ТЕПЛОВОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕЛОВЕКА, ЕГО ПОКАЗАТЕЛИ И КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ

Под тепловым состоянием человека понимают функциональное состояние, характеризующееся содержанием и распределением тепла в глубоких и поверхностных («оболочка», «ядро») тканях организма, а также степенью напряжения механизмов терморегуляции .

Исходя из этого понимания теплового состояния его показателями являются: температура тела, температура кожи (средневзвешенная и локальная), потоотделение, теплосодержание в организме и его изменение (дефицит и накопление), теплоощу- щение, показатели гемодинамики (частота сердечных сокращений, артериальное давление, минутный объем кровотока, пуль-совое давление и др.), функции дыхания (частота дыхания), энерго- и водосолевого обмена, умственная и физическая работоспособность.

Теплоощущения человека, как общие, так и локальные, в значительной степени отражают его индивидуальное отношение к своему объективному тепловому состоянию, обусловленному суммой факторов, определяющих теплообмен с окружающей средой.

Под воздействием тепла и холода у человека изменяются кровоснабжение кожи и подкожной клетчатки, их температура, а также температура венозной крови, что является главной причиной появления ощущений теплового дискомфорта.

Важная роль в формировании теплоощущений человека принадлежит терморецепторам кожи и подкожных вен. При этом терморецепторы подкожных вен формируют общее ощущение холода и тепла, терморецепторы кожи — локальное. Оценка теплоощущений человека применительно к оценке одежды про-водится по семибалльной шкале: 1—холодно, 2 — прохладно,

3 —слегка прохладно, 4 — комфорт, 5 —слегка тепло, 6 — тепло, 7 — жарко. Необходимо отметить, что существует тесная корреляционная связь теплоощущений с рядом показателей теплового состояния человека, что делает необходимым учет теплоощущений при оценке соответствия одежды условиям ее эксплуатации.

Температура тела.

Наиболее многочисленные данные, имеющиеся в литературе но данному вопросу, характеризуют преимущественно ректаль- нмо температуру (т. е. температуру в прямой кишке), измерен- нмо на глубине 10—15 см. Эта температура в большей степени (us доступных участков измерения) отражает температуру глу- биких тканей организма.

Температура тела человека, находящегося в состоянии отно- ііігєльного покоя, в определенной степени зависит от параметров внешней среды, обусловливающих состояние теплообмена.

При нормальных условиях внешней среды и установившемся шнамическом равновесии процессов теплоотдачи и теплообра- ювания колебания температуры тела (ректальной температуры U) находятся в пределах ±0,1 °С. В среднем для человека, находящегося в состоянии относительного физического покоя (» положении сидя), она составляет 37,1 °С. Это постоянство темпі ратуры обеспечивается лишь в глубоко лежащих тканях (на і іубине более 25 мм от поверхности кожи). Изменение температуры тела под влиянием внешних условий происходит лишь- при достаточно интенсивном их воздействии и свидетельствуете о гом, что в этом случае физиологические механизмы регуляции 11плопродукции и теплоотдачи не в состоянии сохранить тепло- ион баланс организма. При температуре тела ip, равной 36,8— 37 °С, человек, находящийся в состоянии относительного физического покоя, оценивает свои теплоощущения соответственно как «холодно» и «прохладно». Температура тела /р, равная 37,8 °С, является в данном случае признаком существенного перегревания организма. Предельной физиологической величиной, чарактеризующей перегревание человека, находящегося в сос- тянии относительного физического покоя, является температура тела /Р, равная 38°С, а предельной физиологической величиной охлаждения — температура tp,равная 35,8 °С.

Температура тела при выполнении физической работы в меньшей степени зависит от метеорологических условий, он» определяетсся в основном уровнем энерготрат.

Повышение температуры тела при физической работе многие исследователи расценивают как выражение активной установки терморегуляции организма на новый уровень, способствующий увеличению работоспособности мышц и нервной систе-мы, благодаря более высокой скорости реакций.

Исходя нз практических соображений, многими авторами делалась попытка установить корреляционную связь между ректальной температурой тела и температурой тела, измеренной в других, более доступных для измерений участках.

Применительно к состоянию относительного физического покоя (в положении сиДя) и условиям, близким к тепловому комфорту, ректальная температура может быть рассчитана по известным температурам: подъязычной (/я) и подмышечной (/м) [2.2].

/Р= 13,6+0,65/я;

/Р = 19,0+0,51/м.

При выполнении физической работы (в условиях теплового комфорта и холодового дискомфорта) связь между температурой тела, измеренной в прямой кишке, под языком и подмышечной впадине слабая, что необходимо учитывать при расчетах интегральных показателей температурного режима человека (средней температуры тела и теплосодержания). В условиях ограниченной теплоотдачи, обусловливающей перегревание организма, температуры тела, измеренные в прямой кишке и под языком, могут быть близки между собой.

Температуру тела рекомендуется измерять в прямой кишке и лишь в случае затруднений (в частности, в производственных условиях)—в подмышечной впадине и под языком. Ориентировочно в условиях, близких к тепловому комфорту и допустимому охлаждению, ректальная температура тела может быть определена по известным значениям подмышечной и подъязычной согласно уравнениям

/Р = 59,39—0,612/„;

/Р=18,51+0,512/я.

Продолжительность одномоментного измерения температуры тела в подмышечной впадине должна быть не менее 10 мин, в прямой кишке — не менее 5 мин. У лиц, выполняющих физическую работу, температуру тела следует определять не ранее чем через 20 мин после начала работы и не позднее 5 мин после ее окончания. Необходимо отметить, что в условиях воздействия холода температуру тела не следует определять под языком вследствие охлаждения полости рта при дыхании.

Температура кожи («оболочки»).

жарко Жарко Тепло Комфорт Прохлад-

но Холод-

но Очень

холод

но Кричаги- ной В. И. Афанасьевой Р. Ф. Более

36,0 36,0±0,6 34,9±0,7 33,2±1,0 — 33,2±1,1 31,1±1,0 29,1± ±1,0

30,8±1,2 27,9± ±1,5 Ниже 28+ 26,4 И ниже онная связь с теплоощущениями позволяют считать ее одним из информативных показателей теплового состояния организма.

В настоящее время для обобщающей характеристики температурного поля поверхности тела человека принято использо- ваТь средневзвешенную температуру кожи (/с.к), рассчитываемую в соответствии с ее значением на отдельных участках и площадью этих участков по отношению ко всей поверхности тела.

Средневзвешенная температура кожи достаточно тесно кор- релируется с общими теплоощущениями человека (табл. 2.1). Для ее определения различными авторами предложено большое число расчетных формул, различающихся между собой количеством точек, выбранных для изменения, а следовательно, площадью поверхности, характеризующей однородное температурное поле.

В настоящее время на основе сравнительного анализа различных систем измерения температуры поверхности тела рекомендуется 11-точечная система (рис. 2.1). Средневзвешенная температура кожи /с.к, °С, по 11-точечной системе измерения рассчитывается по формуле

/с.к =0,0086/,+0,34 »+W+4+0,134/6+0,045/7+0,203 h±IL.+

4 1

+0,125/10+0,064/ц,

где ti—tu— соответственно температура кожн лба, грудн, живота, спины, поясницы, плеча, кисти, верхней и нижней части поверхности бедра, голени, тыльной стороны стопы.

В производственных условиях (в случае отсутствия выраженного локального воздействия параметров микроклимата * или неравномерного утепления) допустимо измерение температуры кожи на пяти участках тела.

/с.к=0,07/1+0,5/г+0,05/7+0,18/в+0,2/ю.

Рис. 2 1. Точки измерения температуры кожи на поверхности тела человека

Как показывают по-лученные в последние годы данные, в про» цессе физической работы комфортные теп- лоощущения наблюдаются при более низкой средневзвешенной температуре кожи, чем в состоянии покоя. Эта закономерность относится и к теплоощу- щениям другого уровня. 1

Комфорт (4) tc.к=36,07—0,0354Q3.T/S.

Ниже приводятся уравнения, отражающие взаимосвязь средневзвешенной температуры кожи и уровня энерготрат человека при различных его теплоощушениях в бал-лах [2.3].

Прохладно (2) /с.к=33,34—0,0335Q3T/S.

Холодно (I) /ск=30,36—0,031IQ9.T/S.

В этих уравнениях Q3T— энерготраты, Вт; S — поверхность тела человека, м2. Приведенные уравнения применимы к человеку, не адаптированному к холоду, в диапазоне энерготрат до 300 Вт. У людей, акклиматизированных к холоду, комфортный уровень средневзвешенной температуры кожи (в состоянии относительного физического покоя) в результате снижения порога температурной чувствительности несколько ниже (на 1—

°С).

В связи с тем что средневзвешенная температура кожи дает представление об общих теплоощушениях человека, характеризующих состояние его теплообмена с окружающей средой, ее значения, отражающие температуру «оболочки», используются при расчетах средней температуры тела и теплосодержания.

В последние годы на основе исследований, проведенных в Научно-исследовательском институте гигиены труда и прОфза- 24

Оолеваний АМН СССР Р. Ф. Афанасьевой, J1. А. Басаргиной»

А. Бессоновой и др., предложено уравнение для определения средневзвешенной температуры кожи в широком диапазоне теп- лоощущений Т0 (от 1 до 7 баллов) и энерготрат (^300 Вт);

t_ То—0,156QQ» T/S+4Q.1691,413—0,00438Qaт/5

Топография температуры кожи. Если общие теплоощущения и ?имосвязаны со средневзвешенной температурой кожи, то ло- ь і іьньїе теплоощущения обусловлены температурой различных (< участков.

В связи с этим средневзвешенная температура кожи не и<і гда является достаточно информативным показателем теп- твого состояния человека, особенно при неравномерном (по> поверхности) его нагревании или охлаждении. Например, при ошосительно высоком уровне средневзвешенной температуры кожи и нормальных общих теплоошущениях человек может жатва ться на охлаждение той или иной области тела (лица, стоп» і истей и т.

Эти различия обусловлены, в частности, особенностями кропі (обращения, терморецепторного аппарата, теплопроводности іканей. На топографию температуры кожи влияют одежда, сТе- п< нь дискомфорта (перегревания или охлаждения), вид физи- 'п ской работы, индивидуальные особенности (пол и др.). Сравнение локальных температур у людей, оценивающих свои теп- нющушения как комфорт, показывает, что, например, у разде- I их наиболее высокая температура кожи наблюдается в обласні головы. У одетых людей наблюдаются большие, чем у разде- I ых, различия между максимальными и минимальными значе-

Таблица 2.2

Іемпература кожи мужчин, оценивающих свои общие и локальные іеплоощущения как комфорт Область тела Без одежды В комнатной одежде * В комбинезоне или куртке и брюках (зимцих) Плечо 34,0 33,8 33,4 Кисть (тыльная сторона) 34,6 33,1 33,6 Бедро 32,9 30,0 33,4 Г олень 33,9 32,2 33,8 Стопа (тыльная сторона) 33,3 33,3 33,7 Средвевзвешеьчая 33,8 33,3 33,7 температура ¦ Ко» плект одежды, включающий в себя белье, сорочку, пиджак, брюки, носки (хлопчатобімажньїе), полуботинки. ниями температур кожи. При общем охлаждении человека различия в топографии температуры кожи увеличиваются, а при перегревании существенно уменьшаются.

У женщин и мужчин, находящихся в условиях теплового комфорта, средневзвешенные значения температуры кожи практически одинаковы, однако топография температур разная, а именно: у женщин, одетых одинаково с мужчинами, при различных внешних условиях наблюдается более низкая температура в области плеч, бедер и стоп, что требует дифференцированного подхода к оценке одежды [2.4].

При выполнении физической работы увеличивается конвекция вокруг тела человека, изменяется кровоснабжение его различных участков. Это является причиной изменения топографии температуры кожи. Например, при беге самая низкая температура кожи (при отсутствии перегрева) зафиксирована в области бедра, а при нагрузке на верхний плечевой пояс —в области верхних конечностей и туловища. Комфортные теплоощу- щения (общие и локальные) могут сохраняться при различной топографии температуры кожи, пока она на том или ином ее участке не снизится ниже определенного уровня (по данным Р. Ф. Афанасьевой, И. Н. Деденко).

Температура кожи, при которой у человека появляются дис-комфортные локальные теплоощущения, неодинакова на различных участках тела. Например, теплоощущение «прохладно» в области стоп появляется (в зависимости от уровня энерготрат человека) при температуре их тыльной поверхности 31—25,5 °С, а в области туловища — при температуре его поверхности 34— 29 °С.

В ряде случаев причиной, сокращающей время пребывания человека в тех или иных условиях, может быть локальное охлаждение или перегревание, обусловленное недостаточным утеплением или защитой от воздействия тепла той или иной области тела При воздействии холода такими областями чаще всего являются стопы и кисти, которые охлаждаются и вызывают неприятные ощущения, несмотря на достаточное утепление остальной поверхности тела. Даже перегревание организма не предотвращает их охлаждения. Локальное перегревание при воздействии тепла обусловлено спецификой производственных условий. Например, у рабочих металлургической промышленности интенсивному воздействию тепла подвергается лицо, передняя поверхность туловища, бедер, руки. При температуре кожи около 40—42 °С появляются болевые ощущения.

Изменение теплосодержания. Если физиологические механизмы, внешняя среда и средства защиты не могут обеспечить теплового баланса организма, нарушается соотношение тепла, вырабатываемого в организме и отдаваемого в окружающую среду. В теле человека образуется дефицит тепла или происходит его накопление, т. е. теплосодержание организма QT.с изменяется.

Изменение теплосодержания AQT.Cможет быть определено либо по разнице теплоотдачи Q и теплопродукции QT п, либо по изменению средней температуры тела tcт. При этом каждая из величин (AQtc, /с т) служит интегральным показателем теплового режима человека, так как отражает температурные изменения, происходящие во внутренних («ядре») и поверхностных («оболочке») его тканях.

Средняя температура /ст, °С, рассчитывается исходя из значений ректальной температуры тела tvи средневзвешенной температуры кожи tcк с учетом коэффициентов их смешивания, отражающих долю тканей с температурой, близкой к «ядру» (К) „и «оболочке» (1—К), по уравнению

tc T = Ktp+( 1 К) tc к-

I В табл. 2.3 приведены коэффициенты смешивания темпера- |туры «ядра» и «оболочки» во взаимосвязи с уровнем энерготрат

человека и субъективной оценкой теплового состояния (тепло-

ощущениями), что облегчает расчет AQTc*-

Теплосодержание в организме QTC, кДж/кг, определяется на основании значений средней температуры тела tcт и теплоемкости тканей организма по уравнению

Qt С Ctcт>

где С — удельная теплоемкость тканей организма, равная 3,48 кДж/(кг-°С). Изменение теплосодержания AQT с, кДж/кг,

AQT С==СА/С Т.

Для определения AQt г допускается также использовать значения температуры тела, измеренной под языком (/я), в подмышечной впадине (/м) и слуховом проходе (tz).В случае, когда определены /м, /я или С,

Т аблнца 2.3

Коэффициент смешивания температуры тела при различных теплоощушениях и энерготратах человека Т еплоощущение Энерт отраты, Вт/м2 Оценка Балл 70 88 ИЗ 145 178 Холодно 1 0,55 0,57 0,59 0,62 0,64 Прохладно 2 0,57 0,58 0,60 0,64 0,65 Слегка прохладно 3 0,59 0,60 0,63 0,65 0,67 Комфорт 4 0,62 0,64 0,65 0,67 0,69 Слегка тепло 5 0,70 0,70 0,70 0,70 0,70 Тепло 6 0,79 0,77 0,74 0,72 0,72 Жарко 7 0,86 0,82 0,79 0,76 0,73 * Применительно к условиям, обеспечивающим испарение влаги, выделяемой человеком

Тепл оощуще ниє Накопление тепла, кДж Теплоощущенве Дефицит тепла, Дж Очень жарко

Жарко

Тепло

Комфорт 344

(предел физиологической переносимости 500)

До 344 * 208 » 126 Комфорт

Прохладно

Холодно

Очень холодно До 126 203 450

740

(предел физиоло-гической перено-симости) AQT.c = C[A/M(/a, /с) K+tc.K(l—K)l

Изменение теплосодержания рассчитывается по отношению к его исходным показателям, определенным в условиях теплового комфорта у человека, находящегося в состоянии относительного физического покоя в положении сидя. В случае невозможности обеспечения данных условий до начала проведения исследований в качестве комфортной (для состояния относитель-ного покоя) ректальная температура тела принимается равной -37,1 °С, подмышечная — 36,6 °С, слухового прохода — 36,8 °С, подъязычная — 36,9 °С, средневзвешенная кожи — 33,2 °С, а К— =0,61.

Изменения теплосодержания в организме человека во взаимосвязи с теплоощущениями приведены в табл. 2.4.

Значение дефицита тепла в организме позволяет судить о степени его охлаждения и перегревания, прогнозировать время пребывания в различных метеоусловиях, оценивать эффектив-ность одежды, защищающей человека от перегревания или ох-лаждения.

Некоторые авторы [2.5] в качестве показателя теплового состояния человека используют теплосодержание организма QTс- Теплосодержание QT.c= 121,5—125,7 кДж/кг оценивается как оптимальное, QT.c=135 кДж/кг — как предельно допустимое.

Тепловой поток. Одним из показателей, позволяющим косвенно с учетом фактора времени судить о тепловом состоянии человека , является плотность теплового потока с поверхности его тела q,Вт/м2, который отражает сумму потерь тепла радиацией и конвекцией. Она определяется на тех же участках тела, что и температура кожи. Аналогичным образом устанавливается И средневзвешенная плотность теплового потока qc.п.

В табл. 2.5 приведены полученные экспериментально средневзвешенные плотности теплового потока, позволяющие судить Энерготраты, Вт Теплоощущение и время его появления 104—128 290—325 406—464 580—700 Комфорт (длительный) 41±2 lOOdfclO 188±20 222±26 Прохладно через 1 ч 77±10 137±5 230 ±18* 282±20* Холодно через 1 ч на 5-й минуте 120+10 164±8 318±10 318±5 на 60-й »

•Субъективная непереносимость через 105±5 154±7 300±10 300±10 3±0,5 ч на 5-й минуте 145±5 — — — на последней минуте Субъективная непереносимость через 123±5 — — 1+0,2 ч на 5-й минуте 198±10 -— — на последней минуте Субъективная непереносимость через 166±5 — — Ю,75±0,2 ч иа 5-й минуте 258± 11 — — на' последней минуте 227±8 — — * Теплоощущение «прохладно» появляется в области кистей.

о времени появления тех или иных теплоощущений у человека в зависимости от его физической активности. Однако следует учитывать что при прогнозировании времени пребывания чело-века на холоде имеют значение не только средневзвешенные, но и локальные уровни теплопотерь, которые могут обусловить не-приятные теплоощущения на том или ином участке тела.

В указанной таблице приведены данные теплового потока на пятой минуте и в конце воздействия холодового фактора. Сте* пень снижения за этот период времени плотности теплового потока свидетельствует о выраженности физической терморегуля-ции.

Данные, приведенные ниже, характеризуют топографию плотности теплового потока, %, при ходьбе человека в состоянии теплового комфорта: Голова Туловище Плечо Кисть (тыльная сторона) Бедро Голень Стопа

(тыльная

сторона) 18,1 21,5 7,8 6,4 20,6 16,9 8,4 Комфортный уровень плотности теплового потока, Вт/м2, при соответствующей физической активности человека может быть определен из следующего уравнения:

Рис. 2.2. Работоспособность при различном теплосодержании организма человека (по данным С. П. Райхмана)

121,51123,61125,7127,8129,85131,93 134,08 ТеллослЗержание, лД/к/кг

движений, увеличение массы одежды, несоответствие одежды эргономическим требованиям и т. д. Так, при увеличении массы зимней одежды с 4,3 до 6,5 кг энерготраты на выполнение одной и той же работы увеличиваются на 18%.

Установлено, что производительность труда каменщиков зимой на 13 % ниже, чем летом, что связано и с ограничением движений при ношении зимней одежды.