Человек, как известно, относится к гомойотермным, или теплокровным, организмам. Означает ли это, что температура его тела постоянна, т.е. организм не реагирует на изменения температуры окружающей среды? Реагирует, и даже очень чутко. Постоянство температуры тела – это, собственно, и есть результат непрерывно происходящих в организме реакций, поддерживающих неизменным его тепловой баланс.

С точки зрения обменных процессов, выработка тепла – это побочный эффект химических реакций биологического окисления, в ходе которых поступающие в организм питательные вещества – жиры, белки, углеводы – претерпевают превращения, заканчивающиеся образованием воды и углекислого газа. Такие же реакции с высвобождением тепловой энергии происходят и в организмах пойкилотермных, или холоднокровных, животных, но из-за значительно более низкой их интенсивности температура тела у пойкилотермных лишь незначительно превышает температуру окружающей среды и изменяется в соответствии с последней.

Все протекающие в живом организме химические реакции зависят от температуры. И у пойкилотермных животных интенсивность процессов превращения энергии, согласно правилу Вант-Гоффа*, возрастает пропорционально внешней температуре. У гомойотермных животных эта зависимость замаскирована другими эффектами. Если гомойотермный организм охладить ниже комфортной температуры окружающей среды, интенсивность обменных процессов и, следовательно, выработка тепла у него возрастают, предотвращая понижение температуры тела. Если терморегуляцию у этих животных блокировать (например, при наркозе или повреждении определенных участков ЦНС), кривая зависимости теплопродукции от температуры будет такой же, как и для пойкилотермных организмов. Но даже в этом случае сохраняются существенные количественные различия между обменными процессами у пойкилотермных и гомойотермных животных: при данной температуре тела интенсивность обмена энергии в расчете на единицу массы тела у гомойотермных организмов по меньшей мере в 3 раза превышает интенсивность обмена у пойкилотермных организмов.

Многие животные, из тех, что не относятся к млекопитающим и птицам, способны в некоторой степени менять температуру тела при помощи «поведенческой терморегуляции» (например, рыбы могут заплывать в более теплую воду, ящерицы и змеи – принимать «солнечные ванны»). Истинно гомойотермные организмы способны использовать как поведенческие, так и автономные способы терморегуляции, в частности у них может при необходимости вырабатываться дополнительное тепло за счет активации обмена веществ, тогда как другие организмы вынуждены ориентироваться на внешние источники тепла.

Температура большинства теплокровных млекопитающих лежит в диапазоне от 36 до 40 °С, несмотря на значительные различия в размерах тела. В то же время интенсивность метаболизма (М) зависит от массы тела (m) как ее показательная функция: M = k x m 0,75 , т.е. величина М/m 0,75 одна и та же для мыши и для слона, хотя у мыши интенсивность метаболизма на 1 кг массы тела значительно больше, чем у слона. Этот так называемый закон снижения интенсивности обмена веществ в зависимости от массы тела отражает то, что теплопродукция соответствует интенсивности теплоотдачи в окружающее пространство. Для данной разницы температур между внутренней средой организма и окружающей средой потери тепла на единицу массы тела оказываются тем больше, чем больше соотношение между поверхностью и объемом тела, причем последнее соотношение уменьшается с увеличением размеров тела.

Температура тела и тепловой баланс

Когда для поддержания постоянства температуры тела требуется дополнительное тепло, оно может быть выработано за счет:

1) произвольной двигательной активности;
2) непроизвольной ритмической мышечной активности (дрожь, вызванная холодом);
3) ускорения обменных процессов, не связанных с сокращением мышц.

У взрослого человека дрожь – наиболее важный непроизвольный механизм термогенеза. «Недрожательный термогенез» встречается у новорожденных животных и детей, а также у мелких, адаптированных к холоду животных и у животных, впадающих в зимнюю спячку. Главным источником «недрожательного термогенеза» служит так называемый бурый жир – ткань, характеризующаяся избытком митохондрий и «мультилакулярным» распределением жира (многочисленные мелкие капельки жира, окруженные митохондриями). Эта ткань обнаруживается между лопатками, в подмышечных впадинах и в некоторых других местах.

Чтобы температура тела не изменялась, теплопродукция должна равняться теплоотдаче. По закону охлаждения Ньютона отданное телом тепло (за вычетом потерь, связанных с испарением) пропорционально разности температур между внутренней частью тела и окружающим пространством. У человека теплоотдача равна нулю при температуре окружающей среды 37 °С, а при понижении температуры она возрастает. Теплоотдача зависит также от проведения тепла внутри организма и периферического кровотока.

Термогенез, связанный с обменом веществ в условиях покоя (рис. 1), уравновешивается процессами теплоотдачи в зоне температур окружающей среды Т 2 –Т 3 , если кожный кровоток постепенно уменьшается по мере снижения температуры от Т 3 до Т 2 . При температуре ниже Т 2 постоянство температуры тела может поддерживаться только при усилении термогенеза пропорционально потерям тепла. Наибольшая выработка тепла, обеспечиваемая этими механизмами, у человека соответствует уровню метаболизма, в 3–5 раз превышающему интенсивность основного обмена, и характеризует нижнюю границу диапазона терморегуляции T 1 . В случае выхода за эту границу развивается гипотермия, которая может привести к смерти от переохлаждения.

При температуре окружающей среды выше Т 3 температурное равновесие могло бы сохраняться за счет ослабления интенсивности обменных процессов. На самом деле, температурный баланс устанавливается за счет дополнительного механизма теплоотдачи – испарения выделяющегося пота. Температура Т 4 соответствует верхней границе диапазона терморегуляции, которая определяется максимальной интенсивностью выделения пота. При температуре среды выше Т 4 возникает гипертермия, которая может привести к смерти от перегрева. Температурный диапазон Т 2 –Т 3 , в пределах которого температура организма может поддерживаться на постоянном уровне без участия дополнительных механизмов теплопродукции или потоотделения, называется термонейтральной зоной . В этом диапазоне интенсивность метаболизма и теплопродукция по определению минимальны.

Температура тела человека

Тепло, вырабатываемое организмом в норме (т.е. в условиях равновесия), отдается в окружающее пространство поверхностью тела, поэтому температура частей тела вблизи его поверхности должна быть ниже температуры его центральных частей. В связи с неправильностью геометрических форм тела распределение температуры в нем описывается сложной функцией. Например, когда легко одетый взрослый человек находится в помещении с температурой воздуха 20 °С, температура глубокой мышечной части бедра составляет 35 °С, глубоких слоев икроножной мышцы 33 °С, в центре стопы температура составляет лишь 27–28 °С, а ректальная температура равна примерно 37 °С. Колебания температуры тела, вызванные изменениями внешней температуры, наиболее выражены вблизи поверхности тела и на концах конечностей (рис. 2).

Рис. 2. Температура различных областей тела человека в условиях холода (А) и тепла (Б)

Внутренняя температура тела сама по себе не является постоянной ни в пространственном, ни во временном отношении. В термонейтральных условиях различия температур во внутренних областях тела составляют 0,2–1,2 °С; даже в головном мозге разница температур между центральной и наружной частями достигает более 1 °С. Наиболее высокая температура отмечается в прямой кишке, а не в печени, как считалось раньше. На практике обычно представляют интерес изменения температуры во времени, поэтому ее измеряют на каком-либо одном определенном участке.

Для клинических целей предпочтительнее измерять ректальную температуру (термометр вводят через анальное отверстие в прямую кишку на стандартную глубину 10–15 см). Оральная, точнее подъязычная, температура обычно на 0,2–0,5 °С ниже ректальной. На нее влияет температура вдыхаемого воздуха, пищи и питья.

При исследованиях в спортивной медицине часто измеряют пищеводную температуру (над входом в желудок), которую регистрируют с помощью гибких термодатчиков. Такие измерения отражают изменения температуры тела быстрее, чем регистрация ректальной температуры.

Подмышечная температура также может служить показателем внутренней температуры тела, поскольку, когда рука плотно прижата к грудной клетке, температурные градиенты смещаются так, что граница внутреннего слоя доходит до подмышечной впадины. Однако для этого необходимо некоторое время. Особенно после нахождения на холоде, когда поверхностные ткани были охлаждены и в них произошло сужение сосудов (это особенно часто бывает при простуде). В этом случае для установления теплового равновесия в этих тканях должно пройти около получаса.

В некоторых случаях внутреннюю температуру измеряют в наружном слуховом проходе. Это делают при помощи гибкого датчика, который помещают вблизи барабанной перепонки и предохраняют от внешних температурных влияний при помощи ватного тампона.

Обычно для определения температуры поверхностного слоя тела измеряют температуру кожи. В этом случае измерение в одной точке дает неадекватный результат. Поэтому на практике обычно измеряют среднюю температуру кожи в области лба, груди, живота, плеча, предплечья, тыльной стороны ладони, бедра, голени и дорсальной поверхности стопы. При вычислениях учитывают площадь соответствующей поверхности тела. Найденная таким способом «средняя температура кожи» при комфортной температуре окружающей среды составляет примерно 33–34 °С.

Температура тела человека колеблется в течение дня: она минимальна в предутренние часы и максимальна (часто с двумя пиками) в дневное время (рис. 3). Амплитуда суточных колебаний составляет примерно 1 °С. У животных, активных в ночное время, температурный максимум отмечается ночью. Проще всего было бы объяснить эти факты тем, что увеличение температуры происходит в результате усиления физической активности, однако такое объяснение оказывается неверным.

Колебания температуры – один из многих суточных ритмов. Даже если исключить все ориентирующие внешние сигналы (свет, температурные изменения, часы приема пищи), температура тела

продолжает колебаться ритмически, но период колебаний в этом случае составляет от 24 до 25 ч. Таким образом, суточные колебания температуры тела основаны на эндогенном ритме («биологические часы»), обычно синхронизованном с внешними сигналами, в частности с вращением Земли. Во время путешествий, связанных с пересечением земных меридианов, обычно требуется 1–2 недели для того, чтобы температурный ритм пришел в соответствие с жизненным укладом, определяемым новым для организма местным временем.

На ритм суточных изменений температуры накладываются ритмы с более продолжительными периодами, например температурный ритм, синхронизованный с менструальным циклом.

Во время ходьбы, например, выработка тепла в 3–4 раза, а при напряженной физической работе даже в 7–10 раз выше, чем в состоянии покоя. Увеличивается она и в первые часы после приема пищи (примерно на 10–20%). Ректальная температура во время марафонского бега может достигать 39–40 °С, а в некоторых случаях – почти 41 °С. А вот средняя температура кожи снижается за счет вызванного нагрузкой потоотделения и испарения. Во время работы с субмаксимальной нагрузкой, пока происходит выделение пота, повышение внутренней температуры почти не зависит от окружающей температуры в диапазоне 15–35 °С. Обезвоживание тела приводит к подъему внутренней температуры и заметно снижает работоспособность.

Теплоотдача

Как же тепло, возникшее в недрах организма, покидает его? Частично с выделениями и с выдыхаемым воздухом, но роль главного охладителя играет кровь. Благодаря своей высокой теплоемкости кровь очень хорошо подходит для этой цели. Она забирает тепло у клеток омываемых ею тканей и органов и уносит его по кровеносным сосудам к коже и слизистым оболочкам. Здесь, в основном, и происходит отдача тепла. Поэтому оттекающая от кожи кровь примерно на 3 °С холоднее притекающей. Если организм лишить возможности удалять тепло, то всего лишь за 2 ч температура его повышается на 4 °С, а подъем температуры до 43–44 °С уже, как правило, несовместим с жизнью.

Передача тепла в конечностях до некоторой степени определяется тем, что кровоток здесь происходит по принципу противотока. Глубокие крупные сосуды конечностей располагаются параллельно, благодаря чему кровь, следующая по артериям на периферию, отдает свое тепло близлежащим венам. Таким образом, капилляры, расположенные на концах конечностей, получают предварительно охлажденную кровь, поэтому пальцы рук и ног наиболее чувствительны к пониженным температурам.

Слагаемыми теплоотдачи служат: проведение тепла Н п , конвекция Н к , излучение Н изл и испарение Н исп . Общий поток тепла определяется суммой этих компонентов:

Н нар = Н п + Н к + Н изл + Н исп .

Перенос тепла путем проведения происходит, когда тело соприкасается (в положении стоя, сидя или лежа) с плотным субстратом. Величина потока тепла определяется температурой и теплопроводностью прилежащего субстрата.

Если кожа теплее окружающего воздуха, прилегающий к ней слой воздуха нагревается, поднимается и замещается более холодным и плотным воздухом. Движущей силой этого конвективного потока служит разница между температурами тела и окружающей среды вблизи него. Чем больше движений возникает во внешнем воздухе, тем тоньше становится пограничный слой (максимальная толщина 8 мм).

Для диапазона биологических температур перенос тепла за счет излучения Н изл может быть описан с достаточной точностью при помощи уравнения:

Н изл = h изл x (T кожи – Т изл ) x А,

где T кожи – средняя температура кожи, Т изл – средняя температура излучения (температура окружающих поверхностей, например стен комнаты),
А – эффективная площадь поверхности тела и
h изл – коэффициент переноса тепла за счет излучения.
Коэффициент h изл учитывает излучающую способность кожи, которая для длинноволнового ИК-излучения равна примерно 1 независимо от пигментации, т.е. кожа излучает почти столько же энергии, сколько абсолютно черное тело.

Около 20% теплоотдачи тела человека в условиях нейтральной температуры осуществляется за счет испарения воды с поверхности кожи или со слизистых оболочек дыхательных путей. Теплоотдача путем испарения происходит даже при 100% относительной влажности окружающего воздуха. Это происходит до тех пор, пока температура кожи выше температуры окружающей среды и кожа полностью увлажнена благодаря достаточному выделению пота.

Когда температура окружающей среды превышает температуру тела, теплоотдача может осуществляться только путем испарения. Эффективность охлаждения за счет потоотделения очень высока: при испарении 1 л воды организм человека может отдать треть всего тепла, выработанного в условиях покоя за целый день.

Влияние одежды

Эффективность одежды как теплоизолятора обусловлена мельчайшими объемами воздуха в структуре плетеной ткани или в ворсе, в которых не возникают сколько-нибудь заметные конвективные потоки. В этом случае тепло переносится только путем проведения, а воздух является плохим проводником тепла.

Факторы окружающей среды и температурный комфорт

Влияние окружения на тепловой режим организма человека определяется по крайней мере четырьмя физическими факторами: температурой воздуха, влажностью, температурой излучения и скоростью движения воздуха (ветра). От этих факторов зависит, ощущает ли испытуемый «температурный комфорт», жарко ему либо холодно. Условие комфорта состоит в том, чтобы организм не нуждался в работе механизмов терморегуляции, т.е. ему не требовалось бы ни дрожи, ни выделения пота, а кровоток в периферических органах мог сохранять промежуточную скорость. Это условие соответствует упомянутой выше термонейтральной зоне.

Указанные четыре физических фактора до некоторой степени взаимозаменяемы в отношении ощущения комфорта и потребности в терморегуляции. Иными словами, ощущение холода, вызванное низкой температурой воздуха, может быть ослаблено соответствующим повышением температуры излучения. Если атмосфера кажется душной, то соответствующее ощущение может быть ослаблено путем снижения влажности или температуры воздуха. Если температура излучения низкая (холодные стены), для достижения комфорта требуется увеличение температуры воздуха.

Согласно проведенным недавно исследованиям, значение комфортной температуры для легко одетого (рубашка, трусы, длинные хлопковые брюки) сидящего испытуемого равно примерно 25–26 °С при влажности воздуха 50% и равенстве температур воздуха и стен. Соответствующее значение для обнаженного испытуемого составляет 28 °С. При этом средняя температура кожи равна примерно 34 °С. При физической, работе по мере того как испытуемый затрачивает все больше физических усилий, комфортная температура снижается. Например, для легкой кабинетной работы предпочтительная температура воздуха равна примерно 22 °С. Как ни странно, во время тяжелой физической работы комнатная температура, при которой не возникает потоотделения, ощущается как слишком низкая.

Диаграмма на рис. 4 показывает, как соотносятся значения комфортной температуры, влажности и температуры окружающего воздуха во время легкой физической работы. Каждой степени дискомфорта может быть сопоставлено одно значение температуры – эффективная температура (ЭТ). Численное значение ЭТ находят путем проецирования на ось X точки, в которой линия дискомфорта пересекает кривую, соответствующую 50% относительной влажности. Например, все комбинации значений температуры и влажности в темно-серой области (30 °С при относительной влажности 100% или 45 °С при относительной влажности 20% и т.д.) соответствуют эффективной температуре 37 °С, которая в свою очередь соответствует определенной степени дискомфорта. В диапазоне более низких температур влияние влажности оказывается меньшим (наклон линий дискомфорта более крутой), поскольку в этом случае вклад испарения в общую теплоотдачу незначителен. Дискомфорт возрастает с увеличением средней температуры и влажности кожи. Когда значения параметров, определяющие максимальную влажность кожи (100%), превышены, тепловой баланс не может больше сохраняться. Таким образом, человек способен выдерживать условия за пределами этой границы лишь в течение короткого времени; пот при этом стекает ручьями, поскольку его выделяется больше, чем может испариться. Линии дискомфорта, конечно, смещаются в зависимости от тепловой изоляции, обеспечиваемой одеждой, скорости ветра и характера физической нагрузки.

Значения комфортной температуры в воде

Вода обладает по сравнению с воздухом значительно большей теплопроводностью и теплоемкостью. Когда вода находится в движении, возникающий турбулентный поток вблизи поверхности тела отнимает тепло так быстро, что при температуре воды 10 °С даже сильное физическое напряжение не позволяет поддерживать тепловое равновесие, и возникает гипотермия. Если тело находится в полном покое, для достижения температурного комфорта температура воды должна быть 35–36 °С. В зависимости от толщины изолирующей жировой ткани нижняя предельная комфортная температура в воде колеблется от 31 до 36 °С.

Продолжение следует

* Согласно правилу Вант-Гоффа, при изменении температуры на 10 °С (в пределах от 20 до 40 °С) потребление тканями кислорода изменяется в том же направлении в 2–3 раза.

Об авторе книг и статей: доктор, ведущий иглотерапевт Белоруссии, кандидат медицинских наук, Молостов Валерий Дмитриевич, опубликовал в Москве и Минске 23 книги (по неврологии, иглотерапии, массажу, мануальной терапии и по старению общества как организма), домашний телефон: Минск, (8---107-375-17) 240–70–75, E-mail: [email protected]. Моя страничка в Internet-е: www.molostov-valery.ru , где выложены книги (ранее опубликованные в Москве и Минске) с подробным обоснованием реального существования описанной здесь идеи.

В каком органе тела человека вырабатывается тепло?

Каждый человек хорошо знает, что температура нашего тела равна 36,6 градусов по Цельсию. Но медициной долгое время не был решён вопрос о том, в каком органе вырабатывается тепло у животных, в том числе и у человека. Наконец, российские физиологи нашли ответ на этот вопрос. (Например, читайте исследования доктора Молостова). Оказывается, тепло вырабатывается только одним органом – кожей. И тепло вырабатывают акупунктурные точки, в которые иглотерапевты так любят вводить иголки. Очень неожиданным открытием для всей мировой науки явились исследования о физиологической роли акупунктурных точек. Ни один учёный мира в других странах (даже в США, Германии и Франции) такими исследованиями не занимался.

Рисунок 1.

Эта статья посвящена акупунктурным точкам, о которых я могу рассказать много интересного, так как являюсь по профессии иглотерапевтом-профессионалом. Смотрите рисунок 1. На коже человека найдено 3478 акупунктурных точек. Кстати, количество акупунктурных точек у кота, коровы, слона, барана, собаки, курицы, слона, зубра ровно столько же - 3478 акупунктурных точек. И расположены у животных акупунктурные точки в анатомическом отношении точно там, где они находятся у человека. Можно предположить, что все теплокровные животные Земли имеют какого-то единого предка, например, какого-нибудь морского ихтиозавра. Интересно отметить, что все «теплокровные» животные имеют акупунктурные точки, а все холоднокровные животные (черви, лягушки, рыбы, змеи) акупунктурных точек не имеют на поверхности своей кожи. Смотрите рисунок 2 и 3.

Рисунок 2. Теплокровные.

Рисунок 3. Холоднокровные.

Каков механизм генерации (производства) тепла у теплокровных животных? Оказывается, энергетическим «веществом» для генерации тепла внутри акупунктурных точек является то электричество, которое вырабатывается в теле самого животного и человека. Физиология утверждает, что многие органы животного и человека играют роль маленьких электростанций. Самые крупные генераторы электричества – это сердце (выделяет 60% электроэнергии) и мозг (генерирует 30 % электричества). Также производят электричество пять органов чувств – это зрение, слух, осязание, обоняние, вкус. Они тоже работают как микроскопические электростанции, но они трансформируют световые, звуковые и химические виды энергии в электрические потенциалы определённой длины волны. Как вырабатывает электричество глаз? Свет попадает на сетчатку глаза, где трансформируется в сплошной поток электрических импульсов, поступающих через зрительный нерв в зрительные центры коры головного мозга. Такими же трансформаторами (не генераторами) электрической энергии являются другие органы чувств: уши, осязательные клубочки кожи, обонятельные луковицы в слизистой оболочке носа, вкусовые нервные сети в слизистой оболочке языка.

Какова судьба электронов, которые производит сердце, мозг и пять органов чувств? Оказывается, существует очень странная закономерность: поглощаются всеми генераторами электричества только 5% от произведенной ими электрической энергии. Остальные 95% электрической энергии от этих органов по межклеточному пространству поступают к коже и к акупунктурным точкам. Статическое электричество покрывает всю поверхность кожи. На поверхности кожи электричество «растекается», как воды океана растекаются по поверхности Земли. Далее точки акупунктуры поглощают статические токи, которые покрывают кожу «тонким слоем», сжигая их в своих «топках». Смотрите рисунок 4. При «сжигании электронов» вырабатывается тепло для человеческого тела в количестве 36,6 градусов по Цельсию.

Рисунок 4. Электроны поглощаются акупунктурной точкой.

Рисунок 5. Акупунктура.

Вот такой механизм производства тепла телом нашего организма и организма животного. Правда, пока остаётся без ответа вопрос, почему человек имеет нормальную температуру тела, которая равна точно плюс 36,6º по Цельсию? Не может медицинская наука дать ответ на вопрос «Почему введение иголок в акупунктурные точки оказывает лечебное воздействие на человека?» Смотрите рисунок 5. Эта проблема пока также не изучена. Будем надеяться, что в ближайшее десятилетие учёные найдут ответ и на эти вопросы. Кстати, остановка деятельности генераторов электричества в организме человека является единственной причиной естественной смерти абсолютно здорового, но очень старого человека. Оказывается, у старых людей сначала снижается, а потом прекращается выработка электрической энергии в мозге и в сердце. Смотрите рисунок 6. Смерть старого организма происходит в тот момент, когда «электростанции» в сердце (Ашоф-Таваровкий узел) и в мозгу (ретикулоэндотелиальная формация) прекращают генерировать электричество.

Рисунок 6. Старик.

Тогда моментально останавливается дыхание и сердцебиение, наступает смерть. Именно по этой причине умирают абсолютно здоровые, но очень старые люди, возраст которых составляет более 100 лет. Зная эту информацию можно легко продлить жизнь старым людям: надо вставить маленькие электрические генераторы в сердце и в мозг – и человек будет жить вечно. Ведь пока будет продолжаться сердцебиение и дыхание – до тех пор будет жить организм. Здоровый мозг, печень, почки, желудок, кишечник и другие органы могут функционировать тысячелетие.

Значение тепла
Источники тепла
Производство тепла и теплоснабжение
Использование тепла
Новые технологии теплоснабжения

Значение тепла

Тепло – один из источников жизни на Земле. Благодаря огню стало возможным зарождение и развитие человеческого общества. С древнейших времён по сей день источники тепла служат нам верой и правдой. Не смотря на небывалый доселе уровень развития технологий, человек, как и многие тысячи лет назад, всё также нуждается в тепле. С ростом численности населения земного шара, потребность в тепле увеличивается.

Тепло стоит в ряду самых важных ресурсов среды обитания человека. Оно необходимо человеку для поддержания собственной жизни. Тепло также требуется для технологий, без которых современный человек не мыслит своего существования.

Источники тепла

Самым древним источникам тепла является Солнце. Позднее в распоряжении человека оказался огонь. На его основе человек создал технологию получения тепла из органического топлива.

Относительно недавно для производства тепла стали использовать ядерные технологии. Впрочем, сжигание органического топлива всё ещё остаётся основным способом добычи тепла.

Производство тепла и теплоснабжение

Развивая технологии, человек научился производить тепло в больших объёмах и передавать его на довольно значительные расстояния. Тепло для больших городов производится на крупных тепловых электростанциях. С другой стороны всё ещё остаётся множество потребителей, которых снабжают теплом мелкие и средние котельные. В сельской местности домохозяйства отапливаются от домашних котлов и печей.

Технологии по производству тепла вносят весомый вклад в загрязнение окружающей среды. Сжигая топливо, человек выбрасывает в окружающий воздух большое количество вредных веществ.

Использование тепла

В целом, человек производит гораздо больше тепла, чем использует с пользой для себя. Много тепла мы просто рассеиваем в окружающем воздухе.

Тепло теряется
из-за несовершенства технологий производства тепла,
при транспортировке тепла по теплопроводам,
из-за несовершенства систем отопления,
из-за несовершенства жилья,
из-за несовершенства вентиляции зданий,
при удалении «излишков» тепла в различных технологических процессах,
при сжигании отходов производства,
с выхлопными газами транспорта на двигателях внутреннего сгорания.

Для описания положения дел в производстве и потреблении тепла человеком хорошо подходит слово расточительность. Примером, я бы сказал, отъявленной расточительности является сжигание попутного газа на нефтяных месторождениях.

Новые технологии теплоснабжения

Человеческое общество тратит много сил и средств для получения тепла:
добывает топливо глубоко под землёй;
перевозит топливо от месторождений к предприятиям и жилищам;
строит установки для получения тепла;
строит тепловые сети для распределения тепла.

Наверное, следует задуматься: а всё ли здесь разумно, всё ли оправдано?

Так называемые технико-экономические преимущества современных систем теплоснабжения по своей сути являются сиюминутными. Они сопряжены со значительным загрязнением окружающей среды и не разумным использованием ресурсов.

Существует тепло, которое не надо добывать. Это тепло Солнца. Его нужно использовать.

Одной из конечных целей технологии теплоснабжения является производство и доставка горячей воды. Вы когда-нибудь пользовались летним душем? Ёмкость с краном, установленная на открытом месте под лучами Солнца. Весьма простой и доступный способ снабжения тёплой (даже горячей) водой. Что мешает использовать его?

С помощью тепловых насосов человек использует тепло Земли. Для теплового насоса не нужно топливо, не нужна протяжённая теплотрасса с её потерями тепла. Количество электроэнергии необходимое для работы теплового насоса относительно мало.

Преимущества самой современной и продвинутой технологии будут сведены на нет, если бестолково использовать её плоды. Зачем производить тепло вдали от потребителей, транспортировать его, затем распределять по жилищам, отапливая по дороге Землю и окружающий воздух?

Следует развивать распределённое производство тепла максимально приближенное к местам потребления, или даже совмещённое с ними. Давно известен способ производства тепла названный когенерацией. Когенерационные установки производят электроэнергию, тепло и холод. Для плодотворного использования этой технологии необходимо развивать среду обитания человека как единую систему ресурсов и технологий.

Представляется, что для создания новых технологий теплоснабжения следует
пересмотреть уже существующие технологии,
постараться уйти от их недостатков,
собрать на едином основании для взаимодействия и дополнения друг другом,
в полной мере использовать их достоинства.
Это подразумевает понимание

Теплообразование, или теплопродукция, определяется интенсивностью обмена веществ. Регуляция теплообразования путем увеличения или уменьшения обмена веществ обозначается как химическая терморегуляция.

Выработанное организмом тепло постоянно отдается в окружающую его внешнюю среду. Если бы не существовала отдача тепла, организм погиб бы от перегревания. Теплоотдача может увеличиваться и уменьшаться. Регуляция теплоотдачи путем изменения осуществляющих ее физиологических функций обозначается как физическая терморегуляция.

Количество образующегося в организме тепла зависит от уровня обмена веществ в органах, который определяется трофической функцией нервной системы. Наибольшее количество тепла образуется в органах с интенсивным обменом веществ - в скелетной мускулатуре и в железах, главным образом в печени и в почках. Наименьшее количество тепла освобождается в костях, хрящах и соединительной .

При повышении температуры окружающей среды теплообразование уменьшается, а при ее понижении - увеличивается. Следовательно, между температурой внешней среды и теплообразованием существуют обратно пропорциональные отношения. Летом теплообразование понижается, а зимой увеличивается.

Соотношение между теплообразованием и теплоотдачей зависит от температуры окружающей среды. При среды 15-25°С теплообразование в покое в одежде находится на одном уровне и уравновешивается теплоотдачей (зона безразличия). Когда температура среды ниже 15°С, то при тех же условиях теплопродукция повышается при 0°С и постепенно снижается к 15°С (нижняя зона повышения обмена). Если температура среды 25-35°С, обмен веществ несколько снижается (зона пониженного обмена) и сохраняется терморегуляция. При повышении температуры среды больше 35°С происходит нарушение терморегуляции, обмен веществ и температура тела повышаются (верхняя зона повышения обмена, зона перегревания). Следовательно, повышение температуры внешней среды или согревание организма уменьшает теплопроизводство только до известного уровня при определенной температуре внешней среды. Эта температура называется критической, так как дальнейшее её повышение ведет уже не к уменьшению, а к увеличению теплообразования и повышению температуры тела. Точно так же при охлаждении существуют критическая температура внешней среды, ниже которой теплопроизводство начинает понижаться.

При мышечном покое увеличение теплообразования при охлаждении тела незначительно.

Особенно значительное увеличение теплообразования при низкой температуре внешней среды наблюдается при дрожи и работе мышц. Неправильные, небольшие сокращения мышц – дрожание и усиленные движения, которые человек делает на холоде с целью согреться и избавиться от озноба или дрожи, повышают трофические функции, значительно увеличивают обмен веществ и производство тепла. Несколько повышается выработка тепла и при «гусиной коже» -сокращение мышц волосяных мешочков.

Необходимо учесть, что ходьба увеличивает теплопроизводство почти в 2 раза, а быстрый бег - в 4-5 раз, температура тела может повыситься на несколько десятых градуса, причем повышение температуры во время работы ускоряет окислительные процессы и тем самым способствует окислению продуктов распада белков. Однако при продолжительной интенсивной работе при температуре внешней среды выше 25°С температура тела может возрасти на 1-1,5°С, что уже вызывает изменения и нарушения жизнедеятельности. Когда во время мышечной работы при высокой температуре внешней среды температура тела повышается более чем до 39°С, может наступить тепловой удар. На долю мышц приходится 65-75% теплообразования, а при интенсивной работе даже 90%.

Остальная доля тепла образуется в железистых органах, главным образом в печени.

Организм в покое непрерывно теряет тепло: 1) теплоизлучением, или отдачей тепла кожей окружающему воздуху; 2) теплопроведением, или непосредственной отдачей тепла тем предметам, которые соприкасаются с кожей; 3) испарением с поверхности кожи и легких.

В условиях покоя 70-80% тепла отдается в окружающую среду кожей теплоизлучением и теплопроведением, а испарением воды в коже (потоотделением) и в легких - около 20%. Отдача тепла нагреванием выдыхаемого воздуха, мочой и калом ничтожна, она составляет 1,5-3% общей теплоотдачи.

При мышечной работе резко возрастает отдача тепла испарением (у человека главным образом потоотделением), доходя до 90% всего суточного теплообразования.

Теплоотдача теплоизлучением и теплопроведением зависит от разности температур кожи и окружающей среды. Чем выше температура кожи, тем больше теплоотдача указанными путями. Л температура кожи зависит от притока к ней крови. При повышении температуры окружающей среды артериолы и капилляры кожи. Но так как разница температуры кожи уменьшается, то абсолютная величина теплоотдачи при высоких температурах окружающей среды меньше, чем при низких.

Когда температура кожи сравнивается с температурой окружающей среды, теплоотдача прекращается. При дальнейшем повышении температуры окружающей среды кожа не только не теряет тепло, но сама нагревается. В этом случае теплоотдача теплоизлучением и теплопровидением отсутствует и сохраняется только теплоотдача испарением.

Наоборот, на холоде артериолы и капилляры кожи суживаются, кожа становится бледной, количество протекающей через пес крови уменьшается, температура кожи понижается, разница температур кожи и окружающей среды сглаживается, и теплоотдача уменьшается.

Человек уменьшает теплоотдачу искусственными покровами (бельем, одеждой и т. д.). Чем больше воздуха в этих покровах, тем легче сохраняется тепло.

Регуляция теплоотдачи испарением воды играет большую роль, особенно при мышечной работе и значительном повышении температуры окружающей среды. При испарении 1 дм 3 воды с поверхности кожи или слизистых оболочек теряется телом 2428,4 кДж.

Потеря воды кожей происходит за счет проникновения воды из глубоких тканей на поверхность кожи и главным образом за счет функционирования потовых желез. При средней температуре окружающей среды взрослый человек ежесуточно теряет испарением с кожи 1674,8-2093,5 кДж.

В связи с резким увеличением потоотделения при повышении температуры окружающей среды и при мышечной работе значительно возрастает и теплоотдача, хотя и не весь пот испаряется.

Большие потери пота сопровождаются потерями больших количеств минеральных солей, так как содержание одной только поваренной соли в поту равно 0,3-0,6%. При потере 5-10дм 3 пота теряется 25-30 грамм поваренной соли. Поэтому если возникшая при обильном потоотделении жажда удовлетворяется водой, то наступают тяжелые расстройства вследствие потери значительных количеств солей (судороги и т. д.). Уже при потере 2 дм 3 пота получается дефицит солей в организме. Эти потери восполняются питьем воды, содержащей 0,5-0,6% поваренной соли, которую рекомендуется пить при обильном длительном потоотделении.

Испарение воды постоянно происходит и с поверхности легких. Выдыхаемый воздух насыщен водяными парами на 95-98% и поэтому чем суше вдыхаемый воздух, тем больше тепла отдается испарением с легких. В обычных условиях легкими ежесуточно испаряется 300-400 см 3 воды, что соответствует 732,7-962,9 кДж. При высокой температуре дыхание учащается, а на холоде становится редким. Испарение воды с поверхности кожи и легких становится единственным путем теплоотдачи, когда температура воздуха достигает температуры тела. В этих условиях в покое испаряется более 100 см 3 пота в час, что позволяет отдавать около 251,2 кДж в час.

Испарение воды с поверхности кожи и легких зависит от относительной влажности воздуха. Оно прекращается в воздухе, насыщенном водяными парами. Поэтому пребывание во влажном горячем воздухе, как, например, бане, тяжело переносится. В сыром воздухе человек плохо чувствует себя, даже при сравнительно невысокой температуре окружающей среды - при 30°С. Плохо переносится кожаная и резиновая одежда, так как она непроницаема для и делает невозможным испарение пота, поэтому под такой одеждой пот накапливается. При высокой температуре воздуха и мышечной работе в кожаной и резиновой одежде у человека повышается температура тела.

Перегревание человека в , насыщенной водяными парами, особенно опасно, так как лишает возможности освобождаться от избытка тепла наиболее действенным способом - испарением.

Наоборот, в сухом воздухе человек сравнительно легко переносит значительно более высокую температуру, чем во влажном.

Большое значение для увеличения теплоотдачи теплоизлучением, теплопроведением и испарением имеет движение воздуха. Увеличение скорости движения воздуха увеличивает теплоотдачу. На сквозняке и на ветру резко увеличивается потеря тепла. Но если окружающий воздух имеет высокую температуру и насыщен водяными парами, то движение воздуха не охлаждает. Следовательно, физическая терморегуляция обеспечивается: 1) сердечнососудистой системой, которая определяет приток и отток крови в кровеносных сосудах кожи, а следовательно, количество тепла, отдаваемого кожей в окружающую среду; 2) системой органов дыхания, т. е. изменениями вентиляции легких; 3) изменением функции потовых желез.

Регуляция теплоотдачи производится нервной системой и посредством гормонов. Существенное значение имеют условные рефлексы на обстановку, в которой неоднократно нагревалось или охлаждалось тело.

Изменение функций сердечнососудистой системы, дыхания и потовых желез рефлекторно регулируется раздражением внешних органов чувств и особенно раздражением рецепторов кожи при изменениях температуры внешней среды, а также раздражением нервных окончаний внутренних органов при колебаниях температуры внутри организма. Физиологические механизмы физической терморегуляции осуществляются большими полушариями, промежуточным, продолговатым и спинным мозгом.

Теплоотдача изменяется при поступлении в гормонов, изменяющих функции органов, участвующих в физической терморегуляции.

Приёма лекарственных препаратов, которые вызывает повышение температуры тела.

Температуру тела измеряют чаще всего медицинским ртутным термометром. В 1714 году польско-немецкий физик Даниэль Габриэль Фаренгейт изготовил ртутный термометр, а в 1742 году шведский ученый Андрес Цельсий предложил шкалу для ртутного термометра градуированной от 34 до 42 °С с делениями 0,1 °С.

Медицинские приборы для измерения температуры тела.

▪ Ртутный термометр представляет собою стеклянную колбу с капилляром, который содержит ртуть (2 грамма). Он устроен так, что ртутный столбик при нагревании резервуара показывает цифру, соответствующую температуре тела.

▪ Ушной инфракрасный градусник. Время для изменения температуры ушным инфракрасным градусником одна - четыре секунды.

▪ Цифровой градусник. Время измерения температуры тела примерно одна - три секунды. Такой градусник самый безопасный.

▪ Электротермометр. С помощью электротермометра можно измерить температуру в полостях тела: пищеводе, желудке, кишечники и т.д.

▪ Радиокапсула, снабжена датчиком, который передаёт сигналы.

▪ Тепловидение и термография позволяют определить увеличение интенсивности теплового излучения, которое бывает при изменении кровообращения и обменных процессов в отдельных органах и тканях при их патологии.

Измеряют температуру тела 2 раза в день: утром натощак (с 6ч. до 7ч.) и вечером перед последним приёмом пищи (с 17ч. до 18ч.) в течение 10 минут.

Измерение температуры тела через каждые 3 часа - называется температурным профилем.

Показания термометра вносятся в температурный лист, где точками обозначается утренняя и вечерняя температура. По отметкам в течение нескольких дней составляют температурную кривую.

Физиологическая система терморегуляции (от греч. «термо» - тепло, «регуляция» - управление) - это совокупность физиологических механизмов, осуществляющих регулирование температуры тела.

Терморегуляция может осуществляться двумя способами:

Ø за счет изменения скорости производства тепла (теплообразования)

Ø за счет изменения скорости отдачи тепла (теплоотдачи)

Процессы образования и отдачи тепла осуществляются под контролем нервной системы и желез внутренней секреции.

Образование тепла в организме.

Обмен тепловой энергии между организмом и окружающей средой называется теплообменом .

Для протекания процессов жизнедеятельности в организме необходима энергия. Она образуется в результате распада химических веществ (в основном, углеводов и жиров), которые мы потребляем с пищей. Энергия, которая до этого находилась в них в скрытом состоянии, освобождается, расходуется и, в конечном счете, отдается организмом в виде тепла. Наибольшая часть тепла образуется в мышцах.

На периферии (кожа, внутренние органы) имеют холодовые и тепловые рецепторы, которые воспринимают температурные колебания внешней среды. Так при понижении температуры окружающей среды раздражаются кожные рецепторы, в них возникает возбуждение, которое идет в ЦНС и оттуда к мышцам, вызывая их сокращения. Таким образом, дрожь и озноб, которые мы испытываем в холодное время года или в холодном помещении, являются рефлекторными актами, способствующими усилению обмена веществ, следовательно, увеличению образования тепла. Этот процесс идет даже тогда, когда человек находится в полном покое, температура мышечной ткани в состоянии покоя и работы может колебаться в пределах 7° С. При мышечной работе образование тепла увеличивается в 4-5 раз. Температура внутренних органов: головного мозга, сердца, желёз внутренней секреции, желудка, кишечника, печени, почек и других органах зависит от интенсивности обменных процессов. Самым «горячим» органом тела является печень: температура в тканях печени равна 38-38,5° С. Температура в прямой кишке составляет 37-37,7° С. Однако она может колебаться в зависимости от наличия в ней каловых масс, кровенаполнения ее слизистой и других причин. Наиболее низкая температура кожи отмечается на кистях и стопах 24-28° С. Относительно равномерное распределение тепла в организме обеспечивается кровью. Проходя по головному мозгу, сердцу, печени, и другим «теплым» органам, кровь нагревается, одновременно охлаждая их. А, проходя по поверхностным мышцам, коже и другим «холодным» органам, кровь охлаждается, одновременно согревая их. Тем не менее, температура поверхности тела остается несколько ниже температуры внутри тела. Образование тепла в организме сопровождается его отдачей. Организм теряет столько тепла, сколько в нем образуется, в противном случае человек погиб в течение нескольких часов. Если бы отсутствовали механизмы теплоотдачи, температура организма взрослого человека в покое повышалась бы каждый час на 1,24° С.

Постоянство температуры тела называетсяизотермией . Для поддержания постоянной температуры тела 36,6°С человеку нужно затратить 200 ккал в сутки. Снижение температуры тела даже на 0,1° ведет к снижению иммунитета.

Химическая терморегуляция - процесс образования тепла в организме, обусловлена увеличением интенсивности метаболических процессов в тканях, её контролируют задние отделы гипоталамуса.

Физическая терморегуляция контролируется передними отделами гипоталамуса, и являются центром отдачи тепла из организма во внешнюю среду путем конвекции (теплопроведения), радиации (теплоизлучения) и испарения воды.

Конвекция - обеспечивает отдачу тепла прилегающему к телу воздуху или жидкости. Отдача тепла тем интенсивнее, чем больше разница температур между поверхностью тела и окружающим воздухом.

Теплоотдача увеличивается при движении воздуха, например при ветре. Интенсивность отдачи тепла во многом зависит от теплопроводности окружающей среды. В воде отдача тепла происходит быстрее, чем на воздухе. Одежда уменьшает или даже прекращает теплопроведение.

Радиация - выделение тепла из организма происходит путем инфракрасного излучения с поверхности тела. За счет этого организм теряет основную массу тепла. Интенсивность теплопроведения и теплоизлучения во многом определяется температурой кожи. Теплоотдачу регулирует рефлекторное изменение просвета кожных сосудов. При повышении температуры окружающей среды происходит расширение артериол и капилляров, кожа становится теплой и красной. Это увеличивает процессы теплопроведения и теплоизлучения. При понижении температуры воздуха артериолы и капилляры кожи суживаются. Кожа становится бледной, количество протекающей через ее сосуды крови уменьшается. Это приводит к понижению ее температуры, теплоотдача уменьшается, и организм сохраняет тепло.

Испарение воды с поверхности тела (2/3 влаги), а в процессе дыхания (1/3 влаги). Испарение воды с поверхности тела происходит при выделении пота. Даже при полном отсутствии видимого потоотделения через кожу испаряется в сутки до 0,5 л воды - невидимое потоотделение. В среднем человек теряет за сутки около 0,8 л пота, а с ним 500 ккал тепла. В жарких странах, в горячих цехах человек теряет большое количество жидкости с потом. При t° до 50°С человек теряет в сутки до 12 л пота. При этом появляется чувство жажды, которое не утоляется приемом воды. Это связано с тем, что с потом теряется большое количество минеральных солей. С этой целью к питьевой воде добавляют 0,5 % поваренной соли. Она утоляет жажду и улучшает самочувствие.

Отдаче тепла препятствует подкожный жир. Чем толще слой жира, тем хуже она осуществляется. Поэтому люди с толстым жировым слоем в подкожной клетчатке легче переносят холод, чем худые. Испарение 1 л пота у человека с массой тела 75 кг может понизить температуру тела на 10° С.

В состоянии относительного покоя взрослый человек выделяет во внешнюю среду 15% тепла путем теплопроведения, около 66% посредством теплоизлучения и 19% за счет испарения воды.

Лихорадка (febris ), или горячка - общая реакция организма на какое-либо раздражение, характеризующаяся повышением температуры тела свыше 37°С, вследствие нарушения теплорегуляции. При лихорадке теплообразование преобладает над теплоотдачей. Одной из причин лихорадки является инфекция. Бактерии или их токсины, циркулируя в крови, вызывают нарушение теплорегуляции.

Виды лихорадок

В зависимости от степени повышения температуры различают следующие виды лихорадок:

§ субфебрильная температура - 37-38 °С:

а) малый субфебрилитет - 37-37,5 °С;

б) большой субфебрилитет - 37,5-38 °С;

§ умеренная лихорадка - 38-39 °С;

§ высокая лихорадка - 39-40 °С;

§ чрезмерно высокая лихорадка - свыше 40 °С;

§ гиперпиретическая - 41-42 °С, она сопровождается тяжелыми нервными явлениями и сама является опасной для жизни.

Типы лихорадок

По характеру колебаний температуры тела течение суток различают следую­щие типы лихорадок:

постоянная лихорадка - длительная, высокая, обычно не менее 39°, температура с суточными колебаниями не более 1°; характерна для сыпного, брюшного тифа и крупозного воспаления легких (рис. 1).

Рис.1. Постоянная лихорадка

послабляющая (ремиттирующая) лихорадка, температура высокая, суточные колебания температуры превышают 1-2 °С, причем утренний минимум выше 37 °С; характерна для туберкулеза, гнойных заболеваний, очаговой пневмонии, в III стадии брюшного тифа (рис. 2).

Рис. 2. Послабляющая лихорадка

перемежающаяся (интермиттирующая) лихорадка (febris intermittens) - температура повышается до З9° С - 40° С и выше с последующим быстрым падением до нормы или не­сколько ниже нормы. Колебания повторяются через каждые 1-2 или 3 дня, наблюдается при малярии (рис. 3).

Рис. 3. Перемежающаяся лихорадка

волнообразная (ундулирующая) лихорадка (febris undulans) - ей свойственны периодические нарастания температуры, а затем понижение уровня до нормальных цифр. Такие «волны» следуют одна за другой в течение длительного времени; характерна для бруцеллеза, лимфогранулематоза (рис. 4).

Рис. 4. Волнообразная лихорадка

возвратная лихорадка (febris recurrens) - правильное чередование повышения и снижения температуры по нескольку дней. Характерна для возвратного тифа (рис. 5).

Рис. 5. Возвратная лихорадка

неправильная (атипичная или нерегулярная)лихорадка (febris irregularis) неправильные суточные колебания температуры разной величины и длительности, часто отмечается при ревматизме, эндокардите, сепсисе, туберкулезе, при гриппе, дифтерии, дизентерии, плеврите (рис. 6).

Рис. 6. Неправильная лихорадка

истощающая (гектическая) лихорадка (febris hectica) характеризуется большими (2-4 °С) суточными колебаниями температуры, которые чередуются с падением ее до нормы и ниже. Подъем температуры сопровождается ознобом, а падение - обильным потоотделением, типично для тяжелого туберкулеза легких, нагноений, сепсиса (рис. 7).

обратная (извращенная) лихорадка (febris inversus) - утренняя температура бывает выше вечерней; наблюдается иногда при сепсисе, туберкулезе, бруцеллезе (рис. 7).

Рис. 7. а - гектическая лихорадка