Постоянство температуры тела в широких пределах колебаний метеорологических факторов, сопровождающих человека в течение всей его жизни, является необходимым условием жизнедеятельности организма. Это постоянство обеспечивается взаимообусловленностью физиологических и химических процессов, протекающих в теле человека и создающих равновесие между приходом и расходом тепла — тепловой баланс, в регуляции которого ведущая роль, как показали многочисленные опыты акад. К. М. Быкова и его учеников, принадлежит центральной нервной системе.
Указанный тепловой баланс организма осуществляется при помощи химической и физической теплорегуляции. При химической теплорегуляции происходят изменения интенсивности окислительных условий воздушной среды, питания и характера мышечной деятельности. Эти изменения происходят главным образом в скелетной мускулатуре и печени.
Прием пищи и следующие за ним процессы пищеварения, всасывания и ассимиляции вызывают на некоторое время увеличение теплопродукции. Наиболее же значительное повышение обменных процессов с резким возрастанием теплообразования имеет место при мышечной работе. Однако роль химической регуляций в тепловом равновесии организма с внешней средой невелика по сравнению с физической терморегуляцией, заключающейся в выделении тепла в окружающую среду в процессе жизнедеятельности организма. Как физическое явление теплоотдача осуществляется тремя путями — теплопроведением, излучением тепла и испарением влаги с поверхности кожи, легких и слизистых оболочек верхних дыхательных путей. Теплопроведение осуществляется благодаря передаче кожей тепла окружающему воздуху, который в нормальных условиях всегда имеет более низкую температуру, причем перенос тепла тем больше, чем выше разность температур кожи (31—33,5°) и воздуха и чем чаще происходит смена прилегающих к телу и поднимающихся вверх обогретых слоев воздуха притекающими холодными слоями (конвекция). Теплоизлучение обусловливается переносом тепла на более холодные окружающие предметы (например, на холодные стены) с помощью тепловых лучей, испускаемых телом человека, причем здесь также передача тепла происходит тем интенсивнее, чем больше разность температур кожи и окружающих предметов. Вот почему, находясь внутри помещения с холодными стенами, человек чувствует зябкость. Отдача тепла испарением происходит благодаря тому, что при переходе влаги с поверхности легких и кожи (пота) в водяные пары затрачивается тепло (скрытая теплота испарения). Так, на испарение 1 г воды требуется затрата около 0,6 ккал. Следует при этом иметь в виду, что стекание пота по телу каплями свидетельствует о недостаточной теплоотдаче.
Соотношение между отдельными путями теплоотдачи зависит в первую очередь от сочетания метеорологических компонентов. В нормальных условиях температуры и влажности при слабом движении воздуха человек в состоянии покоя теряет теплоизлучением около 45% всей вырабатываемой организмом тепловой энергии, теплопроведением (в основном конвекцией) — до 30% и испарением — до 25%. При этом в указанных условиях свыше 80% тепла отдается через кожу, примерно 13% через органы дыхания, около 4,7% тепла расходуется на согревание принятых пищевых продуктов и воды.
Реакция организма на изменения температурного фактора окружающей среды (и облучения) различна. При повышении температуры воздуха происходит расширение периферических кровеносных сосудов кожи и перемещение крови к периферии. Эти обстоятельства вместе с увеличением скорости кровотока и повышением температуры кожи обусловливают значительное увеличение отдачи тепла в основном с помощью теплопроведения и теплоизлучения. Однако преимущественная роль этих двух факторов проявляется в том случае, если внешняя температура не превышает 30°. При более высоких температурах главное значение приобретает отдача тепла испарением. Исследования установили, что если при температуре воздуха 15° количество воды, отдаваемой кожей человека, находящегося в состоянии покоя, составляет 30 г/час, то при повышении температуры до 30° испарение возрастает до 120 г/час. При этом, как оказалось, испарение с поверхности легких уменьшается (по отношению ко всему количеству испаряющейся влаги).
Реакция организма на понижение температуры окружающего воздуха носит иной характер. Здесь наблюдается сокращение кровеносных сосудов кожи и замедление скорости протекания через них крови, вследствие чего отдача тепла конвекцией и излучением уменьшается. При этом повышается теплопродукция благодаря увеличению общего обмена веществ в организме (химическая терморегуляция), а также в связи с тем, что одновременно возникают рефлекторные мышечные сокращения (дрожь), способствующие увеличению выработки тепла.
На теплорегуляцию организма большое влияние оказывает влажность воздуха. Как уже указывалось ранее, высокая влажность как при повышении, так и при понижении температуры воздуха нарушает самочувствие человека. Чем больше относительная влажность при данной температуре, тем меньше отдача тепла испарением. Когда влажность достигает 75—80% при температуре воздуха, близкой к температуре кожи (31—33,5°), и отдача большей части вырабатываемого организмом тепла осуществляется путем испарения, может наступить перегревание тела (гипертермия). В таких условиях регуляция теплообмена с внешней средой затруднена, а при полном насыщении вообще невозможна. Неблагоприятное воздействие на организм высокой относительной влажности при низких температурах обусловливается тем, что влажный воздух лучше проводит тепло, чем сухой, вследствие чего потери тепла в холодном влажном воздухе возрастают. В результате может наступить переохлаждение организма.
При пониженной температуре и высокой влажности существенную роль играет движение воздуха; чем оно больше, тем сильнее теплоотдача и тем больше охлаждение тела. Движение воздуха обусловливает подачу к телу человека все новых слоев воздуха, которые, приходя в соприкосновение с кожей, увеличивают отдачу тепла. При этом если температура воздуха ниже температуры кожи, то она происходит преимущественно путем конвекции, а если выше, то путем испарения. Таким образом, при низких температурах движение воздуха представляет собой неблагоприятный фактор, поскольку оно способствует переохлаждению, а при высоких температурах, наоборот, является благоприятным, поскольку усиление теплоотдачи способствует предупреждению перегревания. Однако если обтекающие тело человека токи воздуха будут иметь температуру выше температуры кожи, то движение воздуха может оказать не охлаждающий, а нагревающий эффект.
Что касается теплоизлучения, величина которого обусловливается наличием в окружающей внешней среде холодных ограждений и предметов, на которые организм излучает тепло, то гигиеническое значение этого вида теплоотдачи наиболее возрастает в том случае, если сочетание метеорологических компонентов создает условия для перегревания тела. Если же это сочетание таково, что способствует переохлаждению, то теплоизлучение усиливает отрицательное влияние метеорологических условий.
Установлено/что нарушения терморегуляции могут и не наступить, если температура воздуха равна 30° при относительной влажности 80—90% или 40° при относительной влажности 40—50%, однако эта верхняя граница допустимого сочетания метеорологических условий установлена для человека, находящегося в состоянии покоя, и значительно снижается при выполнении им физической работы.
В ряде случаев организм человека, несмотря на крайнее напряжение терморегуляционного аппарата, не в состоянии справиться с отдачей образующегося или полученного извне тепла, в результате чего происходит задержка тепла в организме, что может привести к возникновению ряда заболеваний.
Переохлаждение вызывает структурные изменения клеточных элементов, расстройства кровообращения и снижение иммунобиологических свойств организма. При местном охлаждении возможны отморожения рук, ног, ушей, носа, щек.
Профилактика перегревания и переохлаждения заключается главным образом в мероприятиях, с помощью которых может быть обеспечено создание комфортных тепловых условий путем применения рациональной одежды, обеспечения нормальных метеорологических условий в жилищах и прочих закрытых помещениях (о мероприятиях по борьбе с неблагоприятным микроклиматом рабочих помещений см. стр. 217), рационального питания и др. Чрезвычайно большое значение имеет закаливание организма.