Физиология животных. Приспособление и среда - Шмидт-Ниельсен К.
Скачать (прямая ссылка):
Мы еще вернемся к этому упрощенному уравнению при расчете потери тепла теплокровным животным в условиях холода.
ИСПАРЕНИЕ
Испарение воды связано с затратой большого количества тепла. Чтобы 1 г воды, имеющей комнатную температуру, превратить в пар с той же температурой, требуется 584 кал (2443 Дж)'. Это поразительно много тепла: вспомним, что для нагревания 1 г воды от точки замерзания до точки кипения расходуется только; 100 кал (418 Дж); таким образом, для испарения воды нужно< почти в 6 раз больше тепла, чем для нагрева ее от 0 до 100 °С
Количество тепла, необходимое для фазового перехода водье из жидкости в пар, называют теплотой парообразования (#v). Эта величина несколько изменяется в зависимости от температуры, при которой происходит фазовый переход; так, при 00C Яу =
352 Глава 8. Терморегуляция
= 595 кал на 1 г воды, при 220C #v —584 кал/г, а при температуре кипения (10O0C) #v = 539 кал/г.
В физиологии обычно используют величину 580 кал на 1 г во-.ды, что приближенно соответствует теплоте перехода воды в пар на поверхности кожи потеющего человека при температуре около 35 °С.
Измерять потерю тепла при испарении воды очень удобно: достаточно знать количество испарившейся воды. В условиях жары организм человека охлаждается путем испарения пота со всей поверхности кожи, тогда как у собаки испарение влаги идет главным образом в дыхательных путях и на языке. Разумеется, количество тепла, расходуемого на испарение 1 г воды, в обоих случаях одинаково (т. е. площадь Испаряющей поверхности и ее локализация не имеют для нас значения).
Воздух, выдыхаемый млекопитающими и другими животными, насыщен водяным паром, и поэтому даже при отсутствии перегрева в дыхательных путях всегда испаряется значительное количество влаги. Это, конечно, необходимо учитывать при всех расчетах ^общего теплового баланса организма; к последнему вопросу мы сейчас и перейдем.
"ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС
Как мы уже не раз подчеркивали, для поддержания постоянной температуры тела необходимо, чтобы потеря тепла была уравновешена его притоком. Однако температура тела не всегда остается постоянной. Предположим, что потеря тепла не вполне равна его выработке в процессе метаболизма, а намного меньше. Тогда температура неизбежно будет повышаться. Это означает, что часть образующегося тепла остается в организме, и повышение температуры соответствует этому накоплению тепла. Если же средняя температура тела снижается, что имеет место при теплоотдаче, превышающей теплопродукцию, то эту избыточную потерю тепла мы можем рассматривать как расходование тепловых запасов. Количество накопленного тепла зависит от изменений средней температуры тела, от массы тела и от удельной теплоемкости тканей (последнюю у птиц и млекопитающих обычно принимают равной 0,83).
Теплообмен между организмом и средой осуществляется тремя описанными выше способами, а именно путем теплопроводности (включая конвекцию), излучения и испарения. Обычно все эти процессы ведут к отдаче тепла, но это не всегда так. Если температура воздуха выше температуры поверхности тела, поток тепла, передаваемого путем теплопроводности, будет направлен к телу, а не от него. При наличии внешнего источника сильного теплового излучения результирующий поток тепла тоже может быть -направлен к телу. Испарение почти всегда ведет к потере тепла
Тепловой баланс
353
организмом, но в некоторых необычных условиях возможен и обратный процесс. Это, например, имеет место, когда охлажденное тело соприкасается с горячим влажным воздухом1.
Можно объединить описанные факторы, определяющие теплообмен, в простом уравнении2:
где Яобщ — выработка тепла в процессе метаболизма (всегда положительный член), #т — теплообмен путем теплопроводности и конвекции ( + в случае теплоотдачи), Яр — теплообмен путем излучения (радиации) (+ в случае теплоотдачи), НИ—теплообмен путем испарения (+ в случае теплоотдачи) и На — аккумуляция тепла в организме (плюс в случае накопления, минус в случае потери).
Три пути теплообмена — теплопроводность, излучение и испарение— зависят от ряда внешних факторов, из которых самым важным является температура. Очевидно, что при снижении температуры среды теплоотдача возрастает, а при ее повышении уменьшается; если же внешняя температура выше температуры поверхности тела, передача тепла как путем теплопроводности, так и путем излучения может идти в направлении из среды в организм. При этом общий приток тепла в организм будет складываться из метаболической теплопродукции и тепла, получаемого извне. В этом случае для поддержания постоянной температуры тела (На—0) нужно настолько увеличить испарение, чтобы оно отнимало все избыточное тепло.
1 Когда человек с температурой кожи около 35 °С входит в турецкую парную баию, где воздух почти полиостью насыщен водяным паром прн температуре выше 40°, на его коже сразу же конденсируется вода. В этом случае перенос тепла происходит в противоположном (по сравнению с обычным) направлении. В финской бане (сауне) воздух обычно сух, и влага, которая вскоре появляется иа коже вошедшего в нее человека, представляет собой пот.
