Теплоизлучение и теплопроведение. Роль конвекции в теплообмене

Обновлено: 26.04.2024

Основная масса тепла образует-ся во внутренних органах. Поэтому внутренний поток тепла для удале-ния из организма должен подойти к коже. Перенос тепла от внутренних органов осуществляется за счет теплопроведения (таким способом пе-реносится менее 50% тепла) и кон-векции, т. е. тепломассапереноса. Кровь в силу своей высокой тепло-емкости является хорошим провод-ником тепла.

Второй поток тепла -- это поток, направленный от кожи в среду. Его называют наружным потоком. Рас-сматривая механизмы теплоотдачи, обычно имеют ввиду именно этот поток.

Отдача тепла в среду осуществ-ляется с помощью 4 основных меха-низмов:

Вклад каждого механизма в теплоотдачу определяется состоянием среды и скоро-стью продукции тепла в организме. В условиях температурного комфорта основная масса тепла отдается за счет теплопроведения, теплоизлучения и конвекции и лишь 19--20% -- с помощью испарения. При высокой температуре среды до 75--90% тепла отдается за счет испарения.

Теплопроведение -- это способ отдачи тепла телу, которое непосредственно контакти-рует с телом человека. Чем ниже температура этого тела, чем выше температурный гради-ент, тем выше скорость потери тепла за счет этого механизма. Обычно этот способ отдачи тепла ограничен одеждой и воздушной прослойкой, которые являются хорошими изолято-рами тепла, а также подкожным жировым слоем. Чем толще этот слой, тем меньше вероят-ность передачи тепла к холодному телу.

Теплоизлучение -- отдача тепла с участков кожи, не прикрытых одеждой. Происходит путем длинноволнового инфракрасного излучения, поэтому такой вид теплоотдачи еще называют радиационной теплоотдачей. В условиях температурного комфорта за счет этого механизма отдается до 60% тепла. Эффективность теплоизлучения зависит от градиента температуры (чем он выше, тем больше тепла отдается), от площади, с которой происходит излучение, от числа объектов, находящихся в среде, которые поглощают инфракрасные лучи.

Конвекция. Воздух, соприкасающийся с кожей, нагревается и поднимается, его место занимает «холодная» порция воздуха и т. д. Таким способом -- за счет тепломассапереноса отдается в условиях температурного комфорта до 15% тепла.

Во всех перечисленных механизмах большую роль играет кожный кровоток: когда его интенсивность возрастает за счет снижения тонуса гладкомышечных клеток артериол и закрытия артериовенозных шунтов -- отдача тепла существенно возрастает. Этому также способствует увели-чение объема циркулирующей крови: чем больше его значение, тем выше возможность переноса тепла в среду. На холоде происходят противоположные процессы -- уменьшается кожный кровоток, в том числе за счет прямого переброса артериальной крови из артерий в вены, минуя капилляры, уменьшается объем циркулирующей крови, меняется и поведенческая реакция: человек или жи-вотное инстинктивно занимает позу «калачиком», т. к. в этом случае площадь отдачи тепла уменьшается на 35%, у животных к этому добавляется и реакция -- «гусиная кожа» -- подъем волос кожи (пилоэрекция), что повышает ячеистость накожного покрова и снижает возможность отдачи тепла.

На долю кистей рук приходится небольшая часть поверхности тела -- всего 6%, но их кожей отдается до 60% тепла при помощи механизма сухой теплоотдачи (теплоизлучение, конвекция).

Испарение. Отдача тепла происходит за счет траты энергии (0,58 ккал на 1 мл воды) на испарение воды. Различают два вида испарения, или перспирации: неощущаемую и ощущаемую пер-спирацию.

а)неощущаемая перспирация -- это испарение воды со слизистых дыхательных путей и воды, которая просачивается через эпителий кожного покрова (тканевой жидкости). За сут-ки через дыхательные пути испаряется в норме до 400 мл воды, т. е. отдается 400x0,58ккал=232ккал/сутки. При необходимости эта величина может быть увеличена за счет так назы-ваемой тепловой одышки, которая обусловлена влиянием нейронов центра теплоотдачи на дыхательные нейроны ствола мозга.

В среднем за сутки через эпидермис просачивается около 240 мл воды. Следовательно, за счет этого отдается 240*0,58ккал=139ккал/сутки. Эта величина не зависит от процессов регуляции и различных факторов среды.

Оба вида неощущаемой перспирации за сутки позволяют отдать (400 + 240) * 0,58 = 371 ккал.

б)ощущаемая перспирация (отдача тепла путем испарения пота). В среднем за сутки при комфортной температуре среды выделяется 400--500 мл пота, следовательно, отдает-ся до 300 ккал. Однако при необходимости объем потоотделения может возрасти до 12 л/сутки, т. е. путем потоотделения можно отдать почти 7000 ккал в сутки. За час потовые железы могут продуцировать до 1,5 л, а по некоторым источникам -- до 3 л пота.

Эффективность испарения во многом зависит от среды: чем выше температура и ниже влажность воздуха (насыщенность воздуха водяными парами), тем выше эффективность потоотделения как механизма отдачи тепла. При 100% насыщения воздуха парами воды испарение невозможно.

Теплообмен организма

Теплоотдача. Излучение. Теплопроведение. Конвекция. Испарение.

Существуют следующие пути отдачи тепла организмом в окружающую среду: излучение, теплопроведение, конвекция и испарение.

Излучение — это способ отдачи тепла в окружающую среду поверхностью тела человека в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона (а = 5—20 мкм). Количество тепла, рассеиваемого организмом в окружающую среду излучением, пропорционально площади поверхности излучения и разности средних значений температур кожи и окружающей среды. Площадь поверхности излучения — это суммарная площадь поверхности тех частей тела, которые соприкасаются с воздухом. При температуре окружающей среды 20 °С и относительной влажности воздуха 40—60 % организм взрослого человека рассеивает путем излучения около 40—50 % всего отдаваемого тепла. Теплоотдача путем излучения возрастает при понижении температуры окружающей среды и уменьшается при ее повышении. В условиях постоянной температуры окружающей среды излучение с поверхности тела возрастает при повышении температуры кожи и уменьшается при ее понижении. Если средние температуры поверхности кожи и окружающей среды выравниваются (разность температур становится равной нулю), отдача тепла излучением становится невозможной. Снизить теплоотдачу организма излучением можно за счет уменьшения площади поверхности излучения («сворачивания тела в клубок»). Если температура окружающей среды превышает среднюю температуру кожи, тело человека, поглощая инфракрасные лучи, излучаемые окружающими предметами, согревается. Виды теплоотдачи. Пути отдачи тепла организмом во внешнюю среду можно условно подразделить на «влажную» теплоотдачу, связанную с испарением пота и влаги с кожи и слизистых оболочек, и на «сухую» теплоотдачу, которая не связана с потерей жидкости.

Теплопроведение — способ отдачи тепла, имеющий место при контакте, соприкосновении тела человека с другими физическими телами. Количество тепла, отдаваемого организмом в окружающую среду этим способом, пропорционально разнице средних температур контактирующих тел, площади контактирующих поверхностей, времени теплового контакта и теплопроводности контактирующего тела. Сухой воздух, жировая ткань характеризуются низкой теплопроводностью и являются теплоизоляторами. Использование одежды из тканей, содержащих большое число маленьких неподвижных «пузырьков» воздуха между волокнами (например, шерстяные ткани), дает возможность организму человека уменьшить рассеяние тепла путем теплопроводности. Влажный, насыщенный водяными парами воздух, вода характеризуются высокой теплопроводностью. Поэтому пребывание человека в среде с высокой влажностью при низкой температуре сопровождается усилением теплопотерь организма. Влажная одежда также теряет свои теплоизолирующие свойства.

Конвекция — способ теплоотдачи организма, осуществляемый путем переноса тепла движущимися частицами воздуха (воды). Для рассеяния тепла конвекцией требуется обтекание поверхности тела потоком воздуха с более низкой температурой, чем температура кожи. При этом контактирующий с кожей слой воздуха нагревается, снижает свою плотность, поднимается и замещается более холодным и более плотным воздухом. В условиях, когда температура воздуха равна 20 °С, а относительная влажность — 40—60 %, тело взрослого человека рассеивает в окружающую среду путем теплопроведения и конвекции около 25—30 % тепла (базисная конвекция). При увеличении скорости движения воздушных потоков (ветер, вентиляция) значительно возрастает и интенсивность теплоотдачи (форсированная конвекция). Отдача тепла организмом путем теплопроведения, конвекции и излучения, называемых вместе «сухой» теплоотдачей, становится неэффективной при выравнивании средних температур поверхности тела и окружающей среды.

Теплоотдача путем испарения — это способ рассеяния организмом тепла в окружающую среду за счет его затраты на испарение пота или влаги с поверхности кожи и влаги со слизистых оболочек дыхательных путей («влажная» теплоотдача). У человека постоянно осуществляется выделение пота потовыми железами кожи («ощутимая», или железистая, потеря воды), увлажняются слизистые оболочки дыхательных путей («неощутимая» потеря воды) При этом «ощутимая» потеря воды организмом оказывает более существенное влияние на общее количество отдаваемого путем испарения тепла, чем «неощутимая». При температуре внешней среды около 20 "С испарение влаги составляет около 36 г/ч. Поскольку на испарение 1 г воды у человека затрачивается 0,58 ккал тепловой энергии, нетрудно подсчитать, что путем испарения организм взрослого человека отдает в этих условиях в окружающую среду около 20 % всего рассеиваемого тепла. Повышение внешней температуры, выполнение физической работы, длительное пребывание в теплоизолирующей одежде усиливают потоотделение и оно может возрасти до 500— 2000 г/ч. Если внешняя температура превышает среднее значение температуры кожи, то организм не может отдавать во внешнюю среду тепло излучением, конвекцией и теплопроведением. Организм в этих условиях начинает поглощать тепло извне, и единственным способом рассеяния тепла становится усиление испарения влаги с поверхности тела. Такое испарение возможно до тех пор, пока влажность воздуха окружающей среды остается меньше 100 %. При интенсивном потоотделении, высокой влажности и малой скорости движения воздуха, когда капли пота, не успевая испариться, сливаются и стекают с поверхности тела, теплоотдача путем испарения становится менее эффективна .

Физическая терморегуляция (теплоотдача)

Отведение тепловой энергии (Q) у человека происходит с поверхности тела (внешний поток). Перенос теплоты от клеток внутренних органов и тканей, основных генераторов тепловой энергии, к коже осуществляется внутренним потоком тепла. Интенсивность теплоотдачи в целом (внешнего и внутреннего потоков) определяется теплопроводностью (Q_T), конвекцией (Q_c), излучением (Q_R) и испарением (Q_e).

В структуре теплообмена человека, находящегося в состоянии покоя, при температуре комфорта и без одежды наибольшая доля (60%) выведенной теплоты принадлежит теплоизлучению, 22% приходится на испарение, 18% — на теплопроведение через воздух (включая конвекцию) и предметы.

Теплопроводность (Q_T) — способ передачи теплоты из организма твердым предметам или жидкости (вода) при непосредственном контакте с ними поверхности тела человека. Количество теряемой при этом теплоты определяется разностью температур между телом и средой, а также теплопроводностью среды.

Важная роль в интенсивности переноса теплоты от органов ядра к поверхности тела (внутреннего теплового потока) принадлежит коже и подкожной жировой клетчатке. Теплосопротивление жировой ткани в 3 раза больше, чем остальных тканей. Между толщиной подкожной жировой клетчатки и количеством теплоты, проводимой от внутренних органов к коже, существует обратная зависимость. Люди с выраженным подкожным жировым слоем в воде замерзают медленнее, чем худощавые индивидуумы и маленькие дети. Кожа и подкожная клетчатка человека, особенно у женщин, по теплоизолирующей способности приближаются к теплоизолирующим свойствам современной одежды.

Вода охлаждает тело человека в 14 раз сильнее, чем воздух. Влажная одежда по сравнению с сухой имеет более высокий коэффициент теплопроводности, в ней человек замерзает быстрее, так как ее поры заполняет водяной пар. Скорость проведения теплоты через мокрую одежду увеличивается в 20 раз и более. Для одетого человека, находящего в комфортной воздушной среде, роль те- плопроведения в тепловом балансе организма имеет наименьшее значение.

Конвекцией (Q_c) называют перенос теплоты перемещающейся средой (движущимися относительно тела газом или жидкостью). В отличие от теплопроводности, обусловленной диффузией молекул, конвекция вызывается механической энергией. В организме человека конвекция служит эффективным механизмом отведения теплоты от внутренних органов к коже и слизистым оболочкам, а от них во внешнюю среду.

Различают естественную и принудительную конвекцию. При естественной конвекции слой воздуха, непосредственно прилегающий к эпидермису кожи, нагревается и поднимается вверх, давая место холодному. В свою очередь кровь, обладающая высокой теплоемкостью, доставляет к коже новую порцию тепла. Если температура окружающей среды повышается (в жару) микрососуды кожи и слизистых оболочек расширяются. При максимальном расширении сосудов кожи кровоток в ее сосудистых сплетениях может составлять почти треть объема всей крови, перекачиваемой сердцем. Такое усиление кожного кровотока увеличивает транспорт теплоты от органов и тканей ядра тела к покровным тканям тела почти в 8 раз.

В холодной среде происходит выраженное сужение сосудов покровных тканей и резкое ограничение кожного кровотока. Интенсивность отведения теплоты с кожи конвекцией уменьшается. Ограничение транспорта теплоты с кровью от внутренних органов к поверхности тела приводит к сохранению тепловой энергии в глубинных отделах тела.

В случае принудительной конвекции источниками энергии, приводящей среду в движение, служат природные явления (ветер и др.), а также технические устройства (вентилятор и др.). При сильном и холодном ветре для предотвращения избыточной потери теплоты конвекцией используют плотную одежду, препятствующую воздушному потоку у поверхности тела. В жару для повышения эффективности конвекции, напротив, усиливают циркуляцию воздуха в помещении, в котором находится человек.

Теплоизлучением (Q_R) перенос теплоты осуществляют инфракрасные лучи. Человек почти всегда окружен предметами, которые имеют температуру ниже, чем средняя температура тела. Поэтому инфракрасное тепловое излучение направлено во все стороны от человека в окружающую среду.

В отличие от теплопроводности и конвекции, которые зависят от разности температур в первой степени, теплоизлучение (радиация) является функцией разности четвертых степеней этих температур, чем обусловлена его большая эффективность:

где а — коэффициент, S — площадь излучающей поверхности, t — продолжительность излучения.

Однако если температура окружающих предметов выше, чем температура тела, то наблюдается обратное явление — организм человека получает дополнительную тепловую энергию из внешней среды.

Почти половина теплоты, излучаемой с поверхности кожи, отдается одежде. Поэтому она представляет собой не только важнейший элемент быта человека, но и средство защиты организма от перегревания и переохлаждения, особенно в условиях высоких (Арктика, Антарктика) и низких (тропики, пустыни) широт.

Испарение (Q_E) — переход жидкости в газообразное состояние на поверхности тела — является последним из возможных путей теплоотдачи. Испарение непосредственно не зависит от разности температур поверхности тела и среды. При низкой влажности среды оно всегда отводит теплоту из организма — 2,43 кДж на 1 г воды.

При высокой температуре воздуха, начиная с 30—32 °С даже в покое, а также при физической работе потоотделение у человека резко усиливается. Объем выделяемого пота может достигать 12 л в сутки. Испарение такого количества пота обеспечивает выведение из организма 29 308 кДж тепловой энергии.

С покровных тканей испаряется не только пот, но и межклеточная (интерстициальная) жидкость, которая проникает на поверхность кожи, так называемое неошущаемое испарение (perspiratio insensibilis). Помимо перспирации жидкость испаряется и со слизистых оболочек дыхательных путей. В условиях теплового комфорта совокупный объем жидкости, теряемой организмом за счет перспирации и испарения со слизистых оболочек, составляет от 0,7 до 1,3 л в сутки. При тепловом комфорте у человека с поверхности кожи испаряется не более 0,5 л пота. Очевидно, что в этих условиях испарение пота обеспечивает меньшую теплоотдачу, чем испарение интерстициальной жидкости и жидкости со слизистых оболочек дыхательных путей.

Ведущим фактором, изменяющим интенсивность испарения, служит влажность среды. При увеличении влажности воздуха испарение жидкости с поверхности тела уменьшается, а опасность перегревания возрастает. Если же влажность воздуха велика, то даже сравнительно невысокая температура окружающей среды (30—32 °С) человеком переносится тяжело. В условиях 100%-й относительной влажности воздуха испарение с поверхности тела прекращается. Этим объясняется высокая вероятность перегревания человека в русской (парной) бане. Железы секретирует очень много пота, но он почти не испаряется, а поэтому отведения теплоты не происходит. Повышенной опасности перегревания подвержены лица, работающие в непроницаемых для водяных паров костюмах (даже в мороз). В окружении сухого воздуха (пустыни и др.) человек за счет испарения пота не испытывает перегревания в течение 2—3 ч при температуре 50—55 °С и около 10 мин при температуре 100—110 °С.

Испарение как механизм теплоотдачи имеет существенные особенности у детей. У них слизистые оболочки дыхательных путей испаряют жидкость интенсивнее, чем у взрослых, а потовые железы начинают эффективно функционировать только к 5—7 годам. Испарение пота до этого возраста оказывается недостаточным для поддержания теплового баланса в жару. Эта особенность теплообмена служит одной из причин перегревания детей в условиях жаркого климата и при интенсивной физической нагрузке.

Физическая терморегуляция представляет собой многофакторную систему, весьма эффективно и надежно обеспечивающую постоянство температуры тела. Вклад различных механизмов физической терморегуляции во внешний поток тепловой энергии (М) изменяется в зависимости от интенсивности нагрузки и среды обитания.

При легкой физической работе (10 467 кДж • сут -1 ) и температуре воздуха 20 °С участие в теплообмене теплопроводности равняется 0%, конвекции — 12%, теплоизлучения — 70%, испарения — 18%. Во время тяжелой физической работы (18 841 кДж • сут -1 ) в тех же условиях 75% тепла выводится испарением, 15% — конвекцией, 10% теплоизлучением и практически 0% теплопроводностью.

В различных условиях среды обитания человека значение механизмов физической терморегуляции в теплообмене неодинаковое. Если температура кожи остается выше температуры окружающей среды, а влажность воздуха невысокая, то теплоотдача может осуществляться теплопроведением, конвекцией, теплоизлучением и испарением. Как только температура воздуха превышает температуру кожи (34—35 °С), единственным способом отведения теплоты из организма становиться испарение. При увеличении относительной влажности воздуха до 100% испарение как механизм теплообмена также выключается. В этих условиях организм человека как объект теплообмена без произвольных действий обречен на перегревание.

Теплоизлучение и теплопроведение. Роль конвекции в теплообмене

а) Основные физические способы отдачи тепла с поверхности тела. Различные способы отдачи тепла с поверхности кожи окружающей среде представлены на рисунке ниже.

Механизмы теплоотдачи

Они включают теплоизлучение, теплопроведение и испарение.

б) Теплоизлучение. Как показано на рисунке выше, обнаженный человек, сидящий при нормальной комнатной температуре, 60% тепла отдает с помощью теплоизлучения.

Потеря тепла посредством теплоизлучения означает теплоотдачу с помощью инфракрасного излучения, — разновидности электромагнитных волн. Большая часть инфракрасного излучения, испускаемого телом человека, обладает длиной волны от 5 до 20 мкм, т.е. в 10-30 раз большей, чем длина волны луча света. Температура любых предметов окружающей среды не равна абсолютному нулю, поэтому они тоже испускают такое излучение. Тепловые лучи испускают стены комнаты и находящиеся в ней предметы по направлению к телу человека. Тело человека путем инфракрасного излучения отдает тепло во всех направлениях. Если температура тела выше температуры окружающих предметов, тело отдает большее количество тепла, чем получает.

в) Теплопроведение. Как показано на рисунке выше, только небольшое количество тепла (около 3% в норме) отдается телом непосредственно путем теплопроведения от поверхности тела к твердым предметам, таким как стул или кровать. Однако теплоотдача путем проведения через воздух вполне сопоставимо количественно с общими потерями тепла телом (около 15%) даже в обычных условиях.

Напомним, что тепло представляет собой кинетическую энергию молекулярного движения и молекулы кожи постоянно совершают колебательные движения. Большая часть энергии этого движения может передаваться воздуху, если температура воздуха ниже, чем температура кожи, посредством увеличения скорости движения молекул воздуха. Если температура окружающего воздуха и температура кожи одинаковы, дальнейшая теплоотдача таким способом становится невозможной, поскольку количество тепла, отдаваемое телом воздуху, становится равным количеству тепла, отдаваемого воздухом коже. Таким образом, теплопроведение от тела воздуху ограничивается, когда нагретый воздух не уносится от кожи, а холодный — прекращает поступать. Этот феномен получил название конвекции воздуха.

г) Конвекция. Теплоотдачу посредством смещения воздушного потока обычно называют теплоотдачей путем конвекции. В действительности тепло должно сначала передаваться воздуху и только затем уноситься потоком воздуха.

Незначительная конвекция вблизи тела существует всегда, поскольку нагретый вокруг тела воздух поднимается вверх. Именно поэтому обнаженный человек, сидящий в комнате без сквозняков, 15% тепла отдает воздуху путем конвекции.

д) Охлаждающий эффект ветра. Если дует ветер, слои воздуха в непосредственной близости от кожи замещаются новыми потоками воздуха гораздо быстрее, чем обычно. Соответственно тепло путем конвекции отдается быстрее. Охлаждающий эффект ветра при его низкой скорости почти пропорционален квадратному корню скорости ветра. Например, охлаждающий эффект ветра, скорость которого равна 6,5 км/ч, почти в 2 раза превышает таковой у ветра, скорость которого равна 1,6 км/ч.

ж) Теплопроведение и отдача тепла путем конвекции при пребывании человека в воде. Теплоемкость воды в несколько тысяч раз превосходит теплоемкость воздуха, поэтому каждая единица объема воды по соседству с кожей может абсорбировать гораздо больше тепла, чем такая же единица объема воздуха. Кроме того, теплопроводность воды по сравнению с теплопроводностью воздуха очень высока, следовательно, невозможно нагреть тонкий слой воды по соседству с телом и сформировать «изолирующую зону», как это бывает в воздухе. В связи с этим скорость отдачи тепла в воде во много раз выше, чем в воздухе.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Теплообмен между организмом и внешней средой и его регуляция

Многообразие метеорологических факторов и их непрерывная изменчивость во времени и пространстве требуют совершенной приспособляемости организма животных. Для соответствующих ответных реакций на изменения во внешней среде в организме животных имеются специальные приспособления (механизмы), ведущая роль в которых принадлежит центральной нервной системе.

По температуре тела животных делят на холоднокровных, или пойкилотермных, и теплокровных, или гомойотермных. К холоднокровным относятся животные с переменной температурой тела, а к теплокровным — с постоянной температурой тела от 36 до 42° домашние и дикие млекопитающие, птицы, а также человек. У гомойотермных сельскохозяйственных животных (птиц) температура тела колеблется в весьма узких пределах, что необходимо для поддержания нормальных физиологических процессов. Наибольшее постоянство температуры присуще крови, мозгу, сердцу и печени, тогда как температура других органов и кожи может колебаться более значительно под влиянием метеорологических факторов внешней среды и физиологических функций организма.

Постоянство температуры тела объясняется наличием относительного теплового равновесия организма, то есть полным соответствием между образованием тепла и его отдачей во внешнюю среду, или следствием сбалансированного прихода и расхода тепла. В организме животных постоянно совершаются процессы теплообразования и теплоотдачи благодаря свойственной им способности теплорегуляции. Под теплорегуляцией следует понимать способность животных поддерживать температуру тела па относительно постоянной высоте. Регуляции тепла заключаются в повышении или ослаблении обмена веществ и, как следствие этого, в повышении или уменьшении образования тепла в организме, с. одной стороны, в усилении или уменьшении отдачи тепла в окружающую среду — с другой.

Теплорегуляция осуществляется центральной нервной системой главным образом через кожу, органы дыхания, а также через многочисленные регуляторные приспособления. В гипотальмической области промежуточного мозга находится центр теплорегуляции, который получает импульсы со стороны кожи и крови (нагретой или охлажденной) вследствие раздражения экстеро- и интерорецепторов, воспринимающих тепло и холод. Эта регуляция происходит через вегетативную нервную систему в результате рефлекторного изменения интенсивности окислительных процессов и гуморально благодаря деятельности желез внутренней секреции (главным образом мозговой части надпочечников, гипофиза, паращитовидной, поджелудочной и щитовидной желез). Наступает также рефлекторное изменение мышечной и сердечной деятельности, дыхания, расширение или сужение периферических сосудов, секреции потовых желез, изменение поверхности тела (перемена его положения) и т. д. В поддержании постоянной температуры тела огромная роль принадлежит коре больших полушарий головного мозга. Теплорегуляция может иметь условно-рефлекторный характер под влиянием условных рефлексов, которые легко вырабатываются на температурные факторы (К. М. Быков, Д. М. Слон им, Р. П. Ольнянская и др.). Теплорегуляция выявляется у животных и в сезонных приспособлениях, или физиологических явлениях, например в виде повышения основного обмена, накопления подкожного жирового слоя, появления подшерстка, более густого и длинного волоса (зимой), выпадение волоса и замены его более редким и коротким (весной).

Тепло является результатом аэробного и анаэробного распада белков, жиров и углеводов. Так, в процессе расщепления 1 г белков выделяется 4,1 ккал, I г жиров — 9,3 ккал и 1 г углеводов — 4,1 г ккал тепла. Теплообразование происходит постоянно во всех клетках организма в результате окислительных процессов. Больше всего образуется тепла в мышцах, а также в печени, почках, железах, легких, нервной и гистоцитарной системах. Значительно повышают теплопродукцию низкие температуры воздуха, мышечная работа, беременность, лактация и другие факторы. Высокая окружающая температура, состояние покоя, кастрация животных, подкожный жировой слой и густой волосяной покров понижают образование тепла.

В настоящее время изучены величины теплопродукции различных животных, различного возраста, веса, при различных условиях кормления, продуктивности работы и пр. Среднее количество образуемого тепла в ккал за один час на 1 кг веса составляет: у лошади в покое — 1,13, при умеренной работе — 10,46, а при тяжелой работе — 19,5; у коров в состоянии покоя при разных условиях кормления и молочной продуктивности — от 1 до 3 ккал; у овец — 1,6—2,10; у свиней — 2,15— 2,90; у кроликов — до 5,6; у птиц в состоянии покоя до 7,5 ккал. Эти данные показывают, что чем меньше животное, тем больше у него теплопродукция на 1 кг веса. Значительная часть тепла выделяется из организма в окружающую среду. Так, например, корова весом 400 кг при суточном удое в 10 л выделяет В один час 765 ккал, весом 600 кг при том же удое — 906 ккал, при удое 30 л — 1342 ккал, а при удое 50 л — 2013 ккал тепла.

Большая часть всего тепла из организма выделяется через кожу. Теплоотдача с поверхности кожи происходит путем теплоизлучения (радиации), теплопроведения и конвекции, испарения.

Теплоизлучение (радиация) выражается в излучении с поверхности кожи (имеющей температуру 30—36°) и из глубоких частей тела организма длинноволновых невидимых инфракрасных лучей. Излучаемое тепло поглощается окружающими предметами (стены, пол, потолок и перегородки), если температура их меньше температуры кожи, а также влажным воздухом при низких температурах. При одинаковой температуре кожи и окружающих предметов излучение с кожи прекращается; если температура окружающих поверхностей выше температуры кожи, происходит обратное явление — нагревание кожи. Чтобы уменьшить потери тепла излучением, необходимо утеплять стены, потолки, полы, двери и окна и принимать меры к уменьшению влажности воздуха в зимний стойловый период.

Теплопроведение и конвекция осуществляются путем потери тепла тканями как хорошими его проводниками. Конвекция представляет путь передачи тепла окружающему слою воздуха, который образует вокруг тела животного постоянно сменяющуюся нагретую воздушную оболочку. Чем значительнее разница между температурами кожи и воздуха, а также чем больше скорость движения и влажность его, тем больше тепла теряется конвекцией. Воздушная передача тепла проведением наблюдается в неподвижном воздухе, температура которого ниже температуры кожи животного. Ввиду того, что воздух в помещениях для животных находится в движении, основное значение в теплоотдаче через воздух имеет конвекция. Теплопроведение происходит в больших размерах при соприкосновении тела животных с холодным полом, землей, снегом, а также при купании и обмывании животных. Теплопередача проведением и конвекцией (нагревание токов воздуха) может прекратиться, если кожа и окружающий ее воздух имеют одинаковую температуру, а при температуре воздуха, превышающей температуру кожи, конвекция способствует нагреванию кожи.

У животных, в том числе и птиц, поверхность тела которых покрыта шерстью или перьями, теплоотдача имеет некоторые особенности. Шерсть и перья защищают их от температурных воздействий воздуха благодаря кератину, содержащемуся в шерсти и пере, и воздушной оболочке вокруг них, являющихся плохими проводниками тепла. Воздух, находящийся между шерстью и перьями, представляет собой как бы свой микроклимат животного. Это позволяет им в известной мере сохранять температуру тела и при низких, и при высоких температурах окружающего воздуха. Роль шерстного покрова в теплоотдаче выявляется, например, при стрижке животных, которая приводит в первые дни к увеличению потери тепла на 30% и более (И. А. Троицкий).

Испарение влаги с поверхности кожи животных, имеющих потовые железы, происходит в результате потоотделения; на испарение одного грамма влаги затрачивается около 0,6 ккал тепла. Такая теплоотдача с поверхности кожи тем значительнее, чем больше потоотделение, чем выше температура и скорость движения воздуха. Тормозит испарение с кожи высокая влажность воздуха при высокой температуре его. При температурах окружающей среды, равных температуре кожи или превышающих ее, испарение является главным способом теплоотдачи (до 95% всей теплоотдачи). Однако длительное пребывание животных во внешней среде с высокой температурой возможно лишь при низкой влажности воздуха, способствующей потере тепла испарением.

В зависимости от условий содержания, размещения животных и микроклимата пути теплоотдачи изменяются, и соотношение их между собой бывает весьма непостоянно, динамично.

Некоторые особенности теплорегуляции наблюдаются у новорожденных животных. У них максимально развита регуляция теплообразования и недостаточно совершенна регуляция теплоотдачи, то есть новорожденные не имеют установившихся условных связей или внутренних механизмов, поддерживающих постоянство температуры тела. В первые дни после рождения животные имеют изменчивую температуру тела, которая в большой степени зависит от температуры внешней среды; постоянство температуры тела достигается усилением или ослаблением обмена веществ, что бывает связано с глубокими сдвигами в организме. В этот период жизни температура воздуха, особенно с повышенной влажностью, резко сказывается на организме животных.

Физиологические исследования показали, что жеребята, телята, ягнята и поросята рождаются с врожденными рефлексами защиты от охлаждения и что процессы физической и особенно химической теплорегуляции выражены с первых дней жизни. Однако более совершенная регуляция теплоотдачи (физическая теплорегуляция) у новорожденных телят разных пород и помесен вступает а действие с 9-го по 27-й день жизни (К. С. Ермолаева, О. Л. Бедрата, Л. В. Совенко), у ягнят с 6-го по 15-й день (И. А. Троицкий), у поросят с 15-го по 25-й день (А. П. Онегов).

Читайте также: