Как мы греемся?

Принципиально эти теплопотери должны быть скомпенсированы теплопродукцией, иначе наши герои просто не выжили бы в этих запредельных условиях. Согласно общепринятым представлениям тепло производят практически все клетки организма. Строго говоря, общим энергетическим источником всей совокупности тепловыделения служит энтальпия окислительных процессов, составляющих суть дыхания. И хотя теплообразование идет практически во всем теле, но считается, что для поддержания постоянства температуры любого теплокровного организма дополнительное тепло вырабатывается

1) сокращениями скелетных мышц как произвольными, так и непроизвольными, т.е. холодовой дрожью; сократительный термогенез порождает приблизительно до 800 Вт;

2) за счет усиления внутренних тепловыделений, не связанных с сокращениями мышц – несократительный термогенез, что составляет примерно 400 Вт.

Причем в некоторых монографиях, в частности в отечественных работах, утверждается, что несократительный термогенез, помимо тепловыделений во внутренних органах, также включает в себя неощущаемую дрожь, то есть осуществляется в основном за счет тех же скелетных мышц. Эти источники тепла должны компенсировать теплопотери обнаженного человека в условиях холода, чтобы не допустить охлаждения так называемого «ядра» тела ниже плюс 35⁰С.

Тогда, если мы суммируем сократительный и несократительный термогенез, то получим 1200 Вт или примерно 1000 ккал/ч, что как раз ненамного превосходит теплоотдачу организма человека при температуре минус 60⁰С в течение одного часа.

Иными словами, при приближенных вычислениях всё сходится с точностью до принятых допущений. Тогда получается, что никакого «чуда» тибетские монахи не демонстрируют, и адаптированный к холоду человек безо всякой многолетней буддийской медитации принципиально может выдержать эти предельные условия и, собственно говоря, именно поэтому и не «околевает» от такого, на первый взгляд, убийственного холода.

«Гвозди бы делать из этих людей – крепче бы не было в мире гвоздей»

Однако А.Ю. Катков не останавливается на достигнутом и незадолго до своей гибели значительно усложняет условия испытаний. Более того, в запредельных опытах, которые когда-либо проводились в полевых условиях с научными целями… на добровольцах, он встает рядом с ними. К сожалению, на сегодняшний день мы имеем только непрофессиональное описание этих уникальных экспериментов в уже упомянутом интервью Бориса Коршунова. Вот его краткое изложение:

В начале ноября, они взошли на Эльбрус, практически без одежды (в болоньевых куртках) при ураганных ветрах со снегом, который пробивал палатку насквозь так, что за ночь она вся набивалась снегом. Всего провели две такие ночевки. Огонь использовать не разрешалось, сухие зерна овса (выданные в качестве сухого пайка и строго рассчитанные по величине физических нагрузок в ккал за двое суток) засыпáли снегом в пластиковых коробках, которые держали в плавках, чтобы утром съесть оттаявшую и размокшую «кашу». Вечером надо было выпить сырое яйцо. Яйца на морозе превратились в ледышки, и их также пришлось полночи «разогревать» во рту, чтобы хоть как-то отправить яичный белок в желудок…

Если читатель думает, что здесь какое-то преувеличение, что этого никак не может быть, что это какие-то альпинистские байки, то могу вас заверить: на самом деле, все было еще экстремальнее. Более того, наши испытатели прекрасно осознавали, на что они идут, фактически кладя свои жизни на алтарь науки. Рассказывает Борис Коршунов: «Давались ли нам какие-нибудь гарантии в случае потери здоровья во время экспериментов? Нет. Каждый из нас подписывал бумагу, сформулированную в очень обтекаемой форме - в любых вариантах, как нам объяснил юрист, при предъявлении наших претензий возместить ущерб здоровью как следствие эксперимента, ничего бы не вышло. Мы все официально находились на больничных листах, и там стоял такой диагноз, что даже медики с громадным опытом не могли понять, о чем именно речь». Истинные мотивы этих самоотверженных людей кратко и точно выразил тот же Б. Коршунов: «Мне, к примеру, было крайне интересно, на какой скотине я езжу. Хотелось знать свою границу возможностей».

Количественная оценка теплопотерь при этом эксперименте практически невозможна, поскольку мы не располагаем какими-либо протоколами этих испытаний пределов человеческой холодоустойчивости. Одно можно сказать совершенно точно, если бы результаты этих испытаний были опубликованы, то многие положения современной физиологии терморегуляции пришлось бы пересмотреть, но об этом чуть позже.

Второе начало термодинамики или почему "оболочка" не может согреть "ядро"

В 1850 году профессор Берлинского университета Рудольф Юлиус Иммануил Клаузиус формулирует один из фундаментальных законов природы, просто обобщив наблюдаемые явления передачи тепла:

«Различные соображения, касающиеся природы и поведения теплоты, привели меня к убеждению, что проявляющееся при теплопроводности и обыкновенном излучении тепла стремление теплоты переходить от более теплых тел к более холодным, выравнивая таким образом существующие разницы температур, связано так тесно с самой ее сущностью, что оно должно иметь силу при всех обстоятельствах. Поэтому я выдвинул в качестве принципа следующее предложение

Теплота не может переходить сама собой от более холодного тела к более теплому»

Последнее положение больше известно под названием второго начала термодинамики, и оно приведено здесь в виде дословной цитаты именно для того, чтобы показать, как этот постулат Клаузиуса игнорируется в большинстве работ по физиологии терморегуляции теплокровного организма.

Дело в том, что постоянство относительно повышенной температуры у теплокровных (гомойотермных) животных распространяется только на ядро тела, окруженное оболочкой периферических тканей, температура которых ниже и в бóльшей степени зависит от окружающей среды. Иными словами, наша оболочка остывает так же, как и у хладнокровных (пойкилотермных) животных. Деление тела на «ядро» и «оболочку» несколько грубовато, но очень полезно для некоторых качественных и отчасти количественных оценок механизмов терморегуляции. На рисунке 7 приведены изотермы, показывающие соотношение гомойотермного ядра тела с температурой + 37^оС и его пойкилотермной оболочки, температура которой меняется в зависимости от внешней температуры.

Рис. 7. Температура различных областей тела человека в условиях холода (А) и тепла (Б). Затемненная область – «ядро» тела