Процессы теплообмена очень важны для жизнеобеспечения организма. Поддержание постоянства температуры организма (температурный гомеостазис) является необходимым условием жизни человека. В этой связи все процессы, отображенные в уравнении теплового баланса, имеют надежную регуляцию. Различны механизмы химической и физической терморегуляции.
Под химической терморегуляцией понимают возможные усиления или ослабления теплопродукции (М) за счет изменения интенсивности окислительных процессов. Химическая терморегуляция обеспечивается влиянием на обмен веществ (метаболизм). Сам по себе метаболизм очень важен для организма, и его изменение в условиях поддерживаемой определенной температуры, является крайне нецелесообразным. Организм прибегает к химической терморегуляции только в особых случаях.
В обычных условиях основным способом поддержания температуры является физическая терморегуляция, то есть, регуляция температуры за счет следующих механизмов теплоотдачи: QT, QC, QR, QE.
Теплообмен организма с окружающей средой происходит на поверхности тела. Коэффициент теплопроводности живых тканей имеет низкое значение, поэтому роль теплопроводности в отведении тепловой энергии от внутренних органов к поверхности кожи и к слизистым оболочкам - невелика.Основное значение в этом процессе, то есть, в обеспечении терморегуляции внутренних органов, принадлежит кровообращению. Теплоемкость крови достаточно большая (как у воды), и нормальный кроваток достаточен для эффективного отвода тепла от внутренних органов к поверхности тела. Регуляция такого теплопереноса осуществляется главным образом за счет усиления или ослабления кровотока. Другими словами, посредством сосудистых реакций. При необходимости отдать большее количество тепла, кровеносные сосуды кожи и слизистых оболочек расширяются, что приводит к значительному увеличению массы циркулирующей в них крови, имеющей температуру внутренних органов, при этом возрастает и теплоотдача. Для уменьшения теплоотдачи происходит сужение кровеносных сосудов.У человека значительные потери тепла происходят через кисти рук и стопы ног. Так, при переходе от холода к теплу, кровообращение в руке человека увеличивается в 30 раз, а в пальцах - примерно в 600 раз.Испарение является наиболее эффективным способом теплообмена организма при высокой температуре. Физическое терморегулирование является многофакторной системой, которая весьма эффективно обеспечивает постоянство температуры организма. Многофакторность позволяет регулировать температуру тела в различных условиях, при исключении одних механизмов, работают другие.В биофизике, физиологии и медицине теплопродукцию принято называть энерготратами организма. Энерготраты сильно изменяются в зависимости от условий, в которых находится организм, и в зависимости от характера его деятельности, так как все это влияет на обмен веществ. Для оценки функциональное состояние организма, необходимо создание стандартных условий, при измерении его энерготрат, то есть, при измерении величины тепловой энергии, выделяемой организмом в окружающую среду. За стандартные условия приняты такие, при которых энерготраты организма минимальны. Для этого нужно исключить влияние тех факторов, которые усиливают энергообмен, в частности: мышечная работа, прием пищи, эмоциональное напряжение, отклонение температуры и влажности за пределы зоны комфорта и т.д.Величину основного обмена (энерготрат) целесообразно измерять в состоянии бодрствования (не во время сна), но пациент должен спокойно лежать в постели. Процедуру рекомендуется проводить рано утром (5-6 часов утра), когда, в соответствии с суточным ритмом, интенсивность метаболизма самая низкая. За двое суток до измерения из рациона пациента исключается животная белковая пища. Измерение проводят натощак, то есть, через 12-14 часов после последнего приема пищи, при этом температура в помещении должна быть в пределах 20-22°С, а относительная влажность - 50-60 %. Величина теплопродукции измеряется несколько раз для получения статистически достоверного результата.
Так, у здорового мужчины среднего возраста (40-50 лет), средней массой 70 кг, основной обмен составляет 7800 кДж или 1800 ккал за сутки, или 1-1,2 ккал/кг•ч, что соответствует мощности - 90 Вт. Величина обмена с единицы поверхности человеческого тела составляет примерно 37 ккал/м2•ч, или 100 кДж/м2•ч. У женщин основной обмен на 7-10 % меньше. Основной обмен сильно зависит от возраста. У новорожденного он составляет 300 кДж/м2•ч, а к 70-80 годам понижается до 120 кДж/м2•ч.
Для определения энерготрат необходимо измерить количество тепла, выделяемое организмом в окружающую среду за определенный промежуток времени. Для этого применяют два метода: прямую и непрямую калориметрию.
В методе прямой калориметрии используются специальные физиологические калориметры, сконструированные таким образом, что в них можно помещать на нужное время животных или человека. Однако далеко не всегда можно реализовать прямую калориметрию. В частности, при изучении энергозатрат в ходе трудовой деятельности.Чаще всего используют непрямую калориметрию. Этот метод основан на исследовании газообмена организма. Установлено, что между объемом потребляемого организмом O2 и энерготратами существует линейная зависимость при фиксированных условиях. Коэффициентом служит так называемый калориметрический эквивалент O2, равный количеству тепла, которое образуется в организме при использовании 1 л O2 для окисления питательных веществ. Калориметрический эквивалент неодинаков при окислении Ж, Б, У, а то, какие вещества преимущественно окисляются в каждом конкретном случае, можно определить по дыхательному коэффициенту, который определяется, как объем выделяемого углекислого газа к объему поглощенного кислорода за один и тот же промежуток времени.Так, при преимущественном окислении углеводовдыхательный коэффициент (ДК) стремится к 1, а при окислении жиров, он имеет самые низкие значения, примерно 0,7. Существуют специальные таблицы и монограммы, при помощи которых можно определить величину кислородного эквивалента по найденному значению дыхательного коэффициента.
Таким образом, посредством газоанализа измеряются объемы поглощенного кислорода и выделяемого углекислого газа за одно и то же время. Взяв отношение второго к первому рассчитывают ДК. По ДК находят кислородный эквивалент. Умножив его на объем поглощаемого кислорода, определяют энерготраты за время эксперимента.
