Физические свойства воздушной среды

Тема 3: Действия физических факторов на здоровье человека

1.Электромагнитное излучение солнца.

Электрическоеи магнитное поля Земли.

Радиоктивное (ионизирующее) излучение.

Физические свойства воздушной среды.

 

1.Один из наиболее важных физических факторов среды –это электромагнитные поля. К естественным источникам электромагнитных полей относится солнечное излучение, постоянное магнитное и электрическое поле Земли.

Вся энергия, получаемая поверхностью Земли, исходит от Солнца. Солнечное излучение-это электромагнитные колебания разной длины волны, которые составляют солнечный спектр.

Поверхности Земли достигают видимые лучи — 0,17-4,0 мкм (48%), инфракрасные лучи — 0,75-0,001 мкм (45%), ультрафиолетовые лучи - свыше 0,4 мкм (7%).

Для человека основные естественные зоны влияния солнечного спектра- это УФ, видимая и ИК.

Выделяют три диапазона ультрафиолетового излучения (УФИ):

• УФА — 400—320 нм — длинноволновое, хорошо проникающее в кожу излучение. Вызывает покраснения и стимулирует выработку меланина. Может разрушать сетчатку глаза.Является доминирующей частью солнечной радиации. Слабо поглощается в атмосфере и поэтому достигает поверхности Земли. Помимо этого, испускается специальными лампами, которые применяются в соляриях;

• УФВ — 320—280 нм — средневолновая, «загарная» радиация.стимулирует выработку витамина D₃.Значительная часть солнечного спектрального диапазона поглощается стратосферным озоном;

• УФС — 280—200 нм — коротковолновая, бактерицидная радиация. Вся эта спектральная область солнечного света поглощается в стратосфере. Испускается бактерицидными лампами, оказывая повреждающие действия на органические молекулы, с чем связан бактерицидный эффект,а также при электросварке.

Интенсивность воздействия ультрафиолетового излучения зависит от метеоусловий и географического местоположения. У поверхности Земли УФ часть солнечного спектра представлена потоком волн в диапазоне от 290 до 400 нм. Интенсивность УФИ зависит от многих факторов. Так, при облачной погоде интенсивность УФИ может снижаться до 80%, при загрязненности атмосферного воздуха эта потеря доходит до 10-50%.

Главная мишень действия ультрафиолетового излучения — кожа человека, так как глубже оно не проникает. В эпидермисе поглощается большая часть ультрафиолетас Λ < 315 нм.

На клеточном уровне существует 3 «мишени» для УФИ: ДНК, белки, липиды.

Повреждение ДНК играет основную роль в развитии дальнейшей патологии у человека. В результате фотохимических реакций с азотистыми основаниями могут образовываться тиминовыедимеры; химически измененные азотистые основания — гидрат урацила; и др.

Следствием этого могут быть хромосомные аберрации, мутагенный эффект, канцерогенез. Данные процессы происходят не только в клетках кожи, но и в форменных элементах крови — лимфоцитах, которые попадают в подкожные капилляры.

Помимо этого, активируется процесс перекисного окисления липидов, что приводит к повреждению биологических мембран.

Естественная защита от УФИ включает несколько механизмов.

• Образование загара, связанного с появлением меланина, кот.способен поглощать фотоны и этим самым ослаблять интенсивность действующего излучения, ингибирует цепные реакции окисления липидов и другие свободнорадикальные реакции.

 

В процессе эволюции выработано несколько механизмов пигментации, способных защищать организм от вредного воздействия УФИ.

Способ прямой пигментации за счет меланина в клетках кожи и гораздо более мощный механизм — эритемный (непрямая пигментация)за счет расширения сосудов. В результате развития эритемы запускается механизм синтеза меланина.

Вклад различных диапазонов УФИ в формирование эритемы отражает так называемый спектр эритемного действия (СЭД), значения которого выражают в единицах мощности потока УФИ, приходящегося на единицу площади (Вт/м2). Согласно рекомендациям международных организаций максимальным значением СЭД следует считать величину 0,25 Вт/м2. В обыденной практике при мониторинге уровня ультрафиолетового излучения большинство стран используют так называемый индекс ультрафиолетового излучения (УФ-индекс), который сообщается населению через средства массовой информации. УФ-индекс рассчитывается путем умножения СЭД на коэффициент 40. Воздействии УФИ с СЭД, равным 0,25 Вт/м2, будет составляв 10 Вт/м² (0,25 Вт/м² • 40 = 10 Вт/м²).

ВОЗ рекомендует следующую градацию УФ-индексов:

1—2 — низкий;

3-5 — средний;

6—7 — высокий;

8—10 — очень высокий;

11 и более — экстремальный.

Каждый человек характеризуется индивидуальной чувствительностью кожи к действию УФИ. Всего известно шесть типов чувствительности кожи к действию УФИ, однако в (средних широтах выделяют четыре основных типа.

Для человека величиной, характеризующей воздействие УФИ, является минимальная эритемная доза (МЭД). Это такая, доза ультрафиолетового излучения, которая вызывает на незагорелой коже спустя 8—10 ч гиперемию или эритему. Подсчитано, что одна единица МЭД соответствует энергии 250 Дж/м² и вызывает указанный эффект у индивидуумов с II типом чувствительности кожи. Другие типы чувствительности кожи имеют свои значения плотности потока.

Возможна модификация светочувствительности кожи. Известна группа соединений, способных увеличивать чувствительность кожи к действию УФИ (сенсибилизаторы). К ним относятся некоторые лекарственные препараты: аспирин, ибупрофен, индоцид, либриум, бактрим, пенициллин, лазикс. Имеются и природные соединения, обладающие подобным действием. Сюда относятся фуранокумарины, которые найдены в растениях, например в сельдерее, они могут вести к фотоповреждению кожи.

Эффекты действия УФИ могут быть разделены на две основные группы, а именно детерминированные и стохастические.

Для детерминированных эффектов, тяжесть которых в облученном индивидууме изменяется соответственно дозе, существует порог, ниже которого эффекты не встречаются. Из-за ограниченной проникающей способности квантов УФИ первичные эффекты у человека будут по существу ограничены кожей и глазами.

Ранние детерминированные эффекты в отношении действия УФИ — фототоксические, фотоаллергические реакции кожи, а также фотокератит и конъюнктивит, которые появляются спустя 2-14 ч после облучения. К поздним эффектам относится катаракта. Люди с удаленным хрусталиком обладают по-вышенным риском повреждения сетчатки даже от воздействия УФА.

К стохастическим относятся злокачественные новообразования кожи. Смертность от меланомы ежегодно увеличивается в мире на 4% (каждый час от меланомы умирает один человек). Причиной ее развития чаще всего являются родимые пятна, подвергнутые УФ-облучению. 

Защитный экран в атмосфере в отношении проникновения УФИ — озоновый слой Земли. При уменьшении на 1% средней толщины слоя озона распространенность карциномы базальных клеток увеличится примерно до 3%, а сквамозно-клеточной карциномы примерно до 5%.

Ультрафиолетовая недостаточность негативно сказывается на здоровье. Многочисленные экспериментальные исследования и натурные наблюдения показали снижение адаптационных возможностей организма, развитие анемии, ухудшение регенерации тканей, понижение сопротивляемости организма к токсическим, канцерогенным, мутагенным и инфекционным агентам, повышение утомляемости. Недостаток холекальциферола и связанное с ним нарушение обмена кальция и фосфора у детей приводят к рахиту, а у взрослых - к остеопорозу, замедленному срастанию костей при переломах, увеличенной заболеваемости кариесом зубов.

Большие контингенты людей находятся в условиях полного солнечного или светового голодания (до 6 месяцев в году). Это люди, живущие в Заполярье. И в средних широтах в зимние месяцы (декабрь-февраль) наблюдается УФ - недостаточность, чему способствуют большое количество пасмурных дней, короткое пребывание на воздухе, теплая одежда, загрязнение атмосферного воздуха и остекления на промышленных предприятиях. Особо подвержены солнечному голоданию люди, работающие в условиях искусственного освещения (рабочие добывающей промышленности, строители метро и пр.).

Профилактика УФ - голодания заключается в правильной, с гигиенической точки зрения, застройке населенных мест, охране атмосферного воздуха от загрязнения, достаточном пребывании на открытом воздухе в дневное время (дети), чистоте остекления, применении увиолевого стекла, устройство в детских учреждениях и больниц веранд с остеклением из увиолевого или органического стекла и т.д. Неплохие результаты получения при профилактическом облучении беременных женщин, детей, шахтеров и др. контингентов искусственными источниками УФ-радиации.

Противопоказаниями для облучения человека искусственным УФИ являются заболевания активной формой туберкулеза, щитовидной железы, резко выраженный атеросклероз, заболевания сердечно-сосудистой системы, печени, почек, малярия, злокачественные новообразования.

Т.о. различают биогенное (полезное, защитное) действие УФИ/Д-витаминообразующее действие, эритемное, общестимулирующее, пигментообразующее действие) и абиогенное (вредное) действие (мутагенное, аллергенное, канцерогенное действие).

Видимое излучение Солнца имеет длину волны 400-760 нм и создает максимальную освещенность на поверхности Земли до 40000 лк.Видимый свет - информационный источник, обладает мягким тепловым и тонизирующим действием и влиянием на нервную системуоказывает общебиологическое действие.

Одна из сторон воздействия лучистой энергии на организм — освещенность. Установлено, что видимая область спектра солнечного света очень важна для нормального протекания физиологических процессов.результатом чего является осуществление зрительной функции и функции других анализаторов, активизация процессов возбуждения в коре головного мозга; положительное влияние на эмоциональную сферу во время бодрствования; усиление биохимических процессов, иммунобиологической реактивности; активизация обмена веществ; повышение жизненного тонуса. Видимый свет контролирует суточные ритмы сна и бодрствования, температуры тела, гормональную секрецию и пр. С освещенностью связывают заболевание, называемое зимней депрессией, эмоциональным сезонным заболеванием или аффективным сезонным расстройством (англ. SAD — SeasonalAffectiveDisorder). При синдроме сезонного расстройства (СР), наблюдаются эмоциональные депрессии, упадок физических сил, повышенный аппетит, потребность во сне, желание замкнуться в себеПо статистическим данным, примерно 5—10% людей, три четверти из которых женщины, страдают этим заболеванием. Чем меньше естественная освещенность местности, тем чаще встречается данныйсимптомокомплекс.

Эта признаки исчезают в весенние и летние месяцы, когда значительно увеличивается продолжительность светового дня.Реализация действия видимой области спектра на организм человека происходит путем модуляции активности циркадианных циклов, или биологических часов.

Данный цикл выражается в изменении физиологических и поведенческих реакций. У молодых людей продолжительность циркадианного цикла составляет 25-26 ч; в зрелом возрасте — приблизительно 24 ч; в пожилом - менее 24 ч.

Максимальные значения мелатонина в крови наблюдаются между полуночью и 5 часами утра по местному солнечному времени.

Следовательно, в темноте больше образуется мелатонина, который тормозит выработку тропных гормонов гипофиза и имеет отношение к таким функциям организма, как частота дыхания, давление крови, температура, сон, половые функции, обмен воды, жиров, и к другим, метаболическим процессам.

Через сетчатку глаза утренний свет воздействует на клетки гипоталамуса. Этот момент — точка отсчета, которая и настраивает биологические часы. Подсчитано, что приблизительно 7% людей нуждаются в подобном ежедневном синхронирующем импульсе, который устанавливает циркадианные циклы.

В условиях недостаточной освещенности в зимнее время года (рано темнеет и поздно светает) начало рабочего дня люди проводят при искусственном освещении. При этом отсутствует главный фактор — необходимая освещенность.

Зимняя депрессия хорошо лечится только светом. Положительный эффект в лечении этой патологии дает светотерапия в утренние часы с интенсивностью в 10000 лк. Это приблизительно в 20 раз превышает интенсивность обычного внутреннего освещения. Выпускаются специальные источники света, имеющего близкий к солнечному спектральный состав. Время световой терапии выбирается индивидуально.Световое лечение используется при болезнях, связанных с СР и работой в ночную смену.

Медикаментозное лечение может включать назначение антидепрессантов. Хорошим дополнительным средством является психотерапия.

Важной особенностью видимого излучения является его способность создавать гамму цветов в порядке убывания длины волны: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. В жизни человека это имеет большое значение: фиолетовый и синий цвета угнетают психоэмоциональную сферу и способствуют засыпанию; голубой цвет- обладает успокаивающим действием; зеленый- индифферентный; ярко-желтый раздражает; красный- возбуждает Синий цвет способен усиливать состояние депрессии, красный-состояние психического возбуждения.

Инфракрасные лучи. Они имеют длину волны от 760 до 3000 нм, причем более длинные задерживаются атмосферой. Инфракрасные лучи, согревая почву, воздух, создают тепловой баланс и возможность жизни на Земле.составляет не менее 50-59% солнечного электромагнитного спектра

Инфракрасная зона –лучи оказывают тепловой эффект, расширяют сосуды, активируют ферменты, усиливают обмен веществ, тренируют термо-регуляционные механизмы,ускоряют ферментативные и иммунобиологические реакции, рост клеток и регенерацию тканей, но интенсивный поток ИК может вызвать катаракту, ожоги, тепловой удар.

Воздействие инфракрасного излучения может быть общим и локальным. При длинноволновом излучении повышается температура поверхности тела, а при коротковолновом - изменяется температура лёгких, головного мозга, почек и некоторых других органов человека.

Длинные ИК-лучи задерживаются главным образом в эпидермисе кожи и вызывают нагревание ее поверхности, раздражают рецепторы (жжение). Инфракрасная эритема образуется за счет расширения капилляров кожи, не имеет четких границ (разлитая).

Короткие ИК-лучи обладают наибольшим биологическим эффектом, они проникают на глубину 2,5-4 см, вызывают глубокое прогревание, ускоряют биохимические, ферментативные и иммунные реакции, рост клеток и регенерацию тканей, усиливают ток крови, увеличивают температуру крови и лимфы.

Значительное изменение общей температуры тела (1,5-2oС) происходит при облучении инфракрасными лучами большой интенсивности. Воздействуя на мозговую ткань, коротковолновое излучение вызывает "солнечный удар". При интенсивном облучении головы происходит отёк оболочек и тканей мозга, проявляются симптомы менингита и энцефалита.

При воздействии на глаза наибольшую опасность представляет коротковолновое излучение. Возможное последствие воздействия инфракрасного излучения на глаза - появление инфракрасной катаракты.

Тепловая радиация повышает температуру окружающей среды, ухудшает её микроклимат, что может привести к перегреву организма.

В настоящее время большинство исследователей признают не только тепловое, но и фотохимическое действие ИК-лучей на организм. Отмечается поглощение ИК-лучей белками крови и активация ферментных процессов.

Общее действие ИК-лучей - нагревание с образованием выраженной разлитой эритемы с выделением физиологически активных веществ (например, ацетилхолина), которые поступают в кровоток и вызывают усиление обменных процессов в отдаленных от мест облучения тканях и органах. Общая реакция организма выражается в перераспределении крови в сосудах, повышении числа эозинофилов в периферической крови, повышении общей сопротивляемости организма.

Под действием инфракрасных лучей наблюдается: перераспределение крови, учащение пульса, повышение максимального и понижение минимального АД, повышение температуры тела, усиление потоотделения. Рефлекторно увеличивается теплообразование во многих органах, стимулируется функция почек, расслабляется мускулатура. В результате наблюдается ускорение регенеративных процессов, уменьшение болевых ощущений (Пивоваров Ю.П., 1999).

Инфракрасное излучение усиливает биологическое действие ультрафиолетового излучения и это используется в практике.

В общем при недостатке света развивается световое голодание (особенно когда не хватает УФ),что снижает общую сопротивляемость организма, эффективность приспособительных и компенсаторных реакций. При избытке солнечной активности происходит изменение состава кровеносных сосудов, в целом ССС и Н/С, возникают ожоги, повреждение глаз, ран кожи, обостряются психические нарушения.

Адаптивной реакцией к солнечной энергии: это утолщение и уплотнение эпидермиса и формирование загара.