Итак, по имеющимся описаниям можно составить следующие условия огнехождения.

1. При хождении по огню кожа должна быть чистой и сухой и не иметь дефектов. Любая часть кожи может соприкасаться с раскалённой поверхностью: кожа ступней, голеней, ладони рук (есть ходящие по углям на руках).
2. При огнехождении следует идти нормальным шагом (шаг в секунду), нельзя останавливаться.
3. Тип горячей поверхности не имеет значения, главное, чтобы не было острых неровностей, могущих поранить кожу.
4. Типовая температура углей составляет 650–800?С, максимально зарегистрированная температура достигает 1200?С.
5. Типовое время хождения составляет 5–10 секунд (путь 3–7 м), максимальное зарегистрированное время около 100 секунд.
6. Нагревание кожи до температуры 650?С в обычных условиях в течение 1–2 с. приводит к ожогу 3-й степени и обугливанию кожи на всю толщину с почернением.
7. Хождение по огню требует вхождения в особое психическое состояние, характеризующееся расслаблением кожи.
8. После прохождения по огню в ногах ощущается "электрическое" покалывание в течение 3–4 часов, иногда наблюдаются легкие ожоги, исчезающие через несколько часов.

Мне не удалось найти в литературе описания тепловых процессов в коже в рассматриваемом явлении, поэтому попытаюсь самостоятельно составить физическую модель тепловых процессов в коже, которая не противоречила бы вышеприведённым условиям. В принципе, в теории Буркэна достаточно верно описана идея механизма охлаждения за счёт кровотока, только нет деталей работы этого механизма и количественных оценок тепловых потоков. Проверить эффективность охлаждения тонкой плёнки жидкостью можно в простом опыте. Возьмите два пакета из тонкого полиэтилена и газовый резак или зажигалку с турбонаддувом - она даёт очень горячий факел. Надуйте воздухом один пакет, во второй налейте воду. Поднесите пламя к первому пакету - через секунду в нём образуется оплавленное отверстие. Второй пакет можно греть очень долго - он не плавится. Можно взять горячий паяльник вместо газового пламени - эффект будет таким же. После длительного нагрева паяльником будет заметно помутнение поверхности полиэтилена, причём, чем толще материал, тем заметнее повреждение. Если сделать так, чтобы вода протекала вдоль поверхности, жаростойкость ещё повысится.

Этот опыт моделирует основные черты явления огнехождения - возможность защиты от высокой температуры с помощью тонкой плёнки, охлаждаемой с одной стороны жидкостью.

На рисунке показана схема строения кожи [4]. Можно выделить тонкий слой эпидермиса и основной слой кожи. Эпидермис также делится на поверхностный слой из постоянно ороговевающего эпителия и ростковый слой. Кожа пронизана сетью капилляров, при этом самые мелкие капилляры находятся в ростковом слое, плотность сети капилляров здесь максимальна и кровенаполнение ткани тоже максимально.

При такой структуре кожи система охлаждения может работать следующим образом. При контакте с горячей поверхностью тонкий поверхностный слой кожи обеспечивает передачу тепла системе капилляров росткового слоя. Из-за своей малой толщины и высокой степени кровенаполнения этот процесс происходит очень быстро и эффективно, не позволяя перегреваться роговому слою (как в опыте с плёнкой). Нагретая кровь затем охлаждается в основном слое кожи, который в результате начинает нагреваться, но значительно медленнее эпидермиса. Основной слой кожи может охлаждаться в основном за счёт диффузии в межклеточной жидкости и лимфе, что является значительно более медленным процессом по сравнению с переносом тепла кровотоком.

Для проверки правдоподобности рассматриваемой модели системы охлаждения проведём некоторые количественные оценки. Нужно оценить: а) способен ли поток крови в эпидермисе обеспечить необходимый отвод тепла с тем, чтобы температура верхнего слоя кожи не превышала допустимого значения (около 45–50?C) и б) как соотноситься скорость нагрева основного слоя кожи со временем реального контакта кожи с горячей поверхностью.

Пусть капилляры обеспечивают приток крови в слой эпидермиса с некоторой скоростью w_b. Кровь нагревается и ее температура увеличивается на некоторую величину T. Количество тепла _b, которое кровь перенесёт за время t с единицы площади поверхности кожи, составляет

_b = c·p·w·t·T, (1)

где p, c_b - плотность и удельная теплоёмкость крови.

За это же время количество тепла с единицы площади горячей поверхности с температурой T_f будет передано количество тепла _f, равное

_f = ·(T_f – T_b)·t/, (2)

где , - средний коэффициент теплопроводности и толщина слоя эпидермиса между горячей поверхностью и капиллярным слоем, T_b - температура крови.

Для того, чтобы кровь могла охлаждать эпидермис, отток тепла должен быть не меньше притока, то есть _b > _f. Из этого условия с учётом (1) и (2) получаем ограничение на минимальную скорость движения крови по капиллярам

. (3)

Оценим величину скорости. По тепловым параметром кровь близка к воде (c_b = 4200 дж/кг/град., p = 1000 кг/м?), её обычная температура T_b = 37?C. Примем максимально допустимое кратковременное увеличение температуры крови T = 5?C (до 42?C). Коэффициент теплопроводности эпидермиса примем таким же, как для промышленной сухой кожи (0,15 вт/м/град.), его толщину 0,15 мм (3–4 толщины волоса). Для рекордной температуры поверхности T_f = 1200?C из (3) получаем минимальное значение скорости крови 5,5 см/с. Это значение скорости на порядок меньше скорости движения крови в аортах и примерно соответствует имеющимся сведениям о максимальной скорости тока в капиллярах.

Реально средний коэффициент теплопроводности может быть в несколько раз меньше, и тогда минимальная скорость крови может быть тоже меньше. Дело в том, что поверхность кожи не является гладкой, а имеет микроскопические бугорки. Поэтому даже плоский нагреватель будет контактировать с кожей только в отдельных точках, а на большой части поверхности будет существовать воздушная прослойка. Коэффициент теплопроводности воздуха составляет 0,025 вт/м/град. (в 6 раз меньше взятого выше значения). Средний коэффициент теплопроводности будет находиться между этими крайними значениями в зависимости от соотношения толщины слоёв. Наличие слоя с низкой теплопроводностью (большим тепловым сопротивлением) обеспечивает резкий скачок температуры на нём, в результате чего снижается возможность разрушения самых поверхностных слоев рогового слоя. Итак, наши простейшие оценки показывают, что кровеносная система вполне способна эффективно охлаждать поверхность кожи.

Оценим теперь постоянную времени нагрева основного слоя кожи. Будем рассматривать кожу как плоскую пластинку толщиной h, с коэффициентом теплопроводности ₀, удельной теплоёмкостью c₀ и плотностью p, помещённую между эпидермисом и внутренними тканями. Для такой одномерной модели известно решение уравнения теплопроводности [1], из которого для постоянной времени нагрева пластинки можно получить следующее выражение

. (4)

Внутренние слои кожи по тепловым параметрам близки к воде (p = 1000кг/м?, c₀ = 4200 дж/кг/град., ₀ = 0,6 вт/м/град.), тогда при толщине кожи 1,0–1,5 мм получаем из (3) t = 0,8–1,5 с. Это означает, что время контакта с горячей поверхностью должно быть порядка 1 секунды, при этом температура кожи достигнет 1-1/e = 63% от температуры эпидермиса. Длительность контакта ступни с поверхностью определяется темпом ходьбы. При скорости пешехода 3 км/час и ширине шага 0,5 м время контакта ступни с поверхностью составляет 0,5 с, что меньше рассчитанной постоянной времени. Постоянная времени процесса охлаждения кожи, по-видимому, несколько больше t из-за наличия менее теплопроводного жирового подкожного слоя, но имеет примерно тот же порядок величины. Процессу охлаждения способствует и сама ходьба, во время которой резко изменяется давление на кожу и это приводит к дополнительному движению крови и других жидкостей. Поэтому огнеходец должен идти с темпом не медленнее, чем примерно один шаг в секунду, и идти не слишком долго, либо делать перерывы для того, чтобы медленный механизм охлаждения через лёгкие и потоотделение успевал сработать.

Итак, оценки показывают, что хождение по огню не требует наличия каких-то необычных физических условий в организме. Главное условие - к поверхности кожи должна свободно поступать кровь, как вода к плёнке в полиэтиленовом пакете в описанном опыте. При этом кожа должна быть сухой, достаточно тонкой и не иметь плохо охлаждаемых анатомических дефектов. Теплопроводность эпидермиса не должна быть слишком высокой, поскольку это приведёт к слишком большому потоку тепла к крови и нарушению условия (3), однако и не должна быть слишком низкой, поскольку иначе возможен перегрев рогового слоя.