Физические свойства атмосферного воздуха. Метеорологические факторы.

Физическое состояние атмосферного воздуха характеризует метеоро­логические факторы, к которым относятся лучистое тепло, температура, влажность и скорость движения воздуха, барометрическое (атмосферное) давление, а также ионизация воздуха и атмосферное электричество. На организм человека воздействует комплекс метеорологических факторов со­вокупность которых составляет климат и погоду.

Гигиеническая оценка метеорологических факторов строится на учете не только их комплексного воздействия на организм человека, но и влия­ния каждого в отдельности. Например, снижение атмосферного давления на 10 - 12 мм рт. ст. приводит к повышению потребления кислорода за счет функции дыхания и кровообращения. Повышение содержания отрицательных аэроионов обусловливает повышение процента использования кислорода вдыхаемого воздуха и основного обмена. Наиболее важными метеорологи­ческими факторами являются солнечная радиация, как главный климато-об­разующий элемент, и температура воздуха, в первую очередь определяющая тепловое состояние организма человека.

Солнечная радиация.

Источником энергии, тепла и света на земном шаре является Солнце. Солнечная энергия нагревает поверхность Земли, вызывает испарение вла­ги, образование воздушных течений и связанные с этими явлениями изме­нения погоды и климата в данной местности.

Лучистая энергия Солнца, поверхность которого имеет температуру

6000 5О 0 С, представляет собой электромагнитные колебания, распространяю­щиеся со скоростью 3.10 58 0 м/с.

Солнечный свет имеет три поддиапазона: ультрафиолетовые лучи (10-400 нм), видимый свет (400-760 нм) и инфракрасные лучи (760-3400 нм), доля которых в общей солнечной радиации по суммарной энергии сос­тавляет соответственно 7,46 и 47%.

Солнечный свет, являясь источником жизни на Земле, оказывает не­посредственное влияние на тепловое состояние организма человека, функцию зрительного анализатора, на витаминный обмен и неспецифическую ре­зистентность организма. Биологическая значимость ультрафиолетовой, инфракрасной радиации

и видимого света различная.

Ультрафиолетовая радиация. Интенсивность ультрафиолетовой радиа­ции, достигающей земной поверхности, зависит от высоты стояния Солнца. Если высота солнцестояния над горизонтом менее 25 5О 0, то наиболее актив­ная в биологическом отношении ультрафиолетовая радиация не достигает земной поверхности.

Наибольшее гигиеническое значение для человека имеют ультрафиолетовые лучи с длинной волны от 200 до 400 нм. По характеру биологичес­кого действия их принято делить на 3 зоны: А - с длинной волны от 400 до 320 нм, В - 320-280 нм и С - 280-200 нм.

Зона А - загарная, или флюоресцентная. Ультрафиолетовые лучи этой зоны вызывают образование в коже меланина - специфического пигмента, вызывающего потемнение кожных покровов.

Зона В, или эритемная зона, ультрафиолетового излучения. Лучи этой зоны вызывают эритему кожных покровов, а также способствуют обра­зованию витамина Д. Биологическая роль витамина Д, как известно, зак­лючается в обеспечении всасывания кальция и фосфора в желудочно-кишеч­ном тракте и депонировании фосфата кальция в костной ткани.

Зона С, или бактерицидная. Ультрафиолетовые лучи этой зоны вызы­вают гибель микроорганизмов, в связи с чем используются для обеззара­живания воды, воздуха и поверхности предметов. Наибольший бактерицид­ный эффект отмечается при длине волны ультрафиолетовых лучей около 265 нм.

УФР области С вызывает эффект на уровне белков ядер клеток и от­мечается высокий бактерицидной активностью. Радиация этого диапазона практически отсутствует в солнечных лучах, достигающих земной поверх­ности, так как поглощается атмосферой. Поэтому для ее получения в ус­ловиях Земли применяют искусственные источники - бактерицидные лампы. Лучи этого диапазона являются желательной "примесью" к УФК источников, предназначенных для облучения человека. Присутствие их не должно пре­вышать 5% от всего потока.

Средневолновая радиация (область) взаимодействует главным образом с молекулами белков протоплазмы клеток. Считается при этом, что белки протоплазмы выполняют функцию дополнительных фильтров, защищая белки ядер клеток от повреждения. Поверхностный слой кожи характеризуется низким коэффициентом проницаемости для УФ-лучей. Тем не менее УФ-лучи зоны В способны проникать в кожу на глубину до 1 мм.

Лучи длинноволновой УФР обладают способностью наиболее глубоко проникать в ткани кожных покровов. Несмотря на это, долгое время счи­талось, что лучи области А биологически неактивны и поэтому их биоло­гический эффект менее изучен. В настоящее время установлено, что лучи этой части солнечного спектра в больших дозах отличаются высокой спо­собностью стимулировать выработку меланина при участии меланостимули­рующего гормона, оказывает тонизирующее действие на состояние ЦНС, надпочечников, ССС и т.д.

Характер реакции организма на УФР определяется также интенсив­ностью воздействия и режимом облучения. Изменяя кратность, длитель­ность и интенсивность лучевого воздействия можно получить противопо­ложные эффекты. К особенностям биологического воздействия УФР следует отнести длительный (до 3 нед.) период последействия.

Для характеристики чувствительности кожи к УФР используется порог эритемной чувствительности или минимальная эритемная доза (МЭД). МЭД ­это минимальное количество УФР, вызывающей эритему. МЭД выражается в джоулях На 1м 52 0. Ее значение в зависимости от индивидуальных особеннос­тей обследуемых лиц колеблется от 60 до 600 Дж/м 52 0 при воздействии УФР с длинной волны 297,6 нм. Но поскольку не всегда имеется возможность точно измерить удельную мощность отдельных монохроматических лучей ис­точника, в медицинской практике величина МЭД часто выражается в мину­тах. При этом учитывается, что при постоянных спектральном составе, мощность и расстоянии источника от облучаемой поверхности количество поступающей энергии пропорционально длительности облучения.

Поскольку эритема от УФР рассматривается как нежелательное явление связанное с передозировкой и разрушением структурных образований кожи, то при использовании УФР с профилактической целью рекомендуется применять субэритемные дозы.

Профилактика ультрафиолетового переоблучения обеспечивается ис­пользованием рациональной одежды и светозащитных очков. Для предохра­нения кожи от солнечных ожогов можно пользоваться различными мазями, простейшая из них состоит из следующей прописи: вазелин - 10,0; окись цинка - 3,0; салол - 1,0. Немаловажную роль в поддержании устойчивости организма к переоблучению ультрафиолетовыми лучами играет организация рационального питания, заключающаяся в увеличении приема белков, вита­минов, минеральных веществ и полиненасыщенных жирных кислот, т.к. они усиленно расходуются в организме при синтезе меланина.

Переоблучение ультрафиолетовыми лучами может способствовать обострению ряда хронических заболеваний, в частности туберкулеза, рев­матизма, нефрита, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, особенно у людей средних и старших возрастных групп. Известно также, что чрезмер­ное облучение лучами может провоцировать рак кожи.

Инфракрасная радиация. Инфракрасное излучение представляет собой электромагнитные колебания, оказывающие в основном тепловое действие.

Их источниками являются все тела с температурой человека в природных и производственных условиях.

Тепловой эффект инфракрасной радиации зависит от мощности и спектра (длин волн) излучения. Если местное действие лучистого тепла, имеющего мощность облучения 0,3 - 0,6 кВт/м 52 0, переносится неопределен­но долгое время, то облучение мощностью 1,6 - 2,1 кВт/м 52 0, можно пере­нести лишь в течение 20-30 с, а больше 3,5 кВт/м 52 0 в течение нескольких секунд.

Коротковолновая часть инфракрасной радиации (до 1400 нм) проникает на глубину тканей до 3 см и вызывает равномерное их прогревание. Длинноволновая часть инфракрасного излучения (1400-1300 нм) задержива­ется в основном в верхних слоях эпидермиса и вызывает быстрое повыше­ние температуры кожи и эритему. Специфической реакцией организма в от­вет на инфракрасный компонент солнечной радиации является тепловой (солнечный) удар. У пострадавших отмечаются повышение температуры тела до 40-42 50 0 С, головная боль, возбуждение, в тяжелых случаях - судороги и потеря сознания. Причиной этого является накопление тепла в организме, вследствие чего происходит расстройство его функций. Тепловые удары часто заканчиваются летально.

 

Температура воздуха

Температура воздуха является основным метеорологическим показате­лем, характеризующим тепловое состояние воздушной среды.[Температура воздуха выражается в градусах шкалы Цельсия (50 0С]. Температура воздуха зависит от степени нагрева солнечными лучами подстилающего слоя почвыили воды, которые передают тепло воздуху.

Минимальная температура воздуха в течение суток отмечается перед восходом солнца, а максимальная - в 13-15 ч.

Разность между наибольшей и наименьшей температурами воздуха за сутки называется суточной амплитудой. Этот показатель имеет также оп­ределенное гигиеническое значение при характеристике климатогеографических районов. Так, наибольшая суточная амплитуда температуры воздуха отмечается в глубине континентов (например, в пустыне - до 60 50 0С), наи­меньшая - по мере приближения к морям и океанам. Разность между температурами воздуха самого теплого и самого холодного месяцев года называется годовой амплитудой. Для человека, живущего в умеренных широтах, комфортной считается температура воздуха от 20 до 25 50 0С.

 

Влажность воздуха

Источником образования водяных паров, определяющих влажность ат­мосферного воздуха, являются реки, озера, моря и океаны, а также почваи растительный покров.

Различают влажность абсолютную (более точно - упругость водяных паров), максимальную и относительную.

Упругость водяных паров в воздухе (е) - это содержание влаги, вы­раженное в единицах атмосферного давления (кПа, миллибары, мм рт. ст.), абсолютная влажность (а) - концентрация водяного пара в воздухе (г/м 53 0).

Максимальная влажность (Е) - это упругость водяных паров в состо­янии насыщения ими воздуха (кПа, мб, мм рт. ст. или г/м 53 0). Температура при которой водяные пары в воздухе достигают насыщения, т.е. влажность становится максимальной и начинает конденсировать­ся, называется точкой росы.

Относительная влажность (r) представляет собой отношение факти­ческой упругости водяных паров в воздухе (или абсолютной влажности) к максимально возможной влажности воздуха при данной температуре и выра­жается в процентах:

r=e/E*100%

 

Дефицит насыщения воздуха влагой (d) - это разница между макси­мальной влажностью (Е) и фактической упругостью пара (е):

d = Е - е

Установлено, что при температурах 18-20 5О 0 С и скорости движения воздуха 0,1-0,3 м/с наиболее оптимальной для организма человека явля­ется относительная влажность в диапазоне от 40 до 60%. При высоких значениях температуры и относительной влажности затрудняется отдача тепла за счет испарения, при этом может наступить перегревание орга­низма, сопровождающееся ухудшением самочувствия и снижением работоспо­собности. Сочетание высокой температуры воздуха и низкой относительной влажности вызывает сухость слизистых оболочек и появление микротрещин на кожных покровах. Сочетание низкой температуры и высокой влажности воздуха вызывает усиление теплоотдачи и тем самым способствует разви­тию переохлаждения организма. Следовательно, высокую влажность воздуха при высоких и низких температурах следует расценивать как неблагопри­ятных фактор окружающей среды, т.к. она способствует развитию как пе­реохлаждения, так и перегревания.

 

Движение воздуха

Атмосферный воздух находится в состоянии постоянного движения. Причина этого явления - разное давление воздуха в различных районах суши и моря, облусловленное, в свою очередь, различием теплового ба­ланса в этих регионах. Движение воздуха характеризуется скоростью (м/с) и направлением ветра, определяемым по сторонам горизонта, откуда он дует: северный (норд), южный (зюйд), восточный (ост), западный (вест). Для любого географического района характерна определенная пов­торяемость ветров - роза ветров.

Гигиеническое значение движения воздуха определяется прежде всего тем, что оно усиливает эффект теплоотдачи. При высоких температурах воздуха его движение увеличивает теплоотдачу с поверхности тела и пре­дупреждает тем самым перегревание организма, при низких - способствует переохлаждению организма.

 

. Атмосферное давление

Масса воздуха приводит давление на земную поверхность, равное на уровне моря при температуре 0 С 1,033 кг/см кв. Это давление соответс­твует давлению ртутного столба высотой 760 мм и называется нормальным. В настоящее время атмосферное давление принято измерять в гектопаска­лях (гПа). Следует сказать, что 760 мм рт ст равно 1000 гПа (1 мм рт ст равен 1,33 гПа). Суточные колебания атмосферного давления обычно не превышает 5-8 гПа, сезонные - не более 40 гПа и не оказывает существенного влияния на организм человека здорового. Однако пожилые и больные люди, у кото­рых снижены функциональные возможности организма, в особенности стра­дающие гипертонической болезнью, очень чувствительны к перепадам ат­мосферного давления, что связывается с соответствующими изменениями парциального давления кислорода.

С подъемом на высоту атмосферное давление снижается в среднем на 110-120 гПа. При быстром подъеме на высоту более 2500 м возникают яв­ления высотной, или горной болезни, связанные с резким понижением ат­мосферного давления. Для нее характерны слабость, сонливость, головок­ружение, одышка, цианоз слизистых оболочек. По мере увеличения времени пребывания на высоте и развития адаптации к пониженному парциальному давлению кислорода во вдыхаемом воздухе указанные симптомы постепенно проходят.