8. Энергетический и тепловой баланс человека с окружающей средой

В идеальном случае уравнение энергетического баланса организма человека можно представить в следующем виде:

Е_внут + Е_внеш = Е_осн + Е_тр + Е_тепл.

Левая часть уравнения – это сумма энергетических поступлений в организм человека.

Е_внут – внутренняя энергия, источником которой является внутренний метаболизм (обмен веществ), в результате приёма пищи и воды совместно с дыханием;

Е_внеш – внешняя энергия, получаемая от внешних тепловых источников радиационного, контактного или конвективного типа. Правая часть уравнения – энергетические затраты организма человека в процессе деятельности.

Е_осн – минимальная энергия, расходуемая в процессе метаболизма на поддержание всех функций организма в спокойном состоянии без выполнения каких-либо работ;

Е_тр – энергия, связанная с выполнением трудовой деятельности, с учётом тяжести и напряжённости труда;

Е_тепл – энергия, связанная с тепловыми потерями организма, которые могут быть контактными, радиационными и конвективными, аналогично поступлениям от внешней энергии Е_внеш.

В реальности из-за инерционности метаболических процессов, связанных с обменом веществ и тепловыделениями организма, наблюдается энергетический дисбаланс между организмом человека и средой обитания:

ΔЕ = Е_внут + Е_внеш – Е_осн – Е_тр – Е_тепл.

При значениях ΔЕ >> 0, обусловленных значительным избытком тепловой энергии, возможно развитие так гипертермии (перегрева организма), ведущей в наиболее тяжёлых случаях к тепловому удару, потере сознания и даже смерти.

При значениях ΔЕ << 0, обусловленных дефицитом тепла, возможно развитие гипотермии (переохлаждения организма), ведущей к простудным заболеваниям, воспалению легких, радикулиту, обморожению конечностей.

Комфортными условиями деятельности человека считается условие, когда ΔЕ ≈ 0.

Категории работ по уровню энергозатрат (СанПиН 1.2.4.3685-21):

• легкая физическая работа категории Ia – с интенсивностью энергозатрат до 120 ккал/ч при выполнении трудовых функций сидя и незначительным физическим напряжением (предприятия приборостроения, часовое и швейное производствае, сфера управления и т. п.);

• легкая физическая работа категории Iб – с интенсивностью энергозатрат в диапазоне 121 – 150 ккал/ч при выполнении трудовых функций сидя или стоя, связанных с ходьбой, и сопровождающихся некоторым физическим напряжением (полиграфическая промышленность, предприятия связи, должности контролера, мастера, нормировщика и т. п.);

• физическая работа средней тяжести категории IIа – с интенсивностью энергозатрат в диапазоне 151 – 200 ккал/час при выполнении трудовых функций, связанных с частой или постоянной ходьбой и перемещением мелких предметов до 1 кг (прядильно-ткацкое производстве, механо-сборочные цеха и т. п.);

• физическая работа средней тяжести категории IIб – с интенсивностью энергозатрат в диапазоне 201 – 250 ккал/ч при выполнении трудовых функций, связанных с переноской тяжестей от 1 до 10 кг (заготовительные, механические, прокатные, сварочные цеха и т. п.);

• тяжёлая физическая работа категории III – с интенсивностью энергозатрат более 250 ккал/ч при выполнении трудовых функций, связанных с постоянным передвижением и переноской тяжестей более 10 кг (литейные, кузнечные производства, работы каменщиков, грузчиков и т. п.).

Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется:

• контактной теплопроводностью Q_тепл в результате прямого контакта человеческого тела с объектами среды обитания;

• лучистым теплообменом Q_изл при бесконтактном радиационном тепловом излучении между человеком и объектами среды обитания (от более нагретого тела к менее нагретому) – при нормальных условиях человек теряет путём радиационного теплоизлучения до 45% избыточного тепла;

• конвективным теплообменом Q_конв, зависящим от разности температур человеческого тела и окружающей среды, относительной скорости движения человека и окружающей среды, её влажности и атмосферного давления – до 30% всего теплового баланса человека; зависит от правильного подбора одежды человека;

• теплоотдачей испарением Q_исп влаги с поверхности человеческого тела и при дыхании – до 25% расходуемой человеческим организмом тепловой энергии при потоотделении, до 13% – при дыхании.

Эти показатели определяют величину теплового баланса человеческого организма с окружающей средой:

ΔQ = ±Q_тепл ± Q_изл ±Q_конв – Q_исп.

Это соотношение определяет результирующую тепловую комфортность или, напротив, тепловую опасность человеческой жизнедеятельности в среде обитания.