Очерки профилактической медицины : 2.4. Воздушная среда и здоровье

2.4. Воздушная среда и здоровье

Важнейшая для жизни на Земле составляющая биосферы - воздушная среда (атмосфера), представляет собой газообразную оболочку, окружающую нашу планету и простирающуюся на тысячи километров от её поверхности. Она включает в себя 5 основных слоев: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу. Обычно атмосферой считают воздушную среду непосредственно примыкающую к открытым пространствам Земли. Атмосфера представляет собой сложную аэродисперсную систему, средой которой являются газы, а фазой – пылевые, водные, бактериальные природные и техногенные аэрозоли. Как фактору среды обитания атмосферному воздуху принадлежит исключительное значение.

Не случайно ведь, когда хотят подчеркнуть особое важное значение и необходимость в чем либо, зачастую используют широко известное изречение – «Нужен как воздух». Вдыхаемый человеком воздух, является для него практически единственным поставщиком жизненно необходимого кислорода. Запас кислорода в организме взрослого человека составляет 2500-2700 мл. В 100 мл крови растворено около 75 мл кислорода, значительная часть его (20-25%) образует соединение с гемоглобином крови - «оксигемоглобин». За 1 минуту человек, как правило, расходует 300-500 мл кислорода. Однако, в отличие от многих других соединений и элементов, организм человека не имеет внутренних депо кислорода. При отсутствии доступа кислорода его запас расходуется в течение нескольких минут, что приводит к неминуемой гибели. Важно и то, что человек вдыхает относительно очень большое количество воздуха (более 10-12 м3 в сутки), который непосредственно контактирует с большой (более 100 м2) поверхностью бронхолегочной и альвеолярной ткани, и газовые составляющие воздуха различного характера, в том числе и токсичные, способны сразу переходят в кровь и разносится по всему организму. В таких условиях даже небольшие концентрации вредных веществ в воздухе становятся существенной угрозой для здоровья человека. Не случайно, при гигиеническом нормирования допустимое содержания одних и тех же вредных веществ в воздухе, представляют собой величину, в сотни и тысячи раз меньшую, нежели в воде, почве или пищевых продуктах.

Гигиеническое значение воздуха определяется его тесно взаимосвязанными физическими свойствами, химическим составом и наличием примесей различного происхождения. Атмосферный воздух оказывает постоянное давление на поверхность Земли. Нормальное давление при температуре 0 ° С над уровнем моря, на географической широте 45 ° составляет 760 мм рт. ст., что соответствует 1013 мбар, или 1013,25 Па (1 мм рт. ст. = 1,33 мбар = 1,33 гПа). Один бар создает давление силой 1 кг на 1 см2, один мбар - соответственно 1 г/см2, или 100Па (1гПа) на 1см.2. Такое давление принимают как равное «одной атмосфере». На человека, средняя площадь тела которой составляет 1,7 м2, постоянно давит слой воздуха с силой 17 т. Это давление не является постоянным. Оно может существенно изменяться в зависимости от географических условий местности, особенностей атмосферной циркуляции, времени года, температуры воздуха и других причин. Апериодические изменения давления в течение короткого отрезка времени (сутки, несколько суток), обусловленные перемещением атмосферных масс с различными термо-гидробаричнимы свойствами, могут неблагоприятно воздействовать на здоровье человека и быть причиной возникновения т.наз. метеотропных реакций (см. главу 2.7). Для оценки величины повышенного (более 1 атм) давления используют специальные единицы измерения - ати и ата. Каждая одна дополнительная атмосфера создает давление, равное 1 ати. Суммарно давление нормальное (1 атм) и одна дополнительная атмосфера (1 ати) составляет давление, равное 1 ата (1 атм + 1 ати = 1 ата). Исходя из этого, общее давление силой, например, в 3 дополнительных атмосферы (3 ати) составит 3 ата (1 атм + 3 ати = 3 ата).

Основные химические составляющие атмосферного воздуха - кислород, диоксид углерода, азотоинертные газы.

Кислород (О2) представляет собой бесцветный, растворимый в воде газ, неотъемлемый элемент практически всех органических соединений, фактором, благодаря которому возможны дыхание и другие жизненно необходимые процессы. Все органы, ткани и клетки организма непрерывно поглощают до 25 л кислорода за 1 ч, утилизируют его и выделяют в окружающую среду до 22,6 л в 1 ч диоксида углерода. Уменьшение содержания кислорода в воздухе до 10-12% чрезвычайно опасно. Вначале это проявляется ослаблением умственной деятельности, тошнотой, рвотой, поражениями ЦНС, а при уменьшении концентрации кислорода до 7-6%, может привести к смерти. Каждая газовая составляющая атмосферного воздух имеет определенное парциальное давление. Так, при нормальном давлении 760 мм рт. ст., (общее давление всех газов принимается за 100%), парциальное давление кислорода, содержание которого составляет 21%, равно 160 мм рт. При уменьшении общего атмосферного давления уменьшается и парциальное давление его составляющих, в частности, кислорода. Из этого следует очень важное положение: при уменьшении общего атмосферного давления процентное соотношение его газовых составляющих не меняется (т.е. в газовой смеси сохраняется 21% кислорода). Однако парциальное давление и весовая концентрация газов, в т.ч. кислорода пропорционально уменьшаются. И достигнув определенного порога кислород уже не способен удовлетворить потребность организма в нем. Парциальное давление кислорода в венозной крови составляет 40 мм рт. ст., и для того чтобы кислород из артериальной крови мог «преодолеть» это давление и создать оксигемоглобин, его давление в артериальной крови должно превышать указанный уровень и быть большим, нежели венозное. А это возможно только при условии, что парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе составит не менее 70-80 мм рт. ст., а в альвеолярных крови - не менее 55-60 мм. В обычных условиях парциальное давление парциальное давление в альвеолярной крови - 110 мм рт. ст., что обеспечивает нужный механизм поступления кислорода в артерии и переход его в венозную кровь. С подъемом на высоту парциальное давление постепенно снижается, что может приводить к так называемой высотной болезни.

Таблица 1. ПАРЦИАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ КИСЛОРОДА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВЫСОТЫ НАД УРОВНЕМ МОРЯ

Парциальное давление кислорода( мм рт. столба) 8000-10000	0	Высота над уровнем моря (м)
	0	1000-2000	3000-4000	4000-6000	6000-8000
Во вдыхаемом воздухе 40-45	160	Более 125	95-100	70-80	55-60
В альвеолярной крови Менее 40	110	Более 85	60-70	55-60	40-45

Учитывая реакции организма в ответ на недостаток кислорода при подъеме её делят на следующие зоны: 1.Индифферентная зона (0-2 км над уровнем моря). В этой зоне при нормальных условиях парциальное давление кислорода в воздухе составляет не менее 125 мм рт.ст., в альвеолярной крови - не менее 85 мм рт. ст., что полностью обеспечивает его нормальный переход к венозной крови. У здоровых людей подъем на такую высоту не вызывает неблагоприятных реакций.
2. Зона полной компенсации (2-4 км над уровнем моря). В этой зоне парциальное давление кислорода в воздухе составляет 95-100 мм рт. ст., в альвеолярной крови - 60-70 мм рт. ст. Полноценная компенсация у здорового человека достигается в пределах нормальной физиологической адаптации. Сохраняются хорошее самочувствие,нормальная работоспособность. Компенсаторно может увеличиваться я частота дыхательных движений и сердечных сокращений. 3.Зона неполной компенсации (4-б км над уровнем моря). Парциальное давление кислорода в воздухе составляет 70 - 80 мм рт. ст., в альвеолярной крови - 55-60 мм рт. ст. При таких условиях уже могут возникать манифестные проявления высотной болезни. Вследствие гипоксии наблюдаются неадекватные реакции со стороны ЦНС (эйфория), которые сменяются проявлениями угнетения, торможения высшей нервной деятельности, нарушается координация движений, появляются метеоризм и одышка. Для предотвращения развития болезни и ее более тяжелым проявлениям нужно дополнительное вдыхание кислорода. 4.Критическая зона (б-8 км над уровнем моря). Без вдыхания дополнительного количества кислорода пребывание на такой высоте невозможно, поскольку парциальное давление кислорода в воздухе уменьшается до 55 мм рт. ст., в альвеолярной крови - до 40 мм рт. ст. и переход кислорода в венозную кровь прекращается. При таких условиях (например, в условиях разгерметизации летательных аппаратов) очень быстро развивается клиническая картина тяжелой высотной болезни, которой также способствует недостаток диоксида углерода, и наступает смерть. . 5. 5.Смертельная зона (8-10 км над уровнем моря). В этой зоне парциальное давление кислорода даже в наружном воздухе снижено до 40-45 мм рт. ст., что полностью исключает его наличие в артериальной крови. Кроме проявлений, описанных выше, происходит выход растворимых газов в кровь, эмболизация различных органов и тканей. Смерть наступает мгновенно или за считанные минуты.

Диоксид углерода (С02) - это бесцветный растворимый в воде газ содержится в чистом атмосферном воздухе в количестве 0,03-0,04% и имеет своеобразный запах и кисловатый привкус. Диоксид углерода является естественным антагонистом кислорода. Гигиеническое значение диоксида углерода (углекислого газа) в обитаемых помещениях обусловлено тем, что в случае превышения его нормативных значений (а в норме углекислый газ, как правило, не оказывает вредного воздействия на организм) косвенно можно судить о накоплении в воздухе газообразных веществ, являющихся продуктами жизнедеятельности человека, неблагоприятно влияющих на окружающих. Поэтому, углекислый газ является важным показателем степени чистоты воздуха в жилых и общественных зданий. Наибольшая по объему (более 75%) составляющая воздуха азот (N2), хотя и входит в состав всех белковых структур, в нормальной газовой смеси, по мнению большинства исследователей, существенного физиологического значения не имеет (одна из многих ссылок связывает название этого газа с древнегреческим ἄζωτος— безжизненный) и играет главным образом роль растворителя для кислорода и поддерживает атмосферное давление. Поэтому уменьшение парциального давления азота не вызывает манифестных негативных реакций.

Однако существуют данные, свидетельствующие о возможности не усвоения азота и непосредственно из воздуха (в случае пребывания человека в условиях повышенного атмосферного давления). При определенных условиях это приводит к развитию тяжелого профессионального заболевания - декомпрессионной болезни. Повышенное парциальное давление кислорода широко используется в лечебной практике - в барокамерах и барооперационных, при создании искусственной воздушной среды атмосферы космических, летательных и других герметичных аппаратов. Определенное гигиеническое значение имеет наличие в атмосферном воздухе обладающего своеобразным «освещающим» запахом озона (0з) - одной из аллотропных модификаций кислорода, благодаря которому вредная коротковолновая часть УФ-спектра (менее 280 нм) задерживается в верхних слоях атмосферы. В небольших количествах озон образуется в физиотерапевтических кабинетах, при использовании бактерицидных УФ-излучателей.

Вследствие взаимодействия с органическими веществами озон легко распадается, выделяя атом кислорода и активно окисляет многие вещества, загрязняющие воздух. Еще одной областью применения озона является использование его как одного из лучших средств обеззараживания воды. Инертные газы (неон, аргон, гелий и др.) находятся во вдыхаемом воздухе в незначительных количествах, которые на человека практически не влияют.

В подавляющем большинстве населенных мест и внутри обитаемых помещений природный атмосферный воздух обычно содержит и различные посторонний пылевые и химические вещества. Отрицательное влияние загрязненного воздуха на человека, возникновение связанных с ним заболеваний, установлено многочисленными научными исследованиями и непосредственными медицинскими наблюдениями. От неприятных запахов и уличного глазного травматизма, до онкологических заболеваний и других тяжких последствий – таков результат влияния загрязнения атмосферы на население. Поэтому загрязнение атмосферного воздуха стало одной из важнейших и сложнейших проблем медицинской экологии. Выявление источников и интенсивности загрязнения атмосферного, и предотвращение вредного его влияния на здоровье человека является одной из наиболее актуальных проблем и задач современной науки и техники. В сфере профилактической медицины решение этих задач предусматривает:

а) Выявление и санитарно-гигиеническую оценку источников загрязнения атмосферного воздуха, определение качественных и количественных показателей содержания в нем конкретных загрязнителей;

б) Выбор зон наблюдений и контингентов лиц для медицинского изучения последствий влияния на них этих загрязнителей;

в) Организацию наблюдений за уровнем загрязнения атмосферного воздуха и других компонентов биосферы, в частности воды, почвы, пищевых продуктов, которые могут быть связаны с этим загрязнением;

г) Изучение состояния здоровья контингентов лиц, подвергающихся воздействию загрязненного воздуха;

д) Статистическую обработку исходных данных, анализ полученных результатов и поиск корреляционных связей показателей состояния здоровья с уровнем загрязнения окружающей среды;

е) разработку, научное обоснование и внедрение конкретных мероприятий по сохранению и укреплению здоровья населения и оздоровление окружающей среды в зоне наблюдений.

Среди ведущих мероприятий по охране атмосферного воздуха следует выделить технологические (замена используемых в производстве или быту вредных веществ на безвредные, герметизация и рационализация производственных процессов и очистка выбросов), функциональное зонирование территории и её озеленение, административно-законодательные (разработка и внедрение государственных стандартов дл я атмосферного воздуха и др.).