Физические свойства воздуха

I. Физические свойства воздуха в значительной степени определяют процессы теплообмена организма с окружающей средой.

Теплообмен организма поддерживается путём уравновешивания процессов химической и физической терморегуляции – это обмен тепла между организмом и окружающей средой.

Химическая терморегуляция определяется способностью организма изменять интенсивность обменных процессов и теплообразования. Накопление тепла в организме происходит, с одной стороны, за счёт процессов окисления пищевых веществ и выработки тепла при мышечной работе, с другой стороны – за счёт получения тепла извне. Отдача тепла организмом осуществляется путём проведения, конвекции, излучения и испарения. В основе проведения лежит отдача тепла при соприкосновении с поверхностями, имеющими более низкую температуру.

Конвекционный путь отдачи тепла осуществляется путём нагревания воздушных масс, прилежащих к поверхности тепла. Радиационный путь отдачи тепла имеет место при наличии предметов и ограждений, имеющих более низкую температуру поверхностей, чем температура кожи человека. Потеря тепла осуществляется также и при испарении влаги с поверхности кожи. Процессы теплообмена организма регулируются ЦНС, при этом происходят изменения, как процессов теплопродукции, так и процессов теплоотдачи.

В процессах теплообмена организма с окружающей средой большое значение имеет радиационный (лучистый) теплообмен. Теплоизлучение зависит от степени нагретости предметов и не зависит от температуры воздушной среды.

Между человеком и окружающими предметами идёт непрерывный обмен лучистым теплом. В условиях, когда поверхность тела человека излучает столько тепла, сколько принимает от окружающих предметов, радиационный баланс равен нулю. Если же средняя температура окружающих предметов и ограждений выше температуры поверхности тела человека, то человек получает лучистое тепло от окружающих предметов в большем количестве, чем излучает сам; положительный радиационный баланс может вести к перегреву организма. В тех случаях, когда человек излучением отдаёт тепла больше, чем получает от окружающих предметов, создаётся отрицательный радиационный баланс, при котором может происходить переохлаждение организма. Таким образом, в случае резкого нарушения радиационного баланса наблюдаются явления перегревания и охлаждения.

II. Т емпература воздуха является постоянно действующим фактором окружающей среды. Человек подвергается действию колебаний температуры воздуха в различных климатических районах, при изменении погодных условий, нарушении температурного режима в жилых и общественных зданиях и т.п. Воздействию неблагоприятной температуры воздуха могут подвергаться лица, работающие на открытом воздухе (строительные рабочие, рабочие открытых разработок полезных ископаемых, лесной промышленности, сельского хозяйства).

Влияние высокой температуры воздуха отрицательно сказывается на функциональном состоянии ЦНС. Это проявляется в ослаблении внимания, нарушении точности и координации движений, замедлении ответных реакций, что может даже способствовать производственному травматизму.

У рабочих, постоянно подвергающихся воздействию высокой температуры воздуха, отмечается снижение иммунобиологической активности организма, что нередко проявляется в повышении уровня общей заболеваемости. Резкое перегревание организма может привести к развитию теплового удара, чаще всего возникающего при выполнении тяжелого физического труда в условиях жаркого влажного климата.

При длительном воздействии высокой температуры воздуха отмечается нарушение деятельности желудочно-кишечного тракта. Выделение из организма ионов хлора на фоне приёма большого количества воды ведёт к угнетению желудочной секреции, снижению бактерицидности желудочного сока, что создаёт благоприятные условия для развития воспалительных процессов в желудочно-кишечном тракте.

При воздействии низких температур воздуха значительно возрастают теплопотери радиацией и конвекцией и падают теплопотери испарением.

Понижение температуры тела и тактильной чувствительности кожи является наиболее чувствительной ответной реакцией организма на изменение теплового состояния при охлаждении. При этом происходит изменение функционального состояния ЦНС, что проявляется в своеобразном наркотическом эффекте холода, ведущем к ослаблению мышечной деятельности, резкому снижению реакции на болевые раздражения, адинамии и сонливости.

Из медицинской практики известно, что местное охлаждение, особенно ног, способствует развитию простудных заболеваний. Это явление учитывается, в частности, при гигиенической оценке температурного режима жилых и общественных зданий путём регламентации перепада температурного воздуха по вертикали, который не должен превышать 2,5º С на 1 м высоты.

III. Влажность воздуха имеет большое значение как фактор, влияющий на процессы теплообмена организма с окружающей средой.

Абсолютная влажность воздуха даёт представление об абсолютном содержании водяных паров в граммах в 1 м³ воздуха. При одной и той же абсолютной влажности степень насыщенности водяными парами воздуха будет различной в зависимости от температуры воздуха. Чем она ниже, тем меньшее количество водяных паров необходимо для его максимального насыщения, и наоборот. В гигиенической практике для характеристики влажности поэтому чаще используется относительная влажность воздуха, отражающая степень насыщения воздуха водяными парами в момент наблюдения; она определяется отношением абсолютной влажности к влажности, насыщающей воздух при данной температуре, и выражается в процентах. Для характеристики способности воздуха поглощать водяные пары используется понятие дефицита насыщения – разница между максимальной и абсолютной влажностью воздуха. Эта величина влияет на процессы теплоотдачи человека путём испарения; чем больше дефицит влажности, тем суше воздух и тем большее количество водяных паров он может воспринимать. Поэтому высокая температура окружающей среды переносится организмом при сухом воздухе легче, чем при влажном.

При температуре воздуха выше 35º С и умеренной влажности потеря влаги испарением может достигать 5 – 8 л в сутки. В исключительных случаях эта потеря может достигнуть 10 л в сутки. Вместе с потом выделяются из организма соли, среди которых преобладают хлориды. С потом выделяются и водорастворимые витамины групп В и С. Потеря солей плазмой ведёт к увеличению вязкости крови, что затрудняет работу сердечно-сосудистой системы.

IV. Действие на организм чрезмерно сухого воздуха усугубляется в случае его большой подвижности. Подвижность воздуха влияет на величину тепло потерь организма за счёт изменения величины конвекции и потоиспарения. Мороз в тихую погоду переносится легче, чем при сильном ветре, который вызывает быстрое переохлаждение кожи за счёт усиленной отдачи тепла конвекцией и увеличивает опасность обморожений.

Повышенная подвижность воздуха рефлекторно влияет на процессы обмена веществ. По мере понижения температуры воздуха и увеличения его подвижности теплопродукция повышается.

Сильный ветер нарушает нормальный ритм дыхания, механически препятствует выполнению физической работы и передвижению. Умеренный ветер оказывает бодрящее действие. Сильный, продолжительный ветер оказывает резкое угнетающее действие на ЦНС, вызывает депрессию. Наиболее благоприятная подвижность воздуха в летнее время года составляет 1 – 5 м/с.

V. Атмосферное давление

У поверхности Земли воздушные массы наиболее плотны и, следовательно, обладают наибольшим давлением. С поднятием на высоту плотность воздуха и давление уменьшаются. На поверхности Земли колебания атмосферного давления связаны с погодными условиями, возможны существенные изменения барометрического давления, как в сторону повышения, так и в сторону его понижения, что может привести к развитию неблагоприятных изменений в организме.

Пониженное атмосферное давление способствует развитию у человека высотной болезни, которая возникает при быстром подъёме на высоту и встречается у лётчиков и альпинистов при нарушении требований, предохраняющих человека от влияния пониженного атмосферного давления.

Высотная болезнь наступает в результате понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, что приводит к кислородному голоданию тканей.

По мере падения парциального давления кислорода уменьшается насыщенность им гемоглобина, что ведёт к развитию гипоксемии. Резерв кислорода в организме составляет не более 0,9 дм³ и определяется количеством растворённого в плазме крови кислорода. Этого резерва достаточно лишь на 5 – 6 мин жизни, после чего стремительно развиваются явления острой кислородной недостаточности.

Повышенное атмосферное давление является основным производственным фактором при строительстве подводных тоннелей, метро, выполнении водолазных работ и т.д. Для проведения работ под водой или под землёй в грунтах, насыщенных водой, сооружаются особые рабочие камеры – кессоны. Кессон заполняется сжатым воздухом, вытесняющим воду из рабочего пространства.

Под влиянием повышенного атмосферного давления происходит насыщение крови и тканей организма растворенными газами воздуха, главным образом азотом. На каждую избыточную атмосферу в крови растворяется в среднем 1 дм³ азота. Это насыщение продолжается до уравнивания парциального давления азота в окружающем воздухе с парциальным давлением азота, содержащегося в тканях.

При быстрой декомпрессии создаётся опасность газовой эмболии, которая наступает, когда величина парциального давления азота в тканях будет выше его парциального давления в альвеолярном воздухе более чем в 3 раза. Газовая эмболия приводит к развитию тяжёлого профессионального заболевания – кессонной болезни. Тяжесть этого заболевания и его симптоматика определяются локализацией и массовостью закупорки сосудов аэроэмболами.

Кроме повышенного давления воздуха, на работающих в кессонах, оказывают влияние высокая влажность воздуха, повышенная или пониженная температура воздуха, загрязнение воздуха продуктами возгонки смазочных масел от работающих компрессоров. При выполнении в кессонах сварочных работ в воздух выделяются оксиды азота и аэрозоли сварочных материалов.

За последние годы в медицинской практике стал использоваться метод гипербарической оксигенации для лечения некоторых заболеваний хирургического и терапевтического профиля. В специальных барокамерах создаётся повышенное барометрическое давление, способствующее быстрому насыщению тканей больного кислородом, что оказывает лечебный эффект.

Для медицинского персонала таких операционных разработаны гигиенические требования к режиму и условиям работы, правила декомпрессии, имеется перечень противопоказаний по состоянию здоровья для работы в барокамерах – операционных.

VI. Электрическое состояние воздушной среды

К электрическому состоянию атмосферного воздуха относят ионизацию, электрическое поле земной атмосферы, грозовые разряды.

Под ионизацией воздуха понимают распад молекул газов и атомов под влиянием внешних воздействий. К ним относятся радиоактивное излучение, ультрафиолетовое и световое излучение, космическое излучение, распыление воды (баллоэлектрический эффект). Число ионов, образующихся в единицу времени, называется интенсивностью ионизации.

Наряду с образованием ионов в атмосфере происходит процесс их уничтожения за счёт соединения ионов противоположного заряда. В атмосфере постоянно происходят процессы ионообразования и ионоуничтожения, в результате чего устанавливается определённое ионизационное равновесие. Количество лёгких ионов варьируется в зависимости от географических, геологических условий, состояния погоды, уровня радиоактивности окружающей среды и степени загрязнения атмосферного воздуха.

При дыхании в воздух помещений выделяется большое количество тяжёлых ионов. В настоящее время доказано многостороннее действие аэроионов на организм. Физиологический механизм действия ионизированного воздуха объясняется электрообменом в лёгочной ткани и нейрорефлекторными реакциями, возникающими в ответ на раздражение аэроионами рецепторов кожи и слизистых оболочек дыхательных путей. Под действием высоких концентраций отрицательных лёгких ионов (до 1000000 в 1 см³ воздуха) у людей наблюдаются неблагоприятные изменения в газовом и минеральном обменах, стимулируются обменные процессы, ускоряется процесс заживления ран. В настоящее время искусственная отрицательная ионизация воздуха используется для лечения гипертонической болезни, бронхиальной астмы, аллергических состояний. Положительные ионы, напротив, оказывают угнетающее действие на человека, вызывая сонливость, депрессию, снижая работоспособность.

VII. При оценке физических свойств воздушной среды существенное значение имеет радиоактивность. Радиоактивность воздуха обусловлена наличием в нём радиоактивных веществ естественного и искусственного происхождения. Общий естественный радиоактивный фон создаётся за счёт космического излучения и излучений от естественных радиоактивных веществ, находящихся в почве, воде, атмосфере. Благодаря постоянному круговороту веществ в природе человек вместе с пищей, водой и воздухом получает все естественные радиоактивные элементы, и, следовательно, его ткани также содержат определенные количества этих элементов.

Естественная радиоактивность и космическое излучение являются природными факторами окружающей среды. Имеются сведения о действии естественных радиоактивных элементов на биологические объекты. Отмечено, что космическое излучение влияет на частоту естественных мутаций и интенсивность клеточного деления. Некоторые растения резко отстают в росте при отсутствии в почве естественных радиоактивных элементов – урана, радия. При добавлении в почву минимальных количеств урана, особенно в момент цветения, возрастает урожайность, в корнеплодах увеличивается количество углеводов. На земле есть области, где создается более высокий уровень естественной радиоактивности за счет залегания в почве повышенного количества естественных радиоактивных пород.

При гигиенической оценке радиоактивного загрязнения окружающей среды имеет значение ряд условий: высота и мощность выбросов продуктов ядерного деления, направление и скорость ветра, дисперсный состав радиоактивной пыли, погодные условия в момент выброса (туман, осадки), характер струйных течений воздуха. Радиоактивные вещества выпадают на почву. Часть радиоактивных веществ поглощается верхними слоями почвы, остальные проникают в более глубокие ее слои и могут достигать грунтовых вод. Выпадение радиоактивной пыли из воздуха загрязняет открытые водоемы, растительность, сельскохозяйственные угодья. Загрязнение почвы и воды приводит к накоплению радиоактивных веществ в наземных и водных растениях, кормах для животных.

Существенное значение имеет разработка методов медицинского контроля за здоровьем населения, широкая профилактика неблагоприятного действия радиоактивных веществ и излучений на здоровье людей. Эти проблемы разрабатывает самостоятельная гигиеническая наука – радиационная гигиена.