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.

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.

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

Почему человеку бывает холодно, а лягушке даже на Монблане не нужен пуховик? Согреет ли нас гусиная кожа, и за что производители одежды должны благодарить гомеостаз?

Кто из нас, взбираясь на гору с тяжеленным рюкзаком, не ворчал по поводу излишне теплой одежды? А потом, вечером, не пытался в ней же согреться у костра? Почему в одной и той же куртке может быть и холодно, и жарко, и как на ощущение климатического комфорта влияет температура окружающего воздуха или интенсивность физической активности? О том, почему греет одежда, мы рассказывали в статье . В этой статье мы поговорим о том, почему человек вообще нуждается в одежде, и зачем она должна его греть.

Голландец Вим Хоф (Wim Hof) по прозвищу «Ледяной человек» (The Iceman) прославился своей слабой чувствительностью к холоду. Он установил несколько рекордов, связанных с продолжительностью пребывания человека в экстремально холодных условиях. Айсмен провел 72 минуты в емкости с холодной водой и льдом, взошел на французский Монблан босиком и совершил еще множество «хладнокровных» поступков, недоступных большинству простых людей.

В отличие от Вима Хофа, другое живое существо — обычная лягушка — на Монблан не забирается, но прочие низкотемпературные подвиги совершает постоянно, что, однако, не делает ее знаменитой. Можно, конечно, предположить, что Iceman, в отличие от лягушки, преуспел в вопросах PR, однако истина в другом. Лягушка, как и многие другие представители животного мира и рыб, является существом холоднокровным. Человек, наоборот, принадлежит к довольно большой теплокровной группе. Холодно- и теплокровные организмы приспосабливаются к среде и реагируют на изменение температурных условий по-разному.

В XIX веке французский медик Клод Бернар (Claude Bernard) вывел принципы, которые затем легли в основу теории гомеостаза . Согласно этой теории живой организм образует единую энергетическую систему с окружающей средой и стремится сохранить постоянство своей внутренней среды.

Эволюция предложила разные варианты обеспечения гармонии между организмом и окружающей средой. Например, уже знакомая нам лягушка хладнокровно решила, что температура ее тела будет практически такой же, как у воды и воздуха вокруг нее. В результате лягушка нормально живет при температуре ее собственного лягушачьего тела от 0 до 25 градусов по Цельсию. Животные подобные лягушке при сильном понижении температуры способны впадать в анабиоз — состояние, когда жизнедеятельность организма замедляется почти до полной остановки. Некоторые из таких животных, например сибирский углозуб, даже зимуют в глыбе льда, замерзая до весны вместе с водой, в которой они плавали. Такой способ приспособления к условиям окружающей среды называется конформационным .

Сибирский углозуб может зимовать в глыбе льда, замерзая вместе с водой, в которой плавал

Человек, в отличие от лягушки, нормально функционирует только если температура его собственного тела постоянна и не изменяется вслед за температурой окружающей среды. Этот способ адаптации называется регуляторным и достигается с помощью развитой физиологической системы терморегуляции, управляющей теплообменом. Эта система следит за внутренней температурой организма человека, и если она отклоняется от нормальных 37 ºС в ту или другую сторону, то запускаются механизмы коррекции. Дрожание на холоде или потение в жару — внешние проявления работы таких механизмов.

У обоих вариантов гомеостаза есть свои преимущества и недостатки. Холоднокровные животные меняют «стиль жизни» в зависимости от внешних условий и могут переносить низкие температуры в течение длительного времени, снижая свою активность практически до нуля. Теплокровные, наоборот, тратят значительные силы на поддержание стабильной внутренней температуры тела, но это дает им возможность сохранять обычную активность при довольно широком диапазоне внешних температур.

Теплообмен

Что же такое теплообмен? К чему все эти мучения с потением или, наоборот, что приятного в мурашках на коже?

Теплообмен — это перенос тепла от более нагретого тела к менее нагретому. Такой процесс всегда имеет одно направление и необратим. То есть перенос тепла от нагретого утюга к брюкам возможен, а вот брюки нагретому утюгу передать тепло не смогут. Процесс теплообмена по своему принципу похож на поведение жидкости в сообщающихся сосудах: жидкость будет перетекать из одного сосуда в другой до тех пор, пока уровень жидкостей в двух сообщающихся сосудах не станет одинаковым. Так и тепло передается от более нагретого тела к менее нагретому до тех пор, пока их температура не станет одинаковой.

Три вида теплообмена

Теплообмен принято делить на три вида: теплопроводность, лучистый теплообмен и конвекция.

1. Теплопроводность — это непосредственный перенос тепла от более нагретого к менее нагретому. Горячий кофе передает тепло чашке, а чашка — рукам. Это будет происходить до тех пор, пока температура напитка, чашки и рук не сравняется. И наоборот, если емкость с напитком холодна (например, фужер с коньяком), то тепло передается в обратном направлении — от рук к напитку. Именно благодаря теплопроводности хороший коньяк, нагреваясь, становится очень хорошим.

Холодные уши — вовсе не признак дурака. Так устроен любой человек

Человеческое тело отдает свое тепло не только коньяку, но и окружающей среде — воздуху или другим холодным предметам, с которыми человек соприкасается. Различные зоны человеческого тела делают это по-разному. Например, верхняя часть, особенно голова и шея, отдают много тепла, а ноги и участки тела с большим количеством подкожного жира — мало. Кстати, именно поэтому упитанные люди мерзнут меньше худых.

2. Лучистый теплообмен — это вариант теплообмена без непосредственного контакта тел. Так нас греет солнце или любой другой нагретый предмет, даже не прикасаясь к которому, мы можем сказать, что от него исходит жар.

Солнце греет нас на расстоянии благодаря лучистому теплообмену

3. Конвекция — вид теплообмена, осуществляемого движущимися потоками одного и того же вещества. Благодаря конвекции перемешивается вода в стоящем на огне чайнике. То же самое происходит с теплым воздухом под одеждой. Поднимаясь вдоль тела и выходя наружу, он уступает место воздуху с улицы, и мы начинаем мерзнуть.

Виды конвекции в чайнике и туристе

Роль механизмов регуляции теплообмена

Внутренняя температура тела человека поддерживается за счет теплопродукции — производства тепла в ходе обмена веществ и мышечной деятельности. Здоровый организм не замечает эту температуру, но даже небольшое — в половину градуса — ее изменение является поводом для того, чтобы забраться в постель, потребовать тишины, глинтвейна и оплаченного больничного листа.

Но не менее важна для человека и температура среды его обитания.

Голый человек способен продолжительно и эффективно функционировать лишь в довольно узком диапазоне температур окружающей среды — в районе 27 ºС. Если температура окружающей среды поднимается выше 27 градусов, возникает риск гипертермии (перегрева). В таких случаях система терморегуляции человека увеличивает теплоотдачу за счет испарения влаги, вырабатываемой потовыми железами. Кроме этого осуществляется перераспределение кровотока от внутренних органов к внешней поверхности тела.

И наоборот, когда температура окружающей среды заметно и продолжительно опускается ниже 27 градусов, организм включает механизмы терморегуляции, которые уменьшают потери тепла и увеличивают теплопродукцию.

К таким механизмам относятся:

Дрожание — быстрое непроизвольное сокращение мышц, в процессе которого выделяется тепло для согрева внутренних органов.

Отток крови от внешней, охлажденной поверхности тела. Такой отток не позволяет крови отдавать тепло, необходимое для работы внутренних органов. Этот эффект проявляется, в частности, как замерзание пальцев рук и ног.

Гусиная кожа — мурашки, которые вызываются напряжением микромыщц, отвечающих за положение волосков на коже. У человека это наследие предков является классическим атавизмом, но у наших прародителей эти мышцы поднимали шерсть, увеличивая высоту волосяного покрова. Это удерживало воздух у кожи, который как теплоизолятор уменьшал тепловые потери.

Однако возможности терморегуляции не безграничны, и при дальнейшем устойчивом понижении температуры среды возникает риск различных нарушений в функционировании организма, развиваются симптомы гипотермии (переохлаждения), появляется дискомфорт, чувство «замерзания». Поэтому когда температурные условия выходят за определенные границы, собственных возможностей организма становится недостаточно, и человеку требуется посторонняя помощь. Одним из главных помощников человека в обеспечении температурного комфорта является одежда. Как именно она помогает, читайте в материале «Кто согревает теплую одежду».

Резюме:

Способность человека поддерживать стабильное состояние организма при изменениях окружающей среды называется гомеостазом.

Человек — существо теплокровное и нормально функционирует лишь при внутренней температуре 37 ºС и внешней 27 ºС.

При изменении этих температур в ту или иную сторону включаются механизмы естественной терморегуляции человеческого организма, усиливающие или, наоборот, ослабляющие теплообмен.

Возможности естественной терморегуляции ограниченны, и при значительном изменении температуры окружающей среды человек может столкнуться с проблемами переохлаждения или перегрева.

• Одежда является одним из основных способов обеспечения температурного комфорта в условиях широкого диапазона температур окружающей среды.

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.