Терморегуляция. Методы оценки теплового баланса организма

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ТАВРИЧЕСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ В.И.ВЕРНАДСКОГО

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ЭКОНОМИКО-ГУМАНИТАРНЫЙ ИНСТИТУТ

КАФЕДРА ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ

РЕФЕРАТ

«Терморегуляция. Методы оценки теплового баланса организма»

Левицкая Екатерина Владимировна

Специальность 7.01.0202

«Физическая реабилитация»

Курс 6, группа Р-601

Севастополь 2007

План

1.Введение.

2. Методы оценки теплового баланса организма.

2.1 Тепловой баланс человека.

2.2 Классификация методов оценки теплового баланса организма.

2.3 Уравнение теплового баланса.

2.4 Средние значения составляющих теплового баланса человека на примере Украинских Карпат.

2.5 Номограмма тепловой нагрузки на организм человека.

3. Терморегуляция

3.1 Температура тела и терморегуляция.

3.2 Температура кожи.

3.3 Одежда.

3.4 Тепловая адаптация и её физиологические механизмы.

3.5.Механизмы адаптации к холоду.

3.6 Терморегуляция при плавании.

Заключение.

Литература.

1. Введение

Тема данного реферата рассматривается в рамках климатологии и поэтому посвящена вопросу о влиянии метеорологических факторов на тепловой баланс и тепловое состояние человека. Учёт метеорологических факторов вытекает из практических задач по созданию эффективных средств защиты человека от неблагоприятных климатических условий, при нормировании труда и отдыха на открытом воздухе, при гигиенической оценке климата и т.д. Существуют различные научные подходы и методы оценки влияния погоды и климата на общее состояние и самочувствие человека. Наиболее часто используют методы эффективной температуры, теплового баланса и комплексной климатологии. Однако все эти методы имеют ограниченный характер применения. Традиционно оценка климата для рекреации Украины производится по методике И.С. Кандрора, Д.М. Дёминой, Е.М. Ратнера, в которой учтено физиологическое состояние человека. Также часто используют рекреационную классификацию погоды Н.А.Даниловой.[1,2,3] Изучение климатических условий для рекреации производится с точки зрения комфортности погоды и климата для организма здорового человека, который отдыхает. Важным является знание комплексного влияния курортных факторов на организм на этапе санаторно-курортного лечения. С учётом непрерывности реабилитации в Украине выделяют стационарный, амбулаторный, а иногда ещё и санаторный этапы медицинской реабилитации. С помощью показателей ультрафиолетовой радиации, теплового баланса человека, межсуточной изменчивости атмосферного давления, количества кислорода в воздухе, комплекса метеорологических величин определяют рекреационные типы погоды, а также непригодные для отдыха «жаркие дни». Биологическое воздействие солнечной радиации на организм человека состоит в действии всех частей её спектра: ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной. Ветер, влажность, осадки, атмосферное давление значительно влияют на организм человека.

2. Методы оценки теплового баланса организма

2.1 Тепловой баланс человека

С точки зрения климатологии тепловое состояние человека есть ответная реакция на комплексное действие погоды. Анализ многих методов свидетельствует, что для характеристики теплового состояния человека, который подвержен влиянию комплекса метеорологических факторов, самым объективным и научно-обоснованным является метод теплового баланса. Этот метод позволяет количественно оценивать суммарные затраты тепла организмом или приток тепла к организму при разных климатических условиях. Каждая из составных частей в уравнении теплового баланса зависит от характеристик окружающей среды и состояния человека, сравнивая которые с средними показателями можно оценить климат с позиции теплового комфорта человека.

2.2 Классификация методов оценки теплового баланса организма

Они делятся на аналитические, интегральные показатели и приборные.

Аналитические методы расчета теплового баланса организма человека имеют значение главным образом для оценки метеорологических условий климатотерапии. Они позволяют перейти от метеорологических параметров внешней среды к качественной оценке теплового состояния человека. Эти методы информативны, дают возможность объективно оценить потери или поглощение тепла организмом в энергетических единицах, однако они сложны для практического использования.

Приборный метод оценки теплового состояния человека.

Он заключается в моделировании некоторых физиологических функций, формирующихся под воздействием метеорологических факторов с помощью приборов, основанных на принципах охлаждения нагретого чёрного шара. В современных исследованиях такого рода приборы - фригориметры, кататермометры - используются в нашей стране.

Для оценки теплоощущения человека широко применяется метод интегральных показателей, среди этих показателей распространены эквивалентно-эффективные и радиационно-эквивалентно-эффективные температуры воздуха, выражающие одним числом комплексное влияние на тепловое ощущение человека трех или четырех метеорологических элементов: эквивалентно-эффективные температуры (ЭЭТ) -- температуры, влажности воздуха и скорости ветра; радиационно-эквивалентно-эффективные температуры (РЭЭТ) -- тех же элементов и интенсивности солнечной радиации. Разработка данных показателей основана на том физиологическом принципе, что одно и то же тепловое ощущение человек может испытывать при различных комбинациях метеорологических факторов (табл. 1).

Теплоощущение человека	ЭЭТ	Теплопотери организма	Температура кожи
Холодно Умеренно холодно	1-8 9--16	0,017--0,0121 0,011--0,006	28,0--28,9
Прохладно - зона комфорта	17--20	0,005--0,003	29,0--31,9
Индифферентно- зона комфорта	21--22	0,002-0,001	32,0--33,2
Тепло Жарко	23--27 более 27	менее 0,001	33,3--34,3

Для расчетов ЭЭТ используются номограммы, а также следующая формула.

ЭЭТв (для воздушных ванн)=0,57(ЭЭТп-7)/0,8+11

ЭЭТп (для прогулок)=(t*G/80)*(0,00439*Т+0,456*Т+9,5)+W*(0,11*T-0,13)-0,002*Т*G.

Где t- температура воздуха в градусах.

Т=t -37?С

W- скорость ветра на уровне 2м над поверхностью земли, равная 0,67 от скорости ветра по флюгеру.

G=100-f %(относительная влажность воздуха).

На основании ряда исследований установлены пределы ЭЭТ, характеризующие зоны различного теплоощущения человека, уточнённые клинико-физиологическими наблюдениями над абсолютными величинами теплопотерь организма при различных метеорологических условиях. Продолжительность периода с комфортными условиями теплоощущения определяет биоклиматические ресурсы регионов, обуславливает особенности проектирования терренкуров и климатосооружения.

Пределы зоны комфорта могут отличаться у людей в различных природных зонах, в разные сезоны года, а также при разных формах заболевания.

Радиационно-эквивалентно-эффективные температуры (РЭЭТ) также рассчитывают по специальным формулам, в которые входит расчёт РЭЭТ для солнечных ванн и для прогулок.

Важным показателем, входящим в расчёт является температура воздуха. В Таблицах 2,3 приведены максимумы и минимумы температур в различных регионах Украины. По климатическим условиям выделяют 2 периода рекреационной деятельности:[12] холодный (ноябрь-март) и тёплый (апрель-октябрь). Для холодного периода года по действию погоды на организм человека выделено 4 группы рекреационных типов погоды : прохладная погода с температурой воздуха ниже 10?С; слабо холодная, когда температура воздуха в пределах -10…-1 ?С; холодная температура с температурой -15…-10 ?С; и дискомфортная- температура воздуха ниже -15 ?С. Холод либо жара требуют значительного напряжения терморегуляторных механизмов человека. Для тёплого периода года ( апрель-октябрь) по степени действия температуры воздуха на человека рекреационные типы погоды объединили также в 4 группы: комфортную- температура воздуха до + 20 ?С; тёплую- выше 25 ?С, прохладную с температурой ниже 20 ?С и дискомфортную с температурой воздуха выше 30 ?С. Комфортная и прохладная погода в тёплый период года составляет 180 дней в степной части Украины и 200 и более на Южном берегу Крыма. В холодный период прохладная и слабохолодная погода бывает в среднем 100-150 дней, в горах на высоте более 1000м -40-50 дней.

Таблица 2.

Таблица 3.

2.3 Уравнение теплового баланса

По современной методике, опубликованной в Украине в 2003 году [12] за критерий тепловой нагрузки принимается интегральный показатель, который равен суммарному притоку тепла к организму [4]. Уравнение теплового баланса тела человека, не защищённого одеждой можно записать в виде: FLE=FR+FP+B+q,

Где FLE-затраты тепла на выделение пота,

FR-радиационный баланс тела,

FP-теплообмен между телом и воздухом путём конвекции,

B-отток тепла с верхних дыхательных путей во время дыхания,

q- теплопродукция организма,

F- эффективная площадь поверхности тела(F=1,5 кв.м),

L- скрытая теплота парообразования (L=2411Дж/г).

Все члены уравнения выражаются в ваттах. Теплопродукция организма в состоянии покоя равна 93 Вт.

Положительные значения теплового баланса тела человека характеризуют тепловое состояние человека, который претерпевает тепловые нагрузки различной интенсивности. Если интегральный показатель теплового состояния человека отрицательный, то это указывает на режим охлаждения организма. Отрицательное значение теплового баланса тела человека равно тому количеству тепла, которое организм должен выделить за счёт повышения физической активности или сберечь, используя соответствующую одежду, чтобы обеспечить состояние теплового комфорта.

Рассмотрим основные составляющие уравнения теплового баланса.

А) FLE-затраты тепла на выделение пота. При испарении 1 литра пота с кожи «отбирается» 580 ккал энергии. Различают 2 типа испарения (перспирации). 1-неощутимая перспирация - это испарение межклеточной жидкости через мембраны кожных клеток и поры,2- ощутимая перспирация- потеря воды с потом при перегреве( в результате физической нагрузки или в жарких условиях) Максимальная скорость потообразования при мышечной работе может достигать 2-3л/час, испарение которых отнимает около 2000 ккал/час в виде тепла. При влажности воздуха выше 40 мм рт.ст. потоиспарение равно нулю. Чем выше температура и скорость перемещения слоёв воздуха, тем выше испарение.

Б) FR-радиационный баланс тела.

Радиационный баланс представляет собой сумму радиационных коротковолновых и длинноволновых потоков тепла, поступающих на поверхность тела или одежды. Величина радиационного баланса равна разности поглощённого солнечного тепла и эффективного излучения. Для оценки биотермических условий человека важно знать отношения её радиационного баланса к интегральной величине тепловой нагрузки. Радиационный баланс является основным источником притока тепла к организму человека из внешней среды. Солнечная радиация, проходя через атмосферу, воздействует на все метеорологические процессы, при этом оказывая влияние на тепловой баланс человека. Радиационный баланс есть разница между притоком и затратами лучистой энергии, что поглощается и отражается подстилающей поверхностью и атмосферой. Радиационный баланс определяется продолжительностью солнечного сияния, облачностью, прозрачностью атмосферы, характером подстилающей поверхности. Радиационный баланс может быть положительным (поверхность отражает солнечной радиации больше, чем отражает) или отрицательным( отражается больше, чем поглощается). На севере и западе и в центре Украины период с положительным радиационным балансом составляет 8-9 месяцев, в Закарпатье-10 мес., в южных степях и Крыму - положителен круглый год. Суммы радиационного баланса за год составляют на северо-западе Украины -1140 МДж/кв.м, в южных степях - 2190 МДж/кв.м, на ЮБК - 2200 МДж/кв.м. Важной характеристикой радиационного режима есть продолжительность солнечного сияния. Наибольшая продолжительность в Украине в среднем за год наблюдается в Крыму и на побережье Чёрного и Азовского морей.(2150-2450час). Значительной она бывает в Крымских горах (Ай-Петри-2319час, Карадаг-2442час), в степях-2000час. Наименьшие годовые значения отмечаются в Западных районах Полесья и Лесостепи(1690-1850час). На Закарпатской низменности, например в Ужгороде солнечное сияние длится 1950 часов за год. Суммарная солнечная радиация, достигающая земной поверхности складывается из прямой и рассеянной. Она зависит от высоты Солнца, продолжительности дня, облачности и прозрачности атмосферы. На радиационный режим влияет прямая солнечная радиация, которая производится излучением от солнечного диска в виде пучка параллельных лучей. Максимальные значения отмечаются в июне-июле и составляют 420 МДж/кв.м. на севере Украины (Ковель) и 757МДж/кв.м на юге (Карадаг). Прямая радиация за год имеет аналогичный широтный ход : от 2759 МДж/кв.м на севере до 5165 МДж/кв.м на юге, т.е. увеличивается почти вдвое. Территория Украины по интенсивности солнечной радиации, как интегрального потока, так и ультрафиолетовой её составляющей относят (по В.О. Белинскому) к зоне ультрафиолетового комфорта. Ультрафиолетовая радиация имеет огромное значение для биосферы, хотя она составляет всего 7-9% от общего потока солнечной радиации, которая достигает атмосферы. Земной поверхности достигает лишь 3,5%.

В) FP-теплообмен между телом и воздухом путём конвекции связаны с нагреванием и перемешиванием слоёв воздуха вдоль тела: у поверхности тела воздух нагревается, и поднимается кверху, освобождая доступ холодным порциям воздуха. Основное направление конвекции - снизу - вверх. Интенсивность теплоотведения зависит от разности между температурой тела и воды или воздуха, при 33 градусах конвекция тормозится. Значительное влияние оказывает площадь поверхности тела. В покое теплопотеря за счёт конвекции составляет около 40 %.

Г) B-отток тепла с верхних дыхательных путей во время дыхания относится к неощутимой перспирации. Вместе с испарением через мембраны кожных клеток этим путём за сутки испаряется около 250мл жидкости, что составляет около 20% общих теплопотерь.

Д) q- теплопродукция организма.

Теплообразование является основным свойством всех живых организмов. Тепло, вырабатываемое человеком (теплопродукция) возникает в процессе биологического обмена веществ во всех тканях тела. Вся энергия, которая в конечном итоге выделяется в виде тепла, количественно определяется химической энергией переваренной пищи [5]. И поступившим из внешней среды теплом, причём пища является основным источником тепла живых организмов. Большинство исследований, посвящённых изучению явления теплообразования, было связано с проблемой определения основной величины теплопродукции, под которой понимается количество энергии, расходуемое организмом человека при полном мышечном покое, до приёма пищи в условиях теплового комфорта. Образование тепла зависит от ряда факторов: метеорологических условий, пола, возраста и, прежде всего, от характера пищи и деятельности человека. Она изменяется в зависимости от тяжести физической работы. Основная часть энергии теплопродукции выделяется в окружающую среду в виде тепла, и лишь небольшая её часть превращается в механическую энергию, которая расходуется на внешнюю работу. При высокой физической активности значение внешней работы в энергетическом балансе человека увеличивается, однако даже при очень напряжённой физической работе энергия, затрачиваемая на внешнюю работу, значительно меньше величины теплопродукции, определённой у человека в состоянии покоя. Изучение основной величины теплопродукции в различных метеорологических условиях показало, что чем больше масса тела, тем больше теплопродукция. При этом было выяснено, что если отнести основную величину теплопродукции ко всей площади поверхности тела, то получается величина, близкая к постоянной для большинства людей. Это значение теплопродукции для человека в покое было оценено равным 40-50 ккал/кв.м*час.[6]

2.4 Средние значения составляющих теплового баланса человека на примере Украинских Карпат

С помощью метода теплового баланса организма человека можно рассчитать его составляющие и провести оценку рекреационных районов Украины. Один из главных рекреационных районов - Украинские Карпаты. В течение года организм человека в Украинских Карпатах получает тепловые нагрузки разной интенсивности.(таблица4,5) Но интересно, что средние значения интегрального показателя теплового состояния человека почти повсюду отрицательные, что соответствует режиму охлаждения организма. Зимой больше тепла организм человека теряет на вершинах гор. Осенью биоклиматические условия Украинских Карпат суровее, чем весной. Весной радиационный баланс имеет положительные значения, но интегральный показатель теплового состояния остаётся отрицательным, что свидетельствует о потерях тепла организмом за счёт конвективного и других видов теплообмена. Летом почти везде затраты тепла превышают радиационный баланс. Основным фактором, что определяет затраты тепла на выделение пота, остаётся конвективный теплообмен. Осенью организм человека получает недостаточное количество солнечного тепла для обеспечения оптимального состояния. Недостаток тепла, которое приходит извне, может быть компенсирован с помощью одежды с высокими теплоизоляционными свойствами.

Таблица 4.

Таблица 5.

2.5 Номограмма тепловой нагрузки на организм человека

Для правильного проведения и дозирования гелиотерапевтических процедур необходимо учитывать и тепловое состояние человека. Для назначения и проведения климатолечения (принятия процедур) необходимо рассчитывать тепловую нагрузку на организм человека, которую можно определить с помощью номограммы.

3. Терморегуляция

3.1 Температура тела и терморегуляция

Термический режим тела человека характеризуется существенной особенностью, свойственной всем теплокровным животным,- наличием сравнительно постоянного уровня внутренней температуры тела. У человека внутренняя температура тела близка к 37 градусов. Сохранение температуры тела в пределах нормы является необходимым условием жизнедеятельности человека.[7] Если температура тела должна оставаться постоянной, то необходимо, чтобы в тепловом балансе человека сохранялось равенство прихода и расхода тепла. Действительно, если приход тепла будет больше расхода, то температура тела будет повышаться. Если же приход тепла будет меньше расхода, то это приведёт к понижению температуры тела. В физиологических исследованиях было установлено[6,8], что температура тела человека поддерживается путём регуляции тепла и его отдачи. Химическая терморегуляция является основной. Дополнительное регулирование осуществляется за счёт изменений теплоотдачи с помощью, так называемой физической терморегуляции. Физическая терморегуляция определяется как физическими, так и физиологическими процессами. Схематично можно довольно просто разграничить область действия этих процессов: теплоотдача от внутренних органов к коже происходит на основе физиологических закономерностей, а теплоотдача от кожи через одежду во внешнюю среду - в соответствии с физическими закономерностями. Причём факторы внешней среды оказывают влияние не только на физическую, но и на химическую терморегуляцию. Человек отдаёт в окружающую среду тепло, которое он сам продуцирует и которое получает в виде радиации, пятью основными способами[9]:1) молекулярной теплопроводностью, 2) турбулентной теплопроводностью, 3) длинноволновым излучением, 4)дыханием, 5) испарением пота. Передача тепла путём молекулярной теплопроводности происходит при непосредственном соприкосновении двух тел. У человека этот вид теплообмена ограничивается небольшими участками соприкосновения ног или обуви с поверхностью земли или полом, и им можно пренебречь. Если изучается теплообмен для человека в положении лёжа, то молекулярная теплопроводность играет важную роль. Величина отдачи тепла путем молекулярной теплопроводности пропорциональна разности температур и площади соприкасающихся поверхностей.

В условиях, когда поверхность тела человека теплее окружающего воздуха, турбулентный теплообмен является одним из основных путей передачи тепла от организма во внешнюю среду и связан с непрерывным нагреванием организмом близлежащих слоёв воздуха, причем нагретый воздух постоянно обменивается на холодный. Потеря тепла конвекцией зависит от температуры воздуха, скорости ветра, площади нагретого тела, теплопроводности внешних слоев нагретого тела и некоторых других характеристик.

Как и всякое тело, организм человека теряет тепло путем излучения. Потери тепла излучением определяются известным законом Больцмана. При этом необходимо иметь в виду, что тело человека не является абсолютно черным излучателем, и это учитывается введением соответствующего множителя.

Постоянство температуры тела осуществляется в результате сложной работы терморегулирующего аппарата организма человека, который через высшие отделы центральной нервной системы чутко реагирует на изменения термических условий окружающей среды. Под влиянием этих воздействий организм способен менять количество вырабатываемого им и отдаваемого в окружающее пространство тепла. У человека, как и у всех высших животных основной обмен в условиях высоких температур немного повышается. Механизм терморегуляции увеличивает теплоотдачу в результате рефлекторного расширения периферических сосудов, что улучшает кровоснабжение кожи и, следовательно, создаёт условия, при которых отдача тепла организмом повышается за счет усиления конвекции и излучения тепла в окружающую среду. Одновременно увеличивается и потоотделение, являющееся в этих условиях главным фактором теплопотери за счет энергии, расходуемой на испарение пота с поверхности кожи [10].

При действии на организм низкой температуры отмечается рефлекторный процесс, обратный тому, который наблюдается в условиях жаркой погоды: механизм терморегуляции повышает теплопродукцию, периферические сосуды сужаются, кровоснабжение кожи уменьшается, а процесс потоотделения резко ослабевает или прекращается. Это способствует резкому уменьшению теплоотдачи.

При очень сильном охлаждении тела величина теплопродукции в покое может увеличиться в три раза. Это явление связывают с изменением скорости окислительных процессов при изменении мышечного напряжения, возникновения дрожания и т. п.

Все высказанное о терморегуляции можно отнести только к «среднему» человеку. Этот процесс зависит от возраста, акклиматизации, пола и т. д. Например некоторые специалисты считают, что женщины обладают большей термостатичностью, другие подчёркивают роль акклиматизации к холоду и адаптации организма к температурным колебаниям.

Таким образом, условия внешней среды, влияя на организм через нервные рецепторы, приводят в действие систему физиологических механизмов, которая в зависимости от характера температурного раздражителя соответственно ослабляет или усиливает процессы теплоотдачи и теплопродукции, обеспечивая тем самым сохранение температуры на нормальном физиологическом уровне.

3.2 Температура кожи

При неизменной температуре внутренних органов человек может испытывать различное тепловое состояние, которое им субъективно оценивается как «тепло», «прохладно», «холодно» и т. д. Тепловое состояние человека определяется прежде всего температурными изменениями, которые происходят в поверхностных тканях тела. Как показывают данные многочисленных исследований температурного режима и теплосодержания в различных слоях тела, наибольшие изменения температуры наблюдаются в верхних слоях тканей. Так, на глубине 2,5 см от поверхности кожи уже отсутствует сколько-нибудь значительное изменение температуры во времени, причем она близка к температуре внутренних органов.[13] Таким образом, для теплового баланса и теплового состояния человека условия температурного режима кожи являются определяющими, поскольку теплоотдача происходит с поверхности тела.

В целом ряде экспериментальных работ, посвященных исследованию теплового баланса, физиологам удалось установить тесную корреляцию между субъективными оценками теплового состояния и температурой кожи. Причем оказалось, что каждой субъективной оценке соответствует температура кожи не отдельных точек тела, а ее средневзвешенное значение, определенное для всей поверхности тела. Следовательно, по данным средней температуры кожи можно объективно оценивать тепловое состояние.

Впервые предложение использовать температуру кожи в качестве показателя теплового состояния человека было сделано бельгийским метеорологом Венсеном в 1890г. Венсен составил формулу для расчета температуры кожи большого пальца руки по данным измерений температуры воздуха, температуры шарового термометра и скорости ветра. По результатам таких расчетов и измерений была составлена таблица соотношения температуры кожи с тепловым состоянием человека.

В дальнейшем многие работы были направлены на поиски наиболее характерных точек на поверхности тела, в которых измеренная температура соответствовала бы действительному тепловому состоянию. Однако оказалось, что такой точки не существует, поскольку каждая из них является репрезентативной для определенной части, а не для всего тела. Отдельные участки тела при этом характеризуются различными температурами, например, в условиях комфорта температура лба может изменяться в пределах 31--34° С, а груди 31,5--33,5° С [13].

Таблица 6. Значения средней температуры кожи ?С при различном теплоощущении человека.

По Уинслоу и Херрингтону
теплоощущение	?С
Холодно	27,8-28,8
Очень про хладно	28,9-29,9
Прохладно	30,0-32,1
Комфорт	32,2-33,2
Тепло	33,3--34,2
Жарко	34,3-35,5
Очень жарко	35,6-36,6

Особенности топографии кожных температур возникают в процессе онтогенетического развития. Обнаружено, что у новорожденных почти нет различия в температуре туловища и конечностей. Следовательно, распределение температурных точек зависит от возраста, обычаев, закалки и т.д, что в значительной степени определяет трудности поисков температурного показателя теплового состояния. При расчете теплового обмена работающего человека следует учитывать, что топография кожных температур зависит от топографии мышечной активности. Наиболее правильное представление о тепловом состоянии дает средневзвешенная температура кожи, которая определяется с учетом процентного отношения поверхности отдельных частей тела, на которых измерялась температура кожи, ко всей поверхности тела.

Разные авторы предлагают производить измерения средневзвешенной температуры кожи по различному числу точек (от 5 до 18). Несмотря на кажущуюся неоднозначность экспериментов, большинство исследователей пришли к одинаковым выводам, что средняя температура кожи может изменяться от 26 до 38° С, причем для отдельных точек температура кожи изменяется на 20° и больше. Температура внутренних частей тела при этом сохраняется в пределах нормы в результате действия терморегулирующих систем организма.

В условиях очень высоких тепловых нагрузок и при выполнении тяжелой физической работы может оказаться, что средняя температура кожи не будет соответствовать действительному тепловому состоянию. В этом случае деятельность системы терморегуляции не может предотвратить роста температуры тела и вследствие наступления обильного, так называемого профузного потения температура кожи перестает расти и даже понижается. Однако в условиях сухой жары температура кожи может повышаться до 38°С.

При воздействии высоких температур необходимо учитывать не только температуру кожи, но и интенсивность кожного кровотока, частоту сердечных сокращений, потоотделение и некоторые другие физиологические реакции.

Средневзвешенная температура кожи, отвечающая условиям теплового комфорта, равняется примерно 33° С [13].

Наиболее близкое к комфорту теплоощущение было отмечено при температуре кожи 31--33° С. Разброс в два градуса объясняется индивидуальными особенностями испытуемых (полом, возрастом и т. д.) и различными климатическими сезонами, в которых проводились эксперименты. Причем в условиях жаркого климата у лиц, находящихся в состоянии покоя, при отсутствии потоотделения тепловой баланс устанавливается при более высокой температуре, чем в условиях более холодного климата.

Средняя температура кожи может оказывать влияние не только на испарение влаги с поверхности тела, но и на теплопродукцию. Однако теплопродукция человека , не занятого физической работой, сравнительно мало зависит от температуры кожи в интервале температур, соответствующем зоне комфорта; средняя величина теплопродукции оказывается примерно равной 0,085 кас/кв.см*мин. Таким образом, главным фактором повышения теплопродукции является работа, а не средняя температура кожи.

При расчёте затрат тепла за счёт длинноволнового излучения нужно знать величину коэффициента, характеризующего излучательные свойства кожи. Этот коэффициент можно принять как и для земной поверхности= 0,95. В расчётах учитывают коэффициенты отражения. Альбедо, характеризующий способность отражать излучение, поверхностей тела человека и тканей одежды может изменяться в широких пределах. Например у белой кожи альбедо=0,45, у кожи среднего блондина-0,43, кожа смуглого брюнета - 0,35, кожа тёмная (индиец) - 0,22, кожа тёмная (негр)-0,16.

3.3 Одежда

При изучении условий теплового баланса и теплового состояния человека наряду с метеорологическими факторами и факторами физической работы необходимо принимать во внимание теплоизолирующее влияние одежды. Одежда предохраняет человека не только от холода, но и от чрезмерного влияния солнечной радиации. Поэтому решение вопроса об определении и создании рациональной для различных климатических условий одежды является одной из главных проблем гигиены и биоклиматологии.

Обмен тепла между телом человека и окружающей его средой--это сложное и многообразное явление, в котором имеют место различные биологические и физические процессы и в котором теплозащитное действие одежды не остается постоянным. Оно зависит от рода одежды, от климатических условий, от физической нагрузки и общего состояния организма человека. Одежда является одним из важнейших регуляторов физиологических процессов, управляющих тепловым режимом организма.

В работах по вопросам влияния одежды на теплообмен изучались изменения температуры кожи под одеждой и оценивалось влияние различных видов одежды на тепловое состояние человека. Например, условия теплового комфорта у человека, находящегося в покое или занятого лёгкой физической работой в обычных комнатных условиях (температура 20 град.) создаёт одежда из шерстяного костюма и белья. По теплоизоляции лёгкая летняя одежда в 10 раз ниже арктической. Таким образом, сохранению устойчивого теплового состояния организма способствует не только рефлекторно-физиологические процессы, но и благоприятные климатические условия, созданные искусственно с помощью одежды.

3.4 Тепловая адаптация и её физиологические механизмы

У людей, живущих в жарких условиях, а также у спортсменов, часто тренирующихся в условиях рабочей гипертермии, возникают специфические приспособительные (адаптивные) изменения в различных ситстемах, направленные на решение двух « взаимоисключающих» задач гомеостаза.

а) увеличение теплоотдачи, и

б) сохранение воды и солей в организме.

Эти две, казалось бы, противоречащие друг другу задачи, организм решает путем ряда адаптивных морфо-функциональных перестроек.

Для увеличения теплопотерь включаются механизмы:

1) усиливается потоотделение путем:

а) снижения температурного порога потоотделения (потоотделение начинается при более низкой температуре кожи);

б) повышения скорости потоотделения;

в) более равномерного распределения потовых и сальных желез на коже, поэтому пот не стекает струйно, а распределяется капельно, что увеличивает площадь его испарения;

2) увеличивается кожный кровоток за счет усиления кожной капилляризации;

3) быстро перераспределяется кровь в систему кожных сосудов;

4) кровоток приближается к поверхности тела и более эффективно распределяется по поверхности тела;

5) снижается активности желез внутренней секреции (в частности, надпочечников): уменьшается концентрация норадреналина и повышается выброс альдостерона, что снижает температуру тела как в покое, так и при мышечной деятельности.

3.5 Механизмы адаптации к холоду

При кратковременном пребывании на холоде.

Основные механизмы адаптации к холоду направлены на снижение теплопотерь и усиление теплопродукции. При кратковременном пребывании на холоде происходит:

1) сужение кожных сосудов, переносящих тепло с кровью от кожи вглубь тела (кожная температура снижается). При этом кровоток через пальцы рук может снижаться в 100 раз, а теплоизолирующая способность «оболочки» тела возрастает в 6 раз, что уменьшает теплопотери;

2) усиление теплопродукции за счет:

а) возникновения «холодовой дрожи» (непроизвольного сокращения мышечных волокон) при температуре воздуха ниже 22°С,

б) усиления метаболизма: на холоде в покое повышается скорость потребления кислорода за счет увеличения СВ (так, при температуре воздуха 5°С ПО2 и СВ у обнаженного человека увеличиваются в 2 раза). Следует отметить, что увеличение СВ при холодовой экспозиции идет исключительно за счет роста СО, а ЧСС не изменяется.

Механизмы адаптации к холоду (при длительном проживании в холодных условиях)

Холодовая адаптация направлена на снижение теплопотерь и усиление основного обмена. Для уменьшения теплопотерь на теле развивается выраженный термоизолирующий слой в виде утолщенной подкожной жировой клетчатки (например, у народов Севера, чукчей), сосуды которого имеют множественные артерио-венозные анастомозы. В связи с этим поверхность кожи более холодная, а тепло остается внутри температурного ядра тела. Теплопродукция усиливается путем интенсификации обмена веществ. Основной обмен повышается, благодаря эндокринным и внутриклеточным метаболическим перестройкам, усилению холодовой дрожи и, соответственно, мышечного тонуса.

У акклиматизированных к холоду людей меньше выражено сужение кожных сосудов на конечностях (т.е. там снижена холодовая вазоконстрикция). Это предотвращает холодовые повреждения (отморожения) периферических частей тела и позволяет осуществлять координированные движения конечностями.

Тренированные люди лучше переносят холодные условия, поскольку физическая тренировка вызывает адаптивные изменения в организме, подобные холодовой акклиматизации.

3.6 Терморегуляция при плавании

Температурный режим работы пловца значительно отличается от атлета в связи с большой теплоемкостью и теплопроводностью воды. Поскольку температура воды обычно ниже температуры тела, пловец работает в условиях значительных теплопотерь, которые усиливаются конвекцией (движением воды вдоль тела). Во время плавания в воде с температурой ниже 20°С около 95% всей энергопродукции превращается в тепло. В связи с этим различают следующие температурные режимы пребывания организма в воде:

1) комфортная (нейтральная) температура (33°С) - температура теплового баланса, т.е. в этом состоянии теплопотери равны теплопродукции. При этом поддерживается нормальная температура тела в покое без его термоизоляции;

2) критическая температура (от 22°С для полных до 32°С для худых) - самая низкая температура, при которой в условиях полного покоя может поддерживаться тепловой баланс;

3)рабочая температура (22-25°С) - при которой целесообразно проводить тренировки и соревнования - Она должна быть ниже комфортной температуры с учетом повышенной теплопродукции организма при физической нагрузке.

Адаптация организма к значительным теплопотерям в воде состоит в:

а) быстром сужении периферических (кожных и мышечных) сосудов. При этом значительного развития достигают прекапиллярные сфинктеры периферического микроциркуляторного русла, обеспечивающие быстрый сброс крови через анастомозы в венулы; б) увеличении подкожного жирового слоя у людей, длительно подвергающихся холодовым перегрузкам. Эти два механизма приводят к усилению тканевой термоизоляции - снижению проведения тепла от ядра тела к коже. Тканевая изоляция прямо зависит от толщины подкожного жирового слоя: при температуре воды 16°С, худой нетренированный мужчина вынужден покинуть её через 30 мин (температура тела снижается до 34,5°С, тогда когда полный спортсмен может плавать до 6 часов.

Заключение

Около 2500 лет назад Гиппократ, отец медицины, написал трактат под названием «Воздух, вода и местность». В своем труде он показал глубокую зависимость самочувствия и здоровья человека от климата. На протяжении длительного исторического периода человек, пытаясь объяснить причину той или иной болезни, основывался только на идеях Гиппократа о роли окружающей среды. В конце девятнадцатого столетия в связи с открытиями Пастера интерес к климатическим факторам как к причине болезней уменьшился. В медицинских исследованиях произошел резкий поворот от изучения связей человека с окружающей средой к бактериологии и смежным с ней дисциплинам. Сегодня большинство медиков, даже если они занимаются другими областями медицины, неизбежно приходят к выводу о том, что здоровье и самочувствие человека находятся в тесной зависимости от физической среды. В теле человека постоянно происходит работа, направленная на то, чтобы поддерживать равновесие между теплом, которое оно вырабатывает, и теплом, которое оно отдаёт во внешнюю среду. Основным источником тепла является пища. Тепло возникает и поддерживается в нашем теле благодаря процессам окисления, сопровождающим усвоение пищи. Тепло поступает и из окружающей среды путём теплопроводности, конвекции и теплоизлучения. Наш организм не может накапливать слишком большие запасы тепла. Ему необходимо избавляться от излишков тепла; это достигается четырьмя способами: испарением (когда выделяется пот, организм охлаждается), теплоизлучением, конвекцией и теплопроводностью. Какое-то количество тепла уходит с испражнениями. Человеческий организм обладает терморегулирующим механизмом, который обеспечивает сохранение баланса между приходом и потерей тепла и помогает ему приспосабливаться к изменениям погоды и климата. Это гипоталамус, расположенный рядом с гипофизом в задней части мозга, в том месте, где он соединяется с позвоночным столбом; гипоталамус успешно справляется со своей ролью термостата. Этот чувствительный тепловой центр бдительно охраняет соседний с ним гипофиз; мгновенно реагируя на тепло или холод, он посылает сигнал тревоги общей системе желез.

Охраняющая роль теплового центра заключается в том, что он дает толчок ряду сложных, тесно связанных между собой процессов, которые обеспечивают нормальное функционирование организма. Когда человек совершает активную мышечную работу или когда температура воздуха поднимается выше, чем обычно, кровеносные сосуды расширяются. В результате кровь приливает к поверхности тела, повышается температура кожи и через конвекцию, теплопроводность и теплоизлучение увеличивается отдача тепла в окружающий воздух. Если температура кожи будет продолжать увеличиваться, может быть достигнут такой предел, когда организм перестанет отдавать тепло путем теплоизлучения и теплопроводности, потому что температура окружающего воздуха выше температуры поверхности тела. На этой стадии вступают в действие потовые железы; в данном случае теплоотдача путем выделения пота становится основным и единственно возможным способом удаления избыточного тепла из организма. Если температура воздуха и окружающих предметов выше температуры тела и если воздух насыщен влагой, тепло не может уходить из тела через кожу, и температура тела начинает повышаться. Это может привести к тепловому истощению или тепловому удару. Холод вызывает в организме ряд реакций, противоположным реакциям на тепло. Когда человек попадает из привычной для него зоны в зону более высокой или низкой температуры, то происходит акклиматизация. Организм адаптируется. Исследования показали, что наиболее благоприятные условия обеспечиваются при температуре 24 градуса, относительной влажности 55-60% и лёгкой вентиляции (при скорости движения воздуха 0,7-1 м/сек). Для более напряжённой физической работы температура помещения должна быть от 15 до 20?С. Можно усилить вентиляцию, но скорость движения воздуха не должна превышать 7-10 м/сек.

Кроме процессов терморегуляции в данном реферате большое влияние уделено значению климата для реабилитации на санаторном этапе и для рекреации. Климатотерапия является одним из направлений современной медицины. Климат влияет на жизнедеятельность человека, метаболические процессы, психическое и душевное состояние, может повышать сопротивляемость организма ко многим болезням. Рассматривая влияние внешней среды на организм человека, необходимо в первую очередь изучать тепловое состояние тела человека в данных условиях, поскольку климат влияет прежде всего на термический режим организма.

И в заключение хочется сказать о рекреационных ресурсах климата Украины. Характеристика ресурсов климата свидетельствует о том, что Украина расположена в зоне климатического комфорта и на её территории можно выделить регионы, наиболее пригодные для развития рекреации.

1. Крым пригоден на протяжении всего года для отдыха, оздоровления, лечения и туризма.

2. Украинские Карпаты - для лечения, оздоровления и туризма в летний сезон и проведения зимних видов отдыха, туризма и горнолыжного спорта.

3. Побережье Чёрного и Азовского морей - для летних видов климатолечения и отдыха.

4. Равнинная территория - для лечения и оздоровления на базе местных курортов (климатических, бальнеологичных и грязевых), а также развития «зелёного туризма» в сельской местности.

Литература

1. Бокша В.Г., Богуцкий Б.В. Медицинская климатология и климатотерапия.-Киев: Здоровье, 1980.-260с.

2. Данилова Н.А.Климат и отдых в нашей стране.-М.: Мысль, 1980.-156с.

3. Кандрор И.С., Демина Д.М. Ратнер Е.М. Физиологические принципы санитарно климатического районирования территории СССР.-М.: Мысль,1974.-176с.

4. Айзенштат Б.А. Рекомендации по описанию климата большого города. Ч.4. Показатели теплового состояния человека и характеристики биоклимата городской среды. -Л.: Гидрометиздат,1978.-66с.

5. Лихачёв А.А. Теплопроизводство здорового человека при относительном покое. Дисс. На степень докт. Медицины. СПб.,1984.87с.

6. Слоним А.Д. Сигнальные факторы внешней среды и их значение для медицинской климатологии. -Гигиена и санитария,1953, №7,с.3-11.

7. Бычков В.П., Рамзаев П.В.Температура кожи и соотношение путей теплоотдачи - объективные критерии границы комфорта и перегревания.- Гигиена труда и профессиональные заболевания,1961,№12,с.3-7.

8. Витте Н.К. Тепловой обмен человека и его гигиеническое значение. Киев, Госмедиздат УССР,1956.148с.

9. ГреберГ., Эрк С.ГригулльУ. Основы учения о теплообмене. М., Изд-во иностр.лит. , 1958.566с.

10. МезерницкийП.Г. Климатофизиология.- В кн.: «Основы курортологии» Т.1. М.,Медгиз,1932,с366-394.

11. Курортология и физиотерапия. В 2-х томах. Под/ред проф. В.М.Боголюбова. Том1. Москва. Медицина,1985 560с.

12. Климат Украины. Под.ред В.М. Липинского. Издательство Раевского.-Киев,2003,343с.

13. Т.Н. Лиопо, Г.В. Циценко. Климатические условия и тепловое состояние человека. Гидрометеорологическое издательство. Ленинград,1971,150с.

14. Мельниченко Е.В. Спортивная физиология. Методические указания. Севастополь СЭГИ,2005,140с.