И терморегуляция организма человека

Самочувствие и работоспособность человека зависят от метеорологических условий, тяжести и напряженности труда. Под метеорологическими условиями понимают несколь-ко факторов, воздействующих на работника: температуру, влажность и скорость движения воздуха, а также атмосферное давление и тепловое излучение. Указанные факторы воздей-ствуют на работника чаще всего суммарно, взаимно усиливая или ослабляя друг друга. Совокупность этих факторов называют производственным микроклиматом.

Работа значительной группы профессий железнодорожного транспорта (монтеров пу-ти, электромонтеров контактной сети, электромехаников связи и СЦБ, работников пунк-тов технического обслуживания, составителей поездов и др.) протекает в основном на отк-рытом воздухе. Поэтому тепловое самочувствие работников этих профессий существенно зависит от состояния атмосферы, теплозащитных свойств одежды и обуви, а также про-должительности отрезков времени непрерывного пребывания на открытом воздухе.

Летом при высокой температуре воздуха и большой солнечной радиации систем тер-морегуляции человека может стать неработоспособной. При перегревании, когда запас тепла и количество тепла вырабатываемого организмом больше теплообмена (теплоотда-чи) в окружающую среду, начинает медленно нарастать температура тела человека. Сни-жение или потеря трудоспособности в этом случае выражается в форме нарастающей сла-бости, головокружения или теплового удара, который сопровождается легкими судорога-ми, рвотой, расстройством кровообращения и дыхания. Под влиянием сильного перегрева головы (особенно непокрытой) прямыми солнечными лучами может возникнуть солнеч-ный удар, в результате чего резко нарушается кровообращение головного мозга. Вероят-ность теплового удара уменьшается при снижении температуры, относительной влажно-сти при одновременном увеличении скорости движения воздуха.

В зимний период может произойти переохлаждение и даже обморожение отдельных участков тела (чаще всего пальцев рук и ног, а также открытых частей лица) вследствие повышенной теплоотдачи организма под влиянием низких температур.

В любой обстановке (производственной или бытовой) система терморегуляции челове-ка стремится поддержать постоянную температуру тела, равную ~36, 5 °С. Эта температу-ра является результирующей двух процессов: внутреннего производства тепла в теле в ре-зультате совокупности реакций обмена и внешнего теплообмена. Двойной механизм сис-темы обеспечивает регуляцию обменной активности и регуляцию теплоотдачи во внеш-нюю среду посредством автоматического изменения скорости притока крови к коже и ра-боты потовых желез. Итоги теплообмена человека с окружающей его средой можно выра-зить уравнением

Q_З + Q_M = ∑ Q_ТО, (1)

где Q_З – запас тепла в организме;

Q_M – количество тепла, выработанного в организме (метаболическое тепло);

∑ Q_ТО – теплообмен (теплоотдача) организма со средой:

∑ Q_ТО = Q_К + Q_Л + Q_Т + Q_И + Q_Д (2)

Q_К – конвективная передача тепла окружающему воздуху;

Q_Л – лучистый теплообмен;

Q_Т – контактная теплопроводность через окружающие тело поверхности;

Q_И – испарение влаги с кожного покрова;

Q_Д – нагрев вдыхаемого воздуха.

Анализ уравнения (1) показывает, что тепловой баланс достигается в том случае, если общее количество вырабатываемого тепла и запас тепла в теле равны общей величине теп-лоотдачи в окружающую среду. Следовательно, только при наличии теплового баланса между организмом и окружающей его средой данный микроклимат воспринимается чело-веком как приятное (комфортное) ощущение. Нарушение теплообмена ведет или к перег-реву или к охлаждению организма, что в свою очередь может отрицательно влиять на сос-тояние здоровья человека и производительность труда.

Тепловое равновесие зависит от многих факторов, основными из которых являются: характер трудовой деятельности человека, в результате которой организм то или иное ко-личество метаболического тепла Q_M. Известно, что чем тяжелее или сложнее работа, тем большее количество тепла генерируется вследствие сложных биохимических процессов. На основе интенсивности общих затрат энергии организма (Вт) и количества вырабаты-ваемого тепла (ккал/ч) в зависимости от тяжести физического труда все виды работ с за-тратой мускульной энергии разделены на три категории: легкие, средней тяжести и тяже-лые [1].

Все виды теплообмена (2) в значительной мере зависят от метеорологических условий. Теплообмен за счет конвекции Q_К прямо пропорционален разности температур поверхно-сти кожи и окружающего воздуха. При этом большое значение имеет скорость движения воздуха, так как коэффициент теплопередачи возрастает пропорционально υ ^1/2, υ – ско-рость движения воздуха.Отдача тепла излучением Q_Л находится в прямой зависимости от разности четвертых степеней абсолютных температур кожи и окружающих поверхностей. При температуре воздуха и поверхностей порядка 30÷ 33 °С теплообмен за счет Q_К и Q_Л в основном прекращается, а при температуре воздуха выше температуры тела поток тепла будет направлен из окружающей среды к человеку. Потери тепла посредством контактной теплопроводности Q_Т определяются разностью температур и площадью соприкасающихся поверхностей.

Отдача тепла испарением Q_И зависит от влажности воздуха (чем выше влажность, тем меньше Q_И) и скорости его движения υ. Подвижность воздуха определяет унос влаги от тела человека и возможность дальнейшего ее испарения. В условиях высоких температур, а также при тяжелой физической работе потовыделение является мощным фактором тер-морегуляции организма. Например, при легкой работе и температурах воздуха 18÷ 22 °С потовыделение составляет порядка 50 г/ч, а при тяжелой 200÷ 250 г/ч. В горячих цехах Q_И может составлять 95 % и более. Однако увеличение теплоотдачи за счет испарения влаги является нежелательным физиологическим процессом, поскольку при обильном потоотде-лении человек теряет до 1 % минеральных солей и часть витаминов. Поэтому в горячих цехах рабочим рекомендуется пить подсоленную газированную воду и витаминизирован-ные напитки. При высокой влажности воздуха резко снижается, что приводит к наруше-нию теплообмена, особенно в условиях высоких температур.

Отдача тепла на нагрев воздуха Q_Д, который также идет на нагрев пищи, в общем объ-еме теплообмена не велика. Однако при пониженных температурах воздуха прием горя-чей пищи сообщает организму дополнительной тепло, что способствует длительному теп-ловому комфорту.

Интенсивность теплоотдачи в помещении с поверхности тела человека зависит не только от атмосферного давления, температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха, но и от средней температуры поверхностей ограждений, оборудования, отопительных приборов и их расположения относительно человека. Система терморегуля-ции человека в состоянии поддерживать тепловой баланс с окружающей средой при тем-пературах 14÷ 23 °С (при прочих неизменных условиях), иные температуры создают пред-посылки к нарушению этого баланса.