L'homme, comme vous le savez, appartient aux organismes homoiothermiques, ou à sang chaud. Cela signifie-t-il que la température de son corps est constante, c'est-à-dire le corps ne réagit pas aux changements de température environnement? Réagit, et même très sensible. La constance de la température corporelle est, en fait, le résultat de réactions continues dans le corps qui maintiennent son équilibre thermique inchangé.
Du point de vue des processus métaboliques, la génération de chaleur est effet secondaire réactions chimiques d'oxydation biologique, au cours desquelles les nutriments entrant dans l'organisme - graisses, protéines, glucides - subissent des transformations se terminant par la formation d'eau et de dioxyde de carbone. Les mêmes réactions avec libération d'énergie thermique se produisent également dans les organismes des animaux poïkilothermes ou à sang froid, mais en raison de leur intensité nettement plus faible, la température corporelle des animaux poïkilothermes ne dépasse que légèrement la température ambiante et change en fonction de la température ambiante. dernier.
Tout se produisant dans un organisme vivant réactions chimiques dépendent de la température. Et chez les animaux poïkilothermes, l'intensité des processus de conversion d'énergie, selon la règle de van't Hoff*, augmente proportionnellement à la température extérieure. Chez les animaux homéothermes, cette dépendance est masquée par d'autres effets. Si un organisme homoiothermique est refroidi en dessous d'une température ambiante confortable, l'intensité des processus métaboliques et, par conséquent, la production de chaleur en lui augmentent, empêchant une diminution de la température corporelle. Si la thermorégulation est bloquée chez ces animaux (par exemple lors d'anesthésie ou de lésions de certaines parties du système nerveux central), la courbe de production de chaleur en fonction de la température sera la même que pour les organismes poïkilothermes. Mais même dans ce cas, des différences quantitatives importantes subsistent entre les processus métaboliques chez les animaux poïkilothermes et homoiothermes : à une température corporelle donnée, l'intensité de l'échange d'énergie par unité de masse corporelle chez les organismes homoiothermes est au moins 3 fois supérieure à l'intensité du métabolisme chez les animaux poïkilothermes. organismes.
De nombreux animaux non mammifères et non aviaires sont capables de modifier leur température corporelle dans une certaine mesure grâce à la "thermorégulation comportementale" (par exemple, les poissons peuvent nager dans des eaux plus chaudes, les lézards et les serpents peuvent prendre " bain de soleil"). Les organismes véritablement homoiothermiques sont capables d'utiliser à la fois des méthodes comportementales et autonomes de thermorégulation, en particulier, ils peuvent produire de la chaleur supplémentaire si nécessaire en raison de l'activation du métabolisme, tandis que d'autres organismes sont obligés de se concentrer sur des sources de chaleur externes.
Production de chaleur et taille corporelleLa température de la plupart des mammifères à sang chaud se situe entre 36 et 40 ° C, malgré des différences importantes de taille corporelle. Dans le même temps, l'intensité du métabolisme (M) dépend du poids corporel (m) en tant que fonction exponentielle : M = k x m 0,75, c'est-à-dire la valeur de M/m 0,75 est la même pour la souris et pour l'éléphant, bien que le taux métabolique pour 1 kg de poids corporel chez la souris soit beaucoup plus élevé que celui de l'éléphant. Cette loi dite de diminution de l'intensité du métabolisme en fonction du poids corporel reflète le fait que la production de chaleur correspond à l'intensité du transfert de chaleur vers l'espace environnant. Pour une différence de température donnée entre l'environnement interne du corps et l'environnement, la perte de chaleur par unité de masse corporelle est d'autant plus grande que le rapport entre la surface et le volume du corps est grand, et ce dernier rapport diminue avec l'augmentation de la taille du corps .
Température corporelle et équilibre thermique
Lorsque de la chaleur supplémentaire est nécessaire pour maintenir une température corporelle constante, elle peut être générée par :
1) activité motrice volontaire ;
2) activité musculaire rythmique involontaire (tremblements causés par le froid) ;
3) accélération des processus métaboliques non associés à la contraction musculaire.
Chez l'adulte, le frisson est le mécanisme involontaire le plus important de la thermogenèse. La "thermogenèse sans frissons" se produit chez les nouveau-nés et les enfants, ainsi que chez les petits animaux adaptés au froid et les animaux en hibernation. La principale source de "thermogénèse sans frissons" est la graisse dite brune - un tissu caractérisé par un excès de mitochondries et une distribution "multilaculaire" de graisse (nombreuses petites gouttelettes de graisse entourées de mitochondries). Ce tissu se trouve entre les omoplates, sous les aisselles et à certains autres endroits.
Pour que la température corporelle ne change pas, la production de chaleur doit être égale à la perte de chaleur. Selon la loi de refroidissement de Newton, la chaleur dégagée par le corps (moins les pertes liées à l'évaporation) est proportionnelle à la différence de température entre l'intérieur du corps et l'espace environnant. Chez l'homme, le transfert de chaleur est nul à une température ambiante de 37°C, et lorsque la température baisse, il augmente. Le transfert de chaleur dépend également de la conduction de la chaleur dans le corps et du flux sanguin périphérique.
La thermogenèse associée au métabolisme au repos (Fig. 1) est équilibrée par des processus de transfert de chaleur dans la zone de température ambiante T 2 -T 3 si le débit sanguin cutané diminue progressivement à mesure que la température diminue de T 3 à T 2 . À des températures inférieures à T 2 la constance de la température corporelle ne peut être maintenue qu'en augmentant la thermogenèse proportionnellement à la perte de chaleur. La plus forte production de chaleur apportée par ces mécanismes chez l'homme correspond à un taux métabolique 3 à 5 fois supérieur à l'intensité du métabolisme de base et caractérise borne inférieure plage de thermorégulation T 1 . Si cette limite est dépassée, une hypothermie se développe, ce qui peut entraîner la mort par hypothermie.
A une température ambiante supérieure à T 3 l'équilibre de température pourrait être maintenu en affaiblissant l'intensité des processus métaboliques. En fait, l'équilibre de température est établi grâce à un mécanisme de transfert de chaleur supplémentaire - l'évaporation de la sueur libérée. Température T 4 correspond à la limite supérieure de la plage de thermorégulation, qui est déterminée par l'intensité maximale de la sudation. À température moyenne au-dessus de T 4 une hyperthermie se produit, ce qui peut entraîner la mort par surchauffe. Plage de température T 2 -T 3 , dans lequel la température corporelle peut être maintenue à un niveau constant sans la participation de mécanismes supplémentaires de production de chaleur ou de transpiration, est appelée zone thermoneutre. Dans cette gamme, l'intensité du métabolisme et la production de chaleur sont, par définition, minimales.
température du corps humain
La chaleur produite par le corps dans la norme (c'est-à-dire dans des conditions d'équilibre) est transmise à l'espace environnant par la surface du corps, de sorte que la température des parties du corps près de sa surface doit être inférieure à la température de ses parties centrales. En raison de l'irrégularité des formes géométriques du corps, la répartition de la température dans celui-ci est décrite fonction complexe. Par exemple, lorsqu'un adulte légèrement vêtu se trouve dans une pièce avec température de l'air 20 °C, la température du muscle profond de la cuisse est de 35 °C, les couches profondes du muscle gastrocnémien sont de 33 °C, la température au centre du pied n'est que de 27-28 °C et la température rectale est d'environ 37 °C. Les fluctuations de la température corporelle causées par les changements de température extérieure sont plus prononcées près de la surface du corps et aux extrémités des membres (Fig. 2).
Riz. 2. La température des différentes zones du corps humain dans des conditions de froid (A) et de chaleur (B)
La température interne du corps lui-même n'est constante ni dans l'espace ni dans le temps. Dans des conditions thermoneutres, les différences de température dans les régions internes du corps sont de 0,2 à 1,2 ° C; même dans le cerveau, la différence de température entre le centre et parties extérieures atteint plus de 1 °C. La température la plus élevée est notée dans le rectum, et non dans le foie, comme on le pensait auparavant. En pratique, les changements de température dans le temps sont généralement intéressants, ils sont donc mesurés dans une zone spécifique.
À des fins cliniques, il est préférable de mesurer la température rectale (le thermomètre est inséré par l'anus dans le rectum à une profondeur standard de 10 à 15 cm). La température orale, plus précisément sublinguale, est généralement inférieure de 0,2 à 0,5 ° C à la température rectale. Elle est influencée par la température de l'air inhalé, des aliments et des boissons.
Dans la recherche en médecine sportive, la température œsophagienne (au-dessus de l'entrée de l'estomac) est souvent mesurée, qui est enregistrée à l'aide de capteurs thermiques flexibles. Ces mesures reflètent les changements de température corporelle plus rapidement que l'enregistrement de la température rectale.
La température axillaire peut également servir d'indicateur de la température corporelle centrale, car lorsque le bras est fermement pressé contre la poitrine, les gradients de température se déplacent de sorte que la limite de la couche interne atteint l'aisselle. Cependant, cela prend un certain temps. Surtout après avoir été au froid, lorsque les tissus superficiels ont été refroidis et qu'une vasoconstriction s'est produite (ceci est particulièrement fréquent avec un rhume). Dans ce cas, pour établir l'équilibre thermique dans ces tissus, il faut environ une demi-heure.
Dans certains cas, la température centrale est mesurée dans le conduit auditif externe. Cela se fait à l'aide d'un capteur flexible, qui est placé près du tympan et protégé des influences de la température extérieure avec un coton-tige.
Habituellement, la température de la peau est mesurée pour déterminer la température de la couche superficielle du corps. Dans ce cas, la mesure en un point donne un résultat insuffisant. Par conséquent, en pratique, la température cutanée moyenne est généralement mesurée au niveau du front, de la poitrine, de l'abdomen, de l'épaule, de l'avant-bras, du dos de la main, de la cuisse, du bas de la jambe et de la face dorsale du pied. Lors du calcul, la surface de la surface corporelle correspondante est prise en compte. La « température moyenne de la peau » ainsi trouvée à une température ambiante confortable est d'environ 33 à 34 °C.
Fluctuations périodiques de la température moyenneLa température du corps humain fluctue au cours de la journée : elle est minimale au petit matin et maximale (souvent avec deux pics) le jour (Fig. 3). L'amplitude des fluctuations diurnes est d'environ 1 °C. Chez les animaux actifs la nuit, le maximum de température est observé la nuit. Il serait plus facile d'expliquer ces faits en disant que l'augmentation de la température se produit à la suite d'une activité physique accrue, mais cette explication s'avère incorrecte.
Les fluctuations de température sont l'un des nombreux rythmes quotidiens. Même si nous excluons tous les signaux externes d'orientation (lumière, changements de température, horloges la prise de nourriture), Température corporelle
continue de fluctuer rythmiquement, mais la période d'oscillation dans ce cas est de 24 à 25 heures.Ainsi, les fluctuations quotidiennes de la température corporelle sont basées sur un rythme endogène ("horloge biologique"), généralement synchronisé avec des signaux externes, en particulier avec le rotation de la Terre. Lors des voyages liés au franchissement des méridiens terrestres, il faut en général 1 à 2 semaines pour que le rythme de température s'adapte au mode de vie déterminé par la nouvelle heure locale du corps.
Des rythmes avec des périodes plus longues se superposent au rythme des changements de température quotidiens, par exemple un rythme de température synchronisé avec le cycle menstruel.
Changement de température pendant l'exercicePendant la marche, par exemple, la production de chaleur est 3 à 4 fois supérieure, et pendant un travail physique intense même 7 à 10 fois plus élevée qu'au repos. Il augmente également dans les premières heures après avoir mangé (d'environ 10 à 20%). La température rectale lors d'un marathon peut atteindre 39 à 40°C, et dans certains cas près de 41°C. D'autre part, la température moyenne de la peau diminue en raison de la transpiration et de l'évaporation induites par l'exercice. Lors d'un travail sous-maximal, tant qu'il y a transpiration, l'augmentation de la température centrale est presque indépendante de température ambiante entre 15 et 35 °C. La déshydratation du corps entraîne une élévation de la température interne et réduit considérablement les performances.
Dissipation de la chaleur
Comment la chaleur qui s'est élevée dans les entrailles du corps le quitte-t-elle? Partiellement avec les sécrétions et avec l'air expiré, mais le rôle du refroidisseur principal est joué par le sang. En raison de sa capacité calorifique élevée, le sang est très bien adapté à cette fin. Il prend la chaleur des cellules des tissus et des organes lavés par lui et la transporte à travers les vaisseaux sanguins vers la peau et les muqueuses. C'est là que le transfert de chaleur a lieu. Par conséquent, le sang s'écoulant de la peau est environ 3 °C plus froid que le sang entrant. Si le corps est privé de la capacité d'évacuer la chaleur, sa température augmente de 4 ° C en seulement 2 heures et une augmentation de la température à 43–44 ° C est, en règle générale, incompatible avec la vie.
Le transfert de chaleur dans les extrémités est dans une certaine mesure déterminé par le fait que le flux sanguin se produit ici selon le principe du contre-courant. Les gros vaisseaux profonds des membres sont disposés en parallèle, grâce à quoi le sang qui suit les artères jusqu'à la périphérie dégage sa chaleur dans les veines voisines. Ainsi, les capillaires situés aux extrémités des membres reçoivent du sang pré-refroidi, de sorte que les doigts et les orteils sont les plus sensibles aux basses températures.
Les termes de transfert de chaleur sont : conduction de la chaleur H P, convection H Pour, rayonnement H izl et évaporation H Espagnol. Le flux de chaleur total est déterminé par la somme de ces composants :
H couchette=H P+H Pour+H izl+H Espagnol .
Le transfert de chaleur par conduction se produit lorsque le corps est en contact (qu'il soit debout, assis ou couché) avec un substrat dense. L'amplitude du flux de chaleur est déterminée par la température et la conductivité thermique du substrat adjacent.
Si la peau est plus chaude que l'air ambiant, la couche d'air qui lui est adjacente se réchauffe, s'élève et est remplacée par de l'air plus froid et plus dense. La force motrice de ce flux convectif est la différence entre les températures du corps et l'environnement à proximité. Plus il y a de mouvements dans l'air extérieur, plus la couche limite s'amincit (épaisseur maximale 8 mm).
Pour la gamme de températures biologiques, le transfert de chaleur dû au rayonnement H rad peut être décrit avec une précision suffisante à l'aide de l'équation :
H izl=h izl x (T peau-T izl) x A,
où T peau– température cutanée moyenne, T izl– température de rayonnement moyenne (température des surfaces environnantes, par ex. murs de la salle),
A est la surface effective du corps et
h izl est le coefficient de transfert de chaleur dû au rayonnement.
coefficient h izl prend en compte l'émissivité de la peau, qui pour le rayonnement infrarouge à ondes longues est d'environ 1 quelle que soit la pigmentation, c'est-à-dire la peau rayonne presque autant d'énergie qu'un corps complètement noir.
Environ 20% du transfert de chaleur du corps humain dans des conditions de température neutre est dû à l'évaporation de l'eau de la surface de la peau ou des muqueuses des voies respiratoires. Le transfert de chaleur par évaporation se produit même à 100 % d'humidité relative de l'air ambiant. Cela se produit tant que la température de la peau est supérieure à la température ambiante et que la peau est complètement hydratée grâce à une transpiration suffisante.
Lorsque la température ambiante dépasse la température corporelle, le transfert de chaleur ne peut s'effectuer que par évaporation. L'efficacité du refroidissement dû à la transpiration est très élevée : avec l'évaporation d'1 litre d'eau, le corps humain peut dégager un tiers de la chaleur totale générée dans des conditions de repos pendant toute la journée.
Influence des vêtements
L'efficacité des vêtements en tant qu'isolant thermique est due aux plus petits volumes d'air dans la structure du tissu tissé ou dans le velours, dans lesquels aucun courant de convection notable ne se produit. Dans ce cas, la chaleur n'est transférée que par conduction et l'air est un mauvais conducteur de chaleur.
Facteurs environnementaux et confort thermique
L'influence de l'environnement sur le régime thermique du corps humain est déterminée par au moins quatre facteurs physiques : la température de l'air, l'humidité, la température de rayonnement et la vitesse de l'air (vent). Cela dépend de ces facteurs si le sujet ressent un "confort thermique", qu'il fasse chaud ou froid. La condition de confort est que le corps n'a pas besoin du travail des mécanismes de thermorégulation, c'est-à-dire il n'aurait pas besoin de trembler ni de transpirer, et le flux sanguin dans les organes périphériques pourrait maintenir une vitesse intermédiaire. Cette condition correspond à la zone thermoneutre mentionnée ci-dessus.
Ces quatre facteurs physiques sont quelque peu interchangeables en termes de confort et de besoin de thermorégulation. En d'autres termes, la sensation de froid provoquée par une basse température de l'air peut être atténuée par une augmentation correspondante de la température de rayonnement. Si l'atmosphère est étouffante, la sensation peut être atténuée en abaissant l'humidité ou la température de l'air. Si la température de rayonnement est basse (murs froids), une augmentation de la température de l'air est nécessaire pour atteindre le confort.
Selon des études récentes, la valeur d'une température confortable pour un sujet assis légèrement vêtu (chemise, slip, pantalon long en coton) est d'environ 25 à 26 ° C à 50% d'humidité de l'air et à des températures égales de l'air et des murs. La valeur correspondante pour un sujet nu est de 28 °C. La température moyenne de la peau est d'environ 34°C. Lors d'un travail physique, au fur et à mesure que le sujet déploie de plus en plus d'efforts physiques, la température de confort diminue. Par exemple, pour des travaux de bureau légers, la température de l'air préférée est d'environ 22°C. Curieusement, lors d'une période difficile travail physique température ambiante, à laquelle la transpiration ne se produit pas, est ressentie comme trop faible.
Le schéma de la fig. 4 montre comment les valeurs de température de confort, d'humidité et de température de l'air ambiant sont corrélées lors d'un travail physique léger. Chaque degré d'inconfort peut être associé à une valeur de température - la température effective (ET). Valeur numérique ET est trouvé en projetant sur l'axe des abscisses le point où la ligne d'inconfort coupe la courbe correspondant à 50 % d'humidité relative. Par exemple, toutes les combinaisons de valeurs de température et d'humidité dans la zone gris foncé (30°C à 100% HR ou 45°C à 20% HR, etc.) correspondent à une température effective de 37°C, qui à son tour correspond à un certain degré d'inconfort. Dans la gamme des basses températures, l'effet de l'humidité est moindre (la pente des lignes d'inconfort est plus forte), car dans ce cas la contribution de l'évaporation au transfert thermique total est insignifiante. L'inconfort augmente avec une augmentation de la température moyenne et de la teneur en humidité de la peau. Lorsque les valeurs des paramètres qui déterminent l'humidité maximale de la peau (100%) sont dépassées, l'équilibre thermique ne peut plus être maintenu. Ainsi, une personne n'est capable de résister à des conditions en dehors de cette limite que pendant une courte période; la sueur coule en même temps en ruisseaux, puisqu'elle est libérée plus qu'elle ne peut s'évaporer. Les lignes d'inconfort se déplacent, bien sûr, en fonction de l'isolation thermique apportée par les vêtements, de la vitesse du vent et de la nature de l'exercice.
Températures de l'eau confortables
L'eau a une conductivité thermique et une capacité calorifique beaucoup plus élevées que l'air. Lorsque l'eau est en mouvement, le flux turbulent qui en résulte près de la surface du corps évacue la chaleur si rapidement qu'à une température de l'eau de 10 ° C, même un fort stress physique ne permet pas de maintenir l'équilibre thermique et une hypothermie se produit. Si le corps est complètement au repos, pour obtenir un confort thermique, la température de l'eau doit être de 35 à 36 ° C. Selon l'épaisseur du tissu adipeux isolant, la température de confort maximale inférieure dans l'eau varie de 31 à 36 °C.
À suivre
* Selon la règle de van't Hoff, lorsque la température change de 10 °C (dans la plage de 20 à 40 °C), la consommation d'oxygène par les tissus change dans le même sens de 2 à 3 fois.
Différences latitudinales et saisonnières. - Différences d'altitude et climat continental. - Microclimat. - Profondeur.
Après avoir décrit l'influence des différentes températures sur les organismes, il convient d'aborder la question de la diversité des températures rencontrées dans la nature. Les différences de température correspondantes, ainsi que leurs conséquences, déterminent le rôle que la température peut jouer dans la détermination de la distribution et de l'abondance des organismes. Les différences de température peuvent être divisées en sept groupes principaux : latitudinal, altitudinal, lié au climat continental, saisonnier, diurne, microclimatique et profond. La plupart des informations de base sur ces différences sont, bien sûr, bien connues.
Riz. 2.11. A. La position de la Terre le 22 juin : l'été commence dans l'hémisphère nord et l'hiver commence dans l'hémisphère sud. Les journées sont longues aux hautes latitudes et courtes aux basses latitudes. Des endroits où rayons de soleil tombent sur la surface de la terre à l'angle le plus grand, situé au nord de l'équateur. B. La position de la Terre le 22 décembre : une tendance est observée,
ci-contre par rapport à A. V. La position de la Terre les 21 mars et 23 septembre : le printemps commence dans un hémisphère, l'automne dans l'autre. La durée du jour à toutes les latitudes est de 12 heures. L'endroit de la chute pure des rayons du soleil tombe exactement sur l'équateur.
Les différences saisonnières et latitudinales sont en effet indissociables. Comme le montre la fig. 2.11, l'angle d'inclinaison de l'axe de la Terre par rapport au plan de l'orbite circumsolaire de la Terre change au cours du cycle annuel. Pour cette raison, seules des zones de température "généralisées" très approximatives, illustrées à la Fig. 2.12 ; de plus, il faut se rappeler que les températures les plus élevées ne sont pas observées à l'équateur, mais aux latitudes moyennes : par exemple, aux États-Unis, il n'y a guère d'endroit où la marque de 38 0C n'est jamais restée bien en dessous ; dans le même temps, ni à Colón (Panama) ni presque à l'équateur même à Belém (Brésil) la température n'a jamais dépassé 35°C (MacArthur, 1972).
A ces régularités géographiques à grande échelle se superposent l'influence de l'altitude et la « continentalité » du climat. Dans l'air sec, avec une élévation tous les 100 m, la température baisse de I0C, et dans l'air humide, de 0,6 °C. La baisse de température est une conséquence de la dilatation "adiabatique" de l'air qui se produit avec une diminution de la pression atmosphérique associée à l'escalade. Les manifestations de continentalité s'expliquent principalement par des différences entre les taux de chauffage et de refroidissement des terres, d'une part, et de l'eau
Riz. 2.12. Un schéma simplifié de la division de la surface de la Terre en cinq zones climatiques principales. (La croix en gras marque les îles Canaries ; voir le texte, p. 85.)
masses d'autre part. La réflectivité de l'eau est supérieure à celle de la terre, donc la terre se réchauffe plus rapidement ; mais il refroidit aussi plus vite. Pour cette raison, la mer a une influence «marine» adoucissante sur le régime de température des régions côtières et en particulier des îles: les fluctuations de température quotidiennes et saisonnières dans ces endroits sont beaucoup moins perceptibles que dans d'autres situées à la même latitude, mais profondément dans le continent ( Fig. 2.13). Quelque chose de similaire est également observé à l'intérieur des masses terrestres : les zones arides et dénudées (par exemple, les déserts) subissent des fluctuations de température saisonnières et quotidiennes plus marquées que les zones plus humides ( Par exemple, les forêts).
Ainsi, derrière la carte du monde avec les zones de température représentées dessus (Fig. 2.12), de nombreuses différences de nature purement locale sont cachées. Il existe cependant une autre circonstance, beaucoup moins largement reconnue, à savoir qu'il peut y avoir toute la ligne encore plus de différences à petite échelle - celles microclimatiques. Voici quelques-uns 
Riz. 2.13. Dynamique saisonnière de l'amplitude de la température moyenne journalière dans diverses zones côtières et intérieures. À mesure que vous vous éloignez de la côte et que l'effet adoucissant de la mer s'affaiblit, la plage des fluctuations de la température de l'air augmente. Helgoland est une île. Jamais, Oldenburg et Leningen sont retirés de la côte de la mer du Nord de l'ouest. Allemagne, respectivement, à 11, 30 et 80 km. (D'après Roth, 1981.)
exemples (Geiger, 1955) : la nuit, la chute d'air froid dense au fond d'une vallée de montagne peut faire qu'il fait 31°C plus froid qu'au bord de la vallée à seulement 100 m plus haut ; par une journée d'hiver glaciale, les rayons du soleil peuvent chauffer le côté sud d'un tronc d'arbre (et en même temps les crevasses et les fissures habitées par quelqu'un dessus) jusqu'à 30 ° C; sur un site couvert de végétation, les températures de l'air en des points séparés par une distance verticale de r 2,6 m (à la surface du sol et directement au-dessus de la couche supérieure de feuillage) peuvent différer de 10 ° C. Par conséquent, pour obtenir des données sur l'effet de la température sur la répartition et l'abondance des êtres vivants, il ne faut pas du tout se limiter à considérer des modèles qui se manifestent à l'échelle mondiale ou géographique.
Cela devient évident lorsqu'on étudie la dépendance de la température à la profondeur (sous la surface du sol ou de l'eau). Cette dépendance s'exprime de deux manières : d'une part, les fluctuations de température qui se produisent en surface sont affaiblies en profondeur (« assourdies », amorties) et, d'autre part, elles se déphasent ; ce décalage est d'autant plus perceptible que l'amortissement est fort. Le degré de manifestation de ces deux phénomènes augmente à la fois avec une augmentation de la profondeur elle-même et avec une diminution de la conductivité thermique du milieu (elle est très faible dans le sol et un peu plus élevée dans l'eau). À environ un mètre de profondeur sous la surface du sol, les fluctuations quotidiennes de température d'une amplitude de plusieurs dizaines de degrés sont pratiquement imperceptibles, et même les fluctuations annuelles disparaissent à une profondeur de plusieurs mètres.
10.4. Thermorégulation. Température corporelle et isométrie
Température corporelle l'homme et les animaux supérieurs est maintenu à un niveau relativement constant, malgré les fluctuations de la température ambiante. Cette température corporelle constante est appelée isothermes. L'isotherme dans le processus d'ontogenèse se développe progressivement. Chez un nouveau-né, la capacité à maintenir une température corporelle constante n'est pas parfaite. DANS par conséquent, un refroidissement ou une surchauffe du corps peut se produire à des températures ambiantes qui n'affectent pas un adulte. Même un petit travail musculaire associé aux pleurs prolongés d'un enfant peut augmenter la température corporelle.
La température des organes et des tissus, comme tout l'organisme, dépend de l'intensité de la génération et de la perte de chaleur. Production de chaleur se produit à la suite de réactions exothermiques continues. Dans les tissus et les organes qui effectuent un travail actif ( muscle, foie, reins), plus de chaleur est libérée que dans les moins actifs (tissus conjonctifs, os, cartilage).
La perte de chaleur par les organes et les tissus dépend de la localisation : organes situés en surface (peau, les muscles squelettiques) dégagent plus de chaleur et se refroidissent plus fortement que les organes internes, qui sont plus protégés du refroidissement. Le foie, situé profondément à l'intérieur du corps et donnant une plus grande production de chaleur, a une température plus élevée et constante chez l'homme (37,8 - 38 ° C), la température de la peau étant plus dépendante de l'environnement.
La température corporelle d'une personne est jugée sur la base de sa mesure au niveau de l'aisselle. Ici, la température chez une personne en bonne santé est de 36,5 à 36,9 ° C. La température corporelle ne reste pas constante, mais fluctue entre 0,5 et 0,7 ° C. Le repos et le sommeil font baisser la température, l'activité musculaire l'augmente. La température corporelle maximale est observée entre 16 h et 18 h, le minimum entre 3 h et 4 h.
La constance de la température corporelle chez une personne peut être maintenue sous la condition de l'égalité de la génération de chaleur et de la perte de chaleur de tout l'organisme. Ceci est réalisé grâce aux mécanismes physiologiques de la thermorégulation. La thermorégulation est généralement divisée en chimique et physique.
Thermorégulation chimique effectué en modifiant le niveau de génération de chaleur, c'est-à-dire augmentation ou diminution de l'intensité du métabolisme dans les cellules du corps.
La thermorégulation chimique entraîne une augmentation ou une diminution de la formation de chaleur dans le corps. La production totale de chaleur dans le corps consiste en chaleur primaire, libéré au cours de réactions métaboliques se produisant constamment dans tous les tissus; Et chaleur secondaire, formé lorsque l'énergie de composés à haute énergie est utilisée pour effectuer un certain travail. L'intensité des processus métaboliques n'est pas la même dans les différents organes et tissus, de sorte que leur contribution à la production totale de chaleur n'est pas équivalente. La génération de chaleur dans les muscles pendant la tension et la contraction est appelée thermogenèse contractile. La thermogenèse contractile est le principal mécanisme de production de chaleur supplémentaire chez un adulte. Le nouveau-né a un mécanisme de génération de chaleur accélérée en raison d'une augmentation du taux d'oxydation des acides gras de la graisse brune, qui se situe dans la région interscapulaire, le long des gros vaisseaux des cavités thoraciques et abdominales, dans la région occipitale du cou. Une nuance de brun est donnée par de nombreuses terminaisons de fibres nerveuses sympathiques et de mitochondries contenues dans les cellules de ce tissu. La masse de tissu adipeux brun chez un adulte atteint 0,1% du poids corporel. Les enfants ont plus de graisse brune que les adultes. Le tissu adipeux brun génère beaucoup plus de chaleur que le tissu adipeux blanc. Ce mécanisme de formation thermique est appelé thermogenèse sans frissons.
Thermorégulation physique effectué en changeant l'intensité du transfert de chaleur.
La thermorégulation physique est un ensemble de processus physiologiques entraînant une modification du niveau de transfert de chaleur.
Radiation- c'est le dégagement de chaleur sous forme d'ondes électromagnétiques du domaine infrarouge. La quantité de chaleur dissipée par le corps dans l'environnement par rayonnement est proportionnelle à la surface du rayonnement (la surface des parties du corps qui sont en contact avec l'air) et à la différence entre les températures moyennes de la peau et de l'environnement. A une température ambiante de 20°C et une humidité relative de 40 à 60%, le corps d'une personne adulte dissipe par rayonnement environ 40 à 50% de la chaleur totale dégagée.
Le rayonnement de la surface du corps augmente avec l'augmentation de la température de la peau et diminue avec sa diminution. Si la température ambiante élève la température de la peau, le corps humain se réchauffe en absorbant les rayons infrarouges émis par l'environnement.
Conduction thermique (conduction) - le dégagement de chaleur en contact direct du corps avec un autre objet physique. L'air sec et le tissu adipeux sont des isolants thermiques. L'air et l'eau humides et saturés d'eau ont une conductivité thermique élevée. Par conséquent, rester à basse température avec une humidité élevée s'accompagne d'une augmentation de la perte de chaleur corporelle.
Convection - transfert de chaleur, réalisé en transférant de la chaleur en déplaçant des particules d'air (eau). Pour dissiper la chaleur par convection, un flux d'air à plus basse température autour de la surface du corps est nécessaire. À une température de l'air de 20 ° C, une humidité relative de - 40 à 60%, le corps d'un adulte dissipe environ 25 à 30% de chaleur dans l'environnement par conduction thermique et convection.
Évaporation - c'est le dégagement de chaleur dû à l'évaporation de la sueur ou de l'humidité de la surface de la peau et des muqueuses des voies respiratoires. A une température de 20°C l'évaporation est d'environ 36 g/h. Par évaporation, le corps dégage environ 20% de la chaleur. L'évaporation est possible tant que l'humidité de l'air est inférieure à 100 %. Avec une transpiration intense, une humidité élevée et une faible vitesse de l'air, les gouttelettes de sueur, n'ayant pas le temps de s'évaporer, s'écoulent de la surface du corps, le transfert de chaleur par évaporation devient moins efficace. La transpiration consomme de l'énergie. Certains animaux n'ont pas de mécanisme de transpiration - ce sont des animaux qui ne transpirent pas. Ils remplacent la transpiration par un essoufflement dû à la chaleur (polypnée). L'essoufflement thermique se produit sous la forme d'une respiration très rapide mais superficielle. Ce type de respiration augmente l'évaporation de l'eau de la surface des voies respiratoires supérieures, de la bouche et de la langue.
La thermorégulation vise à prévenir les perturbations de l'équilibre thermique de l'organisme ou à le rétablir. Les informations sur la température proviennent des thermorécepteurs périphériques et centraux via les nerfs afférents au centre thermorégulateur de l'hypothalamus. Ce centre traite les informations et envoie des commandes aux effecteurs, c'est-à-dire aux active divers mécanismes qui modifient la production et le transfert de chaleur.
Les fonctions des thermorécepteurs sont assurées par des cellules spécialisées qui ont une sensibilité particulièrement élevée aux effets de la température. Ils sont situés dans diverses pièces corps (peau, muscles squelettiques, vaisseaux sanguins, estomac, intestins, utérus, vessie), dans les voies respiratoires, dans la moelle épinière, formation réticulaire, mésencéphale, hypothalamus, cortex hémisphères.
Il existe trois groupes de thermorécepteurs :
1) les extérorécepteurs sont situés dans la peau ;
2) interorécepteurs situés sur les organes internes et les vaisseaux;
3) les thermorécepteurs centraux sont situés dans le système nerveux central.
Les thermorécepteurs cutanés ont été les plus étudiés. La plupart d'entre eux sont sur la peau du visage et du cou. Les thermorécepteurs cutanés sont divisés en 1) froid et 2) chaleur. À la surface du corps, les thermorécepteurs sensibles au froid prédominent quantitativement. Les récepteurs de froid sont situés à une profondeur de 0,17 mm de la surface de la peau, il y en a environ 250 000. Les récepteurs de chaleur sont situés plus profondément et sont situés à une profondeur de 0,3 mm de la surface, il y en a environ 30 000 .
Les décharges des récepteurs thermiques sont observées dans la plage de température de 20 à 50 °C et à froid - de 10 à 41 °C. À des températures inférieures à 10 ° C, les récepteurs du froid et les fibres nerveuses sont bloqués. A des températures supérieures à 45 °C, les récepteurs du froid peuvent être à nouveau activés, ce qui explique le phénomène de sensation paradoxale de froid observé lors d'un fort échauffement. À une température de 47 à 48 ° C, les récepteurs de la douleur commencent également à être excités. Ceci explique l'acuité inhabituelle de la sensation paradoxale de froid.
L'excitation des récepteurs dépend des valeurs absolues de la température cutanée au site d'irritation et de la vitesse et du degré de son changement.
Centres de thermorégulation . Il est généralement admis que le principal mécanisme central de thermorégulation ( centre de thermorégulation) localisée dans l'hypothalamus. Le mécanisme de thermorégulation hypothalamique est le suivant. La signalisation des thermorécepteurs périphériques, commutant dans les structures des cornes postérieures de la moelle épinière, s'adresse aux mécanismes segmentaires somatiques et autonomes du niveau rachidien, UN pénètre également dans les voies ascendantes de la moelle épinière vers le cerveau. Les principaux conducteurs de la sensibilité à la température du cerveau sont les voies spinothalamique et spinoréticulaire.
Les signaux des thermorécepteurs périphériques sont adressés à l'hypothalamus antérieur (zone préoptique médiale), où ces signaux sont comparés au niveau d'activité des thermocapteurs centraux (ils reflètent l'état de température du cerveau). L'intégration des signaux caractérisant la température corporelle centrale et périphérique assure la production d'impulsions par les structures de l'hypothalamus postérieur qui contrôlent la thermorégulation chimique et physique.
Dans des conditions confortables, l'équilibre thermique, qui assure le maintien de la température corporelle à un niveau normal, n'a pas besoin d'être corrigé par des mécanismes de thermorégulation spéciaux.
Le cortex cérébral, participant au traitement des informations de température, assure une régulation réflexe conditionnée de la production et du transfert de chaleur. De fortes réactions thermorégulatrices provoquent des stimuli conditionnés naturels (la forme de neige, de glace, de soleil éclatant et autres). cortex cérébral et Système limbique faire émerger des sensations subjectives de température (froid, frais, chaud, chaud), des excitations motivationnelles et des comportements visant à trouver un environnement plus confortable. Dans l'hypothalamus, il y a des neurones qui contrôlent les processus de transfert de chaleur et de production de chaleur. Thermosensible cellules nerveuses sont capables de distinguer une différence de température de 0,01°C du sang circulant dans le cerveau.
Il est prouvé que le rapport des concentrations d'ions sodium et calcium dans l'hypothalamus détermine le niveau de température. Les changements dans les concentrations de ces ions entraînent des changements dans le niveau de température corporelle.
Des facteurs humoraux participent également à la thermorégulation. La thyroxine améliore les processus oxydatifs, ce qui s'accompagne d'une augmentation de la génération de chaleur. L'adrénaline resserre les vaisseaux périphériques, ce qui entraîne une diminution du transfert de chaleur.
Adaptation à la température . Une exposition prolongée à des conditions microclimatiques de surchauffe ou de sous-refroidissement entraîne une augmentation de l'efficacité des mécanismes de protection contre la surchauffe ou l'hypothermie. Thermique l'adaptation est réduite à une augmentation de l'efficacité du mécanisme de sudation, qui est obtenue en augmentant la sensation de soif avec des pertes d'eau mineures et en abaissant le seuil de sudation pour la surchauffe. Froid l'adaptation est d'augmenter les propriétés d'isolation thermique de la peau et l'accumulation graisse sous cutanée, ainsi que dans l'augmentation de fond de l'échange d'énergie tissulaire due à une augmentation du nombre de récepteurs β-adrénergiques tissulaires.
Une température ambiante inférieure au confort provoque une augmentation de l'activité des thermorécepteurs périphériques froids. Cette information augmente le tonus des structures efférentes de l'hypothalamus postérieur, à la suite de quoi, grâce à l'activation du système sympathique système nerveux le tonus de la peau et des vaisseaux sous-cutanés augmente. Une diminution du flux sanguin associée à une augmentation du tonus vasculaire entraîne une augmentation de l'isolation thermique du corps et la conservation de la chaleur due à une diminution des transferts de chaleur. Parallèlement au début de la réaction de conservation de la chaleur, les structures efférentes de l'hypothalamus postérieur activent l'apparition du tonus thermorégulateur et des tremblements. Le réchauffement réduit l'activité des thermorécepteurs périphériques froids, entraînant une diminution du tonus des structures efférentes de l'hypothalamus. En conséquence, il y a une diminution des influences sympathiques sur la peau et les vaisseaux sous-cutanés, et l'activation adrénergique et thyroïdienne de l'échange d'énergie diminue. Une diminution des influences efférentes du centre de thermorégulation entraîne une diminution du tonus musculaire.La température de l'air est l'une de ses propriétés, exprimée en nombre de divisions de l'échelle correspondante. Cette propriété est basée sur la vitesse des molécules d'air atmosphérique. Plus la vitesse est élevée, plus la température est élevée.
Pour mesurer ce paramètre, différentes échelles sont utilisées, dont il existe environ 12 types. Mais les plus courantes sont trois échelles :
- Celsius (°C), qui est devenu une partie du système de mesure métrique (SI). Zéro (0 °C) degrés est la température de fusion de la glace. Et le point d'ébullition de l'eau sert de marque de cent (100 ° C) degrés. Un centième (1/100) de la différence entre ces températures équivaut à un (1 °C) degré Celsius.
- L'échelle Fahrenheit (°F) est largement utilisée aux États-Unis et dans certains autres pays. Un degré (1°F) équivaut approximativement à 1/180 de la différence de température entre la fonte de la glace (+32°F) et l'eau bouillante (+212°F).
- Degrés Kelvin (°K), couramment utilisés en météorologie. Dans cette échelle, la température du zéro absolu est prise comme zéro, lorsque le mouvement des molécules s'arrête (-273,15 ° C). Par conséquent, toutes les températures sont positives.
En plus de ces échelles, il en existe d'autres, par exemple, les degrés de Römer, Rankin, Delisle ou Hooke. Cependant, ces échelles sont obsolètes ou ont un but particulier, elles ne sont donc pas largement utilisées.
Comment la température de l'air affecte le temps
Le temps se forme sous l'influence de nombreux facteurs. La température de l'air affecte le changement d'altitude de la pression. C'est-à-dire que dans l'air chaud, les changements d'altitude de la pression sont moins prononcés, ils chutent plus lentement. Ainsi les domaines air chaud ce sont des zones de haute pression atmosphérique et vice versa - les régions froides sont caractérisées par une basse pression atmosphérique.
Sur la base de ce qui précède, la température de l'air affecte indirectement la formation du vent, car le vent est le mouvement des masses d'air entre des zones à des pressions différentes. De plus, certaines précipitations dépendent également de la température de l'air. A basse température, la pluie tombe sous forme de neige.
La température de l'air ambiant, ainsi que la fréquence et la quantité des précipitations, agit comme l'un des facteurs affectant l'humidité relative de l'air. Plus la température est élevée, plus l'humidité est élevée. Et la présence de pluies constantes et abondantes augmente encore la teneur en humidité de l'air à hautes températures. Un exemple de ce phénomène sont les zones climatiques tropicales.
Quelle température de l'air est considérée comme confortable
La température de l'air confortable pour une personne vêtue de vêtements légers est d'environ 20 à 22 ° C. Cet état de fait s'explique par les particularités du transfert de chaleur corps humain et l'environnement. Un organisme au repos perd de l'énergie thermique de trois façons :
- Rayonnement ou rayonnement directement thermique (69 % de tous les transferts de chaleur) ;
- Convection ou remplacement de l'air chauffé autour du corps par de l'air froid de l'environnement (environ 15 %) ;
- Évaporation de l'eau (19%).
La température ambiante a le plus grand effet sur le taux de convection. Ainsi, plus la température de l'air est basse, plus l'air autour du corps se réchauffe longtemps et plus l'air chauffé est remplacé rapidement par de l'air froid et vice versa. C'est grâce au ralentissement de la convection que les vêtements restent chauds.
Facteurs météorologiques qui provoquent des fluctuations de la température de l'air
La température de l'air ambiant a tendance à changer en fonction de l'influence de divers facteurs atmosphériques. Il est important de comprendre ici que le réchauffement de l'air atmosphérique se produit en raison de la chaleur dégagée par la surface de la terre.
Ainsi, la nébulosité a la plus grande influence sur la température de l'air. Une couche dense de nuages empêche le réchauffement du sol et, par conséquent, le réchauffement de l'air. Par temps clair, le soleil réchauffe plus fortement la surface de la terre, ce qui, à son tour, réchauffe l'air.
Libéré dans n'importe quel incendie l'énérgie thermique. La quantité de chaleur dégagée dépend des conditions d'échange d'air dans le feu, des propriétés thermophysiques des matériaux environnants (y compris les matériaux de construction), des propriétés de risque d'incendie des substances combustibles et des matériaux qui composent la charge calorifique.
En soi, le concept de "température ambiante élevée", à mon avis, n'est pas tout à fait exact. À mon avis, ce concept doit encore être compris comme « température élevée des produits de combustion », puisque l'environnement, lors de l'évaluation risque d'incendie presque toujours considéré comme de l'air ambiant (sans fumée) avec une température initiale.
Lorsque l'on considère une température ambiante élevée comme un facteur d'incendie dangereux, il convient de noter que l'effet dangereux des produits de combustion chauffés sur le corps humain est principalement déterminé par l'humidité de l'air. Plus le taux d'humidité est élevé, plus il est susceptible de brûler. La valeur maximale autorisée pour la température ambiante élevée dans notre pays est de 70°C.
L'augmentation de la température des produits de combustion est non seulement dangereuse pour l'homme, mais peut provoquer la propagation d'un incendie.
Fumée. Perte de visibilité dans la fumée.
La fumée est un mélange de produits de combustion dans lequel de petites particules de substances liquides et solides sont en suspension.
Du fait de la présence de particules solides et liquides dans la fumée, lorsque la lumière la traverse, l'intensité de celle-ci diminue, ce qui entraîne in fine une diminution et une perte de visibilité dans la fumée.
Directement, une visibilité réduite dans la fumée ne constitue pas une menace pour la vie et la santé humaines en tant que risque d'incendie. Cependant, je voudrais souligner ce qui suit. Si une personne se précipite dans un couloir enfumé, alors avec une certaine visibilité critique, en raison de la peur d'un incendie, elle peut revenir en arrière. De plus, le pourcentage de personnes qui reviennent augmente avec une baisse de visibilité. Ceci est confirmé par des études menées en Angleterre et aux États-Unis.
Comme le montre la pratique consistant à effectuer des calculs de risques d'incendie, le blocage des voies d'évacuation se produit le plus souvent en raison de la perte de visibilité dans la fumée.
La valeur limite de perte de visibilité dans la fumée dans notre pays est de 20 m.
Flammes et étincelles. Flux de chaleur.
Comme le dit le célèbre dicton : « Il n'y a pas de fumée sans feu ». Une partie importante des incendies se déroule selon le mode de combustion à la flamme. Malgré le fait que les incendies peuvent commencer par une combustion lente, ils se transforment pratiquement tous en une combustion ardente.
La flamme, ou le feu ouvert, constitue une menace importante pour la vie et la santé humaines et contribue également à la propagation du feu dans l'ensemble de l'installation. La propagation d'un incendie peut s'effectuer sur des dizaines de mètres en raison du rayonnement thermique de la flamme. Le critère d'évaluation de la flamme en tant que facteur d'incendie dangereux est le flux de chaleur ou la densité de rayonnement thermique.
En règle générale, dans les bâtiments (résidentiels et publics), la flamme ne présente pas de danger significatif, car. avant le moment où le feu se développe de manière significative, les personnes ont le temps d'évacuer. Mais, malheureusement, ce n'est pas toujours le cas.
La flamme, le flux de chaleur qu'elle crée, est particulièrement dangereux dans les installations de production, en particulier là où circulent des gaz combustibles, des liquides inflammables et combustibles. Les accidents dans ces installations peuvent être spontanés et le flux de chaleur généré lors d'incendies constitue une menace pour la vie et la santé humaines à des distances considérables de la source d'incendie.
La valeur limite du flux de chaleur, adoptée dans notre pays, est de 1,4 kW / m 2, en pratique étrangère cette valeur est de 2,5 kW / m 2.
Produits de combustion toxiques.
Les produits de combustion toxiques sont, à mon avis, le risque d'incendie le plus dangereux (désolé pour la tautologie), en particulier dans les bâtiments résidentiels et publics. Dans notre pays, les produits de combustion toxiques comprennent le dioxyde de carbone (dioxyde de carbone), le monoxyde de carbone (monoxyde de carbone) et le chlorure d'hydrogène.
Dans notre pays, les valeurs maximales admissibles des facteurs d'incendie dangereux pour chacun des produits de combustion gazeux toxiques sont les suivantes :
Dioxyde de carbone CO2 - 0,11 kg / m 3;
Monoxyde de carbone CO - 1,16 10 -3 kg/m 3 ;
Chlorure d'hydrogène HCl - 2,3 10 -5 kg / m 3.
Dans la pratique étrangère, le monoxyde de carbone et le cyanure d'hydrogène (HCN) sont classés comme produits de combustion toxiques, le dioxyde de carbone est classé comme gaz asphyxiants et le chlorure d'hydrogène est classé comme gaz irritants. Aussi, à l'étranger, en particulier aux USA, le concept dit de « dose efficace fractionnelle » (FED) a été adopté, qui prend en compte les effets toxiques accrus lorsque plusieurs composants toxiques agissent simultanément. Ce phénomène est appelé "synergie".