1. Атмосфера

В жизни наземных организмов играют роль многие экологические факторы: состав воздуха, ветры, рельеф земной поверхности, климат.

Атмосфера – воздушная среда вокруг Земли. Состав воздуха у поверхности Земли: 78,1% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона, незначительное количество углекислого газа (0,03%), неона, гелия, водорода. До высоты 20 км. Содержится водяной пар, в результате его конденсации образуются облака и осадки. На высоте 20-25 км расположен слой озона, выше 100 км возрастает доля легких газов, на больших высотах преобладают гелий и водород. Атмосфера имеет слоистое строение, которое обусловлено в первую очередь особенностями распределения температуры по высоте (тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера). Нагревание атмосферы неодинаково, что способствует развитию циркуляции. Для жизнедеятельности организмов наибольшее значение имеют кислород, азот, водяные пары, углекислый газ, озон. Атмосфера пребывает в непрерывном движении, массы воздуха перемещаются по механизму объемного потока за счет энергии, получаемой от Солнца. В глобальном масштабе атмосферная циркуляция важна для распределения воды на планете, одновременно распространяются и газы-загрязнители, выделяемые промышленными предприятиями. Причиной циркуляции атмосферы является вращение Земли и неравномерность нагревания земной поверхности, зависящая от угла падения солнечных лучей. Благодаря сложной системе воздушных течений формируется климат, сглаживаются контрасты температуры, усредняется состав основных компонентов воздуха. К устойчивым воздушным течениям относятся пассаты с общим направлением от субтропических районов к экватору. В умеренных широтах преобладают течения с запада на восток, включающие крупные вихри – циклоны и антициклоны. Основные зоны атмосферы: тропосфера (8-18 км), стратосфера (18-55), мезосфера (55-85), термосфера (85-1000). На высоте 20-40 км находится озоновый слой. В стратосфере возникают струйные течения со скоростями ветра до 100-150 м/с.

Солнечная радиация - полный поток радиации, поступающий за 1 мин на 1 см² площади, перпендикулярной к направлению солнечных лучей. Основное количество энергии Солнца поступает в виде коротковолновой радиации (320-400 нм). Это видимая часть спектра. Свет проникает сквозь атмосферу и нагревает подстилающую поверхность. Нагретая поверхность излучает тепло в инфракрасном диапазоне.

Химические и физические (температура, влажность, давление, скорость движения воздуха) свойства воздуха. Атмосферное давление равномерно уменьшается с высотой. На долю каждого газа в составе воздуха приходится часть общего атмосферного давления – парциальное давление. Если атмосферное давление снижается, то снижается и парциальное давление отдельных газов, в том числе и кислорода. На высоте 1 000 м. над уровнем моря давление равно 674 мм. рт.ст., а парциальное давление кислорода – 141 мм рт.ст. На высоте 3 000 м. парциальное давление кислорода – 110 мм рт.ст. При парциальном давлении кислорода 140 мм рт.ст. наблюдаются первые признаки кислородного голодания (гипоксии): головокружение, слабость мышц, одышка, сердцебиение. Организмы чувствительны и к концентрации СО₂. При концентрации 3-4% у человека наблюдается головная боль, шум в ушах, замедление пульса. 10%-ное содержание СО₂ приводит к потере сознания и смерти. В жилых помещениях уровень содержания СО₂ не должен превышать 0,1%.

Повышение атмосферного давления приводит к изменению физиологических показателей: учащается пульс и частота дыхания, уменьшается максимальное и повышается минимальное артериальное давление, возрастает жизненная емкость легких, понижается кожная чувствительность, усиливается перистальтика кишечника.

Понижение давления сопровождается уменьшением парциального давления кислорода. Симптомы «высотной» болезни (при быстром подъеме на высоту 8 км): сонливость, тяжесть в голове, нарушение координации движений, эйфория, сменяющаяся апатией, зрительные расстройства.

2. Распространение инфекционных заболеваний. Микрофлора воздуха взаимосвязана с микрофлорой почвы и воды. В воздух попадают микроорганизмы из дыхательных путей и с каплями слюны человека и животных. Взвешенные в воздухе капельки образуют стойкий микробный аэрозоль, мелкодисперсные фракции которого способны проникнуть в верхние, средние и нижние пути респираторного тракта человека. Солнечные лучи, недостаток влаги и питательных веществ способствуют гибели микроорганизмов в атмосферном воздухе. Большое количество микроорганизмов присутствует в воздухе крупных городов, меньшее – в воздухе сельской местности. Особенно мало микроорганизмов в воздухе над лесами, горами, морями. В воздухе обнаруживаются кокковидные и палочковидные бактерии, бациллы и клостридии, актиномицеты, грибы и вирусы. Много микроорганизмов содержится в воздухе закрытых помещений, микробная обсемененность которых зависит от степени уборки помещения, уровня освещенности, количества людей в помещении, частоты проветривания. Воздушно-капельным путем происходит передача возбудителей респираторных инфекций (гриппа, кори, туберкулеза, коклюша, дифтерии, краснухи, ветряной оспы, паротита). Микробный аэрозоль может стать причиной развития аллергических заболеваний. Распространение патогенных микробов может происходить и другим путем. Капельки высыхают на поверхностях и превращаются в бактериальную пыль. Внутри такого субстрата бактерии выживают дольше. Пылевой путь значим в эпидемиологии туберкулеза, дифтерии. Воздушно-капельный путь передачи характерен для: аденовирусных заболеваний (возбудитель – ДНК-содержащий вирус, не стойкий во внешней среде, поражающий органы дыхания и лимфатические пути). Симптомы интоксикации: головная боль и боль в мышцах, снижение аппетита и общее токсическое действие в виде лихорадки, пневмонии (риниты, фарингиты, конъюнктивиты, бронхиты). Аспергиллез (микоз) – заболевание, которое вызвано плесневыми грибами, которые проникают в организм с пылью и поражают легкие и лимфатические узлы. В легких развиваются гранулемы, каверны и абсцессы с септическим течением. В различных органах образуются метастазы, может наблюдаться поражения жкт, кожи и головного мозга. Герпес - вирусное заболевание. Возбудитель – ДНК-содержащий вирус простого герпеса, который поражает кожу и слизистые оболочки, печень, селезенку и надпочечники. Выделяют клинических формы: поражение кожи, полости рта, ОРЗ, поражение глаз, менингоэнцефалиты, пневмонии. При поражении кожи отмечается повышенная t тела, слабость, мышечные боли, увеличение лимфатических узлов. Мононуклеоз – (вирус Эпштейна-Барр из группы герпеса), характерна лихорадка, увеличение печени и селезенки, тонзилиты, избирательное поражение лимфоидной ткани. В крови увеличивается число атипичных мононуклеаров. Осложнения: пневмония, внутренние кровотечения, анемия, невриты. Чума – острое инфекционное заболевание, характеризующееся интоксикацией, лихорадкой, поражением лимфатической системы. Чумные палочки тоже способны проникать через дыхательные пути и вызывать легочную форму чумы. Легочная форма характеризуется постоянной лихорадкой, падением ССдеятельности и поражением легких. Характерная боль в груди, одышка, кашель, хрипы, мокрота с кровью. Различают кожную, бубонную, септическую и кишечную формы.

Санитарно-микробиологическое исследование воздуха имеет целью контроль состояния воздушной среды в закрытых помещениях (операционных, перевязочных, реанимационных, акушерских отделениях, боксов аптек, детских учреждений, бактериологических лабораториях). ПДУ микробного загрязнения и методы контроля состояния воздуха регламентированы официальными документами министерства здравоохранения. Для исследования микрофлоры воздуха используют следующие методы: естественная седиментация (чашечный метод Коха с пассивным осаждением микробов на плотную среду за 10-15 мин, этот метод прост, но не позволяет выявить микробный аэрозоль малой дисперсности); принудительная седиментация микроорганизмов (с использованием особых приборов – импакторов, которые осаждают микробы на питательные среды, и импиндеров, которые при продувании направляют микробы на жидкие питательные среды); фильтрационный метод (воздух продувают через фильтры с последующим мерным высевом в питательные среды). Критериями оценки санитарно-микробиологического состояния воздуха закрытых помещений медицинских учреждений являются: общее микробное число (ОМЧ) – количество бактерий в пересчете на 1 м³ воздуха, выросших при посеве на поверхности питательного агара (посевы инкубируют сутки при 37⁰С, затем еще сутки при 20⁰С); индекс санитарно-показательных бактерий – количество в пересчете на 1 м³ воздуха условно-патогенных микробов дыхательных путей (стрептококков, грамотрицательных бактерий, дрожжеподобных и плесневых грибов). Большое значение микробная частота имеет для профилактики гнойных осложнений. ОМЧ в 1 м³ воздуха в операционной не должно превышать до операции 500, а после – 1000. Для расследования вспышек инфекционных заболеваний или при изучении причин повышенного уровня внутрибольничных инфекций определяют наличие и концентрацию в воздухе патогенных микробов.

3. Загрязняющие вещества. В соответствии с плотностью населения меняется степень воздействия человека на окружающую среду. В процессе своей производственной деятельности человек загрязняет воздушную среду. Прежде всего, загрязняется городской воздух. Над городами и промышленными районами в атмосфере возрастает концентрация газов, которые обычно содержаться в очень небольших количествах или отсутствуют. Основные источники загрязнения – сжигание природного топлива, коксохимическое и металлургическое производство, теплоэлектростанции, котельные, угольная, химическая и нефтедобывающая промышленность, животноводческие и птицеводческие фермы. Все загрязнения атмосферного воздуха можно разделить на 3 вида: твердые (пыль), жидкие (пары), газообразные. Пыль по происхождению делят на почвенную, космическую, твердые выбросы из энергетических установок, радиоактивную пыль, которая поступает в атмосферу в результате аварий на предприятиях. Из печей, топок, выхлопных труб автомобилей в городской воздух попадает сернистый ангидрид (трехокись серы). Сернистый газ вызывает разрушение хлорофилла, недоразвитие пыльцевых зерен, засыхание и отпадение листьев хвои. Часть SO₂ окисляется до сернистого ангидрида (2SO₂ + O_{2 ↔} 2SO₃). Растворы сернистой и серной кислот, выпадая с дождями, вымывают из почвы гумус, почвы приобретают кислую реакцию. В кислых почвах уменьшается число обитающих видов животных. С его действием связывают частоту острых респираторных заболеваний, замедленное физическое развитие, сдвиг показателей крови. Максимально-разовая ПДК – 0,5 мг/м³. В результате сжигания топлива в городскую атмосферу поступает огромное количество СО₂. Городские растения не в состоянии поглотить все количество СО₂ и он остается в воздухе (парниковый эффект). Серьезные отрицательные последствия для человека влечет за собой загрязнение воздуха хлорфторметанами, или фреонами. Их используют в холодильных установках. Утечка фреонов приводит к уменьшению слоя озонового экрана. Появление озоновых дыр отмечено над территориями Антарктиды, Австралии, Южной Америки.

Загрязнение атмосферы органическими соединениями

Летучие углеводороды, кислород-, азот-, серо- и галогеносодержащие производные находятся в газовой фазе и в аэрозольном состоянии. В составе городской пыли были обнаружены углеводороды С5-С8 и легколетучие производные – метилхлорид, ацетальдегид, ацетон. Сопоставление результатов тысяч анализов примесей воздуха многих десятков крупных городов во всех регионах планеты говорит о большом сходстве качественного состава загрязняющих веществ. Одну из главных фракций органических загрязнений образуют токсические ароматические углеводороды – бензол и его гомологи. Ароматические соединения более устойчивы к окислению в атмосфере и могут переноситься в газовой фазе воздушными потоками на большие расстояния. Как показали исследования, проводившиеся с использованием самолетов-лабораторий, с подветренной стороны от современных городов на многие десятки и сотни километров простираются шлейфы загрязненного воздуха. Поэтому густонаселенные регионы, такие как Центральная и Западная Европа, практически постоянно накрыты «куполами» загрязненного воздуха.

Двуокись азота образуется вследствие атмосферных выбросов на предприятиях химической промышленности при получении азотистой и серной кислот. Действие – изменение обмена веществ, сдвиг показателей крови, уменьшение общего белка, ускорение свертываемости крови. Максимально-разовая ПДК – 0,085 мг/м³.

Закись азота при контакте с влажной поверхностью легких превращается в азотистую и азотную кислоту, что приводит к отеку легких. В крови образуются нитраты и нитриты, которые действуют на сосуды и приводят к снижению артериального давления, проводят к кислородной недостаточности и гемоглобинемии.

Сероводород обладает раздражающим действием на слизистую оболочку верхних дыхательных путей (ВДП), глаз, угнетают функцию дыхательных ферментов. При хроническом воздействии возникают риниты, конъюнктивиты, бронхиты, головные боли, расстройства пищеварения, снижение слуха, анемии, сосудисто-вегетативные нарушения, гнойничковые заболевания. ПДК в атмосферном воздухе – 1,0 мг/м³. Сероводород образуется в результате неполного сгорания топлива, работы автотранспорта, при взрывных работах. Общетоксическое действие на организм характеризуется расстройством дыхания, функций сердечно-сосудистой системы, сдвигами показателей крови. Среднесуточная ПДК – 1 мг/м³.

Взвешенные вещества (пыль, дым). Источниками являются котельные, теплоэлектростанции. Их действие связано с частотой легочных и аллергических заболеваний. Повреждающее действие зависит от дисперсности (размера) частиц, опасны – 0,25 – 10 мм. К косвенному действию можно отнести снижение естественного освещения, уменьшение солнечной радиации (УФ). Среднесуточная ПДК – 0,05 мг/м³.

Сажи канцерогенны по отношению к коже и ЖКТ.

Летучие карбонильные соединения (формальдегиды, ацетальдегиды), а также низшие спирты, карбоновые кислоты – постоянные примеси городского воздуха. Карбонильные соединения и спирты поступают с отработавшими газами автотранспорта, сернистые и азотистые органические вещества выделяются из мусоронакопителей и свалок бытовых отходов. Формальдегид вызывает аллергические реакции, дерматиты, острые и хронические респираторные заболевания. При частом контакте – риск рака кожи, ЖКТ (канцерогенная активность).

Наибольшее внимание из всех загрязняющих соединений привлекают полиядерные ароматические углеводороды (ПАУ), поскольку они относятся к канцерогенным веществам. С широким распространением ПАУ в окружающей среде связывают увеличение числа злокачественных новообразований у человека. С санитарно-гигиенической точки зрения важно, что от 70 до 90% общего количества ПАУ содержится в мелких частицах, которые задерживаются в верхних дыхательных путях человека, бронхах и альвеолах.