2.1. Строение земной атмосферы. Влияние атмосферного воздуха на здоровье человека

Атмосфера имеет многослойную структуру. К земной поверхности прилегает тропосфера — наиболее плотный слой воздуха размером от 8 до 18 км в разных широтах. Над тропосферой находится стратосфера — слой воздуха размером до 40-60 км, в которой образуются молекулы озона, составляющие озоновый слой атмосферы. Над стратосферой простирается еще более разреженный слой воздуха размером до 80 км — мезосфера, выше следует термосфера — слой атмосферы высотой до 300 км, температура в котором достигает 1500°С. За ней располагается ионосфера — слой ионизированного воздуха, размеры которого в зависимости от времени года и суток составляют 500-1000 км. Еще выше последовательно размещаются экзосфера (до 3000 км), плотность которой почти не отличается от плотности безвоздушного космического пространства, и верхняя граница атмосферы Земли — магнитосфера (от 3000 до 50000 км), в состав которой входят пояса радиации.

Воздушная среда — атмосфера — газовая оболочка Земли существенно влияет на энергетические и гидрологические процессы, количество и качество солнечной радиации. Метеорологический и микроклиматический компонент воздушной среды состоит из температуры воздуха, его влажности и подвижности, неионизирующего солнечного излучения, барометрического давления. Физические факторы как компоненты окружающей среды и закрытых помещений обеспечивают жизнедеятельность и здоровье человека. Солнечная радиация и температура воздуха определяют тепловое состояние человека, его жизненные функции: рост, развитие, резистентность, обменные процессы, здоровье.

2.2. Физические факторы атмосферы, их гигиеническая характеристика и влияние на организм (температура, влажность, подвижность воздуха, барометрическое давление, электрическое состояние воздушной среды, тепловая радиация, ионизация воздуха)

К физическим параметрам воздушной среды относятся: температура, влажность, скорость движения (подвижность) воздуха; атмосферное давление; солнечная радиация; электрическое состояние (грозовые разряды, ионизация воздуха, электрическое поле атмосферы); радиоактивность.

Температура воздуха. Одним из условий для осуществления нормального хода жизненных процессов является постоянство температуры, при нарушении которого возможно развитие тяжелых, иногда необратимых изменений.

При воздействии на организм низких температур воздуха наблюдаются нарушение трофики тканей с дальнейшим развитием невритов, миозитов; понижение резистентности организма за счет рефлекторного фактора, что способствует развитию патологических состояний как инфекционной, так и неинфекционной природы. Местное охлаждение (особенно ног) может привести к возникновению простудных заболеваний: ангины, острой респираторной вирусной инфекции, пневмонии. Это связано с рефлекторным снижением температуры слизистой оболочки верхних дыхательных путей (носоглотки).

При длительном воздействии высокой температуры воздуха нарушается водно-солевой и витаминный обмен, особенно при выполнении физической работы. Усиленное потоотделение ведет к потере жидкости, солей и водорастворимых витаминов. При высокой температуре воздуха изменяется деятельность желудочно-кишечного тракта. Выделение из организма иона хлора, прием большого количества воды ведут к угнетению желудочной секреции и снижению бактерицидности желудочного сока, что создает благоприятные условия для развития воспалительных процессов в желудочно-кишечном тракте. Влияние высокой температуры воздуха отрицательно сказывается и на функциональном состоянии центральной нервной системы (ЦНС), что проявляется ослаблением внимания, нарушением точности и координации движений, замедлением реакций. Это способствует снижению качества работы и увеличению производственного травматизма.

Наиболее частым осложнением является перегревание или тепловая гипертермия (таблица 2.1).

Таблица 2.1 — Основные признаки перегревания организма

Степень перегревания	Субъективные и объективные показатели
Слабая	Жалобы на усталость и невозможность выполнения работы; температура тела +38,5 … +39,5°С, (за щекой); частота пульса 180-190 уд/мин.
Средняя	Жалобы на ухудшение самочувствия, температура тела +39,5 … +40°С, (за щекой); частота пульса 190-200 уд/мин.
Сильная	Жалобы на резкое ухудшение самочув-ствия (головокружение, резкая общая слабость); прекращение потоотделения и бледность кожных покровов, темпера-тура тела +40,5°Си выше, (за щекой); частота пульса 200 и более уд/мин.

В тяжелых случаях перегревание протекает в форме теплового удара. Наблюдаются быстрое повышение температуры до 41°C и выше, снижение артериального давления, потеря сознания, нарушение состава крови, судороги. Дыхание становится частым (до 50-60 в мин), поверхностным. В результате нарушения водно-солевого баланса при высокой температуре может развиться судорожная болезнь. При оказании первой помощи необходимо принять меры к охлаждению организма (прохладный душ, ванна и др.).

Комфортным тепловое состояние среды и человека считается при температуре воздуха 17-22°C, предельно допустимым — при верхней границе 25°C и нижней 14°C; предельно переносимым — соответственно при 35°C и 10°C; экстремальным — при 40°C и 40-50°C. В последнем случае обычная зимняя одежда не может поддерживать тепловое равновесие организм.

Влажность воздуха.Влажность атмосферного воздуха обусловливается испарением воды с поверхности океанов, морей и в меньшей мере озер, рек, влажной почвы и растительного покрова.В закрытых помещениях существенную роль играют бытовые (стирка белья, приготовление пищи и др.) и производственные факторы, а также испарение влаги с поверхности кожи.

Степень влажности воздуха определяют понятиями абсолютной, максимальной и относительной влажности. При проведении натурных исследований находят абсолютную, максимальную, относительную влажность, дефицит насыщения, физиологический дефицит влажности, точку росы.

Абсолютная влажность определяется количеством водяных паров в граммах, которое содержится в 1 м³ воздуха в данный момент (или упругостью находящихся в воздухе водяных паров в миллиметрах ртутного столба).

Максимальная влажность характеризуется предельным количеством водяных паров (в граммах на 1 м³ воздуха), насыщающих воздух при данной температуре; она может быть выражена также в миллиметрах ртутного столба.

Относительной влажностью называется выраженное в процентах отношение абсолютной влажности к максимальной или, иначе, процент насыщения воздуха водяными парами в момент наблюдения. Этой последней величиной и пользуются в основном в санитарной практике.

Дефицит насыщения — разница между максимальной и абсолютной влажностью.

Физиологический дефицит влажности — отношение количества фактически содержащихся водяных паров в воздухе к их максимальному количеству, которое может содержаться в воздухе при температуре поверхности тела человека и легких, т.е. соответственно при 34 и 37°C. Физиологический дефицит влажности показывает, сколько граммов воды может извлечь из организма каждый кубический метр вдыхаемого воздуха.

Точка росы — температура, при которой находящиеся в воздухе водяные пары насыщают пространство 1 м³ воздуха.

Наибольшее гигиеническое значение имеют относительная влажность и дефицит насыщения, так как они определяют степень насыщения воздуха водяными парами и позволяют судить об интенсивности и скорости испарения пота с поверхности тела при той или иной температуре. Чем меньше относительная влажность, тем быстрее будет происходить испарение воды, следовательно, тем интенсивнее будет теплоотдача путем испарения пота.

Оптимальная величина относительной влажности находится в пределах 40-60 %, приемлемая нижняя — 30 %, приемлемая верхняя — 70 %, крайняя нижняя — 10-20 % и крайняя верхняя 80-100 %.

Движение воздуха. Основным фактором, обуславливающим движение воздуха (ветер), является разница давлений и температур. Гигиеническое значение подвижности воздуха определяется эффектом теплоотдачи. Влияние подвижности воздуха непосредственно на человека приводит к увеличению теплоотдачи с поверхности тела. При низкой температуре окружающей среды это вызывает охлаждение организма, при высокой температуре воздуха, увеличивая теплоотдачу путем конвекции и испарения, предохраняет организм от перегревания

Атмосферное давление. Подверженная силе земного притяжения атмосфера оказывает давление на поверхность Земли и на все объекты, находящиеся на ней. На уровне моря при температуре 15°C эта величина равна 760 мм рт. ст. Вследствие того, что наружное давление полностью уравновешивается внутренним, наш организм практически не ощущает тяжести атмосферы. Возможны существенное повышение и понижение атмосферного давления, способные привести к неблагоприятным изменениям в организме.

Пониженное атмосферное давление способствует развитию у людей симптомокомплекса, известного под названием высотной (горной) болезни. Она может возникать при подъеме на высоту и, как правило, встречается у летчиков и альпинистов при отсутствии мер (приборов), предохраняющих от влияния пониженного атмосферного давления. В легочной ткани происходит обмен газов крови и альвеолярного воздуха. Диффундируя через мембраны, газы стремятся к состоянию равновесия, переходя из области высокого давления в область низкого давления.

Высотная болезнь возникает в результате понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, что приводит к кислородному голоданию тканей.

По мере снижения парциального давления кислорода уменьшается насыщенность кислородом гемоглобина с последующим нарушением снабжения клеток кислородом. Первые симптомы кислородной недостаточности определяются при подъеме на высоту 3000 м без кислородного прибора.

К мероприятиям по акклиматизации к кислородной недостаточности следует отнести тренировки в барокамерах, пребывание в условиях высокогорья, закаливание и др. Положительное влияние оказывает прием повышенного количества витаминов С, Р, В1, В2, В6, РР, фолиевой кислоты.

Повышенное атмосферное давление является основным производственным фактором при строительстве подводных тоннелей, метро, проведении водолазных работ и т.д. Кратковременному (мгновенному) воздействию высокого давления подвергаются лица при разрыве бомб, мин, снарядов, выстрелах и запусках ракет. Чаще всего работа в условиях повышенного атмосферного давления осуществляется в специальных камерах-кессонах или скафандрах. При работе в кессонах различают три периода: компрессии, пребывания в условиях повышенного давления и декомпрессии.

Компрессия характеризуется незначительными функциональными нарушениями: шумом в ушах, заложенностью, болевыми ощущениями вследствие механического давления воздуха на барабанную перепонку. Тренированные люди эту стадию переносят легко, без неприятных ощущений.

Пребывание в условиях повышенного давления обычно сопровождается легкими функциональными нарушениями: урежением пульса и частоты дыхания, снижением максимального и повышением минимального артериального давления, понижением кожной чувствительности и слуха.

В зоне повышенного атмосферного давления происходит насыщение крови и тканей организма газами воздуха (сатурация), главным образом азотом. Это насыщение продолжается до уравнивания парциального давления азота в окружающем воздухе с парциальным давлением азота в тканях.

Быстрее всего насыщается кровь, медленнее — жировая ткань. В то же время жировая ткань насыщается азотом в 5 раз больше, чем кровь или другие ткани. Общее количество азота, растворенного в организме при повышенном атмосферном давлением, может достигать 4-6 л против 1 л азота, растворенного при нормальном давлении.

В период декомпрессии в организме наблюдается обратный процесс — выведение из тканей газов (десатурация). При правильно организованной декомпрессии растворенный азот в виде газа выделяется через легкие (за 1 мин 150 мл азота). Однако при быстрой декомпрессии азот не успевает выделяться и остается в крови и тканях в виде пузырьков, причем наибольшее количество их скапливается в нервной ткани и подкожной клетчатке. Отсюда и из других органов азот поступает в кровеносное русло и вызывает газовую эмболию (кессонная болезнь). Опасность газовой эмболии возникает тогда, когда парциальное давление азота в тканях будет выше парциального давления азота в альвеолярном воздухе более чем в 2 раза. Характерным признаком этого заболевания являются тянущие боли в области суставов и мышц. При эмболии кровеносных сосудов ЦНС наблюдаются головокружение, головная боль, расстройство походки, речи, судороги. В тяжелых случаях возникают парезы конечностей, расстройство мочевыделения, поражаются легкие, сердце, глаза и т.д. Для предупреждения возможного развития кессонной болезни важны правильная организация декомпрессии и соблюдение рабочего режима.

Барометрическое давление для Беларуси определяется в 740-745 мм рт. ст. Суточные колебания атмосферного давления в 3-5 мм рт. ст. не оказывают существенного влияния на организм здорового человека. При снижении функциональных возможностей организма чувствительность к перепадам барометрического давления повышается.

Электрическое состояние воздушной среды. Под термином «атмосферное электричество» обычно понимают целый комплекс явлений, включающий в себя ионизацию воздуха, электрические и магнитные поля атмосферы.

Ионизация воздуха. Физическая сущность ионизации воздуха заключается в действии на молекулы воздуха различных ионизирующих факторов: радиоактивных элементов, космического, УФ-излучения, электрических, грозовых разрядов, баллоэлектрического эффекта, применение аэроионизаторов.

Под ионизацией воздуха понимают распад молекул и атомов с образованием аэроионов. В результате происходит отрыв электрона от молекулы и она становится положительно заряженной, а оторвавшийся свободный электрон, присоединившись к одной из нейтральных молекул, сообщает ей отрицательный заряд. Поэтому в атмосфере образуется пара противоположно заряженных частиц — отрицательные и положительные ионы.

Молекулярные комплексы (10-15 молекул) с одним элементарным зарядом называют нормальными, или легкими, ионами. Они имеют размер 10-8 см и обладают сравнительно большой подвижностью. Сталкиваясь с постоянно присутствующими в атмосфере более крупными частицами, легкие ионы оседают на них и сообщают им свой заряд. Возникают вторичные ионы, включающие средние (10-6 см) и тяжелые (10-5 см) аэроионы.

Ионный состав воздуха является важным гигиеническим показателем. Воздействие на человека легких отрицательных аэроионов является благоприятным биологическим фактором. Наоборот, чрезмерно высокие концентрации ионов положительного знака, особенно тяжелых, свидетельствуют о низком гигиеническом качестве воздуха.

Отношение числа тяжелых ионов к числу легких ионов определяет ионизационный режим воздушной среды. Для характеристики ионизации воздуха используется коэффициент униполярности (q), показывающий отношение числа положительных ионов к числу отрицательных. Чем более загрязнен воздух, тем выше этот коэффициент.

Количество легких ионов зависит от географических, геологических условий, погоды, уровня радиоактивности окружающей среды, загрязнения атмосферного воздуха. С увеличением влажности воздуха возрастает число тяжелых ионов из-за рекомбинации ионов с каплями влаги. Понижение атмосферного давления способствует выходу из почвы эманации радия, что приводит к увеличению количества легких ионов. Ионизирующее действие распыляемой воды проявляется в усилении ионизации воздуха, что особенно заметно у фонтанов, по берегам бурных рек, у водоемов.

Электрическое поле. Земля в целом имеет свойства отрицательного заряженного проводника, а атмосфера — положительно заряженного. В результате происходит перемещение ионов обоих знаков и возникает вертикальный электроток. С увеличением атмосферного давления, уменьшением прозрачности воздуха и образованием туманов электрическое поле может возрастать в 2-5 раз. Естественно, что столь большие изменения могут оказывать отрицательное влияние на самочувствие больных, ослабленных людей.

Магнитное поле. Быстрое изменение магнитного поля (магнитные возмущения и бури) возникает в связи с усилением притока заряженных частиц с поверхности Солнца в период повышения его активности. Установлено, что эти изменения могут оказывать влияние на функциональное состояние ЦНС, вызывая усиление процессов торможения. В период магнитных бурь резко возрастает частота обострений нервно-психических заболеваний.

Солнечная радиация является важнейшим фактором существования жизни на Земле. С физической точки зрения солнечная энергия представляет собой поток электромагнитных излучений с различной длиной волны. Спектральный состав излучения солнца колеблется в широком диапазоне от длинных до ультракоротких волн. В гигиеническом отношении особый интерес представляет оптическая часть солнечного спектра, которая разделяется на три диапазона: инфракрасные лучи с длиной волн от 28 000 до 760 нм, видимая часть спектра — от 760 до 400 нм и УФ-часть — от 400 до 10 нм.

Установлено, что солнечная радиация оказывает мощное биологическое действие: стимулирует физиологические процессы в организме, изменяет обмен веществ, улучшает самочувствие человека, повышает его работоспособность.

Радиоактивность воздушной среды. Естественная радиоактивность атмосферы зависит от наличия в ней таких газов, как радон, актинон и торон, являющихся продуктом распада радия, актиния и тория. В воздухе содержатся углерод-14, аргон-41, фтор-18, сера-32 и ряд других изотопов, образующиеся в результате бомбардировки атомов азота, водорода и кислорода потоками частиц космического излучения.

Искусственное радиоактивное загрязнение биосферы обусловлено проведенными испытаниями атомного оружия, авариями на атомной электростанции, широким использованием источников ионизирующих излучений в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и др. отраслях науки и техники.