Прохоров В.Т. Особенности защиты человека от воздействия низких температур

Подождите немного. Документ загружается.

111

Т а б л и ц а 2.2

Характеристика климатических зон России, для населения кото-

рых требуется утепленная обувь

Продолжительность

(в днях) периодов

Территория основных

климатических зон Рос-

сии

холод-

ного

пере-

ходного

теп-

лого

Средняя

темпера-

тура са-

мого хо-

лодного

месяца

(январь)

в град

Мини-

мальная

темпе

ратура

в град.

I (А и Б) – территория

особой и высококачест-

венной одежды и особо

утепленной обуви

А – Арктические острова

и восточная часть тундры

Б – территория ультра-

континен-тальной тайги,

Камчатки, северного Са-

халина,

побережья Охотского

моря

260-

280

200-

220

20-30

60-80

80-90

70-90

от -20

до –40

от -25

до -50

-50

абсолютный

минимум

–70

II- территория преиму-

щественно обычной ме-

ховой

одежды и утепленной

обуви

180-

200

70-120 60-80

от -15

до -30

III (А и Б) - территория

преимущественно теплой

ватной одежды зимой –

континентальные районы

таежной

лесной, степной и пус-

тынной зон (с холодной

зимой) и

южный Сахалин

140-

160

60-90

140-

160

от -07

до -15

на западе от

–50 до –55,

на востоке

от –50 до –

II климатическая зона характеризуется резко континентальным

климатом с холодной зимой и продолжительным холодным периодом,

в течение которого средняя месячная температура остается ниже нуля,

с четко выраженными переходными периодами. Отдельные показате-

112

ли, характеризующие климат данной зоны, отличаются разнообрази-

ем. Наиболее низкие температуры воздуха зимой в Забайкалье, одна-

ко, при менее сильных ветрах, чем в других районах этой зоны. Ско-

рость ветра зимой на западе этой зоны составляет в среднем 5-6 м/сек

и постепенно повышается от запада на восток. Сильные ветры и

снежные бури наблюдаются зимой в Восточной Сибири, на Дальнем

Востоке. Количество осадков, выпадающих зимой в данной зоне, раз-

лично. Этим определяется различная высота снежного покрова (30-70

см).

III климатическая зона характеризуется умеренно холодной

зимой. В холодный период года на этой территории бывают оттепели,

особенно в западных и центральных районах европейской территории

России. В отдельные периоды наблюдаются понижения температуры,

которые в ряде районов достигают от минус 35 до минус 40

С и ниже.

В зимний период года наблюдаются ветры. Скорость ветра зи-

мой составляет 4-5 м/сек, однако наблюдается и повышение скорости

ветра до 7-8 м/сек. Скорость ветров и частота их повторяемости по-

вышаются с востока к западу указанной зоны. Влажность воздуха зи-

мой выше, чем во II зоне и повышается от востока к западу, от мате-

рика к побережьям морей.

Наряду с характеристикой основных климатических зон, ука-

занных в таблице 2.2, в которых требуется утепленная обувь для нос-

ки зимой, следует дать краткую характеристику IV климатической зо-

ны. В этой зоне хотя и не требуется теплой специальной одежды и

обуви зимой, но в связи с большой влажностью воздуха и почвы мо-

жет наблюдаться значительное охлаждение ног.

IV климатическая зона характеризуется мягкой (район А) и

очень мягкой (район Б) зимой. Средняя температура января (в районе

113

А) составляет от 0 до минус 5

С. Снежный покров неустойчив, и про-

должительность времени со снежным покровом в году изменяется от

20 до 60-100 дней. Специфические условия носки обуви в этих рай-

онах создаются частыми оттепелями и обводненностью почвы зимой,

значительной сыростью грунта при большом количестве осадков в пе-

реходные периоды (особенно осенью).

Специфические условия каждой среды неодинаково влияют на

организм человека. Поэтому рассматривать специфические условия

среды следует отдельно, чтобы выявить особенности требований к

защитным свойствам обуви.

В различных климатических условиях температура нижних

конечностей человека колеблется в больших интервалах, значительно

превышая диапазон колебаний температуры тела.

В тех районах, где морозы чередуются с оттепелями, влажная

вязкая почва или мокрый снег интенсивно охлаждают стопу при про-

мокании обуви. В этих условиях с поверхности обуви вытесняется по-

граничный слой воздуха, который играет положительную роль в эко-

номии тепла организмом. Основное требование к конструкции обуви

для первых трех климатических зон – предохранение ног от переох-

лаждения.

Таким образом, определение основных требований к теплоза-

щитным свойствам обуви позволит разработать рациональный ассор-

тимент обуви для населения, проживающего в различных климатиче-

ских условиях.

2.2 Человек в условиях холода

Жизнедеятельность человека неотрывно сопряжена с тесным

контактом с окружающей средой. Чрезмерные тепло и холод оказы-

114

вают на него негативное действие, а порой и становятся причиной, ко-

торая препятствует нахождению человека в этих условиях. Охлажде-

ние организма в процессе производственной деятельности приводит к

снижению работоспособности человека, что может быть вызвано не-

достаточными или избыточными свойствами одежды и обуви. Угроза

потери работоспособности может исходить и из-за чрезмерного нако-

пления тепла или его дефицита в организме человека [7,66,64,80,23].

При нахождении человека в среде, имеющей температуру, от-

личную от температуры тела человека, между его организмом и окру-

жающей средой происходит постоянный теплообмен. Влияние внеш-

ней среды вызывает в организме ответные физиологические реакции,

способствующие поддержанию наиболее благоприятных для него ус-

ловий.

Стабильная температура внутренних жизненно важных орга-

нов при изменениях температуры внешней среды сохраняется благо-

даря присущим организму физиологическим механизмам, регули-

рующим образование и отдачу тепла, – химической и физической

терморегуляции. Химическая терморегуляция является основной [26,

64]. Она базируется на изменениях обменных процессов, происходя-

щих в мышцах (в результате произвольных и непроизвольных сокра-

щений) и во внутренних органах. У обнаженного человека в покое

прирост обменных процессов при понижении внешней температуры

на 1°С составляет около 10%, а при интенсивном охлаждении он мо-

жет возрасти в 3 раза по сравнению с уровнем основного обмена. Раз-

личные виды сократительной деятельности мышц дают следующий

прирост теплопродукции (в % к основному обмену):

терморегуляторный тонус 30-45

дрожь 48

115

физическая работа 20

Теплопродукция человека определяется в зависимости от вы-

полняемых им видов работ и измеряется в ваттах, причем различается

в зависимости от возраста, как для мужчин, так и для женщин, что

представлено в таблице 2.3 [50].

Т а б л и ц а 2.3

Теплопродукция человека (Вт) в зависимости от возраста и пола

Возраст

в годах

Мужчины/

Мальчики

Женщины/

Девочки

Возраст

в годах

Мужчины

Женщины

4-8 61,5 57,2 20-30 45,56 41,19

8-12 56,2 53,5 30-40 44,66 40,82

12-16 52,1 46,17 40-50 42,68 41,24

16-18 49,54 43,03 50-60 41,26 38,73

18-20 46,57 42,33 60-70 40,3 37,8

Рассматривая физическую работу как источник теплопродук-

ции, нельзя не отметить ее малую эффективность, т.к. большая часть

энергии здесь расходуется на механическую энергию. При физиче-

ской работе усиливается приток крови к работающим мышцам, в ре-

зультате усиливается теплоотдача (в 2-3 раза) и ухудшаются тепло-

изолирующие свойства тканей [50].

Наиболее эффективным источником теплопродукции является

терморегуляторный тонус и дрожь. Они характерны для относительно

умеренного охлаждения. Интенсивность его коррелирует с величиной

холодового воздействия. При тонусе имеет место незначительный

приток крови к мышцам, в связи с чем теплоизоляция тканей практи-

чески не меняется. Кроме того, локализация тонуса в определенных

116

областях тела (шея, голень) исключает значительные потери тепла в

результате влияния «продольного градиента» температур [50].

При более сильном охлаждении к тонусу присоединяется

дрожь, которую можно рассматривать как приступ озноба, причем он

может быть различным: от очень слабого до очень сильного. Следует

подчеркнуть, что при появлении дрожи терморегуляторный тонус не

исчезает. К.П. Иванов установил [50], что он проявляется в промежут-

ках между приступами дрожи, как бы заполняя появившиеся паузы.

Во время дрожи не совершается внешней работы, и вся энергия мы-

шечного сокращения переходит в тепло. Энергетически интенсивная

холодовая дрожь эквивалентна работе средней тяжести.

Дрожь концентрируется в мышцах проксимальных отделов те-

ла и не распространяется на периферию. При ее возникновении воз-

растает кровоток в мышцах, что приводит к увеличению теплопро-

водности тканей, расположенных над дрожащими мышцами, а, следо-

вательно, к повышению теплоотдачи в окружающую среду. В резуль-

тате снижается эффективность дрожи как источника теплопродукции.

Процессы образования тепла в мышцах и во внутренних орга-

нах протекают параллельно, однако, в случае острых холодовых реак-

ций на первый план выступают мышцы, которые компенсируют ох-

лаждение организма повышенной продукцией тепла. В условиях от-

носительного покоя основную часть тепла продуцируют внутренние

органы.

117

Т а б л и ц а 2.4

Коэффициенты теплопроводности по В.Байеру Вт/(м·К)

Ткани человека

Коэффициент теплопроводности

по В.Байеру, Вт/(м·К)

Кожа (при слабом кровотоке) 0,314

Кожа (при сильном кровотоке) 0,147

Мышцы (в отсутствие кровотока) 0,461

Мышцы (при нормальном кровотоке) 0,533

Мышцы (при сильном кровотоке) 0,628

Изолированная кожа (эпидермис) 0,336

Теплосодержание организма претерпевает весьма заметные

колебания вследствие неравенства теплопродукции и теплоотдачи.

Образующееся в «ядре» тепло путем конвективного переноса кровью

и проведения тепла тканями подводится к «оболочке». Оба процесса

теплопередачи осуществляются одновременно. Основную транспорт-

ную роль в процессе передачи тепла играет конвективная теплопере-

дача. Второй путь − проведение − менее значительно, так как тепло-

проводность тканей (в отсутствии кровотока) сравнительно невелика

[64].

Как видно, процессы теплопередачи в тканях в первую оче-

редь зависят от их кровоснабжения. Кожа и мышцы при слабом кро-

вотоке по теплопроводности отличаются друг от друга на 0,147

Вт/(м·К). Теплопроводность кожи при сильном кровотоке (по сравне-

нию с малым) увеличивается почти в 5 раз, в то время как теплопро-

водность мышц − всего на 36%. Это указывает на то, что перенос ос-

новной доли тепла на поверхность происходит за счет кровотока.

Остановимся несколько подробнее на важных с точки зрения

теплообмена особенностях кровообращения в конечностях. По дан-

118

ным Clara (1939), количество артерио-венозных анастомозов состав-

ляет на 1 см² в ногтевом ложе 500, в кончике пальцев − 236 и в про-

ксимальной фаланге − 93. Таким образом, в конечностях создаются

условия для противотока в рядом расположенных артериях и венах.

«Противоточная система» играет существенную роль в теплообмене

конечностей, так как стенка вены обогревается тесно прилегающим к

ней теплым артериальным стволом. Поэтому даже при существенном

охлаждении конечностей в центральные части поступает сравнитель-

но теплая кровь, и температура ядра не снижается [7].

Процессы теплопередачи в тканях и теплоотдачи в окружаю-

щую среду можно выразить количественно. А. Бартон и О. Эдхолм [7]

в соответствии с законом Ньютона представляют эти потери следую-

щим образом:

0 B

−

(2.2)

где

−

теплоотдача, Вт;

−

поверхность тела, м²;

−

температура кожи, °С;

−

температура воздуха, °С;

−

теплоизоляция одежды;

−

теплоизоляция воздуха.

Эта формула правомерна для условий, когда испарение, как

один из путей теплоотдачи, отсутствует. Отдаче тепла во внешнюю

среду предшествует процесс его поступления от «ядра» к «оболочке»

тела. Этот процесс складывается из теплопроводности самих тканей и

переноса тепла кровью. Отношение наружного градиента температу-

ры

)(

."" средыоболоч

−

к внутреннему градиенту

)(

.""."" оболочядра

−

119

получило название «индекса циркуляции тепла» [7]. Это отношение

определяется в первую очередь интенсивностью потока крови от «яд-

ра» к «оболочке». Последняя как бы приспосабливается к условиям

среды, меняя свою толщину за счет изменения кровотока, а, следова-

тельно, и теплоизолирующие свойства, включая в себя то более, то

менее глубоко расположенные ткани.

По расчетным данным, с поверхности стоп и кистей, состав-

ляющей около 10% общей поверхности тела, должно отдаваться более

половины всего тепла, образующегося в организме. Однако благодаря

физической терморегуляции этого не происходит. В случае, когда

температура кожи кисти при комнатной температуре снижается до

25°С, теплоотдача не становится больше, чем при температуре 28°С

(температурный градиент равен 6°С). При температуре окружающего

воздуха – 2°С кожная температура кисти может снизиться до 16°С и

теплоотдача в этом случае увеличится не в 6, а только в 3 раза по

сравнению с первоначальной (при 28° С). В результате сосудистых

реакций может возникнуть весьма высокий градиент температур меж-

ду «ядром» и «оболочкой» – так называемый поперечный градиент,

максимальная величина которого может достигать 12-15°С. В литера-

туре отмечается, что наибольшее сужение сосудов «оболочки» на-

столько же повышает теплоизоляцию «ядра», насколько обычный

костюм повышает теплоизоляцию кожной поверхности.

Кроме поперечного градиента существует продольный, кото-

рый особенно хорошо выражен в области конечностей. На этих участ-

ках тела перенос тепла осуществляется в основном не кондукцией, как

это имеет место в случае поперечного градиента, а путем переноса его

с кровью. Физиологическое значение продольного градиента в созда-

нии необходимой теплоизоляции организма огромно. Несмотря на то,

120

что в зависимости от температуры окружающей среды меняется ин-

тенсивность кровообращения в сосудах конечностей, существующий

физиологический механизм терморегуляции регламентирует поступ-

ление к ним охлажденной артериальной крови и тем самым повышает

теплоизолирующие свойства тканей этих участков тела. Отсюда ясно,

насколько более изменчива теплоизоляция, создаваемая тканями ко-

нечностей, по сравнению с теплоизоляцией туловища и сколь право-

мерно положение о том, что конечности являются теми областями, где

физическая терморегуляция наиболее совершенна. Другими словами,

значение продольного градиента намного выше поперечного[64].

Но важно знать не только характер и степень воздействия на

организм отрицательных температур, но и предельные возможности

человека переносить эти воздействия. Субъективным пределом пере-

носимости холода человеком, находящимся в покое, следует считать

жалобы на общее охлаждение. Доминирующими являются неприят-

ные ощущения в области дистальных отделов конечностей (стоп, кис-

тей). Субъективным пределом при выполнении тяжелой физической

работы являются в первую очередь болевые ощущения в дистальных

отделах конечностей. Жалобы на общее охлаждение при этом обычно

менее выражены. Пределы переносимости холодового воздействия

указаны в таблице 2.5 [2].