Обменът на топлинна енергия между тялото и околната среда се нарича топлообмен... Един от показателите за пренос на топлина е телесната температура, която зависи от два фактора: генериране на топлина, тоест от интензивността на метаболитните процеси в организма, и пренос на топлина към околната среда.
Наричат се животни, чиято телесна температура се променя в зависимост от температурата на външната среда пойкилотермичен, или хладнокръвен. Наричат се животни с постоянна телесна температура хомеотермални(топлокръвни). Температурна постоянствотяло, наречено изотер мия... Тя гарантира независимостметаболитни процеси в тъканите и органите от температурни колебаниязаобикаляща среда.
Температурата на човешкото тяло.
Температурата на отделните части на човешкото тяло е различна. Най -ниската температура на кожата се наблюдава на ръцете и краката, най -високата - в подмишницата, където обикновено се определя. При здрав човектемпература в това площта е равна 36-37 ° C.През деня има малки повишения и спадове на телесната температура на човека в съответствие с дневния биоритм:минималната температура е отбелязана при 2- 4 часа нощувки, максимум - в 16-19 часа.
T температура мускулест тъкани в състоянието на почивка и работа може да варира в рамките на 7 ° С. Температурата на вътрешните органи зависи върху интензивността на обмена процеси. Най -интензивен протичат метаболитните процеси в черния дроб, който е "най-горещият" орган на тялото: температурата в чернодробните тъкани е 38-38,5 ° С. Температурата в ректума е 37-37,5 ° C. Въпреки това, тя може да се колебае в рамките на 4-5 ° C, в зависимост от наличието на изпражнения в нея, пълненето с кръв на лигавицата му и други причини. При бегачите на дълги разстояния (маратон) в края на състезанието температурата в ректума може да се повиши до 39-40 ° C.
Възможността за поддържане на температурата на постоянно ниво се осигурява от взаимосвързани процеси - генериране на топлинаи отделяне на топлинаот тялото във външната среда. Ако генерирането на топлина е равно на топлопредаването, тогава телесната температура остава постоянна. Процесът на генериране на топлина в тялото се нарича химическа терморегулация, процес, който премахва топлината от тялото - физическа терморегулация.
Химическа терморегулация. Топлообменът в тялото е тясно свързан с обмена на енергия. Когато органичното вещество се окислява, се отделя енергия. Част от енергията отива за синтеза на АТФ. Тази потенциална енергия може да се използва от тялото в по -нататъшната му дейност.Всички тъкани са източник на топлина в тялото. Кръвта тече през тъканите и се нагрява.
Повишаването на температурата на околната среда причинява рефлекторно намаляване на метаболизма, в резултат на което генерирането на топлина в тялото намалява. С понижаване на температурата на околната среда интензивността на метаболитните процеси рефлекторно се увеличава и генерирането на топлина се увеличава. В по -голяма степен се увеличава производството на топлина поради увеличаване на мускулната активност. Неволните мускулни контракции (треперене) са основната форма на повишено производство на топлина. Увеличаването на производството на топлина може да настъпи в мускулната тъкан и поради рефлекторно увеличаване на интензивността на метаболитните процеси - неконтрактилна мускулна термогенеза.
Физическа терморегулация.Този процес се осъществява поради прехвърлянето на топлина към външната среда чрез конвекция (топлопроводимост), радиация (топлинна радиация) и изпаряване на водата.
Конвекция - директно прехвърляне на топлина към предмети или частици от околната среда в съседство с кожата. Колкото по -голяма е температурната разлика между повърхността на тялото и околния въздух, толкова по -интензивно е отделянето на топлина.
Разсейването на топлината се увеличава с движението на въздуха, като вятъра. Интензивността на топлообмена до голяма степен зависи от топлопроводимостта на околната среда. Топлината се отделя по -бързо във водата, отколкото във въздуха. Облеклото намалява или дори спира топлопроводимостта.
Радиация - отделянето на топлина от тялото става чрез инфрачервено излъчване от повърхността на тялото. Поради това тялото губи по -голямата част от топлината си. Интензитетът на топлопроводимост и топлинна радиация се определя до голяма степен от температурата на кожата. Топлообменът се регулира чрез рефлекторна промяна в лумена на кожните съдове. Когато температурата на околната среда се повиши, артериолите и капилярите се разширяват, кожата става топла и зачервена. Това увеличава процесите на топлопроводимост и топлинна радиация. С понижаване на температурата на въздуха артериолите и капилярите на кожата се стесняват. Кожата става бледа, количеството кръв, преминаващо през съдовете й, намалява. Това води до намаляване на температурата му, пренос на топлина намалява, а тялото запазва топлината.
Изпаряване на водата от повърхността на тялото (2/3 влага), както и в процеса на дишане (1/3 влага). Изпарението на водата от повърхността на тялото се случва, когато се отделя пот. Дори при липса на видимо изпотяване през кожата, тя се изпарява на ден до 0,5 лвода - невидимо изпотяване. Изпаряването на 1 литър пот при човек с тегло 75 кг може да понижи телесната температура с 10 ° С.
В състояние на относителна почивка, възрастен отделя 15% от топлината във външната среда чрез топлопроводимост, около 66% чрез топлинна радиация и 19% чрез изпаряване на вода.
Средно човек губи на деноколо 0,8 л пот, а с нея и 500 ккал топлина.
При дишане човек същоотделя около 0,5 литра вода всеки ден.
При ниски температури на околната среда ( 15 ° C и по -ниски) около 90% от дневния топлопренос се дължи на топлопроводимост и топлинна радиация. При тези условия не се наблюдава видимо изпотяване.
При температура на въздуха 18-22 °С пренос на топлина поради топлопроводимост и топлинна радиация намалява, нозагубата се увеличавателесна топлина чрез изпаряваневлага от повърхността на кожата.Ако влажността на въздуха е висока, когато изпарението на водата е трудно, може да възникне прегряване.тялото и да се развиваттермичен хит.
Ниска пропускливост за водни пари дрехипредотвратява ефективното изпотяване иможе да причини прегряване на човешкото тяло.
В горещо държави по време на дълги походи, в горещо семинари, човек губи голяма сума течности с пот. В същото време има усещане жажда, която не се утолява с приемане вода. то поради факта с какво тогава се губи голямо количество минерални соли. Ако добавите сол към питейната си вода, това чувство на жажда изчезва и благосъстоянието на хората ще се подобри.
Центрове за регулиране на топлообмена.
Терморегулацията се извършва рефлекторно. Възприемат се колебания в температурата на околната среда терморецептори... Голям брой терморецептори са разположени в кожата, в лигавицата на устната кухина, в горните дихателни пътища. Терморецепторите са открити във вътрешните органи, вените, а също и в някои образувания на централната нервна система.
Кожните терморецептори са много чувствителни към колебания в температурата на околната среда. Те се възбуждат, когато температурата на средата се повиши с 0.007 ° C и намалее с 0.012 ° C.
Нервните импулси, произхождащи от терморецепторите, преминават през аферентни нервни влакна към гръбначния мозък. По пътеките те достигат до зрителните хълмове, а от тях отиват към хипоталамусната област и към кората на главния мозък. Резултатът е усещане за топлина или студ.
В гръбначния мозъкима центрове на някои терморегулаторни рефлекси. Хипоталамусе основният рефлексен център на терморегулацията. Предните части на хипоталамуса контролират механизмите на физическата терморегулация, тоест те са център за пренос на топлина... Задните части на хипоталамуса контролират химическата терморегулация и са топлогенериращ център.
Важна роля в регулирането на телесната температура принадлежи мозъчната кора... Еферентните нерви на терморегулаторния център са предимно симпатикови влакна.
Участва в регулирането на топлообмена и хормонален механизъм, по -специално хормони на щитовидната жлеза и надбъбречните жлези. Тиреоиден хормон - тироксин, увеличавайки метаболизма в организма, увеличава производството на топлина. Влизането на тироксин в кръвта се увеличава с охлаждането на тялото. Надбъбречен хормон - адреналин- засилва окислителните процеси, като по този начин увеличава генерирането на топлина. Освен това под действието на адреналин възниква вазоконстрикция, по -специално съдовете на кожата, поради което преносът на топлина намалява.
Адаптация на тялото до по -ниска температура на околната среда... Когато температурата на околната среда спадне, хипоталамусът се възбужда рефлекторно. Увеличаването на неговата активност стимулира хипофизата , което води до повишено освобождаване на тиротропин и кортикотропин, които повишават активността на щитовидната жлеза и надбъбречните жлези. Хормоните на тези жлези стимулират производството на топлина.
Поради това, при охлажданезащитните механизми на тялото се включват, увеличавайки метаболизма, генерирането на топлина и намалявайки топлопредаването.
Възрастови особености на терморегулацията. При деца от първата година от живота се наблюдават несъвършени механизми. В резултат на това, когато температурата на околната среда падне под 15 ° C, настъпва хипотермия на тялото на детето. През първата година от живота се наблюдава намаляване на преноса на топлина чрез топлопроводимост и топлинна радиация и увеличаване на производството на топлина. Въпреки това, до 2 -годишна възраст децата остават термолабилни (телесната температура се повишава след хранене, при висока температура на околната среда). При деца от 3 до 10 години механизмите на терморегулация се подобряват, но тяхната нестабилност продължава.
В предпубертатна възраст и по време на пубертета (пубертета), когато има повишен растеж на тялото и преструктуриране на неврохуморалната регулация на функциите, нестабилността на терморегулаторните механизми се увеличава.
В напреднала възраст се наблюдава намаляване на образуването на топлина в тялото в сравнение със зрялата възраст.
Проблемът с втвърдяването на тялото. През всички периоди от живота е необходимо да се закалява тялото. Втвърдяването се разбира като повишаване на устойчивостта на организма към неблагоприятни влияния на околната среда и на първо място към охлаждане. Втвърдяването се постига чрез използване на природните фактори на природата - слънце, въздух и вода. Те действат върху нервните окончания и кръвоносните съдове на човешката кожа, повишават активността на нервната система и засилват метаболитните процеси. При постоянното влияние на природните фактори тялото свиква с тях. Втвърдяването на тялото е ефективно, ако са изпълнени следните основни условия: а) систематично и постоянно използване на природни фактори; б) постепенно и системно увеличаване на продължителността и силата на техния ефект (започнете втвърдяване с използването на топла вода, постепенно намалете температурата й и увеличете времето за провеждане на водни процедури); в) втвърдяване с помощта на стимули, контрастиращи по температура (топла - студена вода); г) индивидуален подход към втвърдяването.
Използването на естествени втвърдяващи фактори трябва да се комбинира с физическо възпитание и спорт. Сутрешните упражнения на чист въздух или в стая с отворен прозорец със задължителното излагане на значителна част от тялото и последващи водни процедури (душ, душ) са добри за втвърдяване. Втвърдяването е най -достъпното средство за подобряване на здравето на хората.
Когато параметрите на околната среда, заобикалящи човек, в този случай микроклимата, се променят, неговото термично здравословно състояние също се променя. Ако някакви условия нарушават топлинния баланс на тялото, веднага възникват реакции, които го възстановяват.
Терморегулацията на човешкото тяло е процесът на регулиране на отделянето на топлина, който помага да се поддържа константа, която е близо до 36,5 градуса. Условия, които нарушават нормалния човек, се наричат неудобни. Условията, при които е нормално, няма стресова среда с топлообмен, се наричат комфортни. Те също са оптимални. Зоната, която напълно премахва отделяната от тялото топлина, в която не възниква напрежението на терморегулиращата система, е зоната на комфорт.
Има три начина, по които се извършва терморегулация на тялото:
- Биохимичен метод.
- Промяна в интензивността на кръвообращението.
- Интензивност на изпотяване.
При първия метод, биохимичен, интензивността на процесите, протичащи в организма, се променя. Например, когато температурата на околната среда спадне, се появяват мускулни тремори, което увеличава отделянето на топлина. Такава терморегулация на човешкото тяло се нарича химическа.
При втория метод тялото независимо регулира подаването на кръв, която в този случай се счита за носител на топлина. Той пренася топлина от вътрешните органи към повърхността на тялото. В този случай възниква необходимото свиване или разширяване на съдовете. При високи температури около - съдовете се разширяват, притока на кръв от вътрешните органи се увеличава, при ниски температури протича обратният процес. притока на кръв намалява, по -малко топлина навлиза навън.
С намаляване на температурата на въздуха се наблюдава намаляване на преноса на топлина, изпотяване, влага на повърхността на кожата, поради което поради намаляване на изпарението топлопредаването на тялото намалява. Голямата загуба на влага може да бъде опасна за хората.
Във втория и третия случай има физическа терморегулация на човешкото тяло.
Микроклиматът влияе значително върху състоянието на човека, неговите показатели. Комфортът на условията на живот и работа се влияе от оптималните газови метеорологични условия. Параметрите на микроклимата осигуряват топлообмен между тялото и околната среда. Това е човешката терморегулация.
При естествени условия тези параметри се колебаят значително. Когато се променят, благосъстоянието на човека не е същото като преди. Например, толерансът на околния въздух зависи не само от температурата, но и от влажността и скоростта на въздуха. Доказано е, че при околни температури над 25 градуса производителността намалява. И колкото повече, толкова по -бързо тялото се прегрява, защото по -малко пот се изпарява. Разпределението му изтощава тялото. В същото време той губи много витамини, микроелементи, минерали.
При продължително излагане на високи температури в комбинация с висока влажност, телесната температура може да се повиши до 39 градуса. Това състояние се нарича хипертермия. Тя може да бъде животозастрашаваща.
Ниските температури на въздуха също са опасни. Те са не по -малко опасни от високите. Настъпва охлаждане и хипотермия, наречена хипотермия. И в резултат на това студени наранявания.
Терморегулацията на човешкото тяло се осъществява по всички начини наведнъж. Но от време на време някои от тях участват по -малко, а други много повече.
Съдържание на темата "Регулиране на метаболизма и енергията. Рационално хранене. Базален метаболизъм. Телесната температура и нейното регулиране.":1. Разходи на енергия на тялото в условия на физическа активност. Съотношение на физическа активност. Работно увеличение.
2. Регулиране на метаболизма и енергията. Център за метаболитно регулиране. Модулатори.
3. Концентрация на глюкоза в кръвта. Схема за регулиране на концентрацията на глюкоза. Хипогликемия. Хипогликемична кома. Глад.
4. Хранене. Хранителна норма. Съотношението на протеини, мазнини и въглехидрати. Енергийна стойност. Калорично съдържание.
5. Диетата на бременни и кърмещи жени. Дажба от бебешка храна. Разпределение на дневната дажба. Хранителни влакна.
6. Рационалното хранене като фактор за поддържане и укрепване на здравето. Здравословен начин на живот. Режим на хранене.
7. Телесната температура и нейното регулиране. Хомеотермални. Пойкилотермичен. Изотермия. Хетеротермични организми.
8. Нормална телесна температура. Хомеотермално ядро. Пойкилотермична обвивка. Комфортна температура. Температурата на човешкото тяло.
9. Топлинни продукти. Първична топлина. Ендогенна терморегулация. Вторична топлина. Свиваема термогенеза. Несъкратима термогенеза.
Има следните начини за прехвърляне на топлина от тялотов околната среда: радиация, топлопроводимост, конвекцияи изпаряване.
Радиацияе метод за прехвърляне на топлина към околната среда от повърхността на човешкото тяло под формата на електромагнитни вълни в инфрачервения диапазон (a = 5-20 микрона). Количеството топлина, разпръснато от тялото в околната среда чрез радиация, е пропорционално на площта на радиацията и разликата в средните температури на кожата и околната среда. Радиационната повърхност е общата площ на тези части на тялото, които влизат в контакт с въздуха. При температура на околната среда 20 ° C и относителна влажност на въздуха 40-60%, тялото на възрастен се разсейва чрез радиация около 40-50% от цялата топлина. Преносът на топлина чрез радиация се увеличава с намаляване на температурата на околната среда и намалява с повишаване на температурата. В условия на постоянна температура на околната среда радиацията от телесната повърхност се увеличава с повишаване на температурата на кожата и намалява с понижаване на температурата на кожата. Ако средните температури на повърхността на кожата и околната среда се изравнят (температурната разлика става равна на нула), отделянето на топлина чрез радиация става невъзможно. Възможно е да се намали топлопредаването на тялото чрез радиация чрез намаляване на повърхността на радиацията („търкаляне на тялото на топка“). Ако температурата на околната среда надвишава средната температура на кожата, човешкото тяло, поглъщайки инфрачервените лъчи, излъчвани от околните предмети, се нагрява.
Ориз. 13.4. Видове топлопреминаване... Начините на пренос на топлина от тялото към външната среда могат да бъдат грубо разделени на „мокър“ топлообмен, свързан с изпаряването на потта и влагата от кожата и лигавиците, и „сух“ топлообмен, който не е свързан със загубата от течност.Топлопроводимост- метод за пренос на топлина, който възниква при контакт, контакт на човешкото тяло с други физически тела. Количеството топлина, отделяно от тялото към околната среда по този метод, е пропорционално на разликата в средните температури на контактуващите тела, площта на контактните повърхности, времето на топлинен контакт и топлопроводимостта на контактуващото тяло. Сухият въздух, мастната тъкан се характеризират с ниска топлопроводимост и са топлоизолатори. Използването на дрехи, изработени от тъкани, съдържащи голям брой малки неподвижни въздушни „мехурчета“ между влакната (например вълнени тъкани), позволява на човешкото тяло да намали разсейването на топлината чрез проводимост. Влажен въздух, наситен с водни пари, водата се характеризира с висока топлопроводимост. Следователно престоят на човек в среда с висока влажност при ниска температура е придружен от повишени топлинни загуби в тялото. Мокрото облекло също губи своите топлоизолационни свойства.
Конвекция- метод за пренос на топлина от тялото, осъществяван чрез пренос на топлина чрез движещи се частици въздух (вода). За разсейване на топлината чрез конвекция е необходим въздушен поток около повърхността на тялото с по -ниска температура от температурата на кожата. В същото време слоят въздух в контакт с кожата се нагрява, намалява плътността му, се издига и се заменя с по -студен и по -плътен въздух. При условия, когато температурата на въздуха е 20 ° C и относителната влажност е 40-60%, тялото на възрастен човек разсейва около 25-30% от топлината в околната среда чрез топлопроводимост и конвекция (основна конвекция). С увеличаване на скоростта на движение на въздушните потоци (вятър, вентилация), интензивността на топлопредаване (принудителна конвекция) също се увеличава значително.
Отделяне на топлина от тялотоот топлопроводимост, конвекцияи излу- обади се Чени "Сух" топлообмен, става неефективен при изравняване на средните температури на телесната повърхност и околната среда.
Топлообмен чрез изпаряване- Това е начин за разсейване на топлината от тялото в околната среда поради разходите му за изпаряване на пот или влага от повърхността на кожата и влага от лигавиците на дихателните пътища („мокър“ топлопренос). При хората потта постоянно се отделя от потните жлези на кожата („осезаемо“, или жлезисто, загуба на вода), лигавиците на дихателните пътища се овлажняват („незабележима“ загуба на вода) (фиг. 13.4). В същото време „осезаемата“ загуба на вода от тялото има по -значителен ефект върху общото количество топлина, отделяна от изпарението, отколкото „незабележимата“.
При температура на околната среда от около 20 "C изпарението на влага е около 36 g / h. Тъй като човек изразходва 0,58 kcal топлинна енергия за изпаряването на 1 g вода, е лесно да се изчисли, че чрез изпаряване тялото на възрастен при тези условия дава около 20% от цялата разсеяна топлина. Повишената външна температура, извършването на физическа работа, продължителният престой в топлоизолационни дрехи увеличават изпотяването и тя може да увеличи до 500-2000 g / h. топлина чрез радиация, конвекция и топлопроводимост.Тялото при тези условия започва да абсорбира топлината отвън и единственият начин за разсейване на топлината е да се увеличи изпаряването на влагата от повърхността на тялото.Такова изпаряване е възможно, докато влажността на околния въздух остава по -малко от 100%.С интензивно изпотяване, висока влажност и ниска скорост на въздуха, когато или пот, без да има време да се изпари, да се слее и да се отцеди от повърхността на тялото, преносът на топлина чрез изпаряване става по -малко ефективен.
Човек е постоянно в състояние на топлообмен с околната среда.
Най-доброто топлинно благополучие на човек ще бъде, когато отделянето на топлина (QTB) на човешкото тяло е напълно отдадено на околната среда (QTO), т.е. има топлинен баланс
Излишъкът от отделянето на топлина на тялото над преноса на топлина към околната среда (QTB> QTО) води до повишаване на температурата на вътрешните органи, затопляне на тялото и повишаване на температурата му - човек става горещ. Напротив, превишението на топлообмена над отделянето на топлина (Q. TV< QТО) приводит к охлаждению организма и к снижению его температуры - человеку становится холодно.
Средната температура на тялото на човек е 36,6 0 С. Дори незначителни отклонения от тази температура в една или друга посока водят до влошаване на човешкото благосъстояние.
Топлинното отделяне (QTB) на тялото се определя главно от тежестта и интензивността на работата, извършена от човек, главно от размера на мускулното натоварване.
Преносът на топлина от човешкото тяло към околната среда става в резултат на:
Топлопроводимост (QT) през облеклото. Топлината може да се прехвърля само от тяло с по -висока температура към тяло с по -ниска температура. Интензитетът на топлопредаване зависи от разликата в телесните температури (в нашия случай това е температурата на човешкото тяло и температурата на предметите и въздуха, обграждащи човека) и топлоизолационните свойства на облеклото.
За да се илюстрира това, може да се извърши прост експеримент.
Потопете термометър в чаша гореща вода и поставете самото стъкло в съд, първо с топла, а след това със студена вода. Наблюдавайте скоростта на намаляване на показанията на термометъра в първия и втория случай.
Понижаването на температурата в чаша, когато е в студена вода, ще се случи по -бързо от скоростта на пренос на топлина от гореща вода в чаша към топла вода в контейнер. Този експеримент илюстрира зависимостта на топлопредаването от температурните разлики.
Възможно е да се регулира топлообмена на човек с околната среда чрез температурата на околната среда и избора на облекло с различни топлоизолационни свойства.
Конвективен топлопренос (QK). Какво е? Въздухът в близост до топъл предмет се нагрява. Нагрятият въздух има по -ниска плътност и като по -лек се издига нагоре, а мястото му се заема от по -студения въздух на околната среда.
Явлението обмен на части въздух поради разликата в плътностите на топъл и студен въздух се нарича естествена конвекция.
Ако топъл обект се издуха със студен въздух, процесът на замяна на по -топлите слоеве въздух в обекта се ускорява. В този случай нагретият обект ще има по -студен въздух, температурната разлика между нагретия обект и околния въздух ще бъде по -голяма и, както вече разбрахме по -рано, интензивността на топлопредаване от обекта към околния въздух ще нараства. Това явление се нарича принудителна конвекция.
Например: илюстрирайки явлението принудителна конвекция, е, че при същата температура на въздуха при ветровито време човек възприема климатичните условия като по -студени, тъй като връщането на топлина от тялото му е по -интензивно.
По този начин е възможно да се регулира топлообменът между човек и околната среда чрез промяна на скоростта на движение на въздуха.
- - радиация (QIZ) към околните повърхности. Топлинната енергия, превръщаща се на повърхността на горещо тяло в лъчиста (електромагнитна вълна) - инфрачервена радиация, се прехвърля на друга - студена - повърхност, където отново се превръща в топлина. Колкото по -голяма е разликата в температурата между човек и околните предмети, толкова по -голям е излъчващият поток. Нещо повече, излъчващ поток може да дойде от човек, ако температурата на околните обекти е по -ниска от температурата на човек и обратно, ако околните обекти са по -нагряти.
- - изпаряване (QISP) на влага от повърхността на кожата. Ако човек се поти, по кожата му се появяват капчици вода, които се изпаряват и водата се превръща от течно състояние в пара. Този процес е придружен от разход на енергия (QISP) за изпаряване и в резултат на това охлаждане на тялото.
От какво зависи интензивността на изпарението и съответно количеството на пренос на топлина от организма към околната среда?
Първо, от температурата на околната среда - колкото по -висока е температурата, толкова по -висока е скоростта на изпаряване; второ, на влажността на въздуха - колкото по -висока е влажността, толкова по -ниска е скоростта на изпаряване. Всяка температура на въздуха се характеризира с максималното количество вода, което може да се изпари на единица обем въздух.
Един прост експеримент ще помогне да се илюстрира това явление. Налейте вода в малка бутилка, потопете термометъра в нея, увийте бутилката в мокър парцал и я поставете на слънце. Следете показанията на термометъра. Температурата на водата в бутилката ще започне да спада.
Ако бутилката не е увита в мокра кърпа, температурата ще се повиши. Това предполага, че топлинната енергия се изразходва за изпаряване на водата от парцала.
Тази проста техника може да се използва, ако искате да пиете охладена вода в горещо време. Изпарителното охлаждане също обяснява защо не е препоръчително да се поливат растения, особено чувствителни към температурата при горещо слънчево време. Поради интензивното изпаряване, вегетативните части на растенията могат да се охладят до неприемливи температури.
Обикновено влажността на въздуха се измерва чрез стойността на относителната влажност (?), Изразена като процент. Например относителна влажност? = 70% означава, че 70% от максимално възможното количество вода е в състояние на пара във въздуха. Относителна влажност от 100% означава, че въздухът е наситен с водни пари и изпарението не може да възникне в такава среда.
Скоростта на изпаряване се увеличава с увеличаване на скоростта на въздуха. Това се дължи на същите причини като увеличаването на топлопредаването по време на принудителна конвекция. Слоевете въздух, разположени близо до човешкото тяло и наситени с водни пари, се отстраняват поради движението на въздуха и се заменят с по -сухи порции въздух, докато интензивността на изпарението се увеличава.
Отопление на издишан въздух (QB). В процеса на дишане въздухът на околната среда, попадайки в белите дробове на човек, се нагрява и в същото време се насища с водни пари. По този начин топлината се отстранява от човешкото тяло с издишан въздух (QB).
По този начин топлообменът между човек и околната среда се осъществява поради топлопроводимост (QT), конвективен пренос на топлина (Qc), радиация (Q от), изпарение (QISP), нагряване на издишания въздух (QB), т.е.
Qtot = QT + QK + QIZ + QISP + QB - уравнение на топлинния баланс
Приносът на горните начини за пренос на топлина е променлив и зависи от параметрите на микроклимата в производственото помещение, както и от температурата на повърхностите, заобикалящи човек. Ако t от тези повърхности е по -ниско от t на човешкото тяло, то топлообменът чрез радиация преминава от човешкото тяло към студени повърхности. В противен случай топлообменът се извършва в обратна посока: от нагрети повърхности до човек. Преносът на топлина чрез конвекция зависи от t въздуха в помещението и скоростта на неговото движение на работното място, а отделянето на топлина чрез изпаряване зависи от относителната влажност и скоростта на движение на въздуха.
Установено е, че метаболизмът в човешкото тяло е оптимален и съответно ефективността му е висока, ако компонентите на процеса на пренос на топлина са приблизително в следните граници:
QK + QT? тридесет%; QIZ? 45%; QIS? 20%; QV? 5%.
Такъв баланс на компонентите за пренос на топлина характеризира липсата на напрежение в системата за терморегулация на човека.
Посоката на топлинните потоци QT, QK, Qот може да бъде от човек към въздуха и предмети около него и обратно, в зависимост от това кое е по -високо - температурата на тялото на човека или околния въздух и околните тела (фиг. 1 ).
Ориз. 1. Диаграма на посоката на топлинния поток: QB - издишване на топлинен въздух; QI - изпаряване; Qiz - радиация; QK - конвективен топлообмен; QT - топлопроводимост
Отделянето на топлина на човешкото тяло се определя преди всичко от големината на мускулното натоварване по време на човешката дейност, а преносът на топлина се определя от температурата на околния въздух и предмети, скоростта на движение и относителната влажност на въздуха.
Генерирането на топлина се определя от интензивността на метаболизма.
Регулирането на производството на топлина чрез увеличаване или намаляване на метаболизма се нарича химическа терморегулация. Топлината, генерирана от тялото, постоянно се отделя в околната среда. Ако връщането на топлина не се случи, тялото би умряло от прегряване.
Регулирането на преноса на топлина чрез промяна на физиологичните функции, които го извършват, се нарича физическа терморегулация.
Най -голямо количество топлина се генерира в органи с интензивен метаболизъм - в скелетните мускули, жлезите, черния дроб и бъбреците.
Мускулите представляват 65-75% от генерирането на топлина, а при интензивна работа дори 90%, останалата топлина се образува в жлезистите органи, главно в черния дроб.
С повишаване на температурата на околната среда генерирането на топлина намалява, с понижаване на температурата се увеличава. Следователно съществува обратно пропорционална връзка между температурата на околната среда и генерирането на топлина. Производството на топлина намалява през лятото и се увеличава през зимата. Но когато температурата на околната среда се повиши над 35 ° C, възниква нарушение на терморегулацията (зона на прегряване), метаболизмът и телесната температура се увеличават. Тази температура се нарича критична. По същия начин по време на охлаждане има критична температура на външната среда, под която производството на топлина започва да намалява.
При температура на околната среда 15-25 0 С, генерирането на топлина в покой в дрехите е на същото ниво и се балансира чрез пренос на топлина (зона на безразличие).
При нормални условия телесната температура е относително постоянна. Температурата в подмишницата се приема като средна телесна температура, температурата е 36,5-37 o C.
Когато е необходима допълнителна топлина за поддържане на постоянна телесна температура, тя може да бъде избрана по следните начини:
- - поради доброволната дейност на опорно -двигателния апарат;
- - поради неволна тонична или ритмична мускулна активност: треперене, причинено от студ (тоничната активност може да бъде открита чрез електромиография);
- - чрез ускоряване на метаболитните процеси, които не са свързани с мускулна контракция; тази форма на производство на топлина се нарича трепереща термогенеза (при деца).
При възрастен човек треперенето и увеличените движения, които той прави, за да се затопли, са най -важният механизъм на термогенезата.
Производството на топлина също се увеличава донякъде в случай на „настръхване“ - свиване на мускулите на космените фоликули.
Ходенето увеличава производството на топлина с почти 2 пъти, а бързото бягане - 4-5 пъти, телесната температура може да се повиши с няколко десети от градуса. При продължителна интензивна работа при температура на околната среда над 25 ° C, телесната температура се повишава с 1-1,5 ° C, което причинява промени и нарушаване на жизнените функции на организма. По време на мускулна работа при висока температура на външната среда, телесната температура се повишава повече от 39 0 С, може да настъпи топлинен удар.
Разсейване на топлината
Тялото в покой непрекъснато губи топлина:
- - топлинна радиация или пренос на топлина от кожата към околния въздух;
- - топлопроводимост или директен пренос на топлина към онези обекти, които влизат в контакт с кожата;
- - изпаряване на вода от повърхността на кожата и белите дробове.
При условия на покой 70-80% от топлината се отделя в околната среда от кожата чрез топлинна радиация и топлопроводимост, около 20% чрез изпаряване на вода от повърхността на кожата (изпотяване) и белите дробове. Топлообменът чрез загряване на издишания въздух, урина и изпражнения е незначителен и възлиза на 1,5 - 3% от общия топлообмен. При мускулна работа отделянето на топлина чрез изпаряване (изпотяване) рязко се увеличава, достигайки 90% от общото дневно производство на топлина.
Преносът на топлина чрез топлинна радиация и топлопроводимост зависи от температурната разлика между кожата и околната среда. Колкото по -висока е температурата на кожата, толкова по -голям е преносът на топлина по посочените начини. А температурата на кожата зависи от притока на кръв към нея. Когато температурата на околната среда се повиши, артериолите и капилярите на кожата се разширяват, кожата става червена, количеството на кръвта, преминаваща през нея, се увеличава, температурата на кожата се повишава, а преносът на топлина чрез топлинна радиация и топлопроводимост се увеличава.
Увеличаването на количеството кръв, преминаващо през кожата, се случва и поради смесването на отложената кръв от черния дроб, далака и от капилярите на самата кожа.
Количеството топлопренос при високи температури на околната среда е по -малко, отколкото при ниски. Когато температурата на кожата е равна на температурата на околната среда, преносът на топлина спира. С повишаването на температурата на околната среда кожата не само губи топлина, но и се нагрява. В този случай топлопредаването чрез топлинна радиация и топлопроводимост липсва и се запазва само пренос на топлина чрез изпаряване.
При студ артериолите и капилярите на кожата се стесняват, кожата става бледа, количеството кръв, преминаващо през нея, намалява, температурата на кожата намалява, температурната разлика между кожата и околната среда се изглажда и преносът на топлина намалява.
Човек намалява преноса на топлина чрез изкуствени покривала (бельо, дрехи). Колкото повече въздух има в тези капаци, толкова по -лесно е да се затопли.
Регулирането на преноса на топлина чрез изпаряване на вода играе важна роля, особено по време на мускулна работа и значително повишаване на температурата на околната среда. Когато 1 dm 3 (1 l) вода се изпари от повърхността на кожата и лигавиците, тялото губи 600 kcal. При средна температура на околната среда, един възрастен губи 400-520 kcal от кожата всеки ден чрез изпаряване.
Загубата на вода в кожата се дължи на проникването на вода от дълбоки тъкани към повърхността на кожата и главно поради функционирането на потните жлези.
Големите загуби на пот са придружени от загуби на големи количества минерални соли, само NaCl в потта е 0,3 - 0,6%. При загуба на 5-10 литра пот се губят 30-40 г готварска сол. Следователно, ако жаждата, породена от обилното изпотяване, се задоволява с вода, могат да възникнат тежки нарушения (конвулсии и т.н.). При обилно продължително изпотяване се препоръчва съответно да се пие минерална вода или вода, съдържаща 0,5-0,6% NaCl.
Изпарението на вода постоянно се случва от повърхността на белите дробове. Издишаният въздух е 95-98% наситен с водни пари и следователно, колкото по-сух е вдишаният въздух, толкова повече топлина се отделя чрез изпаряване от белите дробове. При нормални условия белите дробове изпаряват 300-400 мл (180-240 ккал) вода дневно. При високи температури дишането се ускорява, при студ се забавя. Когато температурата на въздуха достигне телесна температура, изпарението от повърхността на кожата и белите дробове се превръща в единствения начин за пренос на топлина. При тези условия повече от 100 ml пот на час се изпарява в покой, което ви позволява да давате около 60 kcal на час.
Изпарението на вода от повърхността на кожата и белите дробове зависи от относителната влажност на въздуха. Изпарението спира във въздух, наситен с водни пари, така че престоя във влажен горещ въздух, като например баня, е трудно поносим. Във влажен въздух, дори при относително ниска температура (при 30 ° C), човек се чувства зле. Коженото и гуменото облекло е непроницаемо за въздуха, няма изпарение, потта се натрупва под дрехите. При високи температури на въздуха и мускулна работа в такива дрехи телесната температура се повишава. Прегряването на човек в атмосфера, наситена с водни пари, е особено опасно, тъй като прави невъзможно да се отървете от излишната топлина и изпарението. При сух въздух човек сравнително лесно понася много по -висока температура, отколкото при влажен въздух.
За да се увеличи преносът на топлина чрез топлинна радиация, топлопроводимост и изпаряване, движението на въздуха е от голямо значение.
Увеличаването на скоростта на въздуха увеличава преноса на топлина. При течение и при вятър загубата на топлина рязко се увеличава. Но ако околният въздух е горещ и наситен с водни пари, тогава движението на въздуха не се охлажда.
И така, физическата терморегулация е осигурена:
- 1) сърдечно -съдовата система, която определя притока и изтичането на кръв в кръвоносните съдове на кожата и съответно количеството топлина, отделяна от кожата към околната среда;
- 2) дихателната система, т.е. промени в белодробната вентилация;
- 3) промени във функциите на потните жлези.
Регулирането на топлопредаването се извършва по два начина:
- 1) нервната система;
- 2) чрез хормони.
Адаптацията към неблагоприятните условия е от съществено значение.
Промените във функциите на сърдечно -съдовата система, дишането и потните жлези се рефлекторно регулират от: дразнене на външните сетивни органи и особено дразнене на кожните рецептори при промяна на температурата на външната среда и дразнене на нервните окончания на вътрешните органи с колебания в температура вътре в тялото. Физиологичните механизми на физическата терморегулация се осъществяват от мозъчните полукълба, диенцефалона, продълговатия мозък и гръбначния мозък.
Нарушаване на терморегулацията
Повишаването на телесната температура над нормалните нива с нарушение на терморегулацията се нарича треска. При треска метаболизмът се увеличава с 50 - 100% или повече. Разграждането на протеините е особено засилено. Продуктите от разграждането на протеините се натрупват в кръвта и се установява отрицателен азотен баланс. При треска окислението на протеини осигурява около 30% от производството на топлина. Също така, метаболизмът на въглехидратите и мазнините се увеличава, което води до изчерпване на организма. Натрупват се голям брой междинни метаболитни продукти. Нарушават се физиологичните процеси. Ускореното сърцебиене повишава кръвното налягане, дишането става по -често, психиката е нарушена (делириум, халюцинации), което е причинено от нарушение на нервната система. При температура 40 - 41 ° C започва делириум, при температура 43 ° C настъпва смърт, в единични случаи при температура 45 ° C.
Когато тялото се охлади, физиологичните процеси също се нарушават. При продължителен престой на студено, след усещане за студ и треперене се появява усещане за топлина, дължащо се на притока на кръв към кожата, след това апатия и дисфункция на мозъка. (При охлаждане, жизнена активност, тъй като метаболизмът в организма и нуждата от кислород в тъканите се намаляват).
При хората смъртта обикновено настъпва при температури под 32-33 0 С, а когато функциите на нервната система с лекарства се променят - под 24 0 С. В изолирани случаи хората успяват да спасят живота си, когато температурата спадне до 22,5 0 С.
Дългосрочно адаптиране към условията на околната среда.
Регулаторните механизми - термогенеза, вазомоторни реакции, изпотяване - се включват в рамките на секунди или минути след началото на температурния стрес. В допълнение към тях има и други механизми, които осигуряват дългосрочна адаптация към климатичните промени в околната среда.
Такива процеси се наричат физиологична адаптация или аклиматизация. Те се основават на модификации на органи и функционални системи, които се развиват само под въздействието на продължителни (в продължение на дни, седмици и месеци) постоянни или повтарящи се температурни напрежения.
Термична адаптация
Способността на хората да се адаптират към топлината е от решаващо значение за оцеляването в тропически и пустинни условия и за извършване на тежка работа при високи температури в производството.
Най -важната промяна е промяната в интензивността на изпотяване, която се удвоява до 1-2 l / h. В допълнение, изпотяването започва при по -ниска средна температура на кожата и сърцевината, което предпазва от прекомерна сърдечна честота и увеличен периферен приток на кръв, т.е.от топлинен удар.
Адаптацията е свързана и със значително намаляване на съдържанието на йони в потта (няма шок от загубата на йони), увеличаване на обема на плазмата и съдържанието на протеини в нея. В тропиците интензитетът на реакцията не е толкова висок, че да предизвика изпотяване. Температурният праг се измества към по -висока телесна температура, в резултат на което те се потят по -малко при ежедневен топлинен стрес.
Студена адаптация
Много животни се приспособяват към студа много лесно - поради израстването на козината, тяхната топлоизолация се подобрява. Малките животни развиват трепереща термогенеза и кафява мастна тъкан.
Човек има "поведенческа адаптация" - използването на дрехи и топли домове. Развива се и толерантна (студена) адаптация. Температурният праг на треперене и кривите на метаболитни терморегулаторни реакции се изместват към по -ниски температури, настъпва умерена хипотермия. (Местните жители на Австралия прекарват нощта почти голо при температури, близки до нулата, без да треперят. Тази способност е добре развита при корейски и японски ловци на перли, гмуркащи се на дълбочина от няколко часа на ден при температури на водата около 10 0 C.)