Физика теплообмена в коже

Для поддержания теплового баланса теплота, получаемая или теряемая организмом, должна быть равна теплоте, рассеивающейся или образующейся в теле. Это утверждение математически может быть описано как:
ΔS = M-E±R±C±K-W
ΔS — изменение запасов тепла в организме.
М — метаболическое образование тепла; определяется как степень трансформации химической энергии в тепло и механическую работу.
Е — теплоотдача путем испарения; определяется как величина теплоотдачи путем испарения воды с поверхности кожи и дыхательных путей. Е зависит от (1) интенсивности потоотделения, (2) давления водяного пара в окружающей среде и (3) площади поверхности, с которой происходит испарение.
R —получение или потеря тепла путем излучения; определяется как теплообмен путем испускания или поглощения электромагнитных волн (инфракрасного излучения). Этот компонент обусловливает 50-60% теплоотдачи у человека в состоянии температурного комфорта, но может легко стать источником полезного тепла, как в случае, когда человек находится под прямыми солнечными лучами.
С — получение или потеря тепла путем конвекции; определяется как теплообмен вследствие форсированного движения жидкости, раствора или газа. Этот компонент отвечает за доставку тепла в кожу вместе с кровотоком и передачу тепла из кожи в окружающую среду при движении воздуха или воды. Внутри тела сердечно-сосудистая система является главным посредником конвективной теплопередачи. «С» зависит от (1) площади поверхности тела (2) разницы температур и (3) движения жидкости (или газа).
К —получение или потеря тепла путем проведения; определяется как теплопередача через поток тепла, соответствующей градиенту температуры, как между тканями и кровью, так и между кожей и средой. Передача тепла путем проведения обычно сочетается с конвективной теплопередачей.
W — полезная механическая работа.

Сумма R, С и К определяется температурным градиентом между кожей и окружающей средой. Если ΔS равно 0, организм находится в состоянии теплового баланса. Это термонейтральное состояние характеризуется низким уровнем кровотока кожи, составляющим приблизительно 5% от сердечного выброса. При термонейтральном состоянии потоотделение не происходит.

При ΔS < 0 организм теряет тепло, температура теплового ядра падает, и для сохранения тепла включаются терморегуляторные рефлексы. Поддержание температуры тела на постоянном уровне происходит за счет уменьшения кровотока в коже, который, во время максимального сужения сосудов, может приближаться к 0.

Уменьшение кровотока в коже усиливает теплоизоляцию между организмом и окружающей средой путем уменьшения потери тепла при проведении (К), конвекции (С) и излучении (R). Если потеря тепла продолжается, несмотря на снижение кожного кровотока, для восстановления и поддержания температуры теплового ядра включается метаболическая выработка тепла (М) за счет дрожания скелетных мышц. Бурая жировая ткань также может быть источником метаболической генерации тепла посредством несократительного термогенеза.

Хотя первоначально считалось, что эта жировая ткань важна только для новорожденных, у которых она составляет 2-5% процентов веса тела, небольшое количество бурых адипоцитов сохраняется и у взрослых людей. Такие адипоциты могут непосредственно генерировать тепло (М) для поддержания внутренней температуры тела. Если, несмотря на все эти механизмы, AS остается отрицательной, внутренняя температура будет падать и может развиться угрожающая жизни гипотермия.

Если ΔS > 0 тело получает тепло и температура теплового ядра повышается. В этом состоянии теплового стресса поддержание постоянной температуры тела достигается путем увеличения кровотока в коже для облегчения потери тепла путем проведения (К), конвекции (С) и даже излучения (R). Если получение тепла продолжается, несмотря на действие этих механизмов, для увеличения теплоотдачи через испарение (Е) включается потоотделение.

Если ΔS остается положительной, происходит перераспределение кровотока от скелетных мышц и желудочно-кишечного тракта к коже, что приводит к значительному увеличению кожного кровотока. Потоотделение также будет увеличиваться до тех пор, пока не достигнет максимального уровня. Если, несмотря на максимальный уровень кожного кровотока и максимальную стимуляцию потоотделения, ΔS остается положительной, температура теплового ядра будет подниматься и разовьется угрожающая жизни гипертермия (например, тепловой удар).

Вазомоторные реакции негладкой кожи
Вазомоторные реакции негладкой кожи в ответ на холодовой и тепловой стресс:
при нормотермии кожный кровоток относительно слабый (приблизительно 5% сердечного выброса) и кожные сосуды получают слабую импульсацию от активных вазоконстрикторных и вазодилатационных нервов.
При холодовом стрессе снижение температуры кожи и внутренней среды организма приводит к рефлекторному повышению импульсации симпатических норадренергических вазоконстрикторных невров.
Повышение тонуса вазоконстрикторов приводит к снижению кровотока в коже, что в свою очередь понижает теплоотдачу и сберегает тепло организма.
При тепловом стрессе повышение температуры кожи и внутренней среды организма приводит к рефлекторному повышению активности симпатических холинергических вазодилятирующих нервов и холинергической стимуляции потовых желез.
Повышенная активность вазодилятационной системы приводит к очень выраженному повышению кровотока в коже, который может достигать 60% сердечного выброса.
Интенсивный кровоток доставляет тепло к поверхности кожи, откуда оно излучается во внешнюю среду, прежде всего, за счет испарения пота.

- Рекомендуем далее ознакомиться со статьей "Терморегуляторные механизмы кожи"

Оглавление темы "Терморегуляция кожи.":
  1. Роль кожи в терморегуляции у человека
  2. Физика теплообмена в коже
  3. Терморегуляторные механизмы кожи
  4. Факторы изменяющие реакцию на тепло и холод
Материалы подготовлены и размещены для образовательных целей медицинских работников.
Ни один из материалов не может быть применен на практике без консультации лечащего врача.
Вопросы и замечания просим присылать на адрес admin@medicalplanet.su
По адресу выше мы также оперативно предоставим вам координаты автора, заинтересовавшей вас статьи.