Правда ли, что мы теряем тепло через голову?

В Южном полушарии — осень, и австралийский научно-популярный сайт Conversation публикует материал на актуальную тему за авторством физиолога Найджела Тейлора из Воллонгонгского университета. Специалист по реакциям стресса у человека удивляется своим соотечественникам, которые могут выйти на улицу в шортах и шарфике, сланцах и свитере, футболке и вязаной шапочке. Последняя комбинация зачастую поясняется «народной мудростью», которая гласит: организм теряет тепло через голову.

Г-н Тейлор берёт на себя нелёгкую задачу объяснить обывателю, почему это неправда.

Он начинает с азов. Человеческий теплообмен продиктован законами физики, вариациями форм и размеров тела, а также механизмами физиологического контроля, среди которых — изменение кожного кровообращения, дрожь, потоотделение. Их взаимодействие поддерживает постоянную температуру тела, которая, как правило, находится чуть ниже 37°C. (Хотя сообщалось о случаях выживания при температуре тела 13,7 и 46,5 °C, вы, скорее всего, почувствуете себя очень плохо уже ниже 35 и выше 40 °C.)

За пределами тела теплообмен осуществляется либо «насухую» (посредством излучения, конвекции и кондуктивного теплообмена), либо путём испарения влаги. В первом случае тепловая энергия переносится от более горячей к более холодной области, а скорость теплообмена зависит от разницы температур между объектами или их частями. При испарении молекулы воды забирают с собой тепло, отрываясь от влажной поверхности навстречу более сухому воздуху.

Чем больше площадь поверхности, тем быстрее теряется тепло. В то же время чем больше масса, тем выше термоустойчивость, то есть сопротивление быстрым и значительным изменениям температуры. Таким образом, получаем следующий принцип: изменение температуры определяется отношением площади поверхности к массе.

Поэтому прямоугольный параллелепипед толщиной с папиросную бумагу теряет тепло очень быстро, тогда как шар (геометрическое тело с наименьшим показателем отношения площади поверхности к объёму) сильнее всех сопротивляется потере тепла. Поскольку форма головы человека близка к шару, представление о ней как об основном источнике теплопотерь можно ставить под сомнение.

Но нельзя игнорировать физиологический контроль кожного кровообращения, ибо именно таким образом тепло переносится в кожу для рассеяния, и потоотделение, которое способствует потере тепла, когда воздух горячее кожи. Есть много примеров тому, как естественный отбор привёл к физиологическим изменениям, улучшающим терморегуляцию. Возьмите большого тукана: большая площадь поверхности клюва этой птицы в сочетании с особенностями кровоснабжения приводит к весьма эффективному рассеянию тепла. То же справедливо для слоновьих ушей. У людей ближайшим эквивалентом являются кисти и ступни.

Голову не назовёшь идеальным излучателем, несмотря на огромное количество кровеносных сосудов близ её поверхности, ведь кровообращение в коже головы почти не меняется, когда нам становится холодно или жарко. Даже если окружающая температура повышается до опасных показателей, кровоток в коже головы ускоряется меньше по сравнению с кожей кистей и ступней.

Добавьте к этому то, что около половины поверхности головы покрыто волосами, которые удерживают воздух и тем самым создают изоляционный слой, предотвращающий теплообмен. Правда, к сожалению, не все головы соблюдают это правило.

Голова не подходит и для роли охладителя путём испарения влаги. Хотя потоотделение особенно активно происходит в области лба (из расчёта объёма жидкости на единицу площади), в пределах зоны роста волос оно идёт вдвое медленнее.

К тому же на голову приходится лишь около 7% площади нашего тела, так что даже с учётом лба её вклад в охлаждение путём испарения влаги составляет только 10%, в чём она уступает кисти, спине, бедру и голени. Хотя во время физических упражнений показатель потоотделения головы увеличивается втрое, его доля всё равно не превышает 13%.

Поэтому, хотя температура головы делает её прекрасным местом для потери тепла, геометрическая форма и физиологический отклик на нагрев и охлаждение не позволяют ей быть первой скрипкой.

Держать голову в тепле важно точно так же, как большинство других частей тела, но не больше. Важнее защитить кисти и ступни, так что, оставаясь в шортах и футболке, первым делом надевайте перчатки и носки, а не шапку.

Подготовлено по материалам The Conversation.