Давление, ВЛАЖНОСТЬ и движение атмосферы как факторы, влияющие на здоровье человека

 

Влияние пониженного атмосферного давления на организм человека. Жизнь человека протекает в основном на поверхности Земли на высоте, близкой к уровню моря. При этом организм находится под постоянным давлением столба воздуха окружающей атмосферы. На уровне моря эта величина равна 101,3 кПа (760 мм рт. ст., или 1 атм.). Вследствие того, что наружное давление полностью уравновешивается внутренним, наш организм практически не ощущает тяжести атмосферы.

Атмосферное давление подвержено суточным и сезонным колебаниям. Чаще всего эти изменения не превышают 200-300 Па (20-30 мм рт. ст). Здоровые люди обычно не замечают этих колебаний, и они практически не оказывают влияния на их самочувствие. Однако у определенной категории, например лиц пожилого возраста, страдающих ревматизмом, гипертонической болезнью и другими заболеваниями, эти колебания вызывают изменение самочувствия, приводят к нарушению отдельных функций организма.

С действием пониженного атмосферного давления человек сталкивается при полетах на летательных аппаратах, восхождении на горы, работе на открытых горных рудниках и т.д.

Основным физиологическим фактором высоты является пониженное атмосферное давление и связанное с ним пониженное парциальное давление кислорода.

Основная реакция организма на влияние высоты заключается в усилении дыхания. Понижение напряжения кислорода в артериальной крови вызывает возбуждение хеморецептордв сонных артерий, которое передается в продолговатый мозг к дыхательному центру, что и приводит к усилению дыхания. Легочная вентиляция на высоте возрастает в известных пределах. Благодаря этому организм может на указанных высотах обеспечиваться кислородом.

Несмотря на то что главная реакция на высоту проявляется в увеличении вентиляции легких, тем не менее это не означает, что одно лишь усиление дыхания может полностью компенсировать те трудности, которые наступают для организма в условиях горных высот. При усилении дыхания действуют два фактора, влияющих отрицательно на работоспособность. Первый заключается в том, что при усилении легочной вентиляции увеличивается естественно, работа дыхательных мышц. Выполнение этой работы также требует дополнительного потребления кислорода.

Второй фактор отрицательного значения усиления легочной вентиляции заключается в том, что при этом происходит «вымывание» углекислого газа из организма. При гипервентиляции значительно понижается напряжение углекислого газа в альвеолярном воздухе, вследствие чего облегчаются условия перехода этого газа из крови в легкие. Напряжение углекислого газа_{_} в крови падает ниже нормы, и от этого понижается возбуждение дыхательного центра, что сдерживает усиление дыхания.

Во время пребывания на больших высотах наблюдается ряд расстройств физиологических функций, которые обычно называют «горной болезнью». Горная болезнь наступает в результате понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, что приводит к кислородному голоданию тканей. Ее проявления разнообразны. Могут возникнуть одышка, приступы удушья, головная боль, головокружение, нарушение координации движений, сна, сердцебиения, тошнота, иногда рото-носовые кровотечения, изменения зрения, обоняния, вкуса. При более глубокой гипоксии отмечаются нарушения работы сердца: тахикардия, пульсация артерий (сонной, височной), изменения ЭКГ. Нарушается моторная и секреторная функции желудочно-кишечного тракта, меняется периферический состав крови. Проявления горной болезни уменьшаются в результате длительного пребывания на высоте, привыкания к горному климату, или, иначе, акклиматизации.

Одним из важнейших физиологических механизмов акклиматизации на горных высотах является усиленная деятельность кроветворных органов. Она проявляется в увеличении в крови количества эритроцитов и гемоглобина. Благодаря этому может транспортироваться больше кислорода. Акклиматизация охватывает и другие физиологические процессы — дыхание, кровообращение и кроме того, происходит процесс акклиматизации в тканях и клетках организма, например в мышцах увеличивается количество миоглобина и повышается активность окислительно-восстановительных ферментов. Все это способствует поддержанию нормальной деятельности организма при пониженном потреблении кислорода.

Влияние повышенного атмосферного давления на организм человека. Действию повышенного атмосферного давления подвергается определенная категория лиц: водолазы, рабочие подводных и подземных строительных работ (подводные тоннели, метро).

При повышенном атмосферном давлении не происходит избыточного насыщения гемоглобина кислородом, потому что уже при нормальном атмосферном давлении оксигенация крови составляет 96%.

Главное физиологическое действие повышенного атмосферного давления не в химических связях кислорода с гемоглобином или миоглобином, а в физических влияниях, оказываемых на состояние организма растворенными газами при их высокой концентрации.

При нормальном атмосферном давлении количество кислорода в крови в виде физического раствора очень мало — 0,3 мл на 100 г крови. При повышении давления вдыхаемого воздуха концентрация растворенного кислорода увеличивается строго пропорционально величине атмосферного давления.

При погружении человека в воду давление столба воды над ним возрастает на 1 атм. на каждые 10 м глубины. Соответственно увеличивается количество растворенного кислорода в его тканях. Кислород растворяется не только в крови, но и в межтканевой жидкости и даже в протоплазме клеток. Поэтому общее количество растворенного в организме кислорода может достигать при многократном повышении атмосферного давления значительных величин.

Избыточное количество кислорода, поступающего под большим парциальным давлением (например, в 2 атм.), оказывает на организм токсическое действие. При незначительно избыточных концентрациях кислорода и непродолжительном действии токсичность еще не проявляется. Более того, замечено, что при повышении парциального давления кислорода в 2-3 раза по сравнению с нормальным работоспособность несколько возрастает вследствие некоторого общего возбуждения нервной системы. Такое состояние при дальнейшем повышении парциального давления кислорода или при его продолжительном действии сменяется угнетением нервных процессов и рядом расстройств физиологических функций. Замечено также, что очень длительное действие больших парциальных давлений кислорода облегчает возникновение воспалительных процессов в легких, так называемую пневмонию.

Помимо кислорода, в виде физического раствора в организме находятся и другие газы, образующие воздух, — углекислый газ и азот. Растворение углекислого газа наружного воздуха ничтожно, так как содержание его в воздухе очень мало. Иначе обстоит дело с азотом, составляющим 4/5 объема воздуха. Он растворяется в крови в больших количествах.

Как известно, азот является индифферентным газом, т. е. не участвующим в обмене веществ и дыхании. Сколько его вдыхается в легкие, столько же выдыхается. Нахождение этого газа в виде физического раствора в тканях не сказывается на их физиологических функциях, но лишь до определенных границ. Если количество растворенного азота в организме резко возрастает (в случае резкого повышения парциального давления этого газа), то начинает проявляться его токсическое действие, которое оказывает на организм еще более отрицательное влияние, чем токсичность кислорода. По этой причине при водолазных работах на больших глубинах в скафандр водолаза подается воздух из компрессора, находящегося на судне, в котором азот заменен гелием, так как последний не обладает токсичностью.

Влияние на организм физически растворенных газов при длительном пребывании на больших глубинах не ограничивается их токсичностью. Главная опасность возникает тогда, когда растворенные в организме газы начинают выходить из раствора. Происходит это при переходе человека из области повышенного давления в область нормального давления, т. е. при подъеме из морских глубин на поверхность моря. Если подъем совершается быстро, то в организме растворенные газы выходят из жидкости пузырьками. Пузырьки воздуха оказываются в тканях, лимфе, в крови, они закупоривают мелкие сосуды, мешая кровоснабжению органов. Если это произойдет в жизненно важных органах (сердце, мозг), то может наступить смерть. Поэтому во избежание эмболии (так называется закупорка кровеносного сосуда эмболом — пузырьком воздуха), подъем после глубоководных погружений должен совершаться очень медленно. При этом условии давление наружного воздуха снижается постепенно и растворенный в организме азот и кислород переносятся кровью к легким и только там переходят из растворенного состояния в газообразное и с выдохом удаляются из организма. Разработана специальная инструкция о замедленности подъема водолазов и работающих в кессонах из различных глубин. Нарушение научно установленных сроков подъема может привести к смерти или вызвать «кессонную болезнь». Она проявляется в сильных болях в органах, куда проникли пузырьки воздуха, чаще всего в нестерпимых болях в суставах. Есть только одно средство избавления от этого состояния: снова поместить человека в область повышенного атмосферного давления. Для этого всюду, где производятся глубинные погружения, имеется специальная «рекомпрессионная камера». Она представляет собой барокамеру, в которую помещают человека, находящегося в состоянии «кессонной болезни». Туда нагнетают компрессором воздух до получения давления, соответствующего давлению воздуха, где раньше находился данный подводник. После этого давление в барокамере начинают очень медленно понижать, чтобы смогло произойти удаление растворенного в организме воздуха через легкие.

Для проведения работ под водой или под землей в грунтах, насыщенных водой, сооружаются особые рабочие камеры - кессоны. При работе в кессонах различают три периода: компрессия, пребывание в условиях повышенного давления и декомпрессия. Компрессия характеризуется незначительными функциональными нарушениями: шум в ушах, заложенность, болевые ощущения вследствие механического давления воздуха на барабанную перепонку.

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. Наблюдается усиление перистальтики кишечника, повышение свертываемости крови, уменьшение содержания гемоглобина и эритроцитов. Важной особенностью этой фазы является насыщение крови и тканей растворенными газами, особенно азотом.

Влияние влажности на организм человека. Влажность воздуха обусловливается испарением воды с поверхности морей и океанов. Абсолютной влажностью является плотность водяного пара в единице объема, а процентное отношение количества водяных паров в определенном объеме воздуха к тому количеству паров, которое может насытить этот объем при данной температуре, называется относительной влажностью. Относительная влажность подвержена суточным колебаниям. Это связано прежде всего с изменением температуры. Чем выше температура воздуха, тем большее количество водяных паров требуется для его полного насыщения. При низких температурах необходимо меньшее количество водяных паров для максимального насыщения.

Важное значение имеют показатели относительной влажности и дефицита насыщения. Эти показатели дают представление о степени насыщения воздуха водяными парами и свидетельствуют о возможности отдачи тепла путем испарения. С возрастанием дефицита влажности увеличивается способность воздуха к приему водяных паров. В этих условиях более интенсивно будет протекать отдача тепла в результате потоотделения.

Для человека относительная влажность 30-60% относится к гигиенической норме. Такая влажность обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма. Это способствует увлажнению кожи и слизистых оболочек дыхательных путей и вдыхаемого воздуха, в некоторой степени поддерживают постоянство влажности внутренней среды организма. Воздух, относительная влажность которого ниже 20%, оценивается как сухой, от 71 до 85% - как умеренно влажный и более 86% - как сильно влажный. Влажность менее 20% сопровождается испарением влаги со слизистых оболочек дыхательных путей. Это приводит к уменьшению их фильтрующей способности и ощущению сухости во рту. Границей теплового баланса человека является температура воздуха 40ºС и влажность 30% или температура воздуха 30ºС и влажность 85%.

В зависимости от степени влажности воздуха по-разному ощущается действие температуры. Так, высокая температура воздуха в сочетании с низкой его влажностью переносится человеком значительно легче, чем при высокой влажности. С увеличением влажности воздуха происходит повышение температуры тела, учащение пульса и дыхания, появляется головная боль и слабость, наблюдается снижение двигательной активности, а также снижается отдача тепла с поверхности тела испарением (гидратация и дегидратация тканей). Насыщение воздуха водяными парами в условиях низкой температуры будет способствовать переохлаждению тела.

Конденсация, сгущение водяных паров - это переход их в жидкое состояние и образование капель воды. Конденсация происходит при насыщении и перенасыщении воздуха водяным паром по причине его охлаждения. Продуктами конденсации в атмосфере являются туман и облака. Туман - большое количество в приземных слоях воздуха продуктов конденсации (капли воды и кристаллы льда). В результате туманов ухудшается видимость, происходят аварии и травмы. Он содержит пыль, что затрудняет дыхание.

Влияние ветра на организм человека. Воздух постоянно находится в движении. Это связано с неравномерностью нагрева земной поверхности солнцем. Разница в температуре и давлении обусловливает перемещение воздушных масс. Горизонтальное перемещение воздушных масс называется ветром. Основными характеристиками ветра являются направление и скорость. Направление ветра определяют при помощи флюгера. Для каждой местности характерна закономерная повторяемость ветров преимущественно одного направления. Для выявления закономерности направлений используют специальную графическую величину - розу ветров. Знание этой закономерности позволяет правильно осуществлять взаиморасположение и ориентацию жилых зданий, больниц, аптек, санаториев, промышленных предприятий.

Скорость ветра играет существенную роль в процессах теплообмена организма. Оптимальными условиями для человека является термический комфорт с ветром со скоростью 1-4 м/с. Сильный ветер (более 20 м/с) оказывает давление на механорецепторы кожи. Он затрудняет дыхание, угнетающе влияет на психическую сферу человека, механически препятствуя выполнению физической работы и передвижению. Сильный ветер в сочетании с высокой температурой способствует перегреванию организма и дегидратации кожи. При больших морозах он оказывает не только высушивающее действие, но и приводит к общему охлаждению.

Умеренный ветер оказывает тонизирующее действие. При высокой температуре он усиливает испарение с поверхности кожи, охлаждая ее. Но при температуре воздуха, привыкающей к температуре кожи человека, ветер уже конвекционно нагревает организм. Сухой и горячий ветер раздражает слизистые оболочки дыхательных путей и высушивает кожу. При холодной погоде умеренный ветер стимулирует теплообразование, оказывает бодрящее действие.

При интенсивном ветре происходит передвижение зоны температурного комфорта. Он стимулирует теплорегуляцию, усиливает деятельность нервной и эндокринной систем организма.

Воздействие подвижности воздуха на теплоощущения человека зависит от его температуры. Если температура воздуха ниже температуры тела, то движение воздуха оказывает охлаждающее действие. При температуре окружающей среды, равной температуре кожи, ветер является термически нейтральным, а при температуре воздуха, превышающей температуру тела, ветер способствует перегреванию организма.

Влияние различных химических веществ, находящихся в атмосфере, на организм человека. Воздух, составляющий земную атмосферу, состоит из смеси газов, водяного пара и аэрозолей. В нижней части атмосферы сухой воздух содержит: азота - 78,09%, кислорода - 20,95%, аргона - 0,93%, углекислого газа -0,03%, следы гелия, метана, криптона, водорода, закиси азота, радона и другие элементы.

Азот составляет основную массу атмосферы. Это бесцветный газ, без вкуса и запаха. Он принадлежит к индифферентным газам и играет роль разбавителя кислорода. При избыточном давлении (4 атм.) азот может оказать наркотическое действие.

Кислород по биологической роли - самая важная составная часть воздуха. В природе постоянно происходит потребление кислорода при дыхании человека и животных. Много расходуется кислорода на процессы окисления и горения топлива и других органических материалов. Несмотря на значительный расход кислорода, его содержание в воздухе практически не изменяется.

Потребление организмом кислорода зависит от возраста. В преклонном возрасте его потребление составляет 70%, у детей - 110-120%. Организм очень чувствителен к недостатку кислорода. Снижение его содержания в воздухе до 17% приводит к учащению пульса, дыхания. При концентрации 11-13% отмечается выраженная кислородная недостаточность, ведущая к резкому снижению работоспособности. Содержание в воздухе 7-8% кислорода несовместимо с жизнью.

Увеличение содержания кислорода во вдыхаемом воздухе вплоть до 100% при нормальном давлении человеком переносится легко. С повышением давления до 405,3 кПа (4 атм.) могут наблюдаться местные поражения тканей легких и функциональные нарушения центральной нервной системы. Вместе с тем при содержании кислорода до 40-60% и давлении до 303,94 кПа (3 атм.) в барокамере наблюдается улучшение усвоения кислорода тканями, отмечается нормализация нарушенных функций органов и систем.

Углекислый газ - бесцветный, без запаха, в 1 ½ раза тяжелее воздуха. От его содержания зависит тепловой баланс планеты. Увеличение содержания углекислого газа до 3% приводит к нарушениям функции дыхания (одышка), появлению головной боли и снижению работоспособности. При его содержании 4-5% отмечаются покраснение лица, головная боль, шум в ушах, повышение кровяного давления, сердцебиение, возбужденное состояние, а при содержании 8-10% наблюдается быстрая потеря сознания и наступает смерть.

Ощущение дискомфорта обычно связано не только с увеличением содержания углекислого газа свыше 0,1%, но и с изменением физических свойств воздуха при скоплении людей в помещениях: повышаются влажность и температура, изменяется ионный состав воздуха. Концентрация углекислого газа равная 0,1% принята как предельно допустимая величина. Он является косвенным гигиеническим показателем, по которому оценивают степень чистоты воздуха.

Другие составляющие воздуха - так называемые инертные газы (аргон, неон, гелий, ксенон, криптон) в обычных условиях физиологически индифферентны.

Кислотный дождь как показатель сильного загрязнения воздуха. Впервые проблема кислотных дождей стала предметом обсуждения на 28 Генеральной ассамблее Международного союза по теоретической и прикладной химии (ИЮПАК). Термин «кислотные дожди» появился в 1872 году. Его ввел в практику английский инженер Роберт Смит, опубликовавший книгу «Воздух и дождь: начала химической климатологии». Детальными, по-настоящему научными исследованиями кислотных дождей стали заниматься только в конце 60-х годов ХХ века.

О вредном воздействии кислотных дождей свидетельствуют следующие примеры. В Канаде из-за частых кислотных дождей стали мертвыми более 4000 озер, а 12000 озер находятся на грани гибели. В Швеции в 18000 озерах нарушено биологическое равновесие. Кислотные дожди наносят большой урон и лесам.

К основным источникам образования кислотных дождей относятся диоксид серы, оксиды азота и летучие органические соединения. Их источники: электростанции, топочные устройства, промышленные предприятия, транспортные средства, лесные пожары.

Состав кислотных дождей: катион Н⁺, определяющий кислотность дождя (рН), анионы сульфата SО₄^2-, нитраты NО₃^-, хлориды Cl, фосфаты РО^3-, катионы аммония NН₄⁺, натрия Na⁺, калия К⁺, кальция Са²⁺, магния Мg²⁺.

Механизм образования кислотных дождей заключается в следующем. Атмосфера - огромная окислительная система с высоким содержанием основного окислителя - кислорода. Соединения, содержащие атомы углерода, водорода, серы, азота природного и антропогенного происхождения, попадая в атмосферу, превращаются в стабильные долгоживущие соединения (углекислый газ) или короткоживущие соединения кислотного характера (оксиды азота и серы), которые участвуют в жидкофазных процессах с образованием кислот, удаляемых из атмосферы с осадками. Это и есть кислотные дожди.

 

 

Лекция №16