Способы отдачи тепла (теплопроведение, конвекция, излучение, испарение). Внутренний и наружный потоки энергии. Регуляция теплоотдачи.

Механизмы теплоотдачи имеют больший диапазон резервных возможностей, чем механизмы теплообразования, и поэтому они играют ведущую роль в реализации функциональной системы терморегуляции. Это обусловлено тем, что термогенез (химическая терморегуляция) имеет большую генетическую детерминированность, а теплоотдача осуществляется с помощью физических механизмов (физическая терморегуляция) и физиологических механизмов (изменения функций сердечно-сосудистой системы, дыхания, потоотделения). Теплоотдача в организме человека реализуется за счёт двух 427 взаимосвязанных потоков тепла – внутреннего и наружного. Перенос тепла от ядра к оболочке тела осуществляется путём кондукции – это внутренний поток тепла. Так как жировая ткань препятствует проведению тепла в связи с плохой теплопроводностью, то перенос тепла осуществляется кровью в силу её высокой теплоёмкости и теплопроводности. Наружный поток – это поток, направленный от кожи в окружающую среду. Рассматривая механизмы теплоотдачи, обычно имеют ввиду именно этот поток. Отдача тепла во внешнюю среду происходит в основном за счёт физических процессов (физическая терморегуляция): 1) теплоизлучение; 2) теплопроведение; 3) испарение; 4) конвекция. Вклад каждого механизма в теплоотдачу определяется состоянием среды и скоростью продукции тепла в организме. В условиях температурного комфорта основная масса тепла отдаётся за счёт теплопроведения, теплоизлучения и конвекции и лишь 20% – с помощью испарения. Теплоизлучение – это дистантный способ отдачи тепла в окружающую среду поверхностью тела человека в виде электромагнитного инфракрасного излучения. В нормальных условиях за счёт этого механизма отдаётся до 55- 60% тепла. Эффективность теплоизлучения зависит от градиента температуры (чем он выше, тем больше тепла отдаётся), от площади, с которой происходит излучение, от числа объектов, находящихся в среде, которые поглощают инфракрасные лучи. Снизить теплоотдачу организма путём теплоизлучения можно за счёт уменьшения площади поверхности излучения («сворачивание тела в клубок»). Теплопроведение – это способ отдачи тепла телу, которое непосредственно контактирует (соприкасается) с телом человека. Чем ниже температура этого тела, тем выше температурный градиент, тем выше скорость потери тепла за счёт этого механизма. Обычно этот способ отдачи тепла ограничен одеждой, воздушной прослойкой, а также подкожным жировым слоем, которые являются хорошими изоляторами тепла. Чем толще этот слой, тем меньше вероятность передачи тепла к холодному телу. За счёт теплопроведения при низкой температуре и высокой влажности среды происходит увеличение теплопотерь организма. Способом теплопроведения отдаётся в окружающую среду в условиях температурного комфорта до 20% тепла. Конвекция – это частный случай теплопроведения, заключающийся в переносе тепла дивижущимися частицами воздуха (воды). Около тела человека находится слой воздуха в 1-2 мм, который имеет почти такую же температуру, как и кожа. При температуре внешней среды ниже, чем температура тела, нагретый воздух, как более лёгкий, поднимается вверх, а его место занимает более холодный воздух, который также постепенно нагревается. Таким образом у поверхности тела происходит непрерывная 428 циркуляция воздуха. Конвекция ещё более усиливается при движении воздуха, поэтому чем сильнее ветер, тем интенсивнее кожа отдаёт тепло. На долю кистей рук приходится небольшая часть поверхности тела – всего 6%, но их кожей отдаётся до 60% тепла при помощи механизма сухой теплоотдачи (теплоизлучение, конвекция). Испарение (перспирация) (per, лат. – через; + spratio, лат. – дыхание) – это способ отдачи тепла с поверхностей кожи и слизистых дыхательных путей за счёт потери тепла при испарении пота (с кожи) и водяных паров (с лёгких). Различают неощущаемую (испарение воды со слизистых дыхательных путей и испарение пота в нормальных условиях) и ощущаемую (отдача тепла путём испарения пота при повышении температуры) перспирацию. При испарении 1 литра пота уходит 580 ккал тепловой энергии. В нормальных условиях с помощью этого механизма отдаётся до 20% тепла. При этом в условиях основного обмена с лёгких испаряется 350 мл водяных паров, а с кожи – 500 мл пота в сутки. На испарение этого количества влаги затрачивается примерно 500 ккал энергии. При высокой температуре среды роль испарения в теплоотдаче значительно увеличивается (до 75-90%). При этом человек за сутки может терять с потом до 5 л воды, а при тяжёлой мышечной работе в горячих цехах – до 12 л в сутки. Испарению способствует движение воздуха и низкая влажность. В этих условиях пот испаряется и это называется эффективным потоотделением. Если движение воздуха отсутствует и имеется высокая влажность, то при высокой температуре «пот стекает ручьями», не испаряется – это называется неэффективным потоотделением. При 100% насыщения воздуха парами воды испарение невозможно. Так как пот представляет собой солевой раствор, то при тяжёлой мышечной работе для сохранения солевого гомеостаза и восполнения потерь жидкости рекомендуется пить минеральную (а не простую) воду. Также тепло теряется в связи с дыханием (согревание вдыхаемого воздуха и потери тепла с выдыхаемым воздухом). Эти потери тепла составляют примерно 10% от общей теплоотдачи. Особенно значительными потери тепла через дыхательные пути становятся при учащении дыхания – тепловая одышка. У непотеющих животных тепловая одышка (частые сокращения диафрагмы) заменяет теплоотдачу путём испарения пота. Кроме этого, тепло теряется с мочой и калом (2%), а также при потреблении охлаждённой пищи (5%).