6.ПРИХОД И РАСХОД ТЕПЛА

Постоянство температуры тела возможно лишь в том случае, если количество образующегося тепла равно количеству тепла, отдаваемого телом в окружающую среду. Иными словами, постоянство температуры тела обеспечивается сочетанием двух взаимосвязанных процессов - теплопродукции и теплоотдачи. Если приход тепла равен его расходу, то температура тела сохраняется на постоянном уровне. Если же теплопродукция преобладает над теплоотдачей, температура тела повышается. В тех случаях, когда образование тепла отстает от теплоотдачи, наблюдается снижение температуры тела.

Теплообразование для человека - важнейший способ поддерживания постоянства температуры тела. Непрерывное протекание обменных процессов в организме сопровождается образованием тепла. Выделенную энергию принято выражать в единицах тепловой энергии - килокалориях (ккал) или килоджоулях (кДж).

Энергия, выделяемая человеком за сутки, слагается из трех величин: энергии основного обмена, повышенного обмена при приеме пищи и, наконец, энергии, образующейся в результате умственной и физической деятельности.

Энергия основного обмена расходуется на поддержание главных жизненных функций: дыхания, работы сердца, почек и т. д. Для взрослого человека величина основного обмена в среднем составляет примерно 1 ккал (4,184 кДж) на 1 кг массы тела в час.

Теплопродукция увеличивается при приеме пищи вследствие повышенной деятельности пищеварительных органов. При обычной смешанной диете с нормальным соотношением белков, жиров и углеводов обмен энергии после приема пищи повышается в среднем на 150- 200 ккал, что составляет 10-_15% основного обмена.

Повышение теплопродукции происходит в основном при физической работе и в значительно меньшей степени при умственной. Количество тепла, выделяющегося при этом, зависит от вида деятельности, интенсивности и продолжительности работы.

В различных органах тела образуется неодинаковое количество тепла. Главный регулятор теплопродукции - мышцы. При интенсивной физической нагрузке они поставляют до 90% тепла. В нормальных условиях на долю мышц приходится 65-70% теплопродукции. Второй по значимости источник теплопродукции - печень и пищеварительный тракт. Они дают 20-30% тепла.

Производство тепла при физической работе предельной мощности достигает 4000 кДж в час, что превышает теплопродукцию при работе умеренной мощности примерно в 10 раз. Резкий подъем температуры тела наблюдается в момент отказа от дальнейшего продолжения физической деятельности, выполняемой на пределе функциональных возможностей человека.

Кроме тепла, образующегося в самом организме, человек в жаркое время получает тепло окружающей среды. Так, при понижении температуры внешней среды ниже 15 ° С теплообразование значительно усиливается, а при увеличении свыше 30 ° С уменьшается. Однако при значительном повышении температуры окружающей среды (свыше 37 °С) отмечается нарушение теплообмена и температура тела вновь повышается. При снижении температуры воздуха нередко возникает холодная дрожь - непроизвольное сокращение скелетных мышц. Эта реакция организма носит защитный характер: она усиливает теплообразование в мышцах и тем самым поддерживает нормальную температуру тела.

Таким образом, количество тепла в организме определяется, во-первых, теплом, образующимся за счет обменных процессов, а во-вторых, поступающим из внешней среды.

Наряду с образованием тепла в организме постоянно происходит его расход путем теплоотдачи. Иначе человек погиб бы от перегревания. Расчет показывает: если по каким-либо причинам теплоотдача прекратится, то температура тела человека каждый час будет повышаться на 2,5 °С. К концу суток она поднимется выше 60 ° С. А ведь это температура свертывания белковых частей тканей!

При интенсивной мышечной работе перегревание организма, казалось бы, должно наступить еще быстрее. При умеренной работе производство тепла, например, возрастает в 2-3 раза, а при напряженных физических упражнениях, когда в работу вовлекаются большие группы мышц, - в 10-20 раз. За 10 мин подобной работы температура тела могла бы повыситься до 42 °С. Однако критической ситуации не возникает, поскольку наряду с усилением образования тепла увеличивается и его расход.

Тепло в основном выделяется через кожу, а также посредством дыхания. Отдача тепла происходит по законам физики следующими путями: излучением тепла нагретой поверхностью тела; проведением тепла путем нагревания более холодного воздуха и соприкасающихся с телом предметов; расходом тепла путем испарения с поверхности кожи и легких.

Теплоизлучение - это свойство нагретой до определенной температуры поверхности излучать тепло в виде лучистой энергии - инфракрасных лучей. Теплопроведение и теплоизлучение в покое составляют около 70- 80% всей теплоотдачи.

Теплопроведение представляет собой непосредственную отдачу тепла с кожи прилегающим к ней предметам или частицам воздуха либо воды. Проведение облегчается конвекцией, т е. сменой нагретых частиц воздуха или воды другими, более холодными. Конвекция усиливается при наличии ветра, течения воды, а также при беге, плавании, спортивных и подвижных играх. Однако следует помнить, что конвекция охлаждает тело лишь в тех случаях, когда внешняя температура ниже температуры тела человека. Горячий ветер пустыни не охлаждает, а, наоборот, нагревает тело. Наличие одежды также изменяет интенсивность конвекции. Костюм аквалангиста, к примеру, предохраняет пловца от переохлаждения при длительном плавании в холодной воде.

Проведение зависит от теплопроводности среды. Так, теплопроводность воздуха мала, а воды велика. Потому-то охлаждение в воде происходит значительно быстрее, чем на воздухе. Холодный влажный воздух охлаждает тело быстрее, чем сухой воздух той же температуры. Вместе с тем во влажном воздухе, имеющем высокую температуру, охлаждение тела затруднительно вследствие ухудшения испарения пота с поверхности кожи.

При невысокой температуре окружающей среды и отсутствии мышечной работы потоотделения обычно не происходит. Между тем испарение с поверхности кожи все же имеет место, потому что небольшое количество жидкости постоянно проникает через кожу наружу.

У человека, находящегося в состоянии покоя, заметное потоотделение начинается, когда температура кожи повышается до 37 °С. Потоотделение значительно усиливается при напряженной и продолжительной мышечной работе.

Количество испаряемого пота может достигать 3-5 л, а при жаре еще больше. При испарении во время работы 1 л пота расходуется примерно 580 ккал тепла.

Постоянно происходит испарение воды и в легких. В сутки с поверхности легких испаряется в состоянии покоя 200-300 мл воды, а при работе умеренной мощности такое количество воды может испаряться за 1 ч.

Испарение воды с поверхности кожи и в легких зависит от относительной влажности воздуха. В насыщенном водяными парами воздухе испарение затрудняется или прекращается совсем. В сухом воздухе, напротив, испарение пота происходит значительно интенсивнее.