Физические свойства атмосферы, метеорологические факторы и их влияние на здоровье человека

Метеорологический и микроклиматический компонент воздушной среды состоит из температуры воздуха, его влажности и подвижности, неионизирующего солнечного излучения, барометрического давления. Физические факторы как компоненты окружающей среды и закрытых помещений обеспечивают жизнедеятельность и здоровье человека.

Теплообмен организма поддерживается путем уравновешивания процессов химической и физической терморегуляции. Причем в норме у человека теплопродукция должна быть равна теплоотдаче. Химическая терморегуляция определяется способностью организма изменять интенсивность обменных процессов. Накопление тепла в организме происходит как за счет окисления пищевых веществ, за счет мышечной работы, так и от лучистого тепла Солнца и нагретых предметов, теплого воздуха и горячей пищи. Организм отдает тепло путем проведения, конвекции, излучения и испарения пота. Теплоотдача проведением осуществляется при соприкосновении тела человека с холодными поверхностями, имеющими более низкую температуру, чем температура тела человека. Величина потока проводимого тепла определяется температурой и теплопроводностью прилегающего субстрата. Теплопроводность воздуха ничтожно мала, а значит отдача тепла проведением через неподвижный воздух исключена. Конвекция. Если кожа теплее окружающего воздуха, прилегающий к ней слой воздуха нагревается, поднимается и замещается более холодным и плотным. В процессе этой естественной конвекции тепло уносится ламинарным потоком воздуха у поверхности кожи. Основную роль играет разница между температурой тела и температурой окружающей среды вблизи него. Больше движений во внешнем воздухе приводит к тому, что этот поток воздуха становится турбулентным, а это в значительной степени усиливает интенсивность теплоотдачи (форсированная конвекция). В состоянии покоя теплопотери за счет конвекции составляют около 15%. Интенсивность отдачи тепла конвекцией зависит от площади поверхности тела человека, разности температуры воздушной среды и тела и от скорости движения воздуха. Излучение – теплоотдача в виде длинноволнового инфракрасного излучения, испускаемого кожей. (в нем принимает участие проводящая среда). Теплопотери в состоянии покоя за счет излучения составляют 55-56%. Перенос тепла конвекцией и излучением часто объединяют понятием «сухая теплоотдача». Перенос тепла путем испарения осуществляется за счет испарения воды с поверхности кожи и слизистых оболочек, выстилающих дыхательные пути. Путем испарения выделяется 29-30% тепла. Такое количество тепла испарением выделяется тогда, когда температура кожи выше температуры окружающей среды и кожа полностью увлажнена за счет выделения пота. Если же температура окружающей среды выше температуры тела, то испарение – единственный процесс теплоотдачи (2400 кДж на 1 л). Путем испарения 1 литра воды организм человека может отдать треть всего тепла, выработанного в условиях покоя за целый день. В процессах теплообмена организма с окружающей средой большое значение имеет лучистый (радиационный) теплообмен. Любое тело при температуре выше абсолютного нуля излучает тепло в окружающее пространство. При этом теплоизлучение зависит только от теплового состояния нагретого предмета и не зависит от температуры воздушной среды. Между человеком и окружающими предметами идет непрерывный обмен лучистым теплом. Если количество тепла принимаемого равно количеству излучаемого тепла в окружающую среду, то радиационный баланс равен нулю. Если количество принимаемого тепла больше излучаемого, то это положительный радиационный баланс. Отрицательный радиационный баланс наблюдается, если лучеиспускание от человека больше чем он принимает лучистого тепла из окружающей среды. В случае резкого нарушения радиационного баланса наблюдается перегревание или охлаждение организма. Например, в горячих цехах возможно перегревание рабочих как из-за высокой температуры воздуха, так и в результате притока большого количества лучистого тепла от нагретых поверхностей, раскаленного металла и т.д. Холодные и сырые стены создают условия для отрицательного радиационного баланса, человек охлаждается, излучая тепло в сторону холодных ограждений. При этом, даже при благоприятной температуре воздуха, человек часто ощущает тепловой дискомфорт. При действии радиационного охлаждения и низкой температуры воздуха более быстро и глубоко наступает охлаждение организма. Когда механизмы, ответственные за предотвращение переохлаждения организма, оказываются перегруженными (в условиях продолжительного пребывания в среде с низкой температурой) возникает гипотермия. При этом процессы терморегуляции сначала включаются на полную мощность, но с понижением температуры их интенсивность падает. При температуре 26-28 ⁰С может наступить смерть от фибрилляции сердца. Другие следствия острой гипотермии – дыхательный и метаболический ацидоз. У пожилых людей система контроля температурного режима переориентирована на более низкий уровень и внутренняя температура тела может поддерживаться на уровне 35 ⁰С и даже ниже без включения механизма дрожи. При чрезмерных тепловых нагрузках, превышающих возможности механизмов теплоотдачи, задержка тепла в организме вызывает гипертермию. При этом все эффекторные процессы интенсифицируются до предела, температура повышается до 42 ⁰С. При продолжительной гипертермии с ректальной температурой выше 39,5-40 ⁰С наступает тяжелое поражение головного мозга, быстро приводящее к смерти: развивается мозговой отек, гибнут нервные клетки, человек теряет ориентацию, появляется бред, судороги. Этот синдром носит название теплового удара. Поражение мозга влияет на терморегуляционные механизмы, а это может привести к нарушению потоотделения и еще большему ухудшению состояния. Парадоксально, при этом мышцы могут обнаруживать ритмическую активность, напоминающую дрожательную реакцию на холод. При более легком перегревании организма возникает тепловой обморок. Он сопровождается расширением кровеносных сосудов и резким снижением кровяного давления. Температура тела лишь немного выше нормы, но после физической нагрузки повышается до 38-39 ⁰С.

Влияние неблагоприятной температуры воздуха на организм наиболее выражено в производственных условиях, а также при работах на открытом воздухе:

- повышение температуры воздуха выше 35⁰С – нарушается отдача тепла конвекционным путем;

- повышение температуры воздуха и умеренное повышение влажности – отдача тепла в основном потоиспарением, при этом происходит потеря ионов хлора, витамина С и витаминов группы В, а это приводит к нарушению работы сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта (снижается концентрация ионов хлора в желудочном секрете, что приводит к развитию в слизистой оболочке желудка воспалительных процессов). Повышение температуры отрицательно влияет на ЦНС (ослабление внимания, нарушение координации движений, замедление реакций), вызывает снижение иммунитета ( повышение общей заболеваемости).

При низкой температуре окружающей среды повышение теплопотери происходит за счет излучения и конвекции, потоиспарение же замедляется. Если теплопотеря превышает теплопродукцию, наблюдается снижение температуры кожи и охлаждение организма. При этом отмечается ослабление мышечной деятельности, резкое снижение реакции на болевые раздражения, адинамия, сонливость. Местное охлаждение способствует развитию простудных заболеваний, что связано с рефлекторным снижением температуры слизистой оболочки носоглотки. Это явление учитывается при гигиенической оценке температурного режима жилых и общественных зданий путем регламентации перепадов температуры воздуха по вертикали (не более 2,5 ⁰С на 1 метр высоты). Переохлаждение конечностей наряду с влажной обувью и повышенной скоростью движения воздуха приводит к отморожениям («окопная» или «траншейная» стопа).

Продолжительная адаптация к условиям окружающей среды

Регуляторные механизмы –термогенез, сосудодвигательные реакции, потоотделение – всегда готовы к действию и могут включиться в течение секунд или минут после наступления температурного стресса. Кроме них существуют другие механизмы, обеспечивающиепродолжительную адаптациюк климатическим изменениям в окружающей среде.

Соответствующие процессы, называемые также физиологической адаптациейили акклиматизацией, основаны на таких модификациях органов и функциональных систем, которые развиваются только под влиянием продолжительных (в течение дней, недель или месяцев) постоянных или повторяющихся температурных стрессов.

Тепловая адаптация.Способность людей адаптироваться к теплу играет решающую роль для выживания в условиях тропиков и пустыни, а также для выполнения тяжелой работы при высокой температуре на производстве. Наиболее важный сдвиг, возникающий в ходе тепловой адаптации – это изменение интенсивности потоотделения, которая может возрастать в два раза и у хорошо тренированных людей составлять 1–2 л/ч. Кроме этого, выделение пота начинается при более низкой средней кожной и внутренней температурах; следовательно, снижается температурный порог активации регуляторных механизмов, за счет чего уменьшается нагрузочная ошибка. Благодаря этим изменениям уменьшается средняя температура тела при данной тепловой или рабочей нагрузке, что служит защитой отчрезмерного учащения сердцебиенияиувеличения периферического кровотока,т. е. от теплового удара. Адаптация связана также со значительным уменьшением содержания ионов в поту,благодаря чему уменьшается вероятностьшока вследствие потери ионов.

При сильной тепловой нагрузке объем плазмы крови и концентрация гемоглобинаснижаются, что приводит к уменьшению венозного притока и объема крови, выбрасываемого сердцем при сокращении. В ходе тепловой адаптации эти неблагоприятные изменения в кровеносной системе нейтрализуются путем увеличения объема плазмы и содержания в ней белков.

При длительной тепловой нагрузке, особенно в жарком климате, после периода интенсивного потоотделения скорость последнего уменьшается (гидромиоз).В основе этого явления лежат до сих пор недостаточно выясненные периферические механизмы; оно может рассматриваться как защитное, поскольку предотвращает неэкономичное выделение пота (ведь только испарение пота оказывает охлаждающее действие).

Одно из основных адаптационных изменений в противоположность общепринятому представлению состоит в том, что по мере развития тепловой адаптации чувство жажды при данном уровне потерь воды с потом усиливается. Частично это связано с более низким содержанием ионов в поту. Усиление жажды необходимо для поддержания водного баланса; если потери воды не восполняются, может наступить летальная гипертермия.

Описанные выше приспособительные изменения вызываются кратковременными сильными тепловыми нагрузками. Другая форма приспособления существует у жителей тропиков,круглосуточно находящихся в условиях высокой температуры окружающей среды. Интенсивность реакции у них не столь высока, чтобы вызывать потоотделение. Температурный порог потоотделениясдвинут в сторону более высокой температуры тела,в результате чего они меньше потеют при ежедневной тепловой нагрузке. Этот механизм назван толерантной адаптацией.

Холодовая адаптация.Многие виды животных адаптируются к холоду очень просто – благодаря отрастанию меха у них усиливается термоизоляция. Другой распространенный способ холодовой адаптации, обнаруженный у мелких животных,– развитиенедрожательного термогенезаи бурой жировой ткани. Недрожательный термогенез можно считать экономичным механизмом выработки тепла; в то же время при дрожи ритмические движения усиливают циркуляцию воздуха вокруг тела, и благодаря этому увеличивается интенсивность конвективной теплоотдачи (уменьшение пограничного слоя). У взрослого человека, подолгу находящегося на сильном морозе, не может отрасти волосяное покрытие или достаточно развиться недрожательный термогенез. Поэтому часто можно услышать мнение, что взрослые люди неспособны к какой–либо физиологической адаптации к холоду – они должны рассчитывать на «поведенческую адаптацию»(одежда и теплые жилища). При этом говорят, что человек–это «тропическое существо», способное выживать в умеренном или арктическом климате только благодаря элементам своей цивилизации. Однако в последнее время были получены новые данные на этот счет. В условиях продолжительного воздействия холода у людей развивается толерантная адаптация.Температурный порог дрожи и кривые соответствующих метаболических терморегуляторных реакций смещаются в сторону более низких значений температур, вследствие чего может возникать умеренная гипотермия.

Подобного рода толерантная адаптация впервые была отмечена у аборигенов Австралии; они могут провести целую ночь почти раздетыми при температуре воздуха, близкой к нулю, и при этом не испытывать дрожи. Подобная способность хорошо развита также у корейских и японских женщин – искательниц жемчуга, ныряющих на глубину по нескольку часов в день при температуре воды около 10°С.

В последнее время получены данные о том, что температурный порог дрожи может быть сдвинут в сторону более низких значенийвсего за несколько дней, если периодически подвергать испытуемых холодовому стрессу продолжительностью от 30 до 60 мин. При этом температурный порог механизмов, ответственных за выведение из организма излишков тепла (у людей – выделение пота), остается неизменным. Это делает терморегуляцию более экономичной, что, однако, достигается за счет снижения ее точности.

При длительном пребывании на холоде такая форма адаптации, по–видимому, непригодна. Действительно, у индейцев племени алакалуф (о–ва Западной Патагонии) выработался другой приспособительный механизм. У этих людей, постоянно подвергающихся воздействию холодного воздуха, дождя и снега, интенсивность основного обмена на 25–50% выше нормы. Подобная «метаболическая адаптация»была обнаружена также у эскимосов.

Локальная адаптация.Если руки тепло одетого человека регулярно подвергаются воздействию холода, то болевые ощущения в руках уменьшаются. Эффект частично обусловлен тем, что холодовое расширение сосудов возникает при более высокой кожной температуре. Однако при этом действуют также и другие, еще не получившие своего объяснения механизмы, способствующие снижению болевых ощущений