Температура для работоспособности человека

Одним из необходимых условий нормальной жизнедеятельности человека является обеспечение нормальных метеорологических условий в помещениях, оказывающих существенное влияние на тепловое самочувствие человека. Метеорологические условия, или микроклимат, зависят от теплофизических особенностей технологического процесса, климата, сезона года, условий отопления и вентиляции. Воздействие высоких и низких температур внешней среды вызывает нарушение теплообмена и приводит соответственно к перегреву и переохлаждению организма. Основными видами терморегуляции, как известно, являются теплообразование и теплоотдача. Теплообразование в организме осуществляется химическим путем. Теплоотдача происходит физическим путем: излучением, проведением тепла и испарением. Оптимальными метеорологическими условиями для человека являются температура воздуха 18-30 °С при относительной влажности 40-60 и скорости движения воздуха 0,5-1,0 м/с. Переносимость человеком температуры, как и его теплоощущение, в значительной мере зависит от влажности и скорости окружающего воздуха. При повышенной влажности и высокой температуре воздуха, когда испарение затруднено, чаще всего возникает острое перегревание организма. Такие условия нередко возникают при работе в плотной невентилируемой одежде. Перегреванию организма способствует и целый ряд других факторов: большая физическая нагрузка, недостаточное употребление воды для питья, переедание (особенно белковой пищи), употребление алкоголя, перенесенные заболевания, ожирение и др. Высокие температуры оказывают отрицательное воздействие на здоровье человека. Работа в условиях высокой температуры сопровождается интенсивным потоотделением, что приводит к обезвоживанию организма, потере минеральных солей и водорастворимых витаминов, вызывает серьезные и стойкие изменения в деятельности сердечно-сосудистой системы, увеличивает частоту дыхания, а также оказывает влияние на функционирование других органов и систем – ослабляется внимание, ухудшается координация движений, замедляются реакции и т.д. При гипертермии и как следствие тепловом ударе наблюдаются головная боль, головокружение, общая слабость, искажение цветового восприятия, сухость во рту, тошнота, рвота, обильное потовыделение. Пульс и дыхание учащены, в крови увеличивается содержание азота и молочной кислоты. При этом наблюдается бледность, синюшность, зрачки расширены, временами возникают судороги, потеря сознания. Солнечный удар является своеобразной формой перегрева, обусловленной непосредственным локальным действием солнечных лучей на незащищенную голову. При этом может не наблюдаться общего перегревания организма. Появляются общая слабость, чувство недомогания, головная боль, головокружение, мелькание “мушек” перед глазами, стеснение в грудной клетке, шум в ушах, иногда носовые кровотечения, тошнота, рвота, расстройство стула. Кожа лица становится красной, усиливается потоотделение. В тяжелых случаях возникают выраженные нарушения со стороны центральной нервной системы: затемненное сознание, резкое возбуждение, судороги, непроизвольные движения, галлюцинации, бред. Исследователями установлено, что при температуре воздуха более 30 °С работоспособность человека начинает падать. Так, повышение температуры с 25 до 30 °С в прядильном цехе приводит к снижению производительности труда на 7 %, производительность труда работников машинострои­тельного предприятия при температуре 29,4 °С снижается на 13 %, а при температуре 33,6°С на 35 % по сравнению с производительностью при 26°С. Вопреки установившемуся мнению величина потовыделения мало зависит от недостатка воды в организме или от ее чрезмерного потребления. Считается допустимым для человека снижение его массы на 2…3 % путем испарения влаги – обезвоживание организма. Обезвоживание на 6 % влечет за собой нарушение умственной деятельности, снижение остроты зрения; испарение влаги на 15…20 % приводит к смертельному исходу. Вместе с потом организм теряет значительное количество минеральных солей. Потеря соли лишает кровь способности удерживать воду и приводит к нарушению деятельности сердечно-сосудистой системы. Для восстановления водного баланса работающих в горячих цехах устанавливают пункты подпитки подсоленной (около 0,5 % NaCI) газированной питьевой водой из расчета 4…5 л на человека в смену. На ряде заводов для этих целей применяют белково-витаминный напиток. В жарких климатических условиях рекомендуется пить охлажденную питьевую воду или чай. В горячих цехах промышленных предприятий большинство техно­логических процессов протекает при температурах, значительно пре­вышающих температуру воздуха окружающей среды. Нагретые поверхности излучают в пространство потоки лучистой энергии, кото­рые могут привести к отрицательным последствиям. При температуре до 500°С с нагретой поверхности излучаются тепловые (инфракрасные) лучи с длиной волны 740…0,76 мкм, а при более высокой температуре наряду с возрастанием инфракрасного излучения появляются видимые световые и ультрафиолетовые лучи. Инфракрасные лучи оказывают на организм человека в основном тепловое действие. Под влиянием теплового облучения в организме понижается венозное давление, замедляется кровоток и как следствие наступает нарушение деятельности сердечно-сосуди­стой и нервной систем. По характеру воздействия на организм человека инфракрасные лучи подразделяются на коротковолновые лучи с длиной волны 0,76…1,5 мкм и длинноволновые с длиной более 1,5 мкм. Тепловые излучения коротковолнового диапазона глубоко проникают в ткани и разогревают их, вызывая быструю утомляемость, понижение внимания, усиленное потовыделение, а при длительном облучении -тепловой удар. Длинноволновые лучи глубоко в ткани не проникают и погло­щаются в основном в эпидермисе кожи. Они могут вызвать ожог кожи и глаз. Наиболее частым и тяжелым поражением глаз вследствие воздействия инфракрасных лучей является катаракта глаза. Кроме непосредственного воздействия на человека лучистая теп­лота нагревает окружающие конструкции. Эти вторичные источники отдают теплоту окружающей среде излучением и конвекцией, в резуль­тате чего температура воздуха внутри помещения повышается. В предупреждении развития перегревов большое значение имеют технические и санитарно-гигиенические мероприятия. Параметры микроклимата зависят от теплофизических особенностей технологического процесса, климата, сезона года, условий отопления и вентиляции. Принципиальное значение имеет раздельное нормирование каждого компонента микроклимата: температуры, влажности, скорости движения воздуха. В рабочей зоне должны обеспечиваться параметры микроклимата, соответствующие оптимальным и допустимым значениям. К медико-профилактическим мероприятиям относятся организация рационального режима труда и отдыха, обеспечение питьевого режима, повышение устойчивости к высоким температурам путем использования фармакологических средств (прием дибазола, аскорбиновой кислоты, глюкозы), вдыхания кислорода.

Основы терморегуляции

Человек – теплокровное существо, т. с. температура его тела изменяется в достаточно узком диапазоне. Для обеспечения постоянства температуры тела необходимо, чтобы количество образующегося в теле тепла – теплопродукция равнялось количеству тепла, отдаваемого во внешнюю среду, – теплоотдаче. Образование тепла в организме происходит в результате метаболических реакций в различных тканях организма, прежде всего мышцах, и следовательно, значительно (в 20 раз) повышается во время мышечной работы, а также за счет Холодовой дрожи, т. е. непроизвольных сокращений отдельных мышечных пучков.

Рассеивание тепла обеспечивается несколькими механизмами: проведением, конвекцией, радиацией и испарением.

Термин проведение обозначает передачу тепла от одной (более нагретой) части физического тела к другой (менее нагретой) при их непосредственном контакте. Тело человека может передавать свое тепло окружающему воздуху при условии, что воздух имеет более низкую температуру. Количество передаваемого тепла зависит от теплопроводности среды, в которой находится человек. Теплопроводность воды в 26 раз выше, чем теплопроводность воздуха, поэтому в воде тело человека очень быстро теряет тепло.

Конвекция – это передача тепла от тела человека окружающему его воздуху, находящемуся в движении, когда уже нагретые слои удаляются от тела и сменяются другими, не нагретыми, т. е. более холодными. Конвекция очень сходна по механизму с проведением, но более эффективна для теплоотдачи. При одинаковой внешней температуре, скажем 23 °С, в безветренных условиях тепло будет отдаваться медленнее, чем при наличии обдува. Когда человек находится в движении, условия отдачи тепла лучше, чем в неподвижном состоянии, если только скорость попутного ветра не сопоставима со скоростью перемещения человека. Проведение и конвекция обычно составляют 10-20 % от общих потерь тепла организмом.

Радиация – это отдача телом тепла путем излучения электромагнитной энергии, через инфракрасное излучение. В покое тело раздетого человека отдаст тепло окружающему воздуху главным образом (на 60 %) с помощью радиации.

Испарение – это отдача тепла кожей при переходе в газообразное состояние выделившейся на поверхность кожи воды. Потерю воды за счет диффузии через кожу называют неощущаемой в отличие от потери воды в результате функционирования потовых желез. Последний путь находится под контролем системы терморегуляции и оказывает существенное влияние на общее количество теряемого с испарением тепла. Испарение – единственный процесс, с помощью которого возможна отдача тепла телом в условиях, когда температура среды сравнима с температурой тела или даже выше. При напряженной работе и особенно при работе в жарких условиях испарение пота является основным путем теплоотдачи, составляя до 80 % от всех теплопотерь. Наоборот, в покое за счет испарения теряется не более 20 % тепла.

С точки зрения терморегуляции тело человека можно представить состоящим из двух компонентов: внешнего, оболочки, и внутреннего, ядра. Ядро – это та часть тела, которая имеет постоянную температуру, а оболочка – часть тела, в которой имеется температурный градиент. Через оболочку идет теплообмен между ядром и окружающей средой. Ядро и оболочка изменяют свои размеры в различных температурных условиях: чем интенсивнее сужение поверхностных сосудов на холоде, тем больше объем поверхностных тканей, снижающих свою температуру, т. е. объем оболочки существенно увеличивается, приближаясь по размерам к половине массы тела. И, наоборот, при расширении кожных сосудов в условиях повышенной температуры размеры оболочки уменьшаются до тонкого поверхностного слоя кожи, поскольку градиент температур между ядром и внешней средой на холоде значительно больше, чем в тепле (рис. 10).

Регуляция теплообмена

Температура ядра человека поддерживается достаточно постоянной в широком диапазоне внешних температур и условий функционирования организма. Однако нельзя сказать, что она неизменна.

При нормальной температуре 37 °С совместимыми с жизнью считаются колебания температуры ядра от 33 до 41-42 °С. Для оценки температуры ядра следовало бы измерить температуру в сердце, где смешивается кровь из различных участков тела. Однако это по понятным причинам не делается, и обычно температура ядра оценивается с помощью измерения температуры в прямой кишке – ректальной температуры. Ректальная температура немного ниже температуры участка головного мозга, ответственного за терморегуляцию. Показателем температуры мозга может служить температура вблизи барабанной перепонки, которую измеряют, подведя термометр к барабанной перепонке через наружный слуховой проход, – тимпанальная температура. При различных воздействиях, например физической работе, ректальная и тимпанальная температуры изменяются параллельно, хотя ректальная температура несколько более инертна.

Уменьшение температуры тела – гипотермия – как правило, связано с охлаждением, когда теплоотдача значительно превышает теплопродукцию. Увеличение температуры тела – гипертермия – наоборот, наступает вследствие превышения продукции тепла над его отдачей. Такая ситуация возникает при лихорадочных состояниях и связана с выработкой в организме специфических пирогенных, т. с. повышающих теплопродукцию веществ, а также при интенсивной мышечной деятельности, когда организм не способен рассеивать тепло с той же скоростью, с какой оно образуется в метаболических реакциях. Температура ядра при мышечной работе повышается в зависимости от относительной мощности выполняемой работы и может достигать 39-40 °С. Температура работающих мышц при этом поднимается еще выше – до 42 °С. Увеличение температуры работающих мышц способствует повышению эффективности происходящих в них метаболических процессов и улучшению сократительных свойств, в частности скоростных характеристик сокращения. Значительное, выше 40 °С, и длительное повышение температуры тела может вызвать отрицательные изменения в центральной нервной системе – отек мозга.

Рассмотрим механизмы терморегуляции. Для функционирования любой регуляторной системы необходимы: периферическая воспринимающая (рецепторная) часть, центральная управляющая часть и орган-исполнитель. Рецепторная часть системы терморегуляции включает периферические и центральные терморецепторы. Периферические холодовые и тепловые рецепторы расположены в коже и оценивают температуру окружающей среды. Максимальная устойчивая частота импульсации холодовых рецепторов достигается при температуре между 15 и 34°С, а тепловых – между 38 и 43°С. Центральные рецепторы расположены в переднем гипоталамусе и с очень большой точностью (0,01°) оценивают температуру крови, омывающей эту область мозга.

Гипоталамический центр терморегуляции работает по принципу поддержания установочной, т. е. нормальной температуры. Любое отклонение от этой температуры воспринимается как сигнал о необходимости коррекции. В качестве входящей информации терморегуляторным центром используются данные терморецепторов с возможно большего количества термочувствительных участков тела.

Система терморегуляции – это одна из наиболее филогенетически молодых, т. с. поздно возникших систем организма. С этим обстоятельством связана особенность системы терморегуляции – множественность органов-исполнителей. Действительно, каждая система в организме имеет свой орган-исполнитель, а у системы терморегуляции их как минимум четыре: потовые железы, кровеносные сосуды (артериолы и артериовенозные анастомозы кожи), скелетные мышцы, некоторые железы внутренней секреции, поведенчиские реакции.

Увеличение внешней температуры вызывает усиление импульсации с периферических терморецепторов. В результате центр терморегуляции через симпатическую нервную систему снижает тонус гладких мышц в стенках артериол и артериовенозных анастомозов, вызывает их расширение.

Одновременно или на несколько минут позднее происходит усиление потоотделения: центр терморегуляции через специализированные симпатические холинергические (в качестве медиатора выделяющие ацетилхолин) волокна активирует потовые железы.

Под действием холода, когда температура кожи снижается ниже нормальной, возникает холодовая дрожь, сопровождающаяся усилением теплопродукции. В результате дрожи внутренняя температура может несколько повыситься. Если на холоде выполняется произвольная физическая работа, возникает значительное повышение внутренней температуры и реакция дрожи подавляется.