Вместе с изменением параметров микроклимата меняется и тепловое самочувствие человека. Условия, нарушающие тепловой баланс, вызывают в организме реакции, способствующие его восстановлению. Процессы регулирования тепловыделений для поддержания постоянной температуры тела человека называются терморегуляцией. Она позволяет сохранять температуру внутренних органов постоянной, близкой к 36,5 °С.
Основные пути отдачи тепла из организма человека:
- излучение (передача тепла инфракрасным излучение);
- конвекция (передача тепла через подогретый воздух, который соприкасается с поверхность тела человека;
- испарение жидкостей (отдача тепла через испарение пота с поверхности тела и жидкости при дыхании;
- кондукция (передача тепла через контакт с предметами, имеющими температуру выше или ниже температуры тела).
У человека в обычных условиях потеря тепла путем тепло проведения имеет небольшое значение, так как воздух и одежда являются плохими проводниками тепла. Радиация, испарение и конвекция протекают с различной интенсивностью в зависимости от температуры окружающей среды. У человека в состоянии покоя при температуре воздуха около 20°С и суммарной теплоотдаче, равной 419 кДж (100 ккал) в час, с помощью радиации теряется 66 %, испарения воды — 19 %, конвекции — 15 % от общей потери тепла организмом. При повышении температуры окружающей среды до 35°С теплоотдача с помощью радиации и конвекции блокируется, и температура тела поддерживается на постоянном уровне исключительно с помощью испарения воды с поверхности кожи и альвеол легких.
Значение испарения в теплоотдаче очень велико. Для испарения 1 мл воды необходимо 2,4 кДж (539 кал). Теплоемкость испарения пота выше – 620-640 кал. Следовательно, если в условиях основного обмена телом человека отдается с помощью испарения около 1675—2093 кДж (400—500 ккал), то с поверхности тела должно испаряться примерно 700—850 мл воды. Из этого количества 300—350 мл испаряются в легких и 400—500 мл — с поверхности кожи. При увеличении теплообразования в результате мышечной работы возрастает значение теплоотдачи, осуществляемой с помощью испарения воды. Так, после тяжелого спортивного соревнования, когда суммарная теплоотдача достигала почти 2512 кДж (600 ккал) в час, было найдено, что 75 % тепла было отдано путем испарения, 12 % — путем радиации и 13 % — посредством конвекции.
Процессы регулирования тепловыделений осуществляются в основном тремя способами: биохимическим путем; путем изменения интенсивности кровообращения и интенсивности потовыделения.
Терморегуляция биохимическим путем заключается в изменении интенсивности происходящих в организме окислительных процессов.
У человека в норме температура тела, точнее температура так называемого ядра тела (т.е. мозга, крови, внутренних органов), поддерживается на уровне порядка 37°. Физиологический предел колебаний не превышает 1,5°. Изменение температуры крови и внутренних органов на 2—2,5° от нормальных значений приводит к нарушению жизнедеятельности организма.
Терморегуляция тела обычно разделяют на физическую и химическую. Физическая терморегуляция обеспечивает сохранение постоянства температуры тела за счет изменения отдачи тепла организмом путем проведения через кожу (кондукция и конвекция), лучеиспускания (радиация) и испарения воды. Отдача постоянно образующегося в организме тепла регулируется изменением теплопроводности кожи, подкожного жирового слоя, эпидермиса и волосяного покрова (мех). Теплоотдача в значительной мере регулируется динамикой кровообращения в теплопроводящих и теплоизолирующих тканях. С повышением температуры окружающей среды в теплоотдаче начинает доминировать испарение. У человека, обезьян и некоторых животных (лошади и другие копытные) испарение пота с кожи и влаги с дыхательных путей, например при тепловой одышке — полипноэ у собак, в условиях высокой температуры среды становится единственным средством терморегуляции.
Таким образом, основные механизмы физической терморегуляции:
- изменение притока крови к коже (сосудистая реакция);
- испарение жидкости (потоотделение и испарении с поверхности дыхательных путей);
- пиломоторная реакция (реакция волосяного покрова, у человека – «гусиная кожа»);
- изменение позы (уменьшение поверхности тела отдающего тепло во внешнюю среду).
Химическая терморегуляция имеет важное значение для поддержания постоянства температуры тела как в нормальных условиях, так и при изменении температуры окружающей среды. У человека усиление теплообразования вследствие увеличения интенсивности обмена веществ отмечается, в частности, тогда, когда температура окружающей среды становится ниже оптимальной температуры, или зоны комфорта. Для человека в обычной легкой одежде эта зона находится в пределах 18—20°С, а для обнаженного равна 28 °С.
Химическая терморегуляция реализуется через обмен веществ и через теплопродукцию таких тканей, как мышцы, печень, бурый жир у животных. Включение химической терморегуляции происходит, когда физическая терморегуляция оказывается недостаточной для поддержания постоянства температуры тела.
Наиболее интенсивное теплообразование в организме происходит в мышцах. Даже если человек лежит неподвижно, но с напряженной мускулатурой, интенсивность окислительных процессов, а вместе с тем и теплообразование повышаются на 10%. Небольшая двигательная активность ведет к увеличению теплообразования на 50—80 %, а тяжелая мышечная работа на 400 - 500%.В условиях холода теплообразование в мышцах увеличивается, даже если человек находится в неподвижном состоянии. Это обусловлено тем, что охлаждение поверхности тела, действуя на рецепторы, воспринимающие холодовое раздражение, рефлекторно возбуждает беспорядочные непроизвольные сокращения мышц, проявляющиеся в виде дрожи (озноб). При этом обменные процессы организма значительно усиливаются, увеличивается потребление кислорода и углеводов мышечной тканью, что и влечет за собой повышение теплообразования. Даже произвольная имитация дрожи увеличивает теплообразование на 200 %. Химическая терморегуляция проявляется в изменении основного обмена у человека летом (понижается) и зимой (повышение).
Основные механизмы химической терморегуляции:
- произвольные мышечные сокращения при физической работе;
- непроизвольное сокращение мышц (дрожь);
- реакции биохимического разобщения;
- термогенное действие пищи (специфико динамическое действие пищи- СДДП).
Регуляция Т. в организме осуществляется с помощью прямого действия нервной системы или через гормоны гипофиза, щитовидной железы и надпочечников, воздействующие на термозначимые органы. Основным центром терморегуляции является Гипоталамус. Однако существенную роль в терморегуляции играют и другие отделы головного и спинного мозга.
Терморегуляция организма осуществляется одновременно всеми способами. Так, при понижении температуры воздуха увеличению теплоотдачи за счет увеличения разности температур препятствуют такие процессы, как уменьшение влажности кожи, и следовательно, уменьшение теплоотдачи путем испарения, снижение температуры кожных покровов за счет уменьшения интенсивности транспортирования крови от внутренних органов, и вместе с этим уменьшение разности температур.