Влияние метеорологических факторов на биологические объекты

Для медицинских целей очень важно оценить погоду с точки зрения сс влияния на организм человека, при этом особое значение имеет установление причинно-следственных связей между изменением климатопогодных факторов и патологическими реакциями и состояниями.

В настоящее время установлено, что на развитие патологических погодных реакций биологического объекта оказывает влияние вся совокупность атмосферно-физических факторов, как метеосиноптических, так и ге-лиогеофизических.

Погода - состояние солнечно-атмосферных условий данного времени и места, зависящих от совокупности солнечно-космического излучения, температуры, влажности и движения воздуха, облачности, осадков, туманов, атмосферного давления, аэрохимических процессов, электрических и магнитных явлений атмосферы, а также от характера поверхности суши и водных пространств (рельеф и высота местности, состояние почвы, наличие растительного или снежного покрова и пр.).

Шарообразная форма Земли, различный приток тепловой энергии в зависимости от высоты стояния Солнца по сезону года и времени суток, неоднозначное прогревание отдельных участков суши и моря, различные условия влагообразования и испарения, температура, плотность и подвижность воздушных масс приводят к постоянным изменениям и периодическим повторениям погодных условий. Холодные и влажные почвы, ледяные и снежные покровы, поверхности холодных морей и течений действуют охлаждающим образом, тем более, что большая часть тепла тратится на таяние замерзшей влаги и ее испарение. Напротив, сухие почвы быстрее согреваются, прогревают воздух и излучают тепло. Различают воздушные массы арктического и ангарктическою происхождения, несколько транс формированный полярный воздух умеренных широт, а также воздушные массы экваториальных и тропических широт.

Встреча двух воздушных течений с различными физическими свойствами обозначается как атмосферный фронт (рис. 2.1). Прохождение холодного фронта обычно сопровождается ветрами и выпадением осадков. В тех случаях, когда воздушные потоки не достигают уровня конденсации, удерживается ясная погода. Прохождение теплого воздуха обычно вызывает образование слоистой облачности. Общий характер развития погоды в этих случаях определяется состоянием подстилающей поверхности. При охлаждении нижнего слоя воздуха могут возникать состояния насыщения и конденсации влаги с образованием туманов, низкой облачности и долговременных осадков.

Рис. 2.1. Теплый (а) и холодный (б) фронт. Белые стрелки - движение теплого воздуха, темные - холодного воздуха [5]

В режиме температур местных воздушных масс обычно хорошо выражен суточный ход погодных условий. При резко положительном температурном балансе (летом, днем) по мере прогревания приземного воздуха и поднятия его в более холодные верхние слои образуются конвективные ку чевые, дождевые облака, которые по прекращении прогревания почвы или при возникновении опускания воздушных масс рассеиваются. При отрицательном балансе (весной и осенью или в ночное время летом) возможна конденсация влаги у охлажденной почвы (росы, туманы).

Ведущим фактором в передвижении воздуха и образовании погоды являются постоянно возникающие зоны пониженного (циклон) и повышенного (антициклон) атмосферного давления. Барические зоны в виде овальных кружений воздушных масс возникают в Северном полушарии с ветром, дующим против часовой стрелки. В поперечнике циклон достигает сотен километров. Антициклон с максимально повышенным давлением в центре с движением воздушных масс по часовой стрелке имеет в поперечнике тысячи километров.

Служба погоды в настоящее время основывается на общих обзорах состояния воздушных масс по синоптическим картам, составляемым в виде изолиний основных метеорологических данных на определенное время суток (каждые 3 ч, начиная с полуночи). По этим данным строятся и прогнозы погоды.

Различают погоду момента, дня, ночи, суток, месяца, сезона, года и многих лет. Сочетание космических, атмосферных и земных факторов приводит к очень большому разнообразию погодных условий и сложности их классификации.

Классификация и типизация погоды строятся по разным признакам и не имеют четко очерченных различий в классе, типе или фазе метеорологических и гелиогеографических сочетаний.

В разных методах классификации основой характеристики погоды являются температура, скорость ветра, влажность и облачность; для климата Индии оценивают погодные условия как стимулирующие (прохладные), приятные, жаркие, очень жаркие, жаркие угнетающие. В основу других методов классификации погоды положен индекс дискомфорта, вычисляемый по температуре воздуха и состоянию конденсации влаги (точка росы). Для климатических условий Японии выделяется 6 типов погоды: невыносимая жара, знойная и влажная, относительно знойная, комфортабельная, зябкая и холодная.

С позиций самой общей гигиенической точки зрения различают три типа погоды: оптимальный, раздражающий и острый.

К оптимальному типу относят погоду, благоприятно действующую на организм человека, вызывающую бодрое, приятное настроение. Это погода умеренно влажная или сухая, тихая, преимущественно ясная, солнечная.

При раздражающем типе погоды отмечаются некоторые нарушения оптимального хода метеорологических процессов. Это, например, излишне сухая или влажная погода.

Острый тип погоды характеризуется резкими изменениями метеорологических элементов (сырые, дождливые, пасмурные, очень ветреные дни с резкими суточными колебаниями температуры воздуха и барометрического давления).

Многие методы классификации погоды основаны на оценке состояния теплового баланса человека. Теплоощущение человека в различных условиях природной среды зависит как от метеорологических, так и от физиологических факторов. Тепловое состояние является объективным отражением характера теплообмена человека со средой и напряжения его терморегуляционных механизмов. Характер теплообмена определяется, с одной стороны, метеорологическими условиями, с другой - состоянием человека, причем последнее зависит как от индивидуальных особенностей (болезни и др.), так и от условий пребывания человека на воздухе (одет или раздет, лежит, стоит или ходит, отдыхает или работает). В связи с этим любая медицинская оценка климата и погоды по тепловому состоянию базируется на определенных допущениях, связанных с условиями теплообмена.

Наиболее приятное тепловое ощущение, когда человек не чувствует ни жары, ни холода, возникает при срсднсвзвсшанной температуре кожи

31-33°. Снижение ее на определенное количество градусов вызывает также определенное охлаждение тела человека. При жаркой погоде напряжение терморегуляторних механизмов человека лучше всего характеризуется величиной потоотделения, а при теплой и холодной погоде - величиной сред-невзвешанной температуры кожи.

По классификации Федорова-Чубукова все погоды разделены на три основные группы: безморозные погоды, погоды с переходом температуры через 0° С и морозные погоды. Эти группы в общей сложности включают 16 классов погод (табл. 2.1).

Безморозные погоды, при которых не только средняя суточная температура, но и минимальная температура воздуха превышает 0° С, различают, помимо температуры, по средней суточной относительной влажности, облачности, осадкам и характеру ветров. Они разделяются на две подгруппы -солнечные и облачные. Среди солнечных погод выделяются жаркие и сухие (классы I, II), для которых характерны высокая температура, низкая влажность, правильный суточный ход важнейших метеоэлементов.

Таблица 2.1

Классификация погод (по Федорову-Чубукову) [2]

И.И. Григорьев в целях климатолечения и профилактики метеотроп-ных реакций выделил 4 типа погоды: I - весьма благоприятная; И - благоприятная; III - неблагоприятная; IV - весьма неблагоприятная, II и III типы погоды являются переходными. Характеристика I и IV типов погоды определяется следующим образом:

I тип погоды. У поверхности Земли и в нижней тропосфере область повышенного давления или малоградиентное барическое поле; атмосферные фронты отсутствуют; восходящие вертикальные токи слабые; стратификация обычно устойчивая. Устойчивый нормальный суточный ход основных метеорологических элементов (температура воздуха, относительная влажность и др.). Изменение атмосферного давления не более 1 мбар (К)⁸ Па) за 3 ч. Скорость ветра 0-5 м/с. Содержание кислорода в воздухе (по массе) меняется незначительно. Опасных и особо опасных явлений погоды нс наблюдается. В холодное время года возможны слоистая облачность, туман, слабые обложные осадки, морось; летом - развитие кучевых облаков без осадков. Напряженность атмосферного электрического поля в приземном слое близка к ее нормальным значениям, отсутствуют заметные колебания поля; ионный состав воздуха существенно не меняется; коэффициент униполярности ионов колеблется в пределах 0,3-1,5; вариации магнитного поля Земли составляет единицы и десятки мкЭ.

IV тип погоды. Активная циклоническая деятельность или прохождение глубоких ложбин с резко выраженными атмосферными фронтами; восходящие вертикальные потоки воздуха создают перепад давления, превышающий 100 мбар за 12 ч. Большие скачкообразные изменения основных мстсопарамстров с резким нарушением их суточного хода. Изменение атмосферного давления на 5 мбар и более за 3 ч, вызванное сменой воздушных масс; изменение температуры воздуха на 10-20° С и более, относительной влажности на 20-40 % и более; скорость ветра 19 м/с и более; изменение содержания кислорода в воздухе (по массе) меняется значительно. Опасные явления погоды: сильные грозы, ливни, шквалы, метели, пылевые бури. Напряженность электрического поля атмосферы значительно отличается от нормальных значений. Возникают электромагнитные возмущения. Концентрации ионов обоих знаков меняются очень значительно, коэффициент униполярности ионов подвержен значительным изменениям во времени и может возрастать до нескольких единиц и понижаться до десятых долей. Колебания магнитного поля Земли: вариации - десятки и сотни тысяч мкЭ.

Имеются и другие классификации погоды или предложения по их усовершенствованию. По всей вероятности, при этом целесообразно на первое место ставить класс погоды, исходя из состояния солнца и неба, на второе место - тип погоды по термическим условиям атмосферы, включая влажность и подвижность воздуха, на третье место - погодообразующие данные, такие, как циклон, антициклон и другие явления, если они отличаются от обычных показателей (атмосферное электричество, химические примеси, электромагнитные возмущения и проч.). Различные классификации погоды, их индексы и коэффициенты не всегда могут соответствовать всем меняющимся реакциям приспособления организма. Кроме того, человек воспринимает сочетания солнечных и атмосферных условий как целостное природное явление.

Климат влияет на человека в целом. Однако иногда могут играть ведущую роль и отдельные метеорологические элементы. Важными показателями физического состояния атмосферы являются атмосферное давление, температура и влажность воздуха, т.е. содержание в нем водяного пара. Скорость движения воздуха (ветер) также является важнейшей частью метеорологических условий. Кроме перечисленных показателей измеряются многие другие - суммарный поток солнечной радиации, парциальное давление кислорода, химический состав атмосферы и т.д.

Клинические наблюдения показали, что на фоне формирования погоды III-IV типов у 55-70% пациентов с повышенной метеочувствительностью возникают различного рода клинические проявления, у 10-15% -ухудшение или обострение основного заболевания. Неблагоприятные рсакции возникают не только у больных, но и у здоровых людей. Среди практически здоровых людей повышенная метеочувствительность регистрировалась у 24-37%. Неблагоприятные типы погоды объективно влияют и на психологический статус больных людей, усугубляя это воздействие при психологической нагрузке.

Известно, что основными «мишенями» воздействия климатологических факторов на организм являются кожа и граничащие с внешней средой слизистые оболочки; верхние дыхательные пути и легкие; система анализаторов. При значительной интенсивности воздействия может происходить также раздражение мышц (глубокое охлаждение) и внутренних органов (перепады давления в закрытых полостях).

Установлено, что наиболее выраженные метеопатические реакции отмечаются в период усиления атмосферной циркуляции, когда происходит смена воздушных масс, характеризующихся контрастными физическими свойствами.

Атмосферное давление на уровне моря в среднем равняется 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), или 1013 мбар (1 мбар = 10⁸ Па); с подъемом на 1 м (при температуре воздуха 0° С) оно уменьшается на 1 мбар. В приземных условиях атмосферное давление изменяется в пределах 20-30 мбар, а в отдельных случаях и более - до 100-200 мбар, что составляет примерно спуск или подъем на высоту 1000 м; небольшие изменения и микропульсация совершаются непрерывно.

Человек нс ощущает давления на всю поверхность тела 16-тонного груза атмосферы, или примерно 1 кг на 1 см² тела. Более того, организмы используют силы внешнего давления. Отрицательное внутренне давление в суставных сумках приводит к повышению прочности суставных сочленений. Отрицательное давление в грудной полости, возникающее во время вдоха, обеспечивает поступление воздуха в легкие. Внешнее давление способствует выдоху. Меняющееся давление в придаточных полостях черепа способствует кровообращению в мозге. На основании разности парциаль ных давлений газов в организме постоянно совершается газообмен. Вся система кровообращения функционирует но принципу разности гидростатических давлений, находится в коррелятивных связях с внешним давлением.

Следует иметь в виду, что резкие изменения атмосферного давления способны оказывать влияние на замкнутые полости тела человека, которые при воспалительных процессах серозных оболочек (плевра, суставы и др.) могут сопровождаться ощущением боли.

Жизнь большинства людей протекает в условиях относительного постоянства газового состава воздуха и атмосферного давления. Лишь небольшая часть населения планеты живет в горных районах (на высоте 1-2 километра и более) и подвергается действию разреженной атмосферы.

Правда, в последнее время в связи с развитием науки и техники увеличивается число людей, пребывающих в условиях пониженного атмосферного давления. Это геологи, рабочие горных рудников, альпинисты, члены экипажей и пассажиры высотных лайнеров и т.д.

Физические изменения газовой среды атмосферы и перепады се давления (в сторону уменьшения) вызывают ряд функциональных изменений в организме человека. Понижение давления и его колебания, связанные, например, с подъемом даже на небольшую (2-3 километра) высоту, могут вызвать боли в придаточных полостях носа, лобных пазухах и в полости среднего уха (при наличии в них катаральных явлений). При более высоких подъемах на высоту 5-6 километров возможны явления высотного метеоризма (вздутия живота), а при подъеме на высоту 8 километров и более появляются боли в мышцах, суставах (в результате декомпрессионных изменений газов, находящихся в организме, которые вызваны понижением барометрического давления окружающей среды). Уменьшение парционного давления кислорода на высоте приводит к явлениям кислородного голодания организма.

Перепады атмосферного давления относятся к наиболее важным причинам негативного влияния метеофакторов на организм человека, особенно больного (например, при гипертонической болезни).

Установлено, что изменение атмосферного давления вызывают двоякие колебания экскреции нейтральных 17-кортикостсроидов (17-КС): понижение атмосферного давления сопровождается сначала увеличением, а затем - снижением экскреции (ниже цифр, свойственных нормальному атмосферному давлению); повышение атмосферного давления вызывает значительное увеличение экскреции 17-КС.

Изменение атмосферного давления приводит к умеренным вариациям таких показателей как скорость кровотока, количество тромбоцитов, средневзвешенная температура кожного покрова, минутный объем крови, среднее динамическое артериальное давление, кислородная емкость крови, время свертывания крови, количество эритроцитов и лейкоцитов. В то же время перепады атмосферного давления оказывают незначительное влияние на активность холинэстеразы (ХЭ) плазмы крови, пульс и пульсовое давление, концентрацию гемоглобина, скорость оседания эритроцитов (СОЭ).

Перепады атмосферного давления воздействуют па барорецепторы и оказывают значительное влияние на сосудистый тонус и кровяное давление. В период скачкообразных перепадов атмосферного давления проявляются реакции кровеносных сосудов, особенно у лиц с измененной реактивностью. С увеличением атмосферного давления максимальное артериальное давление повышается, при его снижении - падает; при повышении атмосферного давления минимальное артериальное давление понижается. Более неблагоприятное влияние оказывает понижение атмосферного давления.

Между атмосферным давлением, колебаниями скорости кровотока и минутным объемом крови существует следующая связь: в период повышения атмосферного давления скорость кровотока увеличивается, минутный объем крови уменьшается, в период понижения скорость кровотока замедляется, а минутный объем крови увеличивается.

Исследования, посвященные выяснению влияния атмосферного давления на параметры крови, свидетельствуют о том, что при увеличении атмосферного давления происходит ускоренное свертывание крови (время свертывания укорачивается с 7 до 4 мин). При увеличении давления резко возрастает число тромбоцитов, количество лейкоцитов сначала увеличивается, а затем снижается, но не достигает исходного уровня.

Природные сверхнизкочастотныс флуктуации атмосферного давления способны влиять также на умственную деятельность человека и на характеристики его сердечной деятельности. Анализ спектральных компонентов вариабельности сердечного ритма в диапазонах 0,15-0,4 Гц, 0,04-0,15 Гц, 0,003-0,04 Гц показал, что колебания атмосферного давления амплитудой 50 Па и периодом 45 с приводят к снижению напряжения регуляторных систем организма и общему успокоению, усилению терморегуляции и вазомоторных процессов, а также к навязыванию частоты колебания атмосферного давления процессам регуляции сердечной деятельности.

При аналогичных исследованиях с теми же начальными условиями, но при умственной нагрузке отмечено достоверное улучшение внимания и памяти. Последнее свидетельствует о том, что колебания атмосферного давления заметно влияют на вегетативную регуляцию и перспективны для улучшения состояния кардиореспираторной системы и повышения умственной работоспособности.

Колебания атмосферного давления вызывают приспособительные реакции, которые заметно выражены в условиях горной местности и при полетах в дегерметизированных кабинах.

Значительные изменения состава крови и других жизненно важных показателей организма при резких перепадах атмосферного давления являются следствием адаптационных процессов. Превышение определенного уровня воздействия, особенно на ослабленный организм, может привести к патологической реакции, например развитию гипертонического криза.

Солнечный свет оказывает существенное влияние на течение многих физиологических процессов, является одним из важнейших факторов, формирующих течение суточных биологических ритмов. Человек, систематически подвергающий кожу облучению солнечным светом, легче переносит колебания окружающей температуры, более устойчив к различным заболеваниям. Солнечный свет стимулирует обмен веществ (в частности, витаминов), процессы дыхания и кровообращения, оказывает положительное влияние на трудоспособность.

Освещенность в течение дня колеблется в зависимости от облачности, высоты стояния солнца, характера местности. В яркие дни освещенность на открытых пространствах может достигать 100 тыс. люкс.

Солнечные ясные погоды для всех живых существ, ведущих дневной образ жизни, характеризуются прежде всего выраженным возбуждающим влиянием, которое усиливается при повышенной интенсивности УФ-радиации. Солнечная погода - это не только световое, тепловое, но и D-витаминообразующее действие.

В солнечную холодную погоду, если температура воздуха не вызывает переохлаждения, то происходит сочетание светового и холодового возбуждения, которое усиливается отражением солнечного света от снежного покрова и легким ветром.

Солнечная теплая погода, когда солнечная освещенность сочетается с оптимальными температурными условиями, сопровождается слабовозбуждающим действием света и приятным, успокаивающим ощущением солнечного тепла.

Солнечная жаркая погода характеризуется прежде всего тем, что возбуждающее действие солнечного освещения ослабляется детонизирующим действием повышенной температуры воздуха. Исключительно жаркая солнечная и сухая погода способствует обезвоживанию организма.

Пасмурные hoi оды в значительной степени ослабляют ультрафиолетовое, согревающее и возбуждающее действие солнечного света. Пасмурные погоды обычно связаны с явлениями циклона и пониженным атмосферным давлением.

В настоящее время имеются многочисленные данные о влиянии температуры воздуха на физиологические функции человека и появление ме-тсотропных реакций.

Температура воздуха определяется преимущественно солнечной радиацией, в связи с чем отмечаются периодические (суточные и сезонные) температурные колебания. Кроме того, могут быть внезапные (непериодические) изменения температуры, связанные с общими процессами циркуляции атмосферы. Слабым похолоданием или потеплением считается изменение среднесуточной температуры на 1-2° С, умеренным похолоданием или потеплением - на 3-4° С, резким - более 4° С.

Нагревание воздуха происходит путем передачи ему тепла с земной поверхности, поглощающей солнечные лучи. Это происходит главным образом при помощи конвекции, то есть вертикального перемещения нагретого от контакта с подстилающей поверхностью воздуха, на место которого опускается более холодный воздух из верхних слоев. Таким путем нагревается слой воздуха толщиной около 1 км. Теплообмен в тропосфере (выше 1 км) определяется турбулентностью планетарного масштаба, то есть перемешиванием воздушных масс; происходит перемещение теплого воздуха из низких широт в высокие перед циклоном и вторжение холодных воздушных масс из высоких широт в низкие в тылу циклонов. Распределение температуры по высоте определяется характером конвекции. При отсутствии конденсации водяных паров температура воздуха понижается на 1° С с повышением на каждые 100 м, а при конденсации водяных паров только на 0,4° С. В результате по мере удаления от Земли температура снижается в среднем на 0,65° С на каждые 100 м высоты (вертикальный градиент температуры). Диапазоны температур воздуха или их перепады над поверхностью земного шара чрезвычайно велики и составляют более ЮОірадусов.

Человек обладает высокими приспособительными возможностями, обеспечивающими совершенные физиологические механизмы саморегуляции.

Между живым организмом и окружающей его средой происходит непрерывный процесс теплового обмена, состоящий в передаче вырабатываемого организмом тепла в окружающую среду.

Первое место в процессе теплового обмена принадлежит основной части тепла, вырабатываемой организмом при комфортных (то есть при благоприятных сочетаниях температуры, влажности и движения воздуха) условиях и переходящей в окружающую среду путем излучения с его поверхности (около 56 %). Второе место занимает отдача тепла вместе с испарением влаги с поверхности организма (примерно 29 %).

Значительное изменение метеорологических условий (высокая или низкая температура, повышенная относительная влажность окружающего воздуха, сильный ветер и т.д.) может вызвать нарушение теплообмена организма и внешней среды, что приводит или к перегреванию, или охлаждению организма.

Средняя внутренняя температура тела человека составляет около 37,0° С. Она сравнительно стабильна, отклоняясь в обычных условиях на несколько десятых долей градуса. Температура крови в спокойном состоянии в печеночной вене примерно 39,5° С, в аорте - 38,5° С, в полости рта -36,4 37,6° С, в подмышечной впадине - 36,2-36,8° С. Температура кожи человека имеет сложную топографию и при оптимальной температуре внешней среды составляет: кожи лба 33,5° С, груди 33,4° С, живота 31,1° С, пальцев рук 28,5° С, пальцев ног 24,4" С, ушных раковин 23,0" С. Абсолютная и средняя температура кожи неустойчива, она изменяется от погодных условий и от состояния реактивности организма, притом у одних людей могут превалировать спастические, у других сосудорасширяющие реакции с повышением температуры. У закаленных к холоду людей температура кожи может быть более стабильной и высокой.

Следует отметить, что пределы возможных температур, при которых организм сохраняет жизнеспособность, относительно невелики. При повышении температуры тела до 43° С и при снижении се ниже 27-25° С появляются необратимые процессы в организме человека - наступает смерть.

Наиболее благоприятными метеорологическими условиями для человека, находящегося в покое, являются температура воздуха от 18 до 20° С при относительной влажности от 40 до 60 % и небольшом движении воздуха (0,5-1 м/с). Однако человеку приходится жить и работать не только при комфортных температурах среды, но и при температурах как значительно более высоких, так и более низких.

Неблагоприятное влияние на человека могут оказывать экстремальные (максимальные и минимальные) температуры, способствующие развитию ряда патологических состояний (обморожение, простуда, перегрев и т.д.), а также резкие внезапные колебания.

Как известно, жизнеспособность и жизнедеятельность организма человека сохраняется при относительно постоянном температурном режиме тела. В организме человека поддерживается четкое соотношение между теплообразованием и теплоотдачей, благодаря чему и обеспечивается стабильность температуры тела. Процесс терморегуляции, представляющий собой сложный рефлекторный акт, осуществляется деятельностью подкорковых центров и коры больших полушарий.

Организм через высшие отделы центральной нервной системы чутко реагирует на изменения, возникающие в окружающей среде. Нод влиянием этих воздействий организм способен менять количество вырабатываемого им и отдаваемого в окружающее пространство тепла. Основной обмен (соответственно и выработка тепла) в условиях жары понижается. Происходит рефлекторное расширение периферических сосудов, что увеличивает кровоснабжение кожи и, следовательно, создает условия, при которых отдача тепла организмом увеличивается. Одновременно усиливается и потоотделение, являющееся мощным фактором теплопотери за счет теплоты, расходуемой на испарение нота с поверхности кожи.

Образование тепла в организме происходит благодаря постоянно протекающим окислительным процессам и совершению работы (синтез биомо-лскул, активный транспорт, сокращение мышц, биоэлсктричсство и т.д.). Теплоотдача же осуществляется различными путями: в основном через кожу (82 %), а также через органы дыхания (13 %). Часть тепла выделяется с калом и мочой (1,3 %). Кроме того, около 4,6 % тепла расходуется на согревание попавшей в организм пищи и воды.

В условиях жары, а также при мышечной работе повышение теплоотдачи происходит вследствие усиленного потоотделения. В покое при температуре воздуха 10-18° С человек выделяет около 1 грамма пота в минуту. Однако уже при повышении температуры воздуха до 28-35° С количество выделяемого пота возрастает до 2-5 граммов в минуту. Такая же величина влагопотерь будет при температуре воздуха 22-32° С, если человек совершает легкую работу. При температуре воздуха 45° С человек в покое выделяет 4-7 граммов пота в минуту, а в тех же условиях при совершении физической работы - 16-21 грамм пота в минуту.

Вместе с физической регуляцией или в случаях ее недостаточности вступает в действие химическая регуляция, направленная на понижение теплообразования путем снижения обмена веществ в тканях организма. Терморегулирующие реакции организма на действие повышенной температуры внешней среды складываются из ряда приспособительных процессов, характер которых зависит как от интенсивности согревания, так и от функциональных возможностей физиологических систем, поддерживающих термическое постоянство внутренней среды. При действии повышенной температуры первыми в регуляцию включаются дыхательная и сердечнососудистая системы, обеспечивающие усиленную радиационноконвекционную теплоотдачу. Далее включается наиболее мощная потоиспарительная система охлаждения. Непривычно высокие температуры вызывают значительное расширение периферических кровеносных сосудов, учащение дыхания и пульса, увеличение минутного объема крови некоторым снижением артериального давления, если нет патологической реактивности. Кровоток во внутренних органах и в мышцах уменьшается. Возбудимость нервной системы и пищеварительных желез (аппетит) временно снижается. При температуре воздуха около 30-35° С и выше возможно небольшое понижение обмена веществ, если не возникает перегревания с повышением температуры тела.

При воздействии на организм окружающего воздуха с пониженной температурой реакция организма носит другой характер. Отмечается процесс, обратный тому, что наблюдается в условиях жары. Кожные сосуды сужаются, скорость кровотока через них снижается. Процесс потоотделения резко идет на убыль или прекращается. Это значительно уменьшает отдачу тепла организмом (физическая теплорегуляция). Одновременно увеличивается теплопродукция (химическая теплорегуляция).

Указанные реакции способствуют сохранению нормальной температуры тела. Значительно повышается обмен веществ, приводящий к образованию тепла в организме, усиливается деятельность желез внутренней секреции (гипофиза, надпочечников, щитовидной железы).

Таким образом, температура внешней среды, влияя на организм через нервные рецепторы, приводит в действие систему физиологических механизмов адаптации, которая в зависимости от характера температурного раздражителя (холод или жара) соответственно уменьшает или увеличивает процессы теплоотдачи и теплопродукции. А это, в свою очередь, обеспечивает сохранение температуры тела на нормальном, физиологическом уровне.

Обнаружено, что повышение температуры наружного воздуха приводит к снижению активности холинэстеразы (ХЭ) плазмы крови. Например, увеличение температуры на 10 градусов приводило к снижению активности

ХЭ с 5,2 до 15 мин. Указанное свидетельствует о проявлении приспособительной реакции организма.

Установлено, что с понижением температуры наружного воздуха экскреция адреналина резко повышается, а затем плавно снижается, но остается повышенной. При температуре окружающей среды выше +1°С скорость кровотока сохраняется постоянной. При температурах ниже указанной скорость кровотока снижается. Понижение температуры вызывает колебания максимального артериального давления от 14,7 до 13,3 кПа. Во всех исследованиях связь между изменениями температуры наружного воздуха и колебаниями периферического сопротивления сосудов не установлена.

Влажность воздуха, т.е. содержание в нем водяного пара, является одной из существенных характеристик погодных условий, от которой зависят физиологические процессы в живом организме. Для оценки влажности воздуха используют упругость (парциальное давление) водяного пара (в Па) или количество водяного пара в единице объема воздуха (в г/м³). Абсолютная влажность характеризуется количеством водяного пара в единице объема воздуха либо его упругостью. Относительная влажность воздуха - это отношение абсолютной влажности воздуха к максимальной (насыщающей) при данной температуре (в %). Влажность воздуха зависит от количества осадков и интенсивности ультрафиолетового излучения, достигающего Земли.

У земной поверхности содержание водяного пара в воздухе (абсолютная влажность) составляет в среднем от 0,2 % по объему в высоких широтах до 2,5 % в тропиках.

В качестве метеорологического параметра наиболее часто применяют относительную влажность. Воздух считают сухим при относительной влажности 55 %, умеренно сухим - при 56-70 %, умеренно влажным - при 71-80 %, влажным - выше 80 %.

Водный обмен человека регулируется центрами водно-минерального обмена и гормонами желез внутренней секреции (гипофиз, щитовидная жслеза, надпочечники и др.), а также печенью. Если сопоставить дефицит влажности наружного воздуха с насыщенным воздухом легких, то можно найти физиологический дефицит насыщения или разность между упругостью насыщения при температуре 37° С, которая равна 6,3 кПа (47,1 мм рт. ст.). Холодный воздух, поступая в легкие, согревается, сухой воздух увлажняется.

Выше отмечалось, что температура воздуха в помещении 18-21° С и относительная влажность 60-40 % являются оптимальными величинами. Высшей границей возможной эффективности терморегуляции у человека в покое является температура воздуха 30-31° С при относительной влажности 85 % или температура воздуха 40° С при относительной влажности 30 %.

Следует подчеркнуть, что человек может приспособиться и к условиям, существенно отличающимся от условий зоны комфорта, сохраняя в течение определенного времени удовлетворительное самочувствие и работоспособность. Было доказано, что при температуре 40° С и относительной влажности 15-20 % здоровые люди сохраняли удовлетворительное самочувствие после 4-часового пребывания в указанных условиях. Дальнейшее же повышение температуры (до 70“ С) и влажности (до 70-75 %) существенно ухудшало самочувствие. Отмечалось повышение температуры тела до 38,8“ С, учащение пульса до 134 ударов в минуту (вместо 72 ударов в минуту в норме), дыхания в 2 раза (до 30-32 в минуту), потоотделение достигало 40 граммов в минуту. Появлялись сердцебиение, головная боль, слабость, затрудненное дыхание и понижение мышечной активности. Резкое понижение относительной влажности воздуха приводит к значительному напряжению компенсаторных сил организма: наступает сгущение крови в результате избыточного потоотделения, учащается сердцебиение и ухудшается кровообращение.

Повышенная влажность воздуха - неблагоприятный фактор не только при жаре, но и при холоде. Так, при температуре воздуха в пределах 0° С при высокой влажности происходит резкое увеличение теплоотдачи. Это создает особо неблагоприятные условия для организма. Даже при такой температуре возможны отморожения рук, ног и лица, если пребывание на открытом воздухе будет достаточно длительным (особенно при ветре).

Таким образом, если высокая влажность при пониженной температуре воздуха способствует теплоотдаче, то при повышенной температуре воздуха она ее задерживает. Отсюда ясно: при повышенной температуре воздуха, чем ниже влажность, тем эффективнее организм борется с перегреванием. Однако низкая влажность (менее 20 %) вызывает значительные испарения влаги со слизистых оболочек дыхательных путей. А это приводит к уменьшению их фильтрующей способности и к неприятным ощущениям в горле, сухости во рту. Если влажность воздуха высока, то уже при умеренных температурах возникает неприятное ощущение, называемое духотой. Как видим, организм обладает рядом адаптационных компенсаторных механизмов, которые дают возможность сохранять между теплопродукцией и теплоотдачей.

Обнаружено, что изменения относительной влажности воздуха влияют на экскрецию адреналина: при относительной влажности 68-73 % экскреция адреналина постоянна; с повышением относительной влажности -увеличивается. Понижение относительной влажности также вызывает колебания экскреции адреналина сначала в сторону повышения, а затем снижения. Установлено, что рост относительной влажности воздуха вызывает повышение активности холинэстеразы и средней температуры кожного покрова человека. Изменения температуры тела не проявляются вплоть до относительной влажности, равной 80-85 %. Указанное значение считают критическим, дальнейшее повышение влажности воздуха приводит к резкому повышению средней температуры кожного покрова.

При понижении температуры содержащаяся в воздухе влага конденсируется, и образуется туман. Это возможно также при смешивании теплого влажного воздуха с холодным и влажным. В промышленных районах туман может поглощать токсические газы, которые, вступая в химическую рсакцию с водой, образуют сернистые вещества. Это может привести к массовым отравления населения. В районах эпидемий капельки тумана могут содержать возбудителя заболеваний. При влажности опасность воздушной инфекции выше, так как капельки влаги обладают большей способностью к диффузии, чем сухая пыль, и поэтому могут попадать в самые отдаленные участки легкого.

Облака, образующиеся над земной поверхностью путем конденсации содержащихся в воздухе водяных паров, могут состоять из водяных капелек или кристаллов льда. Облачность измеряют по одиннадцатибалльной системе, согласно которой 0 соответствует полному отсутствию облаков, а IО баллов - сплошной облачности.

Облачность оказывает влияние на световой режим и является причиной выпадения атмосферных осадков, которые резко нарушают суточную температуру и влажность воздуха. Именно эти два фактора, если они резко выражены, и могут оказывать неблагоприятное влияние на организм при облачной погоде.

Осадки могут быть жидкими (дождь) или твердыми (снег, крупа, град). Характер осадков зависит от условий их образования. Если восходящие воздушные потоки при большой абсолютной влажности достигают больших высот, для которых характерны низкие температуры, то водяные пары сублимируются и выпадают в виде крупы, града, а растаявшие - в виде ливневого дождя. Дождь играет положительную санитарную роль: он очищает воздух, смывает пыль; капли, содержащие микробы, опускаются на землю. Мрачная сырая погода как и штормовая, способствует депрессивным состояниям.

Сухой снегопад оказывает менее угнетающее действие. Медленное, равномерное падение снежинок успокаивает, их отрицательные заряды, чистый морозный воздух бодрят и сглаживают угнетающее влияние пасмурного дня.

Снежный покров ввиду высокой отражательной способности (альбедо) к коротковолновому излучению существенно ослабляет процессы аккумуляции солнечного тепла, усиливая зимние морозы. Особенно высоко альбедо снега к ультрафиолетовому излучению (до 97 %). Нередко кратковременный дождь и снег улучшают состояние мстсолабильных людей, способствуя исчезновению имевшихся до этого жалоб, связанных с погодой. Если за сутки суммарное количество осадков не превышает 1 мм, погода считается без осадков.

Ветер характеризуется направлением и скоростью. Сила ветра определяется по тринадцатибалльной шкале Симпсона-Бофорта, по которой О соответствует штилю (скорость по анемометру 0-0,5 м/с), 1 - тихому ветру (0,6-1,7), 2 - легкому ветру (1,8-3,3), 3 - слабому ветру (3,4—5,2), 4 - умеренному ветру (5,3-7,4); 5 - (7,5-9,8) и 6 (9,9-12,4) - свежему ветру, 7 (12,5-15,2) и 8 (15,3-18,2) - сильному ветру, 9 (18,3-21,5), 10 (21,6-25,1) и 11 (25,2-29,0) - шторму, 12 - урагану (более 29 м/с). Резкое кратковременное усиление ветра до 20 м/с и выше называется шквалом. Причиной ветра является разница в давлении: воздух перемешается из области с высоким давлением в места с низким давлением. Чем больше разница в давлении, тем сильнее ветер.

Ветер оказывает на человека прежде всего механическое действие -вызывает затруднение дыхания и оказывает ощутимое давление на механорецепторы кожи, препятствует выполнению физической работы и передвижению. Если умеренный ветер бодрит здорового человека, то сильный и крепкий продолжительный ветер оказывает угнетающее действие на психическую сферу человека и на поведение животных. Кроме того, непрерывный звуковой эффект способствует появлению отрицательных эмоций. Усиление ветра влечет за собой повышение возбудимости ЦНС, головные боли, ощущение тревоги и т.п. Являясь тактильным и холодовым раздражителем, ветер действует на рецепторные окончания кожи и, в зависимости от общей и сосудистой реактивности, вызывает более или менее выраженное сосудосуживающее действие. Под действием морского бриза артериальное давление несколько повышается. При гипертонической болезни скорость ветра более 4,5 м/с может вызвать резкое сужение сосудов. Умеренный ветер оказывает тонизирующее и стимулирующее действие. Выраженное отрицательное действие ветер оказывает на терморегуляцию, особенно совместно с такими факторами, как низкая температура и высокая относительная влажность воздуха.

В жаркое время года ветер умеренной силы усиливает испарение с поверхности кожи и конвекционно снимает тепло. Поэтому он способствует лучшей теплоотдаче и охлаждению тела, облегчая переносимость жары -теплопотери организма возрастают при увеличении скорости ветра до 4-6 м/с.

Однако если температура воздуха выше температуры кожи человека, ветер уже не охлаждает, а, наоборот, конвекционно нагревает организм. В холодную погоду (особенно при больших морозах) сильный ветер оказывает отрицательное действие на организм, способствуя охлаждению и отморожению тела человека. Сухой холодный ветер приводит также к дегидратации кожи.

Установлено, что увеличение скорости ветра до ~ 8 м/с вызывает изменение физиологических показателей организма (экскрецию адреналина, концентрацию гемоглобина и др.). Обнаружено усиление аллергических реакций при прохождении теплого воздушного фронта.

Кроме метеорологических факторов, приведенных выше, в любых условиях на функциональные показатели организма человека оказывают химические свойства атмосферы.

Воздух, составляющий земную атмосферу, состоит из смеси газов, водяного пара и аэрозолей. В нижней части атмосферы сухой воздух содержит (в процентах по объему): азота - 78,09, кислорода - 20,95 (23,15 % по массе), аргона - 0,93, углекислого газа - 0,03, следы гелия, метана, криптона, водорода, закиси азота, радона и другие элементы.

Кислород в атмосфере содержится главным образом в молекулярном виде (Оо); под влиянием ионизирующего излучения и электрических зарядов молнии на некоторое время в воздухе появляется кислород атомарный (О) и трехатомный (Оз - озон). Из общего давления атмосферы на долю кислорода приходится 21,3 кПа (160 мм рт. ст.) - парциальное давление.

Плотность газообразного кислорода (отношение массы к объему) изменяется в зависимости от давления, влажности и температуры воздуха, которые в свою очередь зависят от широтных, высотных и погодных условий, а также от паров влаги, химических молекулярных и зольных примесей воздуха. В приземных условиях количество кислорода, кроме того, изменяется в связи с кислородообразованием (фотосинтез зеленых растений), кис-лородоуничтожснисм и загрязнением воздуха.

Значение кислорода для жизни настолько велико, что небольшое отклонение в его парциальном давлении и количественном отношении моментально вызывает приспособительные реакции и может привести при их недостаточности к серьезным нарушениям окислительно-восстановительных процессов, особенно при различных гипоксических состояниях организма. Обычно уровень энергетических процессов человека определяется количеством потребления кислорода в условиях основного обмена и при максимальной физической нагрузке, который при расчете на 1 кг массы тела оценивается как жизненный потенциал организма. Пребывание среди природных условий повышает потребление кислорода, естественная оксигенация оказывает оздоровляющее действие, тогда как искусственно повышенная оксигенация, необходимая при острой гипоксии, может оказать токсическое влияние.

Для московских климатогеографических условий разность среднемесячных значений плотности кислорода в январе (301,4 г/м³) и июне (270 г/м³) достигает 32 г/м³. Абсолютный максимум в годы обследования достигал 338 г/м³, абсолютный минимум - 262 г/м³. При установлении повышенного атмосферного давления наблюдаются сравнительно высокие величины плотности кислорода. Колебания атмосферного давления сопровождаются изменениями весового содержания кислорода в воздухе. Периоды высокого атмосферного давления совпадают с высоким значением плотности кислорода. Прохождение теплого фронта дает снижение, а холодного - повышение плотности кислорода. Организм усиленно потребляет кислород при физической или умственной нагрузке; как только она прекратилась, потребление кислорода снижается. Установлено, что в состоянии длительного утомления и переутомления организм не повышает потребление кислорода, а снижает его до границы физиологической нормы или даже ниже ее, если нет тяжелой патологии. Вдыхание искусственно повышенных количеств кислорода дает только временный эффект бодрости благодаря снятию физиологической или патологической гипоксии; другое дело в случаях тяжелых гипоксических состояний. Практика показывает, что вдыхание разбавленного кислорода сопровождается замедлением дыхания, ослаблением интенсивности кровообращения, развитием охранительного торможения в центральной нервной системе, появлением сонливости. Болес того, если здоровые люди с целью достичь эффекта бодрости начинают ежедневно вдыхать повышенные количества кислорода, у них снижается физическая работоспособность.

Обнаружено, что рост значения плотности кислорода вызывает некоторое повышение скорости кровотока, активность ХЭ, минутного объема крови. Значимого влияния плотности кислорода на пульс, минимальное и максимальное артериальное давление и другие гемодинамические показатели не обнаружено.

Для оценки влияния атмосферы на организм человека используются приведенные биометеорологические параметры, рассчитанные с использованием данных о перечисленных выше факторах, а также с учетом синоптической ситуации и барической тенденции. При обработке данных заболеваемости выяснилось, что в больницы попадают 43,9 % от общего числа лиц, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, 20 % людей, стра дающих легочными заболеваниями, 17,5 % больных с сосудистыми заболеваниями и 7 % больных с заболеваниями нервной системы.

Следует заметить, что на состояние организма влияют не столько абсолютные величины метеорологических элементов, свойственные тому или другому типу погоды, сколько нспсриодичность их колебаний, являющихся в связи с этим неожиданными для организма. В качестве примера можно привести такой факт. В Петербурге в январе 1780 г. за одну ночь температура воздуха повысилась с минус 44 до плюс 6° С. В эту ночь в городе заболело около 40 тысяч человек.

Систематизация и анализ результатов более 1000 исследований европейских специалистов, в которых учитывались стохастические связи с медицинскими данными по респираторным, инфекционным, невралгическим, сердечно-сосудистым, спастическим заболеваниям, общим расстройствам здоровья, несчастным случаям на работе и в транспорте, позволили представить общую картину биотропности погодных условий.

• 1. Биотропность влияет на человека как добавочный стресс, например, как переменная возмущения, на которую организм должен реагировать, чтобы поддерживать гомеостазис на нужном уровне.
• 2. Погода - не причина, а только толчок для острых метеотропных реакций, поскольку метеотропность - одно из свойств организма.
• 3. Биотропный максимум наблюдается в областях значительных погодных изменений.
• 4. Циклоны являются неблагоприятными с точки зрения реакции организма, антициклоны - преимущественно благоприятными (за исключением случаев значительного потепления или при загрязнении воздуха).
• 5. Формы реакции, выступающие в виде понижения или повышения давления крови, связаны с атмосферным давлением противоположного характера.
• 6. Биотропность зависит от индивидуальных патологических и климатических факторов, а также от времени года и дня.

Для оценки биотропности погодных факторов в последние годы все в большей степени использовались значения переменных, которые поддаются количественному определению и могут быть быстро обработаны на ЭВМ. Например, проведено сопоставление содержания глюкозы крови детей, больных диабетом (ABG, %) с рассчитанными отклонениями температуры и влажности воздуха от средневзвешенных за предшествовавшие дни значений (рис. 2.2). Полученные результаты имеют четко выраженный характер и значение для медицины.

Рис. 2.2. Изменение содержания глюкозы в крови ABG как функция изменений температуры Т и влажности Де. Доверительные интервалы на 5 %-ном уровне значимости [10]

Проявление метеопатических реакций организма, по всей вероятности, связано не только с интенсивностью или значительной величиной отклонения в действии метеоэлементов, но и с их совместным неблагоприятным влиянием (например, сочетание сильного ветра с резкими перепадами атмосферного электричества или низкого атмосферного давления с высокой влажностью). Немаловажную роль в этом процессе, очевидно, играет ослабление приспособительных возможностей организма.

Предполагают, что известному математику Ван Ньюмену принадлежат слова о том, что человек представляет собой самую сложную систему, а за ним по сложности идет атмосфера Земли. Проблема взаимосвязи между этими системами еще далеко не решена.

Механизмы возникновения метеопатических реакций остаются пока не вполне ясными. Однако многочисленные исследования свидетельствуют об исключительно высокой чувствительности человека к изменениям природных явлений.

Таким образом, метеорологические факторы оказывают значительное влияние на функции живого организма. Своевременное предсказание метеорологами динамики атмосферно-физических процессов, знание особенностей организма и оказание помощи в компенсации неблагоприятного воздействия погодных условий могут позволить ослабить и даже полностью предупредить это воздействие.