2 курс / Нормальная физиология / Тепловой_стресс_Чвырев_В_Г_,_Ажаев_А_Н_,_Новожилов_Г_Н_

Рис. 1. Тепловое состояние летчиков при полетах в условиях различных температур [Ажаев А.Н., 1979].

а — оральная температура; б — средняя температура тела, в — средневзвешенная температура кожи; г — частота пульса; д — потеря массы тела; е — изменение теплосодержания организма. Первый полет при 22-25 °С (1); второй - при 26-30 °С (2); третий - при 31-35 °С (3).

под языком была равна 37,7±0,09 °С, а средневзвешенная температура кожи - 37,3±0,12 °С. В некоторых случаях температура тела возрастала до 38,2 °С, а средневзвешенная температу-ра кожи - до 37,7 °С. Повышение температуры наружного воздуха во время полетов приводит к выраженному напряже-нию терморегуляции, что проявляется в увеличении от полета к полету температуры тела, кожи, частоты пульса, потерь массы тела и теплосодержания организма (рис. 1). Температура наружного воздуха поднималась с 20-25 °С утром до 35-38 °С в 12-13 ч. дня (в тени). Относительная влажность воздуха снижалась с 40 до 16 %. Температура, определяемая с помощью черного шара Вернона, утром была в среднем 30 °С, а днем - 51 -55 °С.

При выполнении отдельных, наиболее трудных полетов, связанных с нервно-эмоциональным напряжением летчика, нами, как и в исследованиях В.Р.Ярошевского и А.В.Солодовникова (1960), были выявлены более значительные изменения физиологических функций: температура тела повышалась до 38 °С, пульс учащался до 140-155 уд/мин, частота дыхания в 1

мин. - до 30-35.

Установлено, что в районах с жарким климатом перегревание летчиков возникает тогда, когда они находятся в кабине в ожидании полета [Исаков П.К. и др., 1975, и др.]. Особенно неблагоприятно влияет на терморегуляцию летчика спецснаряжение, в частности высотно-компенсирующий костюм,

затрудняющий испарение пота с поверхности тела [Демидов Г.А., 1968, и др.]. По данным А.А.Лавникова (1975), температура тела летчика в закрытой кабине на земле может быть

38 °С.

При исследованиях, проведенных нами с летным составом в открытой кабине в течение 1 ч. при температуре окружаю-щей среды 35-36 °С (в тени), были обнаружены нарушения теплового баланса организма, несколько меньшие, чем в закры-той кабине. В этих исследованиях температура внутренней по-верхности кабины и кресла достигала 42-45 °С. Еще более значительно нагревалась наружная поверхность кабины и фо-наря - до 50-55 °С. В наиболее жаркие дни температура по-верхности самолета повышалась до 60-70 °С, а плотность теп-ловых потоков от нагретых поверхностей кабин составляла 70-100 Вт/м2. За 1 ч. пребывания в самолете летчики теряли до 390±19 г массы тела. Некоторое нагревание поверхности тела происходит в местах контакта с креслом (поясница, бедро, спина). Однако наибольший теплоприток наблюдался в облас-ти головы, т.е. в области воздействия солнечных лучей и ради-ационного тепла от нагретых поверхностей самолета. Темпера-тура воздуха под шлемом в области головы составляла 39-40 °С, а средневзвешенная температура поверхности тела после 1 ч. пребывания в самолете - 36,6±0,26 °С.

Температура кожи на различных участках тела у летчика, находящегося в кабине самолета при температуре наружного воздуха 35 °С в течение 1 ч., представлена ниже.

Температура кожи стопы через 1 ч. пребывания летчиков в самолете превышает температуру кожи груди в среднем на 0,32±0,01 °С. Известно, что в условиях теплового комфорта температура кожи груди выше температуры кожи стопы на 3,0- 4,5 °С. О явлениях теплового дискомфорта можно также судить по разнице между температурой кожи и воздуха под одеждой. В условиях комфорта эта разница в области груди составляет 3-5 °С. При обследовании летчиков через 1 ч. их пребывания в самолете эта величина была равна всего лишь 0,5±0,05 °С.

Рис. 2. Тепловой обмен летчиков при пребывании в кабине самолета на земле в районе с жарким климатом [Ажаев А.Н., 1979].

1 — теплопродукция организма; 2 — интенсивность изменений теплосодержания организма; 3 — теплоотдача при испарении пота; 4

— внешняя тепловая нагрузка; 5 — общая тепловая нагрузка.

Одежда летчиков после пребывания в самолете становится влажной, особенно в области спины, поясницы и бедер, где испарение затруднено ввиду отсутствия вентиляции воздуха под одеждой и тесного контакта поверхности тела с креслом самолета. Однако теплоотдача испарением влаги с поверхности тела компенсирует внешнюю тепловую нагрузку. Вследствие этого накопление тепла в организме летчиков было сравнительно небольшим (рис.2). Значительную роль в изменениях теплового обмена летчиков играет сол-

нечная радиация. Влияние ее на тепловое состояние человека наиболее отчетливо наблюдается при обследовании техников самолетов, которые работают на открытых площадках. При нахождении техников около самолета теплоприток происходит на участках тела, подверженных солнечному облучению (грудь, плечо, предплечье, голень). В области лба отмечается значительная теплоотдача радиацией и конвекцией. Это, видимо, объясняется тем, что голова в определенной степени защищена от солнечной радиации широкополой шляпой, которая выдается инженерно-техническому составу в районах с жарким климатом. При передвижении техника вокруг самолета во время работы тепловые потоки и температура кожи менялись в зависимости от положения того или иного участка тела по отношению к солнечному облучению.

Ввиду того, что техники выполняют физическую работу, потеря их массы тела была более значительной, чем у летчиков во время пребывания в кабине самолета, и составила при температуре воздуха 35 °С в среднем 600 г/ч.

Несмотря на нарушение теплового обмена, заметных однонаправленных изменений газообмена у летчиков и техников не обнаруживается. Исключение составляют периоды работы, которые сопряжены с эмоциональными или физическими нагрузками.

Энерготраты летного состава изучали в различных клима-

физическая работа техника чередуется с нахождением его на аэродроме в состоянии относительного покоя или легкой работы.

Физические усилия техника соответствуют энерготратам при физической работе средней тяжести и тяжелой. По данным В.И. Кричагина (1965), теплопродукция техника при работах по подготовке самолета к полету равна 174-191 Вт, при переноске парашютов и передвижении тяжестей, при быстрой ходьбе по аэродрому - 291-582 Вт.

В районах с жарким климатом энерготраты летчиков исследовались в основном при пребывании их на аэродроме.

Однако имеющиеся данные указывают, что в районах с жарким климатом теплопродукция организма летчиков не выше, чем в районах с умеренным климатом. По нашим данным, теплопродукция летчиков при пребывании в самолете на земле равна 113±11 Вт, а техников - 120±12 Вт. При выполнении некоторых видов физической работы на открытом воздухе теплопродукция у последних возрастала до 250±12 Вт.

ТЕПЛОВОЙ ОБМЕН

Известно, что у теплокровных животных и человека гомойотермными являются только внутренние области тела (так называемое «ядро», или «сердцевина»). «Сердцевину» окружает пойкилотермная «оболочка» (в состав ее частично входят конечности), которая является своеобразным изолирующим слоем и «буфером», смягчающим резкие температурные раздражения, исходящие из окружающей среды. Изолирующая способность «оболочки» зависит от ее толщины и коэффициента переноса тепла (путем контакта и конвекции). Обе эти величины обусловлены интенсивностью кровоснабжения. Между «сердцевиной» и поверхностью тела имеется температурный градиент, величина которого зависит от температуры окружающей среды, теплоизоляции кожи и подкожной клетчатки, а также от физической активности человека. В условиях комфорта разность между температурой тела и средневзвешенной температурой кожи находится в пределах 3-5 °С [Бартон А., Эдхольм О., 1957]. При падении наружной температуры кровоснабжение «оболочки» уменьшается. Сужение сосудов увеличивает теплоизоляцию «оболочки» и снижает конвекционный перенос тепла. Вследствие этого становится меньше коэффициент прохождения тепла через «оболочку» и увеличивается внутренний градиент температур. Наоборот, при повышенной температуре окружающей среды градиент температуры от поверхности в глубь тела снижается. По существу гомойотермная «сердцевина» в значительной мере достигается за счет названных реакций на поверхности тела. Однако не все участки по-

верхности тела — типичные представители «оболочки». Например, в области туловища и головы кожа по типу своих реакций ближе к «сердцевине». В то же время кожа в области рук и ног испытывает более резкие колебания внешней температуры и по характеру реакций является представителем «оболочки» [Бартон А., Эдхольм О., 1957]. Особая роль в терморегуляции организма с окружающей средой принадлежит конечностям, кровоснабжение которых может меняться в широких пределах. Поэтому на конечностях отдача тепла с поверхности и кровоснабжение единицы их объема при положительном тепловом балансе значительно выше, а при отрицательном - значительно ниже, чем средние цифры в отношении всего тела. По данным A.Burton (1934), В.И.Бычкова, П.В.Рамзаева (1961) и др., разница температуры поверхности туловища и конечностей в оптимальных условиях среды не превышает 3-4 °С. Температура закрытых одеждой участков тела (грудь, спина) выше температуры обнаженной кожи на 1-2 °С.

Температуру «оболочки» определяют измерением температуры кожи одновременно в нескольких точках с учетом площади каждого участка поверхности тела (средневзвешенная температура кожи). Считается, что чем больше измеряемых областей на поверхности тела, тем точнее результаты определения средневзвешенной температуры кожи. По мнению

J.D.Hardy, E.F.Du Bois (1938), наиболее полную информацию о температуре «оболочки» дают измерения в 18 точках. В науч-но- практических исследованиях чаще всего измеряют температуру в 5-11 областях на поверхности тела. Расчеты производят преимущественно по П.В.Рамзаеву (1957) и Н.К.Витте (1956). Средневзвешенную температуру кожи (tcвтк, °C) по П.В.Рамзаеву вычисляют следующим образом:

Данная формула практически вполне приемлема. Расхождение с измерениями средневзвешенной температуры кожи в 18 областях на поверхности тела не превышает 5-7 % [Афанасьева Р.Ф. и др., 1963, и др.].

По мнению Н.К.Витте (1956), для оценки средневзвешенной температуры кожи (tcвтк, °C) достаточно определить температуру в 5 областях на поверхности тела:

Аналогичным способом определяют средневзвешенную температуру воздуха под одеждой и средневзвешенный тепловой поток с поверхности тела.

В условиях комфорта средневзвешенная температура кожи находится в пределах 32—34 °С, температура воздуха под одеждой — 29—31 °С, плотность теплового потока — 40—58 Вт/м2. Температура поверхности тела на различных участках колеблется в диапазоне от 30 до 35 °С. Отмечается тенденция к снижению температуры кожи от головы к ногам (табл. 1).

Таблица 1

Температура поверхности тела (°С) в условиях теплового комфорта, по данным разных авторов

По данным разных авторов, доля теплоотдачи радиацией и конвекцией (суммарная) колеблется в пределах 71-78 %, а испарением влаги - 21-29 %.

Количество тепла, отдающегося в окружающую среду с различных участков тела, неодинаково. По данным Е.М. Кузьмичевой (1965), доля теплового потока составляет с области головы 24-24,7 %, с верхних конечностей - 16,7-18,9 %, с нижних конечностей - 26,5-27,6 % и с туловища - 29,5-32,1 %.

Следовательно, отдача тепла радиацией и конвекцией в условиях теплового комфорта происходит в большей степени с поверхности туловища, затем с нижних конечностей и головы и в меньшей - с верхних конечностей. Обращает на себя внимание то, что в области головы отдается примерно столько же тепла, сколько с нижних конечностей, несмотря на их различную поверхность. Интенсивность теплового потока, по мнению большинства исследователей, наибольшая в области головы, наименьшая - в области туловища (табл. 2).

Таблица 2

Плотность тепловых потоков (Вт/м2) на поверхности тела при относительном покое в условиях теплового комфорта, по данным разных авторов

При повышении температуры среды выше комфортной кровеносные сосуды кожи расширяются, кровенаполнение их увеличивается, температура кожи повышается.

Г.Х. Шахбазян (1947), В.И. Бычков, П.В. Рамзаев (1961) пришли к заключению, что средневзвешенная температура кожи 34 °С является границей комфортного теплоощущения. Превышение этой границы, по данным авторов, приводит к дискомфорту и активной секреции пота. Одновременно происходит повышение температурной и тактильной чувствительности [Савенко Н.П., 1955, и др.]. В результате повышения температуры окружающей среды уменьшаются теплопотери радиацией, конвекцией, кондукцией и увеличивается теплоотдача испарением воды с поверхности тела. В.Б. Либерман, Т.В. Куксинская (1967) показали, что при температуре окружающего воздуха от 16 до 30 °С и работе средней тяжести у одетого человека (скорость движения воздуха 1-3 м/с) теплоотдача конвекцией и радиацией снижается с 73 до 8 % по отношению к общей величине теплоотдачи, а теплоотдача испарением влаги возрастает с 27 до 92 %. Подобное сниже-ние радиационно-конвекционных теплопотерь наблюдалось нами при температуре воздуха и стен свыше 30 °С у обнажен-ных людей, находившихся в состоянии относительного покоя (рис. 3).

Средневзвешенная температура кожи, постепенно повышаясь, приближается к температуре тела при 40 °С (рис. 4), а в условиях температуры среды 50 °С уже в начале воздействия температура кожи выше температуры тела. С перегреванием организма и появлением профузного потоотделения температура кожи снижается до температуры тела и ниже.

Рис. 3. Показатели теплового состояния обнаженного человека при температуре окружающего воздуха и стен 25, 30, 35 и 40 °С и скорости движения воздуха 0,1-0,2 м/с (М±m) [Ажаев А.Н., 1979].

1 - ректальная температура; 2 - средневзвешенная температура кожи; 3 - средневзвешенная плотность теплового потока с поверхности тела; столбики -потеря массы тела.

Это различие в величинах температуры тела и кожи указывает на изменение внутреннего градиента температур, характеризующего в определенной степени теплоизоляцию тканей поверхности тела и уровень теплопередачи от «сердцевины» к «оболочке» (рис. 5).

Как видно из рис. 5, при температуре окружающей сре-ды 30 °С внутренний и наруж-ный градиенты температур примерно равны. Вследствие

этого через «оболочку» в окружающую среду поступает одинаковое количество тепла, отдающееся с поверхности тела радиацией и конвекцией. При воздействии температуры среды 40 °С, сопровождающемся повышением температуры кожи, уменьшаются внутренний и наружный градиенты температур. Из-за отсутствия внутреннего градиента температур внутренний тепловой поток не может поступать к «оболочке», а внешний полностью компенсируется испарением воды. Исключение составляет первый период воздействия температурой среды 40°, когда наличие положительного внутреннего градиента обеспечивает условия для взаимодействия с наружным. Вследствие этого внешний тепловой поток не только купирует внутренний, но и нагревает «оболочку» до температуры «сердцевины». В дальнейшем с включением потоотделения температура кожи не повышается, и нередко наблюдается небольшое ее снижение. При температуре среды 60 °С нагрев «оболочки» про-исходил более интенсивно, чем при 40 °С. Вследствие того, что температура «оболочки» выше температуры «сердцевины», внутренний градиент уже в начале воздействия становится отрицательной величиной. Уменьшение внутреннего градиента температур в процессе опыта объясняется повышением темпе-ратуры тела при перегревании организма. Превышение темпе-

Рис. 4. Изменение оральной температуры (1) и средневзвешенной температуры кожи (2) у обнаженного человека при различной температуре окружающей среды.