5. Природный химический состав воздуха и его гигиеническое значение.

Природный химический состав атмосферного воздуха, как известно, на 20,95% представлен кислородом, 78 % - азотом, 0,03-0,04% - углекислым газом. Лишь 1% приходится на долю вместе взятых инертных газов, озона, метана, закиси азота, йода и водяных паров. Каждый из химических компонентов атмосферы играет свою роль в жизнедеятельности организма. Кислород необходим для дыхания человека и животных, протекания различных процессов окисления, горения. Уровень его в атмосферном воздухе практически стабилен за счет постоянного восполнения убыли кислородом, образующимся в процессах фотосинтеза растений. Лишь с подъемом на высоту парциальное давление кислорода снижается, вызывая развитие гипоксии. Снижение концентрации кислорода до 11-13% приводит к развитию выраженной кислородной недостаточности, а при концентрации 7-8% наступает смерть.

Азот относится к индифферентным газам. Он не усваивается напрямую организмом человека и животных, но поступает в него опосредованно через растения, в которые попадает в виде нитратов, образовавшихся в процессе ассимиляции его и превращений, осуществляемых почвенными бактериями. В результате разложения органических соединений, горения древесины, угля и нефти вновь образуется свободный азот, поступающий в атмосферу.

Азот воздуха в обычных условиях играет роль разбавителя кислорода. Дыхание чистым кислородом губительно для человека, так как, являясь сильным окислителем, он оказывает выраженное токсическое действие, вызывает ожоги слизистых дыхательных путей и отек легких, что приводит к летальному исходу. При поступлении в организм азота под повышенным давлением наблюдается наркотическое действие. Повышение содержания азота в воздухе до 93% приводит к смерти вследствие гипоксии, развивающейся из-за снижения парциального давления кислорода.

Углекислый газ в естественных условиях поступает в воздух при дыхании человека и животных, в результате процессов гниения, брожения, горения, выделения с поверхности морей и океанов и др. Поддержание относительно постоянной концентрации углекислого газа обеспечивается параллельно протекающими процессами поглощения его растениями в процессе фотосинтеза, вымыванием осадками, растворением в воде морей и океанов, отложением в виде минеральных соединений.

Углекислота является одним из конечных продуктов, образующихся в процессах метаболизма в человеческом организме. Поступающий из тканей в кровь углекислый газ оказывает стимулирующее воздействие на дыхательный центр как непосредственно, так и в связи с изменением рН крови. При повышении парциального давления углекислоты в крови увеличивается сродство кислорода к гемоглобину. Однако при вдыхании воздуха, содержащего углекислый газ в больших концентрациях, выделение его организмом нарушается и развивается тканевая аноксия. Так, повышение концентрации углекислоты в воздухе до 4% сопровождается появлением головных болей, сердцебиения, повышением артериального давления, развитием психического возбуждения, а концентрация 8-10% является смертельной. Накопление углекислого газа в воздухе в таких концентрациях возможно в замкнутых пространствах, колодцах, сточных канавах.

При пребывании людей в жилых и общественных помещениях также происходит накопление углекислого газа, но в концентрациях, намного меньших, за счет выделения его при дыхании. В редких случаях содержание его достигает 0,5-1%. Однако даже некоторое, не являющееся токсическим, повышение концентрации углекислого газа в воздухе вызывает дискомфорт у человека, находящегося в помещении. Это связано с тем, что параллельно с углекислым газом в воздух выделяются и токсичные продукты метаболизма человеческого организма (индол, сероводород, аммиак, меркаптан и др.), а также уменьшается количество легких и увеличивается количество тяжелых ионов, повышается содержание пыли и микроорганизмов, ухудшается температурно-влажностный режим помещения. Так как изменения концентрации углекислого газа и других показателей качества воздушной среды нарастают синхронно, а определение углекислого газа отличается простотой, степень чистоты воздуха в общественных и жилых помещениях еще М.Петтенкофером и К.Флюгге было предложено определять по уровню углекислого газа в помещении. Содержание диоксида углерода в воздухе в воздухе жилых помещений и общественных учреждений не должно превышать 0,1%, а в лечебных учреждениях – 0,07%.

В небольшом количестве в атмосферном воздухе находится озон, представляющий собой трехатомные молекулы кислорода и являющийся сильным окислителем. Стратосферный озоновый слой, где сосредоточена основная масса озона, защищает людей и живую природу от коротковолнового ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучений, входящих в спектр солнечной радиации. В тропосфере концентрации озона обычно не превышают 30мкг/м³. Озон образуется под влиянием ультрафиолетовой радиации, при электрических разрядах во время грозы, испарении больших масс воды. В тропосферу он поступает также в результате движения воздушных масс и из стратосферы.

Виду высоких окислительных свойств озон, взаимодействуя с малейшими примесями, поступающими в воздух, распадается. Поэтому он практически не обнаруживается при значительной запыленности воздуха, а также в воздухе закрытых помещений. Зато повышенным содержанием озона отличаются мало загрязненные населенные места, высокогорье, берега водоемов, леса, особенно сосновые боры. В связи с этим раньше наличие озона в воздухе расценивали как показатель чистоты воздуха. Однако оказалось, что озон может образовываться и в результате фотохимических реакций при сильном загрязнении воздуха, и в такой ситуации повышенные его концентрации рассматриваются уже не как показатель чистоты воздуха, а как показатель его загрязнения. Озон в повышенных концентрациях (0,005мг/л и более) оказывает раздражающее действие на слизистые оболочки дыхательных путей и глаз, приводит к развитию воспалительных процессов в бронхолегочной ткани, может провоцировать развитие бронхоспатических реакций.

Инертные газы (аргон, неон, гелий, криптон, радон и др.) химически индифферентны. Лишь при значительном повышении их парциального давления, которого в природных условиях обычно не бывает, возможно проявление наркотического действия. Часть инертных газов является естественно радиоактивной – радон, актинон, торон. Ими обусловливается естественная радиоактивность атмосферы. При воздействии на организм человека повышенных концентраций этих газов возможно развитие различных радиационных эффектов.