Физические свойства воздуха

1. Атмосферное давление. Как видно из преды­дущего изложения материала, слой воздуха над зеМной поверхностью распространяется до высоты около 1000 км. Этот воздух удерживается у поверх­ности земли силой земного притяжения, т.е. имеет определенный вес. На поверхность земли и на все предметы, находящиеся у ее поверхности, этот воз­дух создает давление, равное 1033 г/см². Следова­тельно, на всю поверхность тела человека, имеюще­го площадь 1,6-1,8 м², этот воздух, соответственно, оказывает давление порядка 16-18 тонн. Обычно мы этого не ощущаем, поскольку под таким же давлением газы растворены в жидкостях и тканях организма и изнутри уравновешивают внешнее давление на по­верхность тела. Однако при изменении внешнего ат­мосферного давления в силу погодных условий для уравновешивания его изнутри требуется некоторое время, необходимое для увеличения или снижения ко­личества газов, растворенных в организме. В течение этого времени человек может ощущать некоторое чувство дискомфорта, поскольку при изменении ат­мосферного давления всего на несколько мм. рт. стол­ба общее давление на поверхность тела изменяется на десятки килограммов. Особенно отчетливо ощу­щают эти изменения люди, страдающие хронически­ми заболеваниями костно-мышечного аппарата, сер­дечно-сосудистой системы и др.

Кроме того, с изменением барометрического дав­ления человек может встретиться в процессе своей деятельности: при подъеме на высоту, при водолазных, кессонных работах и т.д. Поэтому врачам необходимо знать какое влияние оказывает на организм как понижение, так и повышение атмосферного давления.

Влияние пониженного давления С пониженным давлением человек встречается главным образом при подъеме на высоту (при экскурсиях в горы либо при использовании летательных ап­паратов). При этом основным фактором, который ока­зывает влияние на человека, является кислородная недостаточность.

С увеличением высоты атмосферное давление по­степенно снижается (примерно на 1 мм. рт. ст. на каж­дые 10м высоты). На высоте 6 км атмосферное дав­ление уже вдвое ниже, чем на уровне моря, а на вы­соте 16км — в 10 раз.

Хотя процентное содержание кислорода в атмо­сферном воздухе, как мы отметили ранее, с подняти­ем на высоту почти не меняется, однако в связи со снижением общего давления снижается и парциаль­ное давление кислорода в нем, т.е. доля давления, ко­торая обеспечивается за счет кислорода в общем давлении.

Оказывается, что именно парциальное давление кислорода обеспечивает переход (диффузию) кисло­рода из альвеолярного воздуха в венозную кровь. Вер­нее этот переход происходит за счет разницы парци­ального давления кислорода в венозной крови и в аль­веолярном воздухе. Эта разница и называется диффуз­ным давлением. При малом диффузном давлении ар-териализация крови в легких затрудняется, наступает гипоксемия, которая является основным фактором развития высотной и горной болезней. Симптоматика этих болезней весьма сходна с симптоматикой общей кислородной недостаточности, описанной нами ранее:

одышка, сердцебиение, побледнение кожных покро­вов и акроцианоз, головокружение, слабость, быстрая утомляемость, сонливость, тошнота, рвота, потеря со­знания. Начальные признаки высотной или горной болезней начинают проявляться уже с высоты 3-4 км.

В зависимости от парциального давления кислоро­да в воздухе на разных высотах различают следующие зоны (по степени влияния на организм человека):

1. Индифферентная зона - до 2 км

2. Зона полной компенсации - 2 - 4 км

3. Зона неполной компенсации - 4 - 6 км

4. Критическая зона - 6 - 8 км

5. Смертельная зона - выше 8 км

Естественно, что деление на такие зоны является условным, так как разные люди по-разному перено­сят кислородную недостаточность. Большую роль при этом играет степень тренированности организма. У тренированных людей улучшена деятельность ком-пенсаторных механизмов, увеличено количество цир­кулирующей крови, гемоглобина и эритроцитов, улуч­шена тканевая адаптация.

Кроме кислородной недостаточности, снижение барометрического давления при подъеме на высоту приводит и к другим нарушениям состояния организ­ма. Прежде всего это декомпрессионные расстрой­ства, выражающиеся в расширении газов, находящих­ся в естественных полостях организма (придаточные пазухи носа, среднее ухо, плохо запломбированные зубы, газы в кишечнике и т.д.). При этом могут воз­никнуть боли, иногда достигающие значительной силы. Особенно опасны эти явления при резком сни­жении давления (к примеру, разгерметизация кабин самолетов). В таких случаях могут произойти повреж­дения легких, кишечника, носовые кровотечения и т.д. Снижение давления до 47 мм рт. ст. и ниже (на высо­те 19 км) приводит к тому, что жидкости в организме закипают при температуре тела, так как давление ста­новится ниже давления водяных паров при этой тем­пературе. Это выражается в возникновенш+так назы­ваемой подкожной эмфиземы.

Влияние повышенного давления

Водолазные и кессонные работы человек вынуж­ден выполнять при повышенном давлении. Переход к повышенному давлению здоровые люди переносят довольно безболезненно. Лишь иногда отмечаются кратковременные неприятные ощущения. При этом происходит уравновешивание давления во всех внут­ренних полостях организма с наружным давлением, а также растворение азота в жидкостях и тканях ор­ганизма в соответствии с парциальным давлением его во вдыхаемом воздухе. На каждую добавочную атмо­сферу давления в организме растворяется дополни­тельно примерно по 1 литру азота.

Значительно серьезнее обстоит дело при перехо­де из атмосферы с повышенным давлением к нор­мальному (при декомпрессии). При этом азот, раство­рившийся в крови и тканевых жидкостях организма, стремится выделиться во внешнюю атмосферу. Если декомпрессия происходит медленно, то азот посте­пенно диффундирует через легкие и десатурация про­исходит нормально'. Однако в случае ускорения де­компрессии азот не успевает диффундировать через легочные альвеолы и выделяется в тканевых жидкос­тях и в крови в газообразном виде (в виде пузырь­ков). При этом возникают болезненные явления, но­сящие название кессонной болезни. Выделение азо­та происходит сначала из тканевых жидкостей, по­скольку они имеют наименьший коэффициент пере­насыщения азота, а затем может произойти и в кро­вяном русле (из крови). Кессонная болезнь выража­ется прежде всего в возникновении резких ломящих болей в мышцах, костях и суставах. В народе это заболевание весьма метко назвали "заломай". В даль­нейшем симптоматика развивается в зависимости от локализации сосудистых эмболов (мраморность кожи, парестезии, парезы, параличи, и т.д.).

Декомпрессия является ответственным моментом при таких работах и на нее уходит значительное ко­личество времени. График работы в кессоне при давлении, равном трем добавочным атмосферам (3 АТМ), следующий:

Длительность всей полусмены - 5 ч 20 мин

Период компрессии - 20 мин

Работа в кессоне - 2 ч 48 мин

Период декомпрессии - 2 ч 12 мин

Естественно, что при работе в кессонах с более высоким давлением значительно удлиняется период декомпрессии и, соответственно, сокращается период работы в рабочей камере.

2. Движение воздуха. В результате неравномер­ного нагревания земной поверхности создаются мес­та с повышенным и пониженным атмосферным дав­лением, что, в свою очередь, приводит к перемеще­нию воздушных масс.

Движение воздуха способствует сохранению по­стоянства и относительной равномерности воздушной среды (уравновешивание температур, перемешивание газов, разбавление загрязнений), а также способст­вует отдаче тепла организмом. Особое значение при планировке населенных мест имеет так называемая "роза ветров", представляющая собой графическое изображение повторяемости направления ветров в данной местности за определенный промежуток вре­мени. При планировании территории населенных мест промышленную зону следует располагать с подвет­ренной стороны по отношению к жилой зоне.

Скорость движения воздуха в атмосфере может колебаться от полного штиля до ураганов (свыше 29 м/с). В жилых и общественных помещениях ско­рость движения воздуха нормируется в пределах 0,2-0,4м/с. Слишком маленькая скорость движения воз­духа свидетельствует о плохой вентилируемости по­мещения, большая (более 0,5 м/с) — создает непри­ятное ощущение сквозняка.

3. Влажность воздуха. Воздух тропосферы со­держит значительное количество водяных паров, ко­торые образуются в результате испарения с поверх­ности воды, почвы, растительности и т.д. Эти пары переходят из одного агрегатного состояния в другое, влияя на общую влажностную динамику атмосферы. Количество влаги в воздухе с подъемом на высоту быстро уменьшается. Так, на высоте 8 км влажность воздуха составляет всего около 1 % от того количе­ства влаги, которое определяется на уровне земли.

Для человека наиболее важное значение имеет от­носительная влажность воздуха, которая показывает степень насыщения воздуха водяными парами. Она играет большую роль при осуществлении терморегу­ляции организма. Оптимальной величиной относитель­ной влажности воздуха считается 40-60 %, допустимой — 30-70 %. При низкой влажности воздуха (15-10 %) происходит более интенсивное обезвоживание орга­низма. При этом субъективно ощущается повышенная жажда, сухость слизистых оболочек дыхательных пу­тей, появление трещин на них с последующими воспа­лительными явлениями и т.д. Особенно тягостны эти ощущения у температурящих больных. Поэтому на мик­роклиматические условия в палатах у таких больных следует обращать особое внимание. Высокая влаж­ность воздуха неблагоприятно сказывается на термо­регуляции организма, затрудняя или усиливая тепло­отдачу в зависимости от температуры воздуха (см. далее вопросы терморегуляции).

4. Температура воздуха. Человек приспособился к существованию в пределах определенных значений температуры. У поверхности земли температура воз­духа в зависимости от широты местности и сезона года колеблется в пределах около 100° С. С подъемом на высоту температура воздуха постепенно снижается (примерно на 0,56° С на каждый 100 м подъема). Эта величина называется нормальным температурным гра­диентом. Однако в силу особых сложившихся метео­рологических условий (низкая облачность, туман) этот температурный градиент иногда нарушается и насту­пает так называемая температурная инверсия, когда верхние слои воздуха становятся более теплыми, чем нижние. Это имеет особое значение в решении проб­лем, связанных с загрязнением атмосферного воздуха.

Возникновение температурной инверсии снижает возможности для разбавления загрязнений, выбра­сываемых в воздух, и способствует созданию высо­ких их концентраций.

Для рассмотрения вопросов влияния температуры воздуха на организм человека необходимо вспомнить основные механизмы терморегуляции.

Терморегуляция. Одним из важнейших условий для нормальной жизнедеятельности человеческого организма является сохранение постоянства темпе­ратуры тела. При обычных условиях человек в сред­нем теряет в сутки около 2400-2700 ккал. Около 90% этого тепла отдается во внешнюю среду через кож­ные покровы, остальные 10-15 % расходуются на на­гревание пищи, питья и вдыхаемого воздуха, а также на испарение с поверхности слизистых оболочек ды­хательных путей и т.д. Следовательно, наиболее важным путем теплоотдачи является поверхность тела. С поверхности тела тепло отдается в виде излучения (ин­фракрасная радиация), проведения (путем непосред­ственного контакта с окружающими предметами и прилегающим к поверхности тела слоем воздуха) и испарения (в виде пота или других жидкостей).

В обычных комфортных условиях (при комнатной температуре в легкой одежде) соотношение степени теплоотдачи этими способами следующее:

1. Излучение - 45 %

2. Проведение - 30 %

3. Испарение - 25 %

Используя эти механизмы теплоотдачи, организм может в значительнойстепени охранить себя от воз­действия высоких температур и предотвратить пере­гревание. Эти механизмы терморегуляции называют­ся физическими. Кроме них, существуют еще хими­ческие механизмы, которые заключаются в том, что при воздействии низких или высоких температур из­меняются процессы обмена веществ в организме, в результате чего происходит увеличение или снижение выработки тепла.

Комплексное воздействие метеорологических факторов на организм. Перегревание происходит обычно при высокой температуре окружающей сре­ды в сочетании с высокой влажностью. При сухом воздухе высокая температура переносится значитель­но легче, потому что при этом значительная часть теп­ла отдается способом испарения. При испарении 1 г пота расходуется около 0,6 ккал. Особенно хорошо теплоотдача происходит, если сопровождается дви­жением воздуха. Тогда испарение происходит наи­более интенсивно. Однако если высокая температу­ра воздуха сопровождается высокой влажностью, то испарение с поверхности тела будет происходить не­достаточно интенсивно или вовсе прекратится (воз­дух насыщен влагой). В этом случае теплоотдача про­исходить не будет, и тепло начнет накапливаться в организме — произойдет перегревание. Различают два проявления перегревания: гипертермия и судо­рожная болезнь. При гипертермии различают три сте­пени: а) легкая, б) умеренная, в) тяжелая (тепловой удар). Судорожная болезнь возникает из-за резкого снижения в крови и тканях организма хлоридов, ко­торые теряются при интенсивном потении.

Переохлаждение. Низкая температура в сочетании с низкой относительной влажностью и малой скорос­тью движения воздуха переносится человеком доволь­но хорошо. Однако низкая температура в сочетании с высокой влажностью и скоростью движения воздуха создают возможности для возникновения переохлаж­дения. В силу большой теплопроводности воды (в 28 раз больше воздуха) и большой ее теплоемкости в ус­ловиях сырого воздуха резко повышается отдача теп­ла способом теплопроведения. Этому способствует по­вышенная скорость движения воздуха. Переохлажде­ние может быть общим и местным. Общее переохлаж­дение способствует возникновению простудных и ин­фекционных заболеваний вследствие снижения общей резистентности организма. Местное переохлаждение может привести к ознобу и отморожению, причем глав­ным образом при этом страдают конечности ("тран­шейная стопа"). При местном охлаждении могут иметь место и рефлекторно возникающие реакции в других органах и системах.

Таким образом, становится понятным, что высо­кая влажность воздуха играет отрицательную роль в вопросах терморегуляции как при высоких, так и при низких температурах, а увеличение скорости движе­ния воздуха, как правило, способствует теплоотдаче. Исключение составляют случаи, когда температура воздуха выше температуры тела, а относительная влажность достигает 100%.

В этом случае повышение скорости движения воз­духа не приведет к увеличению теплоотдачи ни спо­собом испарения (воздух насыщен влагой), ни спосо­бом проведения (температура воздуха выше темпе­ратуры поверхности тела).

Метеотропные реакции. Погодные условия ока­зывают существенное влияние на течение многих заболеваний. В условиях Подмосковья, например, почти у 70% сердечно-сосудистых больных ухудше­ние состояния по времени совпадает с периодами зна­чительного изменения метеорологических условий. Подобная связь отмечена и многими исследования­ми, проведенными практически во всех климато-гео-графических регионах как в нашей стране, так и за рубежом. Повышенной чувствительностью к неблаго­приятной погоде отличаются также люди, страдаю­щие хроническими неспецифическими заболевания­ми легких. Такие больные плохо переносят погоду с высокой влажностью, резкими перепадами темпера­туры, сильным ветром. Весьма выражена связь с погодой течения заболевания бронхиальной астмой. Это находит отражение даже в неравномерности гео­графического распространения данного заболевания, которое чаще встречается в районах с влажным кли­матом и контрастной сменой погоды. Так, например, в Северных районах, в горной местности и на юге Средней Азии заболеваемость бронхиальной астмой в 2-3 раза ниже, чем в Прибалтийских странах. Хоро­шо известна также повышенная чувствительность к по­годным условиям и их изменению у больных с ревма­тическими заболеваниями. Возникновение ревмати­ческих болей в суставах, предшествующее или сопут­ствующее изменению погоды, стало одним из клас­сических примеров метеопатической реакции. Не слу­чайно многих больных ревматизмом образно имену­ют "живыми барометрами". На изменение погодных условий часто реагируют больные диабетом, нервно-психическими и другими заболеваниями. Имеются данные о влиянии погодных условий на хирургичес­кую практику. Отмечено, в частности, что при небла­гоприятной погоде ухудшается течение и исход после­операционного периода у сердечно-сосудистых и дру­гих больных.

Исходным в обосновании и проведении профилак­тических мероприятий при метеотропных реакциях является медицинская оценка погоды. Существует несколько видов классификации типов погоды, наиболее простой из которых является классифика­ция по Г.П. Федорову. Согласно этой классификации различают три типа погоды:

1) "Оптимальная— межсуточные колебания тем­пературы до 2° С, скорость движения воздуха до 3 м/сек, изменение атмосферного давления до 4 мбар.

2) Раздражающая— колебания температуры до 4° С, скорость движения воздуха до 9 м/сек, изме­нение атмосферного давления до 8 мбар.

3) Острая — колебания температуры более 4°С, скорость движения воздуха более 9 м/сек, измене­ние атмосферного давления более 8 мбар.

В медицинской практике желательно производить медицинский прогноз погоды на основании этой клас­сификации и предпринимать соответствующие профи­лактические меры.

Лекция №3