Теплопродукція й тепловіддача

Сумарна теплопродукція (теплотворення) в організмі складається з так званої первинної теплоти, що виділяється в ході постійно протікаючих у всіх органах і тканинах реакціях обміну речовин, і вторинної теплоти, що утвориться при витраті енергії макроергічних з'єднань на виконання певної роботи. Рівень теплотворення в організмі залежить від величини основного обміну, "специфічно динамічної дії" прийнятої їжі, м'язової активності й інтенсивності метаболізму.

Метаболічні процеси здійснюються з неоднаковою інтенсивністю в різних органах і тканинах, і тому внесок у загальну теплопродукцію організму окремих органів і тканин нерівнозначний. Найбільша кількість тепла утворюється в м'язах при їхній тонічній напрузі й скороченні. Утворення тепла, що спостерігається в м'язах при цих умовах, одержало назву скорочувального термогенезу. Скорочувальний термогенез є найбільш значимим механізмом додаткового теплотворення в дорослої людини.

У немовлят, а також у дрібних ссавців тварин є механізм прискореного теплотворення за рахунок зростання загальної метаболічної активності в інших тканинах й, насамперед, у результаті високої швидкості окислювання жирних кислот бурого жиру. Це механізм одержав назву нескорочувального термогенезу. В умовах холодової дії на організм під впливом виділяємого із симпатичних нервових закінчень норадреналіну проходить інтенсивне окислення жирних кислот. Окислювання жирних кислот в мітохондріях у бурій жировій тканині здійснюється без значимого синтезу макроергів й, таким чином, з максимально можливим утворенням теплоти. За допомогою механізмів нескорочувального термогенеза рівень теплопродукції в людини може бути збільшений приблизно в три рази в порівнянні з рівнем основного обміну.

Тепловіддача, розрізняють наступні механізми віддачі тепла організмом у навколишнє середовище: випромінювання, теплопроведення, конвекцію й випаровування.

Випромінювання — це спосіб віддачі тепла в навколишнє середовище поверхнею тіла людини у вигляді електромагнітних хвиль інфрачервоного діапазону (α = 5 — 20 мкм). Кількість тепла, що розсіюється організмом у навколишнє середовище випромінюванням, пропорційно площі поверхні вивчення й різниці середніх значень температур шкіри й навколишнього середовища. Площа поверхні випромінювання - це сумарна площа поверхні тих частин тіла, які стикаються з повітрям.

При температурі навколишнього середовища 20°С и відносної вологості повітря 40-60% організм дорослої людини розсіює шляхом випромінювання близько 40-50% усього тепла, що віддається. Тепловіддача шляхом випромінювання збільшується при зниженні температури навколишнього середовища й зменшується при її підвищенні. В умовах постійної температури навколишнього середовища випромінювання з поверхні тіла зростає при, підвищенні температури шкіри й зменшується при її зниженні. Якщо середні температури поверхні шкіри й навколишнього середовища вирівнюються (різниця температур стає рівною нулю), віддача тепла випромінюванням стає неможливою. Знизити тепловіддачу організму випромінюванням можна за рахунок зменшення площі поверхні випромінювання ("згортання тіла в клубок"). Якщо температура навколишнього середовища перевищує середню температуру шкіри, тіло людини, поглинаючи інфрачервоні промені, випромінювані предметами, зігрівається.

Теплопроведення — спосіб віддачі тепла, що має місце при контакті, зіткненні тіла людини з іншими фізичними тілами. Кількість тепла, що віддається в навколишнє середовище цим способом, пропорційно різниці середніх температур контактуючих тіл, площі контактуючих поверхонь, часу теплового контакту й теплопровідності контактуючого тіла. Сухе повітря, жирова тканина характеризуються низькою теплопровідністю і є теплоізоляторами. Використання одягу із тканин, що містять велике число маленьких нерухомих "пухирців" повітря, дає можливість зменшити розсіювання тепла шляхом теплопровідності. Вологе, насичене водяними парами повітря, вода характеризуються високою теплопровідністю. Тому перебування при низькій температурі в середовищі з високою вологістю супроводжується посиленням тепловтрат організму. Вологий одяг також втрачає свої теплоізолюючі властивості.

Конвекція — спосіб тепловіддачі організму, здійснюваний шляхом переносу тепла частками, що рухаються, повітря (води). Для розсіювання тепла конвекцією потрібне обтікання поверхні тіла потоком повітря з більше низькою температурою, чим температура шкіри. При цьому контактуючий зі шкірою шар повітря нагрівається, знижує свою щільність, піднімається й заміщається більше холодним і більше щільним повітрям. В умовах, коли температура повітря дорівнює 20°С, а відносна вологість — 40-60%, тіло дорослої людини розсіює в навколишнє середовище шляхом теплопроведення й конвекції близько 25-30% тепла. Кількість тепла, що віддається конвекцією, збільшується при збільшенні швидкості руху повітряних потоків (вітер, вентиляція). Теплопроведення й конвекція, також як випромінювання, стають неефективними способами віддачі тепла при вирівнюванні середніх температур поверхні тіла й навколишнього середовища.

Тепловіддача шляхом випаровування — це спосіб розсіювання організмом тепла в навколишнє середовище за рахунок його витрати на випаровування поту або вологи з поверхні шкіри й вологи зі слизових дихальних шляхів. У людини постійно здійснюється виділення поту потовими залозами шкіри, зволожуються слизові дихальних шляхів. При температурі зовнішнього середовища близько 20°С, випаровування вологи становить близько 36 гр/год. З огляду на те, що на випаровування 1гр води затрачається 0,58 ккал теплової енергії, неважко підрахувати, що шляхом випаровування організм дорослої людини віддає в цих умовах у навколишнє середовище близько 20% усього тепла, що розсіюється. Підвищення зовнішньої температури, виконання фізичної роботи, тривале перебування в теплоізолюючому одязі підсилюють потовиділення, і воно може зрости до 500-2000 гр/год.

Якщо зовнішня температура перевищує середнє значення температури шкіри, то організм не може віддавати в зовнішнє середовище тепло випромінюванням, конвекцією й теплопроведенням. Організм у цих умовах починає поглинати тепло ззовні і єдиним способом розсіювання тепла стає посилення випаровуваня вологи з поверхні тіла. Таке випаровування можливо доти, поки вологість повітря навколишнього середовища залишається менше 100%. При інтенсивному потовиділенні, високій вологості й малій швидкості руху повітря, коли крапельки поту, не встигають випаруватися, зливаються й стікають із поверхні тіла, тепловіддача шляхом випаровування стає менш ефективною.