Распределение тепла в теле неравномерно и постоянную температуру (у человека порядка 37,5°С с суточными колебаниями в пределах 1) имеют лишь органы брюшной полости, мозг, сердце, кровь в крупных артериях и мышцы, расположенные в глубине тела. Температура периферических тканей (кожа, подкожная клетчатка, значительная часть скелетной мускулатуры) значительно ниже и колеблется в широких пределах (Майстрах Е.В., 1981).

Процесс теплообмена между организмом и внешней средой состоит из переноса тепла от внутренних областей тела к поверхностному слою и переноса тепла от поверхности тела в окружающее пространство.

Существуют два пути передачи тепла от внутренних органов к периферическим тканям: прямая теплопроводимость и тепломассоперенос кровью. Важно отметить, если теплопроводность зависит от состава и плотности тканей и не поддается физиологической регуляции, то тепломассоперенос кровью, напротив, является важнейшей физиологически регулируемой величиной. Она зависит от объемной и линейной скорости кровотока в сосудах, его направления, от температурной разности между тканями и кровью, от калибра кровеносных сосудов, где совершается теплообмен (Иванов К.П., 1990).

Теплоотдача с поверхности тела (кожа и слизистые оболочки) осуществляется кондукцией (теплопроводностью), конвекцией (проведением), радиацией (теплоизлучением) и перспирацией (испарением). Так, у человека в условиях температурного комфорта, при 20С температуры воздуха и относительной влажности 40–60 %, излучением отводится 54 ккал/ч, проведением – 26 ккал/ч и испарением – 23 ккал/ч (Майстрах Е.В., 1984). Это важное соотношение, которое всегда следует иметь в виду как основу теплообмена.

Теплоотдача конвекцией и радиацией пропорциональна величине внешнего температурного градиента (т.е. разности температуры среды и кожной поверхности), сокращается с его уменьшением и прекращается при падении градиента до нуля. Так как средняя температура кожи человека в норме около 33°С, при повышении температуры среды до 35-36°С и выше отдача тепла возможна лишь путем испарения. Для теплообмена, кроме температуры воздуха, имеют значение его движение и влажность. Так, движение воздуха в зоне умеренных и низких температур увеличивает теплоотдачу конвекций, а в зоне высоких температур резко ускоряет испарение пота. Высокая влажность воздуха при умеренных и низких температурах увеличивает его теплопроводность и усиливает теплоотдачу конвекцией и радиацией; при высоких температуре, напротив, затрудняя испарение пота, резко сокращает величину теплоотдачи.

Температурная зона наименьшего напряжения терморегуляционных реакций для обнаженного человека составляет 28-30°С, для легко одетого – 22-25°С. Уравновешивание теплового баланса в зоне более высоких температур осуществляется механизмами, регулирующими интенсивность теплоотдачи (физическая терморегуляция). Повышение теплоотдачи конвекцией и радиацией достигается расширением периферических сосудов и увеличением транспорта тепла кровью из центральных областей тела к периферии. Кроме того, увеличение кровенаполнения повышает теплопроводность периферических тканей и снижает их теплоизолирующие свойства. При оптимальной внешней температуре около 20% общей теплоотдачи приходится на неощущаемое испарение влаги с кожи и слизистых оболочек дыхательных путей. При температуре воздуха выше 25 прогрессивно нарастает секреция потовых желез. Отделение пота при температуре воздуха 34-35 может достигать в покое 5-6 л в сутки, при работе – до 12 литров (Кощеев В.С., Кузнец Е.И., 1986).

В зоне низких температур теплоотдача уменьшается за счет прекращения потоотделения и сужения кровеносных сосудов поверхности тела, снижающих температуру кожи и теплоотдачу конвекцией и радиацией. Одновременно включаются механизмы химической терморегуляции, вызывающие терморегуляторный прирост теплопродукции, достигающий при резком охлаждении 200-250% нормального уровня основного обмена. Вначале это связано с неощутимым повышением тонуса скелетной мускулатуры, позднее появляется мышечная дрожь – сначала в жевательных мышцах и мышцах плечевого пояса и спины, позднее и слабее – в нижних конечностях. Активная мышечная деятельность не относится к механизмам химической терморегуляции, но сопровождающий ее прирост теплопродукции может способствовать сохранению температурного гомеостаза в условиях охлаждения (Ажаев А.Н., 1979; Кощеев В.С., 1981).

Человек издревле обитает в различных районах нашей планеты, температурные различия между которыми превышают 100 °С. Ежегодные и даже ежесуточные температурные перепады также могут быть очень велики и составлять соответственно 50–60 и 10–20 °С. Следовательно, проблема защиты от внешних температурных воздействий и физиологической адаптации к ним всегда была актуальной (Баженов Ю.И., 1985; Слоним А.Д., 1986).

4. Определение уровня теплоотдачи радиацией (R, ккал в мин) производится по следующей формуле (Витте Н.К., 1956):

 

R = 0.093 S ( Т_ст – Т_п ),

 

где S - поверхность тела (м²);

Т_ст - средняя температура окружающих стен (С);

Т_п - температура поверхности тела (СВТ кожи, С).

 

 

5. Определение уровня теплоотдачи конвекцией (С, ккал в мин) производится по одной из следующих формул (Витте Н.К., 1956):

 

С = 0.10  (0.5 + v^1/2 ) S (Т_в - Т_п)               (если v≤0.6 м/с)

С = 0.12  (0.273 + v^1/2 ) S (Т_в - Т_п)           (если v>0.6 м/с)

 

где  v - скорость движения воздуха (м/сек); S - площадь поверхности тела (м²); Т_в - температура воздуха (С); Т_п - температура поверхности тела (СВТ кожи, С).

 

Примечание. Скорость движения практически неподвижного воздуха принимается равной 0.05 м/с.

 

Экспресс-метод оценки теплового микроклимата помещений.

Для оценки влияния микроклимата рабочих помещений на людей можно воспользоваться упрощенными, групповыми и обобщенными методами, основанными на том, что температура кожи и величина испарения пота является функцией температуры и движения воздуха. Следовательно, можно с известными допущениями считать, что теплообмен радиацией, конвекцией и испарением также является функцией метеорологических условий и теплопродукции. Последнюю можно принять для ориентировочных исследований также приблизительно, зная общую характеристику работы и учащение пульса в работе (Витте Н.К., 1956).

Методика:

1. Используя таблицу «Теплопродукция человека при выполнении им работы различной степени физического напряжения» (Приложение. Таблица 2.), оценивается уровень теплопродукции исследуемой группы.

2. Определяется температура (Т_в, С) и относительная влажность (%) воздуха в рабочем помещении.

3. Используются формулы для приближенной оценки уровня теплообмена радиацией и конвекцией (R+C, ккал/мин):

- в состоянии покоя:

при Т_в < 35С                                 при Т_в ≥ 35С

R+С = 0.08  (Т_в - 35)                   R+С = 0.13  (Т_в - 35)

- для условий работы средней тяжести:

при Тв < 35С                                 при Тв ≥ 35С

R+С = 0.11  (Т_в - 35)                   R+С = 0.17  (Т_в - 35)

- для условий тяжелой работы (при Т_в от 0 до 50С):

R+С = 0.20  (Т_в - 35)

4. Определяется количество испаряющейся влаги (Р, г) по формуле:

Р = 0.6 +  (Т_в - 10)²,

где Р - количество испаряющейся влаги (г/мин);  - коэффициент (см. Приложение. Таблица №3); Т_в - температура воздуха.

5. На основании величины потоотделения (Р) вычисляется величина теплоотдачи испарением по формуле:Е = -0.585  Р, где Е - величина теплоотдачи испарением влаги, ккал/мин; -0.585 - коэффициент скрытой теплоты парообразования, ккал/г.

Таблица 2

Теплопродукция человека при выполнении им работы различной степени физического напряжения (Витте н.К., 1956).

Вид деятельности	Частота пульса (уд/мин)	Теплопродукция (М; ккал/мин)
Отсутствие физического напряжения (конторский труд, счетные работники)	60 - 70	1.2 - 1.5
Легкая работа, выполняемая, как правило, в сидячем положении (работники швейных и трикотажных цехов, машинисты, водители, механики по точным работам)	80 - 90	2.0 - 3.0
Работа средней тяжести (рабочие инструментальных цехов, трактористы, электромонтеры, слесари, столяры)	90 - 110	3.5 - 4.5
Напряженная работа (грузчики, ручная распиловка бревен)	130 - 150	5.6 - 7.0
Работы, требующие большого напряжения	до 170	8.0 - 9.0

 

Словарь терминов

Гипертермия – состояние организма, характеризующееся повышенной температурой тела.

Гипотермия – нарушение теплового баланса, сопровождающееся снижением температуры тела ниже нормальных значений.

КЛО – единица теплоизоляции, равная 0,18См²ч/мин. Единица КЛО – это такая теплоизоляция, которая обеспечивает условия температурного комфорта для сидящего человека, находящегося в состоянии покоя, при метаболическом теплообразовании около 50 ккал/(м²ч), температуре воздуха 21С, относительной влажности менее 50% и скорости движения воздуха 10см/с.

Микроклимат – тепловое состояние окружающей среды, определяемое комплексом физических факторов (температура, влажность, скорость движения воздуха, лучистое тепло) в ограниченном пространстве и оказывающее влияние на тепловой обмен организма.

Обмен веществ и энергии (син. метаболизм) – совокупность процессов превращения веществ и энергии в живом организме и обмена организма веществами и энергией с окружающей средой.

Обмен энергетический – вид обмена, включающий процессы накопления, превращения, использования и рассеяния энергии; в основе лежит биологическое окисление органических соединений с накоплением и превращением макроэргических соединений.

Обмен основной – показатель интенсивности энергетического обмена (в ккал/сут или ккал/м²час), определяется при полном физическом и психическом покое исследуемого, в лежачем положении, в условиях теплового комфорта, не менее чем через 14 часов после приема пищи; используется в диагностических и исследовательских целях.

Терморегуляция – совокупность физиологических процессов, обеспечивающих поддержание оптимальной температуры тела.

Терморегуляция сосудистая – терморегуляция, осуществляемая за счет сужения или расширения просвета кровеносных сосудов.

Терморегуляция физическая – терморегуляция, осуществляемая за счет изменения теплоотдачи организма.

Терморегуляция химическая – терморегуляция, осуществляемая за счет изменения теплопродукции в тканях организма.

Температура базальная – температура тела, измеренная утром после сна до приема пищи; используется при исследовании динамики температуры тела.

Температура тела – величина, характеризующая тепловое состояние организма, измеряется главным образом в подмышечной впадине.

Температура тела гиперпиретическая – температура тела выше 41.

Температура тела пиретическая – температура тела в пределах 39-41.

Температура тела субфебрильная – температура тела в пределах 37-38.

Температура тела фебрильная – температура тела в пределах 38-39.

Температура радиационная – показатель, характеризующий условия радиационного теплообмена человека с окружающей средой; определяется с помощью шарового термометра.

Температура результирующая (син. температура радиационно-эквивалентно-эффективная) – показатель, характеризующий комплексное воздействие на человека температуры, влажности и скорости движения окружающего воздуха, а также инфракрасного (теплового) излучения окружающей среды; определяется с помощью номограмм или таблиц по величинам эквивалентно-эффективной и радиационной температур.

Температура эквивалентно-эффективная – показатель, характеризующий комплексное воздействие на человека температуры, влажности и скорости движения окружающего воздуха; определяется по показателям термометра, психрометра и анемометра с применением специальных таблиц или номограмм.

Температура эффективная – показатель, характеризующий комплексное воздействие на человека температуры и влажности окружающего воздуха; определяется по показателям термометра и психрометра с применением специальных таблиц или номограмм.

Тепловой комфорт – благоприятное самочувствие человека при определенных метеорологических условиях, обеспечивающих оптимальное функциональное состояние организма человека.

Тепловой режим – характеристика состояния среды в помещении, основанная на исследовании динамики температуры воздуха и поверхностей находящихся в нем предметов, а также интенсивности инфракрасного (теплового) излучения.

Тепловой удар – остро возникающее патологическое состояние, обусловленное нарушением терморегуляции организма при длительном воздействии на него высокой температуры воздуха или инфракрасного (теплового) излучения; характеризуется повышением температуры тела, усиленным потоотделением, учащением пульса и дыхания, головной болью, тошнотой и рвотой, адинамией, обмороками, в тяжелых случаях – острым развитием оглушения, психомоторного возбуждения, судорог, нарушений координации движений.

Теплообмен (в физиологии) – обмен тепловой энергией между организмом и окружающей средой.

Теплообмен конвективный – теплообмен путем переноса тепла движущимся газом (воздухом) или жидкостью, окружающими организм.

Теплообмен кондуктивный – теплообмен путем проведения тепла к (или от) поверхности какого-либо твердого тела, соприкасающегося с поверхностью тела.

Теплообмен радиационный – теплообмен путем испускания или поглощения организмом лучистой энергии.

Теплоотдача (в физиологии) – выделение организмом тепловой энергии в окружающую среду.

Теплоотдача испарительная – теплоотдача путем испарения воды с поверхности кожи, легочных альвеол и дыхательных путей.

Теплоотдача конвекционная – теплоотдача путем переноса тепла движущимся газом (воздухом) или жидкостью, окружающими организм.

Теплоотдача радиационная (син. теплоизлучение) – теплоотдача путем инфракрасного излучения поверхностью тела.

Теплопродукция (син. теплообразование) – образование тепла в организме в результате обменных процессов.

Теплопродукция запаздывающая (син. восстановительная) – фаза теплопродукции в мышце, продолжающаяся в течение нескольких минут после ее расслабления и соответствующая периоду ресинтеза аденозинтрифосфорной кислоты.

Теплопродукция начальная – фаза теплопродукции в мышце, соответствующая периоду ее сокращения и последующего расслабления.