лекция. Лекция №2. Физические свойства воздуха, микроклимат и его влияни. Терморегуляция взаимосочетание процессов теплообразования и теплоотдачи, регулируемых нервноэндокринным путем

• Название: Терморегуляция взаимосочетание процессов теплообразования и теплоотдачи, регулируемых нервноэндокринным путем
• Анкор: лекция
• Дата: 10.04.2023
• Размер: 27.63 Kb.
• Имя файла: Лекция №2. Физические свойства воздуха, микроклимат и его влияни.docx
• Тип: Документы; #1050098

1

Температура воздуха достаточно серьезный фактор окружающей среды. От ее величины зависит целый ряд особенностей существования живых организмов в различных регионах планеты.

Как экологический фактор температура определяет глобальный перенос воздушных масс и энергии на Земле, обеспечивает формирование климатических зон. Особенности температурного режима атмосферы заключаются также в формировании специфических физических состояний, например, температурных инверсий.

Изучение температуры воздуха, с гигиенических позиций, связано в первую очередь с температурой воздуха внутри помещений, то есть с микроклиматом помещений.

Микроклимат производственных и бытовых помещений определяется сочетанием температуры, влажности, скорости движения воздуха, инфракрасного излучения.

Повышенная или пониженная температура воздуха определяет особенности реакций системы терморегуляции. Температура воздуха является основным фактором, из 4-х, формирующих микроклимат. Температура воздуха в большей степени, по сравнению с другими факторами, учитывается при гигиенической оценке микроклимата.

 

Между человеком и окружающей средой постоянно происходит теплообмен. Поддержание тепловой стабильности человека обеспечивается работой системы терморегуляции.

Терморегуляция – взаимосочетание процессов теплообразования и теплоотдачи, регулируемых нервно-эндокринным путем.

Различают регуляцию теплообразования (химическая терморегуляция) и теплоотдачи (физическая терморегуляция).

Эффективность работы системы терморегуляции зависит от адаптационных возможностей организма, особенностей организации и характера питания, физической активности, состояния здоровья, теплоизоляционных свойств одежды и некоторых других факторов.

Согласно современным представлениям о функциональной структуре системы терморегуляции организм человека делится на гомойотермное «ядро» и относительно пойкилотермную «оболочку».

Теплообразование осуществляется в «ядре» терморегуляции. В состав «ядра» входят внутренние органы туловища, головной мозг, верхние трети бедер. Некоторые специалисты к «ядру» причисляют также верхние трети плеч и середину бедер, обосновывая это тем, что данные участки тела имеют значительный объем скелетной мускулатуры.

«Оболочку» составляют ткани поверхностного слоя тела толщиной в 2,5 см. Изменения теплопроводности «оболочки» главным образом определяют постоянство температуры «ядра». Теплоизолирующие свойства «оболочки» зависят от характера тканей и от степени их кровоснабжения.

Постоянство температуры «ядра» обеспечивается главным образом путем изменения кровоснабжения и кровенаполнения тканей «оболочки». Важным показателем реакции системы терморегуляции является температура кожи. Комфортному теплоощущению соответствует разница кожных температур 3-5 ^оС на закрытых одеждой и открытых участках тела.

 

         Наибольший вклад в энергетический обмен вносит сократительная мышечная активность. Теплопродукция печени составляет 12-24 % общей теплопродукции организма. Усиление теплообразования у человека вследствие увеличения энергетического обмена отмечается тогда, когда температура окружающей среды становится ниже допустимой (18-20 ^оС).

         При низких температурах специфической реакцией химической терморегуляции является холодовая мышечная дрожь, при которой внешней работы не совершается и вся энергия сокращения переходит в тепло. Источником дополнительного тепла при охлаждении является также терморегуляторный мышечный тонус – особая не видимая глазу сократительная активность мышц.

         Эффективность повышения теплопродукции зависит от адаптационных возможностей организма, особенностей организации и характера питания, физической активности, состояния здоровья, теплоизоляционных свойств одежды и некоторых других факторов.

 

 

Теплоотдача осуществляется с поверхности «оболочки». Известно 4 пути теплоотдачи:

-         конвекция - отдача тепла менее нагретым слоям воздуха,

-         кондукция - отдача тепла менее нагретым предметам при соприкосновении с ними,

-         излучение - отдача тепла менее нагретым предметам, находящимся на расстоянии, то есть без соприкосновения,

-         испарение - отдача тепла при испарении воды с поверхности кожи и дыхательных путей.

 

Особенности влияния температуры воздуха на работу системы терморегуляции используются при организации закаливания организма.

2

Влажность воздуха может оказывать влияние на функциональное состояние дыхательной и сердечно-сосудистой систем. Повышенная концентрация водяных паров в атмосферном, а соответственно и в альвеолярном воздухе, затрудняет диффузию кислорода. Это является причиной дискомфортных ощущений при дыхании и может приводить к напряженной работе сердечно-сосудистой системы.

Влажный воздух, увеличивая влажность одежды, ухудшает ее теплозащитные свойства за счет увеличения теплопроводности.

Повышенная влажность воздуха неблагоприятно влияет на теплообмен, как при пониженной, так и при повышенной температуре. Это связано с тем, что влажный воздух обладает большей теплоусвояемостью, чем сухой. То есть отбирает большее количество тепла в единицу времени, и, соответственно, ускоряет теплоотдачу. При повышенной температуре и повышенной влажности, затруднена теплоотдача путем испарения. Это еще одна причина ухудшения функционального состояния сердечно-сосудистой системы.

Повышенная влажность воздуха способствует избыточному увлажнению кожных покровов и слизистых оболочек верхних дыхательных путей. Это приводит к изменению рН и снижению их резистентности. Чрезмерно сухой воздух действует неблагоприятно на слизистые верхних дыхательных путей и кожу, способствует их подсушиванию, что также является причиной снижения их резистентности. Как следствие, человек чаще болеет простудными заболеваниями, а также чаще регистрируются пиодермиты.

 

От скорости движения воздуха зависит интенсивность теплоотдачи испарением и конвекцией. Помимо этого, теплоощущения изменяются за счет раздражения терморецепторов и барорецепторов.

Умеренный ветер оказывает бодрящее действие, сильный, продолжительный – угнетает. Летом наиболее благоприятная скорость движения воздуха - 1-5 м/с.

Важное значение имеет воздухообмен помещений, на который также влияет движение воздуха. В гигиенической практике оценивается показатель кратности воздухообмена.

Помимо скорости, подвижность воздуха характеризуется еще и направлением. Направление ветра определяется той частью горизонта, откуда он дует. Направление ветров, преобладающее в данной местности, учитывается при строительстве каких-либо объектов и при планировке населенных мест. Промышленные предприятия, инфекционные больницы и другие объекты, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на окружающую среду и человека, следует размещать с подветренной стороны относительно селитебной территории.

Наветренная сторона определяется по наибольшему количеству дней в году, когда дует ветер с какой-либо стороны света. При определении господствующего направления ветров фиксируются изменения направления ветра в течение определенного периода времени. Чаще всего - в течение года. Результаты наблюдений изображаются в виде графика. Графическое изображение повторяемости ветров имеет специальное название - роза ветров.

 

 

Особенности реакций организма зависят от величин параметров микроклимата.

При гигиенической оценке различают 3 вида микроклимата: оптимальный, допустимый, неблагоприятный.

Оптимальным считается микроклимат, воздействие которого не вызывает напряжения системы терморегуляции.

Воздействие допустимых параметров микроклимата приводит к минимальному и незначительному напряжению системы терморегуляции.

Неблагоприятный микроклимат способствует развитию функционального состояния, характеризующегося сильным и чрезмерным напряжением терморегуляции. Длительное воздействие, а в отдельных случаях и кратковременное интенсивное, может быть причиной патологических изменений.

По гигиеническим характеристикам различают 3 вида неблагоприятного микроклимата: нагревающий, охлаждающий и микроклимат с выраженными колебаниями отдельных параметров (его называют интермиттирующим).

 

При воздействии неблагоприятного микроклимата преобладают реакции, связанные либо с перегреванием организма, либо с переохлаждением его.

При воздействии на организм нагревающего микроклимата реакции системы терморегуляции направлены на снижение теплообразования и увеличение теплоотдачи.

Снижение теплообразования проявляется уменьшением интенсивности обмена веществ, что субъективно может проявляться снижением аппетита.

Действие высокой температуры воздуха на организм нередко вызывает серьезные и стойкие изменения в деятельности сердечно-сосудистой системы.

Под влиянием высокой температуры происходит перераспределение крови за счет увеличения кровенаполнения сосудов кожи и подкожной клетчатки и обеднения кровью внутренних органов. Наблюдается выраженная пульсовая реакция.

Тахикардия при воздействии высокой температуры обусловлена не только повышением температуры крови, действующей на соответствующие центры центральной нервной системы (ЦНС), но и раздражением терморецепторов биологически активными веществами, образующимися при гипертермии и стимулирующими работу сердца.

При постоянном и длительном действии нагревающего микроклимата систолическое и диастолическое артериальное давление крови чаще всего снижается. При значительном же перегревании отмечается повышение систолического и снижение диастолического артериального давления, что связано, видимо, с повышением температуры крови, снижением тонуса стенки периферических сосудов, расширением их и падением периферического сопротивления.

Длительное увеличение частоты сердечных сокращений, падение сосудистого тонуса, ведущее к нарушениям равновесия в распределении крови и к недостаточному кровоснабжению мышцы сердца, сгущение крови приводит к ослаблению функциональной способности сердца.

Выполнение физической работы, даже самой легкой, как, например, ходьба, при воздействии нагревающего микроклимата способствует повышению артериального давления крови.

Немаловажное влияние на функциональное состояние сердечно-сосудистой системы может оказывать нарушение реологических свойств крови. Значительные потери жидкости, при теплоотдаче испарением, приводят к сгущению крови.

Работа в условиях нагревающего микроклимата оказывает влияние на функциональное состояние ряда других органов и систем. В условиях высокой температуры изменяется секреторная активность желудка и поджелудочной железы, угнетается моторика желудка, снижается секреция желчи. Отрицательное влияние на ЦНС проявляется в снижении силы условных рефлексов, ослаблении внимания, ухудшении координации движения, способности к переключению, замедлении реакций, что может быть причиной роста травматизма, снижения работоспособности и производительности труда.

В основе регистрируемых изменений лежат нарушения обмена веществ. Интенсивное потоотделение (до 6-10 л за смену) при работе в условиях воздействия нагревающего микроклимата приводит к обезвоживанию организма, потере минеральных солей и водорастворимых витаминов.

Несмотря на восполнение потери жидкости за счет усиленного питья к концу смены в таких условиях может иметь место отрицательный водный баланс, масса тела уменьшается на 3-4 кг и более. При тяжелой работе в условиях высокой температуры может выделиться с потом до 30-40 г NaCl (всего в организме около 140 г NaCl). При потере хлоридов снижается способность белковых коллоидов к набуханию, следовательно, к удержанию воды. Уменьшается содержание внутриклеточной воды и увеличивается концентрация внеклеточной. Потеря 20 %, то есть 28-30 г NaCl, ведет к прекращению желудочной секреции, дальнейшая потеря NaCl вызывает мышечный спазм, судороги. Кроме NaCl, происходит потеря организмом калия, кальция, магния, меди, цинка, йода и других микроэлементов, что может обусловливать нарушение проводимости сердечной мышцы, проницаемости форменных элементов крови. Потеря водорастворимых витаминов при сильном потоотделении может достигать 15-25 % необходимой суточной потребности, что способствует развитию витаминного дефицита. При высокой температуре воздуха и дефиците воды в организме усиленно расходуются углеводы, жиры, разрушаются белки. При перегревании отмечается усиленный белковый распад, накопление остаточного азота и аммиака в крови, формируется ацидотическое состояние.

Все эти изменения могут предопределять развитие заболеваний.

Повышенная температура воздуха, особенно неблагоприятно воздействует в сочетании с повышенной влажностью и пониженной скоростью движения воздуха. Выраженная гипертермия, сопровождающаяся высокой температурой тела (40-41 ^оС) и тяжелым общим состоянием организма, называется тепловым ударом. Симптомокомплекс поражения сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, почек, а также возможно и нервной системы может быть проявлением хронического перегрева.

Реакции сердечно-сосудистой системы могут переходить в устойчивые патологические состояния преимущественно гипертонического типа. При этом развитие такого заболевания как гипертоническая болезнь, безусловно, вызвано сочетанным действием нагревающего микроклимата и физической нагрузки.

Вследствие потери воды и минеральных веществ, а также водорастворимых витаминов нарушается секреторная активность желудка и поджелудочной железы. Изменение рН желудочного сока связано также с приемом большого количества жидкости. Нарушение режима питания, вследствие отсутствия аппетита, может быть причиной недостаточной обработки пищи в полости рта, то есть на фоне изменения рН желудочного сока и угнетения секреции, слизистая оболочка желудка травмируется еще и плохо пережеванной пищей. Все это приводит к развитию гастрита и язвенной болезни. Можно выделить также симптомокомплекс гастроэнтероколита с хронической диспепсией и стойкой альбуминурией, определяемый специфическим термином «питьевая болезнь».

Частое и обильное потоотделение влечет за собой изменение рН кожи, вследствие повышенной ее смачиваемости и снижения концентрации солей в секрете потовых желез. Результат – снижение резистентности кожных покровов и гнойничковые воспалительные заболевания – пиодермиты.

Потеря жидкости преимущественно путем испарения с поверхности кожи и дыхательных путей приводит к напряженной работе почек. Вследствие этого могут образоваться почечные камни. Хотя, данная патология может быть связана с обменными нарушениями в организме в результате действия таких факторов, как неблагоприятная экологическая обстановка, повышенная жесткость воды, нерациональное питание.

Нарушение обмена веществ, прежде всего витаминного обмена, сказывается на состоянии иммунной системы. Как следствие, развиваются простудные заболевания органов дыхания – острые респираторные заболевания (ОРЗ) зачастую даже при отсутствии таких провоцирующих воздействий как прием холодной жидкости внутрь и сквозняки.

Действие на организм инфракрасного излучения имеет ряд особенностей, одной из которых является способность инфракрасных лучей различной длины волны проникать на различную глубину и поглощаться соответствующими тканями, оказывая тепловое действие. Наиболее показательны в этом плане инфракрасные лучи солнечного спектра. При солнечном ударе наблюдается симптомокомплекс поражения мозговых оболочек и высока вероятность связанных с этим осложнений.

Инфракрасные лучи, оказывая тепловое воздействие на глаза, могут вызвать ряд патологических изменений: конъюнктивиты, помутнение и васкуляризацию роговицы и др. Длительное воздействие (10-20 лет) коротковолнового инфракрасного излучения на глаза может вызвать поражение хрусталика – «инфракрасная катаракта» у сталеваров, прокатчиков, кузнецов, кочегаров, а также «катаракта стеклодувов».

Развитию заболеваний сердечно-сосудистой системы предшествует сосудистая реакция, которая протекает в зависимости от интенсивности и спектрального состава инфракрасного излучения – коротковолновое вызывает расширение сосудов, длинноволновое – сужение.

3

При воздействии охлаждающего микроклимата поддержание состояния тепловой стабильности достигается за счет усиления теплообразования и снижения теплоотдачи.

Усиление теплообразования осуществляется за счет увеличения интенсивности обменных процессов, холодовой мышечной дрожи, сократительной активности мышц.

Снижение теплоотдачи организмом происходит за счет понижения температуры поверхности тела в результате сокращения периферических сосудов (особенно в области кистей и стоп) и перераспределения крови во внутренние органы, способствующего поддержанию постоянной температуры внутренних органов. Сужение периферических сосудов чередуется с неактивным расширением их. Эта физиологическая реакция, именуемая флюктуацией, является компенсаторной, обеспечивающей защиту от переохлаждения. При этом в «оболочку» из «ядра» поступает более теплая кровь, содержащая биологически активные вещества, необходимые для обеспечения обменных процессов в «оболочке».

При воздействии охлаждающего микроклимата со стороны сердечно-сосудистой системы отмечается холодовая гипертензия, обусловленная сужением просвета капиллярной сети. Увеличивается систолическое и диастолическое артериальное давление.

На снижение теплоотдачи направлены также реакции «оболочки». Затруднение потоотделения осуществляется сужением протоков потовых желез. Раздражение холодовых рецепторов приводит к появлению различаемых невооруженным глазом изменений на кожных покровах в виде мелких бугорков – «гусиная кожа». Эта реакция связана с сокращением мышц, поднимающих волос.

Чрезмерные по интенсивности и продолжительности воздействия охлаждающего микроклимата, превышающие компенсаторно-приспособительные возможности организма, являются причиной патологии.

Воздействие охлаждающего микроклимата может приводить, прежде всего, к отморожению при локальном воздействии, и гипотермии при общем охлаждении. Поражение периферической нервной системы, по типу вегетативных полиневритов и холодовых нейроваскулитов, в выраженных случаях, может переходить в такие заболевания как облитерирующий эндартериит, облитерирующий атеросклероз, облитерирующий тромбангиит, болезнь Рейно. Возможны воспалительные заболевания - невриты, а также радикулопатии.

Холодовая гипертензия со временем может быть причиной заболеваний сердечно-сосудистой системы. Помимо развития гипертонической болезни, возможен ревматизм.

Переохлаждение способствует также формированию различных воспалительных заболеваний внутренних органов (например, таких как цистит, пиелонефрит и пр.). Весьма вероятны артриты, миозиты. Наиболее распространены, конечно же, заболевания органов дыхания простудной этиологии (ОРЗ, бронхиты, пневмонии). Также необходимо отметить, что при пониженной температуре воздуха могут развиваться аллергические реакции, прежде всего кожные, за счет образования в этих условиях гистаминоподобных веществ.

4

Одним из физических факторов воздушной среды является атмосферное давление. Это погодообразующий фактор. При повышенном атмосферном давлении погода ясная. При этом в зимнее время наблюдается похолодание, в летнее – жаркая погода. Понижение атмосферного давления зимой несет оттепель, а летом понижение температуры воздуха. Атмосферные осадки, как правило, наблюдаются в период понижения атмосферного давления. Изменения атмосферного давления определяют реакции, в первую очередь ЦНС и сердечно-сосудистой системы.

 

За более чем 200-летнюю историю изучения ионов воздуха проблема аэроионизации не утратила актуальности и сегодня. Значение этого фактора до сих пор оспаривается. Причин тому много, но главная – в значительной противоречивости данных полученных разными научными школами и отдельными исследователями, что определяется, прежде всего, несовершенством измерительной техники.

Ионизация воздуха формируется при отделении электронов от молекул воздуха под влиянием космических лучей, ионизирующего излучения почвы и других факторов.

При оценке аэроионизации как фактора окружающей среды необходимо учитывать подвижность ионов (легкие, тяжелые), общую концентрацию, величину абсолютного преобладания ионов того или иного знака заряда, а также динамичность аэроионных режимов.

Изменения аэроионного режима помещений могут иметь место либо при увеличении концентрации положительных и снижении концентрации отрицательных ионов, либо при нарушении баланса между положительными, отрицательными и нейтрально заряженными частицами.

Аэроионизация является небезразличной для организма человека. Умеренно повышенная ионизация воздуха (до 2-3×10³ легких ионов в 1 мл) оказывает благоприятное, нормализующее действие на организм, тогда как более высокие концентрации (более 5×10⁴ в 1 мл) приводят к неблагоприятным биологическим эффектам.

Физиологический механизм действия ионизированного воздуха объясняется электрообменом в легочной ткани и нейрорефлекторными реакциями на раздражение аэроионами рецепторов кожи и слизистых оболочек.

Реакции организма связаны с ухудшением функционального состояния ЦНС и сердечно-сосудистой системы. Возможность развития какого-либо специфического заболевания при изменении ионного состава воздуха не подтверждена. Однако, напряженное функционирование нервной и сердечно-сосудистой систем формирует необходимый патофизиологический фон для целого ряда заболеваний.

 

Факторы, влияющие на аэроионный режим непроизводственных помещений:

-         Пыль и другие аэрозоли.

-         Курение. В задымленной комнате происходит настолько интенсивный захват ионов частицами дыма, что время жизни легких ионов составляет доли секунды; в то же время концентрация тяжелых ионов будет крайне высока.

-         Скопление людей. Это основной фактор, который очень быстро снижает число легких ионов до 0. Причин здесь несколько. Во-первых, люди просто поглощают ионы, вдыхая их и контактируя с ними кожными покровами. Во-вторых, при выдохе одного человека в среднем выбрасывается в окружающее пространство несколько сотен миллионов ядер конденсации в виде пара (частиц воды), что провоцирует образование дополнительного количества тяжелых ионов.

-         Объем помещения. Малая кубатура помещения всегда сопряжена с недостатком легких ионов и избытком тяжелых. В малом объеме воздуха время жизни легких ионов существенно меньше, чем в больших объемах. Ограниченный объем воздуха при движении человека перемешивается более интенсивно, что приводит к поддержанию постоянно высокого уровня взвешенной пыли. Кроме того, наличие людей в комнате малого объема приводит к быстрому поглощению ими легких ионов и к накоплению в воздухе продуктов жизнедеятельности человека, являющихся ядрами конденсации для образования тяжелых ионов.

-         Радиационный фон. Повышенный радиационный фон помещения провоцирует усиленную ионизацию воздуха, что должно поддерживать на достаточно высоком уровне (и постоянно) число легких ионов в условиях низкой запыленности воздуха. Обнаружение в помещении аномально высокого уровня аэроионов может свидетельствовать о присутствии в этом помещении каких-либо источников ионизирующего излучения.

-         Использование нагревательных приборов с открытой нитью накаливания, электроплит, и особенно газовых плит, бензиновых примусов, керосиновых ламп способствует очень быстрому уничтожению легких ионов, превращая их в тяжелые.

-         Температура и влажность воздуха. Любое нагревание воздуха приводит к его высушиванию. Пыль в этом случае находится во взвешенном состоянии, представляя собой огромное количество ядер конденсации для образования тяжелых ионов и аэрозолей.               Избыток влажности воздуха тоже неблагоприятен, – ядрами конденсации становятся микрокапли воды, образующие аэрозоли. В случае 100 % влажности воздуха в помещении заведомо будут отсутствовать легкие ионы.

-         Подвижность воздуха. Любое движение воздуха в помещении изменяет картину распределения концентрации аэроионов. При этом движение воздуха не влияет на время жизни ионов.

-         Электромагнитные поля. Легкие ионы, как наиболее подвижные, будут перемещаться по силовым линиям полей, стремясь к противоположно заряженным поверхностям, где будет происходить их нейтрализация. Работающее электрооборудование практически исключает присутствие легких отрицательных аэроионов в помещении.

-         Вентиляция, кондиционирование. Вентиляция подвергает воздух многоплановой обработке – фильтрации, подогреву, увлажнению, что приводит к потере воздухом ионов, которые адсорбируются на поверхностях вентиляционных установок. Такой воздух в США еще в 1920-х гг. приобрел название cooced (вареный) или canned (консервированный), то есть лишенный жизненных свойств, мертвый. Воздух, подвергаясь жесткой обработке в системах очистки, теряет легкие кислородные ионы, но приобретает определенное количество окислов азота и озона (при прохождении калорифера) и псевдоионов водяных паров в камерах орошения за счет электризации.

-         Наличие или отсутствие комнатных растений. В помещениях, где имеются растения, аэроионный режим обычно оценивают как более благоприятный для человека.

 

Существенной качественной особенностью воздуха в зоне зеленых насаждений, является насыщенность его ионами, несущими отрицательный заряд, в чем и проявляется благотворное влияние растительности на состояние человеческого организма. Для более ясного представления о возможности растений обогащать воздух отрицательными легкими ионами можно привести следующие данные: число легких ионов в 1 см³ воздуха над лесами составляет 2000-3000, в городском парке - 800, в промышленном районе - 200-400, в закрытом многолюдном помещении - 25-100.

По данным ряда исследований ионизация лесного воздуха в 2-3 раза выше по сравнению с морским и в 5-10 раз - с воздухом атмосферы городов. Поэтому леса, образующие зеленый пояс вокруг городов, оказывают значительное благотворное влияние на оздоровление городской среды, в частности обогащают воздушный бассейн легкими ионами.

На ионизацию воздуха влияет как степень озеленения, так и породный состав растений. Лучшими ионизаторами воздуха являются смешанные хвойно-лиственные насаждения. Сосновые насаждения только в зрелом возрасте оказывают благоприятное воздействие на его ионизацию, так как вследствие выделяемых молодыми сосняками паров скипидара концентрация легких ионов в атмосфере снижается.