Медицинская экология

Атмосферное давление измеряется в миллибарах (мбар) или миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.) 1000 мбар = 750,1 мм рт. ст. В средних широтах на уровне моря давление воздуха составляет 760 мм рт. ст. По мере подъема давление снижается на 1 мм рт. ст. на каждые 11 м. Давление воздуха характеризуется сильными периодическими колебаниями, которые связаны с изменениями погоды, при этом колебания давления достигают 10–20 мбар. Слабым изменением давления считается понижение или повышение его среднесуточной величины на 1–4 мбар, умеренным – 5–8 мбар, резким – более 8 мбар.

На поверхность земли и на все предметы, находящиеся у ее поверхности, воздух создает давление, равное 1033 г/см

. Следовательно, на всю поверхность тела человека, имеющего площадь 1,6–1,8 м

, этот воздух, соответственно, оказывает давление порядка 16–18 т. Обычно мы этого не ощущаем, 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. Меняющееся давление в придаточных полостях черепа способствует кровообращению в мозге. Изменения разности давлений между внешней средой и замкнутыми полостями тела сказываются на состоянии человека. 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. Понижение атмосферного давления действует на симпатическую нервную систему, подавляет настроение, снижает работоспособность, повышает восприимчивость к инфекционным заболеваниям. Наоборот его повышение возбуждает в большей степени парасимпатическую нервную систему (Алексеев С. В. [и др.], 2002).

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.

Движение воздуха. В результате неравномерного нагревания земной поверхности создаются места с повышенным и пониженным атмосферным давлением, что, в свою очередь, приводит к перемещению воздушных масс (ветру). Ветер характеризуется направлением, силой и скоростью. Направление ветра определяется той стороной света, откуда он дует. Скорость или сила ветра измеряется узлами, баллами или метрами в секунду.

Причиной ветра является разница в давлении: воздух перемещается из области с высоким давлением в места с низким давлением. Чем больше разница в давлении, тем сильнее ветер. Резкое кратковременное усиление ветра до 20 м/с и выше называется шквалом.

Наибольшим действием на центральную нервную систему обладает скорость ветра и парциальное давление. Известно, что усиление ветра может способствовать повышению возбудимости ЦНС, вызывать головные боли, ощущение тревоги и страха. Особенно это проявляется у лиц с функциональными расстройствами ЦНС (Андронова Т. И. [и др.], 1982).

При увеличении скорости ветра свыше 8 м/с увеличивается активность сывороточных холинэстераз, падает экскреция с мочой адреналина и 17-оксикортикостероидов (Толокнов В. А., 1997).

Однако умеренный ветер (до 4 м/с) оказывает тонизирующее влияние. При низких температурах ветер усиливает теплоотдачу, что может привести к переохлаждению организма.

Чем ниже температура, тем тяжелее переносится ветер. В жаркое время ветер усиливает испарение и улучшает самочувствие.

Влажность воздуха зависит от нахождения в нем воды в молекулярном и аэрозольном состоянии (водяной пар). Максимальная плотность водяного пара в данном объеме при данной температуре соответствует абсолютной влажности. Фактическое отклонение содержания водяного пара при данной температуре к возможному максимальному насыщению обозначается как относительная влажность и выражается в процентах. В метеосводках обычно указывается относительная влажность, так как ее изменение может непосредственно ощущаться человеком. Воздух считается сухим при влажности до 55 %, умеренно сухим – при 56–74 %, влажным при 75–85 %, очень влажным – выше 85 %.

Влажность воздуха в сочетании с температурой оказывают выраженное влияние на организм. Наиболее благоприятны для человека условия, при которых относительная влажность равна 50–60 %, а температура 16–18 °C. У человека умеренная влажность способствует увлажнению кожи и слизистых оболочек дыхательных путей. Сочетаясь с температурой, влажность воздуха создает условия термического комфорта или нарушает его, способствуя переохлаждению или перегреванию организма.

Состояние нервной системы находится в зависимости от колебаний влажности воздуха. Значительная сухость воздуха вызывает раздражение органов дыхания и нервной системы. Имеются данные о том, что снижение относительной влажности воздуха (ниже 50 %) способствует нарушению ионного равновесия в организме с преобладанием положительно заряженных ионов (Ленихен Дж., Флетчер У., 1979). Катионы вызывают высвобождение из тромбоцитов биологически активных веществ (серотонин, гепарин), которые могут стать пусковым механизмом различных неблагоприятных состояний: головной боли, депрессии, чрезмерного утомления, раздражительности и даже расстройства психики. Сухой воздух раздражает слизистую бронхо-легочных путей, провоцируя выделение вязкой слизи как защитного механизма (Хитров Н. К., Салтыков А. Б., 1997).

Значительное повышение относительной влажности воздуха также может привести к неблагоприятным реакциям нервной системы. При повышении влажности воздуха, препятствующем испарению, тяжело переносится жара и усиливается действие холода, способствуя большей потере тепла путем проведения. Холод и жара в сухом климате переносятся легче, чем во влажном. При понижении температуры содержащаяся в воздухе влага конденсируется, образуется туман. Это возможно также при смешении теплого влажного воздуха с холодным и влажным. В промышленных районах туман может поглощать токсические газы, которые, вступая в химическую реакцию с водой, образуют сернистые вещества. Это может привести к массовым отравлениям населения.

Температура воздуха определяется преимущественно солнечной радиацией. Нагревание воздуха происходит путем передачи ему тепла с земной поверхности, поглощающей солнечные лучи. Слабым похолоданием или потеплением считается изменение среднесуточной температуры на 1…2 °C, умеренным похолоданием или потеплением – на 3…4 °C, резким – более 4 °C. Зона температурного комфорта для здорового человека в легкой одежде в спокойном состоянии при умеренной влажности и неподвижности воздуха находится в пределах 17–22 °C.

Температура оказывает существенное влияние на состояние организма человека. Известно, что особенностью действия низких температур (от 8 °C) на организм в покое является торможение терморегулирующих реакций, что проявляется уменьшением чувствительности холодовых рецепторов, повышением порога холодового ощущения, сужением кожных сосудов, уменьшением кровоснабжения кожи, уменьшением частоты пульса и лабильности кожных сосудов. При этом кожа охлаждается, разница между ее температурой и температурой окружающей среды сокращается, что уменьшает теплоотдачу. Местная и общая гипотермия способны вызвать воспаление стенок сосудов и нервных стволов, а также отморожение тканей, а при значительном охлаждении крови – замерзание. Общее переохлаждение способствует возникновению простудных и инфекционных заболеваний вследствие снижения общей резистентности организма. При раздражающем действии холода возможно временное расширение кожных сосудов.

Снижение температуры окружающей среды приводит к увеличению активности парасимпатической вегетативной нервной системы, что проявляется, в частности, снижением артериального давления (Андронова Т. И. [и др.], 1982).

Возбудимость нервной системы и выделение гормонов надпочечников значительно повышаются. Основной обмен и выработка тепла организмом увеличиваются.

При воздействии высоких температур воздуха на организм наблюдается расширение периферических сосудов, что увеличивает кровоснабжение кожи, происходит увеличение потоотделения, учащение дыхания (то есть включаются механизмы теплоотдачи). Кроме этого при значительном увеличении температуры (30…35 °C) будет иметь место некоторое снижение обмена веществ в тканях (снижение теплообразования).

Когда температура внешней среды достигает температуры крови (37…38 °C), возникают критические условия терморегуляции. При этом теплоотдача осуществляется только за счет потения. Если потение затруднено, например при высокой влажности окружающей среды, то происходит перегревание организма (гипертермия).

Выделяют два вида перегревания: гипертермия и судорожная болезнь. При гипертермии различают три степени: легкая, умеренная, тяжелая (тепловой удар). Судорожная болезнь возникает из-за резкого снижения в крови и тканях организма хлоридов, которые теряются при интенсивном потении.

Атмосферное электричество. Электрическое состояние атмосферы определяется напряженностью электрического поля, электропроводностью воздуха, ионизацией и электрическими разрядами в атмосфере. Электропроводность воздуха обусловлена содержанием в нем положительно и отрицательно заряженных аэроионов. Средняя концентрация аэроионов колеблется от 100 до 1000 в 1 куб. см воздуха, достигая в горах нескольких тысяч в 1 куб. см.

Более или менее закономерно на протяжении суток изменяются градиент потенциала атмосферного электричества и ионизации воздуха. По данным В. Ф. Овчаровой и И. В. Бутьевой (1985), максимальные значения потенциала атмосферного электричества наблюдаются в утренние (8—10) и вечерние (19–23) часы. Минимумы его приходятся на ночные (2–5) и дневные (16–18) часы. Суточная концентрация аэроионов имеет вид двугорбой кривой с наибольшими значениями в ночное время и двумя спадами в 7—12 и 18–19 ч.

Однако нужно заметить, что прохождение атмосферных фронтов может существенно изменить динамику этих факторов, их амплитуду, сместить их максимумы.

Установлено, что отрицательные АИ (аэроионы) кислорода создают бодрый психологический статус, воздействуют на состояние нервной системы, повышая её возбудимость, уменьшая усталость и увеличивая работоспособность. Отрицательные АИ оказывают снотворное и десенсибилизирующее действие, повышают выносливость к кислородному голоданию, устойчивость к охлаждению, бактериальной и химической интоксикации. Воздух с избытком АИ кислорода стабилизирует артериальное давление (снижает его при гипертонии и повышает при гипотонии). Отрицательные АИ оптимизируют дыхание за счет его урежения и углубления. Наряду с этим они стимулируют тканевое дыхание, оптимизируют уровень обмена веществ и температуру тела. Аэроионы кислорода влияют на физико-химические свойства крови: соотношение белковых фракций плазмы, количество и качество эритроцитов и лейкоцитов, скорость оседания эритроцитов (СОЭ), pH, концентрацию холестерина (увеличение его содержания рассматривают как одну из причин развития атеросклероза), на величину электрического заряда форменных элементов крови и плазмы.

М. С. Мачабели и соавт. (1992–1995) предполагают, что организм получает отрицательные ионы кислорода не только из воздуха, но и генерирует их в своих структурах. По этой гипотезе биокаталитическая вспышка отрицательного заряда происходит в протеогликановом слое сурфактанта легких при электрообмене между каталитически вырабатываемыми здесь отрицательными и положительными зарядами, которые приносятся в легкие кровью с углекислым газом, азотом и водой. За счет этих эндогенных отрицательных зарядов происходит активация вдыхаемого кислорода с превращением его в соединение, подобное отрицательным АИ. По такому же типу вспышки, но уже с другими видами сурфактанта осуществляется внутренний тканевый электрообмен во всем организме, необходимый для оптимального протекания внутриклеточного метаболизма.

1.6. Космические факторы и их влияние на организм

К космическим обычно относятся те факторы, которые из Вселенной оказывают влияние на организм человека. Наиболее значительными из них являются космические лучи, солнечная активность и межпланетное магнитное поле. Так как эти факторы действуют на человека в основном через изменение электрического и магнитного полей Земли, в современной экологии целесообразно их рассматривать как гелиогеофизические.

Космические лучи – это галактические частицы, состоящие из протонов, электронов, ядер гелия, водорода и некоторых более тяжелых элементов, достигающие Земли со скоростью, близкой к скорости света. Эта скорость многократно возрастает в периоды солнечной активности. Космические лучи вызывают ионизацию атмосферы и формирование аэронов. Уровень космического излучения на поверхности Земли зависит от высоты местности и ее геомагнитной широты. Влияние космических лучей на организмы изучено сравнительно мало. Это обусловлено главным образом тем, что они действуют в комплексе. Существует гипотеза о возможном появлении в них фактора, меняющего свойства биологических систем (Гора Е. П., 1999). Однако известно, что с космическими излучениями сопряжена чувствительность к свету.

Рис. 5. Межпланетное магнитное поле. Воздействие солнечного ветра на магнитное поле Земли, рисунок взят с сайта http://solarwind.cosmos.ru/

Кроме космических лучей, существует межпланетное магнитное поле плотностью 1—30 нТ

(рис. 5).

Самым мощным источником различных форм энергии, оказывающих влияние на Землю, является Солнце. Солнечной активностью называют комплекс явлений, происходящих в атмосфере Солнца. Внутри Солнца происходят термоядерные реакции, в результате которых возникают электромагнитные излучения широкого диапазона. Время от времени на его поверхности появляются очаги повышенной активности в виде пятен и протуберанцев. Совершаются мощные взрывы, которые сопровождаются выбросом элементарных частиц. Непрерывное расширение верхней части солнечной атмосферы сопровождается корпускулярным излучением. Скорость этого расширения по мере удаления от Солнца увеличивается. На расстоянии нескольких десятков солнечных радиусов расширение достигает 400 км/с. Это так называемый спокойный солнечный ветер. Он увлекает за собой магнитное поле Солнца, вытягивая его силовые линии. Солнечный ветер содержит небольшое количество энергии. Вместе с тем он играет значительную роль в передаче к Земле возмущений, обусловленных явлениями солнечной активности. Активность Солнца по отношению к Земле периодически изменяется. Различают циклы суточные, годовые, 5—6-летние, 11-летние, 80—90-летние и многовековые. Периоды максимальной активности приходятся на 7—17 лет, минимальной – на 9—14 лет.

Результаты многочисленных исследований показывают, что нервная система обладает наибольшей чувствительностью к изменению солнечной активности. Впервые это свойство было обнаружено А. Л. Чижевским, его наблюдения основывались на изучении величины электрических потенциалов кожи в периоды повышенной солнечной активности.

Обнаружена зависимость обострения таких заболеваний, как шизофрения, эпилепсии и маниакально-депрессивные состояния от солнечной активности (Сидякин В. Г., 1986).

Земля имеет постоянное магнитное поле, на которое накладываются периодические и случайные изменения. Полагают, что они обусловлены электрическими явлениями в атмосфере. Периодические изменения магнитного поля Земли могут быть связаны с солнечной активностью и иметь вековую, годовую, сезонную и суточную цикличность.

Переменные магнитные поля, возникающие вокруг Земли, получили название магнитных возмущений и магнитных бурь. Магнитные бури возникают в результате проникновения в атмосферу Земли летящих от Солнца со скоростью 1000–3000 км/с заряженных частиц (корпускул).

О влиянии магнитных бурь на состояние человека известно уже давно. Установлено, что при выполнении корректурных работ во время магнитных бурь увеличивается число ошибок, появление которых свидетельствует о преобладании возбудительного процесса в высших отделах мозга. Число ошибок еще более возрастает на 2-е сутки после смены знака геомагнитного поля. Показано, что во время геомагнитных возмущений даже у тренированных лиц отмечается резкое снижение краткосрочной памяти, снижение объема и интенсивности внимания вследствие уменьшения уровня активации головного мозга. Эти изменения более выражены у пожилых людей, а также у лиц, проживающих на Крайнем Севере. Значительные изменения функционального состояния ЦНС, по-видимому, являются причиной увеличения количества несчастных случаев и травм во время магнитных бурь. Полагают, что у человека в результате десинхронизации функций ЦНС могут усиливаться нервно-психические расстройства. Геомагнитные возмущения могут вызвать нарушения межполушарных отношений головного мозга с сопутствующей акцентуацией отдельных психических функций, а также рассогласование внутренних ритмов организма с ритмом внешней среды. Не исключено, что роль пейсмекера, действующего на человека при таких возмущениях, могут выполнять короткопериодические колебания поля Земли, которые затухают при изменении солнечной активности (Владимирский Б. М. [и др.], 1982).

Солнечная радиация, достигающая Земли, имеет сложный спектральный состав и оказывает выраженное биологическое действие на организм человека. Спектр Солнца представлен следующими видами излучений: инфракрасным (до 60 % общей энергии радиации), ультрафиолетовым (менее 0,5 %), ионизирующим и видимыми лучами (около 40 %). Гамма-рентген, коротковолновые ультрафиолетовые лучи полностью поглощаются атмосферой. Длинноволновое УФ-излучение достигает поверхности Земли.

Инфракрасные лучи. Инфракрасные (ИК) лучи были открыты Гершелем в 1800 г. Они имеют длину волны от 760 до 3000 нм, причем более длинные волны задерживаются атмосферой. Инфракрасные лучи, согревая почву, воздух, создают тепловой баланс и возможность жизни на Земле.

Действуя на организм человека, они оказывают тепловой эффект, ускоряют ферментативные и иммунобиологические реакции, ускоряют рост клеток и регенерацию тканей.

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.

В настоящее время большинство исследователей признает 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 артериального давления, повышение температуры тела, усиление потоотделения. Рефлекторно увеличивается теплообразование в других органах, стимулируется функция почек, расслабляется мускулатура. В результате наблюдается ускорение регенеративных процессов, уменьшение болевых ощущений (Пивоваров Ю. П., 1999).

Видимые лучи. Видимые лучи Солнца имеют длину волны от 380 до 760 нм. Они создают наибольшую величину освещенности, несмотря на то что часть их рассеивается при отражении. Световой луч составляет спектр цветов, каждый из которых имеет свою длину волны.

Биологическое значение световой радиации для человека, прежде всего, состоит в возможности зрительных восприятий, что связано с механизмами фоторецепции. Световые лучи проникают в тело на глубину около 2,5 см. Они стимулируют биохимические процессы, увеличивают иммунную реактивность, способствуют образованию пигмента. Повышают возбудимость коры головного мозга, деятельность желез внутренней секреции, обмена веществ. При этом разные цвета видимого спектра оказывают различное влияние на нервно-психические процессы: красно-желтые цвета оказывают бодрящее действие (так, Жак Бенуа доказал, что красные и оранжевые лучи солнечного света стимулируют половые железы, вызывая ускоренное созревание гонад), сине-фиолетовые цвета оказывают успокаивающее действие и т. д. В. М. Бехтерев рекомендовал лиц с психическим возбуждением помещать в палаты, стены которых выкрашены в голубой цвет, а с психическим угнетением – в палаты с розовыми стенами. В настоящее время установлено, что окраска стен существенно влияет на работоспособность людей.

Одним из важнейших следствий периодического изменения освещенности является создание циркадных ритмов. Они способствуют чередованию активной деятельности и восстановительных процессов.