Терморегуляция организма человека

Терморегуляция  организма человека

Теплообмен человека с окружающей средой. Человек постоянно находится  в состоянии обмена теплотой с  окружающей средой. Жизнедеятельность  человека сопровождается непрерывным  выделением теплоты в окружающую среду. Ее количество зависит от степени  физического напряжения в определенных климатических условиях и составляет от 85 Дж/с (в состоянии покоя) до 500 Дж/с (при тяжелой работе). Для  нормального течения физиологических  процессов в организме человека необходимо, чтобы выделяемое организмом тепло (Q_тв) полностью отдавалось окружающей среде (Q_то), то есть имел бы место тепловой баланс Q_тв = Q_то. Превышения тепловыделения организма над теплоотдачей в окружающую среду (Q_тв > Qто) приводит к нагреву организма и к повышению температуры тела. Такое тепловое самочувствие характеризуется понятием жарко. Наоборот, превышение теплоотдачи над тепловыделением (Q_тв< Q_то) приводит к охлаждению организма и снижению его температуры. Такое тепловое самочувствие характеризуется понятием холодно.

Одним из важных показателей теплового  состояния организма является средняя  температура тела (внутренних органов) порядка 36,5 °С. Даже незначительные отклонения от этой температуры в ту или другую сторону приводят к ухудшению  самочувствия человека. Она зависит  от степени нарушения теплового  баланса и уровня энергозатрат при  выполнении физической работы.

Теплообмен между организмом человека и окружающей средой зависит от параметров микроклимата: температуры окружающей среды, скорости движения воздуха, относительной  влажности воздуха. Чтобы понять влияние того или иного показателя на теплообмен, необходимо рассмотреть  механизмы за счет которых теплота  передается от одного предмета к другому (в частности, от человека к окружающей среде и наоборот).

Отдача тепла организмом человека происходит посредством:

- теплопроводности Q_т;       

- конвекции q_к в результате смывания воздухом тела человека;

- излучения на окружающие поверхности  Q_из;

- испарения влаги с поверхности  кожи Q_ис и при дыхании Q_в.

Теплота может передаваться только от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Интенсивность отдачи теплоты зависит  от разности температур тел (в нашем  случае - это температура тела человека и температура окружающих человека предметов и воздуха) и теплоизолирующих свойств одежды. Так как температура  тела человека относительно величины 36,5 °С изменяется в небольшом диапазоне, то изменение отдачи теплоты от человека происходит, в основном, за счет изменения температуры окружающей человека среды. Если температура воздуха или окружающих человека предметов выше температуры 36,5 °С, происходит не отдача теплоты от человека, а наоборот, его нагрев.

Одежда человека обладает теплоизолирующими  свойствами: чем она теплее, тем  меньше теплоты переходит от человека к окружающей среде. Таким образом, регулировать теплообмен человека с  окружающей средой можно за счет температуры  окружающей среды и выбора одежды с различными теплоизолирующими  свойствами.

Воздух, находящейся вблизи от теплого  предмета, нагревается. Нагретый воздух имеет меньшую плотность и, как  более легкий, поднимается вверх, а его место занимает более  холодный воздух окружающей среды. Явление  обмена порций воздуха за счет разности плотностей теплого и холодного  воздуха называется естественной конвекцией.

Если теплый предмет обдувать холодным воздухом, то процесс замены более  теплых слоев воздуха у предмета на более холодный ускоряется. В  этом случае у нагретого предмета будет находиться более холодный воздух, разность температур между  нагретым предметом и окружающим воздухом будет больше и интенсивность  отдачи тепла от предмета окружающему  воздуху возрастет. Это явление  называется вынужденной конвекцией.Таким образом, регулировать теплообмен между человеком и окружающей средой можно изменением скорости движения воздуха, т.е. передача теплоты конвекцией тем больше, чем ниже температура окружающей среды и чем выше скорость движения воздуха.

Тепловая энергия, превращаясь  на поверхности горячего тела в лучистую (электромагнитную волну) - инфракрасное излучение, передается на другую (холодную поверхность), где вновь превращается в тепловую. Лучистый поток тем  выше, чем больше разница температур человека и окружающих предметов. Причем лучистый поток может исходить от человека, если температура окружающих предметов меньше температуры человека, и наоборот, если окружающие предметы более нагреты, т.е. лучистый поток  при теплообмене излучением тем  больше, чем ниже температура окружающих человека поверхностей.

Интенсивность испарения, а следовательно, и величина отдачи тепла от организма  окружающей среде зависит: во-первых, от температуры окружающей среды: чем  выше температура, тем выше интенсивность  испарения; во-вторых, от влажности  воздуха: чем выше влажность, тем  меньше интенсивность испарения; в-третьих, от скорости движения: интенсивность испарения возрастает при увеличении скорости движения воздуха; в-четвертых, от интенсивности работы: уровень потоотделения повышается пропорционально тяжести выполненной работы.

В процессе дыхания воздух окружающей среды, попадая в легкие человека, нагревается и одновременно насыщается водяными парами. Таким образом, теплота  выводится из организма человека с выдыхаемым воздухом(Qв). Количество теплоты, выделяемой человеком с  выдыхаемым воздухом, зависит от его  физической нагрузки, влажности и  температуры окружающего (вдыхаемого) воздуха. Чем больше физическая нагрузка и ниже температура окружающей среды, тем больше отдается теплоты с  выдыхаемым воздухом. С увеличением  температуры и влажности окружающего  воздуха количество теплоты, отводимой  через дыхание, уменьшается.

Таким образом, направление тепловых потоков Q_т Q_к Q_из может быть от человека к окружающим его воздуху и предметам и наоборот, в зависимости от того, что больше - температура тела человека или окружающего воздуха и окружающих его тел.

Тепловыделения организма человека определяются прежде всего величиной  мышечной нагрузки при деятельности человека, а теплоотдача – температурой окружающего воздуха и предметов, скоростью движения и относительной  влажностью воздуха.

Параметры микроклимата в природной  среде и в производственных условиях могут изменяться в широких пределах. Вместе с изменением параметров микроклимата меняется и тепловое самочувствие человека. Нарушение теплового баланса  в ту или иную сторону вызывают в организме человека реакции, способствующие его восстановлению.

Процессы регулирования тепловыделений для поддержания постоянной температуры  тела человека называется терморегуляцией. Она позволяет сохранять температуру внутренних органов постоянной (Зб,5 °С) и не имеет в своем составе специфических органов. Противостояние холоду или жаре происходит под контролем нервной системы, которая включает конкретные органы в специфическую функциональную систему, обеспечивающую поддержание постоянной температуры наиболее эффективным и экономичным путем. Физиологическая система терморегуляции включает в себя регуляцию теплообразования и теплоотдачи.

Терморегуляция осуществляется следующими способами: биохимическим путем, путем  изменения интенсивности кровообращения и интенсивности потовыделения.

Терморегуляция биохимическим  путем состоит в изменении интенсивности окислительных процессов, происходящих в организме человека. Внешним проявлением биохимических регулирующих процессов является мышечная дрожь, которая как уже говорились, возникает при переохлаждении организма. Повышает выделение теплоты до 125...200 Дж/с. В результате сложных химических реакций при усвоении пищи вырабатывается тепло, которое расходуется на поддержание жизненных процессов: работы сердца, органов дыхания.

Терморегуляция изменением интенсивности кровообращения заключается в способности организма регулировать объем подаваемой крови, которую в данном случае можно рассматривать как переносчик теплоты от внутренних органов к поверхности тела человека путем сужения или расширения кровеносных сосудов.

При высоких температурах окружающей среды кровеносные сосуды кожи расширяются, и к ней от внутренних органов  притекает больше крови и, следовательно, больше теплоты отдается окружающей среде.

При низких температурах происходит обратное явление: кровеносные сосуды сужаются, количество крови, а, следовательно, и теплоты, подаваемой к коже, уменьшается, снижается ее температура и, как  следствие, - уменьшение отдачи теплоты  от человека окружающей среде.

Терморегуляция изменением интенсивности потовыделения заключается в изменении процесса теплоотдачи за счет испарения. Охлаждение организма за счет испарения имеет большое значение. Так, при температуре окружающей среды 36 °С отвод тепла от человека в окружающую среду осуществляется практически только за счет испарения пота. В регулировании процесса теплообмена участвуют одновременно все способы, но в большей или меньшей степени.

Экспериментально установлено, что  оптимальный обмен веществ в  организме и соответственно максимальная производительность труда имеют  место, если составляющие процесса теплоотдачи  находятся в следующих пределах:

Q_к+Q_т=30%;   Q_из-45

Q_ис=20%          Q_в=5%

Такой баланс характеризует отсутствие напряженности системы терморегуляции.

Параметры микроклимата воздушной  среды, которые обусловливают оптимальный  обмен веществ в организме  и при которых нет неприятных ощущений и напряженности системы  терморегуляции, называютсякомфортными или оптимальными. Зона, в которой окружающая среда полностью отводит теплоту, выделяемую организмом, и нет напряжения системы терморегуляции, называется зоной комфорта. Условия, при которых нормальное тепловое состояние человека нарушается, называются дискомфортными.

При незначительной напряженности  системы терморегуляции и небольшой  дискомфортности устанавливаются  допустимые метеорологические условия. При превышении допустимых значений метеорологических параметров система  терморегуляции работает в напряженном  режиме, человек испытывает сильный  дискомфорт, нарушается тепловой баланс и начинается перегрев или переохлаждение организма в зависимости от того, в какую сторону нарушен тепловой баланс.

Адаптация и акклиматизация при работе в  условиях нагревающего и охлаждающего климата.

Организм работающих в условиях постоянного воздействия повышенных или пониженных температур находится  в состоянии динамического равновесия с внешней средой (динамическая стереотипия) - это равновесие, установившееся благодаря приспособлению организма человека к определенным метеорологическим условиям.

В основе адаптации к нагревающему или охлаждающему микроклимату лежат  процессы, направленные на поддержание  определенного уровня и взаимосвязи  физиологических систем, органов, механизмов управления, обеспечивающих высокую  жизнедеятельность организма.

На начальных этапах адаптация  осуществляется за счет активации компенсаторных механизмов — первичных рефлекторных реакций, направленных на устранение или  ослабление функциональных сдвигов  в организме, вызванных термическими раздражителями. В процессе приспособления (адаптации) вся деятельность организма  путём нейрогуморальных механизмов приводится во все более точное и  тонкое уравновешивание с окружающей средой.

В результате адаптационного процесса устанавливается стабильное состояние  жизненных систем организма в  измененных микроклиматических условиях среды – акклиматизация.

Акклиматизация - приспособление к новым климатическим условиям является частным случаем адаптации, развивается в результате длительного пребывания в условиях высоких и низких температур. Характерными особенностями адаптации и акклиматизации являются улучшение общего состояния, более легкая переносимость высоких и низких температур, сокращение периода восстановления физиологических функций и работоспособности.

Адаптация к высоким  температурам выражается в повышении работы мышц, значительном снижении основного обмена. При работе, связанной с высокой температурой помещения адаптация идет за счет снижения теплопродукции, формирования стойкого перераспределения кровенаполнения сосудов, так что с поверхности тела отдача тепла облегчается. Потоотделение из избыточного - в аварийной фазе - превращается в адекватное высокой температуре. В процессе адаптации при выраженном потоотделении наблюдается уменьшение концентрации хлоридов в поту, что способствует уменьшению нарушений водно-солевого обмена. Уменьшается АД, урежается частота пульса и дыхания, несколько снижается температура тела.

Адаптация к воздействию  холода. Частое и длительное влияние холода приводит к повышению обмена веществ и усилению теплопродукции. При работе в холодных цехах или холодильниках первые дни в ответ на низкую температуру теплопродукция нарастает неэкономично, избыточно, теплоотдача еще недостаточно ограничена. После установления фазы стойкой адаптации процессы теплопродукции становятся интенсивнее, а теплоотдачи снижаются и в конечном итоге сбалансируются таким образом, чтобы наиболее совершенно поддерживать стабильную температуру тела в новых условиях.

К активной адаптации в этом случае присоединяются механизмы, обеспечивающие приспособление рецепторов к холоду, то есть повышение порога раздражения  этих рецепторов. Быстрее восстанавливается  температура кожи, отмечается менее  выраженное сужение сосудов кожи, большее ее кровоснабжение, увеличивается  объем циркулирующей крови.

В процессе адаптации к инфракрасному облучению понижается возбудимость рецепторов, отмечается незначительное учащение пульса и повышение температуры тела, повышение интенсивности потоотделения, увеличение количества жировых веществ и уменьшение концентрации хлоридов в поту.

Адаптация наблюдается при условии, если колебания параметров производственного  микроклимата не выходят за пределы  компенсаторных возможностей организма. Резко выраженные колебания метеорологических  условий затрудняют адаптацию организма  к ним. Чрезмерные по интенсивности  и продолжительности тепловые раздражители могут привести к срыву адаптации. Срывы адаптации связаны со снижением  иммунологической реактивности организма  и влекут за собой разнообразные  неблагоприятные последствия, в  частности, повышенную заболеваемость.