Мобилизация организма. На что способно наше тело в экстремальных условиях

О принудительной конвекции говорят, например, когда человек подвергается воздействию сильного ветра. В этом случае конвекционная теплоотдача усиливается, потому что, во-первых, разрушается окружающий кожу пограничный слой воздуха. Во-вторых, отвод тепла от поверхности тела ускоряется благодаря ветру. Оба фактора способствуют быстрому охлаждению тела. При этом важную роль в теплоотдаче играют форма и размер корпуса. У маленьких организмов, таких как мыши, большая поверхность тела в отношении объема, а у слонов, наоборот, при большом объеме тела поверхность его невелика. Такие организмы защищены от переохлаждения, но легче перегреваются. У мелких организмов принудительная конвекция может быстро привести к нарушению теплового баланса.

Под теплопередачей понимают прямой транспорт тепла между двумя твердыми веществами, которые находятся в непосредственном физическом контакте. Поток тепла направлен от вещества с более высокой температурой к веществу с более низкой. Теплопередача между двумя предметами зависит от разницы их температур, эффективной площади соприкосновения, свойств материала и удельной теплопроводности. Тепло, передаваемое с кровью к поверхности тела, на границе с кожей выходит наружу путем теплопередачи, а затем за счет конвекции уносится потоком воздуха. Теплопередача играет важную роль во внешнем транспорте тепла только при непосредственном соприкосновении тела с материалами, обладающими высокой теплопроводностью, например с металлами. Незащищенный контакт может в этом случае мгновенно привести либо к обморожению, либо к ожогу – это испытывал практически каждый. Если зимой взяться голой рукой за металлический фонарный столб, можно за считаные секунды отморозить руку, а в иных случаях ладонь может примерзнуть к металлу. То же самое касается ожогов. Мы можем долго держать ладонь в нескольких сантиметрах над горячей плитой, потому что между ладонью и плитой находится теплоизолирующий слой воздуха; но непосредственный контакт с огнем в доли секунды приведет к сильному ожогу.

Таким образом, чем толще пограничный слой воздуха, окружающий тело, тем слабее теплообмен между телом и окружающей средой. Выбирая подходящую одежду, можно зимой увеличивать толщину этого слоя, а летом ее уменьшать. Здесь решающую роль играет количество воздуха, которое может удерживать одежда; поэтому пуховые куртки и одежда из полых полиэстеровых нитей «Дюпон» – такие теплые.

Еще один способ транспорта тепла – излучение. Если конвекция, теплопередача и отделение пота (испарение) представляются весьма наглядными физическими явлениями, то излучение этой наглядности лишено. Отложим книгу и поднесем ладони к щекам на расстояние приблизительно в сантиметр. За несколько минут мы ощутим, что щекам становится теплее. Это происходит оттого, что в воздухе между ладонями и щеками их инфракрасное излучение нагревает находящийся между ними воздух. Инфракрасное излучение – это электромагнитное излучение из спектра невидимых глазом лучей. Змеи и цихлилы относятся к немногим позвоночным животным, которые способны улавливать инфракрасное излучение и успешно пользуются этим на охоте. С точки зрения физики любое вещество, имеющее температуру выше абсолютного нуля (–273,15 °C), представляет собой источник электромагнитного излучения с определенной длиной волны. Длина волны зависит от температуры поверхности и обратно пропорциональна ей; то есть раскаленные, горячие предметы излучают более короткие волны, а холодные – более длинные. Люди и животные – относительно холодные объекты и испускают излучение длинноволнового спектра. Температура поверхности определяет не только длину испускаемых волн, но и скорость, с которой тело отдает энергию излучения. В состоянии покоя, при температуре воздуха 20–25 °C, низкой относительной влажности воздуха и малой скорости ветра от 50 до 60 % продуцируемого в организме тепла отдается в окружающую среду в форме инфракрасного излучения. Остальное тепло отдается телом приблизительно в равных долях за счет теплопередачи, конвекции и испарения пота. Потеря тепла за счет излучения зависит от величины температуры поверхности расположенных рядом предметов и стен относительно температуры поверхности тела. При прохладной температуре воздуха и при низкой температуре окон ширмы или занавески, поверхностная температура которых соответствует средней температуре в помещении, значительно снижают потери тепла организмом за счет излучения. Незащищенное воздействие на тело существенно более холодных предметов ведет к тому, что падает местная температура кожи, активируются ее холодовые рецепторы и происходит сужение кровеносных сосудов. Пораженные холодом участки кожи и подлежащие мышцы продолжают остывать. За этим следуют судорожное напряжение мышц, нарастающее ощущение холода и озноб. Впрочем, предметы с более высокой температурой за счет излучения вызывают ощущение тепла. Этот эффект используют для прогревания уха инфракрасной лампой при среднем отите или для согревания воздуха в доме с помощью инфракрасного излучателя на балконе.