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 (а = 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 =К (Т -Т),

где К – коэффициент передачи тепла излучением (В/°К), а (Т – Т) – разность температур между кожей и внешней средой.

При температуре окружающей среды 20°С и относительной влажностью 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:

E_т=К_т(Т₁ - Т₂),

где К – коэффициент, выражающий количество тепла, переходящего путем теплопроведения между двумя предметами, а (Т₁ – Т₂) – 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:

E_К=h(Тк-Тв)

где E_К – количество тепла, передаваемого путем конвекции; Тк – температура кожи; Тв – 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 замешается более холодным и плотным воздухом. В условиях, когда температу­ра воздуха равна 20^оС, 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 1г 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 до 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.