Гигиена воздушной среды

Воздушная среда как фактор окружающей среды занимает особое место среди других компонентов биосферы. Значение его для всего живого на Земле невозможно переоценить. Человек может находиться без пищи 5 недель, без воды – 5 дней, а без воздуха всего 5 минут. При этом воздух должен иметь определенную чистоту и любое отклонение от нормы опасно для здоровья.

Воздушная среда позволяет человеку ориентироваться в пространстве, через нее органами чувств воспринимаются зрительные, слуховые сигналы, позволяющие судить о состоянии окружающей среды. Через воздушную среду совершаются процессы теплообмена, происходит отдача тепла конвекцией и потоиспарением, благодаря чему обеспечивается тепловой комфорт человека.

Велико значение воздушной среды как разбавителя газообразных продуктов жизнедеятельности животных и человека, а также разнообразных отходов производственной и хозяйственной деятельности.

Атмосферный воздух выполняет сложнейшую защитную экологическую функцию, предохраняя Землю от абсолютно холодного Космоса и потока солнечных излучений. В атмосфере идут глобальные метеорологические процессы, формируется климат и погода, задерживается масса метеоритов.

Атмосфера служит источником некоторых видов сырья, из воздуха добывают азот, кислород, аргон и гелий. Кроме того, воздух используется в промышленности как химический агент в различных технологических процессах (горение топлива, выплавка металла, процессы окисления), как физическая среда для переноса тепла (воздушное отопление, сушка).

Атмосферный воздух характеризуется физическими и химическими свойствами. К физическим свойствам атмосферного воздуха относят: температуру, влажность, подвижность, атмосферное давление, электрическое состояние.

Физические свойства атмосферного воздуха нестабильны и связаны с климатическими особенностями географического региона.

Химический состав атмосферного воздуха представлен смесью газов и различных газообразных, механических и бактериологических примесей.

Температура воздуха является постоянно действующим фактором окружающей среды. Основным источником тепла на Земле является энергия Солнца. Так, около 50% солнечной энергии поглощается земной поверхностью и превращается в тепло, около 20% - непосредственно нагревает атмосферу.

Природные факторы, оказывающие влияние на суточные и годовые колебания температуры воздуха: интенсивность солнечной радиации, характер и рельеф местности, высота над уровнем моря, близость морей, характер морских течений, растительный покров и др.

Влажность воздуха имеет большое значение, поскольку влияет на теплообмен организма с окружающей средой.

Оптимальной величиной относительной влажности воздуха считается 40 – 60 %, допустимой – 30 – 70 %.

При высокой относительной влажности воздуха снижается степень испарения пота. Неблагоприятное действие сухого воздуха проявляется только при крайних степенях его сухости. Воздействие воздуха с относительной влажностью менее 20 % вызывает сухость слизистых оболочек носа, глотки, рта. В результате на слизистых образуются трещины, воспаление, возможно присоединение инфекции.

Подвижность воздуха влияет на теплопотери организма путем конвекции и потоиспарения. При высокой температуре воздуха его умеренная подвижность способствует охлаждению кожи. Мороз в тихую погоду переносится легче, чем при сильном ветре, наоборот, зимой ветер вызывает переохлаждение кожи в результате 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 повышается теплопродукция.

Наиболее благоприятная подвижность атмосферного воздуха в летнее время составляет 1- 5 м/сек.

Атмосферное давление. Воздух обладает массой и весом, гравитационное поле делает воздушные массы у поверхности земли наиболее плотными; следовательно, воздух обладает наибольшим давлением. С поднятием на высоту плотность и давление воздуха уменьшаются.

На поверхности земли колебания атмосферного давления связаны с погодными условиями и не превышают 4 – 10 мм рт. ст. Однако возможны существенные повышения и понижения атмосферного давления, способные привести к неблагоприятным изменениям в организме.

Пониженное атмосферное давление способствует развитию у людей симптомокомплекса, известного под названием высотной болезни, которая может развиться у летчиков и альпинистов при быстром подъеме на высоту.

Основным звеном патогенеза высотной болезни является понижение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе.

В организме жителей высокогорных районов развиваются следующие компенсаторно – приспособительные реакции:

- эритроцитоз;

- повышение уровня гемоглобина;

- изменение окислительных процессов в организме.

Повышенное атмосферное давление является основным производственным фактором при проведении водолазных работ, при строительстве подводных тоннелей, метро. Поэтому на вопросах, связанных с работой в условиях повышенного атмосферного давления более подробно мы остановимся при изучении раздела гигиены труда.

Электрическое состояние атмосферы характеризуют: ионизация, электрическое поле Земли, геомагнитное поле Земли, естественная радиоактивность.

Ионизация воздуха – это распад газовых молекул и атомов под влиянием ионизаторов. К ионизаторам относятся:

- радиоактивное излучение почвы и воздуха;

- ультрафиолетовое и световое излучение Солнца;

- космические излучения;

- распыление воды (баллоэлектрический эффект).

В результате ионизации от нейтрального атома отделяется электрон, который присоединяется к другому нейтральному атому, образуя отрицательный ион. Оставшаяся часть атома становится положительно заряженным ионом. К вновь образованным ионам присоединяются газовые молекулы, создавая более стойкие ионы с положительным или отрицательным зарядом. Это так называемые легкие аэроионы, со скоростью передвижения 1 – 2 см/сек и временем существования 1 – 2 мин. Отрицательные легкие аэроионы – это ионы кислорода, благоприятно изменяющие газовый и минеральный обмен, стимулирующие обменные процессы, ускоряющие заживление ран. В физиотерапии искусственная отрицательная ионизация воздуха применяется при лечении бронхиальной астмы, аллергических реакций, гипертонической болезни, бессонницы, неврозов и других заболеваний. Положительные ионы оказывают угнетающее действие на человека, вызывая состояние сонливости, депрессию, снижают работоспособность.

Легкие аэроионы могут присоединять к себе взвешенные пылевые частицы, микробные тела, превращаясь в средние, тяжелые и сверхтяжелые ионы. Они в 2000 – 4000 раз менее подвижны, чем легкие, при этом более стабильны - прочно удерживают заряд. Много тяжелых ионов выделяется с выдыхаемым воздухом.

Легкие ионы являются показателями санитарного благополучия воздушной среды, однако, в настоящее время практически отсутствуют простые методы контроля (приборы) за ионизацией воздуха.

- Электрическое поле Земли формируется за счет того, что Земля несет на своей поверхности отрицательный заряд, верхние слои атмосферы – положительный. При этом положительные ионы движутся перпендикулярно к Земной поверхности, отрицательные – от нее.

Биологическое действие электрического поля атмосферы изучено недостаточно. Имеются сведения о его влиянии на минеральный обмен между почвой и растениями. Установлено, что атмосферное электричество воздействует на организм и участвует в развитии метеотропных реакций при резком изменении погоды.

Геомагнитное поле Земли зависит от солнечной радиации и поэтому периодически меняется. В результате крупных вспышек на Солнце возникает деформация магнитного поля Земли и изменения в ионосфере, приводящие к резким апериодическим изменениям ГПЗ, которые называются геомагнитными бурями. Биологическое действие геомагнитных бурь проявляется учащением гипертонических кризов, инсультов, инфарктов миокарда; наблюдается эритроцитопения, лейкоцитопения, повышение свертываемости крови.

Естественная радиоактивность воздуха обусловлена присутствием в нем радиоактивных газов и веществ естественного и искусственного происхождения.

Естественный радиоактивный фон представлен следующими составляющими:

- космическое излучение, образованное в ядерных процессах на поверхностях звезд и туманностей;

- излучения естественных радиоактивных веществ (радия, актиния, тория), находящихся в почве, воде, атмосфере;

- радиоактивные газы (радон, актинон, торон), являющиеся продуктами распада естественных радиоактивных элементов – радия, актиния, тория; а также инертные радиоактивные газы;

Уровень естественной радиоактивности воздуха оказывает неблагоприятное влияние на биологические объекты. Так, космическое излучение влияет на частоту мутаций и интенсивность клеточного деления. Добавление в почву минимальных количеств урана повышает урожайность, увеличение содержания углеводов в корнеплодах.

Радиоактивность воздуха определяется не только естественными радиоактивными элементами, но и радиоактивными веществами искусственного происхождения, появившимися в результате загрязнения окружающей среды при взрывах ядерных устройств и в связи с развитием атомной энергетики, использованием радиоактивных веществ в науке и производстве.

Говоря о физических свойствах воздуха, мы неоднократно обращали внимание на то, что многие из них зависят от погоды и климата. Поэтому мы остановимся на этих понятиях.

Погода – это комплекс метеорологических факторов, включающий интенсивность солнечной радиации, электрическое состояние атмосферы, температура, влажность, атмосферное давление, скорость и направление ветра, атмосферные осадки, и изменяющийся в относительно ограниченном отрезке времени.

Климат – более широкое понятие, представляет собой закономерно повторяющийся режим погоды, характерный для конкретной местности или географической зоны. В понятие «климат» включаются не только метеорологические факторы, но и характеристика электромагнитных составляющих – напряженности магнитного поля, электропроводность воздуха, активность электромагнитных колебаний в результате грозовых разрядов (атмосфериков), интенсивность солнечного излучения.

Стабильность климата зависит от следующих факторов:

- геофизических (вулканические и горообразующие процессы, наступление моря на сушу, природные катаклизмы);

- астрономических (изменение параметров земной орбиты и наклона земной оси, процессы на Солнце).

Важнейшими климатообразующими факторами конкретной местности являются:

- географическая широта, определяющая приток солнечной энергии;

- рельеф и тип земной поверхности (вода, суша, растительность);

- высота над уровнем моря;

- особенности циркуляции воздушных потоков;

- близость к морям и океанам.

В медицине различают климат раздражающий и щадящий в зависимости от амплитуды колебаний метеофакторов. Раздражающий климат характеризуется значительными суточными и сезонными колебаниями метеофакторов, вызывает напряжение адаптационных механизмов. Примером такого климата является климат Севера, высокогорный климат и жаркий климат степей и пустынь. Щадящий климат – это теплый климат, характеризующийся малыми амплитудами колебаний температуры атмосферного воздуха и небольшими колебаниями суточных, месячных и годовых величин других метеофакторов. Адаптационные механизмы напряжены минимально. Примером такого климата является лесной климат средней полосы, климат южного берега Крыма и части Черноморского побережья Кавказа.

Наивысшим проявлением действия климатических факторов становятся так называемые сезонные заболевания и сезонные обострения хронических заболеваний. Наиболее заметно связаны с сезонами года простудные заболевания. Весной наиболее часто регистрируются дни с метеопатическими эффектами атмосферы. При прохождении холодного атмосферного фронта формируется повышенное атмосферное давление, обладающее тонизирующе – спастическим эффектом. При прохождении теплого фронта с формированием низкого атмосферного давления чаще наблюдаются гипотензивно – гипоксические эффекты. В этих условиях наиболее часты обострения хронической ишемической болезни, вегетативной дистонии по гипотоническому типу, заболевания бронхолегочной системы.

Для больных гипотонической и ишемической болезнью наиболее неблагоприятно снижение давления в сочетании с теплым, влажным воздухом. При таком сочетании метеофакторов снижается плотность кислорода в воздухе, что приводит к развитию гипоксических состояний в виде слабости, сонливости, возникают ишемические боли, ощущение недостатка воздуха. У больных с воспалительными заболеваниями суставов резкое ухудшение общего состояния и обострения местного процесса чаще наблюдается при снижении температуры воздуха и атмосферного давления. Для больных с бронхиальной астмой наиболее неблагоприятны дни с резкой сменой температуры, усилением ветра и осадками. У больных атеросклерозом метеопатические реакции чаще отмечаются в феврале – марте и в сентябре – октябре. Противорецидивное лечение при различных хронических заболеваниях следует проводить с учетом возможности сезонных обострений.

Вместе с тем климатолечение является одним из важных методов терапии многих хронических заболеваний. Особенности климата и погоды с точки зрения их влияния на организм человека изучает наука климатология. Климатология разрабатывает не только лечебные, но и профилактические мероприятия, направленные на предупреждение болезней и предотвращение обострений хронических заболеваний.

Метеопатические (метеотропные) реакции часто развиваются накануне неблагоприятной погоды и связаны с изменением электромагнитных характеристик атмосферы. При перемещении людей из одной климатической зоны в другую также возможно проявление метеопатических реакций (акклиматизация).

Химический состав атмосферного воздуха и его гигиеническое значение. Загрязнение и охрана атмосферного воздуха как экологическая проблема в условиях научно-технического прогресса.

Атмосферный воздух представляет собой смесь газов, содержащих химические, механические и бактериологические примеси. Основными компонентами в этой смеси являются: кислород, углекислый газ, азот, а также инертные газы: аргон, гелий, неон, радон, криптон, ксенон, радон, актинон, торон. В атмосферном воздухе присутствуют небольшие количества озона, закиси азота, йода, метана, водяных паров.

Химические, механические и бактериологические примеси имеют природное и антропогенное (т.е. возникающее в процессе жизнедеятельности человека) происхождение.

Кислород. Его содержание в атмосферном воздухе – 20,95%. Он является наиболее важной для жизни составляющей, т.к. обеспечивает окислительные процессы в организме, дыхание. В организме кислород находится в связанном состоянии – в виде оксигемоглобина. Кроме того, кислород поддерживает горение.

Кислород поступает в атмосферу в результате фотосинтеза растений. В результате интенсивного перемешивания воздушных масс на поверхности земли концентрация кислорода в различных регионах остается практически постоянной и колеблется в пределах десятых долей процента. Однако большее значение имеет изменение парциального давления кислорода в атмосферном воздухе, т.к. именно оно обеспечивает переход кислорода из альвеолярного воздуха в кровь. Критический уровень парциального давления кислорода – 110 мм рт.ст. Снижение парциального давления кислорода до 50 – 60 мм рт.ст. несовместимо с жизнью. Повышение этого критерия более 600 мм рт.ст. ведет к уменьшению жизненной емкости легких, развитию отека легких и пневмонии.

Снижение парциального давления кислорода наблюдается при подъеме на высоту, повышении температуры воздуха до 35 - 40°С и большой влажности.

В экспериментах на животных установлено, что кислород в чистом виде, особенно при повышенном давлении, оказывает токсическим действием.

Углекислый газ. Содержание его в атмосферном воздухе всего 0,03%.

В природе находится в свободном и связанном состоянии. Свободный диоксид углерода растворен в воде морей и океанов (70%), связанный – это известняк, доломиты, каменный уголь, нефть, гумус. Углекислый газ выделяется в атмосферу в результате дыхания человека и животных, гние-ния, брожения, с поверхности морей и океанов, с вулканическими газами, при промышленном обжиге известняков и доломитов. Из воздуха углекислый газ активно поглощается растениями в процессе фотосинтеза, вымывается с осадками.

Главной биологической функцией этого компонента атмосферного воздуха является физиологическое возбуждение дыхательного центра. В организме он находится в связанном состоянии в плазме и эритроцитах в виде двууглекислых солей натрия. Парциальное давление углекислого газа в крови регулируется кислотно-щелочным равновесием. Чем больше концентрация углекислого газа во вдыхаемом воздухе, тем меньше его выделяется. При этом может развиться тканевая аноксия. При увеличении содержания углекислого газа во вдыхаемом воздухе до 3 – 4% отмечаются симптомы интоксикации, при 8 % может наступить смерть.

Азот. Удельный вес азота в атмосферном воздухе максимален – 78,08%.

Азот инертен, не поддерживает дыхания и горения. Однако он является разбавителем кислорода. При увеличении концентрации азота во вдыхаемом воздухе снижается парциальное давление кислорода, в результате чего развивается гипоксия и асфиксия. При увеличении концентрации азота до 93% наступает смерть, при повышенном давлении проявляются его наркотические свойства. Азот играет решающую роль в патогенезе кесонной болезни.

Остальные инертные газы растворяются в жидкостях организма в зависимости от парциального давления, их количество в органах и тканях организма ничтожно. Особое место среди них занимают продукты распада радиоактивных элементов – радон, актинон и торон, определяющие естественную радиоактивность атмосферы, опасные для организма.

В процессе жизнедеятельности человек загрязняет атмосферный воз-дух. Под загрязнением атмосферного воздуха понимают любое изменение его состава и свойств, оказывающее негативное влияние на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем.

Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным). Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами. К ним относятся: вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров и др. Антропогенное загрязнение связано с выбросом различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своим масштабам оно значительно превосходит природное загрязнение атмосферного воздуха.

В зависимости от масштабов распространения выделяют различные типы загрязнения атмосферы: местное, региональное, глобальное.

Местное загрязнение характеризуется повышенным содержанием загрязняющих веществ на небольших территориях (город, промышленный район, сельскохозяйственная зона). При региональном загрязнении в сферу негативного влияния вовлекаются значительные пространства, но не вся планета. Глобальное загрязнение связано с изменением состава атмосферы в целом.

По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются на:

- газообразные (двуокись серы, окислы азота, окись углерода, углеводороды и др.);

- жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.);

- твердые (свинец и его соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и др.)

Наиболее опасное загрязнение атмосферы – радиоактивное. В настоящее время оно обусловлено, в основном, глобально распределенными долгоживущими радиоактивными изотопами – продуктами испытания ядерного оружия, проводившихся в атмосфере и под землей. Приземный слой атмосферы загрязняют также выбросы в атмосферу радиоактивных веществ с действующих АЭС в процессе их нормальной эксплуатации. Особое место занимают выбросы радиоактивных веществ из 4-го блока Чернобыльской АЭС в апреле – мае 1986 года. Суммарный выброс радиоактивных веществ в атмосферу тогда составил 77 кг. Для сравнения- при взрыве атомной бомбы над Хиросимой в атмосферу было выброшено 740 г радионуклидов.

В настоящее время основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха на территории России вносят следующие отрасли:

- теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные и др.) – 37%;

- черная и цветная металлургия – 25%;

- предприятия нефтедобычи и нефтехимии, химические производства – 20%;

- автотранспорт – 13%.

Роль различных отраслей хозяйства в загрязнении атмосферы в развитых промышленных странах Запада несколько иная. Так, например, основное количество выбросов вредных веществ в США, Великобритании и Германии приходится на автотранспорт (50 – 60 %), тогда как на долю теплоэнергетики значительно меньше – 16 - 20 %.

Объектами теплоэнергетики в атмосферный воздух выбрасываются продукты полного и неполного сгорания топлива. К продуктам полного сгорания относятся: диоксид углерода, водяные пары; продуктами неполного сгорания являются: оксид углерода, окислы серы, окислы азота. Кроме того, в воздух выделяются в огромных количествах твердые частицы – зола, пыль, сажа.

Перевод установок на жидкое топливо (мазут) снижает выбросы золы, но практически не уменьшает выбросы оксидов серы и азота. Наиболее экологично газовое топливо, которое в 3 раза меньше загрязняет атмосферный воздух, чем мазут, и в 5 раз меньше, чем уголь.

Источники загрязнения воздуха токсичными веществами на атомных электростанциях (АЭС) – радиоактивный йод, радиоактивные инертные газы и аэрозоли.

Крупный источник энергетического загрязнения атмосферы – отопительная система жилищ (котельные установки) дает мало оксидов азота, но много продуктов неполного сгорания. Из-за небольшой высоты дымовых труб токсичные вещества в высоких концентрациях рассеиваются вблизи котельных установок.

Черная и цветная металлургия. При выплавке 1 тонны стали в атмо-сферу выбрасывается 40 кг твердых частиц, 30 кг оксидов серы и 50 кг оксида углерода, а также в небольших количествах такие опасные загрязнители, как марганец, свинец, фосфор, мышьяк, пары ртути, фенол, формальдегид, бензол, аммиак и многие другие.

Химическое производство. Выбросы этой отрасли хотя и невелики по объему (около 2% всех промышленных выбросов), тем не менее, ввиду своей весьма высокой токсичности, значительного разнообразия и концентрированности представляют значительную угрозу для человека. На разнообразных химических производствах атмосферный воздух загрязняют оксиды серы, соединения фтора, аммиак, нитрозные газы (смесь окислов азота), хлористые соединения, сероводород, неорганическая пыль и т.п.

Выбросы автотранспорта. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания содержат огромное количество токсичных соединений – бензпирен, альдегиды, окислы азота и углерода, соединения свинца. Наибольшее количество вредных веществ в составе отработавших газов образуется при неотрегулированной топливной системе автомобиля. Правильная ее регулировка позволяет снизить их количество в 1,5 раза, а специальные нейтрализаторы снижают токсичность выхлопных газов в 6 и более раз.

Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и на окружающую среду различными способами – от прямой и немедленной угрозы (смог и др.) до медленного и постепенного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма.

По времени проявления эффекта вредное воздействие загрязненного атмосферного воздуха на организм делятся на 2 основные группы:

- острое;

- хроническое.

Примером острого действия атмосферных загрязнений являются случаи токсических туманов. При этом растет число лиц с легочными и сердечно-сосудистыми заболеваниями. Наиболее часто встречается хроническое действие атмосферных загрязнений. При этом оно делится на:

- специфическое – флюороз, бериллиоз, пресиликотические изменения в легких;

- неспецифическое – снижение иммунитета, ухудшение физического развития детей и подростков, увеличение общей заболеваемости.

Кроме того, загрязнение атмосферы оказывает влияние на санитарно-бытовые условия жизни людей, на микроклимат и световой климат городов. Твердые и жидкие частицы, содержащиеся в атмосферном воздухе, приводят к значительному загрязнению оконных стекол, снижая освещенность внутри помещений. Пыль, сажа и газы вызывают неприятные запахи, осаждаются на одежде. Человек вынужден реже проветривать помещения. В результате загрязнения атмосферного воздуха возрастает облачность, увеличивается частота туманов, снижается видимость и происходит потеря ультрафиолетовой радиации.

Для защиты воздушного бассейна от негативного антропогенного воздействия в виде загрязнения его вредными веществами используют следующие меры:

- экологизацию технологических процессов;

- очистку газовых выбросов от вредных примесей;

- рассеивание газовых выбросов в атмосфере;

- устройство санитарно – защитных зон;

- архитектурно – планировочные решения.