Альвеолярна вентиляцій

Роботу дихальних м’язів, що здійснюють вдих, спрямовано на подолання:

• o усіх видів опору;
• o сил гравітації, що перешкоджають підйому грудної клітки й плечового пояса під час вдиху.

Потрібно враховувати важливість подолання аеродинамічного опору. Річ у тім, що цей опір збільшується як при звуженні повітроносних шляхів, так і при підвищенні швидкості вентиляції легенів. Наприклад, набряклість слизової оболонки, що виникає навіть під час короткочасного вдихання диму сигарети, упродовж найближчих 20-30 хв. підвищує опір дихання у 2-3 рази. Ще більше зростає опір руху повітря при звуженні бронхів, наприклад, при бронхіальній астмі. Унаслідок цього у хворого для виконання навіть спокійного дихання мають підключатися допоміжні м’язи. Збільшення швидкості руху повітря під час форсованого дихання призводить до суттєвого росту турбулентних завихрень і підвищення опору без зміни просвіту дихальних шляхів. Це може настільки погіршити роботу дихальних м’язів, що для зниження аеродинамічного опору при форсованому диханні людина мимоволі переходить на дихання через рот, що знижує аеродинамічний опір на 30-40 %.

Передача впливу зміни об’єму грудної клітки на легені

Грудна клітка зсередини вкрита парієтальним листком плеври, а легені ззовні-її вісцеральним листком. Між ними існує найтонша плевральна щілина, заповнена рідиною, що виконує функцію “змащення”. Унаслідок цього легені вільно сковзають одна відносно одної. При цьому створюється зчеплення легенів зі стінкою грудної клітки, що при збільшенні розмірів грудної порожнини змушує легені переміщатись без деформації за грудною кліткою. Зрощення обох листків плеври (наприклад після плевриту) різко погіршує умови вентиляції відповідних відділів легенів.

Еластичні елементи легенів і сили поверхневого натягу зумовлюють виникнення внутрішньолегеневого напруження. Сумарну величину дії цих сил можна виміряти за допомогою введення канюлі манометра між листками плеври. Цей показник називають внутрішньоплевральним тиском. Величина його змінюється залежно від фаз дихальних рухів, зростаючи при розтягненні легенів під час вдиху. У разі спокійного видиху внутрішньоплевральний тиск нижчий від атмосферного на 5 см вод. ст. (0,3-0,5 кПа; мал. 78). На висоті спокійного вдиху він знижується до -7,5 см вод. ст., а в разі глибокого вдиху досягає ще нижчого рівня (-10. -12 см вод. ст.). Під час глибокого видиху “негативність” внутрішньоплеврального тиску знижується. Унаслідок цього інтенсивніше дихання змінює і величину напруження в легеневій тканині.

У разі надходження повітря в плевральну порожнину і порушення герметичності (при ушкодженні цілісності грудної клітки або легенів) внутрішньоплевральний тиск щезне. Тому еластичне напруження легенів зумовить їхнє спадання. Таку ситуацію називають пневмотораксом. У разі пневмотораксу легені вже неспроможні переміщатись за рухом грудної клітки й дихання унеможливлюється.

Мал. 78. Змінення внутрішньоплеврального тиску (Рпл) під час зміни фаз дихання: 1 – внутрішньолегеневий тиск; 2 – внутрішньоплевральний тиск; З – плевральна порожнина; 4 – ребро; 5 – пристінкова плевра; б – нутрощева плевра; 7-легені; 8 – вдих; 9 – видих

Механізм вдиху і видиху

Перед черговим вдиханням повітря в легенях перебуває піл тиском, що дорівнює зовнішньому атмосферному, а внутрішньоплевральний тиск нижчий від атмосферного на 0,3-0,5 кПа. Послідовність процесів, що забезпечують вдих, така: скорочення інспіраторних м’язів приводить до збільшення розмірів грудної порожнини в усіх напрямках (див. мал. 76). Унаслідок цього “негативність” внутрішньоплеврального тиску росте і легені переміщуються за грудною кліткою, що збільшується в розмірах. При розтягненні легенів повітря, що міститься в них, розподіляється тепер у більшому об’ємі. Це зумовлює зменшення в них тиску. Унаслідок виникнення градієнта тиску при відкритих дихальних шляхах повітря засмоктується в легені, і тиск у них знову вирівнюється з атмосферним. З поглибленням вдиху при розтягненні легень росте еластичний опір, тому їх розтягнення потребує більшої сили для подолання внутрішньоплеврального тиску.

Робота інспіраторних м’язів витрачається не лише на подолання аеродинамічного опору повітря. Частина енергії спрямовується на подолання еластичного й нееластичного опору тканин внутрішніх органів, черевної і грудної стінки, а також гравітаційних сил, що протидіють підняттю плечового пояса й грудної клітки. Фактично ця частина енергії інспіраторних м’язів переходить у потенційну енергію. І після того як інспіраторні м’язи перестають скорочуватися, припасена потенційна енергія забезпечує виконання видиху. При цьому ребра й плечовий пояс опускаються, а діафрагма піднімається. У результаті “негативність” внутрішньоплеврального тиску зменшується. Еластичний і поверхневий натяги розтягнутих перед цим легенів уже не врівноважуються внутрішньоплевральним тиском, і легені починають спадатися. Тиск у них стає вищим від атмосферного, і повітря виштовхується через повітроносні шляхи. Таким чином, видих здійснюється пасивно.

Виконання глибокого вдиху потребує інтенсивнішого розширення грудної порожнини. Звичайно, що глибший вдих, то більше м’язів маг скорочуватися: підключаються м’язи внутрішні міжреброві, м’язи -піднімачі ребер, усієї грудної клітки. За найінтенсивнішого вдиху скорочуються навіть м’язи розгиначі хребта. При цьому “негативність” внутрішньоплеврального тиску зростає швидше й стає більш вираженою. Легені розтягуються з більшою швидкістю і силою, зумовлюючи зростання об’єму і швидкості надходження повітря в дихальні шляхи.

Наприкінці глибокого вдиху потенційної енергії накопичується більше. Однак незважаючи на це, для виконання форсованого видиху обов’язково мають підключатися інспіраторні м’язи, що прискорюють і посилюють зворотний рух діафрагми, грудної клітки, легенів.

Легеневі об’єми й ємності

Газообмін у легенях відбувається між повітрям альвеол і кров’ю, що їх омиває. У свою чергу, під час дихання повітря альвеол маг обмінюватися із зовнішнім повітрям. Однак хоч який глибокий дихальний рух, повного обміну альвеолярного повітря на вдихуване ніколи не відбувається. Альвеолярна вентиляція визначається глибиною і частотою дихальних рухів, а також співвідношенням об’єму провідних шляхів і альвеол.

Показники, що характеризують зовнішнє дихання (мал. 79), прийнято поділяти на статичні й динамічні. Більшість із них залежить від розмірів грудної клітки та її рухливості.

До статичних показників належать:

• 1. Дихальний об’єм (ДО) – кількість повітря, що надходить у легені за один спокійний вдих або видихуваного за один видих (ДО -500 мл).
• 2. Резервний об’єм вдиху (РОм) – максимальна кількість повітря, що людина може вдихнути після нормального вдиху (РОм – близько 2500 мл).
• 3. Резервний об’єм видиху (Р(). ) – максимальна кількість повітря, що людина може видихнути після спокійного видиху (РО^, – близько 1500 мл).

Мал. 79. Дихальні об’єми: 1 -резервний об’єм вдиху; 2 -дихальний об’єм; 3 – резервний об’єм видиху; 4 – об’єм крові в легенях; 5 – залишковий об’єм за спокійного (а) та форсованого (б) дихання

4. Життєва ємність легенів (ЖЄЛ) – найбільша кількість повітря, що людина може видихнути після максимально глибокого вдиху. Цей сумарний показник легко можна визначити, знаючи попередні:

ЖЄЛ залежить від віку, зросту, маси тіла й фізичного розвитку людини.

• 5. Після максимального глибокого видиху в легенях залишається повітря, що називається залишковим об’ємом (30-близько 1000 мл).
• 6. Загальна ємність легенів (ЗЄЛ) – кількість повітря, що міститься в легенях на висоті максимального вдиху:

7. Об’єм дихальних шляхів (анатомічний мертвий простір; АМП). Його величина становить у середньому близько 150 мл.

Вентиляція легенів

Вентиляція, тобто відновлення повітря, легенів залежить від співвідношення об’єму повітря, що надходить під час кожного дихального циклу, і вмісту його в легенях до цього. Так, якщо при спокійному диханні в легені надходить близько 500 мл повітря, то цей об’єм додають до 30 й РО вид, що були в них, які становлять приблизно 2500 мл. Але необхідно зважати на те, що частина вдихуваного повітря не доходить до альвеол, а залишається в дихальних шляхах, які не мають їх, – в АМП. У дорослої людини АМП становить приблизно 150-180 мл (починаючи від носоглотки й включаючи 16 генерацій бронхів).

Наявність АМП зумовлює розбіжність вентиляції альвеол і легеневої: з 500 мл до альвеол не доходять зазначені 150 мл. Отже, за кожний дихальний цикл до альвеол надходить лише близько 350 мл повітря, що становить приблизно 118 усього повітря альвеол. Звичайно, що глибше дихання, то інтенсивніша альвеолярна вентиляція, тому що: а) при глибшому видиху в легенях залишається менше повітря; б) при форсованому диханні до суттєво збільшується.

Для характеристики дихання людини визначають ще низку динамічних показників, що відбивають ефективність функціонування системи дихання в тимчасовому аспекті (зазвичай за 1 хв).

До функціональних показників належать:

• 1. Частота дихальних рухів (ЧДР).
• 2. Хвилинний об’єм дихання (ХОД) – кількість повітря, що надходить у легені за 1 хв:

3. Альвеолярна хвилинна вентиляція (АВ) характеризує вентиляцію альвеол:

4. Максимальна вентиляція легенів (ВЛмакс)-кількість повітря, яку можна вдихнути й видихнути за максимальної глибини й частоти дихання.

Гігієнічне значення фізичних і хімічних властивостей повітря

Основні фізичні властивості повітря: температура, вологість, швидкість руху, барометричний тиск. Саме температура, вологість і швидкість руху впливають на теплообмін організму, значною мірою визначаючи його теплообмін

JQ Лекція3. ГІГІЄНА ПОВІТРЯНОГО СЕРЕДОВИЩА

з навколишнім середовищем. Невеликі температурні зміни довкілля викликають у людини різні поведінкові й терморегуляторні реакції. Водночас завдяки досконалості механізмів терморегуляції, контрольованих центральною нервовою системою, людина пристосовується до різних температурних умов і може короткочасно переносити значні відхилення від оптимальних температур.

Температура повітря – фізичний фактор навколишнього середовища, який постійно діє на людину. Основним джерелом тепла на Землі є теплове сонячне випромінювання, в результаті якого нагрівається ґрунт, а від нього – суміжні шари повітря. Температура повітря залежить від кількості сонячної енергії (добової й річної), широти і висоти місцевості над рівнем моря, віддаленості від морів та океанів, наявності рослинності.

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

Пристосування людини до температурних умов забезпечують складні терморегуляторні механізми. В їх основі – здатність організму людини змінювати обсяг тепла й інтенсивність його вироблення (різна інтенсивність окисно- відновних процесів, що забезпечують виділення енергії й теплопродукції) та тепловіддача в зовнішнє середовище (зміна діаметру периферійних судин шкіри, перерозподіл крові у глибші тканини й органи).

В умовах низьких температур у людини збільшується теплопродукція і зменшується діаметр периферійних судин шкіри, зростає притік крові до глибоких тканин і внутрішніх органів. При підвищеній температурі в людини знижується рівень та інтенсивність теплопродукції і збільшується діаметр периферійних судин шкіри, зменшується притік крові до глибоких тканин та внутрішніх органів.

Основний відсоток тепла втрачається з поверхні шкіри шляхом

• – випромінювання тепла з поверхні тіла до холодніших навколишніх предметів (у стані спокою, за різними даними, втрачається від 45 до 55 % тепла);
• – конвекції – нагрівання повітря, суміжного з поверхнею тіла людини (втрачається від 15 до 30 % тепла);
• – випаровування вологи з поверхні шкіри і слизових оболонок дихальних шляхів (втрачається близько 25–30 % тепла).

Водночас потрібно усвідомлювати, що можливості механізмів терморегуляції не безмежні. При тривалому перебуванні в несприятливих температурних умовах (висока чи низька температура повітря) може відбутися зрив адаптаційних механізмів терморегуляції, супроводжуваний порушенням теплового балансу організму і середовища. Це може призвести до перегрівання чи переохолодження або ще глибших патологічних порушень. У стані спокою в людини процес терморегуляції порушується, коли температура повітря перевищує +30–31 °С (при відносній вологості 80-90 %) або 40 °С (при відносній вологості 40-50 %).

Тривале перебування людини в умовах високих температур підвищує температуру тіла, збільшується частота серцевих скорочень, підвищується чи знижується артеріальний тиск, порушуються обмінні процеси, особливо водно- соляний, функціональний стан шлунково-кишкового тракту, знижується розумова і фізична працездатність. В умовах жаркого клімату меншою стає імунобіологічна реактивність організму, що призводить до зниження опірності до інфекцій. Наприклад, працездатність людини при температурі повітря +24 °С знижується на 15 % порівняно з її рівнем при комфортній температурі, а при температурі +28 °С – вже на 30 %.

Тривала дія відносно низьких температур повітря або короткочасна дія дуже низьких температур викликають значне порушення функціонального стану. Наприклад, переохолодження ніг може одночасно супроводжуватися і зниженням температури слизових оболонок верхніх дихальних шляхів. У результаті постійного переохолодження знижується рівень неспецифічної імунобіологічної реактивності організму, зростає ризик виникнення застудних та інфекційних захворювань.

Фізичні вправи при низьких температурах викликають погіршення еластичної і скоротливої здатності м’язів та зв’язок, що є однією з причин травматичних пошкоджень опорно-рухового апарату. Різке місцеве охолодження поверхневих тканин здатне викликати обмороження. Основні засоби профілактики переохолодження організму наступні: оптимальний режим праці й відпочинку, раціональні харчування й одяг; також зігріванню сприяють активні інтенсивні рухи.

У житлових приміщеннях залежно від кліматичних умов рекомендуються такі норми температури повітря при його нормальній вологості: для холодного клімату – +21 °С, для помірного і теплого – +18-19 °С, для жаркого – +17–18 °С. Різниця в температурі повітря по горизонталі (від стін з вікнами до протилежних стін) не повинна перевершувати 2 °С, а по вертикалі (від рівня підлоги до рівня голови) – 2,5 °С.

Для спортивних залів, розрахованих на 800 і більше глядачів, гігієнічна норма температури повітря повинна бути +18 °С у холодний період року при відносній вологості 40-45 % і не вище за +25 °С у теплий період року при відносній вологості 50-55 %. У спортивних залах на 800 і менше глядачів температура повітря повинна бути +18 °С у холодний період року і не більше як на 3 °С вище від розрахункової температури зовнішнього повітря в теплий період року. У спортивному залі без глядачів – +15 °С. Проте вона повинна диференціюватися в залежності від виду спортивної діяльності, “моторної” щільності уроків фізкультури, інтенсивності їх проведення і ступеня тренованості учнів. Так, для гімнастів-новачків оптимальна температура – +17 °С, а для добре тренованих спортсменів – +14–15 °С, у залах для спортивних ігор вона складає +14–16 °С, для боротьби – +16-18 °С, у закритих легкоатлетичних манежах – +15-17 °С. Для критих катків без місць для глядачів достатньо +14 °С, для стрілецьких галерей і вогняної зони критих тирів, а також стрілецьких галерей при відкритих тирах за наявності бійниць – +18 °С. У критих плавальних басейнах температура повітря наступна: в залі басейну (з місцями для глядачів чи без них) – на 1–2 °С вище від температури води у ванні; у залі для підготовчих занять – +18 °С, у вестибюлі (для тих, хто займається) -+20 °С. Температура повітря в допоміжних приміщеннях повинна бути наступною: в навчальних класах, методичних кабінетах – +18 °С, у роздягальнях і душових – +25 °С, у масажних – +22 °С, а в санітарних вузлах – +25 °С.

Температурні норми повітря для занять спортом на відкритому повітрі не встановлені, оскільки на тепловий обмін організму, окрім температури, впливають й інші метеорологічні фактори. Нормальна температура тіла підтримується за рахунок одягу, інтенсивності фізичних вправ. Оптимальною для занять спортом є температура +18–20 °С (за нормальної відносної 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 зимових тренувань бігунів на короткі дистанції – -22–25 °С за швидкості руху повітря не більше від 5 м/с, а марафонців – –18 °С.

Тренувальні заняття і змагання при температурі повітря вище за +30°С і нижче від -25 °С не рекомендуються. У випадку необхідності проведення занять потрібно суворо дотримуватися гігієнічних правил із попередження перегрівання і переохолодження (відмороження).

Вологість повітря. У повітрі завжди перебуває певна кількість водяної пари, яка зумовлює вологість повітря і змінюється залежно від ряду умов: температури повітря, висоти над рівнем моря, віддалі від великих водойм, характеру рослинності тощо. Вологість повітря є потужним фактором впливу на теплообмін організму з навколишнім середовищем. Під вологістю повітря розуміють уміст водяної пари (г) в 1 м3 повітря.

Основні показники вологості повітря:

• – абсолютна вологість – абсолютна кількість водяної пари в 1 м3 повітря в конкретний час за конкретної температури;
• – максимальна вологість – кількість водяної пари, що забезпечує повне насичення 1 м3 повітря вологою при конкретній температурі;
• – відносна вологість – відношення абсолютної вологості повітря до максимальної (%);
• – дефіцит насичення – різниця між максимальною й абсолютною вологістю повітря.

Найбільше гігієнічне значення має відносна вологість повітря: чим вона нижча, тим менше повітря насичене водяною парою і тим інтенсивніше випаровується піт із поверхні тіла, що збільшує тепловіддачу. При високій температурі повітря (+30-35 °С) основний шлях віддачі тепла організмом у зовнішнє середовище – це випаровування. У цих умовах тепловіддача шляхом конвекції й випромінювання значно знижена через несуттєву різницю температури тіла і нагрітих повітрям навколишніх предметів. Низька вологість повітря при високій температурі зумовлює сухість слизових оболонок.

При низьких температурах і високій вологості повітря тепловіддача в зовнішнє середовище підсилюється завдяки більшій теплопровідності вологого повітря у порівнянні з сухим, що може призвести до переохолодження і викликати застудні захворювання. Водночас зростає теплопровідність одягу через підвищену вологість повітря під одягом.

Нормальною відносною вологістю повітря для приміщень прийнято вважати 30–60 %. При фізичній роботі ця величина не повинна перевищувати 30–40 %, а при вищій температурі (+25 °С) – 20–25 %. Значні діапазони цієї норми залежать від температури повітря та інших умов. Для людей у спокої при температурі повітря +16–20 °С і незначному його переміщенні вологість повітря повинна бути не менше за40-60 %. При м’язовій діяльності, при температурі +15–20 °С, вологість повітря повинна складати 30–40 %, а при температурі 25 °С – 20–25 %. У спортивних залах (при температурі повітря +18°С) відносна вологість повітря повинна бути 35-60 %, а в залах ванн закритих басейнів (при температурі повітря +26 °С) – 50-65%.

З метою оцінки ступеня випаровування з поверхні тіла людини інколи застосовують показник фізіологічної відносної вологості (відсоткове відношення абсолютної вологості при даній температурі повітря до максимальної вологості при температурі +37 °С), а також фізіологічного дефіциту насичення (різниця між максимальною вологістю повітря при температурі +37 °С і абсолютній вологості при даній температурі). За абсолютної вологості повітря, що наближається до максимального насичення при температурі +37 °С (47 мм рт. ст.), випаровування вологи тілом людини стає неможливим.

Рух повітря. Майже завжди повітря переміщується через нерівномірне його нагрівання, і цей рух характеризується двома показниками: напрямком і швидкістю.

Для визначення панівного напрямку руху вітрів у конкретній місцевості застосовується роза вітрів – графічне відтворення частоти (повторюваність протягом року) напрямку руху вітрів за румбами.

Швидкість руху повітря визначається віддаллю (в метрах), яку проходить маса повітря за одиницю часу (за 1 с). Гігієнічне значення руху повітря полягає в його впливі на тепловий баланс організму. Рух повітря визначає рівень тепловіддачі шляхом конвекції (холодніші маси повітря забирають із поверхні тіла нагріті шари повітря) та випаровування.

Вітер створює певний тиск на поверхню тіла, утруднює пересування людини. Це призводить до додаткових витрат енергії та зниження продуктивності фізичної праці. Різна швидкість руху повітря неоднаково впливає на життєві функції організму. Найсприятливішою в літній час вважається швидкість руху повітря 1-4 м/с, а при заняттях спортом у жаркі дні – 2-3 м/с (поліпшує тепловіддачу конвекцією й випаровуванням, окрім випадків, коли повітря насичене водяною парою і його температура вища за температуру тіла). За більшої швидкості руху повітря не встигає нагріватися, вбирати вологу і несуттєво впливає на тепловіддачу, але починає подразнювати рецептори і заважати диханню. Оптимальна швидкість руху повітря взимку – 0,15 м/с. У спортивних залах припустима швидкість руху повітря до 0,5 м/с, у залах для боротьби і настільного тенісу вона не повинна перевищувати 0,25 м/с, у залах із ваннами, критими басейнами – 0,2 м/с, у душових, роздягальнях і масажних приміщеннях – не більше від 0,15 м/с.

Повітрообмін у приміщенні може відбуватися як неорганізованим (природна вентиляція), так і організованим шляхом (штучна вентиляція). Неорганізований повітрообмін здійснюється в результаті природного проникнення повітря через щілини будівельних конструкцій як іззовні (ексфільтрація), так і зсередини (інфільтрація), унаслідок різниці температур повітря та його тиску; організований – завдяки використанню спеціальних технічних пристроїв.

За способом організації повітрообміну і напрямку потоку повітря розрізняють вентиляцію нагнітальну, витяжну та нагнітально-витяжну. Витяжну вентиляцію здійснюють через витягнення повітря з приміщень, створення розрідження, за рахунок чого чисте повітря надходить у приміщення ззовні через нещільності або спеціальні отвори.

Нагнітальна вентиляція забезпечує подання чистого повітря у приміщення шляхом створення надлишкового тиску, внаслідок чого забруднене (використане) повітря виводиться через отвори і щілини.

Нагнітально-витяжна вентиляція забезпечує одночасне узгоджене за об’ємом надходження чистого і виведення забрудненого повітря.

За способом подачі повітря вентиляція може бути загальнообмінною, місцевою, або локальною (подача повітря на певне робоче місце, ділянку приміщення), і комбінованою (поєднання в одному приміщенні загальнообмінної й місцевої вентиляції).

З метою організації ефективної вентиляції приміщень потрібно враховувати необхідність забезпечення потрібного (фізіологічного) об’єму повітря для дихання людини.

Потрібний (фізіологічний) об’єм вентиляції – це кількість повітря (м3), необхідна для дихання людини протягом 1 години за умови, що концентрація СО, у видихуваному повітрі не перевищуватиме гранично допустимої. Для житлових (громадських) приміщень такою концентрацією вважають 0,1 %.

Знаючи величину потрібного об’єму вентиляції, можна визначити, яка кількість повітря необхідна в даному приміщенні з урахуванням його об’єму і кількості людей, що в ньому перебувають. Відповідним показником є кратність обміну повітря – величина, що визначає, скільки разів обмінюється повітря у приміщенні за годину. Цей показник вираховується за формулою:

де К – кратність обміну повітря; L – величина вентиляційного повітря (м3/год); V – фактичний об’єм приміщення (м3).

Величина вентиляційного повітря (кількість повітря, що поступає через вентиляційний отвір за годину) вираховується за формулою:

де S – площа вентиляційного отвору, V– швидкість руху повітря у м/с, 3600–час у секундах.

Нормальна кратність обміну повітря в жилих приміщеннях – 1,5; у навчальних кімнатах – 3 рази за годину.

Для гігієнічно раціонального розміщення спортивних споруд, що будуються, важливо враховувати переважання в певній місцевості напрямків вітру. Спортивні споруди потрібно розмішувати з підвітряного боку відносно основних джерел забруднення повітря (промислових підприємств, сільськогосподарських об’єктів, очисних споруд, жвавих автомобільних і залізничних магістралей тощо).

Отже, нормальний теплообмін організму і довкілля, який забезпечує теплову рівновагу організму без напруження фізіологічних механізмів терморегуляції, нормальне тепловідчуття, оптимальне функціонування центральної нервової системи, високу фізичну і розумову працездатість, досягається лише за певних, чітко означених поєднань температури повітря і навколишніх поверхонь, вологості та швидкості руху повітря. Ці поєнання називають гігієнічними нормами мікроклімату, а сам мікроклімат, створюваний за цих поєднань, – комфортним. Сполучення факторів, що виходять за межі гігієнічних норм, формують дискомфортний мікроклімат (нагрівальний чи охолоджувальний).

Атмосферний (барометричний) тиск на поверхні земної кулі нерівномірний і непостійний. Його величина залежить від географічних умов, пори року, доби і різних атмосферних явищ.

Нормальним атмосферним тиском прийнято вважати тиск, рівний 1 атмосфері (такий тиск, який урівноважує стовп ртуті висотою 760 мм при температурі 0 °С на рівні моря і широті 45 °, – 1 кг/см2). За цих умов атмосфера тисне на 1 см2 поверхні землі з силою, що дорівнює 1 кг. На поверхню тіла дорослої людини в 1,5 м2 тиск повітря становитиме близько 15 тис. кг.

У звичайних умовах добове коливання тиску не перевищує 4–5 мм рт. ст., а річне – 20–30 мм рт. ст. Зі зменшенням парціального тиску кисню в альвеолярному повітрі знижується насичення гемоглобіну крові киснем. Незначні коливання атмосферного тиску здоровими людьми не відчуваються, а в осіб з різноманітними відхиленнями в стані здоров’я погіршується самопочуття і можуть загострюватися хвороби.

Іонізація повітря – це розпад газових молекул та атомів на окремі іони під дією різноманітних іонізаторів, у результаті чого виникають легкі (негативно заряджені) і важкі (позитивно заряджені) аероіони.

Кількість іонів у повітрі непостійна, оскільки одночасно з іоноутворенням відбувається зворотний процес: утрата іонів унаслідок з’єднання іонів з позитивним і негативним зарядом, адсорбція іонів на різних поверхнях (дихальні шляхи, поверхня тіла, одяг та ін.) та осідання на різноманітних частинках, що є в повітрі (пил, дим, туман тощо). Легкі аероіони, що осідають, перетворюються на важкі іони, які відрізняються великим розміром і малою рухомістю. Це має важливе гігієнічне значення: в забрудненому повітрі легких іонів завжди значно менше, ніж у чистому, а важких, навпаки, – більше. Наприклад, у сільській місцевості число іонів у повітрі сягає 1000 в 1 см’ повітря, тим часом як у промислових містах із забрудненою атмосферою їх кількість знижується в 10 разів. Кількість легких іонів у погано провітреному приміщенні різко зменшується.

Ступінь і характер іонізації повітря служить гігієнічним критерієм якості повітряного середовища. Від характеру іонізації повітря залежить багато фізіологічних функцій організму. Помірне підвищення концентрації легких іонів (3000–5000 в 1 см3 повітря) сприятливо впливає на самопочуття і стан здоров’я людини. При значному переважанні позитивних іонів виникає головний біль, погіршується самопочуття, підвищується артеріальний тиск. Під впливом дії від’ємних аероіонів покращуються самопочуття, сон, апетит, оптимізуються вітамінний і мінеральний обміни, підвищується стійкість організму до холоду, а також фізична працездатність.

Світло (сонячне випромінювання) має важливе значення, оскільки є джерелом енергії для фотосинтезу. Із фізичної точки зору, сонячна енергія становить потік електромагнітного випромінювання з різною довжиною хвилі. Діапазон сонячного випромінювання не має чітких меж. Загалом зона його іонізувального випромінювання визначається в такий спосіб: 1 % – ультрафіолетове випромінювання (довжина хвилі – 280–400 нм), 40 % – видиме світло (400-760 нм), 59 % – інфрачервоне випромінювання (760-2800 нм).

Значно затримує сонячну радіацію атмосфера, забруднена пилом, димом і газами, при хмарності й тумані. Особливо страждає ультрафіолетова частина сонячного спектру. При хмарній погоді інтенсивність ультрафіолетової радіації біля поверхні землі може знижуватися до 80 %, при сильній запиленості атмосферного повітря втрати можуть скласти до 50 %. Частина сонячної радіації відбивається від поверхні Землі (найбільше відбивають сніг – 85 % загальної променевої енергії, жовтий кварцовий пісок – 35 %, річковий – 29 %, зелена трава – 26 %, водяна поверхня – 2 %).

У багатьох випадках головним зовнішнім фактором, що регулює ритмічну активність людини, – є тривалість світлового дня. Видиме опромінення створює загально- біологічну дію. Це вплив не тільки на функцію зору, але й певним чином – на стан центральної нервової системи, а через неї – на всі органи і системи організму. При недостатньому освітленні швидко настає зорова втома, знижується працездатність. Світло є важливим фактором впливу на добові біоритми. У світлу частину доби посилюються обмінні процеси, збільшується рухова активність. Середня освітленість у середній полосі України коливається від 65000 лк у серпні до 1000 лк і менше у січні. Вивчення зорових функцій показало, що найсприятливіша освітленість складає 800-1200 лк, мінімальна освітленість, що забезпечує сприятливі умови для зорової роботи, – 600 лк (КЕО = 2,5 %).

Інфрачервоний спектр сонячного опромінення має теплову дію на організм.

Ультрафіолетове випромінювання – біологічно найактивніша частина сонячного спектру. Ультрафіолетове проміння, потрапляючи на шкіру, не тільки викликає зсуви в колоїдному стані клітинних і тканинних білків шкіри, але й рефлекторним шляхом впливає на весь організм. Дія ультрафіолетової частини сонячного спектру залежить від інтенсивності і тривалості дії.

У невеликих дозах ультрафіолетові промені є неспецифічним стимулятором фізіологічних функцій, сприятливі для білкового, жирового, мінерального обмінів, імунної системи, мають загальнооздоровчий і тонізувальний вплив.

Залежно від довжини хвилі ультрафіолетова радіація проявляється специфічною еритематозно-загарною реакцією: почервонінням шкіри з подальшою пігментацією, пов’язаною з утворенням пігменту меланіну.

Антирахітична дія проявляється утворенням у шкірі вітаміну D3. При нестачі цього вітаміну страждає фосфорно- кальцієвий обмін, у дітей виникає рахіт, у дорослих погано зростаються переломи кісток, руйнується емаль зубів та ін. Мешканці промислових міст зі значним забрудненням повітря відчувають “ультрафіолетовий голод” (фотарії). Для реалізації антирахітичної дії достатня експозиція сонячного світла на обличчя і руки протягом 15 хвилин щоденно.

Бактерицидний ефект ультрафіолету забезпечує санацію повітря, води і ґрунту. Наприклад, під прямим сонячним світлом туберкульозна паличка гине через декілька хвилин, стафілокок – через 45 хвилин.

Проте слід пам’ятати, що інтенсивне сонячне опромінення несприятливо діє на організм. Це може виражатися еритемою з набряком шкіри, ураженням очей – фотоофтальмією (у високогірних і засніжених районах – “снігова хвороба”), фотостарінням шкіри, пігментними плямами і ластовинням, послабленням імунітету, збільшенням ризику раку шкіри.

Хімічний склад повітря. Чисте атмосферне повітря біля поверхні Землі має наступний постійний склад: кисень – 20,93 %, вуглекислий газ – 0,03-0,04 %, азот – 78,1 %, аргон, гелій, криптон та інші інертні гази – близько 1 %. Зміни складу повітря відбуваються частіше через забруднення різними викидами промисловості та сільського господарства, вихлипними газами транспорту. У житлових приміщеннях зміни викликані, перш за все, газоподібними продуктами життєдіяльності людини і деякими побутовими пристроями (газові плити). Доросла людина у стані спокою поглинає в середньому 12л кисню, а при фізичній роботі – в 10 і більше разів понад цього. У видихуваному людиною повітрі кисню міститься на 25 % менше, ніж під час вдиху, а вуглекислого газу – у 100 разів більше.

Кількість удихуваного й видихуваного людиною з повітрям азоту однакова. В умовах підвищеного атмосферного тиску вдихання азоту може викликати наркотичну дію.

Уміст вуглекислого газу, допустимий для здоров’я людини, не більший від 0,1 %. Людина може витримати вміст вуглекислого газу у вдихуваному повітрі до 2–3 %, але подальше збільшення його концентрації викликає головний біль, блювоту, непритомність, сповільнення роботи серця.

Особливо небезпечний для людини окис вуглецю СО: 0,01 % його в повітрі спричинює отруєння.

Аргон, гелій та інші інертні гази, що є в повітрі, безпосереднього фізіологічного значення не мають.

Сірчанокислий газ найчастіше потрапляє в атмосферу як продукт згоряння (печі, теплові електростанції й ін.) і є поширеною речовиною забруднення повітря. Токсична дія сірчанокислого газу виражається в подразненні слизових оболонок верхніх дихальних шляхів, очей.

Збільшення швидкості руху повітря призводить до

Основним чинником утворення тепла в організмі людини є м’язова діяльність: м’язовий тонус, вільні м’язові скорочення. Тому теплопродукція організму в стані спокою становить для “стандартної” людини (маса 70 кг, зріст 170 см, поверхня тіла 1,8 м2) до 70 ккал (293 кДж) за 1 год, при легкій фізичній праці — до 150 ккал (628 кДж), праці середньої тяжкості — до 300 ккал (1256 кДж), тяжкій — 300—500 ккал (1256—2093 кДж). Нормальна життєдіяльність і висока працездатність людини зберігається тоді, коли теплова рівновага, тобто відповідність між продукцією тепла і його віддачею в навколишнє середовище, досягається без напруження терморегуляції.

Особливістю клімату спекотних країн є те, що люди часто як доповнення до метаболічного тепла отримують екзогенне тепло із навколишнього середовища. Так, людина, яка йде під прямим сонячним промінням за температури повітря, що перевищує 33 °С, отримує екзогенне тепло через пряме сонячне випромінювання (до 150 ккал/год), а також додатково через випромінювання від небосхилу і грунту та від контакту з теплим повітрям.

Тому загальне теплове навантаження (метаболічне й екзогенне тепло) в умовах тропіків часто потребує напруження терморегуляції. Можливість віддачі тепла організмом залежить від умов теплового мікроклімату, який характеризується комплексом чинників, що впливають на теплообмін, тобто температурою, вологістю, швидкістю руху повітря і радіаційною температурою. Щоб зрозуміти вплив того чи іншого мікроклімату на теплообмін організму, розглянемо шляхи й умови віддачі нім тепла.

За нормальних умов (кімнатна температура 18. 20 °С) людина втрачає близько 85% тепла через шкіру і 15% — на нагрівання їжі, яку споживає, вдихуваного повітря і на випаровування води в органах дихання. Із 85% тепла, яке віддається через шкіру, близько 30% втрачається шляхом проведення, 45% — випромінювання і 10% — за рахунок випаровування вологи, що дифундує через шкіру. Ці співвідношення значно змінюються залежно від умов мікроклімату.

Втрата тепла випромінюванням, згідно із законом Стефана — Больцмана, залежить від різниці між температурою шкіри тіла людини і радіаційною температурою: Е = К(Т14 -Т24), де Е — втрата тепла випромінюванням, К — постійна величина — 1,38 • 1012 кал/с (5,77 • 1012 Дж/с), T1 — абсолютна середня температура шкіри тіла людини, Т2 — абсолютна температура поверхонь, що оточують людину. З рівняння бачимо, що якщо Т1 > Т2, — радіаційний баланс від’ємний, при Т1 < Т2 він позитивних!, тобто людина отримує від стін або інших предметів, які оточують її, більше теплового випромінювання, ніж віддає їм. Подібна ситуація, як уже згадувалося, характерна для умов відкритої атмосфери в спекотному кліматі. Вона буває також у гарячих цехах, на підприємствах, де в процесі виробництва продукується велика кількість тепла (понад 20 ккал/м3 за 1 год; 84 Дж/м3 за 1 год): котельні, виплавляння металу, випікання хліба тощо. Температура, вологість і швидкість руху повітря на втрату тепла випромінюванням практично не впливають. Втрата тепла проведенням здійснюється шляхом контакту тіла людини з оточуючим повітрям (конвекція) або з предметами (підлога, стіна) — кондукція. Віддача тепла цим шляхом прямо пропорційна різниці між температурою шкіри тіла і температурою повітря; що більша різниця, то більша тепловіддача. Якщо ж температура повітря підвищується, то втрата тепла шляхом конвекції зменшується, а за температури повітря понад 33 °С припиняється і людина починає отримувати тепло шляхом конвекції.

Якщо температура повітря нижча ніж 33 °С, то рух повітря посилює тепловіддачу шляхом конвекції. За цих умов обмахування віялом або обдування вентилятором допомагають віддачі тепла. Збільшення втрати тепла пропорціональне кореню квадратному зі швидкості руху повітря. Тому в разі збільшення швидкості руху повітря понад 1—3 м/с тепловіддача зростає незначно (повітря не встигає нагріватися біля тіла людини). Діючи на барорецептори шкіри, сильний рух повітря справляє подразливий вплив. Через це в гарячих цехах, де штучно створене обдування використовують з метою збільшення тепловіддачі, не застосовують швидкість руху повітря, яка перевищує 2—3 м/с. За температури повітря понад 33 °С збільшення швидкості руху повітря призводить до перегрівання. Тому в пустелях люди дуже погано переносять погоду з “гарячим вітром”.

Вологе повітря, збільшуючи вологість одягу, погіршує його теплозахисні властивості (збільшується теплопровідність), тобто призводить до збільшення втрати тепла проведенням. Крім того, вологе повітря відбирає більшу кількість тепла за одиницю часу, ніж сухе, а отже, прискорює охолодження. Тому вологу місцевість і приміщення здавна вважали нездоровими. До речі, підлога з керамічного кахлю, бетону, асфальту і подібних матеріалів має більше теплозасвоєння, ніж дерев’яна, і сприймається нами як холодніша, хоча насправді температура їхня однакова.

Втрата тепла випаровуванням залежить від кількості вологи (поту), яка випаровується з поверхні тіла. Внаслідок випаровування 1 г вологи організм втрачає 0,62 ккал (2,6 кДж) тепла, незалежно від температури повітря та радіаційної температури. На шкірі людини є 2—2,5 млн потових залоз. Коли виникає загроза перегрівання, усе більша їхня кількість починає активно функціонувати. В умовах кімнатної температури з поверхні шкіри людини випаровується до 0,5 л вологи за добу, з якою віддається приблизно 300 ккал. З підвищенням температури повітря і поверхонь, які оточують людину, втрата тепла випромінюванням і конвекцією знижується, людина потіє і різко збільшується тепловтрата випаровуванням. Вже за температури повітря 29 °С віддача тепла випаровуванням становить 70%. Якщо температура навколишнього середовища вища за 33 °С, то вся втрата тепла відбувається за рахунок випаровування. Можливість втрати тепла випаровуванням посилюється при зменшенні вологи і збільшенні швидкості руху повітря. Потенційні можливості втрати тепла цим шляхом величезні. Випаровування зі шкіри 1 —1,5 л поту за 1 год дає змогу організмові віддати 600—900 ккал тепла. Віддача тепла випаровуванням поту є головним чинником, завдяки якому людина може існувати в умовах спекотного клімату. Описано окремі випадки, коли люди в тропіках втрачали до 3—4 л поту за 1 год. У сухому повітрі пустель піт випаровується дуже швидко, через що інтенсивне потовиділення (0,9 — 1,3 л/год) інколи навіть не дуже помітне. За спостереженнями Е. Адольфа (1952), у людини, яка йде зі швидкістю 5,5 км/год в умовах сонячного нагрівання, за температури повітря 37,7 °С, виділяється за 1 год близько 1 л поту. У цієї самої людини, яка їде на автомашині за цих умов, виділяється близько 0,75 л поту, у людини, що сидить у тіні, — тільки 0,25 л. Висока вологість простору під одягом, що погано провітрюється, обмежує випаровування поту, утруднює тепловіддачу, призводить до намокання одягу.

У гарячому кліматі за об’ємом потовиділення судять про теплове навантаження. Ступінь потовиділення визначають за втратою маси тіла людини (в одязі).

Доцільно простежувати за впливом руху повітря і вологи на теплообмін за різної температури повітря. Збільшення швидкості руху повітря посилює втрату тепла конвекцією й випаровуванням, таким чином, за умови високої температури навколишнього середовища є сприятливим чинником. Рух повітря зі швидкістю 1 м/с адекватний зниженню температури повітря на 1 °С. Тому в теплу погоду обмахування, обдування вентилятором тощо поліпшує самопочуття, а безвітряність зменшує тепловіддачу, призводить до перегрівання. Цю обставину треба враховувати в умовах спекотних країн. За низької температури рух повітря (вітер, обдування вентилятором), що збільшує тепловіддачу конвекцією, слід розглядати як несприятливий чинник. Він посилює небезпеку застуди, відмороження. Навіть за теплої погоди, якщо одяг людини вологий або шкіра вкрита потом, сильний рух повітря (протяг, вітер), різко збільшуючи втрату тепла випаровуванням, може призвести до застудних захворювань. Подібні ситуації спостерігаються також в умовах спекотного клімату.

Значна вологість повітря (понад 70%) несприятливо впливає на теплообмін в умовах як високої, так і низької температур. Вологість повітря має таке велике фізіологічне значення, що гарячий клімат поділяють на два види: аридний (сухий) і юмідний (вологий).

Багато авторів вважають, що верхньою межею температури зовнішнього повітря, коли серед населення ще не спостерігається ознак істотного перегрівання, є 30.. .31 °С за високої вологи і 37.. .40 °С — за низької. Якщо волога висока і температура повітря досягає 32. 33 °С, настає перегрівання.