение углеводов. Этапы углеводного обмена. Суточная потребность. Возрастные особенности углеводного обмена.
13. Значение жиров и липидов. Этапы жирового обмена. Возрастные особенности.
14. Регуляция обмена веществ. Роль гормонов в регуляции обмена веществ.
15. Значение воды и минеральных веществ для организма. Водный баланс. Питьевой режим.
16. Витамины и их значение. Авитаминоз. Суточная потребность в витаминах у детей.
17. Энергетический обмен. Источники энергии. Энерготраты организма и методы их измерения. Основной и общий обмен. Особенности у детей.
18. Питание. Калорийность суточного рациона. Режим питания.
19. Терморегуляция и ее значение. Образование и отдача тепла. Температура тела. Особенности терморегуляции у детей.
20. Нервная и гуморальная регуляция теплообмена. Терморецепторы кожи сосудов, гипоталамуса. Центры теплопродукции и отдачи тепла.
Список литературы
Анатомия, физиология, психология человека: иллюстрированный краткий словарь / под ред. А. С. Батуева. - СПб. : Лань, 1998. - 256 с.
Анатомия человека: в 2 т. / под ред. М. Р. Сапина. - 2-е изд., доп.
и перераб. - М. : Медицина, 1993. - Т. 1. - 544 с.
Андронеску, А. Анатомия ребенка / А. Андронеску. - Бухарест: Меридиан, 1970. - 363 с.
Атлас по нормальной физиологии / под ред. Н. А. Агаджаняна. - М., 1986. - 351 с.
Гуминский, А. А. Руководство к лабораторным занятиям по общей и возрастной физиологии / А. А. Гуминский, Н. Н. Леонтьева, К. В. Маринова
- М. : Просвещение, 1990. - 239 с.
Гуминский, А. А. Практические занятия по возрастной физиологии и школьной гигиене: учеб. пособие / А. А. Гуминский. - М., 1992. - 132 с.
Држевецкая, И. А. Основы физиологии обмена веществ и эндокринной системы: учеб. пособие. - М. : Высшая школа, 1994. - 256 с.
Курепина, М. М. Анатомия человека: учебник для студентов высших учебных заведений / М. М. Курепина, А. П. Ожигова, А. А. Никитина. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2002. - 384 с.
Малафеева, С. Н. Атлас по анатомии и физиологии человека: учеб. пособие / С. Н. Малафеева, И. В. Павлова; Урал. гос. пед. ун-т. - Екатеринбург, 1999. - 194 с.
Маркосян, А. А. Основы морфологии и физиологии организма детей и подростков / А. А. Маркосян. - М. : Медицина, 1969. - 575 с.
Начала физиологии / под ред. Н. Д. Ноздрачева. - Санкт-Петербург; Москва; Краснодар, 2004. - 1088 с.
Солодков, А. С. Физиология человека: общая, спортивная, возрастная /
А. С. Солодков, Е. Б. Сологуб. - М., 2001. - 519 с.
Ткаченко, Б. И. Основы физиологии человека: учебник для вузов: в 2 т. /
Б. И. Ткаченко. - СПб., 1994. - Т. 1. - 570 с.
Физиология человека: учебник / под ред. Г. И. Косицкого. - М. : Медицина, 1985. - 544 с.
Физиология человека / под ред. Н. А. Агаджаняна. - М. : Медицинская книга; НН: НГМА, 2005. - 527 с.
Физиология человека: в 2 т. / под ред. В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько. - М. : Медицина, 2001. - 447 с.
Хрипкова, А. Г. Возрастная физиология: учеб. пособие для студентов небиол. спец. пед. ин-тов / А. Г. Хрипкова. - М. : Просвещение, 1978. - 287 с.
Хрипкова, А. Г. Возрастная физиология и школьная гигиена: учеб. пособие для студентов пед. ин-тов / А. Г. Хрипкова. - М. : Просвещение, 1990. - 319 с.
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 °С несколько уменьшается. При температуре более 40 °С 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 14.3.
14.3. Теплопродукция человека в зависимости от температуры воздуха и тяжести выполняемой работы
|
Температура воздуха, "С |
Теплопродукция, Дж/с |
Температура воздуха, °С |
Теплопродукция, Дж/с |
|
Состояние покоя |
Работа средней тяжести |
||
|
Легкая работа |
Тяжелая и очень тяжелая работа |
||
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 °С 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),
Pp = Sδ(Tч4 - То4),
где
S— площадь поверхности тела человека,
определяемая по графику (рис. 14.1), м2. Если масса и рост человека
неизвестны, то принимают S= 1,5м2; δ — приведенный
коэффициент излучения, Вт/(м2*К4): для хлопчатобумажной
ткани 5 = 4,2*10-8, для шерсти и шелка δ = 4,3*10 , для
кожных
покровов человека δ = 5,1*10-8; Тч — температура
поверхности тела человека: для раздетого человека 306 К (это
соответствует 33
°С); Тo — температура окружающей среды, К.
Рис. 14.1. 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
Pк1 = 7(0,5 + √v)S(Tч - То)
Рк2 = 8,4(0,273 + √v)S(Tч - То)
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.
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
Ри = 0,6547q(1 + kл), где q — интенсивность выделения пота, г/ч, определяемая взвешиванием человека; kл — коэффициент пересчета теплоотдачи через легкие, зависящий от температуры окружающего воздуха: при О "С kл = 0,43, при 18 °С — 0,3, при 28 °С — 0,23, при 35 °С - 0,035 и при 45°С kл = 0,015.
Для правильного понимания механизмов закаливания и его успешного осуществления необходимо знать, каким образом человеческий организм может приобрести устойчивость к неблагоприятным воздействиям внешней среды. Известно, что температура тела здорового человека практически постоянна, хотя в жизни ему приходится переносить и жгучие морозы, и изнурительный зной. Происходит это вследствие того, что организм обладает способностью регулировать свою температуру. Без механизма, поддерживающего постоянную температуру тела, жизнь была бы, по словам И. П. Павлова, «игрушкой в руках внешних температурных условий».
У тех, кто привык чересчур тепло одеваться или установил в помещении кондиционер , создавая для себя слишком комфортные микроклиматические условия, теплорегулирующий аппарат редко вступает в работу, получает слабое функциональное развитие и уже не может служить надежной «броней» против изменяющихся атмосферных условий. Приспособляемость организма к капризам погоды ухудшается, и он становится подверженным простудным заболеваниям .
Регуляция тепла осуществляется путем выработки тепла организмом (теплопродукция) и путем отдачи его в окружающую среду (теплоотдача). Непрерывное протекание жизненных процессов в организме сопровождается образованием тепла. За сутки человек, даже находящийся в покое, вырабатывает примерно столько тепла, что его хватило бы на нагревание 15 л воды до кипения. Величина теплопродукции зависит от числа вовлеченных в работу органов и тканей. Не случайно, во время выполнения физической работы теплопродукция резко увеличивается.
Кроме тепла, которое образуется в результате обмена веществ в самом организме, человек в жаркое время года получает тепло из окружающей среды. И если бы одновременно с повышением температуры воздуха в организме не происходила теплоотдача, человек погиб бы от перегревания. Ведущая роль в процессе терморегуляции принадлежит высшим отделам центральной нервной системы. Повышение или понижение температуры окружающей и внутренней среды организма воспринимается особыми нервными окончаниями — терморецепторами, заложенными в коже и внутренних органах. Возникающие в них импульсы передаются в центральную нервную систему, которая и осуществляет ответную реакцию организма. Вот почему на изменение температуры реагирует не только участок тела, непосредственно подвергающийся раздражению, но и наступают изменения в функциях всего организма.
Так, при понижении температуры окружающей среды происходит рефлекторное сужение кровеносных сосудов кожи, вследствие чего количество протекающей через них крови уменьшается, а следовательно, снижается и отдача тепла. Выработка тепла во внутренних органах, главным образом в печени, увеличивается. Благодаря этому организму удается сберечь тепло и сохранить постоянную температуру тела.
При повышении температуры внешней среды ответная реакция организма, наоборот, выражается в усилении теплоотдачи: расширяются кожные сосуды, увеличивается количество протекающей через них крови, усиливается потоотделение и учащается дыхание. Выработка тепла при этом снижается, и тем самым организм избегает перегревания.
Нарушения теплового равновесия причиняют существенный вред здоровью. Чрезмерное охлаждение ведет к ослаблению организма, снижению его устойчивости, уменьшению сопротивляемости болезнетворным микробам, повышает риск развития заболеваний.
Академик И. П. Павлов говорил, что «простудный элемент есть специальный раздражитель кожи вместе с сыростью; это специальное раздражение ведет к возбуждению задерживающего нерва, понижает жизнедеятельность организма, его отдельных органов — легких, почек и др. И тогда все виды инфекции, которые всегда в наличности и которым, так сказать, только не дается ходу, берут перевес и дают то нефрит, то пневмонию и т. д.».
Исследования ученых показали, что у человека при погружении ступней ног в холодную воду происходит прилив крови к слизистым оболочкам носа и верхних дыхательных путей, повышение их температуры и увеличение количества выделяемой слизи. Все это создает благоприятные условия для развития микробов, попадающих на слизистые оболочки. Быстрое увеличение числа микробов и одновременное ослабление сопротивляемости организма ведут к возникновению воспалительных процессов, простудных заболеваний — катару верхних дыхательных путей, ангине, воспалению легких.
Вместе с тем было замечено, что люди неодинаково реагируют на охлаждение — не у всех возникают простудные заболевания. У некоторых уже при одном упоминании о холодной воде начинают бегать «мурашки» по телу. Но есть немало людей, которые безболезненно перенося резкие колебания тепла и холода.
Оказалось также, что степень чувствительности к холоду зависит не от врожденных особенностей организма, а обусловливается условиями жизни. Не у всех людей терморегулирующий аппарат действует одинаково хорошо. У тех, кто постоянно подвергает свой организм температурным воздействиям, он обычно тренируется и совершенствуется и на любое изменение атмосферных условий отвечает более быстрой и правильной реакцией.
И, наоборот, у тех, кто привык чересчур тепло одеваться, кто старается в помещении поддерживать одну и ту же температуру, искусственно создавая для себя слишком комфортные микроклиматические условия, теплорегулирующий аппарат редко вступает в работу, получает слабое функциональное развитие и уже не может служить надежной «броней» против изменяющихся атмосферных условий. Приспособляемость организма к капризам погоды ухудшается, и он становится подверженным простудным заболеваниям.
Теплорегулирующий аппарат действует значительно лучше на участках тела, которые постоянно подвергаются действию метеорологических факторов (лицо, руки), и «хуже работает» на тех частях, которые постоянно закрыты одеждой (грудь, спина). Значит, избегая смены тепла и холода, мы не даем возможности упражняться нашему терморегуляторному аппарату. Организм теряет способность своевременно реагировать на меняющиеся температурные условия, делается изнеженным и легче подвергается простудным заболеваниям. Что бы, например, произошло, если бы наподобие того, как мы закутываем свои холодовые точки, стали бы также предохранять глаза от всякого действия света, уши — от всякого звука и шума и т. д. Стоит припомнить, например, какая светобоязнь возникает у людей, бывших долго в темноте, или какая сильная звукобоязнь развивается после долгого пребывания в полной тишине, чтобы понять, в какое ненормальное состояние высокой болезненной восприимчивости мы приводим и наши холодовые точки кожи, раз мы устраняем их во время всей почти жизни от действия. Для ограждения себя от простудных заболеваний и повышения устойчивости организма необходимо постоянными и систематическими упражнениями добиться такого укрепления терморегулирующего аппарата, которое позволило бы человеку безболезненно переносить любые температурные колебания внешней среды. В этом, собственно, и заключается цель закаливания — путем целенаправленных воздействий развить имеющиеся в организме защитные силы, выработать в нем способность быстро и безотказно их мобилизовать. Благодаря закаливанию организм получает способность реагировать на изменение температуры окружающей среды раньше, чем наступит чрезмерное охлаждение или перегревание.
Помимо улучшения сопротивляемости организма по отношению к климатическим факторам, закаливающие процедуры оказывают благотворное влияние на весь организм — улучшают кровообращение, повышают тонус центральной нервной системы и обмен веществ, способствуют воспитанию воли и характера. Однако слишком сильное охлаждение или согревание может нарушить здоровье человека, независимо от степени его закалки. При острых заболеваниях и обострениях хронических недугов принимать закаливающие процедуры нельзя. В то же время, частые катары верхних дыхательных путей, ангины, фурункулез служат показаниями для назначения закаливающих процедур. Врачи утверждают, что люди, страдавшие этими заболеваниями, избавлялись от них путем систематически проводимого закаливания. И еще один совет: щедрыми дарами природы следует пользоваться умеючи, соблюдая научно обоснованные гигиенические правила.
Действительно, нарушение теплового равновесия возникает вследствие повреждения внутренних органов, задействованных в регуляции тепла.
В норме температура человека должна сохраняться в пределах 36,2-37 градусов. Терморегуляция организма человека – это возможность тела контролировать теплообмен, чтобы температура не превышала допустимого показателя. Тепловое равновесие достигается такими способами: путем изменения объема кровообращения и количества выделяемого пота, за счет биохимических процессов. При этом за нормализацию баланса отвечают все виды теплообмена сразу, отличается лишь степень их вовлеченности.
Механизм регулирования обмена
Теплообмен химическим способом осуществляется благодаря вырабатыванию энергии. В этот процесс вовлечены все органы особенно, когда через них проходит кровь. Максимальное количество энергии производится в полосатых поперечных мышцах и печени. Контроль баланса температуры тела за счет выброса тепловой энергии – это физическая регуляция тепла. Она осуществляется при помощи прямого обмена тепла с холодными предметами, воздухом, инфракрасным излучением. Сюда также можно включить дыхание и испарение пота с кожного покрова.
Как сохраняется тепловое равновесие
Внутренняя температура контролируется специальными чувствительными рецепторами. Большая часть их размещена в кожном покрове, слизистой рта, верхних дыхательных путях. Если условия внешней среды не соответствуют норме, рецепторы подают сигнал в головной мозг и появляется чувство перегрева или переохлаждения. Процессы выработки или отдачи тепла запускаются центром терморегуляции.
Стоит отметить, что механизмы образования энергии происходят также за счет определенных гормонов. Например, тироксин повышает производство тепла за счет ускорения обменных процессов. Адреналин имеет такое же действие, но оно осуществляется благодаря ускорению процессов окисления. К тому же адреналин сужает кровеносные сосуды в коже, что также способствует сохранению тепла.
Биохимический способ
Биохимическим путем тепловое равновесие достигается за счет увеличения процессов окисления, которые происходят в человеческом организме. Внешне такое явление проявляется дрожью в мышцах, которая появляется, если организм переохлажден. Как результат организму подается большее количество тепла для достижения равновесия. Если при понижении температуры внешней среды выработка тепла не осуществляется, то это указывает на нарушение баланса.
Усиление кровообращения
Нарушение равновесия тепла регулируется также изменением интенсивности объема подаваемой крови, которая переносит энергию от органов к поверхности тела. Кровообращение усиливается благодаря расширяющимся/сужающимся сосудам. Если температуру нужно уменьшить, происходит расширение. Для увеличения тепла – сужение. Объем подаваемой крови может меняться в тридцать раз, внутри пальцев – до шестисот раз.
Интенсивность выделения пота
Физическая регуляция теплообмена может происходить и за счет усиления выделения пота. В этом случае равновесие тепла достигается благодаря испарению. Механизмы испарительного охлаждения тела крайне важны для организма. К примеру, если температура окружающей среды находиться на показателе 36 градусов, теплообмен от человека во внешнюю атмосферу производиться преимущественно за счет выделения пота и его испарения.
Допустимый диапазон параметров внешней среды
При различных пределах параметров окружающей среды механизмы терморегуляции справляются с поддержанием теплового равновесия. При условиях воздушной среды, когда физическая терморегуляция определяет оптимальный уровень интенсивности обмена веществ у человека, не возникает напряженность и прочие негативные ощущения. Такие условия считаются оптимальными или комфортными.
Зона, в которой внешняя среда практически полностью забирает тепло, выделяемое организмом, но при этом механизмы регуляции держат температуру тела под контролем, считается допустимо комфортной.
Условия, при которых происходит нарушение теплового равновесия организма, считаются дискомфортными. Если механизмы терморегуляции работают в незначительном напряжении, то условия определяются, как допустимо дискомфортные. Такая среда характеризуется метеорологическими параметрами, не превышающими допустимой нормы.
Если параметры превышают установленные значения, то системы регуляции тепла работают в усиленном (напряженном) режиме. Такие условия вызывают ощутимый дискомфорт, происходит нарушение теплового баланса. Возникает переохлаждение тела или его перегрев, зависимо от того, в какую сторону нарушено тепловое равновесие, в плюс или минус.
Причины нарушения теплового баланса
Небольшие изменения выработки тепловой энергии и ее передачи в атмосферу возникают при физическом напряжении. Это не нарушение, так как в спокойном состоянии, в процессе отдыха, все процессы терморегуляции быстро приходят в норму.
Нарушение в тепловом обмене, как правило, появляется как следствие системных заболеваний, сопровождающихся воспалительными процессами в организме. Тем не менее ситуации, какие стали причиной сильного повышения температуры тела при воспалениях, неправильно считать патологическими.
Лихорадка и жар появляются, чтобы остановить рост клеток, пораженных бактериями, вирусами. По сути, данные структуры являются естественной защитной реакцией иммунитета, и лечение здесь не требуется.
Действительно, нарушение теплового равновесия возникает вследствие повреждения внутренних органов, задействованных в регуляции тепла – гипоталамуса, мозга (спинного и головного), гипофиза.
Физическая и биохимическая регуляция теплообмена нарушается, если имеется механические повреждения тела, образование опухолей, кровоизлияния. Дополнительно увеличивают нарушение болезни сердечно-сосудистой и эндокринной системы, сбои гормонального уровня, физический перегрев/переохлаждение.
Лечение патологии
Для восстановления корректного протекания механизмов теплорегуляции требуется соответствующее лечение, которое назначается после выяснения причин возникшего нарушения в выработке и отдаче тепловой энергии. Врач, прежде чем определить какое требуется лечение, выдаст направление к неврологу, порекомендует сдать лабораторные анализы и пройти назначенные медицинские исследования. Только такой подход позволит спланировать правильное лечение, которое поможет восстановить системы естественной терморегуляции.
Поиск
Мы можем оповещать вас о новых статьях,