Методы измерения

Аэроионизация (греч. аёг воздух + ионизация) — ионизация газов, входящих в состав атмосферы. Аэроионизация имеет важное значение для характеристики климато-физических и гигиенических особенностей местности, жилых, учебных и других помещений. В практике лечебно-профилактических и санаторно-курортных учреждений аэроионизация широко используется в качестве лечебного метода (аэроионотерапия).

Физическая сущность процесса аэроионизации заключается в действии на молекулы газов воздуха различных внешних ионизирующих факторов, в результате чего происходит отрыв электрона от молекулы и она становится положительно заряженной, а оторвавшийся свободный электрон, присоединившись к одной из нейтральных молекул, сообщает ей отрицательный заряд. Таким образом, в атмосфере образуется пара противоположно заряженных частиц — отрицательный и положительный газовые ионы, или аэроионы, имеющие молекулярные размеры и несущие по одному элементарному заряду. Заряд иона равен заряду электрона, т. е. 1,6×10^-19 кулона.

Мономолекулярные ионы в обычных условиях существуют весьма короткое время; к ним присоединяется несколько нейтральных молекул газа. Молекулярные комплексы (10—15 молекул) с одним элементарным зарядом называют нормальными, или легкими, аэроионами. Они имеют размеры 10^{-8 см}и обладают сравнительно большой подвижностью (1—2 см/сек в электрическом поле напряженностью 1 в на 1 см).

Сталкиваясь с постоянно присутствующими в атмосфере более крупными частицами, легкие ионы оседают на них и сообщают им свой заряд. Таким образом, возникают вторичные ионы, включающие средние, или промежуточные (10^{-6 см),}и тяжелые (10^{-5 см)}аэроионы.

Основными источниками ионизации атмосферы являются космические лучи, действующие во всей толще атмосферы; излучения радиоактивных веществ, находящихся в Земле и воздухе; ультрафиолетовое и корпускулярное излучения Солнца, ионизирующее действие которых проявляется главным образом на высотах 50—60 км.

К ионизирующим факторам относятся также так называемые тихие разряды у крон высоких деревьев и на вершинах гор, возникающие при больших значениях напряженности электрического поля атмосферы; распыление и разбрызгивание воды у горных рек и водопадов, во время прибоев у побережья морей и океанов — гидроаэроионизация, в основе которой лежит физическое явление, называемое баллоэлектрическим эффектом. Сущность этого эффекта состоит в том, что при разбрызгивании жидкости происходит разрыв дипольных молекул капель воды и в воздухе наряду с газовыми ионами кислорода и азота образуются гидроионы — гидроксил и гидроксоний.

Наряду с процессом образования ионов в атмосфере беспрерывно происходит процесс их рекомбинации: соединяясь между собой, аэроионы противоположного заряда образуют нейтральную молекулу. Рекомбинация происходит не только между легкими ионами, но и между легкими и тяжелыми. В рекомбинации ионов определенное значение принадлежит также диффузии и адсорбции аэроионов.

Для процессов образования и рекомбинации ионов в свободной атмосфере важное значение имеют метеорологические условия — атмосферное давление, температура и влажность воздуха, облачность, ветры, грозы, дожди. У поверхности Земли в обычных условиях содержится около 450 пар легких ионов в 1 см³, однако имеются местности, где в силу особых географических условий число легких аэроионов значительно выше.

В связи с открытием атмосферных ионов благоприятное влияние пребывания на некоторых курортах стали объяснять повышенной аэроионизацией в этих местностях, подчеркивая особое климатофизиологическое значение легких аэроионов отрицательной полярности.

Исследования показали значительные изменения в ионизационном состоянии атмосферного воздуха и воздуха закрытых помещений, происходящие в результате изменения метеорологических условий, скопления людей, загрязнения воздуха пылью и дымом и т. п., и явились началом изучения гигиенического значения аэроионизации.

Несмотря на интерес, проявляемый исследователями различных специальностей — физиками, физиологами, гигиенистами — к проблеме аэроионизации (биологическому ее действию и терапевтическому применению), общепринятой теории механизма действия аэроионов нет. В 1933 г. была выдвинута гипотеза «органического электрообмена», согласно которой между организмом и окружающей средой постоянно совершается «обмен» электрическими зарядами. Влияние аэроионов на организм происходит двумя путями: рефлекторным (раздражение легочных интероцепторов) и гуморальным (проникновение в кровь через альвеолярный эпителий). Было показано, что в реализации влияния аэроионов важное (пусковое) значение принадлежит рецепторному аппарату дыхательных путей и кожи. Важное значение в механизме действия аэроионов наряду с зарядом придается и носителю заряда. Действующим фактором аэроионов отрицательного заряда считают отрицательно заряженный кислород. Действующим фактором аэроионов положительного заряда принято считать положительно заряженную двуокись углерода.

В свете этих представлений особый интерес вызывает так называемая серотонинная теория механизма действия аэроионов различной полярности. Исходя из экспериментальных данных, по которым аэроионы отрицательной полярности стимулируют функцию мерцательного эпителия трахеи, а положительной полярности — подавляют, вплоть до полного прекращения мерцаний, ученые пришли к заключению о возможности непосредственного действия аэроионов на ворсинки эпителия. Отрицательные аэроионы ( ) оказывают влияние на дыхательные ферменты, в частности — цитохромоксидазу, усиливая цитохромносвязанное окисление свободного серотонина и повышая выделение 5-оксииндолуксусной кислоты. Действие положительных аэроионов ( ) сопровождается повышением содержания свободного серотонина в слизистой оболочке дыхательных путей, в крови и тканях. Нарушение функциональной активности слизистых оболочек, которое отмечается при непосредственном действии положительных аэроионов, объясняется повышением содержания свободного серотонина в слизистой оболочке дыхательных путей, в крови и тканях. Многообразие влияния серотонина как биологически активного вещества может в известной мере объяснить многосторонность действия аэроионов на организм. Усиление метаболизма серотонина можно рассматривать как один из важных механизмов изменения нейрогуморальной регуляции под влиянием отрицательно заряженных аэроионов.

При этом, однако, следует подчеркнуть, что реакция на вдыхание аэроионов различной полярности в значительной степени зависит от функционального состояния организма, его индивидуальной реактивности, характера патологического процесса и связанных с ним изменений в направленности вегетативных реакций, состояния кислотно-щелочного равновесия и др.

При изучении физиологического действия аэроионов особое внимание было уделено аэроионам отрицательной полярности; установлено их благоприятное влияние на нервную систему (седативное действие), сердечнососудистую, дыхательную системы, обменные процессы, а также десенсибилизирующий эффект; кроме того, они ускоряют эпителизацию при заживлении ран и снижают болевые ощущения.

Аэроионотерапия — метод физиотерапии, действующим фактором которого являются преимущественно униполярно заряженные аэроионы.

Различают аэроионотерапию с использованием естественной и искусственной аэроионизации. Естественная заключается в длительном пребывании в местностях с чистым, обогащенным аэроионами воздухом (в горах, вблизи водопадов, у побережья моря во время прибоев и т. п.). Для искусственной аэроионизации применяют специальные генераторы аэроионов — аэроионизаторы.

Разновидностью аэроионотерапии является гидроаэроионотерапия, при которой для ионизации используется баллоэлектрический эффект. При гидроаэроионизации образуются положительно и отрицательно заряженные ионы, которые, помимо заряда, несут еще щелочные (ОН) и кислотные (ОН₃) свойства, что сближает их с электроаэрозолями.По лечебному эффекту гидроаэроионотерапия существенно не отличается от аэроионотерапии.

Аэроионотерапия применяется как метод общего воздействия — аэроионоингаляция или как местная процедура, в т. ч. в виде аэроионного массажа.

Показания к применению аэроионоингаляции и гидроаэроионотерапии: гипертоническая болезнь I и II ст., бронхиальная астма (без явлений легочно-сердечной недостаточности), атрофический ринит, озена (начальные стадии), неврастения; к применению аэроионного массажа и местной аэроионизации: вяло заживающие раны, трофические язвы, дерматозы, невралгия, радикулиты.

Противопоказания для общей и местной аэроионо- и гидроаэроионотерапии: сердечно-сосудистая недостаточность II и III ст., выраженный склероз сосудов при явлениях це-реброваскулярной или коронарной недостаточности, активный туберкулез, активная фаза ревматизма, злокачественные и доброкачественные новообразования, кровотечения и наклонность к ним, эпилепсия, повышенная индивидуальная чувствительность к ионизированному воздуху.

Наиболее распространенный метод аэроионо- и гидроаэроионотерапии — аэроионоингаляция заключается в действии аэроионов через дыхательные пути. Одним из условий при проведении процедур аэроионоингаляции является хорошая вентиляция процедурного помещения (отсутствие пыли, дыма, повышенной влажности). Процедуры следует проводить при температуре воздуха около 18°.

При применении генераторов аэроионов группового пользования пациентов усаживают по кругу на определенном расстоянии от аппарата (0,5—1 м).При применении аэроионизаторов индивидуального пользования расстояние от пациента до генератора не должно превышать 10—20 см. Поза больного должна быть наиболее удобной для максимального вдоха. Дышать рекомендуется спокойно, через нос, время от времени делая глубокие вдохи.

Местные процедуры аэроионотерапии осуществляют при помощи специальных генераторов, создающих направленный поток аэроионов на определенный участок поверхности тела. Метод аэроионного массажа заключается в «массировании» различных областей тела потоком униполярно ионизированного воздуха. Струя воздуха, направленная при аэроионном массаже на кожные покровы, содержит около 5,5 млн. ионов отрицательной полярности. Продолжительность процедуры 5—10 мин. Курс лечения 10—12 процедур. Оказывая влияние на нервные окончания в коже, аэроионный массаж уменьшает болевые ощущения и тонизирующе действует на сердечно-сосудистую систему.

Рекомендуются специальные игольчатые электроды к аппаратуре для франклинизации, позволяющие проводить процедуры местной аэроионизации кожного покрова. При этих процедурах электрод располагают на расстоянии 10—12 см от области воздействия. Применяется местная аэроионотерапия воротниковой области, лица, молочных желез, пояснично-крестцовой области и др., 10—20 процедур на курс.

При определении индивидуальной дозировки (количества вдыхаемых аэроионов) принимают во внимание объем вдыхаемого воздуха, концентрацию ионов в нем и частоту дыхания. При известной концентрации аэроионов (определяемой ионометрами) расчет индивидуальной дозы производится с помощью спирометра или газовых часов. Так, если в зоне дыхания пациента содержится 600тыс. легких ионов, то при объеме каждого вдоха 500 мл и 15 вдохах в 1 мин доза будет составлять около 45 млрд аэроионов за 10 мин.

Наблюдения показывают, что однократная процедура аэроионотерапии, как правило, вызывает сдвиги, свидетельствующие о тенденции к нормализации функционального состояния тех или иных органов или систем. У больных гипертонической болезнью может снижаться артериальное давление, бронхиальной астмой — купироваться приступ, улучшаться функция внешнего дыхания. При заболеваниях, сопровождающихся нарушением функции нервной системы, после отдельных процедур А. наблюдается сглаживание показателей асимметрии электрического сопротивления кожи, потоотделения, кожной температуры. Перечисленные тесты могут служить критерием правильности назначения полярности аэроионов и дозировки при аэроионотерапии.

Обычно назначают аэроионы отрицательной полярности; в случае неблагоприятной реакции на такую процедуру следует испытать действие ионов противоположного знака.

Учитывая возможность адаптации к действию повышенной концентрации аэроионов в воздухе, их дозу целесообразно увеличивать от процедуры к процедуре. Это достигается увеличением продолжительности процедуры и приближением пациентов к генератору аэроионов при пользовании аэроионизаторами и гидроаэроионизаторами индивидуального назначения. Курс лечения при аэроионоингаляции состоит из 10— 30 процедур, назначаемых ежедневно либо через день. Повторные курсы А. обычно проводятся через 3—6 мес, при бронхиальной астме — через 2—4 недели. Не рекомендуется в один день с аэроионотерапией назначать другие процедуры электролечения.

Аэроионотерапия может назначаться как самостоятельный метод лечения, а также в комплексе с другими лечебными мероприятиями.

Аэроионизаторы — генераторы аэроионов для искусственной ионизации воздуха. В зависимости от физического фактора, используемого для получения аэроионов, различают аэроионизаторы электрические (высоковольтные, коронные), гидродинамические (гидроаэроионизаторы), радиоизотопные, термоэлектронные, ультрафиолетовые и комбинированные.

Одним из первых аэроионизаторов, созданных в Советском Союзе, был электрический ионизатор А. П. Соколова (1925), усовершенствованный позднее А. Л. Чижевским (1928). Ионизация воздуха в нем достигалась за счет высоковольтного (70—80 кв) разряда с металлических остроконечных стержней, укрепленных на подвешенной под потолком металлической сетке — «люстре». В современных электрических ионизаторах напряжение на коронирующих электродах не превышает 2,5—3 кв.

Наиболее широко используют электрические аэроионизаторы конструкции М.А. Равича — АИР-2 (рисунок 45) и X.Ф. Таммета — ККИ-2М. Концентрация аэроионов в 20 смот аэроионизаторов составляет около 1—2 млн в 1 см³ воздуха при поч ти полной их униполярности.

Рис. 45. Аэроионизатор АИР-2

Рис. 46. Гидроаэроионизатор Серпухов-1

Довольно большое распространение получили также гидроаэроионизаторы группового пользования — системы Е.А. Чернявского (ГАИ-Ч-6) и индивидуального — Серпухов-1 (рисунок 46). Концентрация гидроаэроионов при работе ГАИ-Ч-6 зависит от давления воды при распылении и составляет от 20 тыс. до 130 тыс. отрицательных и от 4 тыс. до 25 тыс. положительных ионов в 1 см³ воздуха. При работе аэроионизатора Серпухов-1 концентрация аэроионов в 20 см от прибора составляет около 500 тыс. отрицательных и 100 тыс. положительных в 1 см³ воздуха.

К радиоизотопным аэроионизаторам относится бета-лучевой генератор конструкции Н.И. Штейнбока, в котором для ионизации используется стронций 90. Конструкция этого аэроионизатора гарантирует его полную радиационную безопасность и позволяет добиться высокой концентрации аэроионов (около1 млн. в 1 см³) при почти полной униполярности.

В термоэлектронных аэроионизаторах используется эффект термоэлектронной эмиссии раскаленных металлов. Применяются они в основном для исследовательских целей.

На использовании ионизирующей способности коротковолновых ультрафиолетовых лучей ртутно-кварцевой лампы основаны аэроионизаторы, разработанные Я.Ю. Рейнетом. Этот тип аэроионизаторов можно использовать для ионизации воздуха больших помещений (в школах, больницах и т. п.).

Измерение искусственной ионизации воздуха производят с помощью счетчиков и спектрометров ионов. На рисунке 47 представлен счетчик ионов, предназначенный для измерения концентраций легких (подвижность К>0,4 см² В/с) положительных и отрицательных ионов в воздухе. Прибор может использоваться для оценки степени ионизации воздуха на рабочих местах, в жилых и общественных зданиях. Счетчик ионов представляет собой настольный прибор. Все органы управления и индикаторы находятся на передней панели. В качестве датчика служит аспирационная камера, через которую прокачивается исследуемый воздух. В рабочем объеме камеры создается постоянное электростатическое поле, под действием которого ионы отклоняются в сторону собирающего электрода и оседают на нем. По окончании времени накопления заряд разряжается на входное сопротивление усилителя. Усиленный импульс преобразуется в интервал времени и измеряется.

Рис. 47. Счетчик ионов

Рис. 48.Счетчик аэроинов малогабаритный МАС-01

Разработаны портативные счетчики аэроионов, представителем которых является счетчик аэроинов малогабаритный МАС-01 (рисунок 48). Прибор предназначен для экспресс-измерений концентрации легких (подвижность к > 0,4 см²/В×с) положительных и отрицательных аэроионов с целью контроля уровней ионизации воздуха производственных и общественных помещений в условиях как природной, так и искусственной ионизации. Основная область применения: контроль допустимых уровней ионизации воздуха помещений, воздушная среда которых подвергается специальной обработке в системах кондиционирования, в том числе в помещениях, оборудованных видеодисплейными терминалами и персональными компьютерами.