Комплексное влияние метеорологических факторов на организм человека. Метеотропные реакции.

Атмосферный воздух является одним из важней­ших компонентов экологии человека. В процессе своей жизнедеятельности человек постоянно сопри­касается со многими факторами внешней 'среды, в которой он живет, и эти факторы, естественно, ока­зывают на организм человека определенное влияние. Одним из таких факторов, с которыми человек сопри­касается наиболее тесным образом, является'воздуш-ная среда. Воздух является самым необходимым ком­понентом для существования организма человека. Без него человек может просуществовать лишь в течение нескольких минут.

В процессе эволюции человек приспособился к су­ществованию в воздушной среде с определенными свойствами, и поэтому вполне понятно, что изменение химического состава этой среды или ее физических свойств сказывается на состоянии здоровья, самочув­ствии и работоспособности человека.

Воздушная оболочка земного шара, называемая атмосферой, прослеживается до высоты около 1000 км над поверхностью земли. Свойства атмосферы на различных высотах неодинаковы, поэтому она услов­но разделяется на несколько слоев:

Строение атмосферы:

1. Тропосфера - до 12-14 км.

2. Стратосфера - до 80-100 км.

3. Ионосфера - до 600 км.

4. Вакуумсфера - до 1000 км. Первый слой, наиболее близко прилегающий к поверхности земли, называется тропосферой и про­стирается до высоты 12-14 км. В отличие от других, более высоко расположенных слоев, он характери­зуется следующими свойствами:

1. В тропосфере постоянно происходят суточные и сезонные колебания температуры.

2. Тропосферахарактеризуется постоянным пере­мещением воздушных потоков, происходящим в раз­нообразных направлениях: горизонтальном, верти­кальном, турбулентном,вихревом.

3. В тропосфере постоянно присутствует значи­тельное количество водяных паров, обусловливаю­щих образование различного рода конденсатных яв­лений (облака, туманы, атмосферные осадки).

4. Тропосферахарактеризуется наличием доволь­но значительного количества посторонних примесей (твердые, жидкие и газообразные загрязнения).

Во всех вышележащих слоях атмосферы темпера­тура воздуха всегда постоянна и не меняется в зави­симости от времени суток или сезона года. В воздухе этих слоев преобладают горизонтальные перемеще­ния воздушных масс, отсутствуют водяные пары, а поэтому и явления, связанные с ними (облака, тума­ны). В них практически отсутствуют характерные для тропосферы посторонние примеси, за исключением тех незначительных загрязнений, которые поступают на землю из космоса (космическая пыль), а также за­грязнений, которые забрасываются в стратосферу с поверхности земли при некоторых чрезвычайных об­стоятельствах (при взрывах ядерного оружия и круп­ных извержениях вулканов).

За тропосферой следует слой, называемый стратосферой, которая простирается до высоты около 100 км. В стратосфере в основном происходят гори­зонтальные перемещения воздушных масс, в силу чего попадающие в стратосферу загрязнения распростра­няются на большие расстояния и носят названия гло­бальных.

Загрязнения, попадающие в стратосферу, имеют ряд особенностей. В силу значительной удаленности от поверхности земли они имеют весьма малый вес, а поэтому скорость оседания их очень незначительна. Горизонтальными потоками воздуха они разносятся на очень большие расстояния и практически распро­страняются над всей земной поверхностью, что дало основание назвать их "глобальными". Это обстоятель­ство сыграло существенную роль в процессе заклю­чения соглашения о запрещении испытаний ядерно­го оружия во внешней среде.

Выше стратосферы расположен слой, называемый ионосферой, который простирается до высоты около 600 км. Кроме тех свойств, которые характерны для стратосферы, этот слой характеризуется значитель­ной степенью ионизации воздуха.

Вакуумсфера, простирающаяся до высоты около 1000 км, характеризуется сильной степенью разреже­ния воздуха. Практически до этой высоты удается обнаружить лишь отдельные элементы воздушной среды.

Таким образом, воздушная оболочка имеет наи­большую плотность у поверхности земли и, постепен­но разрежаясь, теряется на высоте около 1000 км.

Естественно, что для нашей обычной жизни наи­большее значение имеет тропосфера — самый ближний к земле слой атмосферы. С воздухом тро­посферы мы наиболее тесно соприкасаемся, и его свойства оказывают на нас самое непосредственное влияние. В настоящее время интенсивно изучаются свойства воздушных масс и других слоев, но непо­средственно для человеческого организма они не мо­гут иметь значения, поскольку существование чело­века в тех слоях вне аппаратов с искусственными ус­ловиями невозможно.

Рассмотрим химический состав атмосферного воз­духа и влияние его составных частей на организм че­ловека. Естественно, что мы будем рассматривать сос­тав чистого воздуха, так как вопросам загрязнения воздушной среды и влияния этих загрязнений на че­ловека будет посвящена следующая специальная лек­ция.

Воздух представляет собой механическую смесь газов, состоящую из кислорода (20,93 %), азота (78,1 %), углекислого газа (0,03-0,04 %) и группы инертных газов (около 1 %). В атмосфере происхо­дит постоянный кругооборот газов: человек и живот­ные при дыхании поглощают кислород и выделяют уг­лекислоту, такие же процессы происходят при любых окислительных процессах (горение, тление, гниение и др.), растительный же покров земной поверхности поглощает углекислоту и выделяет кислород. Дли­тельное время эти процессы друг друга уравновеши­вали, в результате чего сохранялось постоянство сос­тава воздушной среды, которому способствовало перемещение воздушных масс, обеспечивающее рав­номерное перемешивание воздуха. Следует отметить, что химический состав воздуха мало меняется в зави­симости от высоты воздушного слоя. Так, на высоте 28 км в воздухе содержится 20,39% кислорода (на уровне моря — 20,93 %).

Кислород (О,). Переходя к рассмотрению отдель­ных составных частей воздушной среды и их влияния на организм человека, следует отметить, что наиболее важным компонентом в составе воздуха является кис­лород. Прежде всего он необходим для поддержа­ния процессов горения, тления и других окислитель­ных процессов, происходящих в природе, которые обеспечивают существование жизни на земле. Кроме того, все окислительные процессы в самом организ­ме происходят при непосредственном участии кисло­рода. Поэтому он является жизненно важным компо­нентом, и при его отсутствии существование организ­ма становится невозможным. При этом весьма важно установить, до какой степени возможно снижение количества кислорода в воздухе без нарушения фи­зиологических функций организма. Естественно, что какие-то колебания в содержании кислорода в воз­духе организмом переносятся довольно безболез­ненно, так как организм обладает довольно мощны­ми компенсаторными возможностями. Опытным путем установлено, что снижение количества кислорода во вдыхаемом воздухе до 16 и даже 15 % (при нормаль­ном давлении) переносится организмом довольно безболезненно, хотя компенсаторные механизмы при этом находятся в состоянии напряжения (усиление ле­гочной вентиляции, сердечной деятельности и др.). Кратковременно человек может просуществовать даже в атмосфере с содержанием кислорода около 10 %, а хорошо тренированные к кислородной недо­статочности люди (летчики) — до 8-7 %. Естествен­но, что при этом компенсаторные механизмы организ­ма находятся в крайней степени напряжения. Даль­нейшее снижение содержания кислорода во вдыхае­мом воздухе приводит к быстрому истощению ком-пенсаторных механизмов организма и его гибели. Особенно чувствительна к недостатку кислорода цент­ральная нервная система. Компенсация организмом кислородной недостаточности происходит за счет:

усиления легочной вентиляции (учащение и углубле­ние дыхательных движений); усиления циркуляции крови (увеличение систолического объема сердечных сокращений и увеличение их частоты); увеличения ко­личества циркулирующей крови (за счет выхода ее из депо); увеличения количества форменных элементов крови, обеспечивающих функцию транспортировки кислорода (увеличение числа эритроцитов и гемо­глобина в крови) и т.д.

Вдыхание воздуха с повышенным содержанием кислорода переносится организмом человека хоро­шо. Вдыхание даже чистого кислорода (при нормаль­ном давлении) не приводит к возникновению патоло­гических изменений в организме. Лишь при длитель­ном дыхании чистым кислородом отмечается некото­рое высушивающее действие его на слизистые обо­лочки дыхательных путей, что может привести к их раздражению и возникновению воспалительных яв­лений. Вдыхание же чистого кислорода под повышен­ным давлением (3-4 атмосферы и более) приводит к патологическим явлениям со стороны центральной нервной системы, проявляющиеся в виде судорог (кислородная интоксикация). При обычных условиях жизни такие явления не встречаются, а могут возникнуть при использовании кислородной аппаратуры в случае ее неисправности (подводные погружения).

Углекислый газ (СО,). Углекислого газа в возду­хе весьма мало. В атмосферном воздухе всего 0,03-0,04 °^, а в воздухе помещений — до десятых долей процента. Однако он имеет очень большое гигиени­ческое значение.

Прежде всего следует отметить его роль в поддер­жании экологического равновесия внешней среды в глобальном масштабе.

В течение длительного времени окислительные и восстановительные процессы, происходящие в при­роде, взаимно друг друга уравновешивали, в силу чего состав воздуха практически не менялся. Однако в свя­зи с техническим прогрессом, резко нарастающим ко­личеством двигателей внутреннего сгорания и других энергетических установок значительно возросло ко­личество окислительных процессов на земном шаре. В то же время в результате урбанизации и развития промышленности в значительной степени уменьши­лось количество зеленых насаждений, являющихся основными потребителями углекислоты. Т. е. в пос­ледние годы наметился рост концентрации углекис­лоты в атмосферном воздухе. Ученые считают, что если нарастание количества углекислоты в воздухе бу­дет происходить и далее, то в природе может возник­нуть так называемый "парниковый эффект", так как углекислота, находящаяся в атмосфере, задержива­ет длинноволновую часть инфракрасной радиации, излучаемой земной поверхностью в космос. В резуль­тате произойдет повышение среднегодовой темпера­туры атмосферного воздуха, что, в свою очередь, при­ведет к таянию полярных ледников, повышению уров­ня мирового океана, а следовательно, к затоплению значительной части земной поверхности.

Для воздуха помещений содержание углекислого газа имеет санитарно-показательное значение. В по­мещениях, где находятся люди, в воздух поступают разнообразные продукты жизнедеятельности челове­ческого организма: выдыхаемый воздух, насыщенный углекислотой и водяными парами; испарения с по­верхности кожи и слизистых оболочек дыхательных путей, в составе которых присутствуют продукты раз­ложения слизи, пота, кожного жира и т. д. В резуль­тате в воздухе увеличивается концентрация углекис­лоты, появляются аммиак, альдегиды,, кетоны и дру­гие дурно пахнущие газы, увеличивается влажность, пылевая и микробная загрязненность воздуха, что в целом характеризуется как душный (жилой) воздух, оказывающий влияние на самочувствие, работоспо­собность и здоровье людей. По концентрации угле­кислоты в таком воздухе можно определить степень общей его загрязненности. Поэтому углекислый газ служит санитарным показателем чистоты воздуха в жилых и общественных помещениях. Воздух счита­ется свежим,если концентрация углекислоты в нем не превышает 0,1%. Эта величина и считается пре­дельно допустимой для воздуха в жилых и общест­венных помещениях.

Кроме того, следует учитывать тот фактор, что уг­лекислый газ тяжелее воздуха и может скапливаться в нижних частях замкнутых пространств, не под­вергающихся интенсивной вентиляции. Наиболее важно это для тех мест, где происходят усиленные окислительные процессы (бродильные чаны, забро­шенные шахты или колодцы, на дне которых находят­ся гниющие или бродящие отбросы и т. д). В таких местах концентрация углекислоты может достигать больших величин и представлять опасность для здо­ровья и существования человека. Если концентрация углекислого газа во вдыхаемом воздухе превышает 3 %, то существование в такой атмосфере становит­ся опасным для здоровья. Концентрация СО^ поряд­ка 10 % считается опасной для жизни (потеря созна­ния наступает через несколько минут дыхания таким воздухом). При концентрации 20 % происходит пара­лич дыхательного центра в течение нескольких секунд.

Азот (Мд). Считают, что азот — газ индифферент­ный и в воздухе играет роль наполнителя. Однако та­кое представление является правильным лишь при нормальном давлении. При вдыхании воздуха под повышенным давлением азот начинает оказывать нар­котическое действие. Наиболее отчетливо это дейст­вие проявляется при давлении воздуха 9 и более ат­мосфер. Это имеет большое значение, так как при работе водолазов на больших глубинах воздух им приходится подавать под высоким давлением, иногда превышающим 10 атмосфер. При работе в таких ус­ловиях в поведении водолазов отмечается беспричин­ная веселость, нарушение координации движений, из­лишняя болтливость и другие проявления наступив­шей эйфории. Это и есть проявления наркотического действия азота. В настоящее время при работах водолазов на больших глубинах для дыхания пользу­ются не воздухом, а специально приготовленной гелиево-кислородной смесью, т.е. азот в воздухе за­меняют более инертным газом.