Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с icon

Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с




НазваФизиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с
Сторінка5/42
Дата21.09.2012
Розмір7.64 Mb.
ТипДокументи
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   42

25.3. Теплоотдача


В стационарных условиях покоя, характеризующихся постоянством средней температуры тела, интенсивность метаболизма (М) должна быть равна скорости переноса тепла от внутренней области тела к поверхностному слою - внутренний лоток тепла вн)-и скорости переноса тепла от поверхности тела в окружающее пространство - наружный поток тепла нвр):

Μ = Нвн = Ннар. (3)
^
Внутренний поток тепла

Менее половины всего тепла, выработанного внутри тела, распространяется к поверхности благодаря его проведению через ткани; большая часть

вырабатываемого тепла переносится путем конвекции в кровоток. Благодаря своей высокой теплоемкости кровь очень хорошо подходит для переноса тепла и в силу этого для поддержания теплового баланса в организме. Внутренний поток тепла Нвн, как показывает уравнение 4, пропорционален разности между внутренней температурой Твн и средней кожной температурой Tкожн; он определяется также теплопроводностью С, величина которой зависит от скорости кровотока в коже и конечностях:

НВН = С(ТВН -Tкожн)·A, (4)

где А - это площадь поверхности тела. У взрослого человека теплопроводность может меняться со скоростью кровотока в 4-7 раз в зависимости от толщины поверхностного слоя тела и от подкожной жировой прослойки [4, 5]. Величина, обратная С, 1/С = ΙТ, называется термосопротивлением, или тепловой изоляцией.

Вариабельность теплопроводности до некоторой степени определяется тем, что кровоток в конечностях происходит по принципу противотока. Глубокие крупные сосуды конечностей располагаются параллельно, благодаря чему кровь, следующая по артериям на периферию, отдает свое тепло близлежащим венам. Таким образом акральные сосуды получают предварительно охлажденную кровь и осевой температурный градиент в конечностях становится круче. В теплой - среде поверхностные вены расширяются и пропускают больше возвращающейся крови, так что эффект короткого замыкания ослабевает. В результате осевой температурный градиент уменьшается и теплоотдача усиливается.
^
Наружный поток тепла

Для того чтобы количественно оценить наружный тепловой поток, а также влияние, которое оказывают на него внешние факторы, необходимо отдельно рассмотреть его компоненты [5, 14]. Этими компонентами служат слагаемые теплоотдачи: проведение тепла Нп, конвекция Нк, излучение Низл и испарение ННСН. Общий поток тепла определяется суммой этих компонентов:

Ннар = Нп + Нк + Ннсп. (5)

Вклад каждого компонента в общую сумму, выраженный в процентах, в условиях покоя и при физической нагрузке указан на рис. 25.7.

^ Перенос тепла путем проведения происходит, когда тело соприкасается (в положении стоя, сидя или лежа) с плотным субстратом. Величина потока проводимого тепла определяется температурой и теплопроводностью прилежащего субстрата.

Из тех частей поверхности тела, которые соприкасаются с воздухом, перенос тепла осуществляется путем излучения, конвекции и испарения.

^ 672 ЧАСТЬ VII. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС, РАБОТА И ВЛИЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Перенос тепла путем конвекции. Если кожа теплее окружающего воздуха, прилегающий к ней слой воздуха нагревается, поднимается и замещается более холодным и плотным воздухом. В процессе этой естественной конвекции тепло уносится ламинарным потоком воздуха у поверхности кожи. Движущей силой этого потока служит разница между температурами тела и окружающей среды вблизи него. Чем больше движений возникает во внешнем воздухе, тем тоньше становится тот пограничный слой, поток в котором является ламинарным; максимальная толщина такого слоя достигает 4-8 мм. Вблизи от кожи поток воздуха становится турбулентным. Форсированная конвекция значительно усиливает интенсивность теплоотдачи.

Перенос тепла (в ваттах) путем конвекции описывается уравнением (6). Определяющими факторами этого процесса служат разность между средней температурой кожи Ткож„ и температурой окружающего воздуха Токр, эффективная площадь поверхности А (которая оказывается меньше геометрической площади поверхности тела, поскольку некоторые поверхности соприкасаются между собой) и коэффициент конвективного переноса тепла hк , величина которого пропорциональна квадратному корню из скорости обдувающего воздуха:

Нк = hккожн окр)·А. (6)

Величина Iк = 1/hк называется термосопротивлением или изоляцией пограничного слоя.

^ Перенос тепла путем излучения. Теплоотдача в виде длинноволнового инфракрасного излучения, испускаемого кожей (в нем не принимает участия проводящая среда), точно описывается уравнением Стефана-Больцмана (см. учебники физики), т.е. излучение является функцией четвертой степени от абсолютной температуры. Для небольшого диапазона температур, представляющего интерес в биологии, перенос тепла за счет излучения Низл может быть описан с достаточной точностью при помощи линейного уравнения

Низл = hнзл кожн — Тизл) · А, (./)

где Ткожн-средняя температура кожи, Тизл - средняя температура излучения (температура окружающих поверхностей, например стен комнаты), А - эффективная площадь поверхности тела и hизл - коэффициент переноса тепла за счет излучения. Значение температуры окружающих поверхностей можно проиллюстрировать с помощью ладони, поднесенной близко к лицу,-у испытуемого сразу возникает ощущение тепла в области лица в результате ослабления теплоотдачи, происходящей путем излучения. Коэффициент hизл учитывает излучающую способности кожи ε, которая для длинноволнового инфракрасного излучения равна примерно 1 независимо от пигментации, т.е. кожа излучает почти столько

же энергии, сколько и «полный излучатель», или абсолютно черное тело. Испускающая способность окружающих стен должна учитываться только в том случае, если они располагаются очень близко к телу. Излучаемое тепло поглощается телом в помещениях, содержащих излучатели тепла или освещенных солнечным светом, когда средняя температура излучения Тизл (уравнение 7) превышает Ткожн. В случае коротковолнового инфракрасного излучения (испускаемого такими излучателями, как электрорадиаторы или солнце) и испускающая, и поглощающая способности кожи становятся значительно меньше 1 (0,5-0,8) и оказываются зависимыми от кожной пигментации.

Перенос тепла путем конвекции и излучения часто объединяют и называют «сухой» теплоотдачей. В этом случае значение температуры окружающей среды представляет собой оперативную температуру -взвешенное среднее между температурами воздуха и излучения. Коэффициенты переноса тепла для конвекции и излучения объединяют и получают коэффициент hокр, обратная величина которого служит характеристикой изолирующих свойств окружающей среды Iокр.

^ Перенос тепла путем испарения. Около 20% теплоотдачи тела человека в условиях нейтральной температуры (см. рис. 25.7) осуществляется за счет испарения воды с поверхности кожи или со слизистой оболочки, выстилающей дыхательные пути.

Перенос тепла из кожи путем испарения описывается следующим уравнением:

Нисп = hисп ·кожн — Рокр)· А, (8)

где Ркожн„ и Рокр- давление водяного пара соответственно на коже (среднее значение) и в окружающем воздухе, a hисп- коэффициент переноса тепла путем испарения. Величина hисп варьирует в зависимости от очертаний поверхности кожи, атмосферного давления и скорости обдувающего воздуха.

Наиболее важное заключение из приведенного выше уравнения состоит в том, что теплоотдача путем испарения происходит даже тогда, когда относительная влажность окружающего воздуха достигает 100%. Единственное необходимое требование заключается в том, чтобы Ркожн было больше Рокр , это условие сохраняется до тех пор, пока температура кожи выше температуры окружающей среды и кожа полностью увлажнена благодаря достаточному выделению пота.

Потерю воды за счет диффузии ее через кожу и слизистую оболочку называют неощущаемой или внежелезистой потерей в отличие от железистой потери воды в результате функции потовых желез. Только последний механизм находится под контролем системы терморегуляции и оказывает существенное влияние на общее количество переносимого

^ ГЛАВА 25. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС И РЕГУЛЯЦИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА 673

тепла. Когда температура окружающей среды превышает температуру тела, теплоотдача может осуществляться только путем испарения. Эффективность потоотделения для процесса терморегуляции основана на поглощении большого количества тепла испаряющейся водой, 2400 кДж на 1 л. Путем испарения 1 л воды организм человека может отдать треть всего тепла, выработанного в условиях покоя за целый день (см. водный баланс, с. 813).

^ Влияние одежды. Одежда с точки зрения физиологии является формой теплового сопротивления, или изоляции, IОД [2], величину которого нужно прибавить к значениям термосопротивления тканей организма (IТ) и окружающего пограничного слоя (Iокр). Эффективность одежды обусловлена мельчайшими объемами воздуха, присутствующими в структуре плетеной ткани или в ворсе, где не может возникать сколько-нибудь заметных потоков воздуха. В этом случае тепло переносится только путем проведения, а воздух является плохим проводником тепла.
^
Факторы окружающей среды и температурный комфорт

Из всего изложенного ясно, что влияние непосредственного окружения на организм человека определяется по крайней мере четырьмя физическими факторами: температурой воздуха, давлением водяного пара в воздухе (влажностью), температурой излучения и скоростью движения воздуха (ветра). От этих факторов зависит, ощущает ли испытуемый «температурный комфорт» или ему слишком жарко либо холодно. Условие комфорта состоит в том, чтобы организм не нуждался в работе механизмов терморегуляции-т. е. ему не требовалось бы ни дрожи, ни выделения пота-и кровоток в периферических органах мог сохранять промежуточную скорость. Это условие соответствует упомянутой выше термоиейтральной зоне (рис. 25.4).

Указанные четыре физических фактора до некоторой степени взаимозаменяемы в отношении ощущения комфорта и потребности в терморегуляции. Иными словами, ощущение холода, вызванное низкой температурой воздуха, может быть ослаблено соответствующим повышением температуры излучения. Если атмосфера кажется душной, то соответствующее ощущение может быть ослаблено путем снижения влажности или температуры воздуха. Если температура излучения низкая (холодные стены), для достижения комфорта требуется увеличение температуры воздуха. Подобные взаимоотношения между рассматриваемыми факторами позволяют выражать различные их комбинации одним числом, например эффективной температурой [34].

Согласно проведенным недавно исследованиям [3], значение комфортной температуры для легко одетого (рубашка, трусы, длинные хлопковые брюки) сидящего испытуемого равно примерно 25-26 °С при влажности воздуха 50% и равенстве температуры воздуха и стен. Было показано, что соответствующее значение для обнаженного испытуемого при относительной влажности воздуха 50% составляет 28 оС. В условиях температурного комфорта средняя температура кожи равна примерно 34 oС. При физической работе по мере того, как испытуемый затрачивает все больше физических усилий, комфортная температура снижается. Например, для легкой кабинетной работы предпочтительная температура воздуха равна примерно 22 °С. Как ни странно, во время тяжелой физической работы комнатная температура, при которой не возникает потоотделения, ощущается как слишком низкая. Диаграмма на рис. 25.8 показывает, как соотносятся значения комфортной температуры, влажности и температуры окружающего воздуха в условиях легкой физической работы (3 мет; 1 мет = интенсивность обмена веществ в условиях покоя). Каждой степени дискомфорта может быть сопоставлено одно значение температуры - эффективная температура (ЭТ). Численное значение ЭТ находят путем проецирования на ось x точки, в которой линия дискомфорта пересекает кривую, соответствующую 50% относительной влажности [34] (ранее шкалу эффективной температуры строили в соответствии с относительной влажностью, равной 100%). Например, все комбинации значений температуры и влажности в красной области на рис. 25.8 (30 °С при относительной влажности 100% или 45 oС при относительной влажности 20% и т.д.) соответствуют эффективной температуре 37 oС, которая в свою очередь соответствует определенной степени дискомфорта. В диапазоне более низких температур влияние влажности оказывается меньше (наклон линий дискомфорта более крутой), поскольку в этом случае вклад испарения в общую теплоотдачу незначителен. Как показано на диаграмме, дискомфорт возрастает с увеличением средней температуры и влажности кожи (части поверхности тела, покрытой потом [34]). Когда значения параметров, определяющие максимальную влажность кожи (100%), превышены, тепловой баланс не может больше сохраняться. Таким образом, человек способен выдерживать условия за пределами этой границы лишь в течение короткого времени; пот при этом стекает ручьями, поскольку его выделяется больше, чем может испариться. Линии дискомфорта, представленные на рис. 25.8, конечно, смещаются в зависимости от тепловой изоляции, обеспечиваемой одеждой, скорости ветра и характера физической нагрузки. Когда, например, выполняемая работа требует увеличения интенсивности обменных процессов от 3 до 6 мет, предельно

^ 674 ЧАСТЬ VII. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС, РАБОТА И ВЛИЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ



Рис. 25.8. Психометрическая диаграмма, отражающая соотношение между температурой окружающей среды (оперативная температура: взвешенное- среднее значение температуры излучения и воздуха) и влажностью, с одной стороны, и температурным дискомфортом с другой. Это соотношение установлено для условий умеренной физической нагрузки («3 мет», т.е. утроенное значение интенсивности метаболизма в покое), легкой спортивной одежды и незначительного относительного движения воздуха (0,5 м-с1). ЭТ- эффективная температура; Ткожн-средняя температура кожи (по [34])

выносимая на протяжении продолжительного времени эффективная температура меняется с 40 до 33 С.

^ Значения комфортной температуры в воде. Когда окружающей средой служит вода, роль пограничного слоя воздуха (см. выше) выполняет слой воды, обладающей по сравнению с воздухом значительно большей теплопроводностью и теплоемкостью. В воде при заданной температуре от покоящегося тела путем конвекции отводится значительно больше тепла, чем в воздухе. Когда вода находится в движении, возникающий турбулентный поток вблизи поверхности тела отнимает тепло так быстро, что при температуре воды 10 °С даже сильное физическое напряжение не позволяет поддерживать тепловое равновесие, и возникает гипотермия. Если тело находится в полном покое, для достижения температурного комфорта температура воды должна быть 35-36 оС. Этот нижний предел термонейтральной зоны зависит от толщины изолирующей жировой ткани. В ряде исследований, проведенных на людях с различной степенью ожирения, было показано, что нижняя предельная комфортная температура в воде колеблется от 31 до 36 °С [52].
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   42

Схожі:

Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconФизиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 313 с
Физиология человека: в 3-х томах / пер с англ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. – М.: Мир. 1996.]
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconРуководство по терапевтической гомеопатии: Пер с англ. М.: Атлас, 1994. 205 с
Аллен Х. К. Основания и показания к назначению и характеристики ведущих гомеопатичекских препаратов и нозодов со сравнением их патогенезов:...
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconЛітература
...
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconГлоссарий Глоссарий взят из книги Брамм П., Брамм Д. Микропроцессор 80386 и его программирование: Пер с англ. М.: Мир, 1990,-448 с. Абсолютный адрес
Глоссарий взят из книги Брамм П., Брамм Д. Микропроцессор 80386 и его программирование: Пер с англ. М.: Мир, 1990,-448 с
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconПустыльник Е. И. Статистические методы анализа обработки наблюдений
Базара М., Шетти К. Нелинейное программирование. Теория и алгоритмы: Пер с англ. М.: Мир, 1982. – 583 С
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconСписок рекомендованої літератури
Дункан Д. У. Основополагающие идеи в менеджменте. Уроки основоположников менеджмента и управленческой практики / Пер с англ. — М.:...
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconСписок рекомендованої літератури
Дункан Д. У. Основополагающие идеи в менеджменте. Уроки основоположников менеджмента и управленческой практики / Пер с англ. — М.:...
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconО.І. Рогач [та ін.]; pа ред. О.І. Рогача. К.: Либідь,2003. 784с. Isbn 966-06-0293-6
Мировые финансы[Текст]: пер с англ./ М. В. Энг, Ф. А. Лис, Л. Д. Мауер. М.: ДеКА,1998. 736с. Алф указ.: с. 722-734. Isbn 5-89645-004-4(рус.):...
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconУчебник для вузов системы мвд/ : в 2-х кн под ред проф. А. А. Пушкина (Олександр Анатолійович). Х.: Основа,1996
Цивільне право України : Підручник : у 2-х кн. /за ред. О. В. Дзери, Н. С. Кузнєцової-К.: Юрінком Інтер, 2001; 2002, 2004
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconРуководство по коксованию том пер с немецкого
Продукты каменноугольной смолы из книги: "Руководство по коксованию" том пер с немецкого под ред. О. Гросскинского с. 437 М.: Металлургия,...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи