кандидат географических наук (Москва)

«Климат и тепловой баланс тела человека»

(раздел монографии «Климат и отдых в нашей стране». М.: 1980)

«Парацельс — великий врач XVI в.— говорил: «Тому, кто изу­чил ветры, молнии и погоду, известно происхождение болезней», имея в виду влияние комплекса метеорологических факторов на тело человека.

Разберемся в этом более подробно.

Воздействие климатических факторов на организм проявля­ется прежде всего в его теплообмене с окружающей средой. С од­ной стороны, процесс теплообмена находится под общим коррегирующим влиянием коры больших полушарий головного мозга и тем самым определяется физиологическими параметрами. С дру­гой — этот процесс является физическим и подчиняется основ­ным законам термодинамики, сформулированным впервые не­мецким врачом Мейером еще в 1848 г.

По современным воззрениям, организм человека представ­ляет собой термодинамическую систему с высоким постоянством внутренней температуры, несмотря на значительно меняющиеся условия поступления тепла из окружающей среды и потери тепла телом человека. По образному выражению И. С. Кандрора (1974): «Климат входит в организм через кожу». Солнечная радиация и температура воздуха вызывают раздражение кожных рецепторов, передающееся коре головного мозга. Температура влияет на глубину и частоту дыхания, на скорость кровотока, на характер кроветворения, на снабжение кислородом тканей и клеток и, следовательно, на интенсивность окислительных процессов, на углеводный, солевой, липидный и водный обмен, на мышечный тонус ит. д.

Изменениям температуры воздуха сразу отвечают изменения в биохимических процессах, протекающих в клетках, что обуслов­ливает определенные размеры выработки тепла в организме и отдачу его в окружающую среду для поддержания температуры внутренних органов на нужном уровне.

Многочисленные исследования физиологов подтверждают, что температура кожи служит объективным показателем теплового состояния человека. При этом экспериментально доказано, что для теплого периода года температура кожных покровов, вычис­ленная по методу теплового баланса, незначительно отличается от таковой, измеренной в природной обстановке. Это, несомнен­но, подтверждает возможность применения в исследованиях (при теплых погодах) расчетного теплобалансового метода.

И. П. Павлов писал, что «можно с правом органы теплокров­ного животного делить на две группы: органы с постоянно высокою температурой и органы с меняющейся температурой, спус­кающейся иногда гораздо ниже уровня внутренней. Не может не быть физиологической разницы между тканями внутренних полос­тей, которые представляют дневное температурное колебание самое большое в 1°, и тканями и органами кожи, температура ко­торых может колебаться безнаказанно в пределах 10—20 и более градусов».

Внутренние органы составляют приблизительно половину веса тела. Когда человек здоров и условия окружающей среды не требуют чрезмерного напряжения его терморегуляторных систем, внутренняя температура сохраняется постоянной, пока не про­изойдет значительных изменений во внешней среде. Но достаточ­но организму подвергнуться воздействию высоких температур воздуха, как происходит его перегрев и температура внутрен­них органов повышается. При длительных суровых похолоданиях температура внутренних органов, наоборот, понижается. В том и в другом случае происходит сильное напряжение терморегулятор­ных механизмов организма человека, что отрицательно сказыва­ется на его здоровье.

Зависимость физического состояния организма человека от термических условий окружающей среды показана в табл. 2. По ней можно проследить температурный режим внешней части че­ловеческого тела. Он резко отличен от такого же режима внутрен­них органов. И. С. Кандрор внешние части называет «тепловым шлюзом» организма, где тепло может сосредоточиваться или рас­ходоваться без заметного изменения температуры глубоких слоев тела и без вреда для здоровья.

В холод и жару терморегуляторные системы организма человека испытывают напряжение, которое выражено тем больше, чем ниже или выше некоторого предела температуры воздуха. В пределах определенных градаций температур воздуха организм человека испытывает тепловой комфорт. При таких условиях напряжении терморегуляторного аппарата достигает минимума. С нашей точки зрения, летняя рекреационная деятельность возможна при пого­дах, приводящих к минимальному и слабому напряжению термо­регуляторного аппарата, когда нет никаких патологических реак­ций (см. табл. 2).

При низкой температуре организм стремится увеличить вы­работку тепла (в определенных условиях он может даже ее уд­воить) и уменьшить отдачу его с поверхности кожного покрова. При этом благодаря сужению поверхностных кровеносных сосу­дов к внешним тканям поступает меньше тепла от внутренних частей организма и температура кожи понижается. В этом слу­чае разность между температурой кожных покровов и внешней средой уменьшается. Это приводит в первую очередь к умень­шению такой статьи расхода, как излучение с поверхности тела человека.

При холодных погодах и небольшом приходе солнечного тепла на первый план выступает процесс отдачи тепла телом человека путем конвекции. Такие теплопотери (до известной степени) регулируются применением одежды и выполнением физической работы определенной трудности, при которой возрастает тепло­продукция организма. Затраты же на испарение пота в таких условиях очень малы. Указанные приспособительные процессы могут снижать теплопотери организма весьма значительно — до 70%. При особенно сильном действии холода трудоспособность че­ловека резко снижается и развиваются такие патологические реак­ции, как обморожение (см. табл. 2), именно о них говорилось выше при разборе оценок Адаменко—Хайруллина для зимних условий.

В жару, когда организму приходится бороться с перегревом, он приспосабливается к условиям окружающей среды другими способами. В жаркую погоду происходит рефлекторное расшире­ние сосудов кожи. Дыхание становится учащенным и поверхност­ным, возрастает частота сердечных сокращений. Температура кожи повышается, вследствие чего возрастает потеря излучением. Охлаждение организма достигается в основном испарением пота, которое происходит с большой затратой внутренней энергии. Все эти изменения приводят к удвоенной по сравнению с холодной погодой потере тепла организмом.

Увеличение испарения пота при повышении температуры воз­духа служит показателем нарастающего напряжения терморегуляторных систем организма. Потоотделение при особенно жаркой погоде может превышать 750 г/ч. Степень напряжения, возни­кающего при жаре в организме человека, Б. А. Айзенштат оцени­вает с помощью «фактора М», который равняется процентному отношению фактической отдачи тепла потоотделением к макси­мально возможной отдаче при тех же метеорологических условиях. «Фактор М», равный 50—60%, уже приводит к перегреву орга­низма человека.

При очень высокой температуре воздуха, например, летом в пус­тыне Каракумы трудоспособность человека резко падает, ухудша­ется его самочувствие, могут наступать патологические реакции, а в крайних случаях происходит тепловое истощение, представля­ющее серьезную опасность для самой жизни человека.

Заканчивая разбор данных табл. 2, необходимо заметить, что реакция организма на жару и холод не одинакова у местных жите­лей и неакклиматизировавшихся приезжих, что приходится учи­тывать при определении климатических критериев теплового воз­действия окружающей среды на человека.

Один из способов такой оценки заключается в определении теплового баланса его тела. Основная идея этого метода состоит в том, что для поддержания термостабильного состояния необхо­димо равновесие между теплообразованием и притоком тепла, с од­ной стороны, и теплопотерями — с другой.

Тогда Н+М=Р+LЕ+LЕ_Л+Р_Л,

где R — радиационный баланс организма; М — теплопродук­ция организма; Р — турбулентный теплообмен (конвекция); LE — затрата тепла на испарение пота; LЕ_Л — затрата тепла на испарение воды с поверхности легких; Р_Л — альвеолярный теплообмен.

Если теплоотдача (правая часть уравнения) будет больше (мень­ше) теплопродукции и радиационного прихода (левая часть урав­нения), то соответственно снизится (повысится) теплосодержание организма и тем самым изменится температура внутренних частей тела, что повлечет за собой изменение физиологического градиента температуры между внутренними и внешними частями тела. Это в свою очередь приведет к изменению температуры кожи и потоот­деления. Такой процесс совершается непрерывно, и равновесие никогда не успевает установиться.

Как следует из приведенной формулы теплового баланса тела человека, все члены уравнения включают характеризующие внешнюю среду параметры, значимость которых совершенно раз­лична в зависимости от времени года (погоды) и от ландшафта.

При низких температурах воздуха Р является основной частью теплопотерь телом человека, а при высоких температурах на пер­вый план выступают большие по значению LE и R.

Как известно, прием солнечных ванн — неотъемлемая часть занятий летнего отдыха и туризма. Б. А. Айзенштат рассчитал влагопотери испарением пота для различных физико-географи­ческих условий во время их приема в летнее время. Они равня­ются (в г/ч) соответственно: в Ленинграде — 40, Смоленске — 60, Киеве и Куйбышеве — 210 (одинаково) и для сравнения в Таш­кенте — 700, а в Термезе — 950. Таким образом, если на севере европейской части Союза потери тепла организмом на испарение пота почти отсутствуют, то на юге среднеазиатских пустынь (Тер­мез) они составляют около литра в час. Эта величина почти экви­валентна 550 ккал/ч, что приблизительно в семь раз превышает теплопродукцию организма в состоянии покоя (80 ккал/ч). Из этого следует, что в пустыне летняя жара дает такое поступление тепла из окружающей среды, которое приводит к чрезмерному перенапряжению функциональных систем организма. В таких условиях прием солнечных ванн совершенно исключается.

Предложенная Б. А. Айзенштатом методика позволяет устано­вить, что в летнее время на европейской части СССР (в северных районах) требуется дополнительный приток тепла к телу человека. Он осуществляется применением одежды или обогреванием (Ле­нинград, Рига). Этого не требуется южнее (Минск, Смоленск, Куй­бышев, Киев), где летние температуры воздуха выше и нет столь отрицательно сказывающихся на состоянии человека сильных ветров, например, таких, как на Рижском взморье.

В летнее время в средней и южной полосе европейской тер­ритории Союза поток радиационного и турбулентного тепла из окружающей среды к телу человека избыточен. Он приводит к усиленному потоотделению. Поэтому летняя одежда туриста и отдыхающего должна быть максимально свободной и легкой, что­бы не препятствовать оттоку тепла с поверхности тела путем испарения пота. В этих частях страны обычно нет необходимости защищаться от охлаждающего влияния ветра в летнее время, что существует, например, в Прибалтике.

В весеннее и осеннее время на всей рассматриваемой территории приток тепла из окружающей среды к телу человека уже недос­таточен, следовательно, требуется применение одежды с опре­деленными теплозащитными свойствами, препятствующими оттоку тепла от его тела. Так, в Ленинграде в апреле теплозащитные свойства одежды должны обеспечить человеку, находящемуся на открытом воздухе, сохранение или приток тепла, равный 430 ккал/ч, в октябре — 517 ккал/ч и т. д. Весной и осенью туристы и отды­хающие должны пользоваться искусственными источниками тепла (костры, укрытия, палатки).

Приведенные цифры свидетельствуют, что в рекреационной практике следует учитывать усиление теплового воздействия окру­жающей среды на человека с севера на юг и с запада на восток, существующие в теплый период года».