АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Атмосферный воздух, значение, состав.

Атмосферный воздух является одним из важнейших элементов окружающей среды. Это необходимое условие поддержания жизни на Земле. Воздушная среда необходима для дыхания человека, животных и растений, она является также резервуаром, принимающим газообразные продукты их обмена.

В процессе эволюции человек приспособился к существованию в воздушной среде, которая имеет определенные свойства, и поэтому изменение химического состава этой среды или ее физических свойств сказывается на состоянии здоровья, самочувствии и работоспособности человека.

Атмосфера является одним из важных факторов климатообра-зования, ее состояние определяет циркуляцию воздушных масс, способствует формированию облаков и атмосферных осадков.

Земля окружена газовой оболочкой, называемой атмосферой. Свойства атмосферы на различных высотах неодинаковы, поэтому она условно разделяется на несколько слоев: тропосфера, стратосфера, мезосфера, ионосфера, экзосфера и магнитосфера.

Наиболее плотные воздушные слои, прилегающие к земной поверхности, называются тропосферой. Толщина ее на полюсах составляет от 7 до 10 км; над экватором - до 16-18 км, в среднем составляя до 12-14 км.

Именно в тропосфере концентрируется до 79 % всей воздушной массы, окружающей Земной шар.

В тропосфере концентрируется 100 % водяных паров, наблюдаются все метеорологические явления (образование туманов, облаков; выпадение осадков - дождя, снега). Именно в тропосфере в силу активного перемещения воздушных масс формируется

погода. Вертикальное перемещение конвекционных потоков в тропосфере сопровождается так называемым вертикальным температурным градиентом. Температура воздуха в тропосфере уменьшается с подъемом на высоту на 0,5-0,65 °С на каждые 100 м подъема. Химический состав воздуха в тропосфере постоянен. На состоянии тропосферы отражаются все процессы, совершающиеся на земной поверхности.

Стратосфера характеризуется значительной разреженностью воздуха, очень малой влажностью, почти полным отсутствием облаков, пыли земного происхождения и особым температурным режимом.

Так, на границе с тропосферой температура воздуха составляет - 56 °С и остается неизменной до высоты 30 км. Далее начинается подъем температуры воздушных масс, и на высоте 40 км она достигает 40-50 °С. Начиная с высоты 50 км температура воздуха вновь понижается. Особый температурный режим стратосферы связан с образованием озона (О3) под действием ультрафиолетового излучения Солнца. Этот процесс сопровождается большим выделением тепла.

Образованию озона в стратосфере способствует также космическое излучение и коротковолновое излучение Солнца. Рассеянный слой озона в стратосфере простирается от 16 до 32 км. Однако максимальная его концентрация определена на высоте 20-25 км. Содержание озона в озоновом слое в 10 раз выше, чем у поверхности Земли. Озон выполняет серьезную экологическую функцию в стратосфере, поглощая короткий ультрафиолет.

Озоновая дыра - это значительное пространство в озоновом слое Земли с заметно меньшим содержанием озона. Причины этого пока недостаточно ясны. Исследователи связывают изменение содержания озона в стратосфере с антропогенными выбросами, в частности фреонов, так называемых хлорфторуглеводородов.

Мезосфера занимает пространство от 40 до 80 км и содержит около 5 % всего атмосферного воздуха. Многие исследователи не выделяют ее в самостоятельный слой и рассматривают как составную часть стратосферы.

Ионосфера, границы которой колеблются от 500 до 1000 км, - это зона сильно разреженных газов с малой плотностью и большой электропроводностью, что обусловлено значительной ионизацией газовых частиц за счет ультрафиолетовых и космических лучей.

Слой атмосферы, лежащий выше ионосферы и простирающийся до высоты 3000 км, составляет экзосферу, плотность которой практически не отличается от плотности безвоздушного космического пространства.

Еще сильнее разреженность газов в магнитосфере, протяженность которой от 2000 до 50 000 км. В магнитосфере формируются пояса радиации.

За верхнюю границу земной атмосферы можно принять высоту 50 000 км от поверхности Земли. Это толщина газовой оболочки нашей планеты.

По химическому составу чистый атмосферный воздух представляет собой механическую смесь газов: кислорода, углекислого газа, азота, а также целого ряда инертных газов (аргон, гелий, криптон и др.). Сухой атмосферный воздух содержит: кислород - 20,95 %, азот - 78,09 %, углекислый газ - 0,03 % (в городах 0,04 %). В небольшом количестве в атмосферном воздухе содержатся озон, оксид азота, йод, метан, водяные пары и др.

Кроме постоянных составных частей атмосферы, в ней содержатся разнообразные загрязнения, вносимые в атмосферу производственной деятельностью человека.

В зависимости от своего состояния и условий выполняемой работы человек вдыхает разные количества воздуха. Учитывая, что площадь альвеол составляет около 100 м2, а взрослый человек в покое в 1 мин вдыхает в среднем от 7 до 9 лвоздуха, то при легкой ходьбе эта цифра составит 13-17 л/мин, при легкой пробежке - 28-36 л/мин, плавании - 33-36 л/мин. За одни сутки в среднем человек вдыхает 17-20 м3 воздуха.

Поэтому любые изменения химического состава воздуха могут оказывать существенное влияние на здоровье и самочувствие людей.

Эколого-гигиеническое значение кислорода. Важнейшей составной частью атмосферного воздуха является кислород, количество которого в земной атмосфере составляет около 1,18? 1015 т. Постоянное содержание кислорода поддерживается за счет непрерывных процессов обмена его в природе. С одной стороны, кислород непрерывно потребляется при дыхании человека и животных, расходуется на поддержание процессов горения и окисления, с другой - поступает в атмосферу за счет процессов фотосинтеза. Наземные растения и фитопланктон океанов полностью восстанавливают естественную убыль кислорода. В результате интенсивного перемешивания воздушных масс концентрация кислорода в воздухе остается практически постоянной.

При падении парциального давления кислорода могут развиваться явления кислородного голодания, что наблюдается при подъеме на высоту. Критическим уровнем является парциальное давление кислорода ниже 110 мм рт. ст. Снижение парциального давления кислорода до 50-60 мм рт. ст. обычно несовместимо с жизнью. В то же время повышение парциального давления кислорода до 600 мм рт. ст. (гипероксия) также ведет к развитию патологических процессов в организме, что сопровождается уменьшением жизненной емкости легких, отеком легких и пневмонией.

Озон и его гигиеническое значение. В атмосферном воздухе под влиянием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца молекулы кислорода диссоциируют с образованием атомарного кислорода. Вновь образованные атомы кислорода присоединяются к нейтральной молекуле кислорода, образуя озон. Одновременно с образованием озона происходит его распад. Общебиологическое значение озона велико. Он выполняет очень важные экологические функции, поглощает коротковолновое УФ-излучение, обладающее выраженным губительным действием на биологические объекты. Концентрация озона в атмосфере неравномерно распределяется по высоте. С приближением к поверхности Земли концентрация озона уменьшается, так как уменьшается интенсивность УФ-радиа-ции, что снижает интенсивность процессов синтеза озона. Концентрации озона в атмосферном воздухе непостоянны и колеблются от 20? 10-6 до 60? 10-6 %. Весной концентрация озона выше, чем осенью. Озон обладает окислительными способностями, в загрязненном воздухе городов его концентрация ниже, чем в воздухе сельской местности. Поэтому его долгие годы рассматривали как показатель чистоты атмосферного воздуха. Однако отношение к этому показателю изменилось. Наличие значительных концентраций озона в крупных населенных пунктах, вблизи больших транспортных магистралей подтверждает его антропотехногенное происхождение.

Азот (N2), его эколого-гигиенигеское значение. Считается, что азот - газ индифферентный. В атмосфере азота невозможна жизнь. Азот воздуха усваивается некоторыми видами почвенных бактерий, а также сине-зелеными водорослями. Под влиянием электрических разрядов азот превращается в оксиды азота, которые, выпадая с атмосферными осадками, обогащают почву солями азотной и азотистой кислоты. Последние усваиваются растениями и служат для образования белка. Наряду с усвоением азота происходит его выделение в атмосферу. Свободный азот образуется при процессах горения древесины, угля, нефти. В природе происходит непрерывный круговорот, в результате которого азот атмосферы превращается в органические соединения, восстанавливается и поступает в атмосферу, затем вновь связывается биологическими объектами.

Азот необходим как разбавитель кислорода, так как дыхание чистым кислородом приводит к необратимым изменениям в организме. Однако повышенное содержание азота во вдыхаемом воздухе способствует наступлению гипоксии вследствие снижения парциального давления кислорода. При увеличении содержания азота в воздухе до 93 % наступает смерть.

При вдыхании воздуха под повышенным давлением азот начинает оказывать наркотическое действие. Наиболее отчетливо это действие проявляется при давлении воздуха в 9 и более атмосфер. Это имеет большое значение при работе на больших глубинах, когда воздух приходится подавать под высоким давлением, иногда превышающим 10 атмосфер. В настоящее время при работах на больших глубинах для дыхания пользуются не воздухом, а специально приготовленной гелиево-кислородной смесью, т. е. азот в воздухе заменяют более инертным газом.

Диоксид углерода как косвенный показатель загрязнения воздуха закрытых помещений. Содержание диоксида углерода в атмосферном воздухе 0,03-0,04 %. Тем не менее он имеет очень большое эколого-гигиеническое значение.

В течение длительного времени окислительные и восстановительные процессы, происходящие в природе, взаимно друг друга уравновешивали, в силу чего состав воздуха практически не менялся. Основными источниками поступления диоксида углерода в атмосферу являются: дыхание человека, животных, растений (человек в спокойном состоянии в сутки выделяет до 500 л CO2); процессы биологического горения органических веществ; сжигание топлива; действующие вулканы и термальные источники, лесные пожары; большие водные поверхности, преимущественно морей и океанов.

Мощным аккумулятором CO2 являются моря и океаны. При уменьшении парциального давления CO2 в атмосферном воздухе поверхность морей и океанов выделяет диоксид углерода. При избыточном же содержании углекислого газа в атмосфере он активно поглощается морской поверхностью. Диффузия газов и постоянные ветры равномерно распределяют его в атмосферном воздухе.

Значительная часть CO2 поглощается из воздуха зелеными растениями при действии дневного света в процессе фотосинтеза. Процессы образования и ассимиляции углерода взаимосвязаны, благодаря чему содержание его в атмосферном воздухе постоянно и составляет 0,03 %. За последнее время наблюдается увеличение его концентрации в воздухе промышленных городов за счет интенсивного загрязнения продуктами сгорания топлива. Кроме того, на планете активно вырубаются большие зеленые массивы - основные потребители диоксида углерода. В связи с этим обсуждается возможность возникновения так называемого "парникового эффекта" атмосферы, так как углекислота активно задерживает инфракрасную радиацию Земли и не дает ей уходить в космическое пространство. В результате происходит повышение среднегодовой температуры атмосферного воздуха, что способствует изменению климата на значительных пространствах Земного шара.

Диоксид углерода играет большую роль в жизнедеятельности животных и человека, так как является основным регулятором дыхания; участвует во многих буферных системах; поддерживает го-меостаз; регулирует рН биологических сред. За сутки в организме человека образуется до 500 л CO2.

Избыток CO2 ведет к появлению целого ряда нарушений в организме, так как способствует повышению кислотности тканей (тканевой аноксии).

Уже при концентрации CO2 во вдыхаемом воздухе на уровне 3 % появляется одышка, дыхание углубляется и учащается. При концентрации углекислоты во вдыхаемом воздухе до 4 % у человека появляются ощущение сдавления головы, головная боль, возбуждение, сердцебиение; повышение кровяного давления; обмороки, гипоксия. Содержание углекислоты 8-10 % сопровождается потерей сознания, наступает смерть от остановки дыхания. Если человек попадает в атмосферу углекислоты (20 %), это вызывает мгновенную гибель от паралича мозговых центров.

В обычных условиях человек не сталкивается с такими концентрациями CO2. Это может иметь место в производственных условиях (бродильные цеха - пивоваренное производство); в герметически замкнутых помещениях (убежище, шлем водолаза, подводная лодка - в аварийных ситуациях, на военных объектах). Первые клинические симптомы отравления углекислотой (одышка) появляются при ее содержании во вдыхаемом воздухе на уровне 3 %.

В гигиеническом отношении содержание диоксида углерода является важным показателем, по которому судят о степени загрязнения воздуха в жилых и общественных зданиях. Основной источник загрязнения этих помещений - человек, в результате жизнедеятельности которого активно выделяются антропотоксины

(более 100 химических соединений). Многие из этих соединений более токсичны, чем диоксид углерода. С чем же связано то, что в качестве показателя загрязнения выбран диоксид углерода? На это есть вполне объективные причины.

Во-первых, СО2, постоянно выделяясь при дыхании, лучше всего характеризует человека как источник загрязнения воздушной среды жилища. Закономерности обмена и элиминации диоксида углерода из организма человека изучены с учетом пола, возраста, нагрузки, в то время как механизмы образования и выделения антро-потоксинов установлены недостаточно.

Во-вторых, исследователями, еще со времен М. Петтенкофера, отмечена тесная корреляция между накоплением CO2 в воздухе жилища и денатурацией воздушной среды, а именно, изменением ее химических свойств (накоплением антропотоксинов) и физических параметров (повышением температуры; влажности; изменением подвижности воздуха; увеличением количества тяжелых ионов; бактериальной обсемененности и т.д.). Кроме того, диоксид углерода гораздо легче определить, чем очень малые концентрации антро-потоксинов (аммиака, меркаптанов и других соединений).

Долгое время СО2 рассматривали как косвенный показатель. Считалось, что токсическое действие диоксида углерода начинается с 2-3 %, с чем в условиях современного жилища человек никогда дела не имеет.

Даже в старых ночлежных домах концентрация CO2 не превышала 1 % (10?). Поэтому считалось, что диоксид углерода сам, не оказывая токсического действия на организм человека, хорошо отражает денатурацию воздушной среды помещения. Душный застойный воздух помещения оказывает неблагоприятное действие всем комплексом измененных свойств.

Предельно допустимой концентрацией диоксида углерода в воздухе жилых, детских и лечебных учреждений следует считать 0,07 %, в воздухе общественных зданий - 0,1 %. Последняя величина принята в качестве расчетной при определении эффективности вентиляции в жилых и общественных зданиях.

К физическим свойствам воздуха относятся: температура, влажность, подвижность, атмосферное давление, электрическое состояние атмосферы.

Физические свойства воздуха связаны с климатическими особенностями определенных географических регионов.

Влияние на организм атмосферного давления. Слой воздуха над земной поверхностью распространяется до высоты около 1000 км. Этот воздух удерживается у поверхности Земли силой земного притяжения. На поверхность Земли и на все предметы, находящиеся у ее поверхности, этот воздух создает давление, равное 1033 г/см2. Следовательно, на всю поверхность тела человека, имеющего площадь 1,6-1,8 м2, этот воздух соответственно оказывает давление порядка 16-18 т. Обычно это не ощущается, поскольку под таким же давлением газы растворены в жидкостях и тканях организма и изнутри уравновешивают внешнее давление на поверхность тела. Однако при изменении внешнего атмосферного давления в силу погодных условий для уравновешивания его изнутри требуется некоторое время, необходимое для увеличения или снижения количества газов, растворенных в организме. В течение этого времени человек может ощущать некоторое чувство дискомфорта, поскольку при изменении атмосферного давления всего на несколько миллиметров ртутного столба общее давление на поверхность тела изменяется на десятки килограммов. Особенно отчетливо ощущают эти изменения люди, страдающие хроническими заболеваниями костно-мышечного аппарата, сердечно-сосудистой системы и др.

Кроме того, с изменением барометрического давления человек может встретиться в процессе своей деятельности: при подъеме на высоту, при водолазных, кессонных работах и т. д. Поэтому врачам необходимо знать, какое влияние оказывает на организм как понижение, так и повышение атмосферного давления.

С пониженным давлением человек встречается главным образом при подъеме на высоту (при экскурсиях в горы либо при использовании летательных аппаратов).

Основным фактором, который оказывает влияние на человека, является кислородная недостаточность.

С увеличением высоты атмосферное давление постепенно снижается (примерно на 1 мм рт. ст. на каждые 10 м высоты). На высоте 6 км атмосферное давление уже вдвое ниже, чем на уровне моря, а на высоте 16 км-в10раз. Со снижением общего давления снижается и парциальное давление кислорода, что нарушает процесс диффузии кислорода из альвеолярного воздуха в венозную кровь. Так, если напряжение кислорода в альвеолярном воздухе при нормальном атмосферном давлении (на уровне моря) составляет 100 мм рт. ст., то на высоте 2000 м оно снижается до 70 мм рт. ст., на высоте 4000-4500 м - до 50-66 мм рт. ст.

По мере падения парциального давления кислорода уменьшается насыщенность им гемоглобина, что приводит к гипоксемии, развитию высотной или горной болезни. Первые симптомы кислородной недостаточности определяются при подъеме на высоту 3000 м без кислородного прибора.

В зависимости от парциального давления кислорода в воздухе на разных высотах различают следующие зоны (по степени влияния на организм человека):

1. Индифферентная зона - до 2 км.

2. Зона полной компенсации - 2-4 км.

3. Зона неполной компенсации - 4-6 км.

4. Критическая зона - 6-8 км.

5. Смертельная зона - выше 8 км.

Естественно, что деление на такие зоны является условным, так как разные люди по-разному переносят кислородную недостаточность. Большую роль при этом играет степень тренированности организма. У тренированных людей улучшена деятельность компенсаторных механизмов, увеличено количество циркулирующей крови, гемоглобина и эритроцитов, улучшена тканевая адаптация.

С повышенным атмосферным давлением человек сталкивается при строительстве подводных тоннелей, метро, при выполнении водолазных работ, при работе в кессоне. При опускании на каждые 10 м давление повышается на 1 атм сверх обычного атмосферного. В производственных условиях в зависимости от заглубления кессона добавочное давление составляет от 0,2 до 4 атм. При работе в кессонах отмечают три периода, характеризующие воздействие повышенного давления: 1) период компрессии, т. е. период опускания в кессон, когда происходит нарастание давления сверх обычного; 2) период работы в кессоне в условиях повышенного давления; 3) период декомпрессии, когда происходит подъем рабочих на поверхность земли, т. е. постепенный выход из зоны повышенного давления в зону нормального давления. Периоды компрессии и работы в кессоне, как правило, при соблюдении техники безопасности переносятся без каких-либо неприятных ощущений.

Под влиянием повышенного давления происходит насыщение крови и тканей организма растворенными газами, главным образом азотом. На каждую добавочную атмосферу давления в организме растворяется дополнительно примерно по 1 л азота. Это насыщение продолжается до уравнивания парциального давления азота в окружающем воздухе с парциальным давлением азота, содержащегося в тканях.

Общее количество азота, растворенного при повышенном атмосферном давлении, может достигать 4-6 дм3 против 1 дм3, растворяющегося при нормальном давлении. При быстрой декомпрессии создается опасность газовой эмболии.

В момент декомпрессии азот, растворившийся в крови и тканевых жидкостях организма, стремится выделиться во внешнюю атмосферу. Если декомпрессия происходит медленно, то азот постепенно диффундирует через легкие и десатурация происходит нормально. Однако в случае ускоренной декомпрессии азот не успевает диффундировать через легочные альвеолы и выделяется в тканевые жидкости и в кровь в газообразном состоянии (в виде пузырьков). При этом возникают болезненные явления, носящие название кессонной болезни. Тяжесть симптоматики определяется локализацией сосудистых эмболов (мраморность кожи, парестезии, парезы, параличи и т. д.). Чаще поражаются ткани с большим содержанием липидных соединений - центральная и периферическая нервная ткань, подкожная жировая клетчатка, костный мозг, суставы.

Профилактика кессонной болезни заключается, прежде всего, в правильной эксплуатации кессона, в строгом соблюдении длительности рабочего времени и выполнении правил декомпрессии. Время шлюзования и декомпрессии должно входить в общее время работ и зависит от глубины погружения и от продолжительности пребывания под водой. Особое значение имеет режим отдыха до и после спусков под воду.

В медицинской практике применяется метод гипербарической оксигенации для лечения некоторых заболеваний хирургического и терапевтического профиля. Быстрое насыщение тканей кислородом в условиях повышенного давления оказывает лечебный эффект и позволяет более успешно проводить операции на крупных сосудах и сердце. Для медицинского персонала таких операционных разработаны гигиенические требования к режиму и условиям работы, правила декомпрессии, перечень противопоказаний для работы в барокамерах.

Дата добавления: 2015-10-20 | Просмотры: 2280 | Нарушение авторских прав