Реферат-Терморегуляция . Методы оценки теплового баланса организма
Подождите немного. Документ загружается.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ТАВРИЧЕСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ В.И.ВЕРНАДСКОГО
СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ЭКОНОМИКО-ГУМАНИТАРНЫЙ ИНСТИТУТ
КАФЕДРА ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ
Левицкая Екатерина Владимировна
«Терморегуляция.
Методы оценки теплового баланса организма».
РЕФЕРАТ
Специальность 7.01.0202
«Физическая реабилитация»
Курс 6, группа Р-601
Научный руководитель
_____________________________ /______________/
Севастополь 2007.
ПЛАН
1.Введение.
2. Методы оценки теплового баланса организма.
2.1. Тепловой баланс человека.
2.2. Классификация методов оценки теплового баланса организма.
2.3. Уравнение теплового баланса.
2.4. Средние значения составляющих теплового баланса человека
на примере Украинских Карпат.
2.5. Номограмма тепловой нагрузки на организм человека.
3. Терморегуляция.
3.1. Температура тела и терморегуляция.
3.2. Температура кожи.
3.3. Одежда.
3.4. Тепловая адаптация и её физиологические механизмы.
3.5.Механизмы адаптации к холоду.
3.6. Терморегуляция при плавании.
4.Заключение.
5.Литература.
2
1.Введение.
Тема данного реферата рассматривается в рамках климатологии и поэтому
посвящена вопросу о влиянии метеорологических факторов на тепловой баланс
и тепловое состояние человека. Учёт метеорологических факторов вытекает из
практических задач по созданию эффективных средств защиты человека от
неблагоприятных климатических условий, при нормировании труда и отдыха на
открытом воздухе, при гигиенической оценке климата и т.д. Существуют
различные научные подходы и методы оценки влияния погоды и климата на
общее состояние и самочувствие человека. Наиболее часто используют методы
эффективной температуры, теплового баланса и комплексной климатологии.
Однако все эти методы имеют ограниченный характер применения.
Традиционно оценка климата для рекреации Украины производится по
методике И.С. Кандрора, Д.М. Дёминой, Е.М.Ратнера, в которой учтено
физиологическое состояние человека. Также часто используют рекреационную
классификацию погоды Н.А.Даниловой.[1,2,3] Изучение климатических
условий для рекреации производится с точки зрения комфортности погоды и
климата для организма здорового человека, который отдыхает. Важным
является знание комплексного влияния курортных факторов на организм на
этапе санаторно-курортного лечения. С учётом непрерывности реабилитации в
Украине выделяют стационарный, амбулаторный, а иногда ещё и санаторный
этапы медицинской реабилитации. С помощью показателей ультрафиолетовой
радиации, теплового баланса человека, межсуточной изменчивости
атмосферного давления, количества кислорода в воздухе, комплекса
метеорологических величин определяют рекреационные типы погоды, а также
непригодные для отдыха «жаркие дни». Биологическое воздействие солнечной
радиации на организм человека состоит в действии всех частей её спектра:
3
ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной. Ветер, влажность, осадки,
атмосферное давление значительно влияют на организм человека.
2.Методы оценки теплового баланса организма.
2.1. Тепловой баланс человека.
С точки зрения климатологии тепловое состояние человека есть ответная
реакция на комплексное действие погоды. Анализ многих методов
свидетельствует, что для характеристики теплового состояния человека,
который подвержен влиянию комплекса метеорологических факторов, самым
объективным и научно-обоснованным является метод теплового баланса. Этот
метод позволяет количественно оценивать суммарные затраты тепла
организмом или приток тепла к организму при разных климатических
условиях. Каждая из составных частей в уравнении теплового баланса зависит
от характеристик окружающей среды и состояния человека, сравнивая которые
с средними показателями можно оценить климат с позиции теплового
комфорта человека.
2.2. Классификация методов оценки теплового баланса организма.
Они делятся на аналитические, интегральные показатели и приборные.[ 11]
Аналитические методы расчета теплового баланса организма человека имеют
значение главным образом для оценки метеорологических условий
климатотерапии. Они позволяют перейти от метеорологических параметров
внешней среды к качественной оценке теплового состояния человека. Эти ме-
тоды информативны, дают возможность объективно оценить потери или
поглощение тепла организмом в энергетических единицах, однако они сложны
для практического использования.
Приборный метод оценки теплового состояния человека.
Он заключается в моделировании некоторых физиологических функций,
формирующихся под воздействием метеорологических факторов с помощью
приборов, основанных на принципах охлаждения нагретого чёрного шара. В
4
современных исследованиях такого рода приборы - фригориметры,
кататермометры - используются в нашей стране.
Для оценки теплоощущения человека широко применяется метод
интегральных показателей, среди этих показателей распространены
эквивалентно-эффективные и радиационно-эквивалентно-эффективные
температуры воздуха, выражающие одним числом комплексное влияние на
тепловое ощущение человека трех или четырех метеорологических элементов:
эквивалентно-эффективные температуры (ЭЭТ) — температуры, влажности
воздуха и скорости ветра; радиационно-эквивалентно-эффективные
температуры (РЭЭТ)—тех же элементов и интенсивности солнечной радиации.
Разработка данных показателей основана на том физиологическом принципе,
что одно и то же тепловое ощущение человек может испытывать при различных
комбинациях метеорологических факторов (табл. 1).
Теплоощущение человека
ЭЭТ
Теплопотери организма Температура кожи
Холодно
Умеренно холодно
1-8
9—16
0,017—0,0121
0,011—0,006
28,0—28,9
Прохладно - зона комфорта 17—20 0,005—0,003 29,0—31,9
Индифферентно- зона комфорта
21—22 0,002-0,001 32,0—33,2
Тепло
Жарко
23—27
более 27
менее 0,001 33,3—34,3
Для расчетов ЭЭТ используются номограммы, а также следующая формула.
ЭЭТв (для воздушных ванн)=0,57(ЭЭТп-7)/0,8+11
ЭЭТп (для прогулок)=(t*G/80)*(0,00439*Т
2
+0,456*Т+9,5)+W*(0,11*T-0,13)-
0,002*Т*G.
Где t- температура воздуха в градусах.
Т=t -37ºС
W- скорость ветра на уровне 2м над поверхностью земли, равная 0,67 от
скорости ветра по флюгеру.
G=100-f %(относительная влажность воздуха).
5
На основании ряда исследований установлены пределы ЭЭТ, характеризующие
зоны различного теплоощущения человека, уточнённые клинико-
физиологическими наблюдениями над абсолютными величинами теплопотерь
организма при различных метеорологических условиях. Продолжительность
периода с комфортными условиями теплоощущения определяет
биоклиматические ресурсы регионов, обуславливает особенности
проектирования терренкуров и климатосооружения.
Пределы зоны комфорта могут отличаться у людей в различных природных
зонах, в разные сезоны года, а также при разных формах заболевания.
Радиационно-эквивалентно-эффективные температуры (РЭЭТ) также
рассчитывают по специальным формулам, в которые входит расчёт РЭЭТ для
солнечных ванн и для прогулок.
Важным показателем, входящим в расчёт является температура воздуха. В
Таблицах 2,3 приведены максимумы и минимумы температур в различных
регионах Украины. По климатическим условиям выделяют 2 периода
рекреационной деятельности:[12] холодный (ноябрь-март) и тёплый (апрель-
октябрь). Для холодного периода года по действию погоды на организм
человека выделено 4 группы рекреационных типов погоды : прохладная погода
с температурой воздуха ниже 10ºС; слабо холодная, когда температура воздуха
в пределах -10…-1 ºС; холодная температура с температурой -15…-10 ºС; и
дискомфортная- температура воздуха ниже -15 ºС. Холод либо жара требуют
значительного напряжения терморегуляторных механизмов человека. Для
тёплого периода года ( апрель-октябрь) по степени действия температуры
воздуха на человека рекреационные типы погоды объединили также в 4 группы:
комфортную- температура воздуха до + 20 ºС; тёплую- выше 25 ºС, прохладную
с температурой ниже 20 ºС и дискомфортную с температурой воздуха выше 30
ºС. Комфортная и прохладная погода в тёплый период года составляет 180 дней
в степной части Украины и 200 и более на Южном берегу Крыма. В холодный
6
период прохладная и слабохолодная погода бывает в среднем 100-150 дней, в
горах на высоте более 1000м -40-50 дней.
Таблица2.
Таблица3.
7
2.3. Уравнение теплового баланса.
По современной методике, опубликованной в Украине в 2003 году [12] за
критерий тепловой нагрузки принимается интегральный показатель, который
равен суммарному притоку тепла к организму [4]. Уравнение теплового баланса
тела человека, не защищённого одеждой можно записать в виде:
FLE=FR+FP+B+q, где
FLE-затраты тепла на выделение пота,
FR-радиационный баланс тела,
FP-теплообмен между телом и воздухом путём конвекции,
B-отток тепла с верхних дыхательных путей во время дыхания,
q- теплопродукция организма,
F- эффективная площадь поверхности тела(F=1,5 кв.м),
L- скрытая теплота парообразования (L=2411Дж/г).
Все члены уравнения выражаются в ваттах. Теплопродукция организма в
состоянии покоя равна 93 Вт.
Положительные значения теплового баланса тела человека характеризуют
тепловое состояние человека, который претерпевает тепловые нагрузки
различной интенсивности. Если интегральный показатель теплового состояния
человека отрицательный, то это указывает на режим охлаждения организма.
Отрицательное значение теплового баланса тела человека равно тому
количеству тепла, которое организм должен выделить за счёт повышения
физической активности или сберечь, используя соответствующую одежду,
чтобы обеспечить состояние теплового комфорта.
Рассмотрим основные составляющие уравнения теплового баланса.
А)FLE-затраты тепла на выделение пота. При испарении 1 литра пота с кожи
«отбирается» 580 ккал энергии. Различают 2 типа испарения (перспирации). 1-
8
неощутимая перспирация- это испарение межклеточной жидкости через
мембраны кожных клеток и поры,2- ощутимая перспирация- потеря воды с
потом при перегреве( в результате физической нагрузки или в жарких условиях)
Максимальная скорость потообразования при мышечной работе может
достигать 2-3л/час, испарение которых отнимает около 2000 ккал/час в виде
тепла. При влажности воздуха выше 40 мм рт.ст. потоиспарение равно нулю.
Чем выше температура и скорость перемещения слоёв воздуха, тем выше
испарение.
Б)FR-радиационный баланс тела.
Радиационный баланс представляет собой сумму радиационных
коротковолновых и длинноволновых потоков тепла, поступающих на
поверхность тела или одежды. Величина радиационного баланса равна разности
поглощённого солнечного тепла и эффективного излучения. Для оценки
биотермических условий человека важно знать отношения её радиационного
баланса к интегральной величине тепловой нагрузки. Радиационный баланс
является основным источником притока тепла к организму человека из внешней
среды. Солнечная радиация, проходя через атмосферу, воздействует на все
метеорологические процессы, при этом оказывая влияние на тепловой баланс
человека. Радиационный баланс есть разница между притоком и затратами
лучистой энергии, что поглощается и отражается подстилающей поверхностью
и атмосферой. Радиационный баланс определяется продолжительностью
солнечного сияния, облачностью, прозрачностью атмосферы, характером
подстилающей поверхности. Радиационный баланс может быть положительным
(поверхность отражает солнечной радиации больше, чем отражает) или
отрицательным( отражается больше, чем поглощается). На севере и западе и в
центре Украины период с положительным радиационным балансом составляет
8-9 месяцев, в Закарпатье-10 мес, в южных степях и Крыму- положителен
круглый год. Суммы радиационного баланса за год составляют на северо-
9
западе Украины -1140 МДж/кв.м, в южных степях - 2190 МДж/кв.м, на ЮБК -
2200 МДж/кв.м. Важной характеристикой радиационного режима есть
продолжительность солнечного сияния. Наибольшая продолжительность в
Украине в среднем за год наблюдается в Крыму и на побережье Чёрного и
Азовского морей.(2150-2450час). Значительной она бывает в Крымских горах
(Ай-Петри-2319час, Карадаг-2442час), в степях-2000час. Наименьшие годовые
значения отмечаются в Западных районах Полесья и Лесостепи(1690-1850час).
На Закарпатской низменности, например в Ужгороде солнечное сияние длится
1950 часов за год. Суммарная солнечная радиация, достигающая земной
поверхности складывается из прямой и рассеянной. Она зависит от высоты
Солнца, продолжительности дня, облачности и прозрачности атмосферы. На
радиационный режим влияет прямая солнечная радиация, которая производится
излучением от солнечного диска в виде пучка параллельных лучей.
Максимальные значения отмечаются в июне-июле и составляют 420 МДж/кв.м.
на севере Украины(Ковель) и 757МДж/кв.м на юге (Карадаг). Прямая радиация
за год имеет аналогичный широтный ход : от 2759 МДж/кв.м на севере до 5165
МДж/кв.м на юге, т.е. увеличивается почти вдвое. Территория Украины по
интенсивности солнечной радиации, как интегрального потока, так и
ультрафиолетовой её составляющей относят (по В.О.Белинскому) к зоне
ультрафиолетового комфорта. Ультрафиолетовая радиация имеет огромное
значение для биосферы, хотя она составляет всего 7-9% от общего потока
солнечной радиации, которая достигает атмосферы. Земной поверхности
достигает лишь 3,5%.
В)FP-теплообмен между телом и воздухом путём конвекции связаны с
нагреванием и перемешиванием слоёв воздуха вдоль тела: у поверхности тела
воздух нагревается, и поднимается кверху, освобождая доступ холодным
порциям воздуха.. Основное направление конвекции- снизу- вверх.
Интенсивность теплоотведения зависит от разности между теипературой тела и
10