ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ

ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ

К физическим свойствам воздуха относятся: температура, влажность, подвижность, атмосферное давление, электрическое состояние атмосферы.

Физические свойства воздуха связаны с климатическими особенностями определенных географических регионов.

Влияние на организм атмосферного давления. Слой воздуха над земной поверхностью распространяется до высоты около 1000 км. Этот воздух удерживается у поверхности Земли силой земного притяжения. 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 т. Обычно это не ощущается, 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 миллиметров ртутного 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.

С пониженным давлением человек встречается главным образом при подъеме на высоту (при экскурсиях в горы либо при использовании летательных аппаратов).

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 10 м высоты). На высоте 6 км атмосферное давление уже вдвое ниже, чем на уровне моря, а на высоте 16 км-в10раз. Со снижением общего давления снижается и парциальное давление кислорода, что нарушает процесс диффузии кислорода из альвеолярного воздуха в венозную кровь. Так, если напряжение кислорода в альвеолярном воздухе при нормальном атмосферном давлении (на уровне моря) составляет 100 мм рт. ст., то на высоте 2000 м оно снижается до 70 мм рт. ст., на высоте 4000-4500 м - до 50-66 мм рт. ст.

По мере падения парциального давления кислорода уменьшается насыщенность им гемоглобина, что приводит к гипоксемии, развитию высотной или горной болезни. Первые симптомы кислородной недостаточности определяются при подъеме на высоту 3000 м без кислородного прибора.

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 компенсаторных механизмов, увеличено количество циркулирующей крови, гемоглобина и эритроцитов, улучшена тканевая адаптация.

С повышенным атмосферным давлением человек сталкивается при строительстве подводных тоннелей, метро, при выполнении водолазных работ, при работе в кессоне. При опускании на каждые 10 м давление повышается на 1 атм сверх обычного атмосферного. В производственных условиях в зависимости от заглубления кессона добавочное давление составляет от 0,2 до 4 атм. При работе в кессонах отмечают три периода, характеризующие воздействие повышенного давления: 1) период компрессии, т. е. период опускания в кессон, когда происходит нарастание давления сверх обычного; 2) период работы в кессоне в условиях повышенного давления; 3) период декомпрессии, когда происходит подъем рабочих на поверхность земли, т. е. постепенный выход из зоны повышенного давления в зону нормального давления. Периоды компрессии и работы в кессоне, как правило, при соблюдении техники безопасности переносятся без каких-либо неприятных ощущений.

Под влиянием повышенного давления происходит насыщение крови и тканей организма растворенными газами, главным образом азотом. На каждую добавочную атмосферу давления в организме растворяется дополнительно примерно по 1 л азота. Это насыщение продолжается до уравнивания парциального давления азота в окружающем воздухе с парциальным давлением азота, содержащегося в тканях.

Общее количество азота, растворенного при повышенном атмосферном давлении, может достигать 4-6 дм3 против 1 дм3, растворяющегося при нормальном давлении. При быстрой декомпрессии создается опасность газовой эмболии.

В момент декомпрессии 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 ускоренной декомпрессии азот не успевает диффундировать через легочные альвеолы и выделяется в тканевые жидкости и в кровь в газообразном состоянии (в виде пузырьков). При этом возникают болезненные явления, носящие название кессонной болезни. Тяжесть симптоматики определяется локализацией сосудистых эмболов (мраморность кожи, парестезии, парезы, параличи и т. д.). Чаще поражаются ткани с большим содержанием липидных соединений - центральная и периферическая нервная ткань, подкожная жировая клетчатка, костный мозг, суставы.

Профилактика кессонной болезни заключается, прежде всего, в правильной эксплуатации кессона, в строгом соблюдении длительности рабочего времени и выполнении правил декомпрессии. Время шлюзования и декомпрессии должно входить в общее время работ и зависит от глубины погружения и от продолжительности пребывания под водой. Особое значение имеет режим отдыха до и после спусков под воду.

В медицинской практике применяется метод гипербарической оксигенации для лечения некоторых заболеваний хирургического и терапевтического профиля. Быстрое насыщение тканей кислородом в условиях повышенного давления оказывает лечебный эффект и позволяет более успешно проводить операции на крупных сосудах и сердце. Для медицинского персонала таких операционных разработаны гигиенические требования к режиму и условиям работы, правила декомпрессии, перечень противопоказаний для работы в барокамерах.

Температура, влажность и подвижность воздуха. Солнечные лучи, проходя через атмосферу, слабо нагревают воздух (в течение 1 ч воздух нагревается на 0,02 °С). Лучи, достигая поверхности Земли, нагревают земную поверхность, и воздушная среда нагревается от поверхности Земли. Чем выше точка над уровнем моря, тем температура воздуха ниже, так как удалена от источника тепла - Земли. На каждые 100 м высоты от поверхности Земли температура воздуха снижается на 0,50-0,65 °С. Это закономерное падение темпе-

ратуры с подъемом на высоту называется температурным вертикальным градиентом, или высотным градиентом.

Температура на поверхности Земли зависит от климатической зоны, времени года, суток и т. д. Самая высокая температура в Европе была зарегистрирована в Испании (47 °С), в Азии (53 °С), в Северной Америке (56 °С), но самая высокая (57,8 °С) в ливийской пустыне в местечке на юге от Триполи. Самые низкие температуры зарегистрированы в Якутии (-67,7 °С) и Антарктиде (-88,3 °С).

Физиолого-гигиеническое значение температуры воздуха заключается во влиянии ее на теплообмен человека. Все жизненные отправления человека возможны лишь в узком температурном диапазоне. В процессе длительной эволюции в организме человека выработались ответные реакции на тепловое воздействие окружающей среды, результатом которых является поддержание температуры тела на постоянном уровне.

Теплопродукция совершается непрерывно на всем протяжении жизни человека. Даже в состоянии полного покоя в организме совершаются метаболические процессы с выработкой тепловой энергии (обновление белков, жиров, полисахаридов, работа дыхательных мышц, работа сердечной мышцы). Как и при других видах работы, при биоработе часть энергии превращается в тепловую.

Например: при синтезе белка 90 % затраченной энергии переходит в тепло; полисахаридов - 80 %; фосфолипидов - 85 %.

Человек должен постоянно отдавать тепло в окружающее пространство. Если прекратить теплоотдачу, то при полном мышечном покое перегревание организма до уровня, несовместимого с жизнью, наступит через 3-4 ч. Количество тепла, образующегося в организме, зависит от работы, веса тела, возраста, пола, температуры окружающей среды и колеблется на уровне 2500-5000 кал/сут. Чтобы сохранить температуру тела на постоянном уровне, человек в процессе эволюции приспособился к потере тепла в основном тремя путями: проведением (кондукция - отдача тепла при соприкосновении с менее нагретыми поверхностями - и конвекция - турбулентная теплопроводность за счет постоянного нагревания прилегающих воздушных масс); излучением; испарением влаги с кожи и легких. Небольшое количество тепла расходуется на нагревание пищи и вдыхаемого воздуха. В состоянии покоя и теплового комфорта теплопотери человека за счет конвекции составляют до 15,3 %; излучения - 55,6 %, испарения - 29,1 %.

Отдача тепла конвекцией (конвекционные теплопотери) происходит постоянно. Окружающий нас воздух согревается телом человека и поднимается вверх, на его место поступает холодный воздух

и снова согревается. Количество тепла, теряемое конвекционным путем, зависит главным образом от температуры воздуха, скорости ветра и открытой площади поверхности тела человека. При температуре воздуха более 35 °С отдача тепла конвекцией затрудняется.

Отдача тепла кондукцией (молекулярное теплопроведение) осуществляется при соприкосновении с предметами (через ноги при соприкосновении с почвой, полом). Этот путь имеет значение: для больного человека, так как увеличивает площадь соприкосновения тела с постелью; для солдат, находящихся в окопах; при кораблекрушениях, так как отдача тепла человека в море огромна и легко может привести к переохлаждению.

В процессах теплообмена организма с окружающей средой большое значение имеет отдача тепла излучением, т. е. лучистый или радиационный теплообмен. Отдача тепла излучением зависит только от температуры нагретых предметов и не зависит от температуры воздуха, влажности, скорости движения. Всякое нагретое тело излучает тепло. Между телом человека и окружающими его предметами идет непрерывный обмен лучистого тепла. При этом, если температура окружающих предметов такая же, как температура тела человека, то организм отдает тепла столько, сколько и получает, радиационный баланс равен нулю. Если же температура окружающих предметов выше температуры тела человека, то человек получает лучистое тепло от окружающих предметов - отмечается состояние положительного радиационного баланса. Это можно наблюдать в горячих цехах. Отрицательный радиационный баланс наблюдается в условиях, когда человек отдает тепла больше, чем получает, т. е. температура окружающих предметов ниже, чем температура тела.

Испарение - процесс, который регулируется центральной нервной системой. В обычных условиях мы не замечаем этот процесс и в среднем за сутки теряем 500-600 г воды. Теплопотеря за счет испарения с поверхности кожи резко возрастает, когда тепло не успевает выделиться обычными путями. Например: при тяжелой физической работе, при температуре воздуха более 35 °С и при наличии в помещении раскаленных предметов (отдача тепла конвекцией и излучением затруднена). При этом рабочие могут терять до 5-10 л воды в сутки (с потом). Регуляция тепла в организме при высоких температурах воздуха возможна в довольно широких пределах. Приспособляемость к высоким температурам у человека велика. Кратковременно человек может перенести очень высокие температуры воздуха. Например: обжигальщики на заводе изоляторов проводили физическую работу в горне при температуре 175 °С

в течение 20-25 мин. Однако даже кратковременное действие таких температур приводит к нарушению терморегуляции, к перегреванию организма, что проявляется в виде слабости, головокружения, учащения пульса и дыхания, расширения зрачков, судорог в верхних конечностях, нервно-психического возбуждения и повышения температуры тела, в тяжелых случаях до 40 °С. Установлено, что верхней границей, когда еще не отмечается нарушений терморегуляции человека, находящегося в покое, является температура воздуха 30-31 °С при относительной влажности 40-50 %. Влияние повышенной температуры воздуха отрицательно сказывается не только на теплообмене, но и на функциональном состоянии ЦНС. При этом отмечается ослабление внимания, замедление ответных реакций, что может привести к увеличению производственного травматизма. При высоких температурах воздуха у рабочих отмечается нарушение секреторной функции желудка, снижение работоспособности и иммунобиологических реакций организма и связанное с этим повышение общей заболеваемости. Итак, высокие и низкие температуры воздуха влияют на теплообмен организма с окружающей средой, на ЦНС, поэтому для создания благоприятных микроклиматических условий необходимо обеспечить соблюдение температурных норм. Температура воздуха нормируется с учетом назначения помещения и климата.

Водяные пары поступают в атмосферу с поверхности морей и океанов. Меньше влаги поступает из озер, рек, влажных почв и растений.

В замкнутом помещении источником влаги может быть сам человек, испаряющий через легкие (около 350 г/сут) влаги в сутки и кожу (около 600 г/сут), а также выделения влаги при стирке белья и приготовлении пищи. Влажность воздуха характеризуется следующими показателями:

Абсолютная влажность - это упругость водяных паров, находящихся в воздухе в данное время при данной температуре, выражающаяся в единицах давления: миллиметры ртутного столба, или в граммах в 1 м3 воздуха.

Максимальная влажность - это упругость водяных паров при полном насыщении воздуха влагой при данной температуре, выражается в мм рт. ст. или г/м3.

Относительная влажность - это отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах (%), характеризует степень насыщения воздуха водяными парами в момент наблюдения.

Дефицит насыщения - разность между максимальной и абсолютной влажностью воздуха.

Физиологический дефицит насыщения - разность между максимальной влажностью воздуха при температуре тела человека (37 °С) или при температуре кожи (32 °С) и абсолютной влажностью воздуха в момент наблюдения. Если физиологический дефицит насыщения рассчитывается при температуре 37 °С, он характеризует, какое количество влаги человек теряет с выдыхаемым воздухом. Это имеет значение в условиях Крайнего Севера, где много воды и тепла человек теряет с поверхности легких. Если же физиологический дефицит рассчитывается при температуре кожи, он показывает, какое количество влаги человек теряет с поверхности кожи. Это имеет значение в условиях жаркого климата.

Точка росы - это температура, при которой находящиеся в воздухе водяные пары насыщают воздушное пространство.

В санитарной практике наибольшее значение имеет относительная влажность, которая нормируется. Влажность воздуха, так же как и температура, сказывается на процессах теплообмена. Так, при чрезмерно сухом (относительная влажность менее 15 %), но теплом воздухе возникает ощущение сухости во рту, в носу, могут возникать трещины кожи, слизистых и, как следствие, присоединяться инфекции. Чрезмерно сухой и холодный воздух может вызвать значительное местное охлаждение слизистых оболочек дыхательных путей.

Высокая влажность воздуха в сочетании с высокой температурой неблагоприятно влияет на теплообмен. При температуре воздуха выше температуры тела отдача тепла может происходить только за счет испарения пота с поверхности кожи. Если же при этом воздух имеет повышенную влажность, этот процесс затрудняется и может наступить перегревание организма. Высокая влажность в сочетании с низкой температурой воздуха приводит к переохлаждению организма. Это объясняется тем, что теплоемкость водяных паров выше теплоемкости сухого воздуха, вследствие чего на нагревание холодного сырого воздуха расходуется больше тепла. Во влажном воздухе конденсируется влага на тканях одежды, что увеличивает их теплопроводность. Более того, постоянное испарение воды с поверхности одежды сопровождается уменьшением температуры воздуха под одеждой, что вызывает чувство зябкости. Таким образом, слишком сухой и чрезмерно влажный воздух, как при высокой, так и при низкой температуре, оказывает неблагоприятное влияние на организм человека. Норма относительной влажности составляет 30-60 %.

В городах повышенная влажность способствует образованию токсических туманов. Частицы дыма, являясь ядрами конденсации,

образуют туманы, тем самым снижая напряжение ультрафиолетовой радиации. Высокая влажность воздуха способствует появлению сырости в помещениях, что отрицательно сказывается на хранении продуктов питания, сохранности самого помещения от развивающейся плесени.

Атмосферный воздух всегда находится в движении. Причиной движения является неравномерное нагревание поверхности Земного шара. Теплые верхние воздушные течения (антипассаты) идут от экватора к полюсам, а более холодные нижние слои (пассаты) - в обратном направлении. Воздушные массы, образующиеся в более нагретых местах, характеризующиеся пониженным барометрическим давлением и повышенной влажностью, называются циклонами. В Европе и в России они передвигаются преимущественно с запада на восток и теряют свою силу за Уралом. Итак, при сильном местном нагревании земной поверхности возникают циклоны. В центре циклона создается пониженное атмосферное давление. Нагретый воздух поднимается вверх, охлаждаясь в верхних частях атмосферы, и направляется к периферии. В то же время внизу от периферии к центру перемещаются более плотные воздушные потоки. При горизонтальном разрезе вихреобразные движения воздуха происходят от периферии к центру (против часовой стрелки). Циклоны, как правило, приносят плохую погоду с повышенной облачностью, осадками, ветреную, чаще с потеплением, нередко превращаются в тайфуны, смерчи с большой разрушительной силой.

Антициклоны возникают в местах сильного охлаждения поверхности Земли с движением воздуха сверху вниз и от центра к периферии.

При барометрическом максимуме в центре вихреобразные движения воздуха происходят от центра сверху вниз по часовой стрелке.

Антициклоны приносят холодную, сухую, ясную погоду. Существуют и так называемые местные ветры, связанные с периодической сменой направления ветров в течение года или суток, например бризы - ветры, дующие днем с моря на берег, а ночью с суши на море; фены - сухие горные ветры с высокой температурой воздуха.

Движение воздуха характеризуется направлением и скоростью. Направление определяется стороной света, откуда дует ветер, и обозначается румбами - начальными буквами сторон света: С - север, Ю - юг, В - восток, З - запад. Это четыре основных румба. Существуют промежуточные, находящиеся между ними, что позво-

ляет весь горизонт разделить на 8 румбов. Важно знать преобладающее направление ветров в данной местности, так называемую "розу ветров". "Роза ветров" - это графическое изображение частоты (повторяемости) ветров по румбам, характерное для определенной местности в течение длительного периода времени. "Роза ветров" используется в области охраны атмосферного воздуха населенных мест, при планировке предприятий и размещении их в черте населенных мест относительно населенных мест, строительстве жилищных комплексов.

Движение воздуха влияет на тепловой обмен человека. В подвижном воздухе, как правило, человек теряет больше тепла. В условиях высоких температур движение воздуха приносит облегчающий эффект, даже если температура воздуха выше температуры тела, так как усиливает отдачу тепла испарением. Исключение составляют такие условия, когда высокие температуры воздуха (выше 37 °С) сочетаются с высокой влажностью. В этих условиях исключается единственный путь отдачи тепла за счет испарения пота с поверхности кожи, что может привести к перегреванию организма.

В условиях низкой температуры окружающего воздуха движение воздуха повышает теплоотдачу путем конвекции.

Повышенная подвижность воздушных масс усиливает процессы обмена веществ. Сильные ветры препятствуют процессу дыхания, оказывают влияние на нервно-психическую деятельность. Умеренные ветры оказывают бодрящее, тонизирующее действие; продолжительные и сильные способствуют появлению нервно-психического возбуждения. Наиболее благоприятная скорость движения воздуха - 1-4 м/с; скорость ветра свыше 6-7 м/с может оказывать раздражающее действие.

В жилых помещениях наиболее благоприятна подвижность воздуха 0,2-0,4 м/с, скорость воздуха менее 0,2 м/с формирует ощущение "застойного" воздуха в помещении, более 0,4 м/с создает ощущение сквозняка. В спортивных залах допустимо движение воздушных масс до 0,5 м/с; в горячих цехах - допустимо до 1-1,5 м/с для обеспечения лучшей теплоотдачи с поверхности тела.

Итак, тепловое воздействие окружающей среды определяется не только воздействием температуры воздуха. Прочие метеорологические факторы (влажность, подвижность воздуха, уровень лучистой энергии) или усиливают, или ослабляют действие температуры на организм человека, тем самым существенно изменяя условия теплоотдачи. Таким образом, тепловое ощущение человека определяется комплексным воздействием всех перечисленных

выше факторов. Вследствие этого возникло вполне обоснованное стремление разработать метод, позволяющий провести суммарную оценку влияния физических свойств воздуха на организм. Этот поиск проводился в двух направлениях:

1) конструирование приборов - аналогов человеческого тела. К таковым относится кататермометр профессора Хилла; эвпатио-скоп Дафтона и термоинтегратор;

2) разработка температурных шкал(эффективно-эквивалент-ной результирующей и оперативной температур).

Однако методы не получили широкого распространения. Кататермометр в настоящее время используется для оценки малых скоростей движения воздуха в помещениях; метод эквивалентно-эффективной температуры нашел применение в курортологии.

YAmedik.org