Способы отдачи тепла теплом человека

Существуют следующие пути отдачи тепла организмом в окружающую среду: излучение, теплопроведение, конвекция и испарение.

Излучение — это способ отдачи тепла в окружающую среду поверхностью тела человека в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона (а = 5—20 мкм). Количество тепла, рассеиваемого организмом в окружающую среду излучением, пропорционально площади поверхности излучения и разности средних значений температур кожи и окружающей среды. Площадь поверхности излучения — это суммарная площадь поверхности тех частей тела, которые соприкасаются с воздухом. При температуре окружающей среды 20 °С и относительной влажности воздуха 40—60 % организм взрослого человека рассеивает путем излучения около 40—50 % всего отдаваемого тепла. Теплоотдача путем излучения возрастает при понижении температуры окружающей среды и уменьшается при ее повышении. В условиях постоянной температуры окружающей среды излучение с поверхности тела возрастает при повышении температуры кожи и уменьшается при ее понижении. Если средние температуры поверхности кожи и окружающей среды выравниваются (разность температур становится равной нулю), отдача тепла излучением становится невозможной. Снизить теплоотдачу организма излучением можно за счет уменьшения площади поверхности излучения («сворачивания тела в клубок»). Если температура окружающей среды превышает среднюю температуру кожи, тело человека, поглощая инфракрасные лучи, излучаемые окружающими предметами, согревается.

Рис. 13.4. Виды теплоотдачи. Пути отдачи тепла организмом во внешнюю среду можно условно подразделить на «влажную» теплоотдачу, связанную с испарением пота и влаги с кожи и слизистых оболочек, и на «сухую» теплоотдачу, которая не связана с потерей жидкости.

Теплопроведение — способ отдачи тепла, имеющий место при контакте, соприкосновении тела человека с другими физическими телами. Количество тепла, отдаваемого организмом в окружающую среду этим способом, пропорционально разнице средних температур контактирующих тел, площади контактирующих поверхностей, времени теплового контакта и теплопроводности контактирующего тела. Сухой воздух, жировая ткань характеризуются низкой теплопроводностью и являются теплоизоляторами. Использование одежды из тканей, содержащих большое число маленьких неподвижных «пузырьков» воздуха между волокнами (например, шерстяные ткани), дает возможность организму человека уменьшить рассеяние тепла путем теплопроводности. Влажный, насыщенный водяными парами воздух, вода характеризуются высокой теплопроводностью. Поэтому пребывание человека в среде с высокой влажностью при низкой температуре сопровождается усилением теплопотерь организма. Влажная одежда также теряет свои теплоизолирующие свойства.

Конвекция — способ теплоотдачи организма, осуществляемый путем переноса тепла движущимися частицами воздуха (воды). Для рассеяния тепла конвекцией требуется обтекание поверхности тела потоком воздуха с более низкой температурой, чем температура кожи. При этом контактирующий с кожей слой воздуха нагревается, снижает свою плотность, поднимается и замещается более холодным и более плотным воздухом. В условиях, когда температура воздуха равна 20 °С, а относительная влажность — 40—60 %, тело взрослого человека рассеивает в окружающую среду путем теплопро-ведения и конвекции около 25—30 % тепла (базисная конвекция). При увеличении скорости движения воздушных потоков (ветер, вентиляция) значительно возрастает и интенсивность теплоотдачи (форсированная конвекция).

Отдача тепла организмом путем теплопроведения, конвекции и излучения, называемых вместе «сухой» теплоотдачей, становится неэффективной при выравнивании средних температур поверхности тела и окружающей среды.

Теплоотдача путем испарения — это способ рассеяния организмом тепла в окружающую среду за счет его затраты на испарение пота или влаги с поверхности кожи и влаги со слизистых оболочек дыхательных путей («влажная» теплоотдача). У человека постоянно осуществляется выделение пота потовыми железами кожи («ощутимая», или железистая, потеря воды), увлажняются слизистые оболочки дыхательных путей («неощутимая» потеря воды) (рис. 13.4). При этом «ощутимая» потеря воды организмом оказывает более существенное влияние на общее количество отдаваемого путем испарения тепла, чем «неощутимая».

При температуре внешней среды около 20 «С испарение влаги составляет около 36 г/ч. Поскольку на испарение 1 г воды у человека затрачивается 0,58 ккал тепловой энергии, нетрудно подсчитать, что путем испарения организм взрослого человека отдает в этих условиях в окружающую среду около 20 % всего рассеиваемого тепла. Повышение внешней температуры, выполнение физической работы, длительное пребывание в теплоизолирующей одежде усиливают потоотделение и оно может возрасти до 500— 2000 г/ч. Если внешняя температура превышает среднее значение температуры кожи, то организм не может отдавать во внешнюю среду тепло излучением, конвекцией и теплопроведением. Организм в этих условиях начинает поглощать тепло извне, и единственным способом рассеяния тепла становится усиление испарения влаги с поверхности тела. Такое испарение возможно до тех пор, пока влажность воздуха окружающей среды остается меньше 100 %. При интенсивном потоотделении, высокой влажности и малой скорости движения воздуха, когда капли пота, не успевая испариться, сливаются и стекают с поверхности тела, теплоотдача путем испарения становится менее эффективной.

Источник

Как человек вырабатывает тепло?

Человеческий организм является слаженной системой, в которой все продумано до мелочей. Многие процессы остаются практически незамеченными, однако они играют важнейшую роль в жизнедеятельности. В частности речь идет о выработке человеком тепла.

Что такое терморегуляция?

Человеческий организм «оснащен» физиологической системой терморегуляции. Она представляет собой набор физиологических механизмов, которые управляют температурой тела. Благодаря данной системе в организме сохраняется постоянная оптимальная температура, независимо от окружающей среды. Терморегуляция бывает двух видов:

- химическая (связанная с образованием тепла);
- физическая (связанная с отдачей тепла).

Откуда в организме берется тепло?

Когда человек принимает пищу, она распадается на белки, жиры и углеводы. Пищевые вещества окисляются и тем самым высвобождают имеющуюся в них энергию. Расходуя эту энергию, организм превращает ее в тепло.

Большей частью теплообразование происходит в мышечных тканях тела. Даже если совсем не двигаться, данный процесс не прекращается. Может меняться только его интенсивность. Например, по сравнению с состоянием покоя обычная ходьба увеличивает выработку тепла на 60-80%. Помимо мышц, в образовании тепла принимают участие органы.

Поскольку тепло вырабатывается постоянно, организму необходимо как-то избавляться от его излишек. В противном случае за считанные часы температура тела повысилась бы настолько, что все системы перестали функционировать. Для этого имеется теплоотдача. Выработка и отдача тепла – сложные процессы, которыми управляют специальные механизмы в человеческом организме.

Благодаря тому, что организм тщательно контролирует все процессы образования и отдачи тепла, тело имеет стабильную температуру. Теплоотдача осуществляется несколькими способами: излучение, нагревание окружающей среды, выдыхание воздуха, потоотделение и др.

Химическая терморегуляция

Химическая терморегуляция отвечает за изменение интенсивности выработки тепла в соответствии с условиями окружающей среды. Другими словами, температура воздуха влияет на обмен веществ в организме человека. Если становится прохладнее, организм начинает вырабатывать тепло активнее, чтобы обеспечить стабильность температуры тела.

Так как большая часть тепла появляется за счет работы мышц, то когда человеку холодно, тело начинает дрожать. Это нормальная реакция, которая вызвана раздражением кожных рецепторов. Низкая температура воздуха служит для них источником возбуждения, который, в свою очередь, передается к центральной нервной системе (ЦНС) в качестве сигнала – пора увеличить выработку тепла. ЦНС активирует усиленное сокращение мышц и так появляется озноб. Таким образом, это естественный рефлекс организма, направленный на усиление обмена веществ и увеличение тепла. Даже если человек при этом не начнет активнее двигаться, чтобы согреться, химическая терморегуляция сделает это за него.

Приблизительно также действует терморегуляция и в обратном направлении. Если в помещении достаточно тепло, организму не нужно перетруждаться – обмен веществ замедляется.

Физическая терморегуляция

Физическая терморегуляция отвечает за интенсивность теплоотдачи в зависимости от условий окружающей среды. Этот механизм работает противоположно химическому. Когда температура воздуха становится выше, отдача тепла усиливается. Если становится холоднее, организм отдает тепло не столь активно. Это позволяет ему сберечь правильный баланс.

Способы отдачи тепла в процентном соотношении:

излучение – 44%;
проведение тепла (нагревание окружающего воздуха) – 31%;
выдох – 12%;
потоотделение – 10%;
другие процессы – 3%.

Во время излучения телом тепла происходит нагревание окружающего воздуха и предметов на расстоянии. А во время проведения тепла нагреваются объекты, к которым человек прикасается.

Каким образом меняется интенсивность теплоотдачи?

Огромную роль в этом процессе играют кровеносные сосуды. При низкой температуре окружающей среды они сужаются, при высокой – расширяются. Когда тело чувствует холод и происходит сужение сосудов, тем самым уменьшается приток крови. Именно поэтому в прохладную погоду кожа бледнеет. Тепло отдается в меньшем количестве.

Если воздух теплый или горячий, происходит расширение сосудов, кровь приливает к поверхности тела и кожа обретает красноватый оттенок. В это время тепло отдается в большем количестве. Теплоотдача по такому принципу происходит, когда температура тела выше, чем температура воздуха. Таким образом, если разница между этими показателями небольшая, организм отдает минимум тепла. Например, в сильную жару.

В этом случае на помощь приходит потоотделение, иначе организм бы перегревался. Особенно это важно, когда окружающий воздух очень горячий. Чем жарче во внешней среде, тем больше выделяется пота.

Терморегуляция при болезни

Бывают ситуации, когда естественный процесс терморегуляции нарушается. В частности при различных заболеваниях. При этом говорят о появлении лихорадки, причиной которой являются специальные вещества – пирогены. Они могут быть выработаны самим организмом или попасть в него из внешней среды – различные микробы, токсины и т.п. Но важно понимать, что внешние пирогены сами по себе не вызывают повышение температуры – это реакция внутренних пирогенов на их появление в организме.

Какой орган отвечает за температуру тела?

Данные вещества оказывают влияние на один из отделов головного мозга, гипоталамус (отдел промежуточного мозга), где располагается центр терморегуляции. Из-за этого нормальную температуру организм начинает воспринимать как слишком низкую и начинает ее повышать. Соотношение образования тепла и его отдачи нарушается.

Гипоталамус

Повысив температуру, организм «успокаивается», так как считает, что баланс восстановлен и на этом его функция выполнена. Пока пирогены присутствуют в организме, повышенная температура остается стабильной. При этом ощущается жар – расширяются сосуды. Действуют те же принципы, что и при нормальном состоянии. Как только человек выздоравливает, организм возвращается в норму, налаживается и терморегуляция.

Считается, что повышение температуры при болезни – это хорошо, ведь так организм борется с недугом. Но достоверных подтверждений этого нет. Вероятней всего, нагревание происходит с целью того, чтобы мобилизовать все ресурсы и предотвратить распространение бактерий.

Процессы образования и отдачи тепла в организме тесно взаимосвязаны и контролируются физиологической системой терморегуляции. Ее задача – поддерживать стабильную, нормальную температуру тела независимо от условий окружающей среды. Организм вырабатывает тепло, благодаря получению пищевых продуктов и их распаду на белки, жиры и углеводы. Больше всего тепла образуется в мышцах и органах. Отдача тепла происходит несколькими путями – через излучение, проведение, потоотделение, выдыхание и др.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

2) Теплоотдача. Способы отдачи тепла с поверхности тела. Физиологические механизмы теплоотдачи.

Основная масса тепла образует-ся во внутренних органах. Поэтому внутренний поток тепла для удале-ния из организма должен подойти к коже. Перенос тепла от внутренних органов осуществляется за счет теплопроведения (таким способом пе-реносится менее 50% тепла) и кон-векции, т. е. тепломассапереноса. Кровь в силу своей высокой тепло-емкости является хорошим провод-ником тепла.

Второй поток тепла — это поток, направленный от кожи в среду. Его называют наружным потоком. Рас-сматривая механизмы теплоотдачи, обычно имеют ввиду именно этот поток.

Отдача тепла в среду осуществ-ляется с помощью 4 основных меха-низмов:

Вклад каждого механизма в теплоотдачу определяется состоянием среды и скоро-стью продукции тепла в организме. В условиях температурного комфорта основная масса тепла отдается за счет теплопроведения, теплоизлучения и конвекции и лишь 19—20% — с помощью испарения. При высокой температуре среды до 75—90% тепла отдается за счет испарения.

Теплопроведение — это способ отдачи тепла телу, которое непосредственно контакти-рует с телом человека. Чем ниже температура этого тела, чем выше температурный гради-ент, тем выше скорость потери тепла за счет этого механизма. Обычно этот способ отдачи тепла ограничен одеждой и воздушной прослойкой, которые являются хорошими изолято-рами тепла, а также подкожным жировым слоем. Чем толще этот слой, тем меньше вероят-ность передачи тепла к холодному телу.

Теплоизлучение — отдача тепла с участков кожи, не прикрытых одеждой. Происходит путем длинноволнового инфракрасного излучения, поэтому такой вид теплоотдачи еще называют радиационной теплоотдачей. В условиях температурного комфорта за счет этого механизма отдается до 60% тепла. Эффективность теплоизлучения зависит от градиента температуры (чем он выше, тем больше тепла отдается), от площади, с которой происходит излучение, от числа объектов, находящихся в среде, которые поглощают инфракрасные лучи.

Конвекция. Воздух, соприкасающийся с кожей, нагревается и поднимается, его место занимает «холодная» порция воздуха и т. д. Таким способом — за счет тепломассапереноса отдается в условиях температурного комфорта до 15% тепла.

Во всех перечисленных механизмах большую роль играет кожный кровоток: когда его интенсивность возрастает за счет снижения тонуса гладкомышечных клеток артериол и закрытия артериовенозных шунтов — отдача тепла существенно возрастает. Этому также способствует увели-чение объема циркулирующей крови: чем больше его значение, тем выше возможность переноса тепла в среду. На холоде происходят противоположные процессы — уменьшается кожный кровоток, в том числе за счет прямого переброса артериальной крови из артерий в вены, минуя капилляры, уменьшается объем циркулирующей крови, меняется и поведенческая реакция: человек или жи-вотное инстинктивно занимает позу «калачиком», т. к. в этом случае площадь отдачи тепла уменьшается на 35%, у животных к этому добавляется и реакция — «гусиная кожа» — подъем волос кожи (пилоэрекция), что повышает ячеистость накожного покрова и снижает возможность отдачи тепла.

На долю кистей рук приходится небольшая часть поверхности тела — всего 6%, но их кожей отдается до 60% тепла при помощи механизма сухой теплоотдачи (теплоизлучение, конвекция).

Испарение. Отдача тепла происходит за счет траты энергии (0,58 ккал на 1 мл воды) на испарение воды. Различают два вида испарения, или перспирации: неощущаемую и ощущаемую пер-спирацию.

а)неощущаемая перспирация — это испарение воды со слизистых дыхательных путей и воды, которая просачивается через эпителий кожного покрова (тканевой жидкости). За сут-ки через дыхательные пути испаряется в норме до 400 мл воды, т. е. отдается 400×0,58ккал=232ккал/сутки. При необходимости эта величина может быть увеличена за счет так назы-ваемой тепловой одышки, которая обусловлена влиянием нейронов центра теплоотдачи на дыхательные нейроны ствола мозга.

В среднем за сутки через эпидермис просачивается около 240 мл воды. Следовательно, за счет этого отдается 240*0,58ккал=139ккал/сутки. Эта величина не зависит от процессов регуляции и различных факторов среды.

Оба вида неощущаемой перспирации за сутки позволяют отдать (400 + 240) * 0,58 = 371 ккал.

б)ощущаемая перспирация (отдача тепла путем испарения пота). В среднем за сутки при комфортной температуре среды выделяется 400—500 мл пота, следовательно, отдает-ся до 300 ккал. Однако при необходимости объем потоотделения может возрасти до 12 л/сутки, т. е. путем потоотделения можно отдать почти 7000 ккал в сутки. За час потовые железы могут продуцировать до 1,5 л, а по некоторым источникам — до 3 л пота.

Эффективность испарения во многом зависит от среды: чем выше температура и ниже влажность воздуха (насыщенность воздуха водяными парами), тем выше эффективность потоотделения как механизма отдачи тепла. При 100% насыщения воздуха парами воды испарение невозможно.

Источник