Izmenjava toplotne energije med telesom in okoljem se imenuje izmenjava toplote... Eden od kazalnikov prenosa toplote je telesna temperatura, ki je odvisna od dveh dejavnikov: tvorbe toplote, torej od intenzivnosti presnovnih procesov v telesu, in prenosa toplote v okolje.
Živali, katerih telesna temperatura se spreminja glede na temperaturo zunanjega okolja, imenujemo poikilotermično ali hladnokrvno. Živali s konstantno telesno temperaturo imenujemo homeotermalno(toplokrvno). Temperaturna konstantnost imenovano telo izoter miia... Ona zagotavlja neodvisnostpresnovni procesi v tkivih in organih zaradi temperaturnih nihanj okolja.
Temperatura človeškega telesa.
Temperatura posameznih delov človeškega telesa je različna. Najnižjo temperaturo kože opazimo na rokah in nogah, najvišjo - v pazduhi, kjer je običajno določena. Pri zdravem človeku temperatura pri tem površina je enaka 36-37 ° C.Čez dan so v skladu z dnevnim bioritmom majhni dvigi in padci telesne temperature:najnižja temperatura je 2- 4 ure noči, največ - ob 16-19 uri.
T temperaturo mišičast tkanine v stanje počitka in dela lahko niha v 7 ° C. Temperatura notranjih organov je odvisna o intenzivnosti izmenjave procesi. Najbolj intenzivno presnovni procesi tečejo v jetrih, ki so "najbolj vroči" organ v telesu: temperatura v jetrnih tkivih je 38-38,5 ° Z. Temperatura v danki je 37-37,5 ° C. Lahko pa se giblje znotraj 4-5 ° C, odvisno od prisotnosti blata v njem, polnjenja krvi njegove sluznice in drugih razlogov. Pri tekačih na dolge razdalje (maraton) na koncu dirke se lahko temperatura v danki dvigne na 39-40 ° C.
Sposobnost vzdrževanja temperature na konstantni ravni zagotavljajo medsebojno povezani procesi - pridobivanje toplote in sproščanje toplote iz telesa v zunanje okolje. Če je proizvodnja toplote enaka prenosu toplote, potem telesna temperatura ostane konstantna. Proces nastajanja toplote v telesu se imenuje kemična termoregulacija, proces, ki odvaja toploto iz telesa - fizikalna termoregulacija.
Kemična termoregulacija. Izmenjava toplote v telesu je tesno povezana z izmenjavo energije. Ko oksidira organska snov, se sprosti energija. Del energije gre za sintezo ATP. To potencialno energijo lahko telo uporabi pri svoji nadaljnji dejavnosti.Vsa tkiva so vir toplote v telesu. Kri teče skozi tkiva in se segreje.
Zvišanje temperature okolice povzroči refleksno zmanjšanje presnove, zaradi česar se proizvodnja toplote v telesu zmanjša. Z znižanjem temperature okolja se intenzivnost presnovnih procesov refleksno povečuje, proizvodnja toplote pa se poveča. V večji meri pride do povečanja proizvodnje toplote zaradi povečanja mišične aktivnosti. Nehoteno krčenje mišic (tresenje) je glavna oblika povečane proizvodnje toplote. Povečanje proizvodnje toplote se lahko pojavi v mišičnem tkivu in zaradi refleksnega povečanja intenzivnosti presnovnih procesov - nekontraktilna mišična termogeneza.
Fizična termoregulacija. Ta proces se izvaja zaradi prenosa toplote v zunanje okolje s konvekcijo (toplotna prevodnost), sevanjem (toplotno sevanje) in izhlapevanjem vode.
Konvekcija - neposreden prenos toplote na predmete ali delce okolja, ki mejijo na kožo. Večja je temperaturna razlika med površino telesa in okoliškim zrakom, intenzivnejši je sproščanje toplote.
Odvajanje toplote se poveča, ko se zrak premika, na primer veter. Intenzivnost prenosa toplote je v veliki meri odvisna od toplotne prevodnosti okolja. Toplota se v vodi oddaja hitreje kot v zraku. Oblačila zmanjšajo ali celo ustavijo prevod toplote.
Sevanje - sproščanje toplote iz telesa se pojavi z infrardečim sevanjem s površine telesa. Zaradi tega telo izgubi večino svoje toplote. Intenzivnost toplotne prevodnosti in toplotnega sevanja v veliki meri določa temperatura kože. Prenos toplote uravnava refleksna sprememba v lumnu kožnih žil. Ko se temperatura okolice dvigne, se arteriole in kapilare razširijo, koža postane topla in rdeča. To poveča procese toplotne prevodnosti in toplotnega sevanja. Z znižanjem temperature zraka se arteriole in kapilare kože zožijo. Koža postane bleda, količina krvi, ki teče po njenih žilah, se zmanjša. To vodi v znižanje njegove temperature, prenos toplote se zmanjša in telo zadrži toploto.
Izhlapevanje vode s površine telesa (2/3 vlage), pa tudi v procesu dihanja (1/3 vlage). Izhlapevanje vode s površine telesa se pojavi pri izločanju znoja. Tudi če ni vidnega znojenja skozi kožo, izhlapi na dan do 0,5 l voda - nevidno znojenje. Izhlapevanje 1 litra znoja pri osebi, težki 75 kg, lahko zniža telesno temperaturo za 10 ° C.
V stanju relativnega počitka odrasla oseba oddaja 15% toplote v zunanje okolje s toplotno prevodnostjo, približno 66% s pomočjo toplotnega sevanja in 19% z izhlapevanjem vode.
V povprečju človek izgubi na dan približno 0,8 l znoja in s tem 500 kcal toplote.
Pri dihanju tudi oseba vsak dan sprosti približno 0,5 litra vode.
Pri nizkih temperaturah okolice ( 15 ° C in manj) približno 90% dnevnega prenosa toplote nastane zaradi toplotne prevodnosti in toplotnega sevanja. V teh pogojih ne pride do vidnega znojenja.
Pri temperaturi zraka 18-22 ° S prenosom toplote zaradi toplotne prevodnosti in toplotnega sevanja se zmanjšuje, vendarizguba se povečatelesna toplota z izhlapevanjemvlaga s površine kože.Če je vlažnost zraka visoka, če je izhlapevanje vode oteženo, lahko pride do pregrevanja.telo in se razvijajotoplotne zadeti.
Nizka prepustnost za vodno paro oblačila preprečuje učinkovito potenje in lahko povzroči pregrevanje človeškega telesa.
V vročem držav med dolgimi pohodi, v vroče delavnice, oseba izgubi veliko tekočine z znojem. Hkrati je občutek žeja, ki je ne poteši s sprejemom vodo. to zaradi dejstva s čim potem se izgubi velika količina mineralnih soli. Če v pitno vodo dodate sol, tisti občutek žeje izginejo in se bo počutje ljudi izboljšalo.
Regulacijski centri za izmenjavo toplote.
Termoregulacija se izvaja refleksno. Opažamo nihanja temperature okolice termoreceptorji... Veliko število termoreceptorjev se nahaja v koži, v sluznici ustne votline, v zgornjih dihalnih poteh. Termoreceptorje so našli v notranjih organih, venah in tudi v nekaterih tvorbah centralnega živčnega sistema.
Kožni termoreceptorji so zelo občutljivi na nihanja temperature okolice. Navdušeni so, ko se temperatura medija dvigne za 0,007 ° C in zniža za 0,012 ° C.
Živčni impulzi, ki izvirajo iz termoreceptorjev, potujejo skozi aferentna živčna vlakna do hrbtenjače. Po poteh pridejo do vidnih hribov, od njih pa v hipotalamično regijo in v možgansko skorjo. Rezultat je občutek toplote ali hladnosti.
V hrbtenjači obstajajo centri nekaterih termoregulacijskih refleksov. Hipotalamus je glavni refleksni center termoregulacije. Sprednji deli hipotalamusa nadzorujejo mehanizme fizične termoregulacije, torej so center za prenos toplote... Zadnji deli hipotalamusa nadzorujejo kemijsko termoregulacijo in so toplotni center.
Pomembna vloga pri uravnavanju telesne temperature pripada možganska skorja... Eferentni živci centra za termoregulacijo so predvsem simpatična vlakna.
Sodeluje pri regulaciji izmenjave toplote in hormonski mehanizem, zlasti ščitnične in nadledvične hormone. Ščitnični hormon - tiroksin, poveča presnovo v telesu, poveča proizvodnjo toplote. Vnos tiroksina v kri se poveča s hlajenjem telesa. Nadledvični hormon - adrenalin- povečuje oksidativne procese in s tem povečuje proizvodnjo toplote. Poleg tega se pod delovanjem adrenalina pojavi vazokonstrikcija, zlasti krvne žile, zaradi česar se prenos toplote zmanjša.
Prilagoditev telesa na nižjo temperaturo okolice... Z znižanjem temperature okolice pride do refleksnega vzbujanja hipotalamusa. Povečanje njegove aktivnosti spodbuja hipofiza , kar ima za posledico povečano sproščanje tirotropina in kortikotropina, ki povečata aktivnost ščitnice in nadledvičnih žlez. Hormoni teh žlez spodbujajo proizvodnjo toplote.
Tako pri hlajenju obrambni mehanizmi telesa se vklopijo, kar poveča presnovo, tvorbo toplote in zmanjša prenos toplote.
Starostne značilnosti termoregulacije. Pri otrocih prvega leta življenja opazimo nepopolne mehanizme. Posledično, ko temperatura okolice pade pod 15 ° C, pride do podhladitve otrokovega telesa. V prvem letu življenja se zmanjša prenos toplote s toplotno prevodnostjo in toplotnim sevanjem ter poveča proizvodnja toplote. Vendar pa otroci do 2. leta ostanejo termolabilni (telesna temperatura se po jedi zviša pri visoki temperaturi okolja). Pri otrocih, starih od 3 do 10 let, se mehanizmi termoregulacije izboljšujejo, vendar njihova nestabilnost še naprej obstaja.
V predpubertetski dobi in med puberteto (puberteta), ko pride do povečane rasti telesa in prestrukturiranja nevrohumoralne regulacije funkcij, se nestabilnost termoregulacijskih mehanizmov poveča.
V starosti se zmanjšuje tvorba toplote v telesu v primerjavi z zrelo starostjo.
Problem utrjevanja telesa. V vseh obdobjih življenja je potrebno telo umiriti. Utrjevanje razumemo kot povečanje odpornosti telesa na škodljive vplive okolja in najprej na hlajenje. Utrjevanje se doseže z uporabo naravnih dejavnikov narave - sonca, zraka in vode. Delujejo na živčne končiče in krvne žile človeške kože, povečujejo aktivnost živčnega sistema in pospešujejo presnovne procese. Ob stalnem vplivu naravnih dejavnikov se jih telo navadi. Utrjevanje telesa je učinkovito, če so izpolnjeni naslednji osnovni pogoji: a) sistematična in stalna uporaba naravnih dejavnikov; b) postopno in sistematično povečanje trajanja in jakosti njihovega učinka (utrjevanje začnite z uporabo tople vode, postopoma znižujte njeno temperaturo in podaljšajte čas za izvajanje vodnih postopkov); c) utrjevanje z uporabo dražljajev s kontrastno temperaturo (topla - hladna voda); d) individualni pristop k utrjevanju.
Uporabo naravnih faktorjev utrjevanja je treba kombinirati s telesno vzgojo in športom. Jutranje vaje na svežem zraku ali v prostoru z odprtim oknom z obvezno izpostavljenostjo pomembnega dela telesa in kasnejši vodni postopki (tuširanje, prhanje) so dobre za utrjevanje. Utrjevanje je najbolj dostopno sredstvo za izboljšanje zdravja ljudi.
Ko se parametri okolja, ki obdaja osebo, v tem primeru mikroklima, spremenijo, se spremeni tudi njegovo toplotno stanje. Če katerikoli pogoj krši toplotno ravnovesje telesa, se takoj pojavijo reakcije, ki ga obnovijo.
Termoregulacija človeškega telesa je proces uravnavanja sproščanja toplote, ki pomaga vzdrževati konstanto, ki je blizu 36,5 stopinj. Pogoji, ki motijo normalnega človeka, se imenujejo neprijetni. Pogoji, pod katerimi je normalno, ni stresnega okolja z izmenjavo toplote, se imenujejo udobni. So tudi optimalni. Območje, ki popolnoma odstrani toploto, ki jo sprošča telo, v katerem ne pride do napetosti sistema termoregulacije, je cona udobja.
Termoregulacijo telesa izvajamo na tri načine:
- Biokemijska metoda.
- Sprememba intenzivnosti krvnega obtoka.
- Intenzivnost znojenja.
S prvo biokemično metodo se intenzivnost procesov, ki se pojavljajo v telesu, spreminja. Na primer, ko temperatura okolice pade, pride do tresenja mišic, kar poveča sproščanje toplote. Takšna termoregulacija človeškega telesa se imenuje kemična.
Pri drugi metodi telo samostojno uravnava oskrbo s krvjo, ki v tem primeru velja za nosilca toplote. Prenaša toploto iz notranjih organov na površino telesa. V tem primeru pride do potrebnega zoženja ali širjenja krvnih žil. Pri visokih temperaturah okoli - posode se razširijo, pretok krvi iz notranjih organov se poveča, pri nizkih temperaturah pride do nasprotnega procesa. pretok krvi se zmanjša, zunaj vstopi manj toplote.
Z znižanjem temperature zraka se zmanjšuje prenos toplote, znojenje, vlažnost površine kože, zato se zaradi zmanjšanja izhlapevanja prenos toplote telesa zmanjša. Velika izguba vlage je lahko nevarna za ljudi.
V drugem in tretjem primeru obstaja fizična termoregulacija človeškega telesa.
Mikroklima pomembno vpliva na človekovo stanje, njegovo delovanje. Na udobje bivanja in delovnih razmer vplivajo optimalne meteorološke razmere za plin. Parametri mikroklime zagotavljajo izmenjavo toplote med telesom in okoljem. To je človeška termoregulacija.
V naravnih pogojih ti parametri močno nihajo. Ko se spremenijo, dobro počutje osebe ne bo več enako kot prej. Na primer, toleranca zunanjega zraka ni odvisna le od temperature, ampak tudi od vlažnosti in hitrosti zraka. Dokazano je, da se pri temperaturi okolja nad 25 stopinj zmogljivost zmanjša. In več, hitreje se telo pregreje, ker manj znoja izhlapi. Njegova dodelitev izčrpa telo. Hkrati izgubi veliko vitaminov, elementov v sledovih, mineralov.
Pri dolgotrajni izpostavljenosti visokim temperaturam v kombinaciji z visoko vlažnostjo se lahko telesna temperatura dvigne na 39 stopinj. Ta pogoj se imenuje hipertermija. Lahko je smrtno nevarno.
Nevarne so tudi nizke temperature zraka. Niso nič manj nevarni kot visoki. Pojavi se ohlajanje in podhladitev, imenovana hipotermija. In posledično hladne poškodbe.
Termoregulacija človeškega telesa poteka na vse načine hkrati. Toda občasno so nekateri manj vpleteni, nekateri pa veliko več.
Vsebina predmeta "Regulacija metabolizma in energije. Racionalna prehrana. Bazalna presnova. Telesna temperatura in njena regulacija.":1. Poraba energije za telo v pogojih telesne dejavnosti. Razmerje telesne aktivnosti. Delovno povečanje.
2. Regulacija presnove in energije. Center za presnovno regulacijo. Modulatorji.
3. Koncentracija glukoze v krvi. Shema regulacije koncentracije glukoze. Hipoglikemija. Hipoglikemična koma. Lakota.
4. Prehrana. Prehranska norma. Razmerje beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov. Energetska vrednost. Vsebnost kalorij.
5. Prehrana nosečnic in doječih žensk. Obrok otroške hrane. Porazdelitev dnevnega obroka. Prehranska vlakna.
6. Racionalna prehrana kot dejavnik pri ohranjanju in krepitvi zdravja. Zdrav način življenja. Način obroka.
7. Telesna temperatura in njena regulacija. Homeotermalno. Poikilotermično. Izotermija. Heterotermni organizmi.
8. Normalna telesna temperatura. Homeotermalno jedro. Poikilotermični plašč. Udobna temperatura. Temperatura človeškega telesa.
9. Toplotni izdelki. Primarna toplota. Endogena termoregulacija. Sekundarna toplota. Kontraktilna termogeneza. Nekontraktilna termogeneza.
Obstajajo naslednji načini prenosa toplote iz telesa v okolje: sevanje, toplotna prevodnost, konvekcija in izhlapevanje.
Sevanje je metoda prenosa toplote v okolje s površine človeškega telesa v obliki elektromagnetnih valov v infrardečem območju (a = 5-20 mikronov). Količina toplote, ki jo telo razprši v okolje s sevanjem, je sorazmerna s površino sevanja in razliko v povprečnih temperaturah kože in okolja. Površina sevanja je skupna površina tistih delov telesa, ki pridejo v stik z zrakom. Pri temperaturi okolja 20 ° C in relativni vlažnosti zraka 40-60% se telo odraslega seva razprši približno 40-50% celotne toplote. Prenos toplote s sevanjem narašča z zniževanjem temperature okolja in se z naraščanjem temperature zmanjšuje. V pogojih konstantne temperature okolja sevanje s telesne površine narašča z naraščanjem temperature kože in se zmanjšuje z zniževanjem temperature kože. Če se povprečne temperature površine kože in okolja izenačijo (temperaturna razlika postane enaka nič), sproščanje toplote s sevanjem postane nemogoče. Prenos toplote telesa z obsevanjem je mogoče zmanjšati z zmanjšanjem površine sevanja ("valjanje telesa v kroglo"). Če temperatura okolice presega povprečno temperaturo kože, se človeško telo, ki absorbira infrardeče žarke, ki jih oddajajo okoliški predmeti, segreje.
Riž. 13.4. Vrste prenosa toplote... Načine prenosa toplote s strani telesa v zunanje okolje lahko v grobem razdelimo na "moker" prenos toplote, povezan z izhlapevanjem znoja in vlage iz kože in sluznic, in "suh" prenos toplote, ki ni povezan z izgubo tekočine.Toplotna prevodnost- način prenosa toplote, ki nastane ob stiku, stiku človeškega telesa z drugimi fizičnimi telesi. Količina toplote, ki jo telo odda v okolje s to metodo, je sorazmerna z razliko v povprečnih temperaturah teles, ki pridejo v stik, površino stičnih površin, časom toplotnega stika in toplotno prevodnostjo stika. telo. Za suh zrak in maščobno tkivo je značilna nizka toplotna prevodnost in so toplotni izolatorji. Uporaba oblačil iz tkanin, ki vsebujejo veliko število majhnih, nepremičnih zračnih "mehurčkov" med vlakni (na primer volnene tkanine), omogoča človeškemu telesu, da zmanjša odvajanje toplote s prevodnostjo. Vlažen zrak, nasičen z vodno paro, ima vodo visoko toplotno prevodnost. Zato bivanje osebe v okolju z visoko vlažnostjo pri nizki temperaturi spremlja povečana toplotna izguba v telesu. Mokra oblačila izgubijo tudi lastnosti toplotne izolacije.
Konvekcija- način prenosa toplote iz telesa, ki se izvaja s prenosom toplote s premikanjem delcev zraka (vode). Za odvajanje toplote s konvekcijo je potreben pretok zraka po površini telesa z nižjo temperaturo od temperature kože. Hkrati se plast zraka v stiku s kožo segreje, zmanjša njeno gostoto, se dvigne in jo nadomesti hladnejši in gostejši zrak. V pogojih, ko je temperatura zraka 20 ° C in relativna vlažnost 40-60%, telo odrasle osebe s toplotno prevodnostjo in konvekcijo (osnovna konvekcija) odvaja približno 25-30% toplote v okolje. S povečanjem hitrosti gibanja zračnih tokov (veter, prezračevanje) se močno poveča tudi intenzivnost prenosa toplote (prisilna konvekcija).
Odvajanje toplote iz telesa avtor: toplotna prevodnost, konvekcija in izlu chenie je poklicala skupaj "Suh" prenos toplote, postane neučinkovit pri izenačevanju povprečnih temperatur telesne površine in okolja.
Prenos toplote z izhlapevanjem- To je način odvajanja toplote s strani telesa v okolje zaradi njegovih stroškov za izhlapevanje znoja ali vlage s površine kože in vlage iz sluznice dihal ("mokri" prenos toplote). Pri ljudeh znojne žleze kože nenehno izločajo znoj ("otipljiva" ali žlezna izguba vode), sluznice dihal so navlažene ("neopazna" izguba vode) (slika 13.4). Hkrati ima "otipljiva" izguba vode s strani telesa pomembnejši učinek na skupno količino toplote, ki jo oddaja izhlapevanje, kot "neopazna".
Pri temperaturi okolja okoli 20 "C je izhlapevanje vlage približno 36 g / h. Ker oseba porabi 0,58 kcal toplotne energije za izhlapevanje 1 g vode, je enostavno izračunati, da z izhlapevanjem telo odrasla oseba v teh razmerah daje približno 20% vse odvedene toplote. Povišana zunanja temperatura, opravljanje fizičnega dela, dolgotrajno bivanje v toplotnoizolacijskih oblačilih povečajo potenje in se lahko povečajo na 500-2000 g / h. toplota zaradi sevanja, konvekcije in toplote telo v teh razmerah začne absorbirati toploto od zunaj in edini način za odvajanje toplote je povečati izhlapevanje vlage s površine telesa. Takšno izhlapevanje je možno, dokler ostane vlažnost zunanjega zraka manj kot 100%Pri močnem znojenju, visoki vlažnosti in nizki hitrosti zraka, ko ali znoj, ki nima časa, da izhlapi, se združi in odteče s površine telesa, postane prenos toplote z izhlapevanjem manj učinkovit.
Človek je nenehno v stanju izmenjave toplote z okoljem.
Najboljša toplotna blaginja človeka bo, ko bo sprostitev toplote (QTB) človeškega telesa v celoti dana v okolje (QTO), tj. obstaja toplotna bilanca
Presežek sproščanja telesne toplote nad prenosom toplote v okolje (QTB> QTО) vodi v zvišanje temperature notranjih organov, segrevanje telesa in zvišanje njegove temperature - človeku postane vroče. Nasprotno, presežek prenosa toplote nad sproščanjem toplote (Q. TV< QТО) приводит к охлаждению организма и к снижению его температуры - человеку становится холодно.
Povprečna temperatura človeškega telesa je 36,6 0 C. Tudi majhna odstopanja od te temperature v eno ali drugo smer vodijo v poslabšanje človekovega počutja.
Sproščanje toplote (QTB) telesa je odvisno predvsem od resnosti in intenzivnosti dela, ki ga opravlja oseba, predvsem od količine mišične obremenitve.
Do prenosa toplote iz človeškega telesa v okolje pride zaradi:
Toplotna prevodnost (QT) skozi oblačila. Toplota se lahko prenese samo iz telesa z višjo temperaturo v telo z nižjo temperaturo. Intenzivnost prenosa toplote je odvisna od razlike v telesnih temperaturah (v našem primeru je to temperatura človeškega telesa in temperatura predmetov in zraka, ki obdaja osebo) ter toplotnoizolacijskih lastnosti oblačil.
Za ponazoritev tega je mogoče izvesti preprost poskus.
Potopite termometer v kozarec tople vode in steklo postavite v posodo, najprej s toplo, nato pa s hladno vodo. Opazujte hitrost zmanjšanja odčitkov termometra v prvem in drugem primeru.
Znižanje temperature v kozarcu, ko je v hladni vodi, se bo zgodilo hitreje kot hitrost prenosa toplote iz tople vode v kozarcu v toplo vodo v posodi. Ta poskus ponazarja odvisnost prenosa toplote od temperaturnih razlik.
Toplotno izmenjavo med osebo in okoljem je mogoče regulirati s pomočjo temperature okolice in izbiro oblačil z različnimi toplotnoizolacijskimi lastnostmi.
Konvektivni prenos toplote (QK). Kaj je to? Zrak v bližini toplega predmeta se segreje. Ogrevan zrak ima manjšo gostoto in se kot lažji dvigne navzgor, njegovo mesto pa zavzame hladnejši zrak okolja.
Pojav izmenjave delov zraka zaradi razlike v gostotah toplega in hladnega zraka se imenuje naravna konvekcija.
Če topel predmet piha s hladnim zrakom, se pospeši postopek zamenjave toplejših plasti zraka v predmetu s hladnejšimi. V tem primeru bo imel ogrevan predmet hladnejši zrak, temperaturna razlika med ogrevanim predmetom in okoliškim zrakom bo večja in, kot smo že ugotovili prej, bo intenzivnost prenosa toplote iz predmeta v okoliški zrak porast. Ta pojav se imenuje prisilna konvekcija.
Na primer: ponazoritev pojava prisilne konvekcije je ta, da pri enaki temperaturi zraka v vetrovnem vremenu človek dojema podnebne razmere kot hladnejše, ker vračanje toplote iz njegovega telesa je intenzivnejše.
Tako je mogoče s spreminjanjem hitrosti gibanja zraka uravnavati izmenjavo toplote med osebo in okoljem.
- - sevanje (QIZ) na okoliške površine. Toplotna energija, ki se na površini vročega telesa pretvori v sevalno (elektromagnetni val) - infrardeče sevanje, se prenese na drugo - hladno - površino, kjer se spet spremeni v toploto. Večja kot je razlika v temperaturi med osebo in okoliškimi predmeti, večji je sevalni tok. Poleg tega lahko sevalni tok prihaja od osebe, če je temperatura okoliških predmetov nižja od temperature osebe in obratno, če so okoliški predmeti bolj ogreti.
- - izhlapevanje (QISP) vlage s površine kože. Če se človek znoji, se na koži pojavijo kapljice vode, ki izhlapijo, voda pa se iz tekočega stanja spremeni v paro. Ta proces spremlja poraba energije (QISP) za izhlapevanje in posledično hlajenje telesa.
Od česa je odvisna intenzivnost izhlapevanja in posledično količina prenosa toplote iz organizma v okolje?
Prvič, od temperature okolice - višja kot je temperatura, večja je stopnja izhlapevanja; drugič, glede vlažnosti zraka - višja kot je vlaga, nižja je stopnja izhlapevanja. Za vsako temperaturo zraka je značilna največja količina vode, ki jo lahko uparite na enoto prostornine zraka.
Preprost poskus bo pomagal ponazoriti ta pojav. V majhno steklenico nalijte vodo, vanj potopite termometer, steklenico zavijte v mokro krpo in jo postavite na sonce. Spremljajte odčitke termometra. Temperatura vode v steklenici se bo začela zniževati.
Če steklenica ni zavita v mokro krpo, se bo temperatura dvignila. To kaže, da se toplotna energija porabi za izhlapevanje vode iz krpe.
To preprosto tehniko lahko uporabite, če želite v vročem vremenu piti ohlajeno vodo. Hlajenje z izhlapevanjem pojasnjuje tudi, zakaj v vročem sončnem vremenu ni priporočljivo zalivati rastlin, ki so še posebej občutljive na temperaturo. Zaradi intenzivnega izhlapevanja se lahko vegetativni deli rastlin ohladijo na nesprejemljive temperature.
Običajno se vlažnost zraka meri z vrednostjo relativne vlažnosti (?), Izraženo kot odstotek. Na primer relativna vlaga? = 70% pomeni, da je 70% največje možne količine vode v parnem stanju v zraku. Relativna vlažnost 100% pomeni, da je zrak nasičen z vodno paro in v takem okolju ne more priti do izhlapevanja.
Hitrost izhlapevanja narašča s povečanjem hitrosti zraka. To je posledica istih razlogov kot povečanje prenosa toplote med prisilno konvekcijo. Plasti zraka, ki se nahajajo v bližini človeškega telesa in so nasičene z vodno paro, se zaradi gibanja zraka odstranijo in nadomestijo s suhimi deli zraka, medtem ko se intenzivnost izhlapevanja poveča.
Ogrevanje izdihanega zraka (QB). V procesu dihanja se zrak okolja, ki pride v pljuča osebe, segreje in hkrati nasiči z vodno paro. Tako se toplota odstrani iz človeškega telesa z izdihanim zrakom (QB).
Tako se izmenjava toplote med osebo in okoljem izvaja zaradi toplotne prevodnosti (QT), konvektivnega prenosa toplote (Qc), sevanja (Qod), izhlapevanja (QISP), segrevanja izdihanega zraka (QB), tj .:
Qtot = QT + QK + QIZ + QISP + QB - enačba toplotne bilance
Prispevek zgornjih načinov prenosa toplote ni stalen in je odvisen od parametrov mikroklime v proizvodnem prostoru, pa tudi od temperature površin, ki obdajajo osebo. Če je t teh površin nižji od t človeškega telesa, gre toplotna izmenjava iz človeškega telesa na hladne površine. V nasprotnem primeru se izmenjava toplote izvaja v nasprotni smeri: od ogrevanih površin do osebe. Prenos toplote s konvekcijo je odvisen od t zraka v prostoru in hitrosti njegovega gibanja na delovnem mestu, sproščanje toplote z izhlapevanjem pa je odvisno od relativne vlažnosti in hitrosti gibanja zraka.
Ugotovljeno je bilo, da je presnova v človeškem telesu optimalna, zato je njegova učinkovitost visoka, če so komponente procesa prenosa toplote približno v naslednjih mejah:
QK + QT? trideset%; QIZ? 45%; QIS? 20%; QV? 5%.
Takšno ravnovesje komponent prenosa toplote označuje odsotnost napetosti v človeškem sistemu termoregulacije.
Smer toplotnih tokov QT, QK, Qod nje je lahko od osebe do zraka in predmetov, ki jo obdajajo, in obratno, odvisno od tega, kaj je višje - temperature telesa osebe ali okoliškega zraka in okoliških teles (slika 1). ).
Riž. 1. Diagram smeri pretoka toplote: QB - toplotni izdih zraka; QI - izhlapevanje; Qiz - sevanje; QK - konvektivna izmenjava toplote; QT - toplotna prevodnost
Sproščanje toplote človeškega telesa je določeno predvsem z velikostjo mišične obremenitve med človekovo aktivnostjo, prenos toplote pa s temperaturo okoliškega zraka in predmetov, hitrostjo gibanja in relativno vlažnostjo zraka.
Proizvodnjo toplote določa intenzivnost presnove.
Regulacijo proizvodnje toplote s povečanjem ali zmanjšanjem presnove imenujemo kemična termoregulacija. Toplota, ki jo proizvaja telo, se nenehno sprošča v okolje. Če ne bi prišlo do vračanja toplote, bi telo umrlo zaradi pregrevanja.
Regulacijo prenosa toplote s spreminjanjem fizioloških funkcij, ki jo izvajajo, imenujemo fizikalna termoregulacija.
Največ toplote nastane v organih z intenzivnim metabolizmom - v skeletnih mišicah, žlezah, jetrih in ledvicah.
Mišice predstavljajo 65-75% proizvodnje toplote, pri intenzivnem delu pa celo 90%, preostanek toplote nastane v žleznih organih, predvsem v jetrih.
S povečanjem temperature okolja se proizvodnja toplote zmanjšuje, z znižanjem temperature pa narašča. Posledično obstaja obratno sorazmerno razmerje med temperaturo okolja in proizvodnjo toplote. Proizvodnja toplote se poleti zmanjšuje, pozimi pa se povečuje. Ko pa se temperatura okolja dvigne nad 35 ° C, pride do kršitve termoregulacije (območje pregrevanja), poveča se metabolizem in telesna temperatura. Ta temperatura se imenuje kritična. Na enak način med hlajenjem obstaja kritična temperatura zunanjega okolja, pod katero se proizvodnja toplote začne zmanjševati.
Pri temperaturi okolja 15-25 0 С je nastajanje toplote v mirovanju v oblačilih na isti ravni in je uravnoteženo s prenosom toplote (območje brezbrižnosti).
V normalnih pogojih je telesna temperatura relativno konstantna. Temperatura v pazduhi se vzame kot povprečna telesna temperatura, temperatura je 36,5-37 o C.
Kadar je za vzdrževanje konstantne telesne temperature potrebna dodatna toplota, jo lahko izberete na naslednje načine:
- - zaradi prostovoljne dejavnosti gibalnega aparata;
- - zaradi neprostovoljne tonične ali ritmične mišične aktivnosti: tresenje zaradi mraza (tonično aktivnost lahko zaznamo z elektromiografijo);
- - s pospeševanjem presnovnih procesov, ki niso povezani s krčenjem mišic; to obliko proizvodnje toplote imenujemo netreseča termogeneza (pri otrocih).
Pri odrasli osebi so najpomembnejši mehanizem termogeneze tresenje in povečano gibanje, ki ga naredi za ogrevanje.
Proizvodnja toplote se nekoliko poveča tudi v primeru "gosjih udarcev" - krčenja mišic lasnih mešičkov.
Hoja poveča proizvodnjo toplote za skoraj 2 -krat, hiter tek - 4-5 -krat, telesna temperatura se lahko dvigne za nekaj desetink stopinje. Pri dolgotrajnem intenzivnem delu pri temperaturi okolja nad 25 ° C se telesna temperatura dvigne za 1-1,5 ° C, kar povzroči spremembe in motnje vitalnih funkcij telesa. Med mišičnim delom pri visoki temperaturi zunanjega okolja se telesna temperatura dvigne za več kot 39 0 С, lahko pride do toplotnega udara.
Odvajanje toplote
Telo v mirovanju nenehno izgublja toploto:
- - sevanje toplote ali prenos toplote s kože na okoliški zrak;
- - toplotni prevod ali neposreden prenos toplote na tiste predmete, ki pridejo v stik s kožo;
- - izhlapevanje vode s površine kože in pljuč.
V mirovanju koža sprosti 70-80% toplote v okolje s toplotnim sevanjem in toplotno prevodnostjo, približno 20% z izhlapevanjem vode s površine kože (znojenje) in pljuč. Prenos toplote s segrevanjem izdihanega zraka, urina in blata je zanemarljiv in znaša 1,5 - 3% celotnega prenosa toplote. Pri mišičnem delu se sproščanje toplote z izhlapevanjem (znojenje) močno poveča in doseže 90% celotne dnevne proizvodnje toplote.
Prenos toplote s toplotnim sevanjem in prevodnostjo toplote je odvisen od temperaturne razlike med kožo in okoljem. Višja kot je temperatura kože, večji je prenos toplote na navedene načine. Temperatura kože je odvisna od pretoka krvi do nje. Ko se temperatura okolice dvigne, se arteriole in kapilare kože razširijo, koža postane rdeča, količina krvi, ki teče skozi njo, se temperatura kože poveča, prenos toplote s sevanjem toplote in toplotnim prevodom pa se poveča.
Povečanje količine krvi, ki teče skozi kožo, nastane tudi zaradi mešanja naložene krvi iz jeter, vranice in iz kapilar same kože.
Količina prenosa toplote pri visokih temperaturah okolja je manjša kot pri nizkih. Ko je temperatura kože enaka temperaturi okolice, se prenos toplote ustavi. Ko temperatura okolice še narašča, koža ne samo izgubi toploto, ampak se tudi segreje. V tem primeru ni prenosa toplote s toplotnim sevanjem in toplotne prevodnosti in se ohrani le prenos toplote z izhlapevanjem.
V mrazu se arteriole in kapilare kože zožijo, koža postane bleda, količina krvi, ki teče po njej, se zmanjša, temperatura kože se zmanjša, temperaturna razlika med kožo in okoljem se zgladi in prenos toplote se zmanjša.
Človek zmanjša prenos toplote z umetnimi prevlekami (perilo, oblačila). Več zraka v teh pokrovih, lažje se bo ogreti.
Uravnavanje prenosa toplote z izhlapevanjem vode igra pomembno vlogo, zlasti med mišičnim delom in občutnim povišanjem temperature okolice. Ko 1 dm 3 (1 l) vode izhlapi s površine kože in sluznice, telo izgubi 600 kcal. Pri povprečni temperaturi okolice odrasla oseba vsak dan z izhlapevanjem izgubi 400-520 kcal iz kože.
Izguba vode v koži nastane zaradi prodiranja vode iz globokih tkiv na površino kože in predvsem zaradi delovanja znojnih žlez.
Velike izgube znoja spremljajo izgube velikih količin mineralnih soli, le NaCl v znoju je 0,3 - 0,6%. Z izgubo 5-10 litrov znoja se izgubi 30-40 g namizne soli. Če se torej žeja, ki je posledica močnega potenja, poteši z vodo, se lahko pojavijo hude motnje (krči itd.). V primeru močnega dolgotrajnega znojenja je priporočljivo piti mineralno vodo oziroma vodo, ki vsebuje 0,5-0,6% NaCl.
Izhlapevanje vode nenehno prihaja iz površine pljuč. Izdihani zrak je 95-98% nasičen z vodno paro, zato je bolj suh vdihani zrak, več toplote se oddaja z izhlapevanjem iz pljuč. V normalnih pogojih pljuča dnevno izhlapijo 300-400 ml (180-240 kcal) vode. Pri visokih temperaturah se dihanje pospeši, pri mrazu se upočasni. Ko temperatura zraka doseže telesno temperaturo, izhlapevanje s površine kože in pljuč postane edini način prenosa toplote. V teh pogojih več kot 100 ml znoja na uro izhlapi v mirovanju, kar vam omogoča dajanje približno 60 kcal na uro.
Izhlapevanje vode s površine kože in pljuč je odvisno od relativne vlažnosti zraka. Izhlapevanje se ustavi v zraku, nasičenem z vodno paro, zato bivanje v vlažnem vročem zraku, na primer v kopeli, težko prenašati. V vlažnem zraku se človek tudi pri relativno nizki temperaturi (pri 30 0 C) slabo počuti. Oblačila iz usnja in gume so neprepustna za zrak, ni izhlapevanja, pod oblačili se nabira znoj. Z visokimi temperaturami zraka in mišičnim delom v takšnih oblačilih se telesna temperatura dvigne. Pregrevanje osebe v ozračju, nasičenem z vodno paro, je še posebej nevarno, saj onemogoča odstranitev odvečne toplote in izhlapevanja. Na suhem zraku človek relativno enostavno prenaša veliko višjo temperaturo kot na vlažnem zraku.
Za povečanje prenosa toplote s sevanjem toplote, prevodnostjo in izhlapevanjem je gibanje zraka zelo pomembno.
Povečanje hitrosti zraka poveča prenos toplote. Pri prepihu in vetru se izguba toplote močno poveča. Če pa je zunanji zrak vroč in nasičen z vodno paro, se gibanje zraka ne ohladi.
Tako je zagotovljena fizična termoregulacija:
- 1) kardiovaskularni sistem, ki določa dotok in odtok krvi v krvnih žilah kože in posledično količino toplote, ki jo koža oddaja v okolje;
- 2) dihalni sistem, tj. spremembe v prezračevanju pljuč;
- 3) spremembe v delovanju znojnih žlez.
Regulacija prenosa toplote poteka na dva načina:
- 1) živčni sistem;
- 2) preko hormonov.
Prilagajanje neugodnim razmeram je bistveno.
Spremembe v funkcijah srčno -žilnega sistema, dihanja in znojnih žlez se refleksno uravnavajo z: draženjem zunanjih senzoričnih organov in zlasti draženjem kožnih receptorjev ob spremembi temperature zunanjega okolja ter draženjem živčnih končičev notranjih organov z nihanjem temperaturo v telesu. Fiziološke mehanizme fizične termoregulacije izvajajo možganske poloble, diencefalon, podolgovata medula in hrbtenjača.
Kršitev termoregulacije
Povišanje telesne temperature nad normalno vrednostjo s kršitvijo termoregulacije se imenuje vročina. S povišano telesno temperaturo se presnova poveča za 50 - 100% ali več. Še posebej se poveča razgradnja beljakovin. Produkti razgradnje beljakovin se kopičijo v krvi in vzpostavi se negativna bilanca dušika. Pri vročini oksidacija beljakovin zagotavlja približno 30% proizvodnje toplote. Poveča se tudi presnova ogljikovih hidratov in maščob, kar vodi v izčrpavanje telesa. Nabira se veliko število vmesnih presnovnih produktov. Psihološki procesi so moteni. Hiter srčni utrip zviša krvni tlak, dihanje je pogostejše, psiha je motena (delirij, halucinacije), kar je posledica motnje živčnega sistema. Pri temperaturi 40 - 41 ° C se začne delirij, pri temperaturi 43 ° C nastopi smrt, v posameznih primerih pri temperaturi 45 ° C.
Ko se telo ohladi, so moteni tudi fiziološki procesi. Pri daljšem bivanju na mrazu se po mrazu in tresenju pojavi občutek toplote zaradi pretoka krvi v kožo, nato apatije in disfunkcije možganov. (S hlajenjem vitalna aktivnost, saj se presnova v telesu in potreba po kisiku v tkivih zmanjšata).
Pri ljudeh se smrt praviloma pojavi pri temperaturah pod 32-33 0 С, in ko se funkcije živčnega sistema z zdravili spremenijo - pod 24 0 S. V posameznih primerih so ljudje uspeli rešiti življenje, ko je temperatura padla do 22,5 0 S.
Dolgotrajna prilagoditev okoljskim razmeram.
Regulatorni mehanizmi - termogeneza, vazomotorne reakcije, znojenje - se vklopijo v nekaj sekundah ali minutah po nastopu temperaturnega stresa. Poleg njih obstajajo še drugi mehanizmi, ki zagotavljajo dolgoročno prilagajanje podnebnim spremembam v okolju.
Takšni procesi se imenujejo fiziološka prilagoditev ali aklimatizacija. Temeljijo na spremembah organov in funkcionalnih sistemov, ki se razvijejo le pod vplivom dolgotrajnih (več dni, tednov in mesecev) stalnih ali ponavljajočih se temperaturnih obremenitev.
Toplotna prilagoditev
Sposobnost človeka, da se prilagodi toploti, je ključnega pomena za preživetje v tropskih in puščavskih razmerah ter za težko delo v visokotemperaturnem industrijskem okolju.
Najpomembnejši premik je sprememba intenzivnosti znojenja, ki se podvoji na 1-2 l / h. Poleg tega se znojenje začne pri nižji povprečni temperaturi kože in jedra, kar ščiti pred prekomernim srčnim utripom in povečanim perifernim pretokom krvi, to je toplotnim udarcem.
Prilagoditev je povezana tudi z občutnim zmanjšanjem vsebnosti ionov v znoju (ni šoka zaradi izgube ionov), povečanjem volumna plazme in vsebnostjo beljakovin v njej. V tropih intenzivnost reakcije ni tako visoka, da bi povzročila potenje. Temperaturni prag se premakne proti višji telesni temperaturi, zaradi česar se z dnevnim toplotnim stresom manj znojijo.
Hladna prilagoditev
Mnoge živali se na mraz zelo enostavno prilagodijo - zaradi ponovne rasti krzna se izboljša njihova toplotna izolacija. Pri majhnih živalih se razvije tresoča termogeneza in rjavo maščobno tkivo.
Oseba ima "vedenjsko prilagoditev" - uporabo oblačil in toplih domov. Razvija se tudi tolerantna (hladna) prilagoditev. Temperaturni prag tresenja in krivulje presnovnih termoregulacijskih reakcij se premaknejo proti nižjim temperaturam, nastopi zmerna hipotermija. (Avstralski domorodci preživijo noč skoraj goli pri temperaturah blizu ničle brez trepetanja. Ta sposobnost je dobro razvita pri korejskih in japonskih lovcih na bisere, ki se potapljajo do globine več ur na dan pri temperaturi vode okoli 10 0 C.)