В результате окислительно-восстановительных процессов при усвоении пищи, в организме человека образуется тепло. На работу мышц затрачивается лишь 1/8 всего вырабатываемого тепла, остальная часть выделяется в окружающую среду для поддержания теплового баланса организма. Даже в условиях полного покоя в организме взрослого человека вырабатывается около 7,5*106 Дж/сут тепловой энергии. При физической работе тепловыделение увеличивается до 2,1*107- 2.5*107 Дж/сут.
Человеческий организм отдает или воспринимает тепловую энергию путем конвекции, излучения, теплопроводностью (кондукция) и испарения. В повседневной жизни теплообмен человека чаще происходит в результате конвекции и излучения. Однако, имеет место и кондукция, когда человек непосредственно контактирует поверхностью тела с предметами (оборудование и т.п.). Вышеизложенные способы переноса тепловой энергии обеспечивают теплообмен между телом и окружающей средой. При этом избыточное тепло отдается в окружающую среду:
через органы дыхания – около 5%, излучением – 40%, конвекцией – 30%, испарением – 20%, при нагревании пищи и воды в пищеварительном тракте – до 5%.
Неблагоприятные условия могут вызывать перенапряжение механизма терморегуляции, что ведет к перегреву или переохлаждению организма.
Конвекцию, излучение, теплопродукцию еще называют в общем, явной теплоотдачей. Соотношения составляющих теплоотдачи, их количественные характеристики достаточно хорошо изучены.
Вышеперечисленные виды теплообмена можно описать уравнением теплового баланса организма человека с окружающей средой:
(2.2.3)
где М - метаболическое тепло, Вт;
W - тепловой эквивалент механической работы, Вт;
Qс - теплоотдача путем испарения, Вт;
Qк - конвективная теплоотдача, Вт;
Qр - радиационная теплоотдача, Вт;
Qт – теплоотдача за счет теплопроводности (кондукция), Вт.
В холодный период года, когда tв<tr, конвективная теплоотдача составляет примерно 32 - 35% всей теплоотдачи. К конвекции также относят и тепло, отдаваемое путем теплопроводности, составляющее 2 - 3% от конвективного тепла. Основная часть конвективного тепла отводится с поверхности кожи и частично через одежду. Если температура окружающего воздуха выше температуры поверхности тела, организм человека воспринимает тепло.
Потери теплоты путем излучения определяется излучающей способностью поверхности тела и температурой окружающих ограждений и предметов (стены, окна, мебель). Количество этого тепла составляет порядка 42 - 52% от всего количества отдаваемого тепла.
Отвод теплоты за счет испарения воды зависит от количества принятой пищи и от величины производимой мускульной (физической) работы.
Теплоотдачу испарением можно разделить на две составляющие, образующиеся в результате невидимого испарения (несенсибильная перспирация) и потоотделения (сенсибильная перспирация).
При температуре ниже температуры кожи человека количество испаряемой влаги остается практически постоянным. При более высоких температурах влагоотдача возрастает. Потоотделение начинается при температуре окружающего воздуха 28 – 29 °С, и при температуре выше 34 °С теплоотдача вследствие испарения и потоотделения является единственным способом теплоотдачи организма.
Этот вид теплоотдачи значительно меняется при наличии одежды. Даже лежащая под кожей жировая ткань, представляет собой плохой проводник тепла, уменьшает эту теплоотдачу.
Человеческий организм имеет возможность при помощи механизма терморегулирования поддерживать постоянную температуру тела. Говоря, о постоянстве температуры, подразумевается температура внутренних органов так, как поверхностная температура различных участков тела значительно различается. При нормальных условиях внутренняя температура организма поддерживается на уровне 37±0,5 °С. Механизм регулирования температуры человеческого организма разделяют на процессы химической регуляции, связанные с теплопродукцией, и процессы физической регуляции, связанные с теплоотдачей. Оба механизма управляются нервной системой.
Терморегуляция – это способность организма регулировать теплообмен с окружающей средой, поддерживая температуру тела на постоянном уровне(36,6 +-0,50С). Поддержание теплообмена происходит путем увеличения или уменьшения передачи тепла в окружающую среду (физическая терморегуляция) или изменения количества вырабатываемого в организме тепла (химическая терморегуляция).
При комфортных условиях количество вырабатываемого тепла в единицу времени равняется количеству тепла, отдаваемого в окружающую среду, т.е. наступает равновесие – тепловой баланс организма.
Физическая терморегуляция
В условиях, когда температура окружающей среды значительно ниже 300С и влажность меньше 75%, действуют все виды теплообмена: Если температура окружающей среды выше температуры кожного покрова, то происходит поглощение тепла организмом. При этом теплоотдача осуществляется лишь путем испарения влаги с поверхности тела и верхних дыхательных путей при условии, что воздух еще не насыщен водяными парами. При высокой температуре окружающей среды механизм теплоотдачи связан с понижением теплопроводности, усилением потоотделения.
При температуре воздуха 300С и значительном тепловом излучении от нагретых поверхностей оборудования наступает перегрев организма, наблюдается нарастающая слабость, головная боль, шум в ушах, искажение цветового восприятия, возможен тепловой удар. Сосуды кожи резко расширяются, кожа розовеет за счет увеличения притока крови. В дальнейшем усиливается рефлекторная работа потовых желез, и влага выделяется из организма. При испарении 1 литра воды выделяется 2,3*106 Дж тепловой энергии. При высоких температурах окружающего воздуха у человека происходит бурное профузное потоотделение. В таких условиях он за смену может потерять до 5 кг своей массы за счет влаги. Вместе с потом организм выделяет большое количество солей, главным образом, хлористого натрия (до20-50г за сутки), а также калий, кальций, витамины. Чтобы предотвратить нарушение водно-солевого обмена при выполнении тяжелой физической работы в зоне повышенной температуры, необходимо проводить редегидротацию организма, например, работники должны пить подсоленную воду (0,5%-ный раствор с витаминами).
При высоких температурах происходит большая нагрузка на сердечно-сосудистую систему. При перегреве увеличивается, а затем уменьшается выделение желудочного сока, поэтому возможны заболевания желудочно-кишечного тракта. Обильное выделение пота снижает кислотный барьер кожи, от чего возникают гнойничковые заболевания. Высокая температура внешней среды усиливает степень отравлений при работе с химическими веществами.
Химическая терморегуляция
Химическая терморегуляция происходит в тех случаях, когда физическая терморегуляция не обеспечивает тепловой баланс. Химическая терморегуляция заключается в изменении скорости протекания окислительно-востановительных реакций в организме: скорости сжигания питательных веществ и, соответственно, выделяемой энергии. При невысокой температуре окружающей среды происходит увеличение теплообразования, а при повышенной – уменьшение. Переохлаждение может иметь место при низкой температуре, особенно в сочетаниях с высокой влажностью и подвижностью воздуха. Повышение влажности и подвижности воздуха понижает термическое сопротивление воздушной прослойки между кожным покровом и одеждой. Охлаждение же организма (гипотермия) является причиной миозитов, невритов, радикулитов, а также простудных заболеваний. В особо тяжелых случаях воздействие низких температур приводит к обмораживанию, и даже к смерти.
Скачать реферат