Характеристика процесів тепловіддачі.

1. Радіація відбувається за допомогою інфрачервоного довгохвильового випромінювання. Для цього потрібен градієнт температур навколишнього середовища. Величина радіації залежить від температури і поверхні шкіри.

2. Теплопровідність здійснюється при безпосередньому контакті тіла з предметами (стілець, ліжко тощо). При цьому швидкість перенесення тепла від більш нагрітого тіла до менш нагрітого предмета визначається температурним градієнтом і їх термопровідністю. Віддача тепла цим шляхом значно (у 14 разів) збільшується при перебуванні людини у воді.

3. Конвекційний шлях. Повітря, що контактує з поверхнею тіла, за наявності градієнту температур нагрівається. При цьому воно стає легшим і, піднімаючись від тіла, звільняє місце для нових порцій повітря. Таким чином воно забирає частину тепла.

4. Випаровування поту. При кімнатній температурі у роздягненої людини близько 20 % тепла віддається за допомогою випаровування. При однакових показниках температури тіла і навколишнього середовища спрацьовує лише один механізм віддачі тепла, пов'язаний із процесами потовиділення і потовипаровування. Охолодженню шкіри сприяє те, що для випаровування 1 мл поту витрачається 0,58 ккал. Швидкість випаровування залежить від градієнта температури і насичення водяною парою навколишнього середовища. Що вища вологість, то менш ефективним стає цей шлях тепловіддачі. Різко зменшується результативність тепловіддачі при перебуванні у воді або в щільному одязі.

Випаровування має два механізми: а) перспірація – без участі потових залоз; б) випаровування – при активній участі потових залоз.

Перспірація – випаровування води з поверхні легень, слизових оболонок, шкіри, яка завжди волога. Це випаровування не регулюється, воно залежить від градієнта температур і вологості навколишнього повітря. Що вища вологість, то менш ефективний цей вид тепловіддачі.

Головну роль у регуляції процесів тепловіддачі відіграють зміни кровопостачання шкіри. Звуження судин шкіри, відкриття артеріовенозних анастомозів сприяє меншому припливу тепла від ядра до оболонки і збереженню його в організмі. Навпаки, при розширенні судин шкіри її температура може збільшуватись на 7-8 ºС. Тонус судин шкіри контролюється симпатичною нервовою системою.

Фізична терморегуляція здійснюється шляхом змін віддачі тепла організмом. Особливо важливого значення вона набуває в підтримці постійності температури тіла під час перебування організму в умовах підвищеної температури навколишнього середовища.

Тепловіддача здійснюється шляхом тепловипромінювання (радіаційна тепловіддача), або конвекції, тобто рухи і переміщення що нагрівається теплом повітря, теплопроведенія, тобто віддача тепла речовинам, безпосередньо дотичним з поверхнею тіла, і випаровування води з поверхні шкіри і легенів.

У людини в звичайних умовах втрата тепла шляхом тепло проведення має невелике значення, оскільки повітря і одяг є поганими провідниками тепла. Радіація, випаровування і конвекція протікають з різною інтенсивністю залежно від температури навколишнього середовища. У людини в стані спокою при температурі повітря близько 20 °С і сумарній тепловіддачі, рівній 419 кдж (100 ккал) в годину, за допомогою радіації втрачається 66 %, випаровування води - 19 %, конвекції - 15 % від загальної втрати тепла організмом. При підвищенні температури навколишнього середовища до 35°С тепловіддачі за допомогою радіації і конвекції стає неможливою, і температура тіла підтримується на постійному рівні виключно за допомогою випаровування води з поверхні шкіри і альвеол легенів.

Для того, щоб було ясне значення випаровування в тепловіддачі, нагадаємо, що для випаровування 1 мл води необхідно 2,4 кдж (0,58 ккал). Отже, якщо в умовах основного обміну тілом людини віддається за допомогою випаровування близько 1675-2093 кдж (400-500 ккал), то з поверхні тіла повинне випаровуватися приблизно 700-850 мл води. З цієї кількості 300-350 мл випаровуються в легенів і 400-500 мл - з поверхні шкіри.

Характер віддачі тепла тілом змінюється залежно від інтенсивності обміну речовин. При збільшенні теплоутворення в результаті м'язової роботи зростає значення тепловіддачі, здійснюваної за допомогою випаровування води. Так, після важкого спортивного змагання, коли сумарна тепловіддача досягала майже 2512 кдж (600 ккал) в годину, було знайдено, що 75 % тепло було віддано шляхом випаровування, 12 % - шляхом радіації і 13 % - за допомогою конвекції. Одяг зменшує тепловіддачу. Втраті тепла перешкоджає той шар нерухомого повітря, яке знаходиться між одягом і шкірою, оскільки повітря - поганий провідник тепла. Теплоізолюючі властивості одягу тим вище, чим дрібніша її структури, що містить повітря. Цим пояснюються хороші теплоізолючі властивості шерстяного і хутряного одягу. Температура повітря під одягом досягає 30 °С. Навпаки, голе тіло втрачає тепло, оскільки повітря на його поверхні весь час змінялося. Тому температура шкіри голих частин тіла набагато нижча, ніж одягнених.

В значній мірі перешкоджає тепловіддачі шар підшкірної основи (жирової клітковини) унаслідок малої теплопровідності жиру.

Температура шкіри, а отже, інтенсивність тепловипромінювання і теплопроведення можуть змінюватися в результаті перерозподілу крові в судинах і при зміні об'єму циркулюючій крові.

На холоді кровоносні судини шкіри, головним чином артеріоли, звужуються: більша кількість крові поступає в судини черевної порожнини, і тим самим обмежується тепловіддача. Поверхневі шари шкіри, отримуючи менше теплої крові, випромінюють менше тепла - тепловіддача зменшується. При сильному охолоджуванні шкіри, крім того, відбувається відкриття артеріовенозних анастомозів, що зменшує кількість крові, що поступає в капіляри, і тим самим перешкоджає тепловіддачі.

Перерозподіл крові, що відбувається на холоді, - зменшення кількості крові, циркулюючої через поверхневі судини, і збільшення кількості крові, що проходить через судини внутрішніх органів, сприяє збереженню тепла у внутрішніх органах. Ці факти служать підставою для затвердження, що регульованим параметром є саме температура внутрішніх органів («ядра»), яка підтримується на постійному рівні.

При підвищенні температури навколишнього середовища судини шкіри розширюються, кількість циркулюючої в них крові збільшується. Зростає також об'єм циркулюючої крові у всьому організмі унаслідок переходу води з тканин в судини, а також тому, що селезінка і інші кров'яні депо викидають в загальний кровотік додаткову кількість крові. Збільшення кількості крові, циркулюючої через судини поверхні тіла, сприяє тепловіддачі за допомогою радіації і конвекції.

Для збереження постійності температури тіла людини при високій температурі навколишнього середовища основне значення має випаровування поту з поверхні шкіри.

Значення потовиділення для підтримки постійності температури тіла видно з наступного підрахунку: у літні місяці температура навколишнього повітря в середніх широтах нерідко рівна температурі тіла людини. Це означає, що організм людини, що живе в цих умовах, не може віддавати що утворюється в нім найтепліший шляхом радіації і конвекції. Єдиним шляхом віддачі тепла залишається випаровування води. Прийнявши, що середнє теплоутворення в добу рівне 10 048-11723 кдж (2400- 2800 ккал), і знаючи, що на випаровування 1 г води з поверхні тіла витрачається 2,43 кдж (0,58 ккал), отримуємо, що для підтримки температури тіла людини на постійному рівні в таких умовах необхідне випаровування 4,5 л води. Особливо інтенсивне потовиділення відбувається при високій навколишній температурі під час м'язової роботи, коли зростає теплоутворення в самому організмі. При дуже важкій роботі виділення поту у робочих гарячих цехів може скласти 12 л за день.

Випаровування води залежить від відносної вологості повітря. У насиченому водяними парами повітрі вода випаровуватися не може. Тому при високій вологості атмосферного повітря висока температура переноситься важче, ніж при низькій вологості. У насиченому водяними парами повітрі (наприклад, в лазні) піт виділяється у великому кількості, але не випаровується і стікає з шкіри. Таке потовиділення не сприяє віддачі тепла: тільки та частина поту, яка випаровується з поверхні шкіри, має значення для тепловіддачі (ця частина поту складає ефективне потовиділення).

Погано переноситься також непроникний для повітря одяг (гумова і т.п.), що перешкоджає випаровуванню поту: шар повітря між одягом і тілом швидко насищається парами і подальше випаровування поту припиняється.

Людина погано переносить порівняно невисоку температуру навколишнього середовища (32 °С) при вологому повітрі. У абсолютно сухому повітрі людина може знаходитися без помітного перегріву протягом 2-3 ч при температурі 50-55 °С.

Оскільки деяка частина води випаровується легкими у вигляді пари, що насищає повітря, що видихається, дихання також бере участь в підтримці температури тіла на постійному рівні. При високій навколишній температурі дихальний центр рефлекторно збуджується, при низькій - пригнічується, дихання стає менш глибоким.

До проявів фізичної терморегуляції слід віднести також зміну положення тіла. Коли собаці або кішці холодно, вони згортаються в клубок, зменшуючи тим самим поверхню тепловіддачі; коли жарко, тварини, навпаки, приймають положення, при якому поверхня тепловіддачі максимально зростає. Цього способу фізичної терморегуляції не позбавлена і людина, «згортаючись в клубок» під час сну в холодному приміщенні.

Рудиментарне значення для людини має прояв фізичної терморегуляції у формі реакції шкірних м'язів («гусяча шкіра»). У тварин при цій реакції змінюється ячєїстость шерстяного покриву і поліпшується теплоізолююча роль шерсті.

Таким чином, постійність температури тіла підтримується шляхом сумісної дії, з одного боку, механізмів, регулюючих інтенсивність обміну речовин і залежне від нього теплоутворення (хімічна регуляція тепла), а з іншої - механізмів, регулюючих тепловіддачу (фізична регуляція тепла).

Регуляторні реакції, що забезпечують збереження постійності температури тіла, є складними рефлекторними актами, які виникають у відповідь на температурне роздратування рецепторів шкіри, шкірних і підшкірних судин, а також самій ЦНС. Ці рецептори, що сприймають холод і тепло, названі терморецепторами. При щодо постійній температурі навколишнього середовища від рецепторів в ЦНС поступають ритмічні імпульси, що відображають їх тонічну активність. Частота цих імпульсів максимальна для Холодових рецепторів шкіри і шкірних судин при температурі 20-30 °С, а для шкірних теплових рецепторів - при температурі 38-43 °С. При різкому охолоджуванні шкіри частота імпульсації в Холодових рецепторах зростає, а при швидкому зігріванні поріджується або припиняється. На такі ж перепади температури теплові рецептори реагують прямо протилежний. Теплові і холодові рецептори ЦНС реагують на зміну температури крові, що притікає до нервових центрів.

Терморецептори ЦНС знаходяться в передній частині гіпоталамуса - в преоптичної зоні, в ретикулярній формації середнього мозку, а також в спинному мозку.

Тремтіння і звуження шкірних судин, а отже, підвищення теплоутворення і пониження тепловіддачі виникають також при охолоджуванні сонної артерії, що приносить кров до головного мозку.

Участь гіпоталамуса в терморегуляції забезпечує взаємодію сприйняття сигналів про зміну температури навколишнього і внутрішнього середовища.

Саме у гіпоталамусі розташовані основні центри терморегуляції, які координують численні і складні процеси, що забезпечують збереження температури тіла на постійному рівні

Хімічна терморегуляція (посилення теплоутворення, м'язове тремтіння) контролюється хвостовою частиною гіпоталамуса.

Фізична терморегуляція (звуження судин, потовиділення) контролюється передньою частиною гіпоталамуса. Центри теплоутворення і центри тепловіддачі знаходяться в складних взаєминах і взаємоподавляють один одного.

У здійсненні гипоталамічної регуляції температури тіла беруть участь залози внутрішньої секреції, головним чином щитовидна і надниркові.

Участь щитовидної залози в терморегуляції доводиться тим, що під час перебування в умовах охолоджування відбувається посилене виділення в кров гормону щитовидної залози, що підвищує обмін речовин і, отже, утворення тепла.

Участь надниркових в терморегуляції обумовлена виділенням ними в кров адреналіну, який, підсилюючи окислювальні процеси в тканинах, зокрема в м'язах, підвищує теплоутворення і звужує шкірні судини, зменшуючи тепловіддачу. Тому адреналін здатний викликати підвищення температури тіла (адреналінова гіпертермія).