Výmena tepelnej energie medzi organizmom a jeho prostredím sa nazýva výmena tepla. Jedným z ukazovateľov prenosu tepla je telesná teplota, ktorá závisí od dvoch faktorov: tvorby tepla, teda intenzity metabolických procesov v organizme, a prenosu tepla do okolia.
Živočíchy, ktorých telesná teplota sa mení s teplotou prostredia, sa nazývajú poikilotermický, alebo chladnokrvný. Živočíchy so stálou telesnou teplotou sú tzv homeotermický(teplokrvný). stálosť teploty telo sa nazýva izoterný mia. ona zabezpečuje nezávislosťmetabolické procesy v tkanivách a orgánoch z teplotných výkyvovživotné prostredie.
Teplota ľudského tela.
Teplota jednotlivých častí ľudského tela je rôzna. Najnižšia teplota kože sa pozoruje na rukách a nohách, najvyššia - v podpazuší, kde sa zvyčajne určuje. U zdravého človeka teplota v tomto oblasť je 36-37 °C. Počas dňa dochádza k malým vzostupom a poklesom telesnej teploty v súlade s denným biorytmom:minimálna teplota je pozorovaná na 2- 4 hod noci, maximálne - o 16-19 hodinách.
T teplota svalnatý tkaniny v stav pokoja a práce môže kolísať do 7 ° C. Teplota vnútorných orgánov závisí na intenzite výmeny procesy. Najintenzívnejšie prebiehajú metabolické procesy v pečeni, ktorá je „najhorúcejším“ orgánom tela: teplota v tkanivách pečene je 38-38,5 ° S. Teplota v konečníku je 37-37,5 ° C. Môže však kolísať v rozmedzí 4-5 ° C, v závislosti od prítomnosti výkalov v ňom, prekrvenia jeho sliznice a iných dôvodov. U bežcov na dlhé (maratónske) trate môže na konci súťaže teplota v konečníku vystúpiť na 39-40°C.
Schopnosť udržiavať teplotu na konštantnej úrovni zabezpečujú vzájomne súvisiace procesy - tvorba tepla a uvoľňovanie tepla z tela do vonkajšieho prostredia. Ak sa tvorba tepla rovná tepelným stratám, potom teplota tela zostáva konštantná. Proces tvorby tepla v tele sa nazýva chemická termoregulácia, proces, ktorý odvádza teplo z tela, - fyzická termoregulácia.
Chemická termoregulácia. Výmena tepla v tele úzko súvisí s energiou. Pri oxidácii organickej hmoty sa uvoľňuje energia. Časť energie ide na syntézu ATP. Túto potenciálnu energiu môže organizmus využiť pri svojej ďalšej činnosti.Zdrojom tepla v tele sú všetky tkanivá. Krv, ktorá preteká tkanivami, sa zahrieva.
Zvýšenie teploty okolia spôsobuje reflexné zníženie metabolizmu, v dôsledku čoho sa v tele znižuje tvorba tepla. S poklesom okolitej teploty sa reflexne zvyšuje intenzita metabolických procesov a zvyšuje sa tvorba tepla. Vo väčšej miere k zvýšeniu tvorby tepla dochádza v dôsledku zvýšenia svalovej aktivity. Mimovoľné svalové kontrakcie (chvenie) sú hlavnou formou zvýšenej tvorby tepla. Zvýšenie tvorby tepla môže nastať vo svalovom tkanive a v dôsledku reflexného zvýšenia intenzity metabolických procesov - nekontraktilnej svalovej termogenézy.
Fyzická termoregulácia. Tento proces sa uskutočňuje v dôsledku prenosu tepla do vonkajšieho prostredia konvekciou (vedenie tepla), sálaním (sálanie tepla) a odparovaním vody.
Konvekcia - priamy prenos tepla na predmety alebo častice prostredia susediace s pokožkou. Prenos tepla je tým intenzívnejší, čím väčší je teplotný rozdiel medzi povrchom tela a okolitým vzduchom.
Prenos tepla sa zvyšuje s pohybom vzduchu, napríklad s vetrom. Intenzita prestupu tepla do značnej miery závisí od tepelnej vodivosti prostredia. Vo vode sa teplo uvoľňuje rýchlejšie ako vo vzduchu. Oblečenie znižuje alebo dokonca zastavuje vedenie tepla.
žiarenie - k uvoľňovaniu tepla z tela dochádza infračerveným žiarením z povrchu tela. Vďaka tomu telo stráca väčšinu tepla. Intenzita vedenia tepla a tepelného žiarenia je do značnej miery určená teplotou pokožky. Prenos tepla je regulovaný reflexnou zmenou lúmenu kožných ciev. So zvýšením okolitej teploty sa arterioly a kapiláry rozširujú, koža sa zahreje a začervená. Tým sa zvyšujú procesy vedenia tepla a tepelného žiarenia. Pri poklese teploty vzduchu sa arterioly a kapiláry kože zužujú. Koža zbledne, množstvo krvi pretekajúcej jej cievami sa zníži. To vedie k zníženiu jeho teploty, znižuje sa prenos tepla a telo zadržiava teplo.
Odparovanie vody z povrchu tela (2/3 vlhkosti), ako aj v procese dýchania (1/3 vlhkosti). Pri uvoľňovaní potu dochádza k odparovaniu vody z povrchu tela. Dokonca aj pri úplnej absencii viditeľného potenia sa cez pokožku vyparuje za deň do 0,5 l voda - neviditeľný pot. Odparenie 1 litra potu u osoby s hmotnosťou 75 kg môže znížiť telesnú teplotu o 10 °C.
Dospelý človek v stave relatívneho pokoja uvoľňuje do vonkajšieho prostredia 15 % tepla vedením tepla, asi 66 % sálaním tepla a 19 % odparovaním vody.
V priemere človek stráca za deň asi 0,8 l potu a s ním 500 kcal tepla.
Pri dýchaní aj človek prideľuje denne asi 0,5 litra vody.
Pri nízkej teplote okolia ( 15°C a menej) asi 90 % denného prenosu tepla sa uskutočňuje vedením tepla a sálaním tepla. Za týchto podmienok nedochádza k viditeľnému poteniu.
Pri teplote vzduchu 18 až 22 °C S prenosom tepla v dôsledku tepelnej vodivosti a tepelného žiarenia klesá, alestrata sa zvyšujetelesné teplo odparovanímvlhkosť z povrchu pokožky.Pri vysokej vlhkosti, kedy je odparovanie vody náročné, môže dôjsť k prehriatiu.telo a rozvíjať satepelný zasiahnuť.
Nízka priepustnosť pre vodnú paru oblečenie zabraňuje efektívnemu poteniu a môže spôsobiť prehriatie ľudského tela.
horúce krajiny, na dlhých cestách, horúce dielňach príde človek o veľké množstvo tekutiny s potom. Z toho vzniká pocit smäd, ktorý sa neuhasí prijímaním voda. Toto spojené s čo sa deje vtedy sa stráca veľké množstvo minerálnych solí. Ak sa do pitnej vody pridáva soľ, ten pocit smädu zmizne a blahobyt ľudí sa zlepší.
Centrá pre reguláciu prenosu tepla.
Termoregulácia sa vykonáva reflexne. Výkyvy okolitej teploty sú vnímané termoreceptory. Vo veľkom počte sa termoreceptory nachádzajú v koži, v sliznici ústnej dutiny a v horných dýchacích cestách. Termoreceptory sa našli vo vnútorných orgánoch, žilách a tiež v niektorých formáciách centrálneho nervového systému.
Kožné termoreceptory sú veľmi citlivé na kolísanie teploty okolia. Sú vzrušené, keď teplota média stúpne o 0,007 °C a zníži o 0,012 °C.
Nervové impulzy, ktoré vznikajú v termoreceptoroch, putujú pozdĺž aferentných nervových vlákien do miechy. Pozdĺž vodivých ciest sa dostanú do zrakových tuberkul a z nich idú do oblasti hypotalamu a do mozgovej kôry. V dôsledku toho dochádza k pocitom tepla alebo chladu.
V mieche existujú centrá niektorých termoregulačných reflexov. Hypotalamus je hlavným reflexným centrom termoregulácie. Predný hypotalamus riadi mechanizmy fyzickej termoregulácie, teda sú centrum prenosu tepla. Zadný hypotalamus riadi chemickú termoreguláciu a je centrum na výrobu tepla.
hrá dôležitú úlohu pri regulácii telesnej teploty mozgová kôra. Eferentnými nervami centra termoregulácie sú najmä sympatické vlákna.
Podieľa sa na regulácii prenosu tepla hormonálny mechanizmus najmä hormóny štítnej žľazy a nadobličiek. hormón štítnej žľazy - tyroxínu, zvyšuje metabolizmus v tele, zvyšuje tvorbu tepla. Vstup tyroxínu do krvi sa zvyšuje pri ochladzovaní tela. Hormón nadobličiek - adrenalín- podporuje oxidačné procesy, čím zvyšuje tvorbu tepla. Okrem toho pri pôsobení adrenalínu dochádza k vazokonstrikcii, najmä cievam kože, čím sa znižuje prenos tepla.
Prispôsobenie tela na nízku teplotu okolia. S poklesom okolitej teploty dochádza k reflexnej excitácii hypotalamu. Zvýšenie jeho aktivity stimuluje hypofýza , čo má za následok zvýšenú sekréciu tyreotropínu a kortikotropínu, ktoré zvyšujú činnosť štítnej žľazy a nadobličiek. Hormóny týchto žliaz stimulujú produkciu tepla.
Touto cestou, na chladení aktivujú sa ochranné mechanizmy tela, ktoré zvyšujú metabolizmus, tvorbu tepla a znižujú prenos tepla.
Vekové vlastnosti termoregulácie. U detí prvého roku života sa pozorujú nedokonalé mechanizmy. V dôsledku toho, keď teplota okolia klesne pod 15 ° C, dochádza k podchladeniu tela dieťaťa. V prvom roku života dochádza k poklesu prenosu tepla vedením tepla a sálaním tepla a k zvýšeniu tvorby tepla. Do 2 rokov však deti zostávajú termolabilné (telesná teplota stúpa po jedle, pri vysokých teplotách okolia). U detí od 3 do 10 rokov sa mechanizmy termoregulácie zlepšujú, no ich nestabilita naďalej pretrváva.
V predpubertálnom veku a počas puberty (puberty), kedy dochádza k zvýšenému rastu organizmu a reštrukturalizácii neurohumorálnej regulácie funkcií, sa zvyšuje nestabilita termoregulačných mechanizmov.
V starobe dochádza k poklesu tvorby tepla v tele v porovnaní s zrelým vekom.
Problém tvrdnutia tela. Vo všetkých obdobiach života je potrebné otužovať telo. Otužovaním sa rozumie zvýšenie odolnosti organizmu proti nepriaznivým vplyvom prostredia a v prvom rade proti ochladzovaniu. Otužovanie sa dosahuje využitím prírodných faktorov prírody – slnka, vzduchu a vody. Pôsobia na nervové zakončenia a cievy ľudskej pokožky, zvyšujú činnosť nervového systému a zlepšujú metabolické procesy. Pri neustálom vystavení prírodným faktorom si telo na ne zvykne. Otužovanie organizmu je účinné za týchto základných podmienok: a) systematické a neustále využívanie prírodných faktorov; b) postupné a systematické predlžovanie trvania a sily ich vplyvu (začiatok vytvrdzovania s použitím teplej vody, postupné znižovanie jej teploty a predlžovanie trvania vodných procedúr); c) otužovanie s využitím teplotne kontrastných podnetov (teplá - studená voda); d) individuálny prístup k otužovaniu.
Využívanie prirodzených otužovacích faktorov je potrebné kombinovať s telesnou výchovou a športom. Ranné cvičenie na čerstvom vzduchu alebo v miestnosti s otvoreným oknom s povinným vystavením významnej časti tela a následné vodné procedúry (sprcha, sprcha) dobre prispievajú k otužovaniu. Otužovanie je najdostupnejším prostriedkom na liečenie ľudí.
Keď sa zmenia parametre prostredia obklopujúceho človeka, v tomto prípade mikroklíma, zmení sa aj jeho tepelná pohoda. Ak nejaké podmienky narušia tepelnú rovnováhu tela, okamžite nastanú reakcie, ktoré ju obnovia.
Termoregulácia ľudského tela je proces regulácie uvoľňovania tepla, ktorý prispieva k udržaniu konštanty, ktorá sa blíži k 36,5 stupňom. Podmienky, ktoré rušia normálneho človeka, sa nazývajú nepríjemné. Podmienky, za ktorých je normálne, nedochádza k napätej situácii s výmenou tepla, sa nazývajú pohodlné. Sú tiež optimálne. Zóna, ktorá úplne odvádza teplo vytvárané telom, v ktorej nedochádza k napätiu v systéme termoregulácie, je zóna komfortu.
Existujú tri spôsoby, ako sa termoregulácia tela uskutočňuje:
- biochemickým spôsobom.
- Zmena intenzity krvného obehu.
- Intenzita potenia.
V prvej metóde, biochemickej, sa intenzita procesov vyskytujúcich sa v tele mení. Napríklad pri poklese okolitej teploty dochádza k chveniu svalov, čo zvyšuje uvoľňovanie tepla. Takáto termoregulácia ľudského tela sa nazýva chemická.
Pri druhej metóde telo nezávisle reguluje prietok krvi, ktorá sa v tomto prípade považuje za nosič tepla. Prenáša teplo z vnútorných orgánov na povrch tela. V tomto prípade dochádza k nevyhnutnému zúženiu alebo rozšíreniu krvných ciev. Pri vysokej teplote okolo - cievy sa rozširujú, prietok krvi z vnútorných orgánov sa zvyšuje, pri nízkej teplote dochádza k opačnému procesu. prietok krvi klesá, vychádza menej tepla.
S poklesom teploty vzduchu klesá prenos tepla, potenie, vlhkosť povrchu pokožky, preto v dôsledku zníženia vyparovania klesá aj prenos tepla z tela. Veľké straty vlhkosti môžu byť pre človeka nebezpečné.
V druhom a treťom prípade dochádza k fyzickej termoregulácii ľudského tela.
Mikroklíma výrazne ovplyvňuje stav človeka, jeho výkonnosť. Pohodlie životných a pracovných podmienok je ovplyvnené optimálnymi plynovými poveternostnými podmienkami. Parametre mikroklímy zabezpečujú výmenu tepla medzi telom a prostredím. Toto je ľudská termoregulácia.
V prírodných podmienkach tieto parametre výrazne kolíšu. Keď sa zmenia, už to nie je rovnaké ako predtým a blaho človeka. Napríklad tolerancia okolitého vzduchu závisí nielen od teploty, ale aj od vlhkosti, rýchlosti vzduchu. Je dokázané, že pri teplote okolia presahujúcej 25 stupňov výkon klesá. A čím viac, tým rýchlejšie sa telo prehrieva, pretože sa odparuje menej potu. Jeho vylučovanie vyčerpáva organizmus. Zároveň stráca veľa vitamínov, stopových prvkov, minerálov.
Pri dlhšom vystavení vysokej teplote v kombinácii s vysokou vlhkosťou môže telesná teplota stúpnuť až na 39 stupňov. Tento stav sa nazýva hypertermia. Môže to byť život ohrozujúce.
Nebezpečné sú aj nižšie teploty vzduchu. Nie sú o nič menej nebezpečné ako vysoké. Dochádza k ochladzovaniu a podchladeniu, ktoré sa nazýva hypotermia. A v dôsledku toho zranenia prechladnutím.
Termoregulácia ľudského tela prebieha všetkými spôsobmi naraz. Niektoré z nich sa však pravidelne zúčastňujú menej a niektoré oveľa viac.
Obsah predmetu "Regulácia metabolizmu a energie. Racionálna výživa. Základný metabolizmus. Telesná teplota a jej regulácia.":1. Energetické náklady organizmu v podmienkach fyzickej aktivity. Koeficient fyzickej aktivity. Pracovný nárast.
2. Regulácia metabolizmu a energie. Centrum regulácie metabolizmu. Modulátory.
3. Koncentrácia glukózy v krvi. Schéma regulácie koncentrácie glukózy. Hypoglykémia. Hypoglykemická kóma. Hlad.
4. Výživa. Norma výživy. Pomer bielkovín, tukov a sacharidov. energetická hodnota. Obsah kalórií.
5. Diéta tehotných a dojčiacich žien. Dávka detskej výživy. Rozdelenie dennej kŕmnej dávky. Potravinová vláknina.
6. Racionálna výživa ako faktor udržiavania a upevňovania zdravia. Zdravý životný štýl. Režim stravovania.
7. Telesná teplota a jej regulácia. Homeothermic. Poikilotermický. izoterma. Heterotermické organizmy.
8. Normálna telesná teplota. homeotermálne jadro. Poikilotermická škrupina. komfortná teplota. Teplota ľudského tela.
9. Výroba tepla. primárne teplo. endogénna termoregulácia. sekundárne teplo. kontraktilná termogenéza. netrasúca sa termogenéza.
Existujú nasledujúce spôsoby prenosu tepla telom k životnému prostrediu: žiarenia, vedenie tepla, konvekcia a odparovanie.
Žiarenie- ide o spôsob prenosu tepla do okolia povrchom ľudského tela vo forme elektromagnetických vĺn infračerveného rozsahu (a = 5-20 mikrónov). Množstvo tepla, ktoré telo vyžaruje do okolia, je úmerné ploche vyžarovaného žiarenia a rozdielu medzi priemernými teplotami pokožky a prostredia. Radiačná plocha je celková plocha tých častí tela, ktoré sú v kontakte so vzduchom. Pri teplote okolia 20°C a relatívnej vlhkosti 40-60% telo dospelého človeka odvádza žiarením asi 40-50% všetkého vydaného tepla. Prenos tepla sálaním sa zvyšuje s poklesom teploty okolia a klesá s jej nárastom. V podmienkach konštantnej okolitej teploty sa žiarenie z povrchu tela zvyšuje so zvyšovaním teploty kože a klesá s jej poklesom. Ak sa priemerné teploty povrchu kože a prostredia vyrovnajú (teplotný rozdiel sa rovná nule), prenos tepla sálaním sa stáva nemožným. Prestup tepla telesa sálaním je možné znížiť zmenšením plochy vyžarovania („skladaním tela do gule“). Ak okolitá teplota prekročí priemernú teplotu pokožky, ľudské telo sa absorbovaním infračervených lúčov vyžarovaných okolitými predmetmi zahrieva.
Ryža. 13.4. Druhy prenosu tepla. Spôsoby prenosu tepla telom do vonkajšieho prostredia možno podmienečne rozdeliť na „mokrý“ prenos tepla spojený s odparovaním potu a vlhkosti z pokožky a slizníc a „suchý“ prenos tepla, ktorý nie je spojený s tekutinou. stratu.Vedenie tepla- spôsob prenosu tepla, ktorý prebieha pri kontakte, kontakte ľudského tela s inými fyzickými telami. Množstvo tepla, ktoré telo týmto spôsobom odovzdá do okolia, je úmerné rozdielu priemerných teplôt kontaktujúcich telies, ploche kontaktných plôch, dobe tepelného kontaktu a tepelnej vodivosti kontaktných telies. telo. Suchý vzduch, tukové tkanivo sa vyznačujú nízkou tepelnou vodivosťou a sú tepelnými izolantmi. Používanie odevov vyrobených z látok obsahujúcich veľké množstvo malých, nepohyblivých „bublín“ vzduchu medzi vláknami (napríklad vlnené látky) umožňuje ľudskému telu znížiť odvod tepla vedením. Vlhký vzduch nasýtený vodnou parou, voda sa vyznačuje vysokou tepelnou vodivosťou. Preto je pobyt človeka v prostredí s vysokou vlhkosťou pri nízkej teplote sprevádzaný nárastom tepelných strát tela. Mokré oblečenie tiež stráca svoje izolačné vlastnosti.
Konvekcia- spôsob prenosu tepla telesa, uskutočňovaný odovzdávaním tepla pohybom častíc vzduchu (vody). Odvod tepla konvekciou si vyžaduje prúdenie vzduchu okolo povrchu tela s teplotou nižšou ako je teplota pokožky. Zároveň sa vrstva vzduchu v kontakte s pokožkou ohrieva, znižuje jej hustotu, stúpa a je nahradená chladnejším a hustejším vzduchom. V podmienkach, keď je teplota vzduchu 20°C a relatívna vlhkosť 40-60%, telo dospelého človeka odvádza do okolia asi 25-30% tepla vedením tepla a konvekciou (základná konvekcia). So zvyšovaním rýchlosti pohybu prúdov vzduchu (vietor, vetranie) sa výrazne zvyšuje aj intenzita prenosu tepla (nútená konvekcia).
Uvoľňovanie tepla z tela cez vedenie tepla, konvekcia a izlu cheniya, volal spolu „suchý“ odvod tepla, sa stáva neúčinným, keď sa priemerné teploty povrchu tela a prostredia vyrovnajú.
Prenos tepla vyparovaním- ide o spôsob odvádzania tepla telom do okolia z dôvodu jeho nákladov na odparovanie potu alebo vlhkosti z povrchu pokožky a vlhkosti zo slizníc dýchacích ciest ("mokrý" prenos tepla). Pot je u človeka neustále vylučovaný potnými žľazami kože („postrehnuteľný“, resp. žľazový, úbytok vody), zvlhčujú sa sliznice dýchacích ciest („nepostrehnuteľné“ straty vody) (obr. 13.4). Zároveň „citeľná“ strata vody telom má výraznejší vplyv na celkové množstvo tepla odovzdaného vyparovaním ako „nepostrehnuteľná“.
Pri teplote okolia asi 20 °C je odparovanie vlhkosti asi 36 g / h. Keďže na odparenie 1 g vody u človeka sa spotrebuje 0,58 kcal tepelnej energie, je ľahké vypočítať, že odparovaním Telo dospelého človeka za týchto podmienok odovzdá do okolia asi 20% z celkového rozptýleného tepla Zvýšenie vonkajšej teploty, fyzická práca, dlhodobý pobyt v tepelne izolačnom oblečení zvyšuje potenie a môže sa zvýšiť až na 500-2000 g / h. Ak vonkajšia teplota presiahne priemernú teplotu kože, tak telo nemôže do vonkajšieho prostredia odovzdávať tepelné žiarenie, konvekciu a vedenie tepla.Telo v týchto podmienkach začne pohlcovať teplo zvonku, a jediný spôsob, ako ho odviesť teplom je zvýšiť odparovanie vlhkosti z povrchu tela.Takéto vyparovanie je možné, pokiaľ vlhkosť okolitého vzduchu zostáva nižšia ako 100% vysoká vlhkosť a nízka rýchlosť vzduchu, keď Pot, ktorý sa nestihne odpariť, splynúť a odtiecť z povrchu tela, sa prenos tepla vyparovaním stáva menej efektívnym.
Človek je neustále v stave výmeny tepla s okolím.
Najlepšia tepelná pohoda človeka bude vtedy, keď sa uvoľnenie tepla (QТB) ľudského tela úplne odovzdá životnému prostrediu (QTO), t.j. existuje tepelná bilancia
Prebytok uvoľňovania telesného tepla nad prenosom tepla do okolia (QTB > QTO) vedie k zvýšeniu teploty vnútorných orgánov, prehriatiu tela a zvýšeniu jeho teploty – človek sa rozpáli. Naopak, prebytok prenosu tepla nad uvoľňovaním tepla (Q.TV< QТО) приводит к охлаждению организма и к снижению его температуры - человеку становится холодно.
Priemerná teplota tela človeka je 36,6 0 C. Už nepatrné odchýlky od tejto teploty v jednom alebo druhom smere vedú k zhoršeniu blahobytu človeka.
Uvoľňovanie tepla (QTB) organizmu je determinované predovšetkým náročnosťou a intenzitou práce, ktorú človek vykonáva, predovšetkým veľkosťou svalovej záťaže.
K prenosu tepla z ľudského tela do prostredia dochádza v dôsledku:
Tepelná vodivosť (QT) cez oblečenie. Teplo sa môže prenášať iba z telesa s vyššou teplotou na teleso s nižšou teplotou. Intenzita prestupu tepla závisí od teplotného rozdielu tiel (v našom prípade ide o teplotu ľudského tela a teploty predmetov a vzduchu obklopujúceho človeka) a od tepelno-izolačných vlastností oblečenia.
Aby ste to ilustrovali, môžete vykonať jednoduchý experiment.
Ponorte teplomer do pohára s horúcou vodou a samotný pohár vložte do nádoby najprv s teplou a potom studenou vodou. Sledujte rýchlosť poklesu hodnôt teplomera v prvom a druhom prípade.
Pokles teploty v pohári, keď je v studenej vode, nastane rýchlejšie ako intenzita prestupu tepla z horúcej vody v pohári do teplej vody v nádobe. Tento experiment ilustruje závislosť prenosu tepla od teplotného rozdielu.
Tepelnú výmenu človeka s okolím je možné regulovať teplotou okolia a výberom oblečenia s rôznymi tepelno-izolačnými vlastnosťami.
Konvekčný prenos tepla (QK). Čo to je? Vzduch v blízkosti teplého predmetu sa zahrieva. Ohriaty vzduch má menšiu hustotu a tým, že je ľahší, stúpa nahor a jeho miesto zaujme chladnejší vzduch prostredia.
Fenomén výmeny častí vzduchu v dôsledku rozdielu v hustotách teplého a studeného vzduchu sa nazýva prirodzená konvekcia.
Ak je teplý objekt fúkaný studeným vzduchom, tak sa urýchli proces nahrádzania teplejších vrstiev vzduchu v objekte chladnejšími. V tomto prípade bude mať vyhrievaný objekt chladnejší vzduch, rozdiel teplôt medzi vyhrievaným objektom a okolitým vzduchom bude väčší a ako sme už skôr zistili, intenzita prestupu tepla z objektu do okolitého vzduchu bude zvýšiť. Tento jav sa nazýva nútená konvekcia.
Napríklad: ilustruje fenomén nútenej konvekcie, že pri rovnakej teplote vzduchu vo veternom počasí človek vníma klimatické podmienky ako chladnejšie, pretože. prenos tepla z jeho tela je intenzívnejší.
Výmenu tepla medzi človekom a prostredím teda možno regulovať zmenou rýchlosti pohybu vzduchu.
- - žiarenie (QIR) na okolité povrchy. Tepelná energia, meniaca sa na povrchu horúceho telesa na sálavé (elektromagnetické vlnenie) - infračervené žiarenie, sa prenáša na iný - studený - povrch, kde sa opäť mení na teplo. Žiarivý tok je tým väčší, čím väčší je rozdiel teplôt medzi človekom a okolitými predmetmi. Navyše, sálavý tok môže pochádzať od osoby, ak je teplota okolitých predmetov nižšia ako teplota osoby a naopak, ak sú okolité predmety viac zahrievané.
- - odparovanie (QISP) vlhkosti z povrchu pokožky. Ak sa človek potí, na koži sa mu objavia kvapôčky vody, ktoré sa vyparujú a voda z tekutého stavu sa mení na paru. Tento proces je sprevádzaný spotrebou energie (QICP) na odparovanie a v dôsledku toho ochladzovanie tela.
Čo určuje intenzitu vyparovania a následne aj množstvo odovzdávania tepla z tela do okolia?
Po prvé, pri teplote okolia - čím vyššia je teplota, tým vyššia je rýchlosť odparovania; po druhé, z vlhkosti vzduchu - čím vyššia vlhkosť, tým nižšia je intenzita vyparovania. Každá teplota vzduchu je charakterizovaná maximálnym množstvom vody, ktoré môže byť v jednotke objemu vzduchu v parnom stave.
Jednoduchý experiment pomôže ilustrovať tento jav. Nalejte vodu do malej fľaštičky, ponorte do nej teplomer, fľašu zabaľte do vlhkej handričky a postavte na slnko. Postupujte podľa údajov teplomera. Teplota vody vo fľaši začne klesať.
Ak fľaša nie je zabalená do mokrej handričky, teplota stúpne. To naznačuje, že tepelná energia sa vynakladá na odparovanie vody z handry.
Táto jednoduchá technika môže byť použitá, ak chcete piť chladenú vodu v horúcom počasí. Ochladzovanie odparovaním tiež vysvetľuje skutočnosť, že v horúcom slnečnom počasí sa neodporúča zalievať rastliny, ktoré sú obzvlášť citlivé na teplotu. V dôsledku intenzívneho vyparovania sa môžu vegetatívne časti rastlín ochladiť na neprijateľné teploty.
Typicky sa vlhkosť vzduchu meria ako relatívna vlhkosť (?), vyjadrená v percentách. Ako relatívna vlhkosť? = 70 % znamená, že 70 % maximálneho možného množstva je v stave vodnej pary vo vzduchu. Relatívna vlhkosť 100% znamená, že vzduch je nasýtený vodnou parou a v takomto prostredí nemôže dochádzať k vyparovaniu.
Rýchlosť vyparovania sa zvyšuje so zvyšujúcou sa rýchlosťou vzduchu. Je to z rovnakých dôvodov ako zvýšenie prestupu tepla pri nútenej konvekcii. Vrstvy vzduchu, ktoré sa nachádzajú v blízkosti ľudského tela a sú nasýtené vodnou parou, sa pohybom vzduchu odstraňujú a nahrádzajú sa suchšími časťami vzduchu, pričom sa intenzita vyparovania zvyšuje.
Ohrev vydychovaného vzduchu (QB). V procese dýchania sa vzduch prostredia, ktorý sa dostáva do pľúc človeka, zahrieva a zároveň je nasýtený vodnou parou. Teplo sa teda z ľudského tela odvádza vydychovaným vzduchom (QB).
Výmena tepla medzi človekom a prostredím sa teda uskutočňuje v dôsledku tepelnej vodivosti (QT), konvekčného prenosu tepla (Qc), žiarenia (Qiz), vyparovania (QICP), ohrevu vydychovaného vzduchu (QB), t.j.
Qtotal \u003d QT + QK + QIZ + QISP + QB - rovnica tepelnej bilancie
Príspevok vyššie uvedených ciest prenosu tepla nie je konštantný a závisí od parametrov mikroklímy vo výrobnej miestnosti, ako aj od teploty povrchov obklopujúcich človeka. Ak je t týchto povrchov nižšie ako t ľudského tela, potom prenos tepla sálaním ide z ľudského tela na studené povrchy. V opačnom prípade sa prenos tepla uskutočňuje v opačnom smere: z vyhrievaných povrchov na osobu. Prenos tepla konvekciou závisí od teploty vzduchu v miestnosti a jeho rýchlosti na pracovisku a prenos tepla vyparovaním závisí od relatívnej vlhkosti a rýchlosti vzduchu.
Zistilo sa, že metabolizmus v ľudskom tele je optimálny, a teda jeho výkon je vysoký, ak sú zložky procesu prenosu tepla približne v nasledujúcich medziach:
QK + QT? tridsať %; QIZ? 45 %; QIS > 20 %; QB > 5 %.
Takáto rovnováha zložiek prenosu tepla charakterizuje absenciu napätia v ľudskom termoregulačnom systéme.
Smer tepelných tokov QT, QK, Qiz môže byť od človeka do vzduchu a predmetov obklopujúcich človeka a naopak, v závislosti od toho, čo je vyššie – od teploty ľudského tela alebo okolitého vzduchu a tiel, ktoré ho obklopujú (obr. 1.).
Ryža. jeden. Schéma smeru tepelných tokov: QB - výdych tepelného vzduchu; QI - odparovanie; Qiz - žiarenie; QK - konvekčný prenos tepla; QT - tepelná vodivosť
Výdaj tepla ľudského tela je určený predovšetkým veľkosťou svalovej záťaže pri ľudskej činnosti a prenos tepla je daný teplotou okolitého vzduchu a predmetov, rýchlosťou pohybu a relatívnou vlhkosťou vzduchu.
Tvorba tepla je určená intenzitou metabolizmu.
Regulácia tvorby tepla zvýšením alebo znížením metabolizmu sa nazýva chemická termoregulácia. Teplo produkované telom sa neustále uvoľňuje do okolia. Ak by k prenosu tepla nedošlo, telo by zomrelo na prehriatie.
Regulácia prenosu tepla zmenou fyziologických funkcií, ktoré ho vykonávajú, sa nazýva fyzikálna termoregulácia.
Najväčšie množstvo tepla vzniká v orgánoch s intenzívnym metabolizmom – v kostrovom svalstve, v žľazách, v pečeni a obličkách.
Svaly tvoria 65-75% tvorby tepla a pri intenzívnej práci aj 90%, zvyšok tepla vzniká v žľazových orgánoch, hlavne v pečeni.
So zvyšovaním teploty okolia sa tvorba tepla znižuje, s poklesom teploty stúpa. V dôsledku toho existuje nepriamo úmerný vzťah medzi teplotou vonkajšieho prostredia a tvorbou tepla. V lete tvorba tepla klesá, v zime stúpa. Ale so zvýšením teploty prostredia nad 35 ° C dochádza k narušeniu termoregulácie (zóna prehriatia), metabolizmu a telesnej teploty sa zvyšujú. Táto teplota sa nazýva kritická. Rovnako tak pri ochladzovaní nastáva kritická teplota vonkajšieho prostredia, pod ktorou začína klesať produkcia tepla.
Pri teplote okolia 15-25 0 C je tvorba tepla v pokoji v odeve na rovnakej úrovni a je vyvážená prestupom tepla (zóna ľahostajnosti).
Za normálnych podmienok je telesná teplota relatívne konštantná. Teplota v podpazuší sa berie ako priemerná telesná teplota, teplota je 36,5-37 o C.
Keď je potrebné dodatočné teplo na udržanie konštantnej telesnej teploty, možno ho zvoliť nasledujúcimi spôsobmi:
- - v dôsledku dobrovoľnej činnosti pohybového aparátu;
- - v dôsledku mimovoľnej tonickej alebo rytmickej svalovej aktivity: triaška spôsobená chladom (tonickú aktivitu možno zistiť elektromyografiou);
- - v dôsledku zrýchlenia metabolických procesov, ktoré nie sú spojené so svalovou kontrakciou; táto forma produkcie tepla sa nazýva neochvejná termogenéza (u detí).
U dospelého človeka je triaška a zvýšené pohyby, ktoré robí, aby sa udržal v teple, najdôležitejším mechanizmom termogenézy.
Produkcia tepla sa tiež trochu zvyšuje pri „husej koži“ - kontrakcii svalov vlasových folikulov.
Chôdza zvyšuje produkciu tepla takmer 2-krát a rýchly beh - 4-5-krát, telesná teplota môže stúpnuť o niekoľko desatín stupňa. Pri dlhšej intenzívnej práci pri teplote okolia nad 25 0 C sa telesná teplota zvýši o 1-1,5 0 C, čo spôsobuje zmeny a narušenie životných funkcií organizmu. Pri svalovej práci pri vysokej teplote vonkajšieho prostredia stúpne telesná teplota o viac ako 39 0 C, môže dôjsť k úpalu.
Odvod tepla
Telo v pokoji neustále stráca teplo:
- - tepelné žiarenie alebo prenos tepla z pokožky do okolitého vzduchu;
- - vedenie tepla alebo priamy prenos tepla na tie predmety, ktoré prichádzajú do kontaktu s pokožkou;
- - odparovanie vody z povrchu kože a pľúc.
V pokoji 70 – 80 % tepla odovzdá do okolia pokožka sálaním tepla a vedením tepla, asi 20 % odparovaním vody z povrchu kože (potením) a pľúc. Prenos tepla ohrevom vydychovaného vzduchu, moču a stolice je zanedbateľný a predstavuje 1,5 – 3 % z celkového prestupu tepla. Pri svalovej práci sa prudko zvyšuje prenos tepla vyparovaním (potením), ktorý dosahuje až 90 % z celkového denného vývinu tepla.
Prenos tepla sálaním a vedením tepla závisí od rozdielu teplôt medzi pokožkou a prostredím. Čím vyššia je teplota pokožky, tým väčší je prenos tepla týmito spôsobmi. A teplota pokožky závisí od prietoku krvi k nej. Pri zvýšení teploty okolia sa arterioly a vlásočnice kože rozširujú, koža sčervenie, zvyšuje sa množstvo krvi, ktorá ňou preteká, zvyšuje sa teplota kože, zvyšuje sa prenos tepla sálaním a vedením tepla.
K zvýšeniu množstva krvi pretekajúcej cez kožu dochádza aj prímesou usadenej krvi z pečene, sleziny a z kapilár samotnej kože.
Množstvo prestupu tepla pri vysokých teplotách okolia je menšie ako pri nízkych. Keď sa teplota pokožky porovná s teplotou okolia, prenos tepla sa zastaví. Pri ďalšom zvyšovaní teploty okolia pokožka nielen stráca teplo, ale sama sa zahrieva. V tomto prípade nedochádza k prenosu tepla sálaním a vedením tepla a je zachovaný iba prenos tepla vyparovaním.
V chlade sa arterioly a vlásočnice kože zužujú, koža bledne, znižuje sa množstvo krvi, ktorá ňou preteká, teplota kože, vyrovnáva sa teplotný rozdiel medzi pokožkou a okolím, klesá prestup tepla.
Osoba znižuje prenos tepla umelými krytmi (spodná bielizeň, oblečenie). Čím viac vzduchu je v týchto krytoch, tým ľahšie je udržať teplo.
Dôležitú úlohu zohráva regulácia prenosu tepla odparovaním vody najmä pri svalovej práci a výraznom zvýšení teploty prostredia. Keď sa 1 dm 3 (1 l) vody odparí z povrchu pokožky a slizníc, telo stratí 600 kcal. Pri priemernej teplote okolia stráca dospelý človek vyparovaním z pokožky 400 – 520 kcal denne.
K strate vody z pokožky dochádza v dôsledku prenikania vody z hlbokých tkanív na povrch kože a hlavne v dôsledku fungovania potných žliaz.
Veľké straty potom sú sprevádzané stratou veľkého množstva minerálnych solí, len NaCl v pote je 0,3 - 0,6%. Pri strate 5-10 litrov potu sa stratí 30-40 g soli. Ak sa teda smäd vznikajúci z výdatného potenia uspokojí vodou, môžu nastať ťažké poruchy (kŕče atď.). Pri nadmernom dlhotrvajúcom potení sa odporúča piť minerálnu vodu alebo vodu s obsahom 0,5-0,6% NaCl, resp.
Z povrchu pľúc neustále dochádza k odparovaniu vody. Vydychovaný vzduch je z 95-98% nasýtený vodnou parou, a preto čím je vzduch vdychovaný suchší, tým viac tepla sa uvoľňuje odparovaním z pľúc. Za normálnych podmienok vyparia pľúca 300-400 ml (180-240 kcal) vody denne. Pri vysokých teplotách sa dýchanie zrýchľuje, v chlade spomaľuje. Keď teplota vzduchu dosiahne telesnú teplotu, jediným spôsobom prenosu tepla sa stáva odparovanie z povrchu kože a pľúc. Za týchto podmienok sa v pokoji vyparí viac ako 100 ml potu za hodinu, čo umožňuje vydať asi 60 kcal za hodinu.
Odparovanie vody z povrchu kože a pľúc závisí od relatívnej vlhkosti vzduchu. Vyparovanie sa zastaví vo vzduchu nasýtenom vodnou parou, takže pobyt vo vlhkom horúcom vzduchu, akým je napríklad kúpeľ, ťažko znáša. Vo vlhkom vzduchu sa už aj pri relatívne nízkej teplote (pri 30 0 C) človek cíti zle. Kožené a gumené oblečenie je nepriepustné pre vzduch, nedochádza k odparovaniu, pod oblečením sa hromadí pot. Pri vysokej teplote vzduchu a svalovej práci v takomto oblečení stúpa telesná teplota. Prehriatie osoby v atmosfére nasýtenej vodnou parou je obzvlášť nebezpečné, pretože znemožňuje zbaviť sa prebytočného tepla a odparovania. V suchom vzduchu človek pomerne ľahko znáša výrazne vyššie teploty ako vo vlhkom vzduchu.
Pre zvýšenie prenosu tepla sálaním, vedením tepla a vyparovaním má veľký význam pohyb vzduchu.
Zvýšenie rýchlosti pohybu vzduchu zvyšuje prenos tepla. V prievane a vetre sa tepelné straty dramaticky zvyšujú. Ale ak má okolitý vzduch vysokú teplotu a je nasýtený vodnou parou, pohyb vzduchu sa neochladzuje.
A tak je zabezpečená fyzická termoregulácia:
- 1) kardiovaskulárny systém, ktorý určuje prítok a odtok krvi v krvných cievach kože a následne množstvo tepla, ktoré pokožka odovzdáva do okolia;
- 2) dýchací systém, t.j. zmeny vo ventilácii pľúc;
- 3) zmena funkcií potných žliaz.
Prenos tepla je regulovaný dvoma spôsobmi:
- 1) nervový systém;
- 2) prostredníctvom hormónov.
Prispôsobenie sa nepriaznivým podmienkam je nevyhnutné.
Zmeny vo funkcii srdcovo-cievneho systému, dýchania a potných žliaz sú regulované reflexne: podráždením vonkajších zmyslových orgánov a najmä podráždením kožných receptorov pri zmene vonkajšej teploty a podráždením nervových zakončení vnútorných orgánov pri výkyvoch teploty vo vnútri. telo. Fyziologické mechanizmy fyzickej termoregulácie vykonávajú mozgové hemisféry, diencephalon, medulla oblongata a miecha.
Porušenie termoregulácie
Zvýšenie telesnej teploty nad normálnu úroveň v rozpore s termoreguláciou sa nazýva horúčka. Pri horúčke sa metabolizmus zvyšuje o 50 - 100% alebo viac. Zvyšuje sa najmä rozklad bielkovín. V krvi sa hromadia produkty rozpadu bielkovín, vzniká negatívna dusíková bilancia. Pri horúčke oxidácia bielkovín dáva asi 30% tepla. Zvyšuje tiež metabolizmus sacharidov a tukov, čo vedie k vyčerpaniu organizmu. Akumuluje sa veľké množstvo produktov intermediárneho metabolizmu. Fyziologické procesy sú narušené. Rýchly tep srdca zvyšuje krvný tlak, zrýchľuje sa dýchanie, je narušená psychika (bludy, halucinácie), čo je spôsobené poruchou nervového systému. Pri teplote 40 - 41 0 C začína delírium, pri teplote 43 0 C nastáva smrť, ojedinele pri teplote 45 0 C.
Pri ochladzovaní tela sú narušené aj fyziologické procesy. Pri dlhšom pôsobení chladu, po pocite chladu a chvenia sa dostaví pocit tepla, v dôsledku prekrvenia pokožky, potom apatia a zhoršená funkcia mozgu. (Pri ochladzovaní životná aktivita, keďže metabolizmus v tele a potreba kyslíka v tkanivách klesá).
Smrť u človeka nastáva spravidla pri teplote pod 32-33 0 C a pri zmene funkcií nervovej sústavy liekmi je to pod 24 0 C. V ojedinelých prípadoch sa ľuďom podarilo zachrániť si život keď teplota klesne na 22,5 0 C.
Dlhodobé prispôsobenie sa podmienkam prostredia.
Regulačné mechanizmy – termogenéza, vazomotorické reakcie, potenie – sa aktivujú v priebehu niekoľkých sekúnd alebo minút po nástupe tepelného stresu. Okrem nich existujú aj ďalšie mechanizmy, ktoré zabezpečujú dlhodobé prispôsobenie sa klimatickým zmenám v prostredí.
Takéto procesy sa nazývajú fyziologická adaptácia alebo aklimatizácia. Sú založené na modifikáciách orgánov a funkčných systémov, ktoré sa vyvíjajú iba pod vplyvom dlhotrvajúcich (počas dní, týždňov a mesiacov) trvalých alebo opakujúcich sa teplotných stresov.
Tepelná adaptácia
Schopnosť ľudí prispôsobiť sa teplu je rozhodujúca pre prežitie v trópoch a púšti, ako aj pre ťažkú prácu pri vysokých teplotách na pracovisku.
Najdôležitejším posunom je zmena intenzity potenia, ktorá sa zdvojnásobuje a dosahuje 1-2 l/h. Okrem toho sa potenie začína pri nižšej priemernej teplote kože a jadra, čo slúži ako ochrana pred nadmernou srdcovou frekvenciou a zvýšeným periférnym prietokom krvi, teda pred úpalom.
S adaptáciou súvisí aj výrazný pokles obsahu iónov v pote (nedochádza k šoku zo straty iónov), zväčšenie objemu plazmy a obsahu bielkovín v nej. V trópoch nie je intenzita reakcie taká vysoká, aby spôsobovala potenie. Teplotný prah je posunutý smerom k vyššej telesnej teplote, v dôsledku toho sa pri každodennom tepelnom strese menej potia.
Adaptácia na chlad
Mnohé zvieratá sa chladu prispôsobujú veľmi jednoducho – vďaka rastu srsti sa zvyšuje ich tepelná izolácia. U malých zvierat sa vyvíja termogenéza bez triašky a hnedé tukové tkanivo.
Osoba má „prispôsobenie správania“ - používanie oblečenia a teplých príbytkov. Rozvíja sa aj tolerantná (chladná) adaptácia. Teplotný prah triašky a krivky metabolických termoregulačných reakcií sú posunuté smerom k nižším teplotám, dochádza k miernemu podchladeniu. (Austrálski domorodci trávia noc takmer nahí pri teplotách blízkych nule bez toho, aby zažívali triašku. Podobná schopnosť je dobre vyvinutá u kórejských a japonských potápačov perál, ktorí sa potápajú do hĺbok niekoľko hodín denne pri teplote vody okolo 10 0 C.)