4-5. Termoregulacja organizmu człowieka i obciążenie termiczne

Z termodynamicznego punktu widzenia, organizm człowieka jest pewnego rodzaju silnikiem. Wymaga on, podobnie jak w silnikach technicznych, dostarczania paliwa. Paliwem są w tym przypadku pokarmy, tj. węglowodany, białka i tłuszcze. Po wprowadzeniu do organizmu, substancje pokarmowe zostają wciągnięte w tryby metabolizmu (przemiany materii) i spalone do prostych związków, głównie CO₂ i H₂O. W procesie tym jest wyzwalana energia. W mięśniach może ona zostać częściowo przekształcona w energię mechaniczną, ujawniając się w postaci skurczów izometrycznych lub izotonicznych. Znaczną większość (ponad 80%) stanowi, podobnie jak w silniku, ciepło. Nazywamy je ciepłem własnym albo ciepłem endogennym. Jest ono fizycznie identyczne z ciepłem otrzymywanym ze źródeł pozaustrojowych, np. ze Słońca, żarówki, pieca, grzałki itp., które określamy jako ciepło egzogenne. Nazwy endogenne i egzogenne wprowadzono celem ułatwienia dalszej dyskusji.

Wyzwalanie ciepła nie jest jednakowe w całym organizmie. Jedne narządy wyzwalają go mniej, inne więcej. Zależy to m.in. od sytuacji, w jakiej znajduje się człowiek. U człowieka w spoczynku głównym źródłem ciepła są narządy jamy brzusznej, przede wszystkim wątroba, z której pochodzi około 50% ciepła wyzwalanego w tych warunkach. Podczas wysiłku fizycznego metabolizm się nasila, a wyzwalanie ciepła wzrasta. Wtedy ponad 75% ciepła pochodzi z kurczących się mięśni szkieletowych.

Wracając do analogii organizmu ludzkiego z silnikiem, warto podkreślić, że w przeciwieństwie do silnika, organizm nie może zostać całkowicie zatrzymany, a potem znów uruchomiony. W żywym organizmie funkcja jest do tego stopnia sprzężona ze strukturą, że zatrzymanie go powoduje natychmiast rozpad struktury. Istnieje dolna granica, poniżej której nie może być spowolniona przemiana materii. Tę granicę nazywamy podstawową przemianą materii PPM. Obniżenie metabolizmu poza tę granicę powoduje zgon.

Wyzwalanie ciepła przez dorosłego, zdrowego człowieka, przebywającego w spoczynku w strefie komfortu cieplnego, wynosi 4,184 kJ · kg masy ciała^-1 · h^-1. Jak łatwo obliczyć, człowiek o masie ciała 70 kg, przebywający w pozycji leżącej, w całkowitym bezruchu, uwalnia w ciągu godziny około 293 kJ ciepła, tj. mniej więcej tyle ile 80 W żarówka.

W momencie przejścia w stan czynny, tzn. rozpoczęcia wysiłku fizycznego, przemiana materii wzrasta i w krańcowych przypadkach dochodzi do 50 kJ · min ^-1.