Владимир / Александр Стариковы - Физиология человека глазами физика

Теперь снова теплофизика. Что бы человек не чувствовал холода на морозе, масляной плёнки покрывающей кожу явно недостаточно, необходима ещё жировая прослойка между кожей и мышцами, «запирающей» лучистое тепло в ядре тела. Этот жир должен быть белого цвета, что бы отразить инфракрасные волны (лучистую энергию). Напротив кожа негров живущих в жарком климате покрыта чёрным пигментом – меланином именно для того, что бы «вытягивать» лучистую компоненту на поверхность кожи, в строгом соответствии с законом Стефана – Больцмана. Организм негров, живущих в жарком климате, стремиться усилить теплоотдачу тела, а у Северных народов всё наоборот, организм переключается на сохранение тепла. Всё это правильно, но человек пошёл по ложному пути теплообмена с окружающей средой – снижение теплоотдачи тела за счёт теплоизолирующей одежды и этим роковым шагом нарушил механизмы адаптации человека к холоду, а попросту выключил их из работы, что и привело к повышению температуры тела к запредельным значениям равным 37 о С и рассасыванию подкожной, жировой клетчатки. Если посмотреть на древние изображения людей живших в древнейшие времена, то рисунки художников и скульпторов запечатлели красивые округлые лица, как у младенцев, с плотной жировой прослойкой.

№8. КОЖА ЧЕЛОВЕКА КАК ЗАЩИТА ОТ ХОЛОДА.

Н. А. Данилова – 1977 г, приводит лабораторные исследования тепловых потерь, тела современного человека, (привыкшего к тепличным условиям) при температуре воздуха +20 о С: 1. 31% – конвективные. 2. 44% – потери на излучение. 3. 22% – испарение пота. 4. 1.6% – нагревание пищи. 5. 1.3% – нагрев воздуха в лёгких. 6. 0.7% – потеря с выделениями. Далее она констатирует, что при низкой температуре воздуха для (обнажённого тела), происходит следующее: 1. Потение снижается до 0%. 2. Увеличивается выработка тепла тела за счёт дрожания мышц. 3. Уменьшается теплоотдача с кожного покрова (сужение сосудов кожи и клетчатки). Данный противоестественный процесс адаптации к холоду все мы неоднократно наблюдали у комнатных собак, которых хозяева тёплых квартир выводят на прогулку на мороз. В то же время уличные собаки с «удивлением» смотрят на своих теплолюбивых, сытых собратьев дрожащих от холода. Попробуем в первом приближении произвести анализ возможностей человеческого организма к адаптации к низким температурам окружающей среды, основываясь на знаниях законов термодинамики и физиологии человека. Во-первых, известно, что у обнажённого тела человека, при температуре воздуха минус 20 о С закрываются потовые железы, следовательно долю тепло-потерь = 22% на испарение пота, можно исключить из расчёта. Для блокирования тепловых потерь на излучение = 44% необходимо и достаточно наличие зеркальной поверхности кожных покровов, обеспечивающей полное отражение лучистого тепла. В данном случае, применительно к человеческому организму, роль зеркальной стенки, как у термоса, будет выполнять подкожный слой белого жира, и масляная плёнка покрывающая кожу, которая блестит на солнце как зеркало, а так же отсутствие пигмента – меланина в слоях кожи – белокожих северян (белый цвет отражает). Эти свойства кожных покровов, адаптированного к холоду человека, позволят отразить внутрь инфракрасное тепло, идущее из сердцевины тела. Конечно, белый жир и масляная плёнка, это не зеркало, но всё же значительная доля лучистого тепла отразится от них и останется в организме. У Порфирия Иванова, адаптированного к низким температурам, кожа тела была красивого бронзового цвета. Каков будет процент тепловых потерь от лучеиспускания в реальных условиях, может дать ответ только эксперимент. Примем, в первом приближении, что часть отражённого лучистого тепла (допустим 50%), осталась в организме, отразившись от белого жира подкожной клетчатки и поверхностных слоёв белой кожи. Тепловыми потерями, на нагрев воздуха в лёгких = 1,3%, (при комнатной температуре) и 0,7% потерь с выделениями, в первом приближении можно пренебречь, ввиду их незначительной доли и остаются главные потери на конвекцию (молекулярный перенос теплового потока) = 31%. Оценим абсолютную величину тепловых потерь от данной компоненты. Общие тепловые потери человека при комнатной температуре составляют при лёгкой работе – 175 ккал/час. Следовательно, тепловые потери на конвекцию составят – 54,3 ккал/час. Безусловно свободная конвекция, при отсутствии ветровой нагрузки, но при морозе минус 20 о С, составит уже величину на порядок большую чем 54,3 ккал/час (при комнатной температуре), ведь коэффициент теплоотдачи зависит в первую очередь от разности температур теплоотдающего тела и температуры окружающего воздуха, а во вторых от скорости обтекания воздуха вокруг тела, и в третьих от степени относительной шероховатости теплоотдающей поверхности, в данном случае человеческой кожи. Но в этом и заключается «секрет» человеческой кожи, снаружи покрытой тонкой масляной плёнкой! Её относительная шероховатость приближается к «О», что резко снижает коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене. Кроме этого масляная плёнка служит зеркалом, отражающим лучистый поток тепла от ядра тела. Нетрудно увидеть в этих трёх «зеркалах»: – подкожный слой жира, с одной стороны, поверхностной масляной плёнки с другой, и белый цвет кожи с третьей, конструктивную схему термоса, надёжно запирающего тепло внутри живого организма. Но, необходимо ещё одно условие, что бы обнажённый человек чувствовал себя комфортно на морозе, а не дрожал от холода, пытаясь дрожью согреть кожные покровы. Для выполнения этого требования необходимо, что бы холодовые рецепторы кожи не давали сигнала к центральным мозговым структурам. Это условие будет выполняться, если средняя температура кожи адаптированной к холоду, будет равна +20 —24 о С (температура кожи у частей тела, покрытых одеждой, в среднем равна 33,2 – 33,5 о С). В то же время эмпирически доказано, что при температуре тела +33 о С, продолжительность жизни человека увеличится до 700 лет. Это не случайные совпадения! Для определения теплового потока от обнажённого тела человека можно конечно применить сложные уравнения, но даже эти расчёты не будут соответствовать действительности, по той лишь причине, что мы имеем дело с живым организмом, а не с ведром тёплой воды. Проведём ориентировочный расчёт тепло-потерь по формуле «Фурье», задавшись внутренней температурой слоя кожи человека = +33 о С (средняя температура тела гипотетических долгожителей). Тогда, для средней температуры кожи = +20 о С, наружная температура поверхности тела будет = +7 о С. Толщину кожного покрова (Б),примем равной 1 см. Коэффициент теплопроводности сухой кожи Y к = 0,137 ккал/м. час. град. Определим в первом приближении коэффициент теплопроводности реальной (не сухой) кожи человека на основании уравнения №1. Q = F x K x (T 1 – T 2); T 1 – температура кожи человека = +30 градусов. Т 2 – температура наружного воздуха. F – поверхность человеческого тела (м2). К – коэффициент теплопередачи. Тепловые потери человека при лёгкой работе в помещении с температурой +20 градусов, равны: 90 ккал/ч. – (явные потери) и 85 ккал/ч – (скрытые потери), – потери тепла на испарение пота (В. М. Гусев – 1961 г). К = Q / F х (Т 1 – Т 2) = 175 / 2 х (30 – 20) = 8,75 (ккал / м 2 Час Град). К = 1 / Б: Yк.,Откуда: Yк = Б х К. Yк = 0,01 х 8,75 = 0,088 (ккал / м. час. град). Yк – практически совпадает с табличным значением для сухой обезвоженной кожи, равным 0,137 (кожа применяемая в технике). Посмотрим, что произойдёт с обнажённым современным (тепличным), человеком при морозе – минус 20 градусов. Q* = 2 х 8,75 х {30 – (– 20)} = 875 (ккал/ч). Это огромные тепловые потери для организма человека, при которых через 20 – 30 минут человек замёрзнет! Но, Порфирий Иванов, при такой температуре наружного воздуха ходил целый день, в одних шортах – босиком. В чём здесь дело? Чего-то не хватает нашему термосу? Безусловно, коэффициент теплопроводности кожи очень велик. Вот, если бы коэффициент теплопроводности кожи был бы равен коэффициенту теплопроводности хотя бы воздуха: Yв = 0.02, тогда бы был другой результат, вписывающийся в граничные условия для живого организма.