Физические свойства воздуха

Атмосферное давление. Атмосферное давление измеряется в мил­либарах (мб) или миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.): 1000 мб = 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 мб. Слабым изменени­ем давления считается понижение или повышение его среднесуточной величины на 1-4 мб, умеренным — 5-8 мб, резким — более 8 мб.

На поверхность земли и на все предметы, находящиеся у ее по­верхности, 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 тонн. 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 мм рт. ст. 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. И 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. Влажность воздуха зависит от нахождения в нем воды в молекулярном и аэрозольном состоянии (водяной пар). Мак­симальная плотность водяного пара в данном объеме приданной 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, т.к. 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 оказывает выра­женное влияние на организм. Наиболее благоприятны для человека условия, при которых относительная влажность равна 55-65%, а тем­пература— 16—18 °С. 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 рас­стройство психики. Сухой воздух раздражает слизистую бронхолегоч- ных 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, препятствующей 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 теплою 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. 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 °С, умеренным похо­лоданием или потеплением - на 3-4°С, резким — более 4°С. Зона температурного комфорта для здорового человека в легкой одежде в спокойном состоянии при умеренной влажности и неподвижности воздуха находится в пределах 17-22 °С.

Температура оказывает существенное влияние на состояние орга­низма человека. Известно, что особенностью действия низких темпе­ратур (от +8 °С) 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.

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

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

Когда температура внешней среды достигает температуры крови (37-38 °С), 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: а) легкая, б) умерен­ная, в) 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 (АИ). Средняя концентрация аэроионов колеблется от 100 до 1000 в 1 см3 воздуха, до­стигая в горах нескольких тысяч в 1 см3.

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

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

Установлено, что отрицательные АИ кислорода создают бодрый психологический статус, воздействуют на состояние нервной систе­мы, повышая ее возбудимость, уменьшая усталость и увеличивая ра­ботоспособность. Отрицательные ЛИ оказывают снотворное и десен­сибилизирующее действие, повышают выносливость к кислородному голоданию, устойчивость к охлаждению, бактериальной и химической интоксикации. Воздух с избытком АИ кислорода стабилизирует АД (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), рН, 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 зарядами и положительными, 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.