ТЕМА ЛЕКЦИИ Физические свойства воздушной среды и их

ТЕМА ЛЕКЦИИ Физические свойства воздушной среды и их влияния на здоровье человека. Солнечная радиация. Ионизация воздуха. Барометрическое действие. Атмосферное электричество. Температура, влажность, движение воздуха, их комплексное действие. Заведующий кафедрой общей гигиены и экологии СПб. ГМУ Профессор А. О. Карелин

ЗНАЧЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА Воздух необходим для дыхания. Он оказывает существенное влияние на тепловое состояние человека Является важнейшим климатообразующим элементом Воздух влияет на количество и состав солнечного и космического излучений, обеспечивает защиту живых организмов от губительного действия ультрафиолетовой радиации и некоторых видов космических излучений Обусловливает возможность восприятия органами чувств звуковых, обонятельных и других сигналов. Атмосфера служит резервуаром, куда попадают газообразные продукты обмена веществ организмов, хозяйственно-бытовой, сельскохозяйственной и промышленной деятельности людей.

ЗНАЧЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА Человеческий организм предъявляет высокие требования к химическому составу и физическим свойствам воздуха. Они должны обеспечивать существование человека без перенапряжения компенсаторных механизмов и тем более без патологических изменений в состоянии здоровья. Физические свойства воздуха определяются лучистой энергией, барометрическим давлением, температурой, скоростью движения, влажностью, ионизацией и электрическим состоянием. Вне помещений они формируют погодные условия и климат; в жилых, производственных, больничных зданиях микроклимат данных объектов.

СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ И ЕЁ ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Все виды лучистой энергии представляют собой электромагнитные волны, распространяющиеся в безвоздушном пространстве, со скоростью около 300 000 км/сек. Солнечная радиация включает весь спектр ЭМИ Почти вся энергия приходится на 3 поддиапазона: Ультрафиолетовое излучение (10 – 400 нм) Видимый свет (400 -760 нм) Инфракрасное излучение (760 -420000 нм).

СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ И ЕЁ ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Интенсивность солнечной радиации на границе земной атмосферы называется солнечной постоянной. Ее величина подвергается значительным колебаниям в зависимости от ряда астрономических причин (от 1, 87 до 2, 0 кал/см 2/мин) составляя в среднем 1, 94 кал/см 2/мин. Доля отдельных участков спектра при этом будет следующая: ультрафиолетовое излучение – 7%, видимый свет – 46 %, инфракрасное излучение – 47%.

СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ И ЕЁ ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Проходя через атмосферу, интенсивность солнечной радиации снижается, что определяется характером пути лучей в атмосфере: 1. Углом их падения (широта, время года, время суток) 2. Массой воздуха (чем выше облучаемая точка над уровнем моря, тем она меньше, а солнечная радиация больше) 3. Степенью загрязнения атмосферы (например, в Петербурге на 10 -13 % меньше чем в пригороде). В мае месяце интенсивность солнечной радиации в Москве составляет 1, 28 кал/см 2/мин, в Санкт- Петербурге 1, 24 кал/см 2/мин.

СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ И ЕЁ ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ солнечная радиация достигает поверхности земли в виде прямой и рассеянной радиации. Согласно закону Рэлея рассеяние обратно пропорционально 4 степени длины волны. Часть ее отражается в атмосферу, образуя отраженную радиацию. Отношение отраженной радиации к падающей на поверхность называется альбедо и выражается в %. Величина альбедо непигментированной кожи человека составляет 35%, леса – 13%, наибольшим альбедо обладает свежевыпавший снег - 90%.

УЛЬТРАФИОЛЕТОВАЯ РАДИАЦИЯ И ЕЁ БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 10 нм до 290 нм задерживаются слоем озона стратосферы и не достигают поверхности земли. У земной поверхности обнаруживается излучение с длинной волны 290 – 400 нм. Свойства ультрафиолетовых лучей различной длины не одинаковы по физическим и биологическим эффектам. Наиболее короткие из них, по характеру взаимодействия с веществом, приближаются к ионизирующей радиации, под их действием происходит образование озона. Эта область 10 – 200 нм получила название озонирующей. Энергия квантов ультрафиолетовых лучей в диапазоне 200 -400 нм достаточна только для возбуждения атома, вследствие чего возникают фотохимические реакции. Это – химическая область.

УЛЬТРАФИОЛЕТОВАЯ РАДИАЦИЯ И ЕЁ БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Биологическая роль ультрафиолетовой радиации велика. Она повышает тонус организма, физическую и умственную работоспособность, стимулирует кроветворение и деятельность желез внутренней секреции. Под воздействием ультрафиолетовой радиации происходит образование высокоактивных соединений – витамина Д, гистамина, тканевых гормонов, пигментов. Наибольшее значение в деятельности людей имеет часть спектра УФЛ в диапазоне от 200 до 400 нм. Спектр ультрафиолетовых излучений делят на 3 области : «С» - 200 -280 нм, «В» -280 -320 нм, «А» -320 -400 нм.

УЛЬТРАФИОЛЕТОВАЯ РАДИАЦИЯ И ЕЁ БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Область «С» называется бактерицидной. Максимум бактерицидного действия приходится на длину волны 256 нм. Бактерицидные лучи широко используются для обеззараживания воздуха, поверхностей предметов, води и т. д. Область «В» называют эритемной, так как она через 6 -8 часов после интенсивного облучения вызывает эритему кожи. В основном эта же область спектра и часть предыдущей, начиная с 265 нм обладает витаминообразующим действием, обеспечивая синтез витамина Д в коже из 7, 8 – дегидрохолестерина. Поэтому иногда выделяют область Д – антирахичискую или витаминообразующую с диапозоном 265 – 315 нм. Но в принципе витамиообразующий можно считать всю область В. Область «А» получила название флюоресцентной по способности вызывать свечение некоторых веществ. Кроме того её называют загарной, т. к. под воздействием лучей этой зоны происходит образование пигмента – меланина, вызывающего потемнение кожных покровов.

УЛЬТРАФИОЛЕТОВАЯ РАДИАЦИЯ И ЕЁ БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Недостаток ультрафиолетового облучения неблагоприятно сказывается на здоровье людей, что может проявляться явлениями рахита у детей, снижением общей иммунологической реактивности, ухудшением самочувствия, снижением работоспособности, повышением заболеваемости, остеопорозом, остеомаляцией, кариесом. Переоблучение ультрафиолетовыми лучами так же отрицательно сказывается на здоровье: 1. Оно приводит к обострению ряда хронических заболеваний, в частности, туберкулеза, ревматизма, язвы желудка и 12 – перстной кишки, сердечно – сосудистой системы, опухолевых процессов. 2. Является этиологическим фактором развития рака кожи. 3. Может вызывать дефицит в ароматических аминокислотах (тирозин и фенилаланин), а также ряда витаминов (С, РР), участвующих в синтезе меланина. 4. Повышает количество перекисных соединений, что ведет расходу белка и железа, а так же образованию радиомиметиков, обладающих мутагенным действием.

УЛЬТРАФИОЛЕТОВАЯ РАДИАЦИЯ И ЕЁ БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Отрицательные эффекты переоблучения: 5. Фотохимический ожог кожи, сопровождаемый такими общими явлениями как повышение температуры, головная боль, недомогание. 6. Фотоофтальмия, при которой наблюдаются явления конъюнктивита ( покраснение и отечность конъюнктивы, ощущение песка в глазах, жжение, слезотечение, резко выраженная светобоязнь, временная потеря зрения). Необходимо учитывать, что ожог кожи и фотоофтальмия могут возникнуть как в результате действия прямых, так и рассеянных и отраженных лучей. В частности у полярников, горных туристов, горнолыжников встречается так называемый глетчерный ожог, отраженными от снега лучами. А поражение глаза может возникнуть, если не пользоваться очками у тех же контингентов, а так же при электросварке, в операционных, в фотариях и т. д. .

УЛЬТРАФИОЛЕТОВАЯ РАДИАЦИЯ И ЕЁ БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Отрицательные эффекты переоблучения: 7. в производственных условиях при повреждении роговицы и интенсивном воздействии возможно развитие катаракты. 8. фотосесибилизация и последующее развитие фотоаллергенных реакций типа фотодерматитов. Под воздействием эндогенных факторов – заболеваний щитовидной железы, поджелудочной железы, печени, нарушении ферментативных процессов (энзимопатий), ведущих к накапливанию порфиринов, жирных кислот, билирубина; под влиянием экзогенных факторов: химических агентов – гудрона, асфальта, креозотового масла, каменноугольных смол, финантрена, красителей, горючесмазочных средств, лекарств, косметики у человека развивается повышенная чувствительность к ультрафиолетовому облучению, что приводит к развитию фотодерматитов типа экземы, крапивницы.

ВИДИМЫЙ СВЕТ Видимые лучи занимают очень небольшой участок спектра 400 -760 нм, так же, как и инфракрасные они обладают тепловым действием. Значение видимых лучей : 1. специфическое действие на органы зрения. Только в условиях света может функционировать орган зрения. 2. стимулируют жизнедеятельность организма и повышают работоспособность 3. регулируют циркадные ритмы 4. благоприятно воздействуют на нервно-психические процессы

ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ Инфракрасные лучи занимают обширную зону от 760 -420000 мкм. Они оказывают не только, как думали раньше, тепловое, но и общее биологическое действие на организм человека. тепловой эффект инфракрасного излучения зависит от интенсивности и длины волны. Длинноволновая часть инфракрасной радиации ( более 1400 нм) задерживается в основном поверхностными слоями кожи, вызывая чувство жжения, благодаря чему эта область получила название, «калящих» лучей. При достаточной интенсивности возникают ожоги, эритема. Коротковолновая часть спектра ( менее 1400 нм) проникает в биологические ткани на глубину до 3 см и может вызывать перегревание тканей в том числе мозговых оболочек, что служит причиной солнечного удара. При интенсивном воздействии на незащищенный орган зрения – развивается катаракта.

АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО. Электрическое состояние воздушной среды определяется ионизацией воздуха, электрическим полем земной атмосферы и наличием грозовых разрядов. Электрическое поле земли характеризуется напряженностью. Эта величина называется градиентом электрического потенциала. У поверхности земли он составляет 120 -130 В/м. Человек в электрическом поле земли испытывает разность потенциалов между уровнем головы и подошвы около 200 в, благодаря чему через его тело идет постоянный ток, сила которого ничтожна мала и составляет 1, 9 -2, 0 – 10 -9 А. В организме, в работающих органах так же возникают слабые биотоки от 10 -10 до 10 -14 А, т. е. весьма близкие к атмосферному.

ИОНИЗАЦИЯ ВОЗДУХА. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ И ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ. Под ионизацией воздуха понимается наличие в воздухе заряженных частиц – аэроионов (положительно или отрицательно заряженных атомов и молекул газов) и аэродисперсий (заряженных туманов, дымов, пылей) Аэроионы могут быть положительными и отрицательными. Кроме того их подразделяют на легкие или нормальные (n+; n-) и тяжелые или ионы Лонжевена ( N+; N-) Ионы, существующие самостоятельно или присоединившиеся к небольшому числу ( до 15) нейтральных молекул называются легкими. Если же ионы присоединяются к пыли, частицам дыма, туманам – они называются тяжелыми.

ИОНИЗАЦИЯ ВОЗДУХА. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ И ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ. Основными источниками ионизации воздуха являются: Ионизирующая радиация от радиоактивных пород Земли Космическое излучение Ультрафиолетовая радиация с длинной волны до 200 нм Открытое пламя и нагретые поверхности (термоионизация) Электрические разряды в атмосфере и лабораторных условиях Распыление и разбрызгивание воды (водопады, горные реки и т. д. ) Процессы связанные с трением, дроблением, т. е. дезинтеграцией веществ.

ИОНИЗАЦИЯ ВОЗДУХА. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ И ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ. Для гигиенической характеристики ионизации воздуха используются следующие показатели: содержание и масса ионов различных знаков, коэффициент униполярности и коэффициент загрязнения. Чистый атмосферный воздух обычно содержит 1 -3 тыс. пар легких ионов в 1 см 3. Коэффициент униполярности равный отношению числа положительных к числу отрицательных ионов составляет 1, 2 – 1, 3. Коэффициент загрязнения, представляющий собой отношение суммарного количества тяжелых и легких аэроионов одного знака не более 50. Вдыхание чистого воздуха с числом ионов 60 -70 тыс. в 1 см 3 оказывает лечебный эффект вызывая увеличение эритроцитов, нормализацию давления крови, улучшение легочной вентиляции, нормализацию окислительно- восстановительных процессов. Однако превышение этих количеств оказывает отрицательный эффект. Ещё более опасна ионизация загрязнённого воздуха.

АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ. Воздух обладает массой и весом. На уровне моря при температуре воздуха 00 С атмосферное давление равно 760 мм. рт. мт. Пониженное атмосферное давление проявляется в симпатокомплексе известным под названием «горной болезни» . Она возникает при быстром подъеме на высоту, и как правило встречается у летчиков, альпинистов, горных туристов. Высотная болезнь возникает в результате понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, что приводит к кислородному голоданию тканей.

АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ. Парциальное давление газа – давление данного газа в газовой смеси. Парциальное давление кислорода в воздухе имеет решающее значение для насыщения крови кислородом. Парциальное давление кислорода на уровне моря составляет 158, 84 мм. рт. ст. Р= 760*20, 9/100= 158, 84 мм. рт. ст. , где 760 – давление на берегу моря, 20, 9 – процентное содержание кислорода в смеси воздуха. На высоте 3000 м при давлении 525, 79 мм. рт. ст парциальное давление кислорода снижается до 110 мм. рт. ст. , а на высоте 9000 м – до 48 мм. рт. ст.

АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ. Организм отвечает на это приспособительными реакциями – учащением дыхания, повышением пульса и артериального давления, что приводит к увеличению минутного объёма крови, выбросом крови из депо (селезенки). Гипервентиляция в данном случае возникает не как реакция на повышение углекислоты в крови, а на снижение кислорода. Поэтому при горной болезни мы имеем не повышение углекислого газа в крови, а его понижение – гипокапнию.

АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ. Первые симптомы кислородной недостаточности связаны с нарушениями со стороны ЦНС. Возникает эйфория, возможны не мотивированные поступки. Затем она сменяется слабостью, подавленным настроением, апатией, сонливостью. Возникает головокружение, наступает депрессия. При неблагоприятном течение начинаются явления сердечно-легочной недостаточности, цианоз, одышка. Возможна смерть от остановки дыхания и сердечной деятельности.

АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ. С повышенным атмосферным давлением человек сталкивается в процессе своей производственной деятельности – при выполнении водолазных и кессонных работ, строительстве тоннелей. Кессон – сооружение, в которое благодаря избыточному давлению не попадает вода. Применяется при строительстве опор мостов, тоннелей и др. Давление, которое создается в кессоне, зависит от глубины его опускания. На каждые 10 метров глубины давление в кессоне повышается на I атм. сверх обычного.

АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ. Сжатый воздух ведет к насыщению крови газами, из крови газы поступают в ткани до выравнивания парциального давления. Насыщение главным образом идет за счет азота, так как это преобладающий газ атмосферного воздуха. Особенно сильно сорбция идет в липоидных тканях. Через 6 -8 часов наступает полное насыщение. В период подъема из кессона наступает период декомпрессии. При этом азот из ткани выделяется в кровь и выдыхается легкими. Если переходи от повышенного давления к нормальному происходит слишком быстро, то растворенный в тканях азот начинает бурно, пузырьками выделяться в кровеносное русло. В результате может возникнуть воздушная эмболия сосудов. Возникающие при этом симптомы получили название кессонной или декомпрессионной болезни.

МИКРОКЛИМАТИЧЕСКИЕ (КЛИМАТИЧЕСКИЕ) ФАКТОРЫ Температура воздуха Влажность воздуха Подвижность (скорость) воздуха Инфракрасная радиация Действие комплексное Показатель комплексного действия: объективные и субъективные Объективные: приборы, моделирующие теплоотдачу с поверхности тела человека (кататермометр), и физиологические методы (температура кожи, «холодовая» проба и т. д. ) Субъективные: шкала эффективно-эквивалентных температур и шкала результирующих температур