Az emberi hőháztartás a fizika törvényein alapuló folyamat, amely biztosítja testünk állandó belső hőmérsékletét, általában 36-37 °C között. Ezt a test különböző mechanizmusokkal éri el. Ha a külső hőmérséklet magasabb, mint testünk, a párolgás – az izzadás révén – válik a leghatékonyabb hőleadási móddá, mivel az elpárolgó víz hőt von el a bőrfelszínről. A hatékony hőszabályozás létfontosságú az élet fenntartásához.
Az emberi testhőmérsékletnek szűk tartományban kell maradnia az egészség és a túlélés érdekében.
Alacsony testhőmérséklet (hipotermia)
- 34°C alatt: Kezdődő hipotermia, amely remegést, zavartságot és mozgáskoordinációs problémákat okoz.
- 32°C alatt: Súlyos hipotermia, amely lassítja a szívverést és légzést, és életveszélyes lehet.
- 28°C alatt: Kritikus állapot, amely gyakran eszméletvesztéshez és halálhoz vezet, ha nincs gyors beavatkozás.
Magas testhőmérséklet (hipertermia)
- 38°C felett: Ez még lázas állapotnak számít, de általában nem veszélyes, ha rövid ideig tart.
- 40°C felett: Súlyos láz, amely már károsíthatja a test fehérjéit és sejtjeit. Zavartság, szédülés és kiszáradás léphet fel.
- 42°C felett: Általában végzetes, mivel a sejtek fehérjéi kicsapódnak, és a létfontosságú szervek felmondhatják a szolgálatot.
Egy kertész napos időben egy órát ás a kertben, ezalatt 2 dl vizet párologtat el. Majd bemegy a pálmaházba, ahol szintén egy órán át dolgozik, de a magas páratartalom miatt most nem tudja a verejtékét elpárologtatni. Vajon hány °C-os lett a testhőmérséklete, míg a pálmaházban dolgozott? A víz párolgáshője 2260 kJ/kg, a kertész tömege 85 kg, átlagos fajhője 3400 J/kg°C, átlagos testhőmérséklete 36,5 °C.
Megoldás:
Először határozzuk meg, hogy a kertész a szabad levegőn mennyi energiát ad le az elpárologtatott verejték által. Ezt a hőt a víz veszi fel, ami elpárolog. Párolgás esetén a Q felvett hő megegyezik az L párolgáshő és az m elpárologtatott víztömeg szorzatával. (Tehát itt m az elpárologtatott víz tömegét jelöli, 2 dl víz tömege 0,2 kg.)
Q = L⋅m = 452 kJ
A pálmaházban nem történik meg ez a hőelvonás, ezért a kertész hőmérséklete megnő. Határozzuk meg mennyivel! Hőmérséklet-változás esetén a Q hőmennyiség megegyezik a test c fajhőjének, M tömegének és ΔT hőmérséklet-változásának szorzatával. Ebből a hőmérséklet-változás nagysága egyenletrendezéssel kifejezhető.
(Itt M már a kertész tömegét jelöli.)
ΔT = Q/(c⋅M) = 1,5 °C
Megjegyzés:
Ez a feladat szövege szerint azt jelenti, hogy a kertész testhőmérséklete 1 óra elteltével már 38 °C-os lenne, valamint kb. 3,5 óra alatt elérné a rendkívül veszélyes hipertermiás állapotot. Azért ennyire messzemenő következtetéseket ne vonjunk le!
A feladat levezetése fizikai szempontból helyes, de az emberi test hőháztartásának komplexitását figyelembe véve a valóságban több tényező is módosítja az eredményt, ezért a számított érték inkább elméleti, mintsem teljesen valósághű. Nézzünk néhány szempontot, ami árnyalhatja a helyzetet!
- Az emberi test nem csak izzadással ad le hőt. Az ember hőt veszít a kilélegzett levegőn keresztül is. Még ha a verejték nem is párolog el a pálmaházban, a légzéssel történő hőleadás folytatódik. A kertész szervezete megpróbálna alkalmazkodni a helyzethez, például a bőrhöz irányuló véráram növelésével, hogy több hőt adjon le.
- Az emberi szervezet stressz hatására (pl. meleg környezet) csökkentheti az aktivitást, lassítva az anyagcserét, ami mérsékelheti a hőtermelést.
- A testhőmérséklet növekedése nem lineáris, mivel a test hőszabályozó mechanizmusai beavatkoznak. Az emelkedés kezdetben gyorsabb lehet, majd lassul.
A feladat eredménye inkább figyelemfelkeltő, mint pontos, de jól rávilágít arra, hogy megfelelő körülmények között a verejték elpárolgása kulcsfontosságú a testhőmérséklet szabályozásában, és annak hiánya gyorsan veszélyessé válhat.
(A képek mesterséges intelligencia felhasználásával készültek.)
