Особенности теплообмена и терморегуляции организма в условиях тропического климата

На занятии, где рассматривались вопросы о комплексном влиянии микроклимата на теплообмен (тема № 8), было сказано, что при оптимальном (комфортном) микроклимате механизмы терморегуляции функционируют без физиологического напряжения. Теплоотдача осуществляется через дыхание - 12-15% (на нагревание вдыхаемого воздуха и испарение влаги с поверхности легких и слизистых оболочек) и через кожу - 45-47% радиацией, 28-30% - проведением (конвекцией и кондукцией), 15-18% - выделением пота с поверхности кожи.

В условиях тропического климата температура воздуха и радиационная температура от Солнца, нагретых поверхностей почвы, других твердых поверхностей (стен, предметов металла машин и т.д.) часто бывает выше, чем поверхность тела человека. Потому она не только не может отдавать тепло радиацией, конвекцией и проведением, а, наоборот, получает этими механизмами дополнительное тепло. И единым механизмом теплоотдачи и поддержания теплового равновесия организма в этих условиях остается отдача тепла испарением. При сухом воздухе (относительная влажность менее 40%) и наличии ветра этот механизм срабатывает довольно эффективно, что характерно для регионов с аридным (сухим) климатом. При высокой влажности и отсутствии ветра, что характерно для регионов с гумидным (влажным) климатом, и этот механизм срабатывает плохо: пот выделяется и стекает, не испаряясь, в связи с чем развивается перегрев и тепловой, а при прямой инсоляции - солнечный удар, обезвоживание организма. С потом выделяется значительное количество солей, микроэлементов, витаминов. Отсюда, значительно возрастает потребность организма в дополнительных количествах воды (до 5-12 и больше литров в сутки) и названных веществ.

В связи с этим специалистами ВОЗ и ООН разработаны медицинские мероприятия по контролю условий проживания и работы в условиях тропического климата и профилактических мероприятий, которые внедряются в странах тропического пояса в процессе их развития. Среди этих медицинских мероприятий важное место занимают расчетные методы определения тепловых нагрузок организма и профилактики перегрева и вызванной им патологии.

Приложение 4

Гигиенические нормативы и методы расчета тепловых нагрузок организма в условиях жаркого и тропического климата

4.1. Предельно допустимые величины эквивалентно-эффективных температур (ЭЭТ).

Таблица 4.1.

Режим работы	Тяжесть работы
	легкая	средняя	тяжелая
Без перерывов на протяжении смены	30,4	28,9	26,1
С перерывами на отдых:
- через 3 часа	32,7	29,9	27,6
- через 2 часа	33,3	31,0	29,9
- через 1 час	35,0	32,7	30,4
- через 30 минут	38,2	35,5	34,4
- через 20 минут	40,5	37,7	35,0
Для лиц, акклиматизированных к высоким температурам	32,2	29,4	28,9
Для лиц, не акклиматизированных к высоким температурам	30,2	27,4	26,9

ЭЭТ и результирующие температуры рассчитываются с помощью таблиц и номограмм (см. п.4 - “Задания для самоподготовки” и тему № 8)

4.2. Методика определения и гигиеническая оценка влажной шаровой температуры (ВШТ) по Яглоу и Минарду (1955).

Влажная шаровая температура (ВШТ) - интегральный показатель температуры среды, учитывающий температуру, влажность воздуха, радиационную температуру и рассчитывается по формуле (1):

ВШТ = 0,1 t_сух. + 0,7 t_вол. + 0,2 t_шар., (1)

где: ВШТ - влажная шаровая температура;

t_сух. - температура по показаниям сухого термометра психрометра;

t_вол. - температура по показаниям влажного термометра психрометра;

t_шар.- радиационная температура по показаниям шарового черного термометра.

По Яглоу и Минарду (1955), если ВШТ достигает 29,4, то для лиц, не акклиматизированных к высоким температурам, ограничивают физическую нагрузку. При 31,1С физические нагрузки исключают. При 32,2С ВШТ физические нагрузки отменяют и для лиц, акклиматизированных к высоким температурам.

Пример 1. При показаниях сухого термометра психрометра Ассмана t_сух = 35С, влажного t_вл = 28С, шарового t_шар. = 37С влажная шаровая температура составит:

ВШТ = 0,1 ^. 35 + 0,7 ^. 28 + 0,2 ^. 37 = 28С.

Вывод: Человек может работать, выполняя легкую физическую работу.

Пример 2. Показания сухого термометра t_сух= 38С, влажного t_вол = 35С, шарового t_шар. = 40С:

ВШТ = 0,1 ^. 38 + 0,7 ^. 35 + 0,2 ^. 40 = 36,3С.

Вывод: При этих условиях работа невозможна даже для лиц, акклимати­зиро­ванных к условиям тропического климата.

4.3. Расчет тепловой нагрузки (ТН) по методу Белдинга и Тетча.

Этим методом тепловая нагрузка рассчитывается по формуле (2):

ТН = М  С  R – Е_макс. ккал/час, (2)

где: М - интенсивность обмена веществ (теплопродукция) во время выполнения работы: легкой тяжести - 170 ккал/час; средней тяжести - 300 ккал/час; тяжелой - 420 ккал/час;

R - теплообмен радиацией, ккал/час;

С - теплообмен путем конвекции, ккал/час;

Е_макс. - максимально возможная отдача тепла путем потовыделения, ккал/час.

Отдачу (-) или получение (+) тепла радиацией R рассчитывают по формуле (3):

R = 11  (t_шар - 35) ккал/час, (3)

где: t_шар – средняя радиационная температура окружающей среды по показаниям шарового черного термометра, t_шар, С;

Отдачу (-) или получение (+) тепла конвекцией рассчитывают по формуле (4):

С = 6  v^0,6  (t_сух - 35) ккал/час, (4)

где: v – скорость движения воздуха, м/с (v^0,6 находят по табл. 4.2.);

t_сух – температура воздуха, по показаниям сухого термометра психрометра, С;

35 - температура поверхности тела.

Таблица 4.2.

v м/с	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
v0,6	0,17	0,25	0,38	0,49	0,58	0,66	0,74	0,81	0,87	0,94	0,99

Максимальную отдачу тепла испарением пота (Е_макс.) рассчитывают по формуле (5):

Е_макс. = 12  v^0,6  (42 - р) ккал/час, (5)

где: р - максимальное давление водяного пара воздуха, мм рт.ст. при показаниях сухого термометра психрометра.

При использовании легкой одежды результат расчета ТН по формуле (2) делят на 3.

Допустимые величины авторы методики рекомендуют в пределах (не более) 400 - 600 ккал/час. Следует заметить, что с увеличением скорости движения воздуха пропорционально увеличивается интенсивность испарения пота. Поэтому эта методика рассчитана для условий малой подвижности воздуха.

Пример: В первой половине лета (июнь) бригада рабочих работает на хлопчатобумажной плантации, выполняя работу средней тяжести. Интенсивность обмена веществ (теплопродукция) М=300 ккал/час. Средняя радиационная температура окружающей среды, по показаниям черного шарового термометра t_шар = 40С; температура воздуха, по показаниям сухого термометра психрометра t_сух = 38С; скорость движения воздуха v = 0,05 м/с; максимальная влажность воздуха при показаниях сухого термометра (38С) р = 48 мм рт. ст.

Сначала рассчитывают отдачу (-) или приобретение (+) тепла радиацией

R = 11 ^. (40-35) = 11 ^. 5 = + 55 ккал/час.

Дальше - отдачу (-) или приобретение (+) тепла конвекцией

С = 6 ^. 0,17 ^. (38-35) = + 3,06 ккал/час.

Потом – максимальную отдачу тепла испарением пота

Е_макс = 12  0,17  (42-48) = - 12,24 ккал/час.

Отсюда, тепловая нагрузка (ТН) будет составлять:

ТН = 300 + 55 + 3,06-12,24 = 345,82 ккал/час, а за 6 часов 7- часового рабочего дня (1 час - на перерывы и обед) тепловая нагрузка составит 345,82 ^. 6 = 2074,92 ккал.

Вывод. Тепловая нагрузка не превышает допустимых величин (400 - 600 ккал/ч).

При оценке результатов расчета теплообмена организма в условиях жаркого климата следует учитывать, что с потом из организма выделяются большие количества макро- и микроэлементов, особенно хлоридов, калия, магния, что отрицательно влияет на деятельность сердца, может приводить к приступам стенокардии, инфарктам миокарда, особенно у неакклиматизированных к такому климату лиц. А потому с целью профилактики таких осложнений необходимо компенсировать потери солей при потении с помощью использования обогащенных солями (фруктовых) напитков, коррекцией пищевых рационов.

Известным специалистом в области тропической медицины Дживони разработана более точная, но громоздкая методика расчета тепловой нагрузки, реализация которой целесообразна при использовании персонального компьютера или микрокалькулятора. А потому эта методика может быть использована при наличии на кафедре учебной техники и разработке программы. На кафедрах, не имеющих вычислительной техники, студентов целесообразно лишь ознакомить с этой методикой.

4.4. Методика определения и гигиеническая оценка индекса термической нагрузки (ИТН) по Дживони.

Индекс термической нагрузки разрешает рассчитывать количество тепла, которое необходимо выделять из организма путем испарения пота в условиях нагревающего климата или микроклимата.

Этот показатель рассчитывается по формуле (6):

S = (M  C  R)  1/f - E_необх 1/f, (6)

где: S - индекс термической нагрузки (необходимое количество потовыделения, г/час);

M - интенсивность обмена веществ, ккал/час (легкая работа - 170 ккал/час; средняя - 300 ккал/час; тяжелая - 420 ккал/час);

C - величина теплообмена конвекцией, ккал/час;

R - величина радиационного тепла, получаемая человеком от Солнца, ккал/час;

E_необх. - необходимое охлаждающее испарение пота, ккал/ч;

f - эффективность охлаждающего потовыделения.

Примечание. При расчетах к величине теплопродукции М прибавляется количество тепла, которое получает человек конвекцией от горячего воздуха пустыни, тропиков (С) и радиацией от Солнца и местности, и отнимается, если этими механизмами тепло выделяется (при температуре тела выше, нежели температура воздуха и радиационная температура окружающей среды).

Величину теплообмена конвекцией С рассчитывают по формуле (7):

C =   v^0,3  (t_сух -35), (7)

где: (- коэффициент, зависящий от одежды (находят по табл. 4.3.);

v - скорость движения воздуха, м/с;

t_сух – температура воздуха по показаниям сухого термометра психрометра.

Величину радиационного тепла R рассчитывают по формуле (8):

R = K_CI  /K_C  К_Р/  Іn  [(I – a)  (v^0,2-0,88)], (8)

где: K_CI – коэффициент, зависящий от одежды (табл. 2.2.);

K_CК_Р – коэффициент, зависящий от характера окружающей среды и положения тела человека относительно Солнца (находят по табл. 4.4.);

Іn - интенсивность солнечной радиации (для “стандартного человека” в середине дня в пустыне составляет 1620 ккал/час);

a - коэффициент, зависящий от характера одежды (табл. 4.3.);

v - скорость движения воздуха, м/с.

Величина 1/f характеризует эффективность охлаждения потовыделением и рассчитывается по формуле (9):

1/f = е^0,6  (), (9)

где: е^0,6 = 1,82;

Е_макс. - максимальная испарительная способность воздуха, рассчитывается по формуле (10):

Е_{макс. =}   v^0,3  (42 - р), (10)

где:  - коэффициент, зависящий от характера одежды (табл.4.3.);

р - максимальная влажность воздуха, мм. рт.ст. при температуре сухого термометра психрометра.

v - скорость движения воздуха, м/с.

Таблица 4.3.

Величины коэффициентов в зависимости от характера одежды

Коэффициенты	Полураздетый человек	Легкая летняя одежда	Летняя военная форма
	15,8	13,0	11,6
	31,6	20,5	13,0
а	0,35	0,32	0,52
КСІ	1,0	0,5	0,4

Таблица 4.4.

Коэффициенты, зависящие от характера окружающей среды (К_С) и положения тела человека относительно Солнца (К_Р) – К_СК_Р:

Характер окружающей среды	Положение тела человека относительно Солнца
	Сидя спиной к Солнцу	Стоя спиной к Солнцу
Пустыня	0,396	0,324
Лес	0,377	0,266

Исследования показывают, что отдельные люди выделяют 1 л пота за час на протяжении 8-часовой смены, но не больше 12 л за 24 часа. В лабораторных условиях доказано, что тренированный человек способен на протяжении 30 минут выделять до 2 л пота, но после этого он становится нетрудоспособным (серия технических докладов ВОЗ № 412, 1970).

Выделение 1 л пота за час в условиях пустыни может обеспечить внутреннее тепловое равновесие при общей тепловой нагрузке 600 ккал/час с небольшим напряжением сердечно-сосудистой системы и без повышения температуры тела. Но такая же интенсивность потовыделения при повышенной влажности воздуха у человека в одежде может сопровождаться сильным напряжением механизмов терморегуляции. При этом лишь 0,5 л пота за час испаряется, забирая тепло из тела на скрытую теплоту парообразования (0,6 ккал/г пота). Оставшийся пот не успевает испаряться, стекая с тела и смачивая одежду.

Индекс термической нагрузки (ИТН) по Дживони может быть использован для оценки физиологического напряжения в условиях, когда потовыделение эквивалентное термической нагрузке. Выше от этой границы ИТН можно использовать для оценки физиологического напряжения механизмов терморегуляции (Серия технических докладов ВОЗ № 412, 1970). ИТН также можно использовать для определения необходимого количества воды для возобновления ее запасов в организме.

190