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 почвы или 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. 3. Ионизация воздуха и атмосферное электричество В воздухе всегда содержится определенное количество ионизированных атомов и молекул газа (аэроионы) или твердые частицы в виде тумана, дыма или пыли (аэродисперсии), заряженных положительным или отрицательным электрическим зарядом. К ионообразующим факторам относятся: космические лучи, радиоактивные вещества, ультрофиолетовая радиация, открытое пламя и нагретые поверхности (термоионизация), атмосферное электричество.
Распыление воды при морских прибоях, водопадах и горных реках также сопровождается выраженной ионизацией атмосферного воздуха.
Под действием всех этих факторов происходит отщепление от молекул электронов, при этом остатки молекул приобретают положительный заряд. Ионы, существующие в воздухе в виде самостоятельных остатков газовых молекул или присоединенные к группе нейтральных молекул кислорода, азота, углекислого газа, озона, называется легкими, а связанные с частицами тумана, дыма или пыли - тяжелыми.
Из гигиенических показателей степени ионизации воздуха обычно анализируется следующие: содержание ионов разных, масса частиц, коэффицент униполярности (соотношение числа положительных к числу отрицательных ионов) и коэффициент загрязнения (соотношение суммарных количеств тяжелых металлов и легких ионов одного и того же знака). В приземном атмосферном воздухе количество легких, положительно заряженных ионов, как правило всегда больше, чем отрицательных, в связи с чем коэффициент униполярности достигает 1,3 тыс. пар легких ионов в 1 см куб. Воздух на морском побережье во время прибоя одержит до 5-40 тыс легких ионов в 1 см куб. 4.