Критерии оценки теплового состояния человека
Сохранение нормального теплового состояния человека – одна из главных функций одежды. Поэтому показатели и критерии данного состояния следует считать основой гигиенической оценки одежды.
Исследованиями советских и зарубежных учёных определены основные критерии оценки теплового состояния человека, по которым можно судить о соответствии одежды условиям её эксплуатации. Важнейшими из них являются тепловые ощущения человека, температура тела, средневзвешенная температура кожи и её топография, средневзвешенный тепловой поток и его топография, величина влагопотерь, гемодинамические показатели (частота пульса, артериальное давление), теплосодержание и его изменение в организме (дефицит и накопление). Для оценки одежды используются и показатели микроклимата под одеждой. Косвенным показателем теплового состояния является работоспособность человека.
Тепловые ощущения человека оцениваются по 7-балльной системе: 1 – ''холодно", 2 – "прохладно", 3 – "слегка прохладно", 4 – "комфорт", 5 – "слегка тепло", 6 – "тепло", 7 – "жарко".
При формировании тепловых ощущений человека терморецепторы подкожных вен обуславливают общее ощущение холода и тепла, а терморецепторы кожи – локальное. Но тепловые ощущения человека не могут служить единственным критерием соответствия одежды условиям её эксплуатации вследствие того, что они не всегда адекватно отражают тепловое состояние человека. Пример: тяжёлая физическая работа, нервно-эмоционольное напряжение.
Температура тела
Под температурой тела подразумевают температуру внутренних органов и тканей печени, мозга, желудка, лёгких, проксимального отдела прямой кишки. Косвенным показателем температуры тела является температура полости рта, подмышечной впадины, дистального отдела прямой кишки, слухового прохода (вблизи барабанной перепонки).
При равновесном динамическом состоянии процессов теплоотдачи и теплообразования в нормальных условиях внешней среды температура тела составляет 37,1°С В глубинных тканях она составляет 37,2°С. Температура тела сохраняется постоянной при нормальном функционировании механизма терморегуляции. Если одежда не соответствует условиям окружающей среды и уровню энергозатрат человека настолько, что механизм терморегуляции не в состоянии сохранить тепловой баланс, происходит изменение температуры тела.
Температуру тела t, соответствующую комфортным тепловым ощущениям, определяют:
tр = 36,61 + (0,007Qэ.т)/S,
гдеQэ.т – энергозатраты, Вт.; S – поверхность тела, м2.
Значение температуры тела необходимо как для косвенной оценки соответствия одежды условиям её эксплуатации, так и для расчёта средней температуры тела, используемой для определения степени нарушения теплового баланса организма (дефицита и накопления тепла в организме).
Температура тела может быть измерена в прямой кишке (ректальная, tр) на глубине 10÷15 см, под языком (оральная, tо) и под мышкой (подмышечная, tм).
Ректальная температура может быть вычислена на основании известных значений оральной и подмышечной:
tр = 0,65tо + 13,6,
tр = 0,51tм + 19,0.
3.2.2. Температура кожи
Температура кожи наиболее тесно коррелирует с теплоощущениями человека и может служить показателем теплового состояния организма.
Наиболее правильное представление о тепловом состоянии человека даёт средневзвешенная температура кожи tс.к., учитывающая площадь участков тела с неодинаковой температурой:
tс.к = (Si ti)/S,
tс.к = 0,088tл + 0,34tт + 0,134tпл + 0,045tк + 0,23tб + 0,0644tс,
где tл, tт, tпл, tк, tб, tс – соответственно температура кожи: на лбу, туловище, плече, кисти, бедре, стопе.
Комфортный уровень средневзвешенной температуры кожи применительно к уровню энергозатрат может быть определён из уравнения:
tс.к = 36,07 – 0,0354(Qэ.т/S),
где Qэ.т – энергозатраты, Вт; S – поверхность тела, м2.
Истинность средневзвешенной температуры кожи при прочих равных условиях зависит от числа взятых точек на поверхности тела человека.
Вообще предложено свыше 15 систем измерения tс.к. Наиболее точной и практически удобной является 11-точечная система, предложенная Рамзаевым П. В. Размещение температурных датчиков на поверхности тела показано на рис. 3.
Общее ощущение тепла коррелируется со средневзвешенной температурой кожи, а локальные ощущения обусловлены температурой кожи этих участков. Поэтому tс.к не всегда является достаточно точным показателем теплового состояния человека, особенно при неравномерном его утеплении, т. к. в ней усредняется температура кожи 2-х принципиально различно регулирующих областей: головы и туловища и конечностей.
Испытания показали, что наиболее значительное снижение температуры кожи наблюдается в области стоп и кистей, наименьшее – в области головы.
Различия температуры кожи на различных участках поверхности тела обусловлены особенностями системы кровообращения. На топографию температуры кожи влияет одежда, обувь, рукавицы, пол, вид деятельности и т. д. Сравнение локальных величин температуры кожи у лиц, оценивающих свои теплоощущения как "комфорт", показывает, что у раздетых людей наиболее высокая температура кожи наблюдается в области головы, у одетых – в области туловища (табл. 3, 4).
Таблица 3
Температура кожи человека, °С, при комфортных тепловых
ощущениях
| Участок поверхности тела | Без одежды | В одежде | ||||||||
| домашней | в зимней | |||||||||
| в комбинезоне | в пальто | |||||||||
| Голова (лоб) | 34,9 + 0,07 | 33,8 + 0,15 | 34,5 + 0,15 | 34,8 + 0,17 | ||||||
| Туловище | 33,3 + 0,25 | 34,2 + 0,26 | 34,6 + 0,21 | 34,4 + 0,37 | ||||||
| Плечо | 34,0 + 0,21 | 33,8 + 0,2 | 33,4 + 0,13 | 32.6 + 0,15 | ||||||
| Кисть (тыльная сторона) | 34,6 + 0,17 | 33,1 + 0,21 | 33,6 + 0,4 | 31,2 + 0,46 | ||||||
| Бедро | 32,9 + 0,27 | 33,0 + 0,25 | 33,4 + 0,22 | 31,4 + 0,26 | ||||||
| Голень | 33,9 + 0,3 | 33,2 + 0,31 | 33,8 + 0,13 | 29,1 + 0,36 | ||||||
| Стопа (тыльная сторона) | 33,3 + 0,47 | 31,0 + 0,43 | 31,6 + 0,7 | 27,5 + 0,95 | ||||||
Таблица 4
Температура кожи, °С, у мужчин и женщин без одежды
| Часть тела | Теплоощущения | ||||
| "комфорт"(t = 28°С) | "прохладно" (t = 22°С) | ||||
| мужчины | женщины | мужчины | женщины | ||
| Голова (лоб) | 34,8 + 0,1 | 34,8 + 0,24 | 33,0 + 0,15 | 33,3 + 0,35 | |
| Туловище | 33,5 + 0,11 | 33,9 + 0,16 | 31,6 + 0,14 | 31,3 + 0,33 | |
| Плечо | 34,5 + 0,16 | 33,9 + 0,8 | 32,2 + 0,18 | 30,7 + 0,28 | |
| Кисть | 33,1 + 0,1 | 33,8 + 0,34 | 29,5 + 0,4 | 29,4 + 0,74 | |
| Бедро | 32,3 + 0,13 | 32,0 + 0,24 | 30,4 + 0,22 | 29,6 + 0,22 | |
| Голень | 32,3 + 0,13 | 32,0 + 0,24 | 30,2 + 0,17 | 29,2 + 0,22 | |
| Стопа | 34,6 + 0,29 | 32,1 + 0,54 | 30,1 + 0,4 | 27,8 + 0,64 | |
Различия в топографии температуры на участках тела человека важно учитывать не только при физиолого-гигиенической оценке одежды, но и при проектировании толщины пакета материалов на различных участках тела.
Потоотделение
Как мы уже говорили, в условиях теплового комфорта и охлаждения человек, находящийся в состоянии относительного физического покоя, теряет влагу через кожу путём диффузии водяных паров.
При перегревании и выполнении человеком мышечной работы включается один из наиболее мощных механизмов терморегуляции – потоотделение.
Наличие потоотделения у человека определяется визуальным, калориметрическим и электрометрическим способами. Каждый из этих методов имеет и свои особенности, преимущества, недостатки и границы использования.
Реакция сердечно-сосудистой системы на термическое
воздействие внешней среды
При оценке теплового состояния организма человека необходимо учитывать, что перегревание или охлаждение организма вызывает нарушения деятельности в сердечно-сосудистой системе. При охлаждении организма наблюдаются спазмы периферических сосудов, повышение артериального давления и некоторое уменьшение частоты сердечных сокращений. При перегревании организма отмечается уменьшение диастолического давления (давление в аортах). Отсутствие измерения артериального давления по сравнению с величинами, зарегистрированными в условиях теплового комфорта, свидетельствует о хорошей переносимости человеком тепловой нагрузки. Наличие выраженных изменений указывает на пониженную переносимость.
Наряду с изменениями артериального давления происходит учащение сердечных сокращений. Эти реакции свидетельствуют о значительном напряжении сердечно-сосудистой системы. Они обычно наступают у людей, находящихся при температуре воздуха +35°С и выше.
При оценке теплового состояния человека следует учитывать интенсивность физической деятельности, оказывающей непосредственное влияние на частоту сердечных сокращений.
Лекция 3