Тепловой баланс, самочувствие и оценка теплового состояния человека

Нормальная жизнедеятельность  осуществляется в том случае, если тепловой баланс (тепловое равновесие), то есть соответствие между теплопродукцией вместе с теплотой, получаемой из окружающей среды, и теплоотдачей достигается без напряжения процессов терморегуляции. Отдача тепла организмом зависит от условий микроклимата, который определяется комплексом факторов, влияющих на теплообмен: температурой, влажностью, скоростью движения воздуха и радиационной температурой окружающих человека предметов.

Температура, скорость, относительная  влажность и атмосферное давление окружающего воздуха получили название параметров микроклимата. Чтобы понять влияние того или иного показателя микроклимата на теплообмен, нужно знать основные пути отдачи тепла организмом. При нормальных условиях организм человека теряет примерно 85 % тепла через кожу и 15 % тепла расходуется на нагревание пищи, вдыхаемого воздуха и испарения воды из легких. 85 % тепла, отдаваемого через кожу, распределяется следующим образом: 45 % приходится на излучение, 30 % на проведение и 10 % на испарение. Эти соотношения могут изменяться в зависимости от условий микроклимата.

Одним из важных интегральных показателей теплового состояния  организма является средняя температура  тела (внутренних органов) порядка 36,6 градусов по Цельсию. Она зависит от степени  нарушения теплового баланса  и уровня энергозатрат при выполнении физической работы. При выполнении работы средней тяжести и тяжелой при высокой температуре воздуха, температура тела может повышаться от нескольких десятых градуса до 1…2 градусов по Цельсию. Наивысшая температура внутренних органов, которую выдерживает человек, составляет +43 градусов по Цельсию, минимальная +25 градусов по Цельсию. Температурный режим кожи играет основную роль в теплоотдаче. Ее температура меняется в довольно значительных пределах и при нормальных условиях средняя температура кожи под одеждой составляет 30…34 градусов по Цельсию. При неблагоприятных метеорологических условиях на отдельных участках тела она может понижаться до 20 градусов по Цельсию, а иногда и ниже.

При комфортном микроклимате физиологические процессы терморегуляции не напряжены, теплоощущение хорошее, функциональное состояние нервной системы оптимальное, физическая и умственная работоспособность высокая, организм устойчив к воздействию негативных факторов среды.

Дискомфортный микроклимат  вызывает напряжение процессов терморегуляции, имеет место плохое теплоощущение, ухудшается условно-рефлекторная деятельность и функция анализаторов, понижается работоспособность и качество труда, снижается устойчивость организма к воздействию неблагоприятных факторов.

Рекомендуемые нормами параметры  микроклимата должны обеспечить в процессе терморегуляции такое соотношение  физиологических и физико-химических процессов, при котором поддерживалось бы устойчивое тепловое состояние в  течение длительного времени, без  снижения работоспособности человека.

2.2 Терморегуляция  организма человека

Основными параметрами, обеспечивающими  процесс теплообмена с окружающей средой являются параметры микроклимата. В естественных условиях эти параметры изменяются в существенных пределах.

Вместе с изменением параметров микроклимата меняется и тепловое самочувствие человека. Условия, нарушающие тепловой баланс, вызывают в организме реакции, способствующие его восстановлению.

Процессы регулирования  тепловыделений для поддержания  постоянной температуры тела человека называются терморегуляцией. Она позволяет  сохранять температуру внутренних органов постоянной, близкой к 36,5°С.

Процессы регулирования  тепловыделений осуществляются в основном тремя способами: биохимическим  путем, путем изменения интенсивности  кровообращения и интенсивности  потовыделения.

Терморегуляция биохимическим  путем заключается в изменении  интенсивности происходящих в организме  окислительных процессов.

Терморегуляция путем  изменения интенсивности кровообращения заключается в способности организма  регулировать подачу крови (которая  является в данном случае теплоносителем) от внутренних органов к поверхности  тела путем сужения или расширения кровеносных сосудов.

Терморегуляция путем  изменения интенсивности потовыделения заключается в изменении процесса теплоотдачи за счет испарения влаги.

Терморегуляция организма  осуществляется одновременно всеми  способами.

Параметры микроклимата воздушной  среды, которые обуславливают оптимальный обмен веществ в организме и при которых нет неприятных ощущений и напряженности системы терморегуляции, называются комфортными или оптимальными. Зона, в которой окружающая среда полностью отводит теплоту, выделяемую организмом, и нет напряжения системы терморегуляции, называется зоной комфорта.

Условия, при которых нормальное тепловое состояние человека нарушается, называются дискомфортными. При незначительной напряженности системы терморегуляции и небольшой дискомфортности метеорологические условия считаются допустимыми.

Непосредственным измерением трудно установить количество теплоты, отдаваемой человеком. Поэтому об интенсивности  общей теплоотдачи судят по косвенным  показателям - значениям эффективной  и эквивалентно - эффективной температур, характеризующих пребывание в так  называемой “зоне комфорта”, где  терморегуляция обеспечивается организмом легко, или за пределами этой зоны, когда для нормальной терморегуляции организм человека преодолевает большие  нагрузки.

Эффективной называется температура  воздуха, ощущаемая человеком при  определенной относительной влажности  воздуха и при отсутствии движения его в помещении.

Эффективно-эквивалентной  называется температура воздуха, ощущаемая  человеком при определенной относительной  влажности воздуха и определенной скорости его движения.

 

 

Глава 3. Тепловой баланс, самочувствие и оценка теплового  состояния человека

3.1 Тепловой  баланс и тепловое самочувствие

Нормальное тепловое самочувствие имеет место, когда тепловыделение Qтп человека полностью воспринимается окружающей средой Qто, то есть когда имеет место тепловой баланс Qтп = Qто. В этом случае температура внутренних органов остается постоянной. Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде (Qтп > Qто), происходит рост температуры внутренних органов и такое тепловое самочувствие характеризуется понятием жарко. Теплоизоляция человека, находящегося в состоянии покоя (отдых сидя или лежа), от окружающей среды приведет к повышению температуры внутренних органов уже через 1 час на 1,2 градусов Цельсия. Теплоизоляция человека, производящего работу средней тяжести, вызовет повышение температуры уже на 5 градусов и вплотную приблизится к максимально допустимой. В случае, когда окружающая среда воспринимает больше теплоты, чем ее воспроизводит человек (Qтп < Qто), то происходит охлаждение организма. Такое тепловое самочувствие характеризуется понятием холодно.

Теплообмен между человеком  и окружающей средой осуществляется конвекцией Qк в результате омывания тела воздухом, теплопроводностью Qт, излучением на окружающие поверхности Qл и в процессе тепломассобмена (Qтм = Qп + Qд) при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами Qп и при дыхании Qд:

Qтп = Qк + Qт + Qл +Qтм.

Конвекционный теплообмен определяется законом Ньютона:

Qк = @кFэ(tпов - tок),

где @к - коэффициент теплоотдачи  конвекцией; при нормальных параметрах микроклимата @к = 4,06 Вт/(м кв на градус по Цельсию); tпов - температура поверхности тела человека (для практических расчетов зимой около 27,7 градусов, летом около 31,5 градусов); tок - температура воздуха, омывающего тело человека; Fэ - эффективная поверхность тела человека (размер эффективной поверхности тела зависит от положения его в пространстве и составляет приблизительно 50…80 % геометрической внешней поверхности тела человека); для практических расчетов Fэ = 1.8 м кв.

На основании изложенного  выше можно сделать вывод, что  величина и направление конвективного  теплообмена человека с окружающей средой определяется в основном температурой окружающей среды, атмосферным давлением, подвижностью и влагосодержанием воздуха.

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 организма.

Условия, нарушающие тепловой баланс, вызывают в организме реакции, способствующие его восстановлению. Процессы регулирования тепловыделений для поддержания постоянной температуры  тела человека называетсятерморегуляцией. Она позволяет сохранять температуру внутренних органов постоянной. Терморегуляция организма осуществляется одновременно всеми способами. Так, при понижении температуры воздуха увеличению теплоотдачи за счет увеличения разности температур препятствуют такие процессы, как уменьшение влажности кожи, и следовательно, уменьшение теплоотдачи путем испарения, снижение температуры кожных покровов за счет уменьшения интенсивности транспортирования крови от внутренних органов, и вместе с этим уменьшение разности температур.

3.2 Показатели  и критерии теплового состояния  человека при взаимодействии  с окружающей средой

Большая часть тепла, образующегося  в организме человека, рассеивается с поверхности тела. Это определяет значение температуры кожи при оценке теплового состояния организма. Зависимость уровня температуры  кожи от термических условий среды, тесная корреляционная связь с теплоощущениями позволяют считать ее одним из информативных показателей теплового состояния организма.

В настоящее время для  обобщающей характеристики температурного поля поверхности тела человека принято  использовать средневзвешенную температуру  кожи (tс.к), рассчитываемую в соответствии с ее значением на отдельных участках и площадью этих участков по отношению ко всей поверхности тела.

Средневзвешенная температура  кожи достаточно тесно коррелируется с общими теплоощущениями человека.

В настоящее время на основе сравнительного анализа различных систем измерения температуры поверхности тела рекомендуется 11-точечная система. Средневзвешенная температура кожи tс.к , оС, по 11-точечной системе измерения рассчитывается по формуле

tс.к = 0,0086 t1 + 0,34 t1+ t2+t3+t4 / 4 + 0,134 t6 + 0,045 t7 +0,203 t8+t9 /2 +0,125 t 10 + 0,064 t11

t1 - t11 - соответственно температура  кожи лба, груди, живота, спины,  поясницы, плеча, кисти, верхней  и нижней части поверхности  бедра, голени, тыльной стороны  стопы.

В производственных условиях (в случае отсутствия выраженного  локального воздействия параметров микроклимата или неравномерного утепления) допустимо измерение температуры  кожи на пяти участках тела. В этом случае температура tс.к. оС, рассчитывается по уравнению

tс.к = 0,07 t1 +0,5 t2 = 0,05 t7 + 0,18 t8 + 0,2 t10

ниже приводятся уравнения, отражающие взаимосвязь средневзвешенной температуры кожи и уровня энерготрат человека при различных его теплоощущениях в баллах.

Комфорт (4) tс.к. = 36,07 - 0,0354 Qэ.т. / S

Прохладно (2) tс.к. = 33,34 - 0,0335 Qэ.т. / S

Холодно (1) tс.к. = 30,36 -0,031 Qэ.т. / S

В этих уравнениях Qэ.т. - энерготраты, Вт; S - поверхность тела человека, м2. Приведенные уравнения применимы к человеку, не адаптированному к холоду, в диапазоне энерготрат до 300 Вт. У людей, акклиматизированных к холоду, комфортный уровень средневзвешенной температуры кожи (в состоянии относительного физического покоя) в результате снижения порога температурной чувствительности несколько ниже (на 1 - 1,5 оС).

В связи с тем, что средневзвешенная температура кожи дает представление  об общих теплоощущениях человека, характеризующих состояние его теплообмена с окружающей средой, ее значения, отражающие температуру «»оболочки», используются при расчетах средней температуры тела и теплосодержания.

 

Заключение

Не вызывает сомнения утверждение, что техносфера оказывает губительное влияние на природу, а значит и на окружающую человека среду. Следовательно, человек должен решить задачу по охране природы, совершенствуя техносферу, снижая ее негативное влияние до допустимых уровней и обеспечивая себе безопасность в этой среде.

Расточительный стиль  жизни огромным грузом ложится на окружающую среду. Одной из основных причин постоянной деградации окружающей природной среды во всем мире является структура потребления и производства, не обеспечивающая устойчивости, особенно в промышленно развитых странах. В данном случае устойчивое развитие означает управляемое, согласованное  с эволюционными законами природы  и общества, то есть такое развитие, при котором жизненные потребности  людей нынешнего поколения удовлетворяются  без лишения такой возможности  будущих поколений.

В.И. Вернадский определил  биосферу, как термодинамическую  оболочку с температурой от + 50 до - 50 градусов по Цельсию и давлением  около 1 атм. Эти условия составляют границы жизни для большинства  организмов. Все живые организмы  образуют биомассу планеты способную  жить и развиваться только при  наличии теплового баланса.

 

 

Список литературы

1. Белов Н.А. Безопасность жизнедеятельности. - М.: Знание, 2000 - 364с.

2. Белов С.В., Ильницкая А.В., Козьяков А.Ф. и др.; Безопасность жизнедеятельности. Учебник для вузов / Под общ. ред. С.В. Белова. - М.: Высш. шк., 1999.