Переохлажденных в экстремальных ситуациях 6 страница

Измерение только температуры «ядра» не позволяет установить истинную величину изменения теплосодержания. Вследствие теплообмена человека с окружающей средой происходит скрытое перераспределение температур между «ядром» и «оболочкой».

В условиях жизнедеятельности человека в СИЗ повышенная теплопродукция организма требует стимуляции механизмов тепло- и влаговыделения. Это достигается применением кондуктивного охлаждения тела или принудительной вентиляции подкостюмного пространства.

Кожный покров играет решающую роль в работе системы терморегуляции организма человека. Холодовые (≈10⁵ шт.) и тепловые (≈10⁴ шт.) рецепторы кожи, являясь индикаторами температурных условий на границе «тело человека – среда», оказывают через центральную нервную систему существенное влияние на теплопродукцию человека.

Поэтому интегральная по поверхности температура кожи (t_S) имеет существенное значение при оценке направленности и интенсивности теплообмена человека с окружающей средой.

Общая формула для расчета средней температуры тела

t_V = α t_Я + β t_S ,

где t_Я – температура «ядра;

t_S – температура «оболочки»;

α, β – коэффициенты, зависимые от условий теплообмена и связанные следующим образом: α + β = 1

В настоящее время известен ряд методов определения t_S. Как правило, эти методы основываются на измерении температуры кожи (t_К) в нескольких точках и последующем расчете средневзвешенной температуры кожи (t_С.В.К). Достоверность t_С.В.К. растет с увеличением количества точек измерения и степени, с которой каждая i–я выбранная точка отражает равновесную температуру i–той области (F_i) к общей поверхности тела человека (F_Ч).

Таким образом расчет t_С.В.К проводится согласно выражению:

t_С.В.К =∑ a_itк_i,

где ∑ α_itк_i принимается равной единице.

При определении α_i = F_i / F_Ч (1/100) обычно пользуются соотношениями площадей тела человека (табл.8.5).

Таблица 8.5.

Соотношение областей тела с общей поверхностью тела человека

Для измерения температуры биологических объектов используют медицинские термометры (биотермометры). Их конструкция зависит от области тела, в которой устанавливают датчики, а также от термометрического эффекта, на котором основан принцип работы термометра (тепловое расширение, изменение электрического сопротивления, тепловое излучение и др.).

На внутренней и внешней оболочках защитного костюма могут быть установлены датчики температуры, что позволит оценить имеющуюся термоэкспозицию, параметры термопередачи и судить о наличии механических дефектов в защитной одежде.

На защитной одежде также могут быть установлены элементы, чувствительные к прилагаемым усилиям, из определенных полупроводниковых материалов, которые позволяют определять параметры пульса и дыхания на груди, шее и руках. Это позволяет судить в том числе о наличии стресса у носчика одежды.

8.3.2 Методы определения теплопродукции человека

(биокалориметрия)

Наряду с биотермометрией, большую роль при изучении теплового состояния человека в СИЗ играют методы биокалориметрии, различные модификации которых служат для измерения энергозатрат, теплопродукции, тепло- и влаговыделений и структуры теплового баланса человека.

Изучение тепловых эффектов, протекающих в живом организме – теплопродукции и тепловыделений человека - осуществляют с применением методов прямой и непрямой (косвенной) калориметрии. В первом случае применяют биокалориметры различных типов: проточные, изотермические, статические, адиабатические, компенсационные, динамические и др. [27]. Указанные выше биокалориметры – это герметические камеры, рабочий объем которых зависит от размеров и характера движений исследуемого биологического объекта. Исследования в таких калоритмических системах проводятся в течение длительного промежутка времени.

Для обеспечения калоритмических исследований человека непосредственно в ходе его жизнедеятельности были предложены носимые биокалориметры (наземные, высотные и подводные). Конструкции данных биокалориметров при сохранении эффективной защиты от вредных факторов среды обитания человека (повышенного и пониженного барометрического давления, высоких и низких температур, радиации, химических веществ и др.), обеспечивают измерение показателей теплового состояния человека.

При проведении исследований энергообмена организма человека методом непрямой калориметрии (газового анализа) исходят из величины поглощения кислорода и его энергетической стоимости. В данном случае с учетом дыхательного коэффициента рассчитывают энергозатраты человека.

Для исследования энергозатрат организма могут использоваться специальные камеры, однако они не нашли практического применения вследствие их сложности и дороговизны. Более широкое распространение получили газоаналитические методы, согласно которым энергозатраты определяются объемом выдыхаемого воздуха с последующим анализом содержания в нем кислорода и углекислого газа.

Теплопродукцию Qт.п. рассчитывают исходя из энергозатрат Q_Э.Т и термического коэффициента полезного действия η. Энергозатраты Q_Э.Т устанавливают по количеству поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа.

Определяют дыхательный коэффициент как отношение объема выделенного углекислого газа (Vсо₂) к объему поглощенного кислорода (Vо₂) за это же время:

При окислении углеводов количество образовавшегося углекислого газа и количество затраченного (поглощенного) кислорода равны, следовательно, дыхательный коэффициент Д=1. При окислении жиров и белков дыхательный коэффициент будет ниже единицы. При окислении жиров Д=0,7; смешанной пищи - Д=0,85-0,9 [3].

По значению дыхательного коэффициента определяют теплотворную способность окисляемых в организме веществ. Для этого устанавливают тепловой эквивалент К (калорический коэффициент) 1 литра поглощенного кислорода.

Калорическим или тепловым коэффициентом называют количество тепла, освобождаемое при сгорании 1 г вещества [3]. Калорические коэффициенты основных питательных веществ таковы: для углеводов К=5 Вт, белков К=4,85 Вт, жиров К=4,7 Вт, смешанной пищи – К= 4,5 Вт.

8.3.3. Методы оценки потоотделений человека

К методам оценки потовыделений человека относят визуальный, калориметрический, электрометрический. Визуальный метод позволяет ориентировочно судить о потоотделении человека. Для количественного учета потоотделения может быть использована фильтровальная бумага, вата и др. (простое промокание). Метод неточен. Для повышения точности могут быть использованы специальные емкости с влагопоглощающим веществом. Эти емкости размещают на различных участках тела. Потоотделение определяют по приросту массы влагопоглощающего вещества.

Эффективность потоотделения – это отношение количества испарившегося пота к общему количеству влагопотерь. Влагопотери определяются взвешиванием одежды до и после эксперимента.

Согласно калориметрическому методу определяют интенсивность потовыделений по степени изменения цвета ряда химических веществ (например, лакмусовой бумаги, соединений йода, касторового масла и т.д.).

Калориметрический метод обладает невысокой точностью, статичностью, искажает картину процесса потовыделений в зоне контакта индикатора с поверхностью кожи, нет возможности количественно оценить потоотделение.

В соответствии с электрометрическим методом, количество выделившегося пота определяют как функцию изменения электропроводности кожи. При получении информации электрометрический метод является локальным.

Наиболее доступным из методов является взвешивание человека до и после эксперимента, по результатам которого оценивают влагопотери. При этом для взвешивания необходимо прерывать выполнение физической работы испытателем.

Общим недостатком этих методов является плохая их приспособляемость для использования в условиях СИЗ.

Ученые Гонконгского института текстиля и одежды сконструировали «теплокровный» манекен, который имитирует способность человека потеть. С использованием манекена создается возможность проверки того, как те или иные материалы реагируют на потоотделение людей. Температура манекена поддерживается на уровне 37^оС благодаря циркуляции горячей воды внутри него. Установленные датчики считывают показания интенсивности потоотделения в зависимости от влажности, температуры и давления в помещении, где проводятся испытания. Манекен предложен к использованию для испытаний одежды для отдыха, спорта, военной и космической экипировки [28].

8.3.4. Методы определения показателей микроклимата под одеждой

Микроклимат под одеждой оценивается: температурой, влажностью, скоростью движения воздуха под одеждой, вентилируемостью пододежного пространства.

Температуру воздуха между телом и одеждой измеряют с помощью термопар и металлических или полупроводниковых термометров сопротивления.

Влажность воздуха под одеждой определяют с использованием электропсихрометрического и сорбционного методов. Электропсихрометрический метод основан на измерении температуры по сухому и влажному термометрам, помещенным в пододежное пространство. Недостаток метода состоит в необходимости частого смачивания одного из термоэлементов, вследствие чего искажается микроклимат пододежного пространства.

Сорбционный метод основан на изменении электропроводности некоторых материалов в зависимости от изменения влажности окружающего их воздуха. В данном случае используют влагочувствительные пленки. В гигиенических исследований используют также цветовые гигрометры, действие которых основано на изменении цвета химических веществ при изменении относительной влажности воздуха. Однако время для принятия бумагой соответствующего цвета большое - от 30 минут до двух часов.

Вентилируемость одежды - обмен воздуха в ее порах, прослойках и пододежном пространстве. Определяется методом карбоксидометрии, в основе которого лежит поглощение углекислого газа химическими веществами. Вентилируемость может быть рассчитана:

- по содержанию углекислого газа в окружающем и пододежном воздухе и количеству углекислого газа, выделяемого через кожу за определенный интервал времени;

- по абсолютной влажности пододежного и окружающего воздуха и количеству влаги, удаленной из-под одежды путем вентиляции.

Для оценки уровня вентиляции воздуха под одеждой предлагается использовать следующую формулу:

W = q_вен - q_зак /q_обн - q_зак ,

где W – коэффициент эффективности вентиляции под одеждой,

q_обн – плотность теплового потока с обнаженной поверхности;

q_зак – плотность теплового потока с закрытой поверхности;

q_вен – плотность теплового потока при вентиляции.

Скорость воздуха под одеждой измеряют анемометрами. Измерение скорости движения воздуха под одеждой позволяет получить данные, основанные на сравнении степени замкнутости пододежного пространства в спецодежде различных видов и оценке эффективности использования в конструкции одежды вентиляционных отверстий и устройств.