Склад атмосферного і видихуваного повітря (в об’ємних відсотках)

Повітря	Азот	Кисень	Діоксид вуглецю	Водяна пара	Аргон та інші інертні гази
Атмосферне	78,09	20,7-20,9	0,03-0,04	0,42	0,93
Видихуване	78,26	15,4-16,0	3,4-4,7	насичена	0,93

 

Склад атмосферного повітря завдяки кругообігу повітряних потоків, постійний і зміни у ньому відбуваються тільки за рахунок надходження в атмосферу сторонніх хімічних речовин. У житлових приміщеннях зміни хімічного складу повітря пов’язані з перебуванням людей і деякими побутовими процесами. На виробництві можливе надходження у повітря різних шкідливих парів і газів, які утворюються в результаті різних технологічних процесів.

Азот (78,08% – парціальний тиск біля 80 кПа) за своїм кількісним складом має першочергове значення для оцінки хімічного складу повітря, причому в природі проходить безперервний кругообіг цього газу. Азот - це безбарвний газ, без запаху і смаку, малоактивний, не підтримує дихання і горіння. Біологічне значення його полягає у розбавленні кисню, у зв’язку з чим зменшується токсична дія надлишкового парціального тиску кисню, а також володіє слабкою наркотичною дією. Однак при підвищенні атмосферного тиску азот може токсично впливати на організм. Таке явище спостерігається при кесонних та водолазних роботах під час виходу на поверхню, коли можливе виникнення газової (азотної) емболії. Причиною її є те, що при підвищенні тиску збільшується розчинність азоту в крові і тканинах. У подальшому, при переході від підвищеного тиску до нормального, азот не встигає виділитися через легені, залишається в крові і тканинах, утворюючи там пухирці, які й приводять до так званої кесонної хвороби. У результаті кесонної хвороби можуть відмічатися зуд шкірних покривів, гострий біль у суглобах і м’язах кінцівок, а в найважчих випадках можливі газові емболії магістральних судин, легеневі кровотечі, інфаркти міокарду, набряк легень і летальний наслідок.

Для профілактики кесонної хвороби важливе значення має правильний (повільний) режим декомпресії. Перехід від підвищеного тиску до нормального повинен здійснюватися в терміни, достатні для того, щоб надлишковий у крові азот встиг пройти через альвеоли і в газоподібному стані виділитися із організму з видихуваним повітрям. У водолазній практиці використовується ступінчастий метод декомпресії, при якому водолаз при підйомі має декілька зупинок на відповідних глибинах. Має значення підтримання в кесоні температури від 16 до 26⁰С у залежності від тиску, наявність загальнообмінної вентиляції. До профілактичних мір відносяться також попередження промокання ніг і тіла, теплий душ після роботи, гарячі напитки (чай, кава). Категорично заборонено вживання алкоголю перед спуском у кесон. Дуже важливим профілактичним заходом є заміна азоту газами, які мало розчиняються в крові – гелієм і аргоном. Найкращим лікувальним і профілактичним засобом при кесонних захворюваннях є лікувальний шлюз, який представляє собою герметично закриту палату – барокамеру.

Жінки на кесонні та водолазні роботи не допускаються. З метою профілактики кесонної хвороби проводиться медичний відбір і щотижневі періодичні медичні огляди. На кесонні роботи допускаються особи у віці від 18 до 45 років.

Кисень (20,94%, парціальний тиск біля 21,3 кПА) – найважливіша частина повітря для життя. Коливання вмісту кисню у відкритій атмосфері незначні. Такі коливання кисню у повітрі не впливають на людський організм (найбільш чисте повітря на узбережжі моря – 20,99% кисню, а найбільш забруднене у промислових центрах, де кисню може бути 20,5%).

Недостатність кисню у повітрі викликає зниження його напруги в альвеолярному повітрі і зменшення насичення крові киснем (гіпоксемія). У результаті цього спостерігається недостатність кисню у тканинах, що порушує нормальне протікання окисних процесі (гіпоксія). Такі явища виникають на великих висотах при польотах (висотна хвороба) і при підніманні в гори (гірська хвороба), яка починається з висоти 2,5-3 км.

Низька концентрація кисню може створюватися у повітрі замкнутих і герметично закритих просторах, наприклад на підводних човнах при аварії, а також у закинутих копальнях, шахтах, колодязях, де кисень витісняється іншими газами і знижується до 11-14%.

Кисень необхідний для окисних процесів і знаходиться в крові головним чином у хімічно зв’язаному з гемоглобіном стані утворюючи оксигемоглобін, який переноситься еритроцитами до клітин організму. Кисень витрачається в основному на окислення органічних речовин, які містяться у повітрі, воді ґрунті, і на процеси горіння, однак зменшення його поповнюється за рахунок великих запасів у атмосфері, а також у результаті діяльності зелених (хлорофільних) рослин, які виділяють на світлі кисень у процесі асиміляції двоокису вуглецю. Тому вміст кисню у поверхні землі коливається незначно (від 20,7 до 20,95%).

У житлових приміщеннях і громадських будинках завдяки його легкої дифузії через пори будівельних матеріалів, щілини у вікнах вміст кисню також майже не змінюється. У найгірших умовах, при поганій вентиляції і великій скупченості людей, не дивлячись на поглинання ними кисню, кількість його зменшується лише на декілька десятих відсотки, а це не має фізіологічного значення. У герметичних приміщеннях, без природного повітрообміну, вміст кисню при несправності обладнання може значно зменшуватися і несприятливо впливати на організм. Виражені симптоми гіпоксії з погіршенням загального самопочуття і зниженням працездатності спостерігається при концентрації кисню 13-14%, при 7-8% наступає смерть. Допустимою межею зниження рівня кисню в замкнутих просторах рахується 17-18%.

Найбільш чутливою до гіпоксії є ЦНС, серцевий м’яз і зоровий аналізатор.

Для практичного лікаря найбільш важливе значення, особливо з фізіологічної точки зору, мають підвищені концентрації кисню. Як відомо, кисень у чистому вигляді володіє токсичною дією. Механізм токсичної дії високих концентрацій кисню полягає в окисленні (самим киснем або утвореними в тканинах вільними радикалами) ферментів або коферментів, які містять SH-групи. З цим пов’язують пошкодження мембран клітин при гіпероксії. Ще швидше розвивається гіпероксія у кисневому середовищі з підвищеним тиском (гіпербарична гіпероксія).

Оптимальний парціальний тиск кисню в крові знаходиться в межах 20-26,7 кПа, його збільшують коли необхідно підвищити працездатність людини при великому фізичному навантаженні (гірничий рятівник) або при лікуванні хворих з гіпоксією – до 42,7 кПа (до 40% кисню). Цей метод лікування називається гіпербаричною оксигенацією, який зараз використовується у хірургії при операціях на серці, магістральних судинах, невідкладній допомозі і терапії при великих крововтратах, отруєнні чадним газом та іншими отрутами, інфарктах, інсультах та інших захворюваннях.

Вуглекислий газ (0,03-0,04%, парціальний тиск – 0,03 кПа) – безбарвний газ, без запаху, він не подразнює слизові оболонки і навіть при великому вмісті в повітрі не виявляється людиною. Вуглекислий газ у 1,5 рази важчий за повітря і тому може накопичуватися у нижній частині замкнутих просторів, що може спричинити отруєння.

Вуглекислий газ утворюється в процесі дихання людей і тварин, горіння палива та окислення багатьох органічних речовин. У нічний час його виділяють рослини. Основна кількість вуглекислоти міститься у розчиненому стані в морях і океанах, причому в природних умовах проходить його безперервний кругообіг. Виділяючись у колосальних кількостях при спалюванні палива і деяких інших процесах, вона не може повністю засвоюватися рослинами і поглинатися морською водою. У результаті чого, вуглекислота починає поступово накопичуватися в атмосфері, причому особливо значна її кількість спостерігається у районах розміщення підприємств чорної металургії, де в радіусі 1 км середня її концентрація нерідко досягає 1%.

За своєю фізіологічною дією вуглекислота є збудником дихального центру. У великих концентраціях вуглекислота має наркотичну дію, а також подразнює шкіру і слизові оболонки. Збільшення концентрації вуглекислоти у вдихуваному повітрі приводить до розвитку ацидозу, тканинної аноксії, пригнічення клітинного метаболізму, розширення периферичних судин, пришвидшення дихання і тахікардії.

Розроблені ГДК вуглекислоти в закритих приміщеннях. Так, за даними М.Петтенкофера ГДК вуглекислоти в закритих приміщеннях не повинна перевищувати 0,07%; за даними К.Флюгге – 0,1%; переносима концентрація вуглекислоти складає до 1%, токсична – 3-4%, смертельна – 10-12%. Можливі отруєння вуглекислотою у замкнутих або герметично закритих приміщеннях (закинуті шахти, копальні, підводні човни, глибокі колодязі, силосні ями, бродильні чани на пивоварних заводах, каналізаційні колодязі).

В останні роки в атмосфері крупних промислових центрів спостерігається підвищення концентрації вуглекислоти до 0,04-0,05%. З точки зору екології подальше підвищення її вмісту може привести до зміни теплового балансу, так як вуглекислота поглинає і відбиває в сторону землі значну частину інфрачервоного випромінювання сонця (парниковий ефект), сприяючи зменшенню охолодження її поверхні.

Озон (О₃) міститься в атмосфері в незначній кількості. Він утворюється під час громовиці під впливом електричних розрядів, а також унаслідок фотохімічної дії на кисень УФ-сонячної радіації і являє собою просту речовину, що є видозміною кисню. Озон має своєрідний запах „електричного струму” і володіє сильною окислювальною дією. Озон окислює всі речовини, які забруднюють повітря, і тому служить показником чистоти повітря. Він відрізняється знезаражувальною дією і тому застосовується для очищення повітря і води.

Шар озону, розміщений у верхніх шарах атмосфери на висоті до 50 км захищає нас від небезпечного надміру УФ-променів і частково поглинає деяку частину ІЧ-випромінювання. Деякі речовини (фреони) можуть викликати зменшення вмісту озону в стратосфері. Цей газ постійно міститься у фізіотерапевтичних і рентгенівських кабінетах, де він утворюється під впливом світла кварцових ламп і може несприятливо впливати на персонал. Озон у невеликих концентраціях викликає подразнення слизових оболонок верхніх дихальних шляхів, запаморочення, погане самопочуття, роздратування, головний біль, виділення слини, посилене потовиділення і прогресуючу втому. Вміст озону в повітрі до 0,02 мг/л викликає пневмонію, яка нерідко приводить до смерті.

У санітарній практиці найбільше значення має контроль за станом повітря у закритих приміщеннях. У житлових і лікарняних приміщеннях основною причиною зміни хімічних властивостей повітря є скупченість людей та деякі життєві процеси. Джерелами забруднення закритих приміщень є продукти гниття та розкладу, які виділяються неохайною шкірою, злущеним епітелієм, брудним одягом, взуттям, а також кишкові гази та каріозні зуби. У лікарнях повітря можуть забруднювати продукти метаболізму, які містяться у видихуваному повітрі, дезінфікуючі та лікарські препарати, гнійні виділення, а також леткі речовини, які утворюються у процесі приготування їжі. Продукти метаболізму людини є однією із найважливіших причин забруднення повітря приміщень. Зараз відомо понад 70. Із них найбільше значення мають індол, скатол, меркаптан, леткі жирні кислоти, аміак, сірководень та інші. Найбільш токсичними є так звані антропотоксини. Встановлена висока біологічна активність аміаку та його сполук, які виділяються шкірою людини. При вдиханні амонійних сполук, які містяться у повітрі приміщень, протягом декількох годин у більшості людей з’являються головний біль, почуття розбитості, швидка втома, різко знижується працездатність. Аміак і його сполуки подразнюють слизові оболонки дихальних шляхів. У повітрі лікарень і житла аміаку не повинно бути.

Для оцінки чистоти повітря у житлових приміщеннях і лікарняних палатах гігієнічне значення має визначення вмісту вуглекислоти. Встановлено, що вміст у повітрі вуглекислоти збільшується паралельно накопиченню у ньому газо- і пароподібних продуктів метаболізму людини.

Поряд з вищевказаними продуктами збільшується також мікробне обсіменіння приміщення. Крім того, забруднюються закриті приміщення несправними приладами опалення, газової мережі, припалінні, приготуванні їжі, пилом тощо. Найбільше значення для хорошого самопочуття відіграють фізичні властивості повітря: температура, вологість і швидкість руху повітря. Однак, хімічні показники відіграють не менш важливу роль: одні лише запахи, які утворюються при випаровуванні поту, викликають почуття відрази, можуть приводити до нудоти, головного болю, пришвидшення пульсу, підвищення артеріального тиску та шкірної температури. Неприємні запахи можуть приводити до хворобливих симптомів з боку органів дихання, зору, травного тракту та ЦНС, які і приводять до зниження фізичної та розумової працездатності, а у хворих до погіршення самопочуття.

Контроль за цими змінами дає можливість оцінити ефективність вентиляції, визначити достатній повітряний куб у приміщенні та санітарно-гігієнічний режим лікарень.

У виробничих приміщеннях джерелом забруднення повітря є технологічні процеси, у результаті яких у повітря надходять різні газоподібні хімічні речовини, які можуть перевищувати ГДК.

У зв’язку з тим, що хімічні речовини в закритих приміщеннях містяться в малій концентрації, визначити їх важко і довго, а вуглекислоту визначити просто, легко і швидко, тому вона є найбільш чутливим і зручним непрямим показником забруднення приміщень, у першу чергу лікарняних відділень.