В процессе жизнедеятельности человека химическая энергия белков, углеводов и жиров, поступающих с пищей, постоянно превращается в теплоту, которая выделяется в окружающую среду.
Постоянная температура тела человека, как и теплокровных животных, поддерживается за счет сложных процессов, которые имеют физическую и химическую основу и называются соответственно физическая и химическая терморегуляция.
В основе химической терморегуляции лежат процессы высвобождения энергии за счет окисления питательных веществ, в основе физической - уменьшение или увеличение теплоотдачи в зависимости от условий окружающей среды. Рассмотрим подробнее физическую терморегуляцию.
Тепловой комфорт - это субъективное ощущение человека, которым она выражает удовлетворенность микроклиматическими условиями окружающей среды, а также такое состояние механизмов терморегуляции, когда они не напрягаются. Как правило, тепловой комфорт человека определяют по ее Теплоощущения и температурой кожи.
Человек чувствует тепловой комфорт, когда средневзвешенная температура ее кожи составляет 31,0-34,5 ° С (при температуре окружающей среды 24-26 ° С). При более низкой температуре кожи у человека появляется неприятное ощущение холода, более высокой температуры - ощущение жары. В комфортном состоянии количество теплоты, образуется в организме за единицу времени (93-116,3 Вт), равно количеству теплоты, отдаваемой им в окружающую среду. Однако эта закономерность непостоянна. По гомойотермным организма, каковым является человеческий организм, это наблюдается лишь при измерениях теплообмена течение большого промежутка времени.
При благоприятных микроклиматических условий теплопотери организма всегда равны теплообразования, вследствие чего сохраняется тепловой баланс, который и определяет тепловой комфорт организма.
Теплоотдача осуществляется одновременно несколькими путями в зависимости от состояния организма и окружающей среды:
• излучением с поверхности тела;
• конвекцией, то есть передачей теплоты в воздух вокруг поверхности тела;
• кондукция результате перехода теплоты от поверхности тела к предметам при контакте с ними;
• испарением влаги с поверхности кожи и слизистой оболочки дыхательных путей.
В производственных условиях кондукционных теплоотдача не имеет существенного значения. Согласно некоторым данным, при комфортных условиях микроклимата и теплопродукции 80-120 Вт теплоотдача излучением составляет 45-55%, конвекцией - 15 -30%, испарением влаги - 20 -25%, кондукция - около 2 -5%. Изменение количественного соотношения путей теплоотдачи определяется тяжестью выполняемой работы и метеорологическими условиями на рабочем месте. Обмен теплоты организма с окружающей производственной средой осуществляется по законам термодинамики, в частности Стефана - Больцмана (для теплоотдачи излучением), Ньютона (для теплоотдачи конвекцией) и Фурье (для теплоотдачи кондукция).
По комфортных условиях разница между температурой тела и средневзвешенной температурой кожи колеблется в пределах 3-5 ° С. Разница между температурой на поверхности туловища и на конечностях в состоянии покоя при благоприятных условиях окружающей среды не должна превышать 0,5 ° С, температура на участках кожи (грудь, спина), закрытые одеждой, выше температуры на обнаженных участках кожи на 1 - 2 ° С.
Длительное воздействие на организм человека высокой температуры может вызвать повышение температуры ее тела до нескольких десятых градуса, а при недостаточности механизмов терморегуляции - на 1-2 ° С и более. При выполнении физической работы, а значит, при более высокой теплопродукции, температура тела изменяется быстрее и заметнее.
Воздействие высокой температуры окружающего воздуха на человека проявляется в изменении тонуса сосудов и их кровенаполнении. При этом сужаются кровеносные сосуды мышц и внутренних органов и расширяются периферические сосуды кожи. При умеренном перегревания тела увеличивается частота сердечных сокращений и ускоряется кровоток. Предельное перегревания тела приводит к снижению скорости кровотока, вызываемую снижением функциональных возможностей миокарда. Выявлена высокая степень корреляции между изменениями температуры тела и частотой сердечных сокращений: повышение температуры тела (при измерении под языком) на 1 ° С соответствует увеличению частоты сердечных сокращений на 26,3 в минуту.
Под воздействием высокой температуры окружающей среды наблюдаются фазовые изменения артериального давления. При температуре воздуха 40 ° С (температура тела - 37,2-37,3 ° С) снижается систолическое и диастолическое артериальное давление, а при высокой температуре (60-70 ° С) систолическое давление повышается, а диастолическое снижается. Основной причиной снижения АД на начальной стадии перегревания тела является перераспределение крови в организме в результате расширения кровеносных сосудов кожи. Выполнения физической работы в условиях высокой температуры окружающей среды на начальной стадии так же приводит к повышению систолического и снижение диастолического артериального давления.
Под воздействием высокой температуры вследствие повышения частоты сердечных сокращений увеличивается минутный объем крови. Увеличение минутного объема крови может стать следствием увеличения объема циркулирующей крови и повышение скорости кровотока. Однако длительное воздействие на организм человека высоких температур окружающей среды приводит к уменьшению объема циркулирующей крови и снижение скорости кровотока. При перегревании организма объем циркулирующей крови уменьшается через сосудистую недостаточность, сопровождается накоплением крови в расширенных сосудах внутренних органов.
Заметим, что неизменность МОК под воздействием высокой температуры свидетельствует о функциональных нарушениях в организме.
Влияние высокой температуры окружающей среды на организм человека проявляется в значительных изменениях дыхания. Незначительное перегрева организма (повышение температуры тела на 0,91,4 ° С) не меняет частоты дыхания, или вызывает незначительное ее увеличение на четыре-пять дыхательных движений в минуту. Значительное ускорение частоты дыхания у человека означает повышение тканевого обмена, а следовательно, существенное нарушение процессов терморегуляции. Механизм ускорения частоты дыхания у человека под воздействием высокой температуры является рефлекторным и обусловлена повышением температуры тела и физико-химическими изменениями крови. Под воздействием высокой температуры воздуха и инфракрасного излучения в ор-гаинизми развивается гипоксия, степень которой зависит от интенсивности и длительности действия нагревательных факторов, а также существенно изменяется водно-электролитный обмен, что связано с потерей большого количества воды.
При обычных условиях при температуре воздуха в тени 24-26 ° С человек в состоянии покоя потребляет в сутки до 3 л жидкости. Повышение температуры воздуха до 32 ° С вызывает увеличение суточного потребления жидкости до 5-6 л. Работники горячих цехов, подвергающихся воздействию высокой температуры и инфракрасного излучения и выполняют физическую работу средней тяжести, потребляют менее 10 л жидкости.
При тепловом комфорте основная масса воды выводится из организма почками - около 1,5 л в сутки. На испарение с поверхности кожи тратится около 500 мл воды, со слизистой оболочки дыхательных путей - 400 мл, около 200 мл воды выводится через желудочно-кишечный тракт. При высокой температуре воздуха рабочей зоны и одновременном выполнении физической работы вывода воды с мочой за счет усиленного потоотделения значительно уменьшается.
Секрет потовых желез образуется за счет внеклеточной, внутриклеточной жидкости и незначительно за счет плазмы крови. При нагревательного микроклимата максимальное потоотделение может достигать 3,5 л в час. Вследствие этого, несмотря на высокое водопотребление, может существенно снизиться масса тела (от 4-5 до 10-12 кг за смену). Первым проявлением обезвоживания организма есть ощущение жажды, появляется при потере 1-2% массы тела.
Вместе с потом из организма человека выводятся органические и неорганические вещества (0,26-0,78% общей массы пота). Около двух третей составляют неорганические соединения и треть - органические. Из неорганических веществ - это хлорид натрия (64-74%), около половины органических соединений - мочевина. Основным компонентом пота является вода - около 99,5%.
Работник за смену при выделении с потом теряет 5-7 л жидкости и лишь 15-20 г хлорида натрия. Большая потеря воды (10-15 л) может привести к потере 30-40 г хлорида натрия при общем содержании его в организме около 140 г. А уменьшение содержания хлоридов в организме приводит к изменению физико-химических свойств крови; белковые коллоиды теряют способность набухать и задерживать воду. При потере организмом 20-25% хлорида натрия, то есть 28-30 г, прекращается секреция желудочного сока, дальнейшее его снижение может стать причиной судорог.
Кроме хлорида натрия с потом выводятся магний, медь, йод, марганец и другие элементы, что может привести к нарушению проводимости сердечной мышцы, повышенной проницаемости сосудистых стенок и мембран клеток крови. Выведение при интенсивном потоотделении водорастворимых витаминов (аскорбиновой кислоты, тиамина, пиридоксина) может привести к нарушению их обмена у работников горячих цехов, лиц, живущих в условиях жаркого климата, особенно у людей, прибывших из широт с умеренным климатом. Под воздействием высокой температуры окружающей среды происходит также распад белков, нарушается азотистый баланс, меняется иммунологическая реактивность организма.