Наши Статьи

Общие положения термодинамических процессов, часть 2

При этом уровень теплозащитных свойств кожи и ее возможности способствовать постоянству температуры внутренних органов значительно усложняется по сравнению с условиями, когда теплоотдача являлась суммой эффектов от конвекции, излучения, теплопроводности и испарения. Одна кожная циркуляция при уравновешенной температуре всего организма является неэффективной в отношении терморегуляции. Экспериментально установлено, что даже при средних температурах бани 70—80 °С защитные реакции терморегуляции не могут удержать тепловое равновесие в организме, а потому наступает гипертермия.

Кроме этого необходимо учитывать, что различия в функциональных сдвигах, наблюдаемых при тепловых воздействиях, не могут быть объяснены только степенью изменения теплового баланса организма, но и тем, что отдельные участки тела: лицо, остальные отделы конечностей, спина и другие не в равной степени воспринимают и выделяют тепло, не в одно и то же время неодинаково нагружают сердечно-сосудистую систему и изменяют энергетический процесс. Как видим, мир нашего организма кособок, но кособок удивительно правильно, с асимметрией, способной повергнуть в изумление самое изощренное воображение.

Для решения задачи со многими неизвестными прибегнем к методу теоретических изысканий, которые вполне правомерны и находят широкое применение. Экспериментальные исследования, как правило, трудоемки, часто не успевают за потребностями практики, да и любой эксперимент без предварительных теоретических изысканий носит эмпирический характер.

Следует определить, на каких градиентных ступенях равновесных состояний этих двух термодинамических систем находится скалярное поле с оптимальными условиями, позволяющими держать в равновесии тепловой баланс организма человека, в обстановке экстремального теплового воздействия на него окружающей среды, то есть найти объективную закономерность, управляющую здоровьем людей в высокотемпературных условиях, в том числе и в бане.

Но прежде оглянемся на то, что нам известно о процессах испарения воды и пота. Наука о микроклимате и испарении воды, влияющей на его состояние, зародилась еще в древности, но до сих пор развивается в фарватере классических представлений.

Все известные работы в области исследований процесса испарения в физиологии, ботанике и в народном хозяйстве решают эту проблему путем построения метафизической модели этого процесса. Всегда считалось, что при испарении водных растворов, например пота человека и животных, сока растений, воды морей и озер, воды при сушке изделий (например, из глины), сельхозпродукции (зерна, фруктов, овощей и другой), вода испаряется с некой идеальной поверхности пресной воды, без учета явлений и процессов химической термодинамики, без учета связи между поверхностными явлениями, а в физиологии и ботанике еще и со свойствами животных и растительных организмов, что существенно изменяет механизм процесса испарения, создает принципиально иную модель этого процесса, не только в растворах, объясняя не только «тайну озера» (где чем глубже, тем вода теплее), но также и пресной воды.

Например, при расчете скорости испарения с чистой поверхности пресной воды принимают во внимание показание дефицита влажности, но не учитывают того, что на поверхности раздела «вода-пар», в результате различного межмолекулярного взаимодействия в соприкасающихся фазах, равнодействующая сил, приложенных к 1 см2 поверхностного слоя, направлена внутрь жидкости. Это влияет на скорость испарения. На первый взгляд, кажется парадоксальным, но скорость испарения с 1 см2 поверхности стакана, воды выше, чем с поверхности того же объема воды, разлитого в тарелке: появление избыточной свободной поверхностной энергии притягивает и удерживает на границе раздела «жидкость — газ» большее количество молекул газа, увеличивая толщину диффузионного слоя, а это понижает скорость испарения с 1 см поверхности. Если, к примеру, площадь водной поверхности стакана равна 100 см2, а тарелки — 1000 см2, то вода в тарелке испарится быстрее не в 10 раз, а лишь в 7—8 раз.

Следовательно, испарение пота не физико-физиологический процесс, как считают до сих пор, а многофакторный химико-физико-физиологический и химико-термодинамический.

А что «думают» сами организмы об окружающей их среде? В процессе исторического развития в организмах выработались защитные реакции в виде органов чувств, разнообразных нервно-чувствительных окончаний механо-хемо-фото-электромагнитных и других, образовалась совокупность различных свойств, взаимодействующих с окружающей средой. Они определяют, какие из экологических, биотических, абиотических, гелиогеофизических факторов окружающей среды являются благоприятными условиями существования организмов,- а какие неблагоприятными.

В ходе приспособления у растений выработались защитные реакции (свойства), содействующие жизнедеятельности в условиях мест обитаний, в виде организации на листьях устьичного аппарата и покровного слоя (кутикулы), регулирующих транспирацию и газообмен до определенного предела. В научной литературе нет сведение, но, очевидно, и в организме человека и животных присутствуют защитные свойства, определяющие оптимальные параметры окружающей среды. Осенью и в начале зимы в организме без нашего желания день ото дня происходит изменение физиологической системы, способствующее повышению устойчивости и сопротивляемости к предстоящим неблагоприятным условиям зимы, к перепадам атмосферного давления, угасанию солнечного света.

Это сезонные постепенные изменения деятельности организма. Однако при резком изменении условий окружающей среды организм перестраивается почти сразу, вызывая восстановительные или приспособительные процессы. Например, при сильном похолодании и переохлаждении организма он самопроизвольно вызывает физические упражнения «зуб на зуб не попадает». Если организм сам не в состоянии справиться с неблагоприятным природным явлением, человек заболевает. Попадая в жаркую среду, например в баню, организм, вызывая потоотделение, старается путем испарения пота не перегреваться. Но вдруг наступает момент и пот почему-то не испаряется, а стекает по телу. Организм не охлаждается, а перегревается, что приводит его к патологии. Появляется головная боль и неприятные ощущения. Почему? При каких параметрах окружающей среды? Неизвестно. А это надо знать, чтобы не переступить этот порог. Такой предел транспирации неизбежно должен существовать не только применительно к организму животных, но и в любой практической народнохозяйственной деятельности: сушке продуктов сельского хозяйства, изделий, покрасок и т. п.

Анализ существующих представлений показал, что, не зная процессов взаимодействия защитных средств организмов с факторами среды, не зная границы (предела) между тем/что полезно и не полезно (а она, эта граница, безусловно существует, и цель защитных средств — ее не переступить), человек подчас пытается целенаправленно воздействовать на организм, произвольно назначая всякого рода «научные» рекомендации «оптимальных» параметров микроклимата, чем наносит организму непоправимый вред. Примеров подобных «оптимальных параметров» во втором разделе настоящей работы было приведено предостаточно. А книгу «Сауна» смело можно назвать сборником рекомендаций «оптимальных» параметров микроклимата сауны.

Для всех людей природа заложила одни и те же механизмы терморегуляции, но не у всех они эффективно защищают организм от воздействия резких изменений факторов внешней среды. Не у всех людей одинаков состав пота, неодинаково протекает процесс транспирации, неодинаково реагируют они на перепады атмосферного давления, ветрового напора... но у всех этих факторов есть среднее значение. Учитывая это, отбросив все, кроме расхожих вопросов, касающихся транспирации, даже если это «все» и влияет на нее, постараюсь все же отыскать усредненные оптимальные параметры суховоздушного микроклимата парильни и доказать, почему они полезны для организма человека, а также найти наилучшие пути выделения тепла организмом в окружающую среду, и подобрать наиболее благоприятные условия для сохранения теплового баланса при минимальном напряжении физиологической системы организма. Для этого вначале обратимся к частным теоретическим положениям, имеющим прямое отношение к решению поставленной нами задачи, подчас остановившись на них более подробно, даже рискуя быть обвиненным в пересказе постулатов, а именно на процессах испарения, конденсации и потоотделения.