Физическая терморегуляция

Под физической терморегуляцией понимают совокупность физиологических процессов, ведущих к изменению уровня теп­лоотдачи. При повышении температуры окружающей среды теп­лоотдача увеличивается, а при понижении — уменьшается. Раз­личают следующие механизмы отдачи тепла в окружающую сре­ду: излучение, теплопроведение, конвекцию и испарение.

Излучение — это отдача тепла в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона (α = 5 - 20 мкм). Все предметы с темпе­ратурой выше абсолютного нуля (— 273°С) отдают энергию путем излучения. Электромагнитная радиация свободно проходит через вакуум, атмосферный воздух также можно считать прозрачным для электромагнитных волн. Количество тепла, рассеиваемого ор­ганизмом в окружающую среду излучением, пропорционально площади поверхности изучения (площадь поверхности тех частей тела, которые соприкасаются с воздухом) и разности средних значений температур кожи и окружающей среды. Поток энергии описывается уравнением

Е_и = К_и (Т_к - Т_с)

где К_к — коэффициент передачи тепла излучением (В_т /°К), а (Т_к — Т_с) — разность температур между кожей и внешней средой.

При температуре окружающей среды 20°С и относительной влажности воздуха 40 — 60% организм взрослого человека рассеи­вает путем излучения около 40 — 50% всего отдаваемого тепла. Из­лучение с поверхности тела возрастает при повышении темпера­туры кожи и уменьшается при ее понижении. Если температуры поверхности кожи и окружающей среды выравниваются, отдача тепла излучением прекращается. Если температура окружающей среды превышает температуру кожи, тело человека согревается, поглощая инфракрасные лучи, выделяемые средой.

Теплопроведение (кондукция) — отдача тепла при непосредст­венном соприкосновении тела с другими физическими объекта­ми. Количество тепла, отдаваемого в окружающую среду этим способом, пропорционально разнице средних температур кон­тактирующих тел, площади соприкасающихся поверхностей, времени теплового контакта и теплопроводности и описывается Уравнением

Е_т = К_т (Т_к - Т_с),

где К_т — коэффициент, выражающий количество тепла, перехо­дящего путем теплопроведения между двумя предметами, а (Т_к - Т_с) — разность температур.

Сухой воздух, жировая ткань характеризуются низкой тепло­проводностью и являются теплоизоляторами. Влажный, насы­щенный водяными парами воздух, вода имеют высокую тепло­проводность. Поэтому пребывание при низкой температуре в среде с высокой влажностью сопровождается усилением теплопотерь организма. Влажная одежда теряет свои теплоизолирую­щие свойства.

Конвекция — теплоотдача, осуществляемая путем переноса тепла движущимися частицами воздуха (воды). Конвекционный теплообмен, в отличие от теплопроведения, связан с обменом не только энергии, но и молекул. Это происходит потому, что вокруг всех предметов существует пограничный слой воздуха или жид­кости, толщина которого зависит от окружающих условий. Когда тело окружено неподвижным воздухом, от кожи отходит теплый воздух, который, переходя в окружающий воздух, переносит как энергию, так и молекулы. Такой процесс называется свободной конвекцией. Если окружающий воздух движется, то толщина по­граничного слоя зависит от скорости движения воздуха. Погра­ничный слой, равный при неподвижном воздухе нескольким мил­лиметрам, при ветре может уменьшиться до нескольких микро­нов. Теплообмен такого типа в значительной степени зависит от скорости движения воздуха и называется принудительной кон­векцией. Количество переносимого конвекцией тепла описывает­ся уравнением

Е_к = h (T_к-T_в),

где Е_к — количество тепла, передаваемого путем конвекции; Т_к — температура кожи; Т_в — температура воздуха; h — коэффициент передачи тепла, который зависит от величины поверхности и ско­рости ветра.

Для рассеяния тепла конвекцией требуется обтекание по­верхности тела потоком воздуха с более низкой температурой. Непосредственно контактирующий с кожей слой воздуха нагре­вается, снижает свою плотность, поднимается и замещается бо­лее холодным и плотным воздухом. В условиях, когда температу­ра воздуха равна 20°С, а относительная влажность — 40 — 60%, те­ло взрослого человека рассеивает в окружающую среду путем теплопроведения и конвекции около 25 — 30% тепла. Количество отдаваемого конвекцией тепла увеличивается при возрастании скорости движения воздушных потоков (ветер, вентиляция).

Испарение — это отдача тепла в окружающую среду за счет испарения пота или влаги с поверхности кожи и слизистых дыха­тельных путей. При температуре внешней среды около 20°С испа­рение составляет около 36 г/ч. На испарение 1 г воды затрачива­ется 0,58 ккал тепловой энергии, т.е. путем испарения организм человека отдает в этих условиях около 20% всего рассеиваемого тепла. Повышение внешней температуры, выполнение физичес­кой работы усиливают потоотделение, и оно может возрасти Д° 500 — 2000 г/ч. Если внешняя температура превышает среднее значение температуры кожи, то организм не может отдавать во внешнюю среду тепло излучением, конвекцией и теплопроведением, поэтому единственным способом рассеяния тепла стано­вится усиление испарения влаги с поверхности тела. Такое испа­рение возможно до тех пор, пока влажность воздуха окружаю­щей среды остается меньше 100%, При интенсивном потоотделе­нии, высокой влажности и малой скорости движения воздуха ка­пельки пота, не успевая испариться, стекают с поверхности тела, теплоотдача путем испарения становится менее эффективной.