Реакция организма на тепловые воздействия

5.2. Реакция организма на тепловые воздействия

Человек с нормальной температурой тела и кожи, попадая в жаркую или холодную среду (воздушную или водяную) не просто испытывает определённые ощущения, но и проявляет столь же определённые рефлекторные (непроизвольные, в том числе врождённые) реакции.

Во-первых, любой холодный или горячий раздражитель воздействует прежде всего на терморецепторы в коже. В результате быстрой ответной реакции наблюдается спазм мелких сосудов кожи и, что ещё более важно, спазм мышц (вздрагивание). Это чисто оборонительный рефлекс, тесно связанный с эмоциональными реакциями боли и страха, всем известный в быту как непроизвольное отдёргивание руки при прикасании к горячему предмету. Чем быстрее изменяется температура кожи, тем более энергично проявляется реакция организма, тем более болезненны, а точнее, тем хуже переносимы соответствующие ощущения. Однако, если нагрев или охлаждение идёт медленно, спазматические реакции ослабевают и даже исчезают. Это явление называется привыканием (акклиматизацией, приспособлением к новым условиям) и характерно для человека не только в плане термических воздействий. В отношении привыкания возможности человека иногда ошеломляют. Если человека поместить в приятную тёплую воду, а затем медленно охлаждать её, то человек (особенно спящий) может умереть от переохлаждения, так и не почувствовав опасного рубежа. Но если человека сразу же поместить в холодную воду (даже вовсе не опасную для жизни по температуре), то последует бурная эмоциональная реакция с физическими вздрагиваниями и даже, возможно, с шоком. Аналогично, если воду очень медленно нагревать, то человек также может не осознать опасного рубежа перегрева. Баня отличается от ванны и душа тем, что человек нагревается за счёт горячего воздуха, имеющего низкую теплопроводность. Поэтому тело человека в бане нагревается относительно медленно: кожа за несколько минут до 40 °C, тело — за несколько десятков минут. Никаких особо бурных реакций (кроме случаев ошпаривания из каменки) обычно не наблюдается. Горячая вода в ванне или душе нагревает кожу мгновенно (за секунды). Поэтому в горячую воду даже с абсолютно безопасной температурой 39–40 °C сразу всем телом не погрузишься: тут же срабатывают защитные системы организма, и человек тотчас из такой воды выскакивает. Но если прогреть тело медленно, как в японских сенто и фуро, то можно выдержать горячую воду в ванне с температурой 45 °C. Известно, что сам факт термического ожога (нагрева кожи до 55 °C и выше) человек ощущает по предшествующему процессу быстрого подъёма температуры кожи в безопасном интервале температур (пока ещё терморецепторы в коже «живы»). Всё это означает, что при всех возможных приёмах мытья (в банях, ваннах, душах) процесс распаривания кожи для размягчения рогового слоя и очистки устья пор от кожного сала и засохших роговых клеток должен осуществляться безболезненно при постепенном повышении температуры тела, то есть в условиях привыкания (см. раздел 5.3). В то же время в экстремальных физиотерапевтических банях тренируют быстрые рефлексы вегетативной нервной системы, управляющей кровеносными сосудами и потовыми железами, методами закаливания в ходе контрастных процедур.

Во-вторых, любое достаточно продолжительное изменение температуры кожи ведёт ко второй рефлекторной реакции — расширению кровеносных сосудов кожи (артериол). Организм пытается тем самым повысить температуру кожи в случае её охлаждения и, наоборот, понизить в случае нагрева. Этот процесс более медленный, чем спазматический, наступает не сразу, так как управляется рецепторами, расположенными под кожей. Если температура кожи поднимается медленно, и спазматическая стадия вследствие этого подавлена, то банная процедура воспринимается комфортно, и сосудорасширяющая реакция становится первым ответом на температурный раздражитель. Человек чувствует явное тепло, глубоко проникающее в тело. Внешним проявлением расширения кожных сосудов является покраснение кожи (гиперемия) как при нагревах, так и при охлаждениях. Гиперемия сопровождается повышением пульса и снижением артериального давления (поскольку кровь дополнительно перераспределяется в расширившиеся кровеносные сосуды. Это здоровая ответная реакция, свидетельствующая о благополучии организма. Сосудорасширяющая реакция безусловно самая полезная для организма, поскольку обеспечивает обмен, особенно в проблемных участках с плохоразвитой кровеносной системой. «Повышенный обмен» — это медицинский термин, означающий, что ускоренный кровоток быстрее подводит к клеткам необходимые (в том числе и лекарственные) вещества и отводит ненужные (вредные) продукты жизнедеятельности клеток. Отметим, что сосудорасширяющая реакция с усилением сердечной деятельности наблюдается не только при тепловых и холодовых воздействиях, но и при действии многих других физических и химических раздражителей кожи. В частности, расчёсывание кожи веником или мочалкой значительно повышает покраснение кожи, особенно распаренной.

В-третьих, может случиться так, что циркулирующая кровь уже перестаёт справляться со своей задачей по поддержанию температуры кожи на приемлемом уровне. Несмотря на большое количество крови (4–6 литров), она начинает нагреваться или охлаждаться и тем самым нагревать или охлаждать внутренние (подкожные) органы в опасных для организма пределах. Тогда по сигналам терморецепторов, расположенных в кровеносных сосудах мозга, в действие вступает третья очередь рефлексов: озноб (ощущаемая дрожь мышц тела) при переохлаждении и потовыделение при перегреве внутренних органов. Это также здоровые формы ответных реакций, хотя к ознобу зачастую относятся с опаской, ошибочно отождествляя его с заболеванием. Известно, что многие дикие животные безостановочно дрожат всю зиму от холода (даже во сне) без видимых вредных последствий для здоровья. Озноб же, вызванный болезненным состоянием организма и призванный повысить температуру тела выше нормальной (а не восстанавливать нормальную температуру при замерзании), называют лихорадкой. Её характерной чертой является подавление потовыделения при высокой температуре тела за счёт спазм кожных кровеносных и потовых сосудов.

В-четвёртых, если организм всё же не может своими рефлекторными действиями предотвратить опасный перегрев тела, то почувствовав характерные симптомы недомогания (головокружение, тошноту, слабость), человек, всё ещё контролирующий своё состояние, выполняет уже осознанные действия: открывает окна и двери, включает вентиляцию, охлаждается водой или покидает горячее помещение. Отметим, что ощущения и рефлексы у перегревшегося человека могут быть совершенно необычными. Так, например, сильно перегревшийся в бане человек ощущает холодную воду как кипяток.

Вышеописанная картина является, конечно, весьма упрощённой, но правильно отражает основной факт: все рефлекторные реакции являются вполне естественными, предусмотрены самой природой при рождении и развитии человека и не могут быть вредными. Можно сказать, что жизнь во вредных (читай новых) условиях (при избытке или недостатке физических нагрузок, при недоеданиях и перееданиях, при перегревах и переохлаждениях, при химических и радиационных воздействиях и т. п.) является нормальным образом жизни человека и не опасна при малой скорости изменений внешней среды (при привыкании — приспособляемости).

Понятие переносимости

5.3. Понятие переносимости

Не затрагивая медицинских вопросов вредности или полезности тех или иных банных условий, рассмотрим физиологические возможности человека как живого существа вынести те или иные метеорологические условия за какое-то заданное время. Переносимость — это субъективный параметр, показывающий, какое время может выдержать человек те или иные условия или те или иные тепловые нагрузки. Понятие переносимости не затрагивает объективных вопросов последствий воздействий внешней среды (вред, недомогание, смерть), а просто указывает на то, что есть определённое время, после которого нахождение человека во внешней среде становится невыносимым, и человек либо рефлекторно, либо осознанно, либо с помощью других людей покидает помещение бани.

Выше мы уже дали понять, что не склонны отождествлять тело человека в бане (и не только в бане) с куском неживой материи. Человек — это живое саморегулирующееся существо, активно взаимодействующее с внешними условиями. Ощущения тепла и холода — это отклик органов чувств в виде информации для мозга для размышлений и принятия решений. Ощущение непереносимости — это тоже информация о том, что воздействие внешних факторов настолько чрезмерно, что органы чувств перестают объективно и правильно оценивать возникшую оперативную обстановку в организме человека. Это призыв к мозгу немедленно принять какие-либо оборонительные меры.

Мы в этой в общем-то далеко не медицинской книге не в состоянии проследить всю цепь причинно-следственных связей в организме, в чём-то даже пока и не известную большой науке. Поэтому, со всеми приличествующими оговорками мы в качестве исходной, конечно же, грубой модели примем, что человек состоит из тела (внутренних органов) с теплопроводностью 0,5 Вт/(м. град.) и теплоёмкостью 3,5 кДж(кг. град.) и из слоя кожи толщиной примерно 1 см (с учётом жировой клетчатки) с примерно той же теплопроводностью и теплоёмкостью. Если бы тело (внутренние органы, ткани) были бы просто «мясом», то тепловые потоки внутри тела не могли бы превышать (5-50) Вт/м2, но поскольку тело является живым (по крайней мере в том смысле, что в нём по сосудам постоянно течёт кровь), то тепловые потоки внутри тела могут достигать (300-1500) Вт/м2. А вот в коже кровеносных сосудов мало, поэтому способность переноса тепла у кожи низка, вследствие чего уже при умеренных тепловых нагрузках поверхность кожи может перегреваться. Таким образом тело (внутренние органы, ткани) можно считать изотермическим образованием с примерно одинаковой повсюду температурой.

Тело (внутренние органы) получает тепло от внутренних биохимических процессов, а также через кожу, причём через одни участки кожи тело может нагреваться (например, от тёплого камня в турецкой бане), а через другие — охлаждаться (например, испарением пота), и это бывает физиологически нормальным. При тепловых дисбалансах тело может постепенно нагреваться, а повышенная температура неблагоприятна для организма и приводит к недомоганию (дурноте) ввиду ухудшения связывания кислорода гемоглобином крови в лёгких. Почувствовав перегрев, организм человека предпринимает оборонительные действия (вызывает выделение пота), и если это не помогает, наступает кризис, который мы будем называть непереносимостью телом.

Непереносимость кожей имеет несколько иную природу: хватаясь за горячую ручку сковородки, вы тотчас понимаете, что вам не удержать её более 2–3 секунд, даже если вы будете интенсивно потеть и охлаждать другую руку холодной водой из-под крана. Непереносимость кожей исключительно локальна, причём терморецепторы сравнивают локальные температуры кожи с температурой тела, то есть перепад температуры на коже. Поэтому кожа в обычном состоянии очень чувствительна к температурным воздействиям, а в состоянии с расширенными кровеносными сосудами в коже чувствительность кожи снижается, поскольку циркуляция крови снижает перепады температур в коже.

Переносимость может заметно отличаться у разных людей и даже у одного и того же человека в разные периоды времени. Так, например, в состязаниях по сауна-спорту один и тот же участник может просидеть в сауне то 15 минут, а то лишь 10 минут. И это нормально, так как самочувствие человека не может быть стабильно рекордно хорошим или рекордно плохим. Поэтому все последующие численные оценки следует понимать как иллюстрацию качественных закономерностей.

Обычно непереносимость возникает в двух вышеописанных случаях: при чрезвычайно быстром темпе (большой скорости) нагрева кожи и при чрезмерном перегреве внутренних органов (безотносительно к скорости нагрева).

Тело человека способно, по крайней мере кратковременно, безболезненно выдержать температуру воды 45 °C, губы до 90 °C. Однако сразу опустить ноги в воду можно лишь при температурах не выше 40 °C (тёплая вода). При более высоких температурах воды (даже безопасного условия 45 °C) скорость подъёма температуры кожи становится настолько высокой, что появляются болезненные ощущения, и человек стремится (в том числе и неосознанно, а рефлекторно) выдернуть ноги из воды. После нескольких непродолжительных погружений ноги уже нормально выдерживают температуру 45 °C.

При определении скорости повышения температуры кожи приходится подсчитывать, с какой скоростью поступает тепло на кожу и с какой скоростью это тепло уходит из кожи внутрь тела. Если тепловые потоки на кожу настолько велики, что тепло «не успевает» уходить внутрь тела, то кожа будет непрерывно нагреваться. Это значит, что рано или поздно человек не сможет терпеть всё возрастающую температуру кожи. Предполагая, что резкий подъём температуры кожи до (40–42)°С человек ещё может перенести безболезненно, можно подсчитать тепловой поток через кожу с теплопроводностью 0,5 Вт/(м-град). При характерной глубине расположения крупных кровеносных сосудов порядка 1 см (обеспечивающих постоянство температуры внутри тела), этот тепловой поток внутрь тела в соответствии с простейшим расчётом составит ориентировочно (0,1–0,2) кВт/м2. Такой тепловой поток из кожи внутрь тела может легко распространяться затем по всему телу за счёт кровеносной системы, способной перенести 0,3 кВт/м2 и более. Величину 0,2 кВт/м2 назовём уровнем привыкания неразогретого тела (Ю.М. Хошев. БАНБАС, 1/25, 2003 г., стр. 51). Если тепловой поток на кожу человека (с условной поверхностью тела 1 м2) составляет менее 0,2 кВт/м2, то это тепло «успевает» уходить («рассасываться») внутри тела. Это означает, что человек хорошо переносит такой темп нагрева: время переносимости кожей такого теплового потока очень велико (пока не перегреется само тело целиком).

Отметим, что раскрасневшаяся кожа за счёт усиленных потоков крови становится значительно более теплопроводной, и уровень привыкания разогретого тела возрастает до 1 кВт/м2 и выше. Это означает, что человек с раскрасневшейся кожей не только хуже оценивает жару и холод, но и легче, и безопасней их переносит, поскольку кожа (вместе с терморецепторами, которые в ней расположены) при наличии интенсивного кровотока не может быстро ни охладиться, ни нагреться. Кстати, именно из-за большого количества кровеносных сосудов губы человека и рот легко выдерживают прикосновение горячих жидкостей. В дальнейшем мы будем рассматривать лишь ощущения неразогретого тела.

На рис. 49 представлена кривая переносимости неразогретой кожей тепловых потоков, построенная по результатам измерений в сталелитейных производствах. Видно, что при введённом нами уровне привыкания переносимость кожей на самом деле очень велика. Затем по мере увеличения теплового потока переносимость кожей снижается до минут, а потом и до секунд (рис. 50).

Естественно, особо жаркая баня с временем переносимости кожей (возможным временем пребывания) в несколько секунд не может эксплуатироваться даже как экстремальная баня. Для банного процесса необходима хотя бы минута.

Рис. 49. Время переносимости человеком тепловых нагрузок на организм в области низких тепловых потоков. 1 — переносимость кожей, 2 — переносимость телом.

В то же время перегрев всего тела (внутренних органов) также приводит к непереносимости, но уже не за счёт непереносимости ощущений на коже (даже на одном каком-либо участке кожи в виде жжения и пощипывания), а ввиду ухудшения общего самочувствия человека (повышения частоты пульса, головокружений, слабости и т. п.). Зная массу тела среднестатистического человека и его теплоёмкость, легко подсчитать характерное время нагрева всего тела человека до 39 °C (условно) при тех или иных тепловых нагрузках. Это время назовём переносимостью тепловых нагрузок телом (рис. 49, 50). Видно, что переносимость телом во много раз больше, чем переносимость кожей при больших тепловых нагрузках, то есть при интенсивном нагреве человек покидает баню из-за появления жжения кожи, а не из-за ухудшения общего самочувствия. Но со снижением тепловой нагрузки переносимости кожей и телом сближаются. Это вполне понятно, поскольку при приближении к уровню привыкания переносимость кожей и телом приобретают одинаковый смысл (температура кожи приближается к температуре тела, поскольку тепло «успевает» уйти внутрь тела).

Рис. 50. Время переносимости человеком нагрузок на организм в области высоких тепловых потоков. 1 — переносимость кожей (Л.А. Глушко «Защита от перегрева в горячих печах», М.: Металлургия, 1963), 2 — переносимость телом.

Подобная зависимость переносимости от величины теплового потока не является какой-то специфической особенностью бань и организма человека, а характерна для многих явлений в природе. Так, если вы запекаете мясо на вертеле, то при малых тепловых потоках (при использовании углей и поливании водой, вином, уксусом) мясо успешно (хотя и долго) пропечётся внутри. Но при больших тепловых потоках (при использовании открытого огня) мясо просто обуглится, так и не нагревшись внутри. То есть и в кулинарии продукты могут «не вынести» высокие тепловые нагрузки из-за термического разрушения внешнего (наружного) слоя.

В заключение отметим, что вне зависимости от времени переносимости кожей значение времени переносимости телом показывает, сколько времени надо греться в тех или иных условиях, чтобы прогреться всем телом.