Текст книги "Гигиена, санология, экология"

Водяные пары поступают в атмосферу с поверхности морей и океанов. Меньше влаги поступает из озер, рек, влажных почв и растений. В замкнутом помещении источником влаги может быть сам человек, испаряющий через легкие (около 350 г/сут) влаги в сутки и кожу (около 600 г/сут), а также выделения влаги при стирке белья и приготовлении пищи. Влажность воздуха характеризуется следующими показателями:

Абсолютная влажность – это упругость водяных паров, находящихся в воздухе в данное время при данной температуре, выражающаяся в единицах давления: миллиметры ртутного столба, или в граммах в 1 м³ воздуха.

Максимальная влажность – это упругость водяных паров при полном насыщении воздуха влагой при данной температуре, выражается в мм рт. ст. или г/м³.

Относительная влажность – это отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах (%), характеризует степень насыщения воздуха водяными парами в момент наблюдения.

Дефицит насыщения – разность между максимальной и абсолютной влажностью воздуха.

Физиологический дефицит насыщения – разность между максимальной влажностью воздуха при температуре тела человека (37 °C) или при температуре кожи (32 °C) и абсолютной влажностью воздуха в момент наблюдения. Если физиологический дефицит насыщения рассчитывается при температуре 37 °C, он характеризует, какое количество влаги человек теряет с выдыхаемым воздухом. Это имеет значение в условиях Крайнего Севера, где много воды и тепла человек теряет с поверхности легких. Если же физиологический дефицит рассчитывается при температуре кожи, он показывает, какое количество влаги человек теряет с поверхности кожи. Это имеет значение в условиях жаркого климата.

Точка росы – это температура, при которой находящиеся в воздухе водяные пары насыщают воздушное пространство.

В санитарной практике наибольшее значение имеет относительная влажность, которая нормируется. Влажность воздуха, так же как и температура, сказывается на процессах теплообмена. Так, при чрезмерно сухом (относительная влажность менее 15 %), но теплом воздухе возникает ощущение сухости во рту, в носу, могут возникать трещины кожи, слизистых и, как следствие, присоединяться инфекции. Чрезмерно сухой и холодный воздух может вызвать значительное местное охлаждение слизистых оболочек дыхательных путей.

Высокая влажность воздуха в сочетании с высокой температурой неблагоприятно влияет на теплообмен. При температуре воздуха выше температуры тела отдача тепла может происходить только за счет испарения пота с поверхности кожи. Если же при этом воздух имеет повышенную влажность, этот процесс затрудняется и может наступить перегревание организма. Высокая влажность в сочетании с низкой температурой воздуха приводит к переохлаждению организма. Это объясняется тем, что теплоемкость водяных паров выше теплоемкости сухого воздуха, вследствие чего на нагревание холодного сырого воздуха расходуется больше тепла. Во влажном воздухе конденсируется влага на тканях одежды, что увеличивает их теплопроводность. Более того, постоянное испарение воды с поверхности одежды сопровождается уменьшением температуры воздуха под одеждой, что вызывает чувство зябкости. Таким образом, слишком сухой и чрезмерно влажный воздух, как при высокой, так и при низкой температуре, оказывает неблагоприятное влияние на организм человека. Норма относительной влажности составляет 30 – 60 %.

В городах повышенная влажность способствует образованию токсических туманов. Частицы дыма, являясь ядрами конденсации, образуют туманы, тем самым снижая напряжение ультрафиолетовой радиации. Высокая влажность воздуха способствует появлению сырости в помещениях, что отрицательно сказывается на хранении продуктов питания, сохранности самого помещения от развивающейся плесени.

Атмосферный воздух всегда находится в движении. Причиной движения является неравномерное нагревание поверхности Земного шара. Теплые верхние воздушные течения (антипассаты) идут от экватора к полюсам, а более холодные нижние слои (пассаты) – в обратном направлении. Воздушные массы, образующиеся в более нагретых местах, характеризующиеся пониженным барометрическим давлением и повышенной влажностью, называются циклонами. В Европе и в России они передвигаются преимущественно с запада на восток и теряют свою силу за Уралом. Итак, при сильном местном нагревании земной поверхности возникают циклоны. В центре циклона создается пониженное атмосферное давление. Нагретый воздух поднимается вверх, охлаждаясь в верхних частях атмосферы, и направляется к периферии. В то же время внизу от периферии к центру перемещаются более плотные воздушные потоки. При горизонтальном разрезе вихреобразные движения воздуха происходят от периферии к центру (против часовой стрелки). Циклоны, как правило, приносят плохую погоду с повышенной облачностью, осадками, ветреную, чаще с потеплением, нередко превращаются в тайфуны, смерчи с большой разрушительной силой.

Антициклоны возникают в местах сильного охлаждения поверхности Земли с движением воздуха сверху вниз и от центра к периферии.

При барометрическом максимуме в центре вихреобразные движения воздуха происходят от центра сверху вниз по часовой стрелке.

Антициклоны приносят холодную, сухую, ясную погоду. Существуют и так называемые местные ветры, связанные с периодической сменой направления ветров в течение года или суток, например бризы – ветры, дующие днем с моря на берег, а ночью с суши на море; фены – сухие горные ветры с высокой температурой воздуха.

Движение воздуха характеризуется направлением и скоростью. Направление определяется стороной света, откуда дует ветер, и обозначается румбами – начальными буквами сторон света: С – север, Ю – юг, В – восток, З – запад. Это четыре основных румба. Существуют промежуточные, находящиеся между ними, что позволяет весь горизонт разделить на 8 румбов. Важно знать преобладающее направление ветров в данной местности, так называемую «розу ветров». «Роза ветров» – это графическое изображение частоты (повторяемости) ветров по румбам, характерное для определенной местности в течение длительного периода времени. «Роза ветров» используется в области охраны атмосферного воздуха населенных мест, при планировке предприятий и размещении их в черте населенных мест относительно населенных мест, строительстве жилищных комплексов.

Движение воздуха влияет на тепловой обмен человека. В подвижном воздухе, как правило, человек теряет больше тепла. В условиях высоких температур движение воздуха приносит облегчающий эффект, даже если температура воздуха выше температуры тела, так как усиливает отдачу тепла испарением. Исключение составляют такие условия, когда высокие температуры воздуха (выше 37 °C) сочетаются с высокой влажностью. В этих условиях исключается единственный путь отдачи тепла за счет испарения пота с поверхности кожи, что может привести к перегреванию организма.

В условиях низкой температуры окружающего воздуха движение воздуха повышает теплоотдачу путем конвекции.

Повышенная подвижность воздушных масс усиливает процессы обмена веществ. Сильные ветры препятствуют процессу дыхания, оказывают влияние на нервно-психическую деятельность. Умеренные ветры оказывают бодрящее, тонизирующее действие; продолжительные и сильные способствуют появлению нервно-психического возбуждения. Наиболее благоприятная скорость движения воздуха – 1 – 4 м/с; скорость ветра свыше 6 – 7 м/с может оказывать раздражающее действие.

В жилых помещениях наиболее благоприятна подвижность воздуха 0,2 – 0,4 м/с, скорость воздуха менее 0,2 м/с формирует ощущение «застойного» воздуха в помещении, более 0,4 м/с создает ощущение сквозняка. В спортивных залах допустимо движение воздушных масс до 0,5 м/с; в горячих цехах – допустимо до 1 – 1,5 м/с для обеспечения лучшей теплоотдачи с поверхности тела.

Итак, тепловое воздействие окружающей среды определяется не только воздействием температуры воздуха. Прочие метеорологические факторы (влажность, подвижность воздуха, уровень лучистой энергии) или усиливают, или ослабляют действие температуры на организм человека, тем самым существенно изменяя условия теплоотдачи. Таким образом, тепловое ощущение человека определяется комплексным воздействием всех перечисленных выше факторов. Вследствие этого возникло вполне обоснованное стремление разработать метод, позволяющий провести суммарную оценку влияния физических свойств воздуха на организм.

Этот поиск проводился в двух направлениях:

1) конструирование приборов – аналогов человеческого тела. К таковым относится кататермометр профессора Хилла; эвпатиоскоп Дафтона и термоинтегратор;

2) разработка температурных шкал (эффективно-эквивалентной результирующей и оперативной температур).

Однако методы не получили широкого распространения. Кататермометр в настоящее время используется для оценки малых скоростей движения воздуха в помещениях; метод эквивалентно-эффективной температуры нашел применение в курортологии.

Глава 4
СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ, ЕЕ ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

4.1. ГИГИЕНИЧЕСКОЕ И ОБЩЕБИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ

Солнечная радиация имеет чрезвычайно большое биологическое и гигиеническое значение. Под солнечной радиацией понимают весь испускаемый Солнцем интегральный (суммарный) поток радиации, который представляет собой электромагнитные колебания с различной длиной волны.

В гигиеническом отношении особый интерес представляет оптическая часть солнечного спектра, которая включает электромагнитные поля и излучения с длиной волны выше 100 нм. В этой части солнечного спектра различают три вида излучения («неионизирующее излучение»):

– ультрафиолетовое (УФ) – сдлиной волны 290 – 400 нм;

– видимое – сдлиной волны 400 – 760 нм;

– инфракрасное (ИК) – сдлиной волны 760 – 2800 нм.

Солнечные лучи, прежде чем достигнуть земной поверхности, должны пройти сквозь мощный слой атмосферы. Интенсивность солнечного излучения, достигающего земной атмосферы, вероятно, была бы смертельной для большинства живых организмов на Земле, если бы отсутствовало экранирование, обеспечиваемое атмосферой. Солнечное излучение поглощается, рассеивается при прохождении через атмосферу водяными парами, молекулами газов, частицами пыли и т. д. Наиболее важным процессом является поглощение УФ-части солнечного спектра молекулярным кислородом и озоном. Озоновый слой препятствует тому, чтобы УФ-излучение с длиной волн 280 (290) нм достигало земной поверхности.

Около 30 % солнечной радиации не достигает земной поверхности. Так, если на границе земной атмосферы ультрафиолетовая часть солнечного спектра составляет 5 %, видимая часть – 52 % и инфракрасная часть – 43 %, то у поверхности Земли ультрафиолетовая часть составляет 1 %, видимая – 40 % и инфракрасная часть солнечного спектра – 59 %.

В результате интенсивность солнечной радиации на поверхности Земли всегда будет меньше напряжения солнечной радиации на границе земной атмосферы.

Напряжение солнечной радиации на границе земной атмосферы называется солнечной постоянной и составляет 1,94 кал/см²/мин.

Солнечная постоянная – количество солнечной энергии, поступающей в единицу времени на единицу площади, расположенной на верхней границе земной атмосферы, под прямым углом к солнечным лучам при среднем расстоянии Земли от Солнца.

Величина солнечной постоянной может колебаться в зависимости от солнечной активности и расстояния Земли от Солнца.

Максимальное напряжение солнечной радиации в различных точках СНГ на уровне моря различно. Так, в полдень в мае месяце в Ялте – 1,33; Павловске – 1,24; Москве – 1,28; Иркутске – 1,3; Ташкенте – 1,34 кал/см²/мин.

Интенсивность солнечной радиации зависит от многих факторов: широты местности, сезона года и времени суток, качества атмосферы, особенностей подстилающей поверхности.

Именно широта местности определяет угол падения солнечных лучей на поверхность.

При перемещении Солнца из зенита к горизонту путь, который проходит солнечный луч, увеличивается в 30 – 35 раз, что приводит к увеличению поглощения и рассеивания радиации, к резкому уменьшению ее интенсивности в утренние и вечерние часы по сравнению с полуднем. Почти 50 % суточного УФ-излучения поступает в течение четырех полуденных часов.

Наличие облачного покрова, загрязнения воздуха, дымки или даже рассеянных облаков играет значительную роль в ослаблении солнечного излучения. При сплошном покрытии неба облаками интенсивность УФ-излучения снижается на 72 %, при половинном покрытии облаками – на 44 %. В экстремальных условиях облачный покров может снижать интенсивность УФ-излучения более чем на 90 %.

Важную экологическую функцию выполняет озон стратосферы. Озон и кислород полностью поглощают коротковолновое УФ-излучение (длина волны 290 – 100 нм), предохраняя все живое от его пагубного воздействия. Изменения в озоновом слое Земли сказываются только на процессе поглощения УФ-В-спектра (средневолнового), избыток которого способствует активному образованию свободных радикалов, перекисных соединений и кислых валентностей, увеличивая агрессивность тропосферы.

Напряжение солнечной радиации зависит также от состояния атмосферы, т. е. от ее прозрачности. Например: в Санкт-Петербурге из-за загрязнения атмосферного воздуха напряжение солнечной радиации на 13 % меньше, чем в пригороде.

Наибольшим изменениям в атмосфере подвергаются УФ-лучи. Интенсивность УФ-радиации колеблется в течение суток, давая крутой подъем к полудню и снижение к концу дня. В полдень, когда Солнце находится высоко над головой, интенсивность УФ-излучения при длине волны 300 нм в 10 раз выше, чем тремя часами раньше (в 9 ч утра) или тремя часами позже (в 3 ч дня). Биологически активное УФ-излучение попадает на горизонтальную поверхность в полуденные часы, причем около 50 % – в течение 4 ч околополуденного времени.

Молекулы воздуха рассеивают главным образом ультрафиолетовую и синюю части спектра (отсюда голубой цвет неба), поэтому рассеянная радиация богаче УФ-лучами. Когда Солнце находится низко над горизонтом, лучи проходят больший путь, и рассеяние света, в том числе в УФ-диапазоне, увеличивается. Поэтому в полдень Солнце кажется белым, желтым, а затем и оранжевым, так как в прямых солнечных лучах становится меньше ультрафиолета и синих лучей. Если смотреть прямо на Солнце, когда оно находится высоко над головой, за 90 с можно получить солнечное повреждение сетчатки.

Интенсивность рассеянной радиации может быть весьма велика и достигает высоких степеней на Крайнем Севере. Так, в районе Печоры весной и летом в рассеянной радиации количество биологически активного УФ в 2 – 3 раза больше, чем в Харькове (Украина). Эти свойства рассеянной солнечной радиации, а также меньшая запыленность, небольшое количество водяных паров дали возможность Н. Н. Калитину – виднейшему советскому актинологу – утверждать, что солнце севера по своим лечебным качествам не хуже, а часто лучше солнца юга, где преобладает прямая солнечная радиация.

На интенсивность солнечной радиации и УФ-излучения существенное влияние оказывает характер подстилающей поверхности.

Так, снежный покров обладает избирательной отражающей способностью и отражает большую часть коротковолновых УФ-лучей и почти полностью тепловую радиацию. Вследствие этого на Севере (особенно весной) возможны световые ожоги глаз, УФ-лучевая световая офтальмия.

Солнечная радиация является мощным оздоровительным и профилактическим фактором.

Вся совокупность биохимических, физиологических реакций, протекающих при участии энергии света, носит название фотобиологических процессов. Фотобиологические процессы в зависимости от их функциональной роли могут быть условно разделены на три группы. Первая группа обеспечивает синтез биологически важных соединений (например, фотосинтез). Ко второй группе относятся фотобиологические процессы, служащие для получения информации и позволяющие ориентироваться в окружающей обстановке (зрение, фототаксис, фотопериодизм). Третья группа – процессы, сопровождающиеся вредными для организма последствиями (например, разрушение белков, витаминов, ферментов, появление вредных мутаций, онкогенный эффект). Известны стимулирующие эффекты фотобиологических процессов (синтез пигментов, витаминов, фотостимуляция клеточного состава). Активно изучается проблема фотосенсибилизирующего эффекта. Изучение особенностей взаимодействия света с биологическими структурами создало возможность для использования лазерной техники в офтальмологии, хирургии и т. д.

4.2. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ РАДИАЦИИ

Наиболее активной в биологическом отношении является ультрафиолетовая часть солнечного спектра, которая у поверхности Земли представлена потоком волн в диапазоне от 290 до 400 нм.

УФ-спектр не однороден. В нем различают следующие три области:

А. Длинноволновое УФ-излучение с длиной волны 400 – 320 нм.

В. Средневолновое УФ-излучение с длиной волны 320 – 280 нм.

С. Коротковолновое УФ-излучение с длиной волны 280 – 100 нм.

В результате поглощения УФ-лучей в коже здорового человека образуется две группы веществ: специфические (витамин D) и неспецифические (гистамин, холин, ацетилхолин, аденозин). Образующиеся продукты белкового расщепления являются теми неспецифическими раздражителями, которые гуморальным путем влияют на весь сложный рецепторный аппарат и через него на эндокринную и нервную систему.

Появление биологически активных веществ связано с фотохимическим действием УФ-лучей. Являясь неспецифическим стимулятором физиологических функций, эти лучи оказывают благоприятное влияние на белковый, жировой, углеводный, минеральный обмены, иммунную систему организма, что проявляется в общеоздоровительном, тонизирующем и профилактическом действии солнечного излучения на организм.

Кроме общебиологического влияния на все системы и органы, УФ-излучение оказывает специфическое действие, свойственное определенному диапазону волн. Так, УФ-излучение с диапазоном волн от 400 до 320 нм вызывает эритемно-загарное действие; с диапазоном волн от 320 до 275 нм – антирахитический и слабо бактерицидный эффекты; коротковолновое УФ-излучение с длиной волн от 275 до 180 нм оказывает повреждающее действие на биологическую ткань.

У поверхности Земли преобладает УФ-излучение, оказывающее эритемно-загарное действие.

Характерной реакцией кожи на действие УФЛ является эритема. УФ-эритема возникает вследствие фотохимической реакции в коже. В основе этой реакции лежит действие образующегося гистамина, который является сильным сосудорасширяющим средством.

УФ-эритема имеет свои особенности и отличается от тепловой эритемы: возникает по прошествии латентного периода (2 – 8 ч), имеет строго очерченные границы и переходит в загар. Образование в коже пигмента обусловлено окислением адреналина и норадреналина до меланина.

Эритема же, возникшая под влиянием ИК-излучения, развивается тотчас после воздействия, имеет размытые края и в загар не переходит.

Средневолновый УФ-В обладает специфическим антирахитическим действием. Под влиянием УФ-лучей фотохимическим путем происходит образование витамина D из 7-дегидрохолестерина. Длительное исключение действия УФ-лучей на кожные покровы влечет за собой развитие гипо– и авитаминоза D, которые проявляются в нарушении фосфорно-кальциевого обмена и называются световым голоданием. Нарушение фосфорно-кальциевого обмена особенно тяжело сказывается в детском возрасте в период роста костей. У детей развивается рахит. Одним из характерных и довольно постоянных изменений при рахите является повышение активности щелочной фосфатазы крови, которая играет большую роль в кальцинации костей. Увеличение активности фосфатазы при рахите специфично и происходит рано, в то время как другие клинические признаки мало изменены.

Поскольку УФ-излучение, обладающее антирахитическим действием, легко поглощается и рассеивается в условиях интенсивного запыления атмосферного воздуха, жители промышленных городов при интенсивном загрязнении атмосферного воздуха выбросами промышленных предприятий могут испытывать «световое голодание». Недостаточность естественного УФ-облучения испытывают жители Крайнего Севера, рабочие в угольной и горнорудной промышленности, лица, работающие в темных помещениях и др.

УФ-лучи оказывают стимулирующее влияние на организм, повышают его устойчивость к различным инфекциям. Особенно эффективно применение ультрафиолета для профилактики детских воздушно-капельных инфекций и простудных заболеваний. Простудные заболевания у детей, облучаемых в период природной УФ-недостаточности, сокращаются в несколько раз, улучшаются общее состояние, показатели физического развития. УФ-облучение благоприятно сказывается на течении инфекционного процесса – увеличивается эффективность лечебных мероприятий, уменьшается число осложнений, ускоряется выздоровление. Массовое облучение шахтеров привело к снижению на ¹/₃ заболеваний гриппом, ревматизмом и простудными заболеваниями.

Стимулирующее действие УФ проявляется в повышении неспецифической резистентности организма (увеличивается фагоцитарная активность лейкоцитов, нарастает титр комплимента, титр агглютинации). Наиболее ярко выражен стимулирующий эффект при действии субэритемных доз длинноволновых УФ-лучей. Большое общебиологическое значение имеет бактерицидный эффект коротковолновой части УФ-излучения (УФ-С), который объясняется поглощением лучистой энергии нуклеопротеидами. Это приводит к денатурации белка и разрушению живой клетки.

Под влиянием естественного УФ-излучения бактерицидного спектра происходит санация воздушной среды, воды, почвы. Однако наиболее выраженным бактерицидным эффектом обладают лучи с короткой длиной волны (180 – 275 нм), которые до поверхности Земли не доходят.

Бактерицидный эффект УФ-излучения используется с практическими целями: с помощью специальных бактерицидных ламп, дающих поток лучей бактерицидного спектра (как правило, с более короткой длиной волны, чем в естественном солнечном спектре), проводится санация воздушной среды в операционных, микробиологических боксах, помещениях для приготовления стерильных лекарственных средств, сред и т. д. С помощью бактерицидных ламп возможно проведение обеззараживания молока, дрожжей, безалкогольных напитков, что увеличивает сроки хранения этих продуктов и способствует сохранению их свежести.

Бактерицидное действие искусственного УФ-излучения используется также для обеззараживания питьевой воды. При этом органолептические свойства воды не изменяются, в нее не вносятся посторонние химические вещества.

Повышенные дозы УФ приводят к неблагоприятным последствиям, в частности может наблюдаться рост заболеваемости раком кожи (меланомный и немеланомный рак кожи). Ряд особенностей эпидемиологии меланомы указывает на то, что для ее возникновения имеет значение редкое или периодическое облучение кожи, не привычной к солнечному воздействию.

При обширных поражениях кожи под действием УФ может возникнуть Eritema Solarea, сопровождающаяся сильным покраснением и припухлостью, плохим самочувствием, тревожным сном, головными болями, повышением температуры тела, ожогом кожи с краснотой, отеком, пузырями.

Известен фотосенсибилизирующий эффект у лиц, особо чувствительных к воздействию УФ-лучей, имеющих в анамнезе заболевания неясной этиологии (красная волчанка, порфирии) либо контактирующих с токсическими веществами, каменноугольной пылью, лекарственными препаратами.

Избыточное УФ-облучение может быть причиной поражения иммунной системы, неопасных для здоровья расстройств меланоцитов, что сопровождается появлением веснушек, меланоцитных невусов, солнечных лентиго.

УФ-излучение в диапазоне волн выше 320 нм почти не оказывает вредного биологического действия. Однако оно может вызывать флюоресценцию некоторых молекул. Это нашло широкое применение в медицине, поскольку с помощью этих лучей можно обнаружить грибок стригущего лишая и копропорфирины в моче.

В промышленности это излучение применяется в различных методах контроля, рекламе, различных типах биологических проб. Яркость флюоресцирующих материалов всегда невысока, поэтому их следует рассматривать либо при отсутствии видимого света, либо при свете очень малой яркости. Темные УФ-А-лампы иногда используются в дискотеках, чтобы вызывать флюоресценцию кожи и одежды танцующих; для проверки подлинности банкнот и других документов; защиты от насекомых; обнаружения загрязнений пищевых продуктов мочой грызунов, характеризующейся сильной флюоресценцией. Явления флюоресценции используются для идентификации различных грибковых и бактериальных инфекций на коже или в ранах.

Ультрафиолетовая фототерапия – это хорошо показавший себя метод лечения многих состояний кожи: псориаз, зуд, угри, экзема, розовый лишай, крапивница. Фототерапия иногда используется при лечении желтухи новорожденных или гипербилирубинемии. В стоматологии для диагностики некоторых видов поражений зубов: ранние стадии кариеса, попадание тетрациклина в кости и зубы, зубной налет и зубной камень; для лечения каверн и трещин в зубах используется клеящая смола, полимеризация которой происходит под воздействием УФ-А-излучения.