Тема: Визначення тепловіддачі поверхні тіла людини в оточуюче середовище

Мета: Навчитися проводити розрахунки тепловитрат організму людини

 

Хід роботи

Життєдіяльність людини неодмінно супроводжується утворенням тепла внаслідок біохімічних процесів, що відбуваються в тканинах і органах.

Для підтримки внутрішньої температури тіла організм використовує теплову енергію, що виділяється при екзотермічних хімічних реакціях, які проходять, основному, в скелетних м'язах та внутрішніх органах. Розхід тепла в організмі здійснюється за рахунок фізичної терморегуляції, тобто підтримування внутрішнього середовища на постійному рівні досягається шляхом взаємодії різних функцій організму, (і об'єднуються складною системою терморегуляції.

Перегрівання викликає розширення кровоносних судин шкіри, яка червоніє, підвищення її температури, виділення поту і цим самим порушення водно-електролітного обміну. Перегрівання веде до напруження серцево-судинної діяльності, прискорення дихання, пульсу, порушення діяльності нервової системи, м'язової системи та органів шлунково-кишкового тракту. Коли порушуються терморегуляторні процеси, наступає підвищення температури тіла, а відтак патологічні зміни в серцево-судинній, нервовій та інших системах організму.

Охолодження характеризується звуженням кровоносних судин шкіри, зниженням температури і зменшенням тепловіддачі. Організм посилює теплопродукцію. Коли ж порушуються терморегуляторні процеси, наступає зниження температури тіла і виникнення патологічних явищ з боку всіх органів і систем.

У стані спокою доросла людина в середньому продукує тепла 3,34 – 6,27 кДж/кг маси тіла за 1 год.

Залежно від характеру і важкості роботи, яка виконується, теплопродукція людини коливається в широких межах і під час виконання важкої роботи може сягати 2000 кДж/год і більше. Якщо повністю буде виключено можливість віддачі тепла в навколишнє середовище, температура тіла людини може протягом відносно короткого проміжку часу підвищитися до 42-44 °С, і внаслідок денатурації білків та інших причин така гіпертермія неминуче призведе до смерті. Тому для нормальної життєдіяльності людини дуже важливим є забезпечення адекватної віддачі тепла в навколишнє середовище, тобто дотримання ізотермії, за якої кількісні показники теплопродукції будуть наближені до відповідних показників тепловіддачі. При цьому слід узяти до уваги той факт, що нормальна життєдіяльність можлива лише за обмеженого інтервалу температури тіла (35-37°С). А це у свою чергу можливо (для неодягненої людини) тільки в межах температури навколишнього середовища від + 15 до +40 °С.

Для забезпечення потрібної нормальної температури тіла в процесі філо- та онтогенезу людини у неї сформувався складний механізм терморегуляції з двома основними складовими: теплопродукцією (фізичною та хімічною) і тепловіддачею. Повноцінність тепловіддачі дуже тісно пов'язана з умовами навколишнього середовища, передусім, з його мікрокліматом, оскільки саме від його особливостей залежать можливість і інтенсивність віддачі тепла.

Серед шляхів віддачі тепла людиною головним є віддача через шкіру, на яку припадає понад 90 % від всієї тепловіддачі. Ще 10 % припадає на нагрівання повітря, яке видихується, та процеси травлення.

Існують три основних шляхи тепловіддачі через шкіру: інфрачервоним випромінюванням (40-50 %), проведенням: конвекцією і кондукцією (30-40%) та випаровуванням (10-20 %).

Відомо, що кожне тіло, яке має температуру вищу від абсолютного нуля, згідно з фізичними законами – внаслідок броунівського руху молекул – випромінює інфрачервоні промені.

На ступінь інтенсивності віддачі тепла людиною цим шляхом головним чином впливає радіаційна температура навколишнього середовища. Для кількісних оцінок важливе значення має площа поверхні тіла (для дорослої людини її прийнято вважати рівною 1,8 м²). У спрощеному вигляді формула, яка відбиває цю залежність, має такий вигляд:

Q₁= 4,5´(t₁-t₂)´S (1);

де Q₁ тепловитрати випромінюванням, кДж/год;

t₁ середня температура шкіри,

t₂ – середня температура поверхонь довколишніх предметів (радіаційна температура), °С;

S – площа поверхні тіла людини, м².

Інші чинники мікроклімату (температура і вологість повітря та швидкість його руху) суттєвого впливу на тепловіддачу випромінюванням не мають. Тепловіддача конвекцією головним чином залежить від температури навколишнього повітря. Крім того, на її інтенсивність впливають вологість і швидкість руху повітря. Ця тепловіддача може бути розрахована за формулами:

Якщо швидкість руху повітря менша за 0,6 м/с:

Q₂= 6´(t₁-t₂)´(0,5+ )´S (2);

Якщо швидкість руху повітря більша 0,6 м/с:

Q₂=7,2´(t₁-t₂)´(0,25+ )´S (3);

де Q₂ – тепловіддача конвекцією, кДж/год;

t₁– середня температура поверхні шкіри, °С;

t₂ – середня температура повітря, °С;

v – швидкість руху повітря, м/с;

S – площа поверхні тіла людини, м².

Виходячи з цих формул та сутності механізму тепловіддачі, стає зрозумілим, що і шляхом випромінювання, і шляхом конвекції тепловитрати можливі тільки за умови, якщо температура повітря і радіаційна температура будуть нижчими, ніж температура поверхні тіла.

Зовсім інший механізм тепловіддачі має випаровування. Його інтенсивність і величина насамперед визначаються рівнем абсолютної вологості повітря і орієнтовно можуть бути розраховані за формулою:

Q₃=15´(F_макс-F_абс)´0,5´(0,5+ )´S (4);

де Q₃ – тепловитрати випаровуванням на підставі визначення кількості води, яка може випаровуватися з поверхні тіла за певних умов, мл/год;

F_макс – максимальна вологість повітря при середній температурі шкіри, мм.рт.ст.;

F_абс — абсолютна вологість повітря при певній температурі повітря;

v – швидкість руху повітря, м/с;

S – площа тіла людини, м².

Оцінюючи тепловитрати випаровуванням, слід мати на увазі, що ефективне випаровування і нормальне теплове самопочуття можливі лише за умови, якщо величина випаровування не перевищує 250 мл/год. Унаслідок випаровування 1 мл поту витрачається 0,6 ккал (2,510 кДж), тобто випаровування 250 мл поту еквівалентне витраті 150 ккал (627,6 кДж) тепла.

Узагальнену гігієнічну оцінку тепловитрат і тепловідчуття людини можна отримати, зіставивши величини теплопродукції та тепловитрат її організму різними шляхами.

Завдання. Розрахувати тепловитрати організму людини поверхнею тіла (Q) за формулами (1-4).

Показники	Варіанти
t1, °С	36,6	36,6	36,6	36,6	36,6	36,6	36,6	36,6	36,6	36,6
t2,°С
v, м/с	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,1	1,2
S, м^2	1,8	1,8	1,8	1,8	1,8	1,85	1,85	1,85	1,85	1,85
Fмакс, мм рт. ст.
Fабс, мм рт. ст.

 

Теоретичні питання:

1. Взаємозв'язок обміну речовин та енергетичного обміну.

2. У якому вигляді використовується енергія, яка утворюється в організмі?

3. Поняття основного обміну та додаткових витрат енергії.

4. Регуляція обміну енергії.

5. Особливості температури оболонки і ядра гомойотермних організмів.

6. Головні ланки системи терморегуляції.

7. Процеси теплопродукції та тепловіддачі.

 

Висновок:

 

Лабораторна робота №7