Главная | Случайная
Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Потребность в эффективной температуре




 

На ранних этапах исторического развития температурный фактор играл важную роль в выборе мест поселения людей. Когда человек научился высекать огонь, появилась некоторая его независимость от отрицательных влияний среды. Но, несмотря на это, температурный фактор сохраняет свое значение и по сей день. Об этом свидетельствует зависимость плотности населения от среднегодовой температуры конкретной географической зоны. Важным показателем является сезонная разница. Минимальные сезонные колебания температуры в тропических зонах очень благоприятны для жизни. В северных районах народонаселение увеличивается преимущественно за счет увеличения городов, где есть условия для частичной изоляции человека от неблагоприятных влияний окружающей среды.

Человек относится к гомойотермным, или теплокровным, организмам. Означает ли это, что температура его тела постоянна, т.е. организм не реагирует на изменения температуры окружающей среды? Реагирует и даже очень чутко. Постоянство температуры тела – это, собственно, и есть результат непрерывно происходящих в организме реакций, поддерживающих неизменным его тепловой баланс окружающей среды и изменяется в соответствии с последней.

Большинство животных не умеет регулировать температуру тела. Их называют пойкилотермными животными. Сравнительно немногие поддерживают внутреннюю температуру постоянной. На рис. 20 показано, как меняется у некоторых теплокровных температура тела при изменении окружающей температуры на 100С. Вряд ли человек имеет себе равных по термостабильности [Фрейдин, Бочков, 1976].

С точки зрения обменных процессов, выработка тепла – это побочный эффект химических реакций биологического окисления, в ходе которых поступающие в организм питательные вещества (жиры, белки, углеводы) претерпевают превращения, заканчивающиеся образованием воды и углекислого газа. Такие же реакции с высвобождением тепловой энергии происходят и в организмах пойкилотермных, или холоднокровных животных, но из-за значительно более низкой их интенсивности температура тела у пойкилотермных лишь незначительно превышает температуру окружающей среды.

 

 

Рис. 20. Изменение температуры тела при изменении температуры окружающей среды на 100С

Все протекающие в живом организме химические реакции зависят от температуры. И у пойкилотермных животных интенсивность процессов превращения энергии, согласно правилу Вант-Гоффа, возрастает пропорционально внешней температуре. У гомойотермных животных эта зависимость замаскирована другими эффектами. Если гомойотермный организм охладить ниже комфортной температуры окружающей среды, интенсивность обменных процессов и, следовательно, выработка тепла у него возрастают, предотвращая понижение температуры тела. Если терморегуляцию у этих животных блокировать (например, при наркозе или повреждении определенных участков ЦНС), кривая зависимости теплопродукции от температуры будет такой же, как и для пойкилотермных организмов. Но даже в этом случае сохраняются существенные количественные различия между обменными процессами у пойкилотермных и гомойотермных животных: при данной температуре тела интенсивность обмена энергии в расчете на единицу массы тела у гомойотермных организмов по меньшей мере в 3 раза превышает интенсивность обмена у пойкилотермных организмов.

Температура большинства теплокровных млекопитающих лежит в диапазоне от 360С до 400С, несмотря на значительные различия в размерах тела. В то же время интенсивность метаболизма (М) зависит от массы тела (m) как ее показательная функция:

M = k×m0,75, (10)

 

т.е. величина М/m0,75 одна и та же для мыши и для слона, хотя у мыши интенсивность метаболизма на 1 кг массы тела значительно больше, чем у слона.

Этот так называемый закон снижения интенсивности обмена веществ в зависимости от массы тела отражает то, что теплопродукция соответствует интенсивности теплоотдачи в окружающее пространство. Для данной разницы температур между внутренней средой организма и окружающей средой потери тепла на единицу массы тела оказываются тем больше, чем больше соотношение между поверхностью и объемом тела, причем последнее соотношение уменьшается с увеличением размеров тела.

Тепло, вырабатываемое организмом в норме (т.е. в условиях равновесия), отдается в окружающее пространство поверхностью тела, поэтому температура частей тела вблизи его поверхности должна быть ниже температуры его центральных частей. В связи с неправильностью геометрических форм тела распределение температуры в нем описывается сложной функцией. Например, когда легко одетый взрослый человек находится в помещении с температурой воздуха 20°С, температура глубокой мышечной части бедра составляет 35°С, глубоких слоев икроножной мышцы 33°С, в центре стопы температура составляет лишь 27–28°С, а ректальная температура равна примерно 37°С. Колебания температуры тела, вызванные изменениями внешней температуры, наиболее выражены вблизи поверхности тела и на концах конечностей (рис. 21).

 

Рис. 21. Температура различных областей тела человека в условиях холода (А) и тепла (Б)

Внутренняя температура тела сама по себе не является постоянной ни в пространственном, ни во временном отношении. В термонейтральных условиях различия температур во внутренних областях тела составляют 0,2–1,2°С; даже в головном мозге разница температур между центральной и наружной частями достигает более 1°С. Наиболее высокая температура отмечается в прямой кишке, а не в печени, как считалось раньше. На практике обычно представляют интерес изменения температуры во времени, поэтому ее измеряют на каком-либо одном определенном участке.

Температура тела человека, как и любого гомойотермного организма, характеризуется постоянством и колеблется в чрезвычайно узких границах. Эти границы составляют от 36,4°С до 37,5°С. При температуре тела 35°С наблюдается нарушение психики. Дальнейшее понижение температуры замедляет кровообращение, обмен веществ, а при температуре ниже 25°С останавливается дыхание.

Температура тела человека колеблется в течение дня: она минимальна в предутренние часы и максимальна (часто с двумя пиками) в дневное время. Амплитуда суточных колебаний составляет примерно 1°С. У животных, активных в ночное время, температурный максимум отмечается ночью.

Колебания температуры – один из многих суточных ритмов. Даже если исключить все ориентирующие внешние сигналы (свет, температурные изменения, часы приема пищи), температура тела продолжает колебаться ритмически, но период колебаний в этом случае составляет от 24 до 25 ч. Таким образом, суточные колебания температуры тела основаны на эндогенном ритме («биологические часы»), обычно синхронизованном с внешними сигналами, в частности, с вращением Земли. Во время путешествий, связанных с пересечением земных меридианов, обычно требуется 1–2 недели для того, чтобы температурный ритм пришел в соответствие с жизненным укладом, определяемым новым для организма местным временем. На ритм суточных изменений температуры накладываются ритмы с более продолжительными периодами, например температурный ритм, синхронизованный с менструальным циклом.

Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется: конвекцией в результате омывания тела воздухом, теплопроводностью, излучением на окружающие предметы и в процессе тепломассообмена при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами и при дыхании. Количество тепла, отдаваемого организмом каждым из этих путей, зависит от параметров микроклимата на рабочем месте. Величина и направление конвективного теплообмена человека с окружающей средой определяется в основном температурой окружающей среды, атмосферным давлением, подвижностью и влагосодержанием воздуха. Теплопроводность тканей человека мала, поэтому основную роль в процессе транспортирования теплоты внутри организма играет конвективная передача с потоком крови.

Теплопроводность сухого воздуха мала, поэтому теплоотдача через соприкосновение человека с воздухом также мала. Более интенсивно идет обмен теплом при соприкосновении человека с не нагретыми поверхностями, но, как правило, поверхность соприкосновения в этом случае незначительна.

Лучистый поток при теплообмене излучением тем больше, чем ниже температура окружающих человека поверхностей. Излучение тепла происходит в окружающую среду, если в ней температура ниже температуры поверхности одежды (27-30оС) и открытых частей тела (33,5оС). При высоких температурах (30-35оС) окружающей среды теплоотдача излучением полностью прекращается, а при более высоких температурах теплообмен идет в обратном направлении - от окружающей поверхности к человеку.

Количество теплоты, отдаваемой в окружающий воздух с поверхности тела при испарении пота, зависит как от температуры воздуха и интенсивности работы, так и от скорости окружающего воздуха и его относительной влажности. Количество теплоты, выделяемой человеком с выдыхаемым воздухом, зависит от его физической нагрузки, влажности, и температуры вдыхаемого воздуха. Комфортные условия для организма человека обеспечиваются при соблюдении теплового баланса. Известным исследователем параметров комфорта и качества воздушной среды датским ученым Оле Фангером предложена формула теплового баланса между человеческим телом и окружающей средой.

Уравнение теплового баланса для организма человека за определенный период времени может быть представлено в следующем виде:

 

M +S ± R ± C ± P - E = 0, (11)

 

где M - тепло процессов метаболизма, полученное из химических субстратов пищи, подвергшихся расщеплению в клетках; S - накопленное организмом тепло; R, C, P - тепло отданное (со знаком -) или полученное (со знаком +) путем излучения, конвекции, теплопередачи; E - тепло, отданное за счет испарения.

Если тепловой баланс не будет поддерживаться, то дополнительное тепло, полученное различными путями, приведет к повышению температуры тела, а недостаток тепловой энергии - к его охлаждению. В обоих случаях создаются неблагоприятные условия для функционирования клеток организма, которые при превышении определенных температурных границ внутри тела начинают погибать.

Комфортные кондиции воздушной среды могут иметь различные значения и зависеть главным образом от интенсивности труда, совершаемого человеком, и его одежды. В зависимости от состояния организма (сон, отдых, умственная работа, мускульная работа различной интенсивности) и параметров окружающей воздушной среды каждый человек в течение часа выделяет 330-1050 кДж теплоты, 40-415 г влаги и 18-36 л углекислого газа. При постоянной температуре воздуха и поверхностей ограждений с ростом физической нагрузки на организм человека увеличиваются общие тепловыделения и доля теплоты, отводимой испарением влаги. При неизменной нагрузке и повышении температуры окружающей среды уменьшается доля явного теплоотвода, а теплоотвод испарением возрастает при практически неизменных общих тепловыделениях. Если теплопродукция не равна отдаче тепла, то наблюдается накопление или дефицит тепла, приводящие к перегреву или переохлаждению организма. Система терморегуляции позволяет в определенных пределах обеспечивать баланс тепла, но ее возможности довольно ограничены.

Когда для поддержания постоянства температуры тела требуется дополнительное тепло, оно может быть выработано за счет:

1) произвольной двигательной активности;

2) непроизвольной ритмической мышечной активности (дрожь, вызванная холодом);
3) ускорения обменных процессов, не связанных с сокращением мышц.

У взрослого человека дрожь – наиболее важный непроизвольный механизм термогенеза. Тепловой баланс любого тела определяется соотношением между теплом, которое оно получает, и теплом, которое оно отдает. Величина тепловыделения организмом человека зависит от степени физического напряжения и составляет от 314 кДж/ч в состоянии покоя до 1800 кДж/ч при тяжелой работе. Для комфортных условий работы необходимо, чтобы тепловыделение организма равнялось его теплоотдаче, при этом температура внутренних органов человека остается постоянной (около 36,60С).

Таким образом, тепловое самочувствие человека, или тепловой баланс в системе человек – среда обитания зависит от температуры среды, подвижности и относительной влажности воздуха, атмосферного давления, температуры окружающих предметов и интенсивности физической нагрузки.

Завоеватели Перу - испанцы уже в XV в. убедились, что климат высокогорной местности пагубно влияет на рождаемость в семьях чужеземцев. В то же время среди местных жителей нередко можно было встретить семьи с 5-8 детьми. Испанские конквистадоры, обратив внимание на это обстоятельство, вышли из положения довольно про­сто. Столица Перу, расположенная в горах, на высоте 3000 м над уровнем моря, была перенесена на берег океана.

Эффективная температура (ЭТ) - это один из биометеорологических индексов, характеризующий эффект воздействия на человека комплекса метеоэлементов (температуры, влажности воздуха и ветра) через единственный показатель - так называемую эффективную температуру воздуха (табл. 13). Группа американских ученых провела сравнительный анализ нескольких широко используемых алгоритмов расчёта эффективной температуры воздуха и пришла к выводу, что наиболее полным является алгоритм, разработанный Стидманом. Для разработки этой модели был использован широкий ряд биометрических измерений, производившихся во многих странах с 1940 по 1995 гг. Модель эффективной температуры объединяет физиологические факторы тела и кожного покрова, физические особенности одежды и воздушного слоя, находящегося в непосредственной близости к телу, а также метеорологические факторы окружающей среды. Сопротивляемость организма окружающей среде зависит от физических особенностей человека. Поэтому модель разработана для «среднего» человека, т.е. взрослого человека средней комплекции, одетого по погоде, идущего в тени со скоростью 4,8 км/ч. На основе этой модели Стидманом были выведены простые формулы для расчёта эффективной температуры. В доверительном интервале 95% их ошибка не превышает 1 градус Кельвина.

Таблица 13

Воздействие температуры на организм человека

 

Температура Шкала эффективной температуры
<-500C опасно – обморожение открытых участков кожи возможно менее чем через 5 мин.
-38…-500C предельно осторожно – обморожение открытых участков кожи возможно через 10-15 мин.
-28…-380C осторожно – обморожение открытых участков кожи возможно через 20-30 мин.
-28…270C опасности для одетого по погоде человека нет
27…320C осторожно – возможно утомление при длительных активных нагрузках на открытом воздухе
32…400C предельно осторожно – возможен солнечный удар при длительных активных нагрузках на открытом воздухе
40…550C опасно – почти наверняка можно получить солнечный удар и перегрев, возможен тепловой удар
>550C предельно опасно – быстрый тепловой или солнечный удар

 

Согласномодели Стидманаэффективная температура рассчитывается по следующей формуле:

 

ЭТ = - 2,7 + 1,04T + 2,0P – 0,65v, (12)

 

где Т - температура воздуха (°С), Р - парциальное давление водяного пара (кПа), v - скорость ветра на 10 м над уровнем Земли.

Эффективная температура (ЭТ) объединяет в себе два ранее используемых индекса: температуру воздуха с учетом влияния ветра (WindChill) и температуру воздуха с учетом влажности (Heat index). Отрицательные значения эффективной температуры характеризуют вероятность обморожения, положительные - теплового удара.

В жаркую погоду влажный воздух будет иметь ЭТ выше действительно наблюдаемой температуры, а при ветре ЭТ будет ниже фактически наблюдаемой. В холодную погоду при ветре и высокой влажности, ЭТ, наоборот, будет ниже фактической наблюдаемой.

Тепловой и солнечный удар возникает в результате значительного перегревания организма. Это бывает в тех случаях, когда тепловой баланс нарушается и отдача тепла, поступающего извне и образующегося в организме, по каким-либо причинам затруднена. К перегреванию предрасполагают повышенная температура окружающего воздуха, значительная его влажность, влагонепроницаемая (прорезиненная, брезентовая) одежда.

Тепловой удар возможен в летние месяцы при высокой температуре воздуха и активной солнечной радиации, при работе в горячих, непроветриваемых цехах, гаражах, чердачных помещениях, шахтах, когда температура окружающего воздуха превышает 300С. Перегреванию способствуют тяжелая физическая работа, алкогольное опьянение, недосыпание, нарушение питьевого режима и режима питания. Неподходящая экипировка во время туристских походов и сельскохозяйственных работ также может привести к нежелательным последствиям.

Предвестники теплового удара: ухудшение самочувствия, слабость, разбитость, ощущение сильного жара, покраснение кожи, обильное потоотделение (пот стекает каплями), усиленное сердцебиение, одышка, пульсация и тяжесть в висках, головокружение, головная боль, иногда рвота. Температура тела повышается до 38-400С. Частота пульса достигает 100-120 ударов в минуту. В результате значительно увеличивается нагрузка на сердечно-сосудистую и дыхательную системы. При дальнейшем повышении температуры до 40-410С пульс доходит до 140-160 ударов в минуту, нарастает возбуждение, двигательное беспокойство, уменьшается потливость, что указывает на срыв приспособительных реакций.

Тепловой удар характеризуется предельным накоплением тепла в организме (температура тела 41-420С и более), помрачением сознания вплоть до полной его потери, судорогами различных групп мышц, нарушением дыхания и кровообращения. Возможны галлюцинации, бред. Кожа сухая, горячая, язык тоже сухой, пульс нитевидный и аритмичный. Наибольшую опасность представляют нарушения дыхания. Оно становится более редким. Если при тепловом ударе не оказать своевременно помощь, возможен смертельный исход вследствие нарушений дыхания и кровообращения.

Почти все параметры климата влияют на жизнь человека, однако наиболее существенными из них являются состав атмосферного воздуха, атмосферное давление, температура, относительная и абсолютная влажность воздуха, скорость ветра, солнечная радиация. Наиболее объективная оценка особенностей биометеорологических условий получается на основе комплексного учета упомянутых метеорологических элементов - биоклиматических индексов [Андреев, 2007; Руководство…, 2008].

 




Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2019 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных