Гігієнічне значення фізичних властивостей повітря

Основні фізичні властивості повітря: температура, вологість, швидкість руху, барометричний тиск. Саме температура, вологість і швидкість руху впливають на тепловий баланс організму, значною мірою визначаючи його теплообмін з навколишнім середовищем (випаровування вологи при диханні, тепловіддачі, конвекції). Тепловіддача відбувається при зіткненні людини з поверхнями, що мають нижчу порівняно з шкірою людини температуру (стіною приміщення, захисною огорожею), конвекційна — при нагріванні повітряних мас, дотичних з поверхнею шкіри людини.

Температура повітря. Це фізичний чинник навколишнього середовища, що постійно діє на людину. Основним джерелом тепла на Землі служить теплове сонячне випромінювання, в результаті якого розігрівається грунт, який, у свою чергу, нагріває прилеглі до неї шари повітря.

Температура повітря залежить головним чином від кількості сонячної енергії (добового і річного), широти і висоти місцевості над рівнем морить, віддаленості від Морея і океанів, наявності рослинності.

Температура повітря випробовує добові і річні коливання. Наприклад, найнижчий добовий показник передує сходу сонця або співпадає з ним за часом, а найвищий спостерігається в період від 13 до 15 ч.

Основне гігієнічне значення температури повітря полягає в її впливі на тепловий обмін організму з навколишнім середовищем: висока температура утрудняє віддачу тепла, низька, навпаки, підвищує її.

Людина може пристосуватися до умов зовнішнього середовища, переносячи навіть значні коливання температури повітря, що забезпечується складними терморегуляторними механізмами. У їх основі здатність організму людини змінювати об'єм тепла і інтенсивність його вироблення (різна інтенсивність окислювально-відновних процесів, що забезпечують виділення енергії і теплопродукции) і тепловіддача в зовнішнє середовище (зміна діаметру периферичних судин шкіри, переміщення крові в глибоколежачі тканини і внутрішні органи).

Якщо людина знаходиться в умовах низької температури, у нього посилюється теплопродукция і зменшується діаметр периферичних судин шкіри, посилюється притока крові до глибоких тканин і внутрішніх органів. При підвищеній температурі у людини знижуються рівень і інтенсивність теплопродукции і збільшується діаметр периферичних судин шкіри, знижується притока крові до глибоких тканин і внутрішніх органів. У обох випадках зберігається оптимальний тепловий баланс організму і навколишнього середовища.

У основі фізичної терморегуляції теплового балансу організму лежать різні механізми тепловіддачі. Основні з них:

випромінювання тепла з поверхні тіла до холодніших навколишніх предметів;

конвекція - нагрівання повітря, прилеглого до поверхні тіла людини;

випаровування вологи з шкіри і слизистих оболонок дихальних шляхів.

В стані спокою і теплового комфорту теплові втрати конвекцією складають в середньому 15,3%, випромінюванням — 55,6 і випаровуванням - 29,1 %. В умовах високих або низьких температур повітря або під час інтенсивної фізичної роботи ці величини значно змінюються.

Проте можливості механізмів терморегуляції далеко не безмежні. При тривалому знаходженні в несприятливих температурних умовах (висока або низька температура повітря) може наступити зірвавши адаптації механізмів терморегуляції, що супроводжується порушенням теплового балансу організму і середовища. У свою чергу, це може привести до функціональних (перегрівання або переохолодження, тепловий удар) або глибоких патологічних порушень.

При тривалому перебуванні людини в умовах високої температури підвищуються температура тіла, ЧСС змінюється, підвищується або знижується артеріальний тиск, порушуються обмінні процеси, особливо водно-сольовий, функціональний стан органів шлунково-кишкового тракту. Одночасно значно знижується розумова і фізична працездатність. Наприклад, працездатність людини при температурі повітря +24° Із знижується на 15% в порівнянні з її рівнем в комфортних умовах, а при температурі +28 °С - вже на 30%.

У цих же умовах виконання фізичних вправ, що викликають збільшення теплопродукции, порушення теплового балансу, що приводить до перегрівання, розвиваються значно швидше. При виконанні фізичних вправ в особливо несприятливих метеорологічних умовах (висока температура і вологість, низька швидкість руху повітря) може наступити значне перегрівання (тепловий удар). В стані спокою теплова рівновага при нормальній вологості повітря зберігається при температурі повітря +20...+25°С. Під час фізичної роботи легкої або середньої тяжкості для забезпечення оптимального теплового балансу необхідна температура повітря +10...+15°С, а при важкій фізичній роботі +5...+10°С.

Виконання фізичних вправ в умовах високої температури повітря приводить до порушення функціонального стану центральної нервової системи тих, що займаються: погіршуються концентрація і стійкість уваги; порушується зрительно-моторная координація, знижується швидкість простій і дифференцировочной зрительно-моторной реакції; рухливість основних нервових процесів в корі головного мозку. Ці зміни сприяють підвищенню рівня спортивного травматизму.

В умовах жаркого клімату знижується імунобіологічна реактивність організму людини, що призводить до зниження його опірності різним інфекційним захворюванням.

Тривалу дію щодо низьких температур повітря або короткочасні дії особливо низьких температур викликають значні порушення функціонального стану. Наприклад, переохолодження ніг може одночасно супроводжуватися і зниженням температури слизистої оболонки верхніх дихальних шляхів. Це часто приводить до виникнення різних простудних захворювань або загострення хронічних захворювань (м'язів і зв'язково-суглобового апарату; ревматизму; радикуліту і ін.). В результаті постійного охолоджування організму знижується рівень неспецифічної імунобіологічної реактивності організму, підвищується частота виникнення простудних і інфекційних захворювань.

Фізичні вправи при знижених температурах викликають погіршення еластичності і скоротливої здатності м'язів і зв'язок, що є одній з причин травматичних пошкоджень опорно-рухового апарату.

Різке місцеве охолоджування поверхневих тканин здатне викликати обмороження. Основні засоби профілактики переохолодження організму: оптимальний режим праці і відпочинку; раціональне харчування; раціональний одяг. Крім того, що зігріває дію надають і активні інтенсивні рухи. Підвищити стійкість організму до холоду можна за допомогою гартування.

Ефективними засобами фізичної культури, що володіють вираженим гартуючим ефектом, є заняття зимовими видами спорту, цілорічні учбово-тренувальні заняття на відкритому повітрі в полегшеному одязі.

Для житлових приміщень при нормальній вологості повітря оптимальна температура +18°С. Якщо вона вища +24...+25°С і нижче +14... +15 ° Із за тих же умов, може порушитися тепловий баланс. Тому вона вважається гігієнічно несприятливою.

Для спортивних залів гігієнічна норма — температура +15 °С. Проте вона повинна диференціюватися залежно від виду спортивної діяльності, «моторної» щільності уроків фізичної культури, інтенсивності їх проведення і ступеня тренованості тих, що займаються. Так, для гімнастів-новачків оптимальні +17 °С, а для добре тренованих спортсменів +14...+15°С, у залах для спортивних игр+14...+16 °С, для боротьби +16...+18°С, у закритих легкоатлетичних манежах +15... +17 °С, на відкритому повітрі +18...+20° З (при нормальній відносній вологості і швидкості руху повітря 1,5 м/с).

Для ходьби на лижах гігієнічно оптимальна температура повітря від -5 до -15 °С, а в тиху суху погоду вона може бути нижчою; для зимового тренування бігунів на короткі дистанції —22... —25 °С при швидкості руху повітря не більше 5 м/с, марафонців —18° С.

Вологість повітря. Разом з іншими гігієнічними чинниками (температура і швидкість руху повітря) вологість повітря надає могутній вплив на теплообмін організму з навколишнім середовищем.

Під вологістю повітря розуміється зміст водяної пари (г) в 1 м3 повітря.

Основні показники вологості повітря:

абсолютна вологість — абсолютна кількість водяної пари, що знаходиться в 1 м3 повітря в конкретний час при конкретній температурі;

максимальна вологість — кількість водяної пари, що забезпечує повне насиченні 1 м3 повітря вологою при конкретній температурі повітря;

відносна вологість — відношення абсолютної вологості повітря до максимальної (%);

дефіцит насичення — різниця між максимальною і абсолютною вологістю повітря.

Найбільше гігієнічне значення має відносна вологість повітря: чим вона нижча, тим менше повітря насичене водяними парами і тим інтенсивніше випаровується піт з поверхні тіла, що підсилює тепловіддачу.

При високій температурі повітря (+30... +35 ° С) основний шлях віддачі тепла організмом в зовнішнє середовище — випаровування. У таких умовах тепловіддача за допомогою конвекції і випромінювання значно понижена із-за неістотної різниці температури тіла і нагрітих повітрям навколишніх предметів. Через це погіршується загальне самопочуття, знижується працездатність, особливо під час занять фізичними вправами, що підсилюють теплоутворення.

При низькій температурі і високій вологості повітря тепловіддача в зовнішнє середовище посилюється завдяки більшій теплопровідності вологого повітря в порівнянні з сухим. Одночасно зростає теплопровідність одягу із-за підвищеної вологості повітря в під одежному просторі.

Нормальною відносною вологістю повітря в приміщеннях прийнято вважати 30—60%. При фізичній роботі ця величина не повинна перевищувати 30—40%, а при вищій температурі (+25 °С) - 20-25%.

Рух повітря. Повітря майже завжди знаходиться в русі із-за нерівномірного його нагрівання. І цей рух характеризується двома показниками: напрямом і швидкістю. Напрям руху повітря залежить від того, з якого боку світла дме вітер, і позначається румбами — початковими буквами сторін світла: північ (С), південь (Ю), схід (В), захід (3). Існують ще і проміжні румби. Таким чином, весь горизонт ділиться на вісім румбів: північ, північний схід, схід, південний схід, південь, південний захід, захід, північний захід.

Для гігієнічно раціонального розміщення спортивних споруд, що будуються, важливо враховувати переважаючий в даній місцевості напрям вітру. Спортивні споруди необхідно розташовувати з навітряного боку по відношенню до основних джерел забруднення повітря (промисловим підприємствам, сільськогосподарським об'єктам, очисним спорудам, жвавим автомобільним і залізничним магістралям і тому подібне).

Для визначення переважаючого напряму руху вітру в конкретній місцевості застосовується роза вітрів, графічне зображення частоти (повторюваності протягом року) напряму руху вітрів по румбах.

Роза вітрів будується таким чином: на схему наносяться основні і проміжні румби, визначається центр їх перетину. По лініях румбів відкладаються відрізки, довжина яких відповідає числу днів з однаковим напрямом вітру; кінці відрізань з'єднуються прямими лініями. Штиль зображається колом в центрі рози вітрів; радіус кола відповідає числу безвітряних днів.

Швидкість руху повітря. Вона визначається відстанню (у метрах), прохідною масою повітря в одиницю часу (за 1 з). Гігієнічне значення руху повітря полягає в його впливі на тепловий баланс організму. Рух повітря визначає рівень тепловіддачі шляхом конвекції (холодніші маси повітря видаляють з поверхні тіла нагріті його шари) і випаровування.

Найбільший ефект, що охолоджує, виникає при високій відносній вологості і низькій температурі повітря. Якщо ж відносна вологість повітря висока і його температура перевищує температуру тіла, з'являється нагріваючий ефект. При невеликій відносній вологості рухоме повітря охлаждающе діє на організм за рахунок посилення випаровування.

Вітер, чинячи певний тиск на поверхню тіла, утрудняє пересування людини. Це приводить до додаткової витрати енергії і зниження продуктивності фізичної роботи. Наприклад, сильний зустрічний вітер уповільнює швидкість руху на марші на 20—25%. Окрім цього сильний вітер утрудняє дихання, порушуючи його ритм, і збільшує навантаження на дихальні м'язи, що обумовлене необхідністю подолання опору тиску зустрічного вітру при видиху. При сильному вітрі, направленому в спину, декілька важко вдих унаслідок деякої розрядки повітря. В процесі діяльності тренувального змагання все це може привести до зниження спортивних результатів.

Найбільш сприятливою швидкістю руху повітря в літній час вважається 1-4 м/с, а при заняттях спортом в жаркі дні — 2—3 м/с.

У спортивних залах допустима швидкість руху повітря до 0,5 м/с, в залах для боротьби і настільного тенісу вона не повинна перевищувати 0,25 м/с, в залах з ваннами в критих басейнах — 0,2 м/с. У душових, роздягальних і масажних приміщеннях вона повинна бути не більше 0,15 м/с.

Атмосферний тиск. Повітря, володіючи масою і вагою, надає певний тиск на поверхню Землі і предмети, що знаходяться на ній, і живі істоти, зване атмосферним, або барометричним.

Атмосферне, або барометричне, тиск на поверхні земної кулі непостійно і нерівномірно. Величина його залежить від географічних умов, пори року і доби і різних атмосферних явищ. З висотою тиск падає, області високого тиску співпадають з низькими температурними умовами.

Нормальний тиск. Нормальним атмосферним тиском прийнято вважати тиск, рівний 1 атмосфері (такий тиск, який врівноважує стовп ртуті заввишки 760 мм при температурі 0°С на рівні моря і широті 45°). За цих умов атмосфера тисне на 1 см2 поверхні землі з силою, рівною 1 кг

Незначні коливання атмосферного тиску здоровими людьми не відчуваються, а у осіб, що мають різні відхилення в стані здоров'я, погіршується самопочуття і можуть загострюватися захворювання.

Знижений тиск. Із збільшенням висоти атмосферний тиск поступово падає, одночасно знижується парціальний тиск кисню. У міру його падіння зменшується насиченість гемоглобіну киснем і погіршується постачання організму киснем. На невеликих висотах (1,5-3,5 км.) киснева недостатність компенсується посиленням легеневої вентиляції, серцевій діяльності, підвищенням продукції еритроцитів і ін. На висоті більше 4 км. ця компенсація стає недостатньою і розвивається гіпоксія. Дія зниженого тиску виявляється у вигляді так званої гірської хвороби: з'являються задишка, серцебиття, синить і блідість шкірних покривів і слизистих оболонок, м'язова слабкість, запаморочення, нудота, блювота. Найперші ознаки гірської хвороби: порушення з боку центральної нервової системи (погіршення пам'яті, уваги), погіршення функціонального стану рухового аналізатора (порушення координації рухів).

В процесі поступової адаптації до зниженого атмосферного тиску в організмі формується комплекс компенсаторно-пристосовних реакцій (зростання числа еритроцитів, підвищення рівня гемоглобіну, зміна окислювальних процесів в організмі). Ці реакції забезпечують збереження нормальної життєдіяльності людини в таких умовах. Основний засіб профілактики гірської хвороби — попереднє тренування в гірських умовах або в барокамері.

Підвищений тиск. Підвищеним вважається атмосферний тиск, що перевищує 760 мм рт. ст. Це основний гігієнічний чинник в деяких видах професійної діяльності, наприклад при підводних роботах, на підводних човнах.

Підвищений тиск приводить до виникнення відчуття здавлення, болю у вухах, утруднення видиху, збільшення ЧСС. Зростання парціального тиску кисню і змісту азоту, спостережуваний при підвищеному тиску, може надавати і отруйливу дію на організм людини.

Іонізація повітря. Це розпад газових молекул і атомів на окремі іони під впливом різних іонізаторів. В результаті виникають легкі (негативно заряджені, негативні) і важкі (позитивно заряджені, позитивні) аероіони.

Кількість іонів в повітрі непостійно, оскільки одночасно з іоноутворенням відбувається зворотний процес: втрата іонів унаслідок возз'єднання позитивних і негативних іонів, адсорбції іонів на різних поверхнях (дихальні шляхи, поверхня тіла, одяг і ін.) і осідання на різних частинках, зважених в повітрі (пил, дим, тумани і тому подібне).

Легкі аероіони, що осідають, перетворюються на важкі іони, що відрізняються великим розміром і малою рухливістю. Це має важливе гігієнічне значення: у забрудненому повітрі легких іонів завжди значно менше, ніж в чистому, а важких, навпаки, більше. Наприклад, в сільських місцевостях число легких іонів в повітрі досягає 1000 в 1 см3 повітря, тоді як в промислових містах із забрудненою атмосферою їх кількість знижується в 10 разів. Кількість легких іонів в погано вентильованих приміщеннях різко знижується.

Ступінь і характер іонізації повітря служать гігієнічним критерієм якості повітряного середовища.

Від характеру іонізації повітря залежать багато фізіологічних функцій організму. Помірно підвищені концентрації легких іонів (3000-5000 в 1 см3 повітря) сприятливо впливають на самопочуття і стан здоров'я людини. При значному переважанні позитивних іонів виникає головний біль, погіршується самопочуття, підвищується артеріальний тиск. Під впливом курсу негативних аероіонів поліпшується загальне самопочуття, сон, апетит, оптимізується вітамінний і мінеральний обмін, підвищується стійкість організму до холоду, а також фізична працездатність.