close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Мамедов М.М. Экология человека (тексты лекций)

код для вставкиСкачать
0
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.Ф. МОРОЗОВА»
М.М. Мамедов
ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА
Тексты лекций
Воронеж 2016
1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.Ф. МОРОЗОВА»
М.М. Мамедов
ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА
Тексты лекций
Воронеж 2016
2
УДК 504
М22
Печатается по решению учебно-методического совета
ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № 3 от 29 января 2016 г.)
Рецензенты: кафедра экологии и земельных ресурсов
ФГБОУ ВПО «ВГУ»;
проф. кафедры экологического образования ВГПУ
д-р с.-х. наук В.Н. Жердев
Ответственный редактор д-р биол. наук, проф. Н.Н. Харченко
Мамедов, М. М.
М22 Экология человека [Текст] : тексты лекций / М. М. Мамедов ;
М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – 87 с.
ISBN 978-5-7994-0725-4 (в обл.)
Тексты лекций составлены в соответствии с программой курса, приведена
информация о влиянии окружающей среды на жизнедеятельность людей, рассмотрены
вопросы функционирования биосистем человека в различных условиях окружающей
природной и социальной среды. Изложены основные физиологические механизмы
адаптации и еѐ нарушения при действии на человека природных и антропогенных факторов.
Тексты лекций предназначены для студентов по направлению подготовки
05.03.06 – Экология и природопользование, могут быть использованы при обучении
слушателей по соответствующим программам дополнительного профессионального
образования.
УДК 504
ISBN 978-5-7994-0725-4
© Мамедов М. М., 2016
© ФГБОУ ВО «Воронежский государственный
лесотехнический университет
имени Г.Ф. Морозова», 2016
3
Оглавление
Введение……………………………………………………………………………...4
Лекция № 1. Экология здоровья человека…………………………..……...……...5
Лекция № 2. Адаптация человека и ее форма……………………..……….…......10
Лекция № 3. Реактивность и резистентность организма …………………......…14
Лекция № 4. Природные и биологические ритмы ……………………………….18
Лекция № 5. Влияние климатических условий на организм …………….……...22
Лекция № 6. Влияние повышенного атмосферного давления на организм…....23
Лекция № 7. Терморегуляция и адаптация к высокой температуре окружающей
среды…………….…………………….…………………….....................................25
Лекция № 8. Адаптация к низкой температуре окружающей среды…………...32
Лекция № 9. Гипоксия и влияние пониженного атмосферного давления на
организм……………………………………………………………………….……37
Лекция № 10. Влияние ускорений на организм………………...…………..........42
Лекция № 11. Влияние геомагнитных и электромагнитных полей на
организм…………………………………………………………………………….44
Лекция № 12. Влияние городской среды на жизнедеятельность
человека……………………………………………………………….…………….54
Лекция № 13. Проблемы риска…………………………………………….…......66
Заключение………………………………………………………………….………75
Термины и определения…………………………………………………..………..76
Библиографический список………………………………………………….…….84
4
ВВЕДЕНИЕ
Экология человека – это наука изучающая взаимодействие человека как
биосоциального существа со сложным многокомпонентным окружающим
миром, с динамичной постоянно усложняющейся средой обитания.
Вместе с тем, под термином «экология человека» рассматривается не
только влияние природных условий на людей, но и воздействие человека на
природу.
В окружающей человека среде выделяют несколько составных частей:
абиотические факторы, биотические факторы, преобразованная человеком часть
природы, техногенная среда, социальная среда.
Различают следующие виды антропогенных факторов: физические,
химические, биологические. В последние десятилетия действие антропогенных
факторов на природу резко возросло, что привело к возникновению глобальных
экологических проблем: парникового эффекта, кислотных дождей, уничтожению
лесов и опустыниванию территорий, загрязнению среды вредными веществами,
сокращению биологического разнообразия планеты.
Кроме того, в окружающей человека среде могут возникнуть природные,
технологические и специфические катастрофы. Оценка вероятности катастроф,
особенно технологических, определяется на основании идентификации
опасностей для человека и окружающей среды, как в глобальном масштабе, так
и конкретно для каждого региона. Оценка риска – это расчет размера
потенциально вредных воздействий и вероятность того, что они могут произойти
в настоящем или в будущем. Для популяции людей имеют значения также
катастрофы, которые произошли в прошлом.
Важным критерием для жизнедеятельности человека в изменяющихся
условиях окружающей среды является способность организма к адаптации.
Адаптация – процесс и/или результат приспособления органа функции
организма, сообщества к определенной среде или к изменению условий среды.
Адаптацией называют все виды врожденной (генетической) и приобретенной
(приспособительной, индивидуальной) деятельности организма, обусловленные
изменениями на клеточном, органном, системном и организменном уровнях.
Процесс адаптации человека к окружающей среде зависит от его
конституции, реактивности и резистентности. Для социальной адаптации имеет
значение возраст и пол человека, а также его тип высшей нервной деятельности.
Индивидуальная адаптация – это физиологическая реакция организма на
изменение условий среды и приспособление к новым условиям существования.
Цель данных текстов лекций – способствовать пониманию взаимодействия
человека со средой своего обитания и применению этих знаний в последующей
практической работе.
5
Лекция 1
Экология здоровья человека
Здоровье
человека
по
определению
Всемирной
организации
здравоохранения – это состояние полного физического и социального
благополучия, а не только отсутствие болезней и физических дефектов.
«Здоровье – это оптимальное состояние организма, имея в виду, прежде
всего, приспособительное значение здорового состояния человека и животного к
непрерывно меняющимся условиям внешней среды» (А.Д. Адо).
Различают индивидуальное здоровье и здоровье общественное
(популяционное здоровье). Индивидуальное здоровье – состояние оптимального
функционирования организма, позволяющее ему наилучшим образом выполнять
свои специфические функции.
Состояние здоровья отдельно взятого человека – явление, в значительной
степени, случайное. Оно может быть обусловлено преимущественно
эндогенными факторами. Уровень же здоровья достаточно представительной
группы людей (усредненный уровень здоровья) – всегда служит показателем
благотворного или негативного влияния окружающей среды на население.
О качестве здоровья той или иной человеческой общности можно судить,
опираясь на представление об уровнях здоровья человеческих общностей.
Уровень здоровья – универсальный признак, который служит для определения
влияния окружающей среды на человека. В широком смысле уровень здоровья –
совокупность
усредненных
демографических,
медико-статистических,
антропометрических, генетических, физиологических, иммунологических, нервно–
психических признаков отдельных людей, составляющих общность.
Качество общественного здоровья оценивается с помощью ряда
показателей. К их числу относятся: общая и первичная заболеваемость взрослых,
подростков и детей, заболеваемость отдельными болезнями этих же групп
населения, временная нетрудоспособность работающих, госпитализация,
инвалидность, стандартизованная смертность, младенческая смертность,
материнская смертность, причины смерти. Использование этих показателей
позволяет проводить региональные сравнения и выделять регионы с различными
уровнями здоровья. И затем проводить там, где это необходимо разного рода
мероприятия, направленные на повышения уровня здоровья населения.
Наиболее точная классификация уровня здоровья:
1) здоровые;
2) здоровые с функциональными и некоторыми морфологическими
изменениями;
3) больные с хроническими заболеваниями при сохранении
функциональных возможностей организма;
4) больные с длительно текущими (хроническими) заболеваниями в
субкомпрессированном состоянии;
5) тяжелые больные, инвалиды I, II групп.
Выделяют физическое, психическое и социальное здоровье.
6
Физическое здоровье – состояние, при котором у человека поддерживается
баланс биохимических, физиологических и других параметров, осуществляется
нормальная саморегуляция функций организма и максимальная адаптация к
различным факторам внешней среды.
Оценка физического здоровья производится на основе определения
морфологических (рост, масса тела, окружность грудной клетки и др.),
функциональных (жизненная емкость легких, максимальное потребление
кислорода, сила, быстрота, выносливость и др.) и резервных возможностей
человека. При этом учитывается уровень физического развития и функциональной
подготовленности организма к выполнению физических нагрузок.
Под психическим здоровьем понимается индивидуальная динамическая
совокупность психических свойств конкретного человека.
Психическое здоровье человека зависит от типа высшей нервной деятельности
(темперамента), адекватности ощущений и восприятий, способности к
представлению и воображению, памяти, воли, эмоциональности, надежности,
самоконтроля, самооценки своих поступков.
Для любой популяции важным звеном является количество особей, способных
к размножению. Продолжительность жизни популяции и ее здоровье в конечном
итоге зависят от уровня ее генетического разнообразия. Маленькая популяция
(изолированная группа людей) обречена на вымирание.
В любой популяции можно выделить три возрастных периода, которые были
названы как предрепродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный. Их
длительность сильно варьирует у разных организмов. У современного человека
продолжительность этих трех возрастных периодов примерно одинакова. В
последнее время количество людей, находящихся в третьем периоде жизни
(пострепродуктивном), увеличилось. У древнего человека этот период жизни был
более короткий.
При определении уровня здоровья отдельной популяции в конечном итоге
учитывается процесс воспроизводства или убыли населения на отдельно взятой
территории. С этой целью проводится демографический учет (ЗАГС, перепись
населения).
Здоровье населения формируется и поддерживается всей совокупностью
условий повседневной жизни. Условия, обстоятельства, конкретные причины, более
других влияющие на возникновение и развитие болезней, получили название
«факторов риска». Формирование популяционного здоровья определяют следующие
факторы:
1) образ жизни и социально-экономические условия;
2) генетика, биология человека;
3) качество внешней среды, природные условия;
4) здравоохранение.
Для выживания любой популяции, в том числе Homo sapiens, имеет значение
превышение рождаемости над смертностью и продолжительности жизни.
Последний показатель имеет смысл, так как чем больше продолжительность жизни
популяции человека, тем больше накапливается новой информации и передается
последующим поколениям.
7
В течение XX в. превышение рождаемости над смертностью популяции людей
на Земле продолжало увеличиваться (рис. 1).
Рис. 1. Средняя продолжительность жизни человека на Земле
Длительность жизни человека зависит не только от его генетической
программы, но и от социальных условий, в том числе воздействия среды
обитания. По среднестатистическим оценкам продолжительность жизни
человека должна составлять 100-120 лет. Вместе с тем, можно предположить,
что продолжительная жизнь (150-200 и более лет) будет вызывать сенсорное и
эмоциональное утомление.
Снижение уровня здоровья во многом зависит не только от образа жизни
людей, социально–экономических факторов, состояния окружающей среды и
наследственности, но и от природных условий (табл. 1).
Таблица 1
Факторы риска [Лисицын, 1992]
Значение для
здоровья.
Сферы
Группы факторов риска
Примерный
удельный вес, %
1
2
3
Образ жизни и
49–53
Курение, несбалансированное
социальнонеправильное питание;
экономические условия
употребление алкоголя,
наркотиков; злоупотребление
лекарствами ;вредные условия
труда, стрессовые ситуации;
гиподинамия; плохие материальнобытовые условия; непрочность
семей; одиночество; низкие
образовательный и культурный
уровни; чрезмерная урбанизация.
Генетика, биология
18–22
Предрасположенность к
человека
наследственным болезням, к
дегенеративным болезням,
онкологическим заболеваниям
8
1
Качество внешней
среды, природные
условия
Здравоохранение
2
17–20
8–10
Окончание табл. 1
3
Загрязнение воздуха, воды и почвы;
загрязнение жилища и продуктов
питания; вредные
производственные условия; резкие
смены погоды; повышенные
гелиокосмические, магнитные и
другие излучения
Низкая эффективность
профилактических мероприятий;
низкое качество медицинской
помощи
По данным же ВОЗ, распределение факторов влияющих на здоровье
населения мира, следующее: по образу жизни 50 %, в зависимости от среды
обитания 20 %, наследственности 20 %, в качестве медицинской помощи 10 %.
В основе классификации популяционного здоровья лежит выделение
социально-исторических типов здоровья, которые тесно связаны с этапами
становления человечества.
Тип популяционного здоровья определяется исходя из величины медикодемографических показателей, которые используются для характеристики
уровня здоровья (средней продолжительности жизни, коэффициенты общей и
младенческой смертности, причин смерти, заболеваемости, временной утраты
трудоспособности, инвалидности). На разных исторических этапах развития
человечества тип здоровья существенно менялся.
В настоящее время на нашей планете сохранились практически все типы
общественного здоровья, которые когда-либо существовали, начиная с
палеолита. Но соотношение территорий, занятых населением с тем или иным
типом здоровья, резко изменились.
Можно выделить пять типов популяционного здоровья:
1) примитивный – простое выживание популяции под постоянной угрозой
насильственной смерти;
2) постпримитивный – сравнительно короткая жизнь большинства
населения с высокой вероятностью преждевременной смерти от периодически
возникающих эпидемий острозаразных болезней и неблагоприятного течения
соматических заболеваний;
3) квазимодерный (близкий к современному типу здоровья населения
экономически развитых стран); модерный (современный тип здоровья населения
экономически развитых стран);
4) постмодерный (тип общественного здоровья, который сформируется в
недалеком будущем, если не возникнет форс-мажорных обстоятельств) –
полноценная радостная жизнь всей популяции.
Оценивая современную аналогическую ситуацию, можно вполне
определенно констатировать, что сейчас на Земле доминируют два типа
9
общественного здоровья: квазимодерный и модерный, при наличии зачатков
постмодерного типа и остатка элементов примитивного и пост примитивного
типов популяционного здоровья.
На здоровье населения заметное влияние оказывают природные факторы.
Поэтому помимо основных типов популяционного здоровья следует выделить
следующие зональные подтипы здоровья:
Арктический
Субарктический
Северотаежный
Средне- и южнотаежный
Подтаежный
Высокогорный бореальный
Субаридный
Аридный
Экстраридный
Субтропический
Тропический
Высокогорный тропический
Эти подтипы, характеризуются, главным образом, специфическим набором
заболеваний, четко связанных с ландшафтными условиями. Хорошо известно,
что в полярных районах преобладают заболевания, обусловленные
преимущественно физическими факторами (низкая температура, высокая
влажность, ветер, геомагнитные явления) – обморожения, простудные
заболевания, нарушения сердечнососудистой системы во время магнитных бурь
и пр. В тропических странах ведущее место занимают болезни, вызываемые
биологическими факторами: возбудителями инфекций и инвазий, укусами
ядовитых животных, ядовитыми растениями. Иногда связь между некоторыми
болезнями и географическими условиями отражаются в названиях заболеваний,
например, клещевой или таежный энцефалит, тропическая лихорадка, лихорадка
Западного Нила, уровская болезнь, японский энцефалит, крымская
геморрагическая лихорадка и т.д.
Кроме того, обычные заболевания (сердечнососудистые, онкологические,
органов дыхания, пищеварения и т.д.) в различных географических условиях
протекают по-разному. Так, болезни системы кровообращения у выходцев из
районов с умеренным климатом в условиях высоких широт протекают более
тяжело, возникают в более раннем возрасте и дают более тяжелые осложнения,
чем в лесных или лесостепных районах.
Иногда различные типы здоровья встречаются на одной территории у
групп населения, проживающих рядом. Например, на Таймыре живут рабочие и
служащие
Норильского
горно-металлургического
комбината,
а
в
непосредственной близости от него пасут оленей, охотятся и ловят рыбу ненцы,
долганы и нганасаны. Здоровье норильчан можно отнести к норильскому
варианту арктического подтипа квазимодерного типа, а у коренных жителей
Таймыра – арктический подтип постпримитивного типа популяционного
здоровья.
Рассмотренные проблемы имеют большое теоретическое значение, а также
помогают понять суть происходящих в тех или иных регионах процессов,
связанных со здоровьем населения, ответить на многие сложные вопросы
общественного здравоохранения; решить ряд практических задач:
10
1) детальное изучение всех факторов риска при анализе причин изменения
уровня здоровья и разработка мер профилактики;
2) обязательный учет местных природных, эколого-гигиенических и
социально – экономических особенностей жизни населения при ухудшении
уровня его здоровья;
3) планирование социально-гигиенических мероприятий по улучшению
качества общественного здоровья необходимо проводить с учетом постепенного
изменения качества популяционного здоровья, поскольку отечественный и
мировой опыт показывают, что практически невозможно, минуя один и тем
более два типа здоровья, например, сразу перейти от постпримитивного к
модерному типу.
Лекция 2
Адаптация человека, еѐ формы и механизмы
Адаптация – это совокупность морфофизиологических, поведенческих,
популяционных и других особенностей вида, обеспечивающая возможность
существования в определенных условиях среды.
Адаптация имеет два аспекта: биологический и психологический.
Биологический аспект адаптации – общий для человека и животных – включает
приспособление организма к устойчивым и изменяющимся условиям внешней
среды: температуре, атмосферному давлению, влажности, освещенности и
другим физическим условиям, а также к изменениям в организме (болезнь,
потеря какого-либо органа или ограничение его функций). Психологический
аспект адаптации – приспособление человека как личности к существованию в
обществе в соответствии с требованиями этого общества и с собственными
потребностями, мотивами и интересами.
Адаптационные приспособления разделяются на три группы. К первой
группе отнесены индивидуальные адаптации, возникающие на протяжении
постнатального развития, в том числе образование и закрепление условных
рефлексов, формирование сложных стереотипов и социальных поведенческих
реакций. Во вторую группу включены видовые, т.е. генетически обусловленные
адаптации. Они передаются из поколения в поколение как наследственные
программы, в том числе как безусловные рефлексы и специализированные
гормональные отношения. Третья группа – популяционные адаптации, которые
возникают в процессе формирования и обитания популяции в конкретных
условиях окружающей среды.
В понятие «адаптация» входят:
– процессы, с помощью которых организм приспосабливается к
окружающей среде;
– состояние равновесия между организмом и окружающей среде;
– реализация нормы реакции в конкретных условиях среды с помощью
изменения фенотипа;
– результат эволюционного процесса – адаптациогенез (отбор и
закрепление генов, кодирующих информацию о развившихся изменениях).
11
Адаптивные реакции у человека осуществляются в двух формах – общей и
специфической (Алексеева, 1986). Общая особенность адаптивных типов – это
повышение сопротивляемости организма неблагоприятным условиям среды
(повышение резистентности, гуморального иммунитета и др.). Специфические
реакции адаптации – это конкретные изменения в отдельных функциональных
системах организма (повышение теплопродукции, увеличение относительной
поверхности испарения и др.). Для арктических популяций характерно
увеличение массы тела, брахиморфный тип пропорций тела, цилиндрическое
строение грудной клетки, усиление кроветворения, увеличение скорости
липидного (жирового) обмена, повышенной способности окисления жиров. Для
популяций человека, проживающих в условиях высокогорья, характерно
увеличение размера грудной клетки и дыхательного объема, повышение
легочной вентиляции и кислородной ѐмкости крови, скорости кровотока и
количества функционирующих капилляров, увеличение скорости кроветворения
и концентрации гемоглобина в крови. У большинства индивидуумов,
проживающих в экваториальных (тропических) зонах, форма тела удлиненна,
увеличено количество потовых желез на 1см2, повышена интенсивность
потоотделения. Кроме того, у них снижен уровень метаболизма, регулирующий
основной обмен. Особенности тропического морфофункционального комплекса
свойственны и населению пустынь, но для этой популяции характерна более
эффективная сосудистая реакция регуляция потери тепла в условиях резких
суточных температурных колебаний.
Морфофункциональные особенности популяционных групп человека
зависят от географических условий.
Для населения, проживающего в условиях экваториального пояса,
характерны темная кожа, толстогубость, курчавые волосы, долихоморфный (т.е.
удлиненный, узкий) тип сложения. Однако достоверной зависимости между
расстоянием от экватора до места проживания людей и степенью пигментации
их кожи не выявлено.
Для северных территорий типичен иной тип сложения – более массивные и
коротконогие формы, хотя абсолютные размеры тела у различных групп
коренных жителей (чукчи, эскимосы, саамы, ненцы) Севера могут существенно
различаться.
В пределах адаптивного типа населения внетропических широт были
выделены подтипы второго порядка: арктический и горный, континентальный и
аридный, умеренный.
Условия существования любого живого организма могут быть:
– адекватными (те, которые в данный момент позволяет организму все
процессы жизнедеятельности осуществлять в пределах нормы реакции);
– неадекватными (те, которые не соответствуют диапазону свойств
организма, определяемых нормой реакции).
В адекватных условиях организм испытывает состояние комфортности,
т.е. оптимального уровня работы всех систем органов. В неадекватных условиях
организму приходится включать дополнительные механизмы для обеспечения
состояния устойчивости. Это состояние называется «напряжение». Если с
12
помощью напряжения организм не достиг состояния устойчивости, то
развивается состояние «предболезни», а затем «болезни».
Современные антропогенные условия включают не один неблагоприятный
фактор, а целый комплекс факторов, к которым должен приспособиться
организм. Поэтому и ответ организма должен быть: а) многокомпонентным;
б) интегрированным. Эта интеграция обеспечивается взаимосвязанной работой
компонентов адаптации, составляющей стратегию адаптации.
В зависимости от того, какие системы вовлекаются в создание состояния
адаптации и какова длительность этого процесса, различают две его главные
формы:
– эволюционную; этот процесс является основой эволюции, так как
имеющийся комплекс видовых наследственных признаков становится исходным
пунктом для изменений, вносимых условиями среды и закрепляемых на уровне
генотипа; этот процесс занимает тысячи и миллионы лет;
– фенотипическую; возникает в ходе индивидуального развития
организма, в результате чего организм приобретает устойчивость к некоторым
факторам среды.
Фенотипическая адаптация также обусловлена генотипом, но не в виде
заранее запрограммированной адаптации, а в виде нормы реакции, т.е. диапазона
потенциальных возможностей для обеспечения ответа организма на изменения
условий среды. Превращение потенциальных возможностей в реальные также
невозможно без участия генного аппарата (усиление синтеза белков, НК и т.д.).
Это явление называется структурным следом адаптации. После прекращения
действия внешнего фактора активность генного аппарата снижается, и
структурный след адаптации исчезает. Ключевое звено в обеспечении адаптации
– взаимосвязь между функциями и генетическим аппаратом.
Различают две формы фенотипической адаптации: кратковременную
(срочную) и долговременную (акклиматизацию).
Акклиматизация – это долговременная фенотипическая адаптация в
измененных климатических условиях, продолжающаяся длительное время после
территориального перемещения. В большинстве случаев полная акклиматизация
наступает на протяжении двух и более поколений.
Под акклиматизацией членов научных экспедиций, туристов и
альпинистов понимают нахождение в течение нескольких дней перед
восхождением в горы на базовом лагере. В связи с относительно небольшим
сроком пребывания в горах для этих групп людей характерны частичная
акклиматизация и адаптация.
Частным случаем акклиматизации является реакклиматизация –
приспособление организмов к местности, из которой они по каким-либо
причинам исчезли.
Акклиматизация
занимает
промежуточное
положение
между
генотипической и фенотипической адаптацией, но акклиматизационные
изменения последней обратимы. Все фенотипические адаптации нестойки и при
возвращении адаптированного организма в прежние условия адаптационные
изменения постепенно прекращаются, т.е. развивается дезадаптация. Каких–
13
либо последствий для организма при этом не наблюдается. На процесс
адаптации также влияют и гигиенические условия жизни населения.
В случае воздействия на организм факторов среды, количественно
превышающих возможности адаптирующейся системы, развивается процесс,
обратный адаптации – дезадаптация. Она приводит к дисфункции, т.е.
невозможности для организма выполнять функции в результате нарушения
структур, ответственных за адаптацию.
Реадаптация – это способность организма после прекращения действия
травмирующего фактора возвращать вовлеченные в процесс системы в исходное
положение.
Срочная адаптация:
– возникает непосредственно после действия раздражителя;
– осуществляется за счет готовых, ранее сформировавшихся структур и
физиологических механизмов. Это означает, что в организме всегда существует
некоторое количество резервных структур и некоторое количество готовых
веществ; это структурный резерв адаптации, который может обеспечить
немедленную реакцию. Резерв этот невелик, при срочной адаптации
деятельность организма происходит на пределе человеческих возможностей.
Срочная адаптация проявляется двигательными или физиологическими
реакциями (бегство в ответ на болевое ощущение; увеличение теплопродукции в
ответ на холод, рост легочной вентиляции в ответ на недостаток кислорода).
Долговременная адаптация развивается на основе срочной адаптации,
когда системы, реагирующие на данный раздражитель, включились, но не
обеспечили устойчивого состояния.
При долговременной адаптации:
– активизируется гормональная система;
– усиливается синтез веществ, органоидов, клеток, тканей органов;
– ведущую роль в долговременной адаптации играет центральная нервная
система, гормональная система, генетический аппарат.
Следствием такой адаптации являются структурные изменения в органах,
которые увеличивают их мощность (работоспособность). Например, при
длительных спортивных тренировках увеличивается мощность работы сердца,
прежде всего, систолический объѐм левого желудочка. При этом обычно
развивается гипертрофия миокарда, что вызывает патологию сердечнососудистой системы.
Если интенсивность фактора превышает адаптивные возможности
организма и состояние устойчивости не наступает, то организм переходит в
состояние истощения, а затем предболезни и болезни.
Особенности процесса адаптации, присущие только человеку:
– количество антропогенных факторов резко возросло в последние
десятилетия, тогда как системы адаптации формировались миллионы лет при
отсутствии этих факторов и поэтому в современных условиях оказываются
недостаточно эффективными;
14
– поведение человека регулируется сознанием, подчиненным социальным
ритмам, благодаря чему человек иногда сознательно выбирает неадекватное
поведение;
– в адаптации человека ведущую роль играет вторая сигнальная система.
Лекция 3
Реактивность и резистентность организма
Реактивность – это способность организма отвечать изменениями
жизнедеятельности на воздействия внутренней и внешней среды.
Принята следующая классификация видов реактивности: видовая,
групповая, индивидуальная, физиологическая, патологическая, специфическая и
неспецифическая.
Видовая реактивность зависит от вида живых организмов. Например,
сезонное поведение, выработка специфических антител, восприимчивость к
инфекционным заболеваниям, особенности реагирования на различные
раздражители, в том числе ионизирующую радиацию. Для человека имеет
значение вторая сигнальная система и социальные факторы.
Групповая реактивность – это реактивность популяций животных,
отдельных групп людей. Она зависит от возраста, пола, типа конституции, типа
ВНД, группы крови, расы и других факторов.
Индивидуальная реактивность – это способность организма определенным
образом реагировать на действия факторов внешней среды.
Физиологическая реактивность – это реактивность, которая определяется
через адаптацию организма к различным раздражителям. Проявление такой
реактивности свидетельствует о состоянии здоровья.
Патологическая реактивность возникает при заболеваниях. Она
обусловлена нарушением гомеостаза и других функциональных способностей
организма.
Под
специфической
реактивностью
в
основном
понимают
иммунологическую реактивность.
Неспецифическая реактивность – это все изменениями в организме под
действиями внешних факторов, кроме иммунологических.
Реактивность организма оценивается по его ответу на действие
конкретного раздражителя. Она зависит от возраста и пола. Показателями
неспецифической реактивности являются скорость, интенсивность и
длительность реакций на действие раздражителей. Существует взаимосвязь
между реактивностью и возбудимостью различных тканей организма. Возможны
состояния, при которых на фоне высокой реактивности возбудимость снижается
или, наоборот, повышается. Разнообразные нарушения реактивности организма
могут менять хронаксию тканей.
Неодинаковой реактивностью обладают люди с различным типом ВНД и
конституции. Реактивность человека может измениться под влиянием
психогенных факторов.
15
В проявлении реактивности большое значение имеют условия внешней
среды (быстрая смена погоды, барометрического давления и др.). Реактивность
организма снижается во время голодания. На реактивность человека оказывают
влияние различные социальные факторы. Нарушение социальных отношений,
например, на производстве, в семье, может привести к развитию невротических
состояний, когда человек начинает неадекватно реагировать на окружающую его
социальную и биологическую среду.
Резистентность – это устойчивость организма. Она подразделяется на
первичную (наследственную) и вторичную (приобретенную). Например,
больные серповидно–клеточной анемией не болеют малярией. Вторичная
резистентность определяется через отношение к попавшим в организм
антигенам (перенесенные заболевания, прививки) и условиями внешней среды
(пониженное или повышенное барометрическое давление, пониженная или
повышенная температура, снижение или увеличение гравитации). На
резистентность организма влияют также физические и умственные нагрузки.
Устойчивость организма к действию факторов внешней среды зависит от
функционирования его барьеров (рис. 2)
Рис. 2 Барьеры организма
Резистентность может быть пассивная и активная. Пассивная
резистентность обеспечивается барьерным системами организма (кожа, слюна,
слезы, аэродинамический барьер, гематоэнцефалический барьер и др.), активная
– включением приспособительных и компенсаторных механизмов, в том числе
изменениями в системах кровообращения, дыхания, обмене веществ.
Иммунологическая и гормональная защита также относятся к активной
резистентности.
Резистентность организма человека в различные возрастные периоды не
одинакова. При внутриутробном развитии первичная устойчивость снижена. В
связи с этим необходимо учитывать, что многие лекарственные препараты при
употреблении женщиной во время беременности могут повредить развитию
плода. Состояние реактивности и резистентности в период новорожденности
определяется как наследственными факторами, так и особенностями
внутриутробного развития.
16
Человек относится к незрелорождающимся организмам. У новорожденных
не закончено морфологическое и физиологическое развитие нервной системы. У
них недоразвиты многие сенсорные системы, низкая возбудимость коры, а
необходимые ответные реализуются через подкорковые образования. Например,
цветное зрение полностью формируется у человека только к 2–3 годам жизни.
Условия внешней среды могут изменить реактивность и резистентность
организма человека. Многие люди реагируют на незначительные изменения
барометрического давления, магнитные бури и другие факторы внешней среды.
Известно сезонное обострение многих заболевания (бронхиальная астма,
ревматизм, туберкулез и др.). Колебания реактивности и резистентности зависят
от времени суток. На реактивность человека оказывают влияние социальные
факторы.
В развитие многих заболеваний вносит свой вклад наследственность.
Английский врач А. Гаррод в 1909 г. впервые установил у человека
признаки, подчиняющиеся менделеевским закономерностям наследования
(заболевания: алкаптонурия, альбинизм, цистинурия, пентозурия и др.), и
объединил их под общим названием «врожденные ошибки метаболизма». Было
выявлено более 4000 наименований болезней и нейтральных признаков,
наследуемых в соответствии с законами Г. Менделя.
По данным ВОЗ (2000 г.), наследственная отягощенность современной
популяции человека составляет в среднем более 7 %. При этом у 1 % всех
новорожденных детей имеются хромосомные нарушения до 2 % детей
рождаются с заболеваниями, обусловленными генными мутациями, а 4 % детей
имеют наследственную предрасположенность к хроническими заболеваниям.
Свыше 6 млн детей в мире рождаются ежегодно с тяжелыми врожденными
дефектами развития.
К эффектам генетического груза относится летальность, которая
проявляется на уровне гибели гамет, зигот, эмбрионов, плодов, детей. Наиболее
выражены летальные эффекты в популяциях человека на уровне зигот.
Примерно 60 % зигот погибает до имплантации. По статическим данным ВОЗ,
из 100 % зарегистрированных беременностей: живорождений – 84 %,
спонтанных абортов – 15 %, мертворождений – 1 %. Из 1000 живорожденных
детей не менее 5 умирают до 1 года по причине наследственных патологий,
несовместимых с жизнью.
Многие врожденные дефекты обусловлены мутациями нескольких генов
одновременно. Такие заболевания являются результатом взаимодействия
генетических факторов и окружающей среды. Например: сахарный диабет,
бронхиальная астма, подагра, глаукома, шизофрения, гипертоническая болезнь,
ожирение, бластоматозный рост (рак) и другие болезни.
Таким образом, наследственная патология – это часть наследственной
изменчивости, накопившейся за время эволюции человека. Практически всегда
новые мутации вносят определенный вклад в накопление генетического «груза
человека», т.е. той части наследственной изменчивости его популяции, которая
определяет появление менее приспособленных особей. В состав генетического
груза наряду с мутационным входит также сегрегационный груз, который
17
возникает в результате «выщепления» гетерозиготным родителями
гомозиготных потомков.
В народном хозяйстве, на производстве, в быту применяется примерно 50–
60 тыс. химических веществ и ежегодно внедряется примерно 1000 новых. Из
общего числа этих соединений, включая и лекарственные препараты, 5–10 %
обладают мутагенной активностью. Среди пестицидов доля мутагенов
составляет примерно 50 %. Радиация (ионизирующее, ультрафиолетовое
облучение) может индуцировать все известные типы мутации. Следствием
такого воздействия могут быть как наследственные, так и онкологические
заболевания (рис. 3).
Рис. 3. Варианты риска загрязнения окружающей среды
К биологическим мутагенным относят вирусы (герпес, ветряная оспа,
коревая краснуха, энцефалит, полиомиелит и др.), вакцины сыворотки,
неполноценное питание (экзогенные факторы). Мутагенными свойствами также
обладают некоторые биологические активные вещества, вырабатываемые в
организме, гистамин, стероидные гормоны и др. (эндогенные факторы).
Некоторые токсины, выделяющиеся гельминтами, является мутагенами. Они
усиливают действие внешних мутагенов.
Врожденные пороки развития у человека могут быть следствием не только
мутационных изменений, но и нарушений в процессе эмбрионального развития.
Группы факторов, которая приводит к развитию грубых аномалий,
называют тератогенами, а науку, изучающую эти аномалии, – тератологией.
Тератогены, действующие в период эмбрионального, или зародышевого,
развития (с момента оплодотворения яйцеклетки до завершения основных
этапов органогенеза, т.е. до конца второго – начала третьего месяца
внутриутробной жизни), приводят к грубым аномалиям развития. Гибель
зародышей в этот период достигает 70 %. Большинство зародышей гибнет в
первые дни своего существования уже на стадиях дроблений зиготы.
18
Лекция 4
Природные и биологические ритмы
Биологические ритмы – это периодически повторяющиеся изменения
интенсивности и характера процессов жизнедеятельности биологических систем.
Способность к таким изменениям жизнедеятельности передается по наследству
и обнаружена практически у всех живых организмов. Их можно наблюдать в
отдельных клетках, тканях и органах, в целых организмах и в популяциях.
Биологические ритмы подразделяются на экзогенные и эндогенные. Экзогенные
ритмы обусловлены изменениями во внешней среде, эндогенные – протекают по
законам внутренних «биологических часов».
Физиологические ритмы – это циклические колебания в различных
системах организма. Они составляют основу жизни. Одни ритмы
поддерживаются в течение всей жизни, и даже кратковременное их прерывание
приводит к смерти; другие появляются в определенные периоды жизни
индивидуума, причем часть из них находится под контролем сознания, а часть
протекает независимо от него. Ритмические процессы взаимодействуют друг с
другом и с внешней средой.
В природных условиях все циркадные ритмы синхронизированы с
ежесуточной сменой дня и ночи. Перемещение в местообитание на новую
географическую долготу ведет к устойчивому сдвигу ритма по фазе, т.е. новой
синхронизации внутренних часов. Циркадные ритмы наблюдаются только на
уровне популяции. Примером может служить выход имаго из куколок
дрозофилы, для синхронизации которого достаточно вспышки света
длительностью 1/2000 с. Существуют также ритмы с большим или меньшим
периодом, чем циркадианные. К ним относятся приливные (12, 42 часов),
которые по своему механизму могут соответствовать циркадианным,
полученные (14, 7 дней), лунные (29,5 дней) и годовые (365 дней). Например, у
комара окукливание и выход из куколок имаго контролируется лунным ритмом.
Согласно другой классификации биоритмы подразделяются на
физиологические,
геофизические
и
геосоциальные.
Адаптивные
физиологические ритмы выработались в процессе эволюции как форма
приспособления организмов к циклически меняющимся условиям среды.
Физиологическая классификация биологических ритмов: циркадные, или
суточные (период 24 ч), циркадианные, или околосуточные (период 20–28 ч),
ультрадианные (период до 20 ч), инфрадианные (период более 28 ч).
Функции многих органов движения, совершаемые при беге, полете или
при дыхании, подчиняются короткопериодичным ритмам, которые
программируются специальными пейсмекерами. Например, синусный узел
сердца задает ритм чистоты его сокращения.
Биологические ритмы можно наблюдать в отдельных клетках, в целых
организмах или популяциях. Для большинства ритмов, которые можно
наблюдать в центральной нервной системе или системах кровообращения и
дыхания, характерна большая индивидуальная изменчивость. Например, частота
дыхания,
сокращения
сердца,
величина
артериального
дыхания,
19
электрокардиограмма, сфигмограмма сонной артерии, электроэнцефалограмма,
бодрствование – сон и др. Вместе с тем, у человека биоритмы меняются с
возрастом.
Основными факторами, обеспечивающими формирование биоритмов,
являются:
– фотопериодичность (смена света и темноты);
– циклические колебания геомагнитного поля Земли;
– определенные периоды питания;
– изменение температуры окружающей среды (лето, зима);
– смена фаз Луны;
– колебания гравитационного поля Земли;
– излучения космоса (радиоволны).
Суточная периодичность времени, смена дня и ночи индуцировали и
закрепили суточные ритмы многочисленных процессов в организме, а смена
времени года сформировала сезонные ритмы.
Обычно биоритмы имеют форму синусоиды. Приняты следующие
обозначения: акрофаза – наибольший подъем; батифаза – снижение функции;
мезор – среднее значение сигнала (рис. 4).
Для организма человека характерно повышение в дневные и снижение в
ночные часы физиологических функций, обеспечивающих его физическую
активность (частота сердечных сокращений, минутного объема крови,
артериального давления, температуры тела, потребления кислорода, содержания
сахара в крови, физической и умственной работоспособности и др.).
Рис. 4. Период и фазы биологических ритмов
Определенную роль в регуляции биоритмов играет гравитация (сила
тяжести). Например, нормальное считывание генетической информации
осуществляется только при определенной ориентации хромосом. На
формирование биоритмов человека оказывают влияние также социальные
факторы. Вынужденным ритмом является режим труды и отдыха.
20
Существуют также 4 циркаритма, периоды, которые в естественных
условиях не меняются, т.е. они синхронизированы с такими циклами внешней
среды, как приливы, день и ночь, фазы Луны и время года. С ними связаны
приливные, суточные, лунные и сезонные ритмы биологических систем. Каждый
из указанных ритмов может поддерживаться в изоляции от соответствующего
внешнего цикла. В этих условиях ритм протекает «свободно», со своим
собственным, естественным периодом.
Ритмы с периодом в нескольких лет и десятилетий связывают с
изменениями на Луне, Солнце, в Галактике и др. Известно более 100 биоритмов
с периодом от долей секунд до сотен лет.
Биологические ритмы, совпадающие по кратности с геофизическими
ритмами, называются адаптивными (экологическими). К ним относят суточные,
приливные, лунные и сезонные ритмы. В биологии адаптивные ритмы
рассматриваются с позиций общей адаптации организмов к среде обитания, а в
физиологии – с точки зрения выявления внутренних механизмов такой
адаптации и изучения динамики функционального состояния организмов на
протяжении длительного периода времени.
В 1959 г. Ю. Ашофф обнаружил, что у ночных животных активный период
(бодрствование) более продолжителен при постоянном освещении, в то время
как у дневных животных бодрствование более продолжительно при постоянной
темноте. Впоследствии Ю. Ашофф установил, что при длительной изоляции
человека или животных в темноте цикл «бодрствование – сон» удлиняется за
счет увеличения продолжительности фазы бодрствования. Следовательно,
циркадные колебания в организме связаны с освещенностью, а изменение
естественной освещенности – «датчик времени».
В период «световой» ночи повышается выработка гормона роста и
снижается выработка адренокортикотропного гормона (АКТГ). Перед
пробуждением здоровый организм должен быть готов к активному
бодрствованию, в это время кора надпочечников начинает вырабатывать
возбуждающие нервную систему гормоны – глюкокортикоиды, в том числе
кортизол, который приводит к повышению артериального давления крови,
учащению сокращений сердца, повышению тонуса сосудов и снижению
свертываемости крови.
Ж. Зейцер установила, что минимальная концентрация кортизола в крови
обычно приходится на середину ночного сна, а ее пик достигается перед
пробуждением. У «жаворонков» максимум выброса кортизола происходит в
4-5 ч утра, т.е. раньше, чем у большинства людей. Поэтому «жаворонки» более
активны в утренние часы, но быстрее утомляются к вечеру. Их обычно рано
начинает клонить ко сну, поскольку гормон сна – мелатонин, поступает в кровь
задолго до полуночи. У «сов» ситуация обратная: мелатонин выделяется позже,
ближе к полуночи, а пик выброса кортизола сдвинут на 7–8 ч утра. Указанные
временные рамки индивидуальны и могут варьировать в зависимости от
выраженности утреннего («жаворонки») или вечернего («совы») хронотипов.
Центры биоритмов – супрахиазматическое ядро гипоталамуса,
расположенное над перекрестком зрительных нервов, и эпифиз (шишковидная
21
железа), которой в темное время суток увеличивает секрецию мелатонина, а в
светлое, соответственно, серотонина.
В постоянных условиях, т.е. при максимально возможном исключении
действия синхронизаторов на человека, обычно происходит изменение периода
околосуточных колебаний, а в некоторых случаях наступает рассогласование
(десинхронизация) околосуточных ритмов по частоте. Десинхронизация
наблюдается при быстрых перелетах в другие поясные зоны, при работе в
ночную смену, в полярных широтах. Повторные нарушения привычного
суточного распорядка могут оказать неблагоприятные действия на здоровье
человека. Десинхронизация – один из патогенетических механизмов
неблагоприятного действия некоторых факторов среды и измененного режима
жизнедеятельности на организм человека. При многих заболеваниях нормальная
организация биоритмов нарушается и заменяется аномальной динамикой.
Болезни, характеризующиеся аномальной временной организацией, называются
динамическими.
Биоритмы человека нарушаются при быстрой смене (полет на самолете)
часовых поясов. Адаптация у человека к рассогласованию времени проходит
медленно. Проявления трансмеридиального десинхроноза разнообразны:
нарушение сна, головные боли, расстройства пищеварения, одышка, снижение
внимания и работоспособности. Имеет определенное значение направление
перелета: с запада на восток или с востока на запад (рис. 5).
Обычно акрофаза большинства функций после перелета устанавливается
через несколько дней соответственно новому местному времени. Однако для
некоторых функций организма адаптация реализуется только через две недели.
Учет физиологических ритмов необходим при составлении рационального
режима труда и отдыха человека, при выборе времени приема лекарств,
особенно гормональных препаратов. Физиологические ритмы имеют и
определенное диагностическое значение в клинике, физиологии труда и
спортивной медицине: при различных заболеваниях и переутомлении отмечается
их нарушение.
Рис. 5. Продолжительность адаптации человека при быстрой смене часового
пояса Земли (долготы). По оси ординат: 1 – перелет с запада на восток,
2 – перелет с востока на запад; по оси абсцисс – время в часах
Биоритмы человека могут нарушаться при изменении активности Солнца.
22
Лекция 5
Влияние климатических условий на организм
Климат – режим погоды в определенной местности. Климатология – наука
о климате, его формировании, географическом распределении и изменении во
времени. В климатологии также используются понятия, связанные с
характеристикой климата: континентальный, морской, аридный, высокогорный,
муссонный и др.
Климатические факторы, или условия, определяющие климат местности:
– географическая широта, определяющая зональность и сезонность
поступления солнечной радиации на земную поверхность;
– высота над уровнем моря, от которой зависит высотная поясность;
– распределение суши и моря, сказывающееся в неравномерности
нагревания земной поверхности;
– рельеф суши, благоприятствующий или препятствующий движению
воздушных масс;
– океанические течения;
– характер подстилающей поверхности (лес, степь, обнаженные горные
породы и др.).
В создании климатических условий большое значение имеет
радиационный баланс земной поверхности, или разность между поступлением
солнечной радиации на поверхность Земли и расходом поступающей энергии.
Солнечная радиация – электромагнитное и корпускулярное излучение
Солнца. Электромагнитная радиация распространяется в виде электромагнитных
волн со скоростью света и проникает в земную атмосферу. До земной
поверхности солнечная радиация доходит в виде прямой и рассеянной радиации.
Климатические типы погоды зависят от атмосферного давления,
температуры воздуха и скорости ветра. Изменениями погоды связаны с
непериодическими колебаниями атмосферного давления воздуха у поверхности
земли. Перераспределение температуры воздуха в тропосфере создает условия
для формирования циклона (область низкого атмосферного давления) и
антициклона (область высокого атмосферного давления). Кроме того, в течение
года меняются компоненты электрического поля Земли. Оно имеет наименьшее
значение летом и наибольшее зимой. На состояние погоды оказывают влияние
магнитные бури на Солнце. Максимальное их количество наблюдается в период
равноденствия, минимальное – в период солнцестояния.
Суточные колебания атмосферного давления 1-2 мм рт.ст. не вызывают у
человека каких–либо ощущений. Однако атмосферное давление может быстро
изменяться, и его колебания могут составлять 10–20 мм рт.ст. Резкие изменения
климатических условий оказывают влияние на здоровье человека. Установлена
связь между резкими изменениями погодных условий и частотой возникновения
сердечнососудистых осложнений.
Выявлена зависимость между реакцией организма на погодные условия и
типом высшей нервной деятельности (ВНД). У больных со слабым и
23
неуравновешенным типом ВНД чаще наблюдается повышение артериального
давления крови, концентрации натрия, холестерина в крови.
Неблагоприятные реакции человека, связанные с изменением погодных
условий, получили название метеопатий. Метеопатические реакции обычно
проявляются в большей степени при переезде в новые климатические районы,
особенно с экстремальными условиями.
Влияние изменений климата на здоровье человека является одним из
направлений экологии человека. Еще Гиппократ в трактате «О воздухе, водах и
местностях» отмечал влияние погоды на человека. К настоящему времени
установлено, что климатические факторы оказывают влияние на биологические
ритмы физиологических систем организм человека.
Наибольшее влияние на здоровье населения оказывает загрязнение
атмосферного воздуха. Особую роль играют примеси в атмосферном воздухе,
вызывающие отдаленные последствия. К ним относятся вещества, обладающие
канцерогенным, эмбриотропным, тератогенным, гонадотаксическим и
мутагенным действием. Антропогенная нагрузка на воздушную среду истощает
адаптационные
возможности
человеческого
организма,
способствует
нарастанию сенсабилизации, ведет к росту аллергических болезней среди
населения, в том числе среди детей.
Основные причины изменения климата:
– солнечная активность, которая влияет на состояние озонового слоя;
– изменение наклона оси вращения Земли;
– вариации магнитного поля Земли;
– извержения вулканов и выделение газов и тепла из недр планеты;
– изменение отражающей способности атмосферы, еѐ прозрачность для
солнечных лучей;
– цикличность образования и таяния ледников;
– катастрофы при падении на Землю астероидов и метеоритов;
– деятельность человека (сжигание органических соединений и др.).
Лекция 6
Влияние повышенного атмосферного давления на организм
Атмосферное давление на уровне океана равно 760 мм рт.ст. (1013,25 гПа).
Организм человека может подвергаться повышенному атмосферному давлению
в процессе водолазных и кесонных работ, при подводном плавании с
аквалангом, в барокамерах при специальных тренировках, при лечении сжатым
воздухом или кислородом в камерах повышенного давления.
Кесонные работы используются при строительстве мостов, фундаментов
гидротехнических сооружений, подводных туннелей и др. Кесонный метод
заключается в вытеснении воды из замкнутого пространства путем нагнетания в
него сжатого воздуха. Избыточное давление воздуха должно уравновешивать
гидростатическое давление, которое увеличивается с глубиной погружения в
воду. На каждые 10м погружения в воду давление повышается на 1000 гПа.
Например, на глубине 50 м давление будет 5000 гПа. При этом, исходя из
24
процентного содержания кислорода в воздухе (21 %), его парциальное давление
будет 1050 гПа. В этих условиях силы дыхательной мускулатуры может
оказаться недостаточно, чтобы произвести вдох.
Определяющим фактором при работе в кессонах является повышенное
атмосферное давление и продолжительность его действия на организм.
Для выполнения водолазных работ используются специальные костюмы и
акваланги.
В условиях повышенного атмосферного давления у человека снижается
частота пульса, дыхания и вентиляция легких. Наиболее опасным для человека
является период декомпрессии, т.е. время выхода из условий повышенного
атмосферного давления.
В период пребывания в условиях повышенного атмосферного давления
организм через кровь насыщается азотом воздуха. Полное насыщение организма
азотом наступает через 4 ч пребывания повышенного атмосферного давления.
При быстром переходе человека из условий повышенного давления к обычному
давлению в крови и других жидких средах организма образуются пузырьки
азота, которые вызывают газовую эмболию, т.е. декомпрессионную болезнь. При
этом замедляется движение крови и снижается артериальное давление.
Пузырьки азота останавливаются около эндотелия сосудов и увеличиваются в
объеме. Вследствие этого в сосуде полностью прекращается кровоток.
Декомпрессионная болезнь может быть легкой и средней тяжести, также
тяжелая. Легкая форма болезни характеризуется болью в суставах и во всем теле,
а также кожным зудом. При патологии средней тяжести, кроме
вышеперечисленных симптомов, отмечается нарушение функций желудочнокишечного тракта, зрения и слуха.
Тяжелая форма декомпрессионной болезни сопровождается патологией
центральной нервной системы, коронарной недостаточностью, нарушением
дыхания и обычно заканчивается летальным исходом.
При первых признаках декомпрессионной болезни пострадавшего
необходимо срочно поместить в специальную камеру, в которой создается
давление, равное тому, в условиях которого ранее находился человек. Давление
в этой камере снижается постепенно (в течение нескольких часов). С целью
предотвращения декомпрессионной болезни индивидуумы (водолазы и др.),
подвергавшиеся
действию
повышенного
атмосферного
давления,
предварительно проходят декомпрессию в барокамерах. Еѐ продолжительность
зависит и обычно соответствует времени нахождения в условиях повышенного
атмосферного давления.
25
Лекция 7
Терморегуляция и адаптация к высокой температуре окружающей среды
Терморегуляция
Восприятие температуры тела осуществляется терморецепторами
(свободными окончаниями нервных волокон). Терморецепторы подразделяются
на периферические (в коже, скелетных мышцах, внутренних органах, в сосудах)
и центральные (в ЦНС).
В коже находятся холодовые и тепловые терморецепторы. Холодовых
терморецепторов больше (до 250 тыс.), чем тепловых(до 30 тыс.). Нормальный
диапазон работы тепловых рецепторов находится в пределах +20–45 ºС,
холодовых – в диапазоне +10 – 36 ºС. Нагревание участков кожи до 45 ºС и выше
воспринимается как горячее. При действии температуры в 10 ºС и ниже
холодовые рецепторы не работают. При действии температуры выше +50 ºС
терморецепторы повреждаются.
Постоянство температуры тела у человека поддерживается системой
терморегуляции. В переднем отделе гипоталамуса расположены нейроны,
управляющие процессами теплоотдачи, а в заднем – процессами
теплопродукции.
Температура поверхности различных частей тела, особенно конечностей,
зависит от нагрева или охлаждения воздуха, а также вещей и предметов,
соприкасающихся с кожей. Для человека является опасным понижение
температуры тела до 35 °С. При дальнейшем падении температуры тела может
произойти потеря сознания. Снижении температуры внутри тела ниже 25 °С и
выше 43 °С приводит к смерти. Собаки и кошки более устойчивы к
переохлаждению своего организма.
Постоянство температуры тела – изотермы. В процессе онтогенеза она
развивается постепенно. У новорожденного ребенка способность поддерживать
постоянство температуры тела окончательно не сформирована. Вследствие
этого у него может наступать охлаждение (гипотермия) или перегревание
(гипертермия). У преждевременно родившихся детей еще в большей степени
температура тела зависит от температуры окружающей среды.
В норме в организме поддерживается тепловой баланс (устойчивое
температурное равновесие) – теплопродукция равна теплоотдаче. Тепловой
баланс при температуре 37 °С окружающей среды равен нулю. При условии,
если температура окружающей среды 37 °С, то теплоотдача отсутствует и
организм начинает перегреваться.
Оптимальной температурой воздуха для одетого человека (зона комфорта)
является 20–22 °С. Продолжительная физическая работа снижает температуру
комфорта до 18–20 °С. Оптимальная температура при нахождении в воде выше,
чем при пребывании на воздухе, так как вода, обладающая высокой
теплоемкостью и теплопроводностью, охлаждает тело в 14 раз сильнее, чем
воздух.
Температура тела зависит двух факторов: теплопродукции (образования
тепла) и теплоотдачи. Теплообразование обусловлено непрерывно идущими в
26
организме экзотермическими реакциями. Потеря тепла тканями и органами
зависит от их месторасположения. Поверхностные органы (кожа, мышцы)
теряют больше тепла, чем внутренние орган. Температура «ядра» тела в норме
сохраняется постоянной, а «оболочка» (кожа) тела зависит от температуры
окружающей среды. Изотермия, прежде всего, обеспечивается в головном мозге
сердце и других внутренних органах. Ее нарушение ведет к патологии и к
летательному исходу.
Гипертермия – температура тела выше 37 °С, гипотермия – температура
тела ниже 35 °С.
Состояние временного повышения температуры тела вне зависимости от
температуры окружающей среды – лихорадка.
Распределение населения Земли в зависимости от среднегодовой температуры
представлено на рис. 6. Следовательно, только 1,6 млрд человек живет в
условиях годовой температуры 25–30 °С, а 70 % населения Земли живет при
среднегодовой температуре воздуха ниже 20 °С и до 20 % населения проживает
при температуре ниже 10 °С. До 100 млн человек постоянно живет в северных
широтах, где средняя температура воздуха 0 °С.
Рис. 6. Число людей, проживающих при различных годовых температурах
[Хаскин, Акимова, Трифонова, 2008]
В организме существуют механизмы химической и физической
терморегуляции. Химическая терморегуляция осуществляется путем изменения
уровня теплообразования, т.е. усиления или ослабления интенсивности обмена
веществ в клетках организма, физическая терморегуляция – путем изменения
интенсивности отдачи тепла.
Химическая терморегуляция
Теплопродукция в организме осуществляется за счет биохимических
процессов в клетках разных тканей. В тканях и органах, производящих активную
работу в мышечной ткани, печени, почках, выделяется большее количество
тепла, чем в менее активных – соединительной ткани, костях, хрящах.
Накопление тепла в организме происходит за счет сократительной и не
сократительной
теплопродукции.
Сократительная
теплопродукция
обеспечивается за счет произвольных и непроизвольных сокращений скелетных
27
мышц. Незначительная двигательная активность ведет к увеличению
теплообразования на 25 %. Ходьба (бег) повышает энергетические затраты и
следовательно теплообразование.
Не сократительная теплопродукция обеспечивается в основном за счет
буровой жировой ткани. У человека она составляет 1 –2 % от массы тела.
Скопления бурой жировой ткани локализованы в области шеи, межлопаточной
области, в средостении. Бурый жир является источником свободных жирных
кислот – субстрата окислительных реакций, скорость которых при понижении
температуры тела возрастает.
При непроизвольной теплопродукции возникает дрожь (озноб), что
является проявлением рефлекторной регуляции температуры тела путем
повышения теплообразования в мышцах. Искусственная имитация дрожи может
увеличить теплообразование в организме на 200 % от исходного уровня.
Непроизвольные мышечные сокращения возникают у человека при
значительном снижении температуры окружающей среды. При тоническом
сокращении мышц спины и других крупных мышц организма теплопродукция
увеличивается на 40 – 50 %.
Общая теплопродукция (Q) в организме может быть вычислена по
формуле
Q≡αS(T1 – T2), где
α – коэффициент теплоотдачи, S – поверхность тела, T1 – температура тела,
T2 – температура окружающей среды.
Физическая терморегуляция
Теплоотдача организмом (расход тепла организмом) осуществляется
несколькими путями. Прежде всего, она зависит от величины поверхности тела и
разности его температуры и окружающей среды.
Потеря тепла через кожу зависит от количества крови, проходящего через
поверхностные сосуды. При их расширении потери тепла возрастают, а при
сужении, наоборот, снижаются.
Теплоотдача (ПТ) с поверхности кожи осуществляется путем поведения,
излучения, конвекции и испарения.
ПТ – наружный = ПТ – проведение + ПТ – излучение + ПТ – конвекция + ПТ –
испарение
Теплоотдача проведение – это контактный путь. У человека потери тепла
таким способом незначительны (до 2 %).Только открытые участки тела человека
при контакте с холодными предметами отдают тепло.
Отдача тепла по другим механизмам у человека распределяется
следующим образом: излучение 65 %, конвекция 15 %, испарение 18 %.
Конвекция – это сухая теплоотдача через воздух. Излучение тепла происходит за
счет длинноволнового инфракрасного участка спектра. В связи с этим человек
окружен инфракрасным излучением на несколько сантиметров от поверхности
тела (аура). Если кожа теплее окружающего воздуха, прилегающие к ней слои
28
воздуха нагреваются, поднимаются вверх и замещаются более холодными.
Такой процесс переноса тепла – конвекция.
Если температура окружающей среды достигает 35 ºС, то потеря тепла
путем излучения и конвекции становится невозможной. В этих условиях отдача
тепла идет только за счет испарения с поверхности кожи и через выдыхаемый
воздух. За счет потери одного литра воды путем испарения человек теряет
1/3 тепла, выработанного за сутки.
В то же время испарение воды зависит от влажности воздуха. В
насыщенном водяными парами воздухе вода не испаряется. В связи с этим при
высокой влажности воздуха высокая температура переносится тяжелее. В этих
условиях пот с поверхности тела не испаряется. Только та часть пота, которая
испаряется с поверхности тела, имеет значение для теплоотдачи (эффективное
потоотделение).
Теплоотдача также изменяется при изменении положения тела. Когда
человеку холодно, он сжимается. При охлаждении кошки и собаки
сворачиваются в клубок.
Потере тепла препятствует жировая клетчатка, а у человека одежда.
Теплоизолирующие свойства одежды тем выше, чем меньше ячеистость еѐ
структуры и больше слоѐв. Потере тепла препятствуют воздух между кожей и
одеждой и между различными слоями одежды. Наибольшие теплоизолирующие
свойства имеет шерстяная и меховая одежда. Температура воздуха под такой
одеждой достигает 30 °С.
Адаптация к высокой температуре окружающей среды
На Земле более 1,6 млрд человек постоянно проживают в местностях с
жарким климатом, где среднегодовая температура воздуха составляет 25 – 30 ºС,
а в летний период достигает 37 ºС и выше.
Наиболее высокая температура воздуха регистрируется в пустынях. Их
площадь составляет около 22 % от всей суши Земли (148940 тыс. км2). Обычно в
пустынях количество не превышает 30 мм в год, но может быть и меньше. Во
многих пустынях (Атакама, Гоби, Калахари, Карру, Намиб, Сахара, Сонорра и
др.) температура воздуха и почвы в тени достигает 50 – 55 ºС, а на солнце 130 –
135 ºС. Такая температура, тем более при отсутствии воды не совместима с
жизнью растений, животных и человека. Наиболее сухая пустыня на Земле
Атакама. Она находится между Тихим океаном и Андами (длина 1000, а ширина
почти 200 км, площадь 180 тыс. км2) на севере Чили. Среднегодовое количество
осадков в пустыне составляет около 25 мм, а в некоторых еѐ местах не выпадал
никогда. Пустыня Долина Смерти, представляющая собой одно из наиболее
жарких мест на поверхности Земли, расположена в Калифорнии (США).
Температура воздуха в этой пустыне достигает 56°. Мировой рекорд по
температуре (70 ºС) поверхности Земли (песка) был зафиксирован в 2005 г. в
одной из пустынь в Ливии – Дашти – Лут.
В условиях высокой температуры окружающей среды в организме
человека меняется распределение минутного объѐма крови в тканях. Прежде
всего, увеличивается вазодилитация сосудов кожи. Она, в свою очередь,
обеспечивает увеличение кровотока в поверхностных сосудах, что обеспечивает
29
более эффективную теплоотдачу в коже. Расширение артериальных и венозных
сосудов кожи и слизистых оболочек верхних дыхательных путей повышает
процесс теплопроведения и излучения во внешнюю среду. Одновременно
увеличивается снабжение потовых желез кровью и, следовательно, секреции
пота. У адаптированного к жаре человека потоотделение достигает 20 мл/мин
(при температуре комфорта – 20 мл/сут.). Одновременно с потом и мочой в
условиях жаркого климата у человека увеличивается выведение различных
ионов и в первую очередь хлорида натрия.
В условиях производства у рабочих, занятых выплавкой чугуна и стали, в
условиях повышенной температуры воздуха частота пульса в отдельные
периоды рабочей смены достигает 160 уд/мин.
Действие высокой температуры воздуха на неадаптированного человека
первоначально вызывает снижение систолического идиастолического давления
крови, что является следствием уменьшения общего периферического
сопротивления сосудов. Однако при длительном нахождении в условиях
жаркого климата систолическое давление снижается, а диастолическое
продолжает увеличиваться, что приводит к снижению пульсового давления.
Повышенная температура окружающей среды оказывает влияние и на
функции дыхательной системы. В условиях жаркого климата частота дыхания и
дыхательный объѐм увеличиваются, что приводит к повышению легочной
вентиляции. Вместе с тем, значительная гипервентеляция легких способствует
вымыванию угольной кислоты и снижению в крови парциального давления CO2.
При этом pH смещается в щелочную сторону и развивается алкалоз. Таким
образом, дыхательный алкалоз является постоянным признаком перегревания
организма человека.
Повышение температуры ведет к снижению секреторной, всасывательной
и моторной функции желудочно–кишечного тракта. При длительном
нахождении в жарком климате секреция слюны снижается, а при потере 8 %
воды от массы тела слюноотделение полностью прекращается. При
перегревании организма ухудшается аппетит.
В своих исследованиях А.Д. Слоним, В.В. Хаскина и др. было показано,
что адаптация к жаркому климату (в условиях пустыни) у человека
характеризуется несколькими фазами (Слоним 1980; Хаскин, Акимова,
Трифонова, 2008). Первоначально учащается дыхание и возрастает его
минутный объѐм, развивается тепловая тахикардия, артериальное давление
снижается. Дегидратация организма сопровождается сгущением крови. Эта фаза
адаптации получила название сверхкомпенсации.
Следующая фаза адаптации характеризуется снижением реакции систем,
направленных на поддержание гомеостаза.
Третья фаза–это энергетическая адаптация. В этот период в организме
снижается основной обмен и увеличивается потоотделение.
Для четвертой фазы адаптации характерны устойчивые изменения
нервных и гуморальных регуляций в организме в ответ на действие жаркого
климата.
30
При продолжительном действии высокой температуры окружающей
среды, особенно во влажном воздухе (относительная влажность до 90 %) и
следовательно, небольшом эффективном потоотделении, температура тела
человека может быть выше 37 ºС (гипертермия). При этом мышечное или
нервное напряжение, приводящее к повышению теплопродукции, в условиях
сниженной теплоотдачи может нарушить тепловой баланс человека и вызвать
потерю сознания (тепловую кому). Признаком границы максимально
допустимой тепловой нагрузки на организм в условиях покоя является
увеличение частоты сокращений сердца (частота пульса) до 149 уд/мин, а при
выполнении физических работ до 170 –180 уд/мин.
Повышение устойчивости организма к действию повышенной вешней
температуры называется тепловой акклиматизацией. У здоровых людей такая
акклиматизация организма обычно заканчивается к концу второй недели
теплового воздействия.
На основание большого количества наблюдений, проведенных в пустыне
Сахара, Э.Адольфом в 1952 г. было установлено, что потребление воды
солдатами армейских подразделений при выполнении ими строительных работ и
военных тренировок зависело от температуры воздуха (рис. 7).
Например, при средней дневной температуре воздуха 32 °С солдат выпивал за
сутки 5 л жидкости. При выполнении же им тяжелой работе в течение дня
суточное количество потребляемой воды достигло 10 л.
Э.Адольфом было сделано заключение, что в условиях жаркого климата
(пустыни) потребление воды увеличивается в связи с повышенным
потоотделением, что создает в организме водный дефицит. Вместе с тем,
повышение потоотделением в жаркой атмосфере является необходимым
физиологическим процессом (теплоотдача), необходимым для сохранения
работоспособности и здоровья.
Рис. 7. Зависимость между потребностью человек+а в воде и
среднеустойчивой температурой воздуха
(Физиология человека в пустыне, 1952)
31
Уровень потоотделения у человека в жарком климате может достигать
800–1200 г пота в час. Однако такая величина потоотделения не может
поддерживаться длительное время. Э.Адольф (1952, 1964 гг.) при обследовании
военнослужащих в пустыне установил, что обильное потоотделение, в конечном
итоге, заканчивается его прекращением. Такой феномен он назвал тепловым
истощением. Другой ученый Р.Энан (1972 г.) в экспериментальных условиях
доказал, что гипертермия быстро вызывает обильное потоотделение, а затем
секреция пота снижается. Однако у адаптированного к воздействию тепла
человека угнетение потоотделения не сопровождается увеличением температуры
тела.
Питье горячей воды в условиях жаркого климата позволяет организму
более быстро снизить водный дефицит. Известно, что во всех южных странах
при высокой температуре воздуха пьют горячий чай.
Таким образом, в условиях повышенной температуры окружающей среды
адаптация организма происходит тем быстрее, чем в меньшей степени нарушен
водный баланс организма.
При длительном действии нагретого воздуха на организм может развиться
нарушение терморегуляции, проявляющееся в виде различных патологий:
тепловые судороги, тепловое истощение организма, тепловой удар, тепловой
обморок.
Тепловые судороги – внезапно наступающее непроизвольно сокращение
мышц обычно (икроножных) во время или после интенсивной физической
работы в условиях жаркого климата. Причиной мышечных судорог является
потеря хлорида натрия с потом. Для предотвращения судорог необходимо перед
предстоящей работой употреблять подсоленную воду.
Тепловое истощение – характеризуется общей слабостью, частым пульсом,
низким артериальным давлением, головной болью. Оно обычно развивается у
неакклиматизированного человека при выполнении физической работы в жаркие
дни. При тепловом истощении работу следует прекратить и перейти в
прохладное помещение.
Тепловой удар может проявляться в виде легкой, средней и тяжелой
формы. При легкой форме теплового удара пострадавший жалуется на головную
боль, тошноту и плохое самочувствие. Объективными показателями такой
патологии являются: повышение температуры тела (38 ºС), учащение пульса и
дыхания, расширение зрачков, влажность кожи. При средней форме теплового
удара у индивидуума все перечисленные выше синдромы усиливаются. Кроме
того, головная боль сопровождается рвотой, нарушается координация движений,
температура тела повышается до 38 – 39. Возможны кратковременные обмороки.
Тяжелая форма теплового удара развивается, если температура тела
пострадавшего повышается до 40 – 41 ºС, что сопровождается нитевидным
пульсом (до 140 уд/мин) и частым поверхностным дыханием. На этом фоне
нарушается сознание (возникают галлюцинации и бред). В случае отсутствия
немедленной медицинской помощи наступает летальный исход.
Тепловой обморок – внезапная кратковременная потеря сознания из-за
снижения функций дыхания и кровообращения. Тепловой обморок может быть у
32
человека во время активной мышечной работы в очень жаркой среде. Первая
помощь при обмороке: перенести пострадавшего в тень, привести в сознание,
дать небольшое количество прохладной воды.
У постоянных жителей тропиков водный обмен адаптирован к большим
объемам испаряемой жидкости. У жителей тропиков объем внеклеточной
жидкости и плазмы выше, чем у европейцев. При этом потеря натрия с потом у
аборигенов тропиков меньше, чем у приезжего населения, что обусловлено
особенностями гормональной регуляции электролитного и водного обмена в
этих двух популяциях населения. У аборигенов тропиков повышена продукция
вазопрессина, что увеличивает реабсорбцию воды в почках.
В целом действие на организм влажного и сухого тепла на протяжении
длительного времени привело к формированию «тропического» адаптивного
типа человека. Тропическая популяция – это популяции, на протяжении многих
поколений непрерывно подвергающиеся не только температурным, но и
антигенным, и инфекционным воздействиям. У коренных жителей тропиков
было обнаружено более высокое содержание иммуноглобулинов G, M, E, чем у
жителей Европы. Следовательно, аборигены тропиков имеет более высокую
активность гуморального звена иммунитета. В то же время у них снижена
концентрация альбуминов в крови.
Лекция 8
Адаптация к низкой температуре окружающей среды
Низкие температуры окружающей среды (климата) характерны для
высоких широт Земли, что обусловлено наклоном еѐ оси. В настоящее время ось
вращения Земли наклонена на 23.4º относительно еѐ орбитальной плоскости, что
вызывает сезонные изменения на поверхности планеты с периодом в один
тропический год (365.24 солнечных суток), в течение которого в Северном и
Южном полушариях Земли периодически происходит смена всех времен года:
весны, лета, осени, зимы.
Широта полярных кругов определяется углом наклона оси вращения
планеты к плоскости эклиптики. От широты как и от времени года, зависит
продолжительность дня. В связи с наклоном оси Земли к плоскости эклиптики
продолжительность дня и ночи в течение сезонов года меняется (табл. 2).
Таблица 2
Продолжительность полярного дня и полярной ночи в Северном полушарии
в зависимости от широты местности.
Широта местности (градусы)
70
75
80
85
Полярный день (количество суток) 70
107
137
163
Полярная ночь (количество суток) 55
93
127
150
Полярная ночь – период, когда Солнце более 24 ч не появляется из – за
горизонта. Самая короткая полярная ночь (почти 2 сут.) наблюдается на широте,
33
равной широте полярного круга 66º33´,точнее около 67º23´;самая длинная на
полюсе – около шести месяцев.
Например, в Норильске два раза в году в течение многих суток длится
полярная ночь или полярный день (табл. 3). В период полярной ночи приток
солнечной радиации отсутствует и происходит выхолаживание воздуха и почвы.
Таблица 3
Продолжительность дня и ночи в Норильске
Показатели
Периоды по числам Продолжительность,
и месяцам
сут.
Полярная ночь
30.11 – 13.01
45
Обычная смена времени суток 13.01 – 27.03
73
Сумеречные ночи
27.03 – 26.04
30
Белые ночи
27.04 – 19.05
23
Полярный день
19.05 – 25 .07
68
Белые ночи
25.07 – 15.08
23
Сумеречные ночи
15.08 – 15.09
30
Обычная смена времени суток 15.09 – 30.11
73
За Северным полярным кругом в Северном полушарии в городах и других
поселениях постоянно проживает большое количество населения (табл. 4).
Таблица 4
Города, поселки и станции, в которых население живет
в условиях низких экстремальных температур
Среднезимняя Максимально
Место проживания
Население
температура,ºС низкая тем–
пература,°С
населения
1
2
3
4
Город Апатиты (Россия)
65000
–1
–14
Город Воркута (Россия)
69000
–20
–52
Город Дудинка (Россия)
24600
–30
–50
Город Мурманск (Россия)
400000
–25
–40
Город Норильск (Россия)
202000
–30
–61
Город Якутск (Россия)
200000
–45
–55
Город Тиски (Россия)
6000
–30
–35
Село Оймякон (Россия)
4000
–45
–71
Порт Хатанга (Россия)
3500
–17
–59
Город Верхоянск (Россия)
1300
–45
–72
Город Тромсе (Норвегия)
68000
–4
–18
Город
Интернешел 7000
Среднегодовая температура +2
Фоллс(США)
Город Барроу (Аляска, США) 4000
–20
–53
Поселок Снедж (Канада)
1200
–30
–63
34
1
Поселок Понд–Инлет
(Канада)
Поселок Лонгийр
(о.Шпицберген,Норвегия)
Поселок Юкон(США)
Поселок Резольют(Канада)
Станция «Алерт»(Канада)
Антарктида(станция «Восток)
Антарктида(станция «Плато»
Станция
«Норсайс(Гренландия)
1300
–17
Окончание табл. 4
3
4
–20
2000
–14
–46
500
250
75
8
8
5
–35
–63
Средне годовая температура –17
–32
–50
–58
–89
–50
–57
–45
–66
2
Наиболее северным поселением людей является станция «Алерт»,
расположенная на о. Элсмир (Канада), всего в 817 км от Северного полюса.
Климат на острове арктический, исключительно суровый. Только два месяца
(июль и август) имеют положительную среднюю температуру воздуха. Зима
длится почти круглый год, средняя температура февраля составляет –33 °С.
Среднегодовая температура –18 °С.
В России наиболее крупными городами, расположенными за полярным
кругом, находятся Мурманск, Норильск, Якутск.
Для оценки погоды в условиях крайнего севера используется не только
показатель температуры воздуха, но и силы ветра. Для этого вычисляется
«жестокость погоды» – температурный эквивалент ощущений человека при
одновременном воздействии на него мороза и ветра определенной силы.
Условная схема оценки жестокости погоды такова: каждый метр в секунду ветра
приравнивается к двум градусам мороза, если температура падает ниже –40 °С: (t
+ 2×V). Кроме того, используется ветро-холодовой индекс – сила ветра
переводится в градусы мороза по специальной схеме с изменяющимся
коэффициентом (чем сильнее мороз, тем выше коэффициент для перевода силы
ветра в условные градусы).
Впервые оценить погоду по сочетанию мороза и ветра понадобилось в
Антарктиде. Определение жесткости погоды актуально и для некоторых
сибирских городов, в частности для Норильска, так как здесь часто сочетаются
морозы с сильным ветром. Например, в декабре 1976 г. при температуре – 47 °С
регистрировались порывы ветра до 25 м/с, что по ощущениям соответствовало
почти –100 °С.
В настоящее время оценка жесткости погоды по ветро-холодовому
индексу используется для оценки допустимости проведения работ и их
нормирования на открытом воздухе в условиях Крайнего Севера. В зависимости
от жестокости погоды меняется максимальная продолжительность работы.
Превышение критических параметров жесткости также используется для
объявления актировочных или актированных дней, когда любые работы на
35
открытом воздухе не рекомендуются. В такие дни во избежание несчастных
случаев также могут закрываться образовательные (вузы, школы) и другие
учреждения.
Следует иметь в виду, что субъективные ощущения человека сильно
зависят и от влажности, однако большинство населенных пунктов и
промышленных территорий, где требуется оценка жесткости погоды,
располагаются в зонах континентального климата, поэтому влиянием влажности
воздуха пренебрегают. Вместе с тем, особенно опасно сочетание низкой
температуры с высокой влажностью и высокой скоростью движения воздуха, так
как при этом значительно возрастают потери тепла конвекцией и испарением.
На Севере также имеет значение рельеф местности. Например, на
Чукотском полуострове, на островах Новая Земля и Земля Франца Иосифа
скорость ветра в полярную ночь может достигнуть 40 – 50 м/с, а так как в
зимний период воздух в горных долинах плохо вентилируется, то возникают
морозные туманы. При наличии в ледяном тумане неполного сгорания
нефтепродуктов резко ухудшаются условия обитания человека.
При переохлаждении наступает холодовая дрожь. Это связано с тем, что в
таких условиях организм с целью предупреждения переохлаждения увеличивает
образование тепла за счет сокращения мышц. В условиях холода также
сужаются поверхностные сосуды кожи, что приводит к уменьшению
теплоотдачи. В условиях воздействия низких температур может происходить
переохлаждение организма за счет увеличения теплоотдачи (путем конвекции и
излучения). При нарушениях кровообращения в отдельных частях тела в
условиях низкой температуры окружающего воздуха может произойти
отморожение пальцев рук, ног, кончиков ушей, носа и т.д.
В полярных районах более часто регистрируются геомагнитные
возмущения, что приводит функциональные системы организма к особому
состоянию – развивается синдром полярного напряжения. Этот термин был
введен В.П. Казначеевым в 1975 г. как состояние специфического напряжения
организма, вызванное суровым климатом. Однако ведущую роль в развитии
этого синдрома играют геомагнитные факторы. В частности, колебания
геомагнитного поля вызывают недостаточное снабжение тканей организма
кислородом и гипоксию. С увеличением полярного стажа возрастет риск
развития ишемии и инфаркта миокарда (рис. 8).
36
Рис. 8. Заболеваемость инфарктом миокарда (%) у приезжих жителей в
зависимости от их полярного стажа (Казначеев, 1983)
Начальный период адаптации к условиям Севера продолжается в среднем
шесть месяцев и характеризуется дестабилизацией многих физиологических
функций.
В условиях Арктики впервые недели пребывания снижается количество
эритроцитов и концентрация гемоглобина. Во время полярной ночи у вновь
прибывших мигрантов увеличивается частота сокращения сердца, повышается
систолическое и диастолическое давление крови. Такая реакция сердечно–
сосудистой может продолжаться в течение 2–2,5 лет жизни в Заполярье.
В первой стадии адаптивного напряжения (3–6 месяцев) в высоких
широтах снижается объем вдоха и резервный объем выдоха. Одновременно
повышается остаточный объем легких. Такой механизм адаптации предохраняет
легкие от прямого воздействия холодного воздуха. Вместе с тем, увеличение
частоты дыхания приводит к повышению легочной вентиляции. Однако
коэффициент использования кислорода в альвеолах снижается, также под
влиянием холодного воздуха происходит рефлекторное сужение просвета
бронхов. Все это приводит к появлению «полярной одышки». Такая одышка у
полярников при физической работе в первые месяцы пребывания на морозном
воздухе в высоких широтах является следствием значительного количества
расхода энергии по сравнению с такой же работой в средних широтах.
С увеличением продолжительности пребывания людей за полярным
кругом (2–3года) одышка при выполнении физических нагрузок становится
менее выраженной и затем полностью прекращается. Наступает вторая стадия
акклиматизации к низким температурам воздуха–стадия стабилизации функций
системы дыхания.
Полная адаптированность легких к климатическим условиям Заполярья
(третья стадия) развивается через 10–12 лет пребывания на Севере.
У аборигенов Севера можно выделить ряд морфофункциональных
особенностей организма, в частности системы дыхания. К особенностям их
37
конституции относятся коренастое телосложение и более короткие конечности.
Они имеют крупную, цилиндрической формы грудную клетку с эмфизематозно
расширенными легкими. У этой популяции людей увеличен остаточный объем
легких, площадь поверхности и объем альвеолярных капилляров. У постоянных
жителей Севера увеличена скорость метаболических процессов организма и
снижена интенсивность тепловых потерь.
В целом, морфофизиологическая адаптация аборигенов Севера привела
к формированию популяции людей «арктического адаптивного типа».
Лекция 9
Гипоксия и влияние пониженного атмосферного давления на организм
Гипоксия
Гипоксия – типовой патологический процесс, вызываемый недостаточным
поступлением кислорода или нарушением его использования.
Следует различать гипоксию (состояние кислородной недостаточности
тканей) и гипоксемию (снижение содержания кислорода в артериальной крови).
Гипоксия также возникает при дыхании воздухом с содержанием
кислорода менее 12 %.
Различают умеренную и тяжелую гипоксию. Умеренная гипоксия
возникает достаточно часто (сон, физическая нагрузка). Она является фактором
повышения адаптационных возможностей организма.
Острая гипоксия развивается при разгерметизации летальных аппаратов
(скафандров) на больших высотах или в космосе. При развитии острой гипоксии
человек теряет способность критически оценивать ситуацию, осознавать
опасность, развивается одышка, возникают головокружение и головная боль.
Если острая гипоксия продолжается не более 5 мин, то организм возвращается в
исходное состояние. При гипоксии, которая длится более 5 минут, развивается
отек легких и мозга с летальным исходом.
Хроническая гипоксия и гипокапния у человека развивается в
высокогорной местности. При подъеме в горы нетренированных людей
развивается горная (высотная) болезнь. Еѐ симптомы: снижение
работоспособности, утомляемость, апатия, слабость, головокружение, одышка,
бледность кожных покровов, тошнота, рвота, снижение ЧСС и артериального
давления крови.
В целом, гипоксия является стрессорным фактором, который вызывает
активацию всей гормональной системы головного мозга. Срочный этап
адаптации к гипоксии начинается сразу после начала еѐ действия на организм.
Гипоксия вызывает увеличение продукции оксида азота(NO) в тканях.
Однако аварийная интенсификация внешнего дыхания и системы
кровообращения не может обеспечить стойкого и длительного приспособления к
гипоксии. В случае действия на организм длительной, но умеренной гипоксии
начинает развиваться долговременный этап адаптации.
38
При действии на организм внезапной (острой) и сильной гипоксии происходит
«срыв адаптации», что сопровождается нарушением функций ЦНС и ВНД
(генерализованное торможение, адинамия, эйфория, потеря сознания).
Влияние пониженного атмосферного давления на организм
Для живых организмов важнейшим условием для жизни является состав
атмосферного воздуха. С увеличением высоты над уровнем моря его состав
меняется. Однако содержание кислорода в воздухе начинает снижаться только с
высоты более 10 км. В воздухе также содержится углекислый газ, окись
углерода, неон, криптон, ксенон, радон (табл. 5). В отдельных местностях
концентрация радона в воздухе может быть увеличена.
Таблица 5
Состав воздуха (%) на различных высотах
Высота над Кислород Азот
Аргон Гелий
Водород Давление,
уровнем
мм Hg
моря, км
0
20.95
78.084 0.93
53·10–5
5·10–5
760
–5
–5
5
20.95
78.89
0.94
53·10
5·10
405
–5
–5
10
20.95
78.89
0.94
53·10
5·10
168
–5
–4
20
18.1
81.24
0.59
53·10
4·10
41
100
0.11
2.97
–
0.56
96,31
0.0067
На высоте 20 – 25 км расположен слой озона, который предохраняет
живые организмы на Земле от коротковолнового излучения. Выше 100 км
увеличивается доля легких газов, а на очень больших высотах преобладают
гелий и водород.
Одним из факторов риска развития патологии у человека является
пониженное барометрическое давление. Такие условия внешней среды могут
действовать на человека при подъеме на высоту (горы, воздушные шары,
самолеты, космические аппараты). По мере подъѐма вверх понижается не только
барометрическое давление, но и температура воздуха. Одновременно
увеличивается ультрафиолетовое и космическое излучение.
На высотах от 1000 до 5000 м снижение атмосферного давления можно
вычислить по формуле:
Lg Pa=5 – 0.052h, где
км.
Pa – атмосферное давление в Паскалях (Па), h – высота над уровнем моря в
Большинство населения Земли (92 %) живет на высоте менее 1000 м над
уровнем моря. В частности, г. Воронеж находится на высоте 100–120 м над
уровнем моря. Вместе с тем, до 7 % населения Земли живет в местностях,
которые на 1000–2500 м выше уровни моря. Только 1 % земного населения
постоянно проживают в горной местности (более 2500 м над уровнем моря).
Постоянные поселения имеются на высоте 3800 м (Эфиопия), 4500 м (Непал) и
39
4800 м (Перу). Например, г. Куско в Перу находится на высоте 3360 м над
уровнем моря.
Подъем над уровнем моря принято делить на три зоны: первая до 1000 м,
вторая – от 1000 до 3000 м, третья – более 3000 м. В условиях горной местности
жизнь по вертикали распространяется только до 5000 – 5500 м.
Одним из показателей гипоксии является насыщение гемоглобина
кислородом. В норме (на уровне моря) у человека этот показатель 96 %. При
задержке дыхания он снижается до 94–95%.
В условиях высокогорья снижается парциальное давление кислорода во
вдыхаемом и альвеолярном воздухе, что вызывает уменьшение насыщения
гемоглобина кислородом (табл. 6,7).
Таблица 6
Изменение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе
в зависимости от высоты над уровнем моря.
Высота
Давление
PaO2 в
Высота над Давление
PaO2 в
над
воздуха, мм воздухе, мм уровнем воздуха, мм воздухе, мм
уровнем
Hg
Hg
моря, км
Hg
Hg
моря, км
0
760
149
6
354
64
2
596
115
7
308
55
3
536
100
8
267
46
4
462
87
10
199
32
5
405
75
14
106
12
Таблица 7
Зависимость насыщения гемоглобина кислородом в зависимости от высоты над
уровнем моря (Ван Лир, Стикней, 1967)
Напряжение
Насыщение арте–
Барометрическое
Высота, км
кислорода в альвео–
риальной крови
давление, мм.рт.ст
лярном воздухе
кислородом
0
748
100,3
98
3,6
483
47,0
85
4,9
412
40,1
80
5,5
379
37,4
77
6,1
349
34,6
76
6,7
321
30,2
64
По заключению А.Д. Слонима, пойкилотермные организмы обладают
гораздо большей чувствительностью к гипоксии, чем гомойотермные [Слоним,
1971].
Например, большая устойчивость к недостатку кислорода имеется у овец и
коз. Высокий высотный потолок зарегистрирован у летучих мышей. Свиньи же,
напротив, очень чувствительны к недостатку кислорода. Наиболее низкий
высотный потолок отмечается у домашней кошки.
40
У высокогорного животного ламы имеется отчетливый сдвиг кривой
диссоциации оксигемоглобина влево (рис. 9),что позволяет поддерживать
насыщение гемоглобина кислородом при снижении парциального давления
кислорода в крови.
Однако практически у ламы даже на больших высотах в горах насыщение
артериальной крови кислородом не снижается ниже 90 %, а постоянство
кислородного запроса в условиях гипоксии сохраняется. У лам, так же как и у
сурков, постоянно находящихся в горной местности (высота обитания 3200–
4000 м), не развивается гипертрофия правого желудочка сердца.
Рис. 9. Диссоциации оксигемоглобина у ламы (2) и у равнинных млекопитающих
(1) (Слоним, 1971)
Гипоксия оказывает влияние на репродуктивную функцию человека.
Наиболее сильному действию гипоксии подвергается мозг развивающего
эмбриона.
Известны факты, что при массовом переселении испанцев в Центральную
и Южную Америку в конце XV – начале XVI в. у европейских женщин
беременность протекала патологически. Если беременность у испанских женщин
развивалась в период, когда они проживали в высокогорной местности, то
новорожденные дети умирали. Если же для сохранения беременности испанские
женщины спускались в долины (на побережье океана), то смертность
новорожденных детей не превышала их летальности в Европе. В то же время у
коренных жителей высокогорья развитие эмбриона происходило нормально, а
родившиеся дети были здоровыми. В г. Потоси (высота 4000 м над уровнем
моря) у испанцев только через 53 года акклиматизации выжил родившейся
ребенок.
Вывод о том, что адаптация к жизни на больших высотах, в том числе к
репродуктивной функции, – очень медленный процесс, был сделан только в
XX в. Было отмечено, что у потомков жителей равнин, родившихся и выросших
в горной местности, были те же особенности вентиляции легких как и у
аборигенов гор.
На основании результатов проведенных исследований на высоте 4300 м
41
в Перуанских Андах учеными под руководством Дж. Баркрофта было сделано
заключение, что наиболее важное значении в акклиматизации к условиям
высокогорья принадлежит трем факторам:
– усиление легочной вентиляции, приводящее к повышению парциального
давлению кислорода в альвеолярном воздухе;
– смещение кривой диссоциации оксигемоглобина, повышающее
способность гемоглобина к присоединению кислорода;
– повышение кислородной емкости крови за счет увеличения количества
эритроцитов и гемоглобина.
В итоге многочисленных экспедиций в местности с пониженным
барометрическим давлением было сформулировано понятие «горная болезнь». В
зависимости от тренировки первые симптомы горной болезни у человека
появляются на высоте от 1000до 3000 м (фаза компенсации). Далее возникает
фаза декомпенсации (собственно болезнь). Ее развитие характерно при
нахождении человека на высоте 4000 м и более.
Была установлена граница переносимости экстремальных условиях
высокогорья и возможности адаптации к ним. Высота до 4000 м считается
безопасной, а 6000 м критической. Наибольшей высотой, на которой может
постоянно проживать человек, является не более 5300 м.
На высоте 4–5 км человек может находиться без дополнительного
вдыхания кислорода. Высота 6 км является критическим порогом, а область
6–8 км – критическая зона. Нахождение на высоте более 8 км без
предварительной адаптации и вдыхания кислорода приводит к летальному
исходу.
На относительно небольших высотах происходит расширение газов и
увеличение их давления в замкнутых (лобные и гайморовы пазухи) и
полузамкнутых (среднее ухо) полостях организма. Давление воздуха на
рецепторы соответствующих полостей вызывает ощущение боли. Например,
боль в ушах возникает при быстром подъеме на самолете. Для еѐ прекращения
необходимо выполнять глотательные движения с тем, чтобы уровнять наружное
атмосферное давление с давлением воздуха в полости среднего уха.
На высоте 9000 м и более происходит переход в газообразное состояние
растворенного в тканях азота и образование пузырьков свободного газа.
Избыточное его количество вызывает ишемию тканей и газовую эмболию. При
внезапной разгерметизации самолета на высоте более 15 000 м в крови
образуются пары воды вследствие снижения температуры кипения
(парообразования). Этот эффект ведет к быстрому развитию тканевой эмфиземы
и летальному исходу.
Адаптация к высокогорной гипоксии зависит от многих факторов:
барометрического давления (высоты над уровнем моря), продолжительности
пребывания в горной местности, физической подготовленности человека
(предварительной тренировки в барокамере) и др. При проведении
многочисленных научных экспедиций в горные местности (высота более
5000 м) было установлено, что адаптация к высокогорной гипоксии наступает
42
быстрее при повторных кратковременных подъемах (на 300–500 м и обратно) из
базового лагеря (5000–5300 м над уровнем моря).
В механизме развития горной (высотной) болезни лежит не только
гипоксия, но и ряд других факторов (ионизация воздуха, ультрафиолетовое
излучение, охлаждение и др.).
С увеличением высоты, на которой находится человек, продолжительность
времени от начала внезапной гипоксии до потери сознания снижается (табл. 8).
Таблица 8
Время от прекращения поступления кислорода в организм
до потери сознания
Высота, км 2
4
7
8
9
10
11
12
15
Время, мин –
10
5
3
1,5
1
2/3
1/2
1/6
У постоянных жителей высокогорья все показатели крови, ответственные
за транспорт кислорода, увеличены по сравнению с аналогичными показателями
крови у жителей, обитающих на равнинной местности. У аборигенов горной
местности увеличена жизненная ѐмкость легких, остаточный объѐм легких и
кислородная емкость крови. Однако легочная вентиляция у них не изменяется, а
показатель диссоциации HbO2 смещен вправо, что снижает прочность связи
гемоглобина с кислородом и улучшает его переход в ткани.
Таким образом, продолжительная жизнь в горной местности вызывает
стойкие адаптационные изменения со стороны системы крови. В то же время у
постоянных жителей высокогорья реакция системы дыхания на гипоксию
снижена (гипоксимическая «глухота»).
Лекция 10
Влияние ускорений на организм
Ускорение свободного падения (g) на Земле принимают равным 9,81 м/с2
(над уровнем моря, на широте 45,5°). Его величина впервые была определена
британским физиком Г. Кавендишем в 1798 г. Ускорение возникает при
изменении скорости или направления движения тела. При этом независимо от
причины появления ускорения результирующая сила всегда имеет
прямолинейное направление. Ускорение свободного падения состоит из двух
слагаемых: гравитационного ускорения, которое создается гравитационным
полем (притяжением) звезды, планеты или другого астрономического тела, и
центростремительного ускорения.
Воздействию центростремительного ускорения человек подвергается при
использовании современных средств передвижения (табл. 9).
При космических полетах ускорения возникают в период выведения
корабля на орбиту, торможения его скорости при спуске на Землю, а также при
совершении маневров (изменение направления движения) во время полета. При
полетах на космических кораблях линейные ускорения могут достигать
значительных величин и длительного времени действия. Для снижения
перегрузок космонавтов одевают в специальные костюмы. Перед полетами
43
летчики и космонавты адаптируются к перегрузкам путем вращения в
центрифугах. Повторное воздействие перегрузок на центрифуге или в полете на
самолете способствует повышению устойчивости к действию ускорений.
Таблица 9
Значения перегрузок для человека (Салей, Вашанов, 2012)
Варианты перегрузок на человека
g=9.81 м/с2
Человек, стоящий неподвижно
1
Пассажир в самолете при взлете
1,5
Человек в автомашине при еѐ крутом повороте
1,5–2,0
Допустимое значение перегрузок в пассажирском самолете
4,3
Парашютист при раскрытии парашюта
5,0
Вращение на центрифуге при подготовке космонавтов
2,0–8,0
У космонавта при старте корабля «Восток»
8,0–10,0
Космонавты при спуске в космическом корабле «Союз»
3,0–4,0
Летчик при выполнении фигур высшего пилотажа
5,0
Летчик при выведении самолета из пикирования
8,0–9,0
У катапультирующегося летчика
10,0–12,0
Максимальная перегрузка для человека от ног к голове
до 8,0
Максимальная перегрузка для человека от головы к ногам
до 20,0
Принята следующая классификация основных видов ускорения:
прямолинейные, радиальные, угловые, ускорения Кориолиса.
Прямолинейные ускорения возникают при увеличении или уменьшении
скорости движения, но без изменения ее направления. При увеличении скорости
ускорения обозначают как положительное, при уменьшении скорости – как
отрицательное. Криволинейное движение по окружности с радиусом R в
плоскости, перпендикулярной оси вращения, может быть равномерным или
неравномерным. При равномерном
движении на
тело действует
центростремительная сила, определяющая движение по окружности. По
направлению к центру окружности в зависимости от скорости возникает
центростремительное ускорение.
Радиальные или центростремительные ускорения возникают при
изменении движении тела. Например, ускорения, возникающие при
воспроизведении виражей на самолете, пикировании, вращении на центрифуге и
др. Неравномерное движение связано с действием силы, направленной
касательно окружности. Примером такого движения может быть разгон или
остановка центрифуги, особенно при быстром нарастании градиента ускорения.
Изменение угловой скорости движения вызывает угловое ускорение. Его
величина обозначается в градусах или радианах (град/с2 или рад/с2)
пропорционально разности угловых ускорений в единицу времени.
В тех случаях, когда под действием внешней силы тело, совершая
равномерное криволинейное движение по отрезку окружности, одновременно
удаляется от центра окружности или приближается к нему, возникает так
44
называемое добавочное, или поворотное, ускорение (ускорение Кориолиса).
Ускорения Кориолиса возникают также в случае присоединения к движению в
одной плоскости движения в другой плоскости. Этот вид ускорений встречается
при полетах на самолетах и космических кораблях.
В зависимости от скорости нарастания перегрузка может быть плавно
увеличивающаяся или резко возрастающая (ударной).
Перезагрузки, связанные с ускорением, вызывают нарушения
функционального состояния организма человека: возникают болевые ощущения
за грудиной или в области живота, замедляется ток крови в системе
кровообращения, нарушается функция дыхания, снижаются острота зрения и
мышечная активность, которая в дальнейшем переходит в полное прекращение
движений. Происходит смещение мягких тканей и ряда внутренних органов в
направлении действия перезагрузки.
При продольном ускорении у человека возникают зрительные иллюзии.
При угловых ускорениях возникает кажущееся перемещение объекта зрения в
плоскости вращения – окологиральная иллюзия. Она является следствием
воздействия перегрузок на полукружные каналы.
Реакция человека на воздействие перегрузок определяется рядом
факторов: величиной ускорения, продолжительностью его действия, скоростью
нарастания и направлением вектора перегрузки по отношению к туловищу, а
также исходному функциональному состоянию организма, зависящему от
многих условий внешней и внутренней среды.
По длительности действия перегрузки на организм можно разделить на три
группы: мгновенные (миллисекунды), кратковременные (десятые доли секунды)
и длительные (секунды или минуты). Чем более длительное время действует
перегрузка, тем ее величина должна быть меньше, чтобы не вызвать
повреждений в организме человека.
Изменения в организме под влиянием перегрузок могут проявляться от
минимальных функциональных сдвигов до крайне тяжелых состояний,
сопровождающихся патологией всех систем жизнедеятельности, в том числе
нарушением функций ЦНС и ВНД.
Лекция 11
Влияние геомагнитных и электромагнитных полей на организм
Среди биологических активных факторов внешней среды, под влиянием
которых эволюционировала живая природа, важная роль принадлежит
геомагнитным полям (ГМП). Магнитное поле Земли является векторным полем,
изменяющимся как по величине, так и в пространстве. В зависимости от
структуры и динамических свойств различают постоянные и переменное
магнитное поле Земли. Изменения переменой части ГМП зависят от внешних
причин и бывают невозмущенные и возмущенные, с непрерывно изменяющейся
амплитудой, фазой периодом колебаний. Непериодические колебания ГМП
вызываются магнитными бурями, что связано с изменениями солнечной
активности.
45
На поверхности Солнца наблюдаются многочисленные и разнообразные
явления: пятна, факелы, флоккулы, вспышки, волокна (протуберанцы) и др.
Число и мощность этих процессов периодически меняются. Минимумы и
максимумы их на Солнце повторяются в среднем через 11,2 года. Такие
периодические колебания получили название 11–летних циклов солнечной
активности. Имеются сведения об изменении суточной, месячной и годовой
активности Солнца. Слабые магнитные бури повторяются через интервалы 27
дней, что обусловлено с периодом вращения Солнца вокруг своей оси. Центры
активности могут существовать на Солнце в течение нескольких месяцев, и при
вращении Солнца они через каждые 27 суток проходят через центральный
меридиан обращенной к Земли полусферы.
Предполагается, что циклы солнечной активности изменяют климат на
Земле и, соответственно, численность разных видов растений и животных с
периодом: 5–6, 11–22, 30–45, 70–90, 1500–2000 лет (Чижевский, 1973;
Биологические ритмы, 1984).
За последние 370 лет высокая активность Солнца наблюдалась 3 раза: в
1778, 1847 и 1957 гг. Очередные годовые импульсные солнечные вспышки были
в феврале и августе 2010 г., а также в августе 2011г. По прогнозу астрофизиков
активность Солнца будет значительно увеличена во второй половине 2012 г.
Взаимосвязь между возмущениями ГМП и состоянием здоровья человека
впервые была показана А.Л. Чижевским (А.Л. Чижевский, 1973). Он обосновал
концепцию, что многочисленные функциональные и органические нарушения в
живых системах обусловлены комплексом изменений, возникающих, в том
числе, и под влиянием электромагнитных возмущений внешней среды. Им был
обобщен громадный статистический материал, отражающих влияние излучений
Солнца на динамику инфекционных заболеваний (гриппа, брюшного и
возвратного тифа, дизентерии, менингита, малярии, полиомиелита, скарлатины,
холеры, чумы и др.). Первое сообщение о периодическом влиянии Солнца на
биосферу Земли А.Л. Чижевский сделал в 1915 г. и обобщил в монографии
«Земное эхо солнечных бурь». В дальнейшем он разработал гипотезу о
зависимости между циклами солнечной активности и многими явлениями живой
природы. Его исследования о влиянии космических факторов на процессы в
биосфере заложили основы гелиобиологии.
Наука о солнечно–земных связях имеет большое практическое значение.
Одна из главных еѐ задач – прогнозирование явлений на Солнце и Земле.
Разработана специальная шкала для регистрации вспышек на Солнце. Она
включает (по возрастанию мощности) пять классов: А, В, С, М, и Х.
Минимальный класс А0.0 соответствует мощности излучения на орбите Земли в
10 нановатт на м2. При переходе к следующей букве мощность увеличивается в
10 раз. Помимо категории каждой вспышке присваивается некоторое число. Для
первых четырех категорий это число от нуля до десяти, а для категории Х – от
нуля и выше.
Степень геомагнитной возмущенности на Земле рассчитывают по индексу
Кр. Чем выше индекс Кр, тем возмущения больше. Кр < 4 – слабые возмущения,
Кр >4 – сильные возмущения.
46
В гелиобиологии принято также активность Солнца выражать в баллах по
шкале Вольфа (числа Вольфа)
W = k(n + 10N), где
W – число Вольфа, k – коэффициент, характеризующий наблюдательный
оптический прибор.
Интенсивность магнитной бури определяются по количеству солнечных
пятен (n) и объединяющих их групп (N). Чем больше число Вольфа, тем сильнее
активность Солнца и, следовательно, будет интенсивнее возмущение
геомагнитного поля Земля.
Геомагнитные возмущения сопровождаются увеличением количества
инфарктов миокарда и инсультов, изменением иммунных реакций в организме,
возрастанием количества нервных и психических заболеваний.
У многих людей в период геомагнитных возмущений меняется частота
сокращений сердца, повышается систолическое давление крови, увеличивается
систолический и минутный объем кровотока, возникают боли в области сердца
(табл. 10).
Таблица 10
Сердечно–сосудистая патология во время магнитных бурь
(Салей, Демеш, Иванов, 2008)
Показатеели
Дни от реперной точки (магнитной
бури)
–3 –2
–1
0 +1 +2 +3
С 5 февраля по 11 февраля 1993 г.
Количество больных ССП, %
13,6 12,7 13,2 13,3 17,4 15,7 14,1
Число Вольфа
119 121 128 134 126 114 95
С 8 мая по 14 мая 1993 г.
Количество больных ССП, %
15,6 12,5 14,5 13,5 18,5 16,0 9,4
Число Вольфа
81
87 120 125 116 85 59
С 15 июля по 23 июля 2003 г.
Количество больных ССП, %
15,7 16,3 20,3 15,0 7,2 10,5 15,0
Число Вольфа
68
96
96 122 78
47
28
С 27 октября по 2 ноября 2003 г.
Количество больных ССП, %
13,1 10,0 15,4 11,6 17,3 19,1 13,5
Число Вольфа
75
88
89
146 72
51
12
Примечание: 1) количество больных ССП в течении 7 дней принято за
100 %; 2) числа Вольфа (Салей, Вашанов, 2012)
Обострение сердечно–сосудистой патологии (ССП) обычно развивается в
течение трех суток: в течение 3 дней до максимума магнитной бури, в день
максимума магнитной бури (принято обозначать «0», реперная точка) и в
течение трех после ее максимума.
47
В период магнитных бурь увеличивается количество дорожно–
транспортных аварий, авиационных и техногенных катастроф (рис. 10).
В целом, к настоящему времени является доказанным, что ГМП – важный
экологический фактор.
Рис. 10. Частота авиакатастроф на международных линиях во время
магнитных бурь: N – условный показатель авиакатастроф в мире за период от
–1 до +5 от «реперной точки»
(Особенности статистики авиационных аварий…,2005)
Воздействие ЭМП на организм вызывает физиологические изменения в
организме человека. Механизм действия энергия ЭМП на организм обусловлен
биофизическими и биохимическими изменениями на субмолекулярном,
молекулярном и надмолекулярном уровнях.
В общем виде классификация ЭМП следующая: низкочастотный диапазон
(инфранизкие, низкие, промышленные, звуковые); диапазон сотовой связи,
телевидения, радио, радиолокация; ультравысокие и сверхультравысокие, в том
числе видимый свет и ультрафиолетовое излучение; рентгеновское и гаммаизлучение (табл. 11).
Из всего многообразия электромагнитных полей естественной и
искусственной природы, которое оказывают влияние на биологические системы,
наиболее биологически активными являются сверхвысокочастотные и
импульсные. Они встречаются в самых различных производственных условиях.
Длительное воздействие поля СВЧ вызывает у человека развитие
астенических состояний, повышенную утомляемость, раздражительность,
периодически возникающие головные боли. Хроническое воздействие
импульсного ЭМП оказывает влияние на функций нейронов центральной
нервной системы и высшую нервную деятельность.
При действии на организм импульсного ЭМП нарушается проницаемость
мембран клеток и особенно митохондрий, разобщаются процессы
окислительного фосфорилирования. Одновременно с этим импульсные ЭМП
вызывают изменения активности ферментов, нарушают многие ферментативные
реакции, в результате чего возникают морфологические изменения в тканях и
48
функциональная патология на системном уровне. Патологические изменения в
органах сопровождаются защитно–приспособительными реакциями организма
Таблица 11
Спектр электромагнитных волн (А.С. Пресман, 1968)
Область
Длина
Частота, Энергия Энергия Тепловой эк–
применения
во–
Гц
Кванта,
Кванта,
вивалент,
hv, эрг
hv, В
ккал/моль
лны, ʎ см
9
2/3
–25
–24
–13
Железная
10
16
10 –10
10
10–12–10–11
электричес–
кая дорога
Электроосвещение 109
50
10–24
10–13
10–11
Звуковая частота
108
103
10–23
10–12
10–10
Сотовый телефон
107–106 104–105 10–22–10–21 10–11–10–10 10–9
Радио
105
106
10–20
10–9
10–8
SOS
30 000
106
10–20
10–9
10–7
Обычный телефон 2000
107
10–19
10–8–10–7
10–6
Телеграф
2000
107
10–19
10–8–10–7
10–6
УКВ
102
108–109 10–18–10–16 10–6–10–4
10–5–10–4
Телевидение
102
108–109 10–17–10–16 10–6–10–4
10–5–10–4
Медицина
101–10–1 109–1010 10–16–10–15 10–6–10–4
10–4–10–2
Тепло
10–2–10–3 1012–1014 10–14–10–12 10–3–100
10–1–101
Видимый свет
10–4,5
1014,5
10–11,5
100
101,5
Ультрафиолетовый 10–5–10–6 1015–1016 10–11–10–10 101
102–103
свет
Рентгеновское
10–6–10–9 1017–1019 10–10–10–7 102–105
103–106
излучение
у–излучение
10–9–10–12 1019–1022 10–7–10–4 105–108
106–109
При воздействии ЭМП сверхвысокочастотного диапазона (микроволны) на
экспериментальных животных выявлено две группы эффектов: тепловые,
сопровождающиеся повышением температуры тела, и нетепловые – без общей
температурной реакции организма.
В течение последних 100 лет произошли существенные изменения
электромагнитной среды обитания человека, и ее темп ускоряется. Разработка
новых направлений в радиоэлектронике привела к появлению новых источников
ЭМП (компьютеры, сотовые телефоны и др.), что может вызвать определенные
последствия для здоровья и продолжительности жизни человека.
Электромагнитное излучение, включающее в себя сантиметровый и
миллиметровой диапазон радиоволн (от 30 см, частота 1 ГГц до 1 мм, частота
300 ГГц), принято обозначать как сверхвысокочастотное излучение (СВЧ–
излучение). В ряде производств используются бегущие импульсные ЭМП, когда
49
различные участки тела живого объекта могут подвергаться воздействию
последовательно.
Микроволновое излучение (СВЧ) большой интенсивности используется
для бесконтактного нагрева тел (бытовые и промышленные микроволновые
печи), а также для радиолокации.
Микроволновое излучение малой интенсивности используется в
различных средствах связи: портативных рациях, сотовых телефонах,
устройствах Bluetooth, WiFi, WiMAX.
Электромагнитные волны миллиметрового диапазона обладают низкой
проникающей способностью в биологические ткани (0,2–0,8 мм). Они
полностью поглощаются поверхностными слоями, не вызывают теплового
воздействия.
В настоящее время ЭМП применяются в медицинской практике с
диагностическими и терапевтическими целями. Различные способы
томографических исследований, ультразвукового сканирования и компьютерной
диагностики, в конечном итоге, есть следствие использования ЭМП. Следует
отметить, что при использовании таких методов исследований воздействию
энергии ЭМП подвергается не только пациент, но в значительно большей
степени обслуживающий такие приборы персонал.
Для лечения многих заболеваний (мастит, мочекаменная болезнь, острый
цистит, эрозия шейки матки и др.) применяется КВЧ–терапия (крайне
высокочастотная терапия или миллиметровая терапия).
Возрастающее использование энергии ЭМП в промышленности, медицине
и бытовых условиях увеличивает риск воздействия этого фактора на организм
человека. Следует обратить особое внимание на риск возникновения патологии
при пользовании печами СВЧ, грилями и другими подобными устройствами в
домашних условиях, магазинах, киосках и т.д.
В связи с большим распространением источников ЭМП в быту (СВЧ–печи,
мобильные телефоны, телерадиовещание) и на производстве (оборудование
ТВЧ, радиосвязь) большое значение приобретает нормирование уровней ЭМП.
В России действует СанПин 2.2.4.1191 – 03 «Электромагнитные поля в
производственных
условиях,
на
рабочих
местах.
Санитарно
–
эпидемиологические правила и нормативы», а также гигиенические нормативы
«Предельно – допустимые уровни (ПДУ) воздействия электромагнитных полей
(ЭМП) диапазона частот 10–60 кГц» и «промышленное электроснабжение
50Гц».
Разновидностью ЭМП является лазерное излучение. В настоящее время
лазерное излучение используется в промышленности, медицине и в других
областях. Распространение получили лазеры, генерирующие электромагнитные
излучения с длиной волны 0,03; 0,40; 0,63; 1,06; и 10,6 мкм. Принята следующая
классификация лазерного излучения: ультрафиолетовое (0,2–0,4 мкм),
оптическое (0,4–0,75 мкм), ближнее инфракрасное (0,75–1,4 мкм), дальнее
инфракрасное (свыше 1,4 мкм).
Действие лазерного луча на организм вызывает в нем первичные и
вторичные эффекты. Первичные эффекты – это изменения в тканях, на которые
50
подействовал лазерный луч. Ткани быстро нагреваются до высоких температур,
что приводит к их механическому и морфологическому повреждению. Особенно
опасно действие лазерного луча на глаза.
Лазерное излучение может прямо или косвенно влиять на клеточные
мембраны, изменять их информацию, ориентацию на них рецепторов и
состояние фосфолипидных компонентов. За счет различных механизмов
лазерное излучение может вызывать усиленную генерацию синглетного
кислорода, являющегося химически и биологически высокоактивным
соединением. Синглетный кислород инициирует перекисное окисление липидов,
изменяет проницаемость мембран, увеличивает транспорт ионов, вызывает
ускорение пролиферации клеток и др. Глубина проникновения лазерного
излучения в ткани организма зависит от длины его волны. Излучение с длиной
волны от 0,75 до 1,3 мкм проникает в кожу на глубину до 5 мм и вызывает ожоги
различной степени:
– ожоги эпидермиса, эритема, десквамация эпителия (1 степень);
– ожоги дермы, пузыри, деструкция поверхности слоев дермы (2 степень);
– ожоги дермы, деструкция дермы до глубоких слоев (3 степень);
– деструкция всех слоев кожи, подкожных клеток и мышц (4 степень).
Инфракрасное излучение
Основным источником света на Земле является Солнце. Спектральный
состав светового потока от Солнца имеет большой диапазон. Глаз человека
воспринимает световой поток от 400 до 700 нм. Принято различать
инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучение. У поверхности Земли
видимая часть солнечного спектра составляет 40 %, ультрафиолетовое – 1 %, а
инфракрасная – 59 %. Солнечная радиация (энергия Солнца) достигает
поверхности Земли в виде прямой и рассеянной части. У поверхности Земли
солнечная радиация всегда меньше, чем у границы тропосферы. При подъеме на
высоту масса атмосферы, которую проходят солнечные лучи, меньше, а
интенсивность солнечной радиации больше.
Энергию Солнца на границе атмосферы, падающую на 1 см2 поверхности,
перпендикулярной направлению лучей, в 1 минуту и выраженную в калориях,
принято называть солнечной постоянной. Эта величина на высоте 1000 м над
уровнем моря составляет 1,17 кал/(см2 · мин), а на высоте 3000 м – 1,38 кал/(см2 ·
мин). Вместе с тем, эта величина меняется в течение года в зависимости от
расстояния между Солнцем и Землей. Пределы этих изменений составляют на
первое января – 3,4 %, на первое июля +3,5 % от средней величины.
Солнечная энергия на поверхность планеты полностью не поступает. В
атмосфере Земли она частично отражается, и рассеивается. Эти процессы
зависят от газового состава воздуха, содержания в нем водяных паров и пыли.
От двух последних величин зависит прозрачность или помутнение атмосферы.
Воздух в арктических районах Земли наиболее прозрачен, а в тропических –
наименее прозрачен. В средних континентальных широтах прозрачность воздуха
имеет промежуточное значение. В зависимости от высоты Солнца над
горизонтом изменяется отношение прямой солнечной радиации к рассеянной.
Например, при высоте стояния Солнца над горизонтом 40° это отношение
51
составляет 47,6 %, а при высоте стояния источника света над горизонтом в 60°
увеличивается до 85 %.
Рассеивание энергии Солнца в атмосфере зависит от географической
широты местности (толщины атмосферы), метеорологических параметров и
размера частиц пыли. Восприятие голубого или белесоватого оттенка неба
зависит от различного рассеивания светового потока разной длины волны. Если
принять для красного света (ʎ 700 нм) коэффициент рассеивания равным
единице, то для зеленого света (ʎ 520 нм) он составляет 3,3, а для фиолетового
(ʎ 440 нм) – 6,4. С увеличением запыленности воздуха цвет неба воспринимается
белесоватым. С уменьшением высоты Солнца над горизонтом восприятие
светового потока снижается в ультрафиолетовой части спектра и увеличивается
в более длинноволновую область.
Вследствие неравномерного нагревания земной поверхности и испарения
воды происходит движение воздуха и водных масс, формирование циклонов и
антициклонов, теплых и холодных течений, существует разнообразие
климатических зон и погодных условий. Следствием солнечной радиации
является жизнедеятельность растений, животных и состояние здоровья человека.
Очевидно, что увеличение запыленности атмосферы может снизить поступление
солнечной радиации на Землю и вызвать значительное понижение температуры
окружающей среды. Напротив, увеличение концентрации углекислого газа в
атмосфере создаст условия для повышения температуры окружающей среды, т.е.
парникового эффекта.
Инфракрасное излучение – электромагнитное излучение, занимающее
спектральную область между красным концом видимого света с длинной волны
(ʎ) 0,74 мкм и микроволновым излучением от 2000 мкм. Инфракрасное
излучение было открыто в 1800 г. английским ученым У. Гершелем.
Инфракрасное (тепловое) излучение составляет большую часть солнечного
электромагнитного спектра (не менее 50 %). Поверхности Земли достигает
инфракрасное излучение с длиной волны 0,76–2000 мкм.
Весь диапазон инфракрасного излучения делят на три составляющих:
– коротковолновая область (0,74–2,5 мкм);
– средневолновая область (2,5–50 мкм);
– длинноволновая область (50–2000 мкм).
Инфракрасное излучение, воздействую на молекулы и атомы различных
веществ, усиливает их колебательные и ротационные движения, вызывая
тепловой эффект. Следует отметить, что инфракрасное излучение проникает
сквозь атмосферу, толщу воды и почвы, сквозь оконное стекло и одежду.
Наиболее короткое инфракрасное излучение с длинной волны 760–1000 нм
проникает сквозь ткани тела человека, в том числе и кости черепа, на глубину
4–5 см. Излучение с большей длиной волны действует поверхностно. При
локальном действии на ткани инфракрасное излучение ускоряет биохимические
реакции и обмен веществ, ферментативные и иммунобиологические процессы,
рост клеток и регенерацию тканей, расширяет кровеносные сосуды и кровоток в
них,
усиливает
биологическое
действие
ультрафиолетовых
лучей.
52
Пигментированная и непигментированная кожа человека отражает и поглощает
световой поток не одинаково. Поглощение кванта света больше
пигментированной кожей, чем непигментированной. У индивидуума с
повышенным содержанием мелатонина уменьшена проницаемость кожи для
светового потока.
Негативное влияние инфракрасного излучения на организм обусловлено
его тепловым воздействием. Перегревание организма вызывает изменения
функции сердечно–сосудистой системы (тахикардия, повышение систолического
и снижение диастолистического давления крови). Инфракрасное излучение
Солнца способствует развитию катаракты глаз.
Инфракрасное (ИК) излучение используется в промышленности, сельском
хозяйстве, медицине и в военных целях. ИК–излучители применяют в
промышленности для сушки различных изделий, в том числе лакокрасочных
поверхностей.
В пищевой промышленности ИК–излучение используется для обработки
зерна, крупы, муки и т.д. Электромагнитная волна определенного частотного
диапазона оказывает не только термическое, но и биологическое воздействие на
продукты, способствует ускорению биохимических превращений в
биологических полимерах (крахмал, белок, липиды). Кроме того, инфракрасное
излучение поглощается водой, содержащейся в продукте, но не поглощается
тканью вещества, поэтому удаление влаги возможно при невысокой температуре
(40–60 °С). При таком способе сушки продуктов питания в них сохраняются
витамины и биологически активные вещества, а также естественный цвет, вкус и
аромат. Сушка продуктов по данной технологии позволяет сохранить
содержание витаминов и других биологических активных веществ до 80–90 % от
исходного сырья.
В молочной промышленности ИК–излучение применяется с целью пастеризации
и стерилизации.
Приборы ночного видения, основанные на инфракрасном излучении,
применяются в прицельных устройствах к стрелковому и артеллерийскому
оружию, а также для наведения ракет. С помощью теплопеленгаторов можно
обнаруживать самолеты, танки, корабли и др.
Инфракрасное нагреватели применяются для активизации обмена веществ
в организме и парализованных органах, стимулирования эндокринных желез,
последствий нарушения питания (ожирение), заживления ран и т.д.
Ультрафиолетовое излучение
Ультрафиолетовое излучение является частью электромагнитного поля
(ЭМП), занимающего в электромагнитном спектре промежуточное положение
между видимым светом и рентгеновским излучением. Ультрафиолетовые лучи
известны с XII в. УФ–излучение делят на три части по длине волны: 400–315 нм,
315–280 нм. УФ–излучение с длиной волны меньше 180 нм поглощается
воздухом.
Действие на организм УФ–излучения зависит от длины его волны.
53
Основным источником ультрафиолетового излучения на Земле является
Солнце. Общее количество ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности
Земли, зависит от следующих факторов:
– от концентрации атмосферного озона над земной поверхностью;
– от высоты Солнца над горизонтом;
– от высоты над уровнем моря;
– от атмосферного рассеивания;
– от состояния облачного покрова;
– от степени отражения УФ–лучей от поверхности (воды, почвы).
Морская вода задерживает УФ–излучение. Через слой морской воды в 2 см
проходит 96 % ультрафиолетового света, а через 25 см только 46 %.
В XX в. было показано, что УФ–излучение оказывает влияние на
функциональные системы человека [Франк, 1982; Газенко, 1987; Артюхов, 1995,
1997 и др.]. Было установлено, что УФ–излучение изменяет структурные и
функциональные свойства гемоглобина.
УФ область спектра (290–400 нм) активирует защитные механизмы
организма, повышает уровень иммунитета, а также увеличивает секрецию ряда
гормонов. При действии оптического УФ–излучения изменяется легочная
вентиляция, повышается потребление кислорода и активизируется функция
эндокринной системы. УФ – излучение стимулирует образование в организме
витамина Д. При «ультрафиолетовой недостаточности» снижаются
иммунокомпетентные функции организма и нарушается минеральный обмен.
Такая патология характерна для жителей высоких широт.
Вместе с тем, УФ – излучение от производственных источников может
быть причиной острых и хронических профессиональных заболеваний.
Длительное действие ультрафиолетового света на кожу вызывает ожоги. УФ –
излучение вызывает конъюнктивит (воспаление слизистой оболочки глаза).
Симптомы фотофтальмии: ощущение песка в глазах, светобоязнь, слезотечение,
воспаление век.
В медицинской практике для лечения многих заболеваний применяется
аутотрансфузия ультрафиолетово–облученной крови (АУФОК). Принцип метода
заключается в обратном переливании собственной крови больного,
предварительно взятой из вены в емкость со стабилизатором (гепарином) и
облученной светом ртутной лампы или лазером.
АУФОК терапия оказывает детоксикационное, противовоспалительное и
противоаллергическое действие. При этом стимулируется обмен веществ и
система иммунной защиты.
54
Лекция 12
Влияние городской среды на жизнедеятельность человека
Городские поселения на Земле возникли с древнейших времен. На
основании археологических исследований было установлено, что городские
поселения возникли в XX–XVIII вв. до н.э. Наиболее древние города мира:
Мемфис (XVIII в. до н.э., Египет), Чатал–Хююк (XVIII–XVI в. до н.э., Турция),
Кадис (XI–X вв. до н.э., Испания) и др. Одним из старых городов мира является
Сиань (ранее Чанъань). Он был основан 3100 лет тому назад и некоторое время
являлся самым крупным (как по площади, так и по числу жителей) городом мира
и столицей Китая. К древнейшим городам мира, которые существуют в
настоящее время, относятся: Дербент (основан в конце 4 тысячелетия до н.э.),
Иерихон (городское поселение с 8–7 тысячелетия до н.э., Палестина), Рим (был
основан в 753 г. до н.э., Италия).
Увеличение численности населения в различных городах мира началось в
XIX в. (рис. 11).
Рис. 11. Динамика численности городского населения в мире
(Экология человека, 2001)
В 1800 г. в городах мира с населением свыше 100 тыс. жителей проживало
1,7 % популяция человека на Земле. В 1900 г. этот показатель увеличение
количества городов на Земле. В 1700 г. в мире был 31 город с населением более
100 тыс. жителей, в 1900 г. таких городов было 326, а в 1970 г. их количество
достигло 1726, из них в 130 городах количество населения составляло
1 млн человек. В 1850 г. на планете было 4 города с населением в 1 млн человек,
а в 1900 г. уже было 12 таких городов. В 1985 г. в мире было 270 городов с
населением более 1 млн человек, а к 2000 г. их количество увеличилось до 395
(табл. 12). Темп развития крупных городов увеличился после интенсивного
строительства железнодорожных сообщений, а в дальнейшим и аэропортов.
55
Таблица 12
Население крупных городов Земли (Салей, Вашанов, 2012)
Население, Город
Страна
Население,
Город
Страна
млн
млн
19,7
Мехико
Мексика
10,1
Киншаса
ДР Конго
18,8
Шанхай
КНР
10,0
Сан–Паулу Бразилия
18,0
Карачи
Пакистан
9,4
Лагос
Нигерия
15,0
Токио
Япония
8,6
Джакарта Индонезия
13,8
Мумбаи
Индия
8,5
Нью–Йорк США
13,4
Буэнос–
Аргентина
7,6
Лондон
Великобри–
Айрес
тания
13,3
Тегеран
Иран
8,1
Лима
Перу
12,8
Стамбул Турция
8,0
Каир
Египет
12,7
Дакка
Бангладеш
7,7
Пекин
КНР
12,6
Дели
Индия
7,2
Богота
Колумбия
12,3
Манила
Филиппины
7,1
Гонконг
КНР
10,5
Москва
Росси
6,8
Лахор
Пакистан
10,5
Сеул
Корея
6,5
Багдад
Ирак
По прогнозу специалистов к 2030 г. почти все население Земли будет жить
в городских поселениях, а к 2070 г. городами будет занято 20 % суши планеты.
Урбанизация в России за последние 100 лет также шла быстрыми темпами.
В 1913 г. городское население страны составляло 17 % от населения государства,
в 1940 г. – 34 %, в 1960 г. – 54 %, в 1980 г. – 70 %, в 2000 г. – 75 %.
Урбанизация – сложный многогранный социально–экономический процесс,
связанный с развитием производства, накоплением интеллектуальной
информации и совершенствованием форм социального общения.
Наибольшую опасность для городов представляют землетрясения –
подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными
причинами (тектонические процессы) или искусственными процессами (взрывы,
заполнение водохранилищ). Небольшие толчки могут вызывать также подъем
лавы при вулканических извержениях. Ежегодно на всей Земле происходит
около миллиона землетрясений, но большинство из них незначительны и
остаются незамеченными. Сильные землетрясения, способные вызвать
обширные разрушения, случаются на планете примерно раз в две недели.
Восемь крупных городов мира (Джакарта, Мехико, Мумбаи, Нью–Йорк,
Нью–Дели, Колката, Токио, Шанхай) построены на линиях разлома земной
коры. В связи с этим для таких местностей высока вероятность землетрясений.
Во время землетрясения 1 сентября 1923 г. в Токио погибло 100 тыс. человек. 19
сентября 1985 г. в Мехико в результате двух подземных толчков магнитудой 8,1
балла погибло 10 тыс. человек. Во время Сычуаньского землетрясения (12 мая
2008 г.) магнитудой 8,0 баллов в Шанхае и его окрестностях погибло почти 70
тыс. человек.
56
В XX в. сильные землетрясения были зарегистрированы во многих
районах мира, и частично или полностью разрушены города: Сицилия (Италия),
1908; Токио (Япония), 1923; Ашхабад (Туркмения), 1948; Агадир (Марокко),
1960; Консепсьон, Вальдивия (Чили), 1960; Аляска (штат США), 1964; Ташкент
(Узбекистан), 1966; Таншань (Китай), 1976; Спитак (Армения), 1988; Сан–
Франциско (США), 1989; о.Сахалин (Россия), 1995; Измир, Стамбул (Турция),
1999 и др.
В результате подвижек земной коры в зоне контакта Карибской и Северо–
Американской литосферных плит произошло сильной землетрясение (12 января
2010 г.) на Гаити. Погибло 220 тыс. и 300 тыс. человек получили ранения.
Разрушен город Порт–о–Пренс – столица государства и внешнеторговый порт
Гаити.
Современный город и городская среда в настоящее время являются одним
из показателей достижений популяции человека на Земле. По ВОЗ в определение
города входит два основных критерия: национальный и количественный.
В России установлен минимальный порог численности населения для
присвоения поселению статуса города. Он составляет 12 тыс. жителей, кроме
того, для отнесения населенного пункта к городу требуется, чтобы не менее 75 %
его населения было занято несельскохозяйственной деятельностью.
Любой город включает несколько компонентов инфраструктуры:
– жилые дома и садово–парковые зоны;
– промышленные и транспортные предприятия, теплоэнергетические
станции;
– образовательные учреждения (дошкольные, школы, вузы и др.);
– медицинские учреждения (поликлиники, больницы и др.);
– правовые, защитные учреждения, кредитные учреждения (банки) и
налоговую службу;
– социальные, культурные, спортивные и развлекательные центры;
– торговые предприятия;
– информационные службы (газеты, радио, телефон, ТВ);
– службы, ответственные за обеспечение населения города
коммунальными услугами (вода, канализации, газ, электроэнергия);
– надзорные учреждения (обеспечение санитарно–гигиенических норм,
технических стандартов, застройки города и др.);
– службу предупреждения и тушения пожаров;
– управленские учреждения (администрация города, районов и др.).
Жизнь человека в городской среде и в сельской местности имеет свои
особенности. Прежде всего, она отличается ритмом производственной
деятельности (работы) и отдыха. В крупных городах промышленные зоны и
спальные районы обычно находятся на больших расстояниях и требуют
длительных переездов. Население городов более специализированно по
профилю трудовой деятельности, чем сельское. Количество культурных,
развлекательных и спортивных центров городах обычно больше, чем в сельской
местности. Оборот денежной массы в городах идет намного быстрее, чем в
условиях сельскохозяйственного производства. В сельской местности обычно
57
отсутствуют высшие учебные заведения. Население сельской местности более
ограничено в перемещении на большие расстояния (отсутствие вблизи железной
дороги и аэродромов), чем жители городов.
Вместе с тем, действие антропогенно измененной окружающей среды на
городское население значительно больше, чем на человека, постоянно
проживающего в сельской местности.
Наиболее сложная проблема современных городов – загрязнение и
деградация окружающей среды. Загрязнение почвы, растений и атмосферного
воздуха в городах негативно влияет на здоровье населения. Загрязнение
окружающей среды в городах зависит от количественного и качественного
промышленного потенциала, энергетических установок, городского транспорта
и соблюдения экологической безопасности (рис. 12).
Рис. 12. Модель системы «Связь города с окружающей средой»
(Экология человека, 2001)
Над крупным городом всегда имеется облако из антропогенных
примесей. Оно может превышать площадь города, а по высоте растягивается на
1,5–2 км. Наибольшая концентрация загрязняющих примесей в атмосфере
обычно имеется над промышленными районами города. В то же время под
действием ветра такое облако может смещаться на большие расстояния.
Загрязняющими веществами, по которым отмечалось превышение ПДК в
воздухе г. Воронежа, были: оксид углерода, окислы азота, сернистый ангидрит,
формальдегид, пыль, фенол, оксид марганца, оксид меди (рис. 13).
Рис. 13. Структура загрязнений атмосферы г. Воронежа
(Эколого–гигиенические основы…, 2002)
58
Температура городской среды (воздуха) всегда выше, чем в сельской
местности. Атмосфера над городом также нагревается, что препятствует
переносу загрязняющих веществ от земной поверхности в верхние ее слои. В
городской среде изменяются абиотические показатели: снижается скорость
ветра, относительная влажность воздуха, солнечная радиация, но увеличивается
температура воздуха и содержание в нем пыли. Пылевые частицы вызывают
конденсация влаги, что вызывает частые туманы и облачность над городом.
Сочетание плотного тумана с высоким уровнем загрязнения воздушной среды
приводит к появлению смога.
В целом в городской среде климат изменяется (рис. 14).
Рис. 14. Влияние городской среды на климат
(Негробов, Жуков, Фирсова, 2000)
Уменьшение светового потока в городской среде снижает рост и развитие
растений, их бактерицидные качества. Недостаток ультрафиолетового
излучения в городе приводит к увеличению бактериального загрязнения
воздушной среды. В конечном итоге, городская среда отрицательно влияет на
здоровье населения, особенно в детском возрасте.
Микроклимат в городской среде зависит от планировки города, высоты
его домов, открытых участков и площадей, количества парковых зон, открытых
и полузакрытых пространств. На микроклимат отдельных частей города влияют
рельеф местности, преобладающее направление ветра и близость водоемов.
Первостепенное значение для формирования микроклимата имеет инсоляция –
солнечное облучение улиц, дворов, жилых и производственных помещений.
Она обеспечивается прямым солнечным облучением и отраженным светом, что
зависит от расположения зданий, их высоты и расстояния между ними.
Инсоляция помещений зависит от ориентации домов по направлению север–юг
или восток–запад, а также от расположения и величины оконных проемов.
Другим важным показателем для микроклимата города является
направление ветра. Сильный ветер снижает температуру воздуха, а слабый
увеличивает загрязнение атмосферы. Наличие в городе водоемов повышает
влажность воздуха, снижает его загрязнение, особенно пылью. В парковых
59
зонах влажность воздуха больше, чем на широких улицах с недостаточным
количеством деревьев. Высокие деревья препятствуют солнечной инсоляции
зданий. Вместе с тем, отдельные погоды деревьев и кустарников обладают
способностью поглощать и рассеивать звук (шум).
Наибольшее загрязнение воздуха в городах наблюдается на магистралях с
интенсивным автомобильным движением. В воздушный бассейн Воронежской
области в 2002г. было выброшено 412,2 тыс. вредных веществ, в том числе от
стационарных источников 56,2 тыс., а от передвижного транспорта 356 тыс.
Подсчитано, что в отработанных газах карбюраторного двигателя содержится
247 кг/1000 л токсических веществ (оксид углерода, оксид серы, свинец, сажа и
др.). Воронеж входит в первую десятку городов с максимальным загрязнением
атмосферы от работы автотранспорта. По данным Х.А. Джувеликяна,
наибольшая загазованность воздух в г. Воронеже отмечалась на ул. Беговой,
Ворошилова, Димитрова, Матросова, Новосибирской, Плехановской,
Острогожской, Степана Разина, Транспортной, 9-го Января, 20 лет Октября и
др. (Джувеликян, 1999).
Загрязнение воздушной среды и почвенного покрова в г. Воронеже
вызывает повышенную заболеваемость детей и подростков. Например,
заболеваемость детей аллергическими болезнями в г. Воронеже в 2000–2002 гг.
на 1000 детского населения распределялась следующим образом: атопический
дерматит – 78 случаев, контактный дерматит – 34 случая, бронхиальная астма –
26 случаев, поллиноз – 4 случая.
В г. Воронеже выделены 4 основные зоны экологического риска:
– зона опасного экологического риска (жилые кварталы в районе ул. 9-го
Января и район Машмета);
– зона повышенного экологического риска (территория Левого берега,
кроме района Машмет, и территория города около ул. Транспортная и
Московского пр. от ул. Урицкого до ул. Хользунова);
– зона удовлетворительного экологического риска (центральная, юго–
западная и южная части города);
– низкая, допустимая зона экологического риска (северная
непромышленная часть города, район СХИ).
Было выявлено, что у студентов, постоянно проживающих в
загрязненных районах г. Воронежа (ул. Менделеева, Ростовская,
Новосибирская, 9–го Января), систолическое и пульсовое артериальное
давление крови меньше, чем у их коллег, живущих в относительно «чистых»
районах г. Воронежа (рис. 15).
60
Рис. 15. Артериальное давление крови у студентов, проживающих в не
загрязненном (светлые столбики) и в загрязненном (темные столбики) районах
г .Воронежа: САД – систолическое давление, ДАД – диастолическое давление,
ПАД – пульсовое давление
(Влияние антропогенных факторов, 2007)
Особенностью городской среды является шум. Его источником являются
металлообрабатывающие производства, транспорт и др.
В гигиенической практике шумом принято называть любой звук или
совокупность бепорядочно сочетающихся звуков различной частоты и
интенсивности, влияющих на организм человека и создающие помехи в период
выполнения работы или в период отдыха.
Различают следующие виды шума:
– «белый», имеющий равномерный спектр;
– импульсный, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов;
– тональный, в спектре которого имеются дискретные тона;
– широкополосный, имеющий непрерывный спектр, шириной более
одной октавы.
Звуковые волны имеют определенные закономерности распространения
по времени и пространству: отражение, дифракция, интерференция. Источник
звука в помещении создает звуковое поле из-за многократного отражения от
стен или других преград. Звук в помещении не прекращается с отключением
его источника, а продолжает отражаться от поверхностей и поглощается
(прекращается) постепенно. Время, затраченное на угасание звука, называется
временем реверберации. Если на пути распространения звука встречается
препятствие, то звуковая волна огибает его (дифракция). Интерференция – это
сложение двух звуковых волн по амплитуде или их ослабление.
Основным параметром звуковых сигналов, которые различает человек,
является их частота, громкость, тембр, длительность. Высота звука – это
61
субъективное качество слухового ощущения, позволяющее различать звуки по
высоте от низких до высоких.
Молодой и здоровый человек воспринимает звуки с частотой в диапазоне
от 20 до 16000 Гц. Чувствительность к высоким частотам с возрастом
снижается. Частота звуков человеческой речи находится в диапазоне 500–
3000 Гц. Диапазон интенсивности воспринимаемого звука у человека
составляет 20–120 дБ.
Наибольшая чувствительность к силе звука у человека находится в
диапазоне 1–4 кГц, дифференциальный порог равен 0,5–1,0 дБ в области 40–
50 дБ над порогом слышимости и при частоте звука 0,5–2,0 кГц.
Дифференциальный порог по частоте воспринимаемого звука составляет
1 %, а по изменению угла расположения источника звука 1–3°.
На основе бинаурального слуха формируется пространственный слух.
Базовым расстоянием определения источника звука является 15 м. При
увеличении этого расстояния ошибка в локализации источника звука
возрастает.
Существует зависимость между частотой и громкостью воспринимаемого
звука. С этой целью строится аудиограмма. В диапазоне от 1000 до 4000 Гц
человек слышит наименее громкие звуки (порог 3 дБ). Ухо человека менее
чувствительно к звукам низким частот. Колебания с частотой менее 16 Гц
могут восприниматься как вибрация. Для нормального восприятия звуков с
частотой более 10000 Гц их громкость должна быть повышена (порог 20 дБ и
выше).
Если интенсивность звука достигает 120 дБ, возникает ощущение
дискомфорта, а при интенсивности звука в 140 дБ и выше проявляются болевые
ощущения в области барабанной перепонки и может произойти ее взрыв.
Длительное воздействие звуков с большой громкостью (интенсивность 90 дБ и
выше) проводит к снижению слуха у человека. Для предохранения слухового
анализатора от действия звуков большой интенсивности необходимо
использовать специальные наушники.
Сильный постоянный шум (звук более 100 дБ) проводит к нервно–
психическому стрессу и при определенной частоте вызывает резонанс
клеточных структур.
Источники шума могут быть естественного (природного) и
искусственного (антропогенного) происхождения. В природных условиях шум
создают водопады, извержения вулканов, ветер, гроза, дождь, волны морей и
океанов.
62
Антропогенный шум может быть постоянный, циклический,
одноразовый. Шум создают промышленные предприятия, различные виды
транспорта, бытовая техника и деятельность человека.
Длительное действие шума на человека в производственных условиях
приводит к медленному прогрессирующему снижению слуха и развитию
кохлеарного неврита. Шум вызывает снижение иммунологической
реактивности, общей резистентности, а также дисфункцию желудочно–
кишечного тракта, патологию сердечнососудистой системы и неврастению.
Сильный шум снижает работоспособность человека (табл. 13).
Таблица 13
Характеристика некоторых источников шума
(Пивоваров, Каролик, Зиневич, 2008)
Источник шума
Шум, дБ
Источник шума
Шум, дБ
Старт космической
150
Улица при движении
85
ракеты
автотранспорта
Взлет реактивного
140
Трамвай
80
самолета
Гром
130
Легковой автомобиль
75
Рок–музыка
120
Громкая речь
70
Вертолет
110
Обычная разговорная
60
речь
Поезд
100
Шум воды из крана
40
Метрополитен
100
Бытовая техника в
30
квартире
Грузовой
95
Разговорная
речь,
20
автомобиль
шепот
Отбойный молоток
90
Шелест листьев
10
Защита человека от шума является важным мероприятием в городской
среде. Она осуществляется путем рационального расположения и размеров
зданий, создания противошумовых разрывов и строительства специальных
шумопоглощающих ограждений.
Риск нарушения слуха в результате продолжительного действия шума
зависит от его частоты и силы (табл. 14).
63
Таблица 14
Уровень шума, вызывающий патологию слуховой системы
(Макаров, 1973)
Частота,
Уровень шума, дБ
Гц
70
75
80
85
90
95 100 105 110 115
120
Менее
+
+
100
100–150
+
+
+
+
150–300
+
+
+
+
+
300–600
+
+
+
+
+
+
+
600–
+
+
+
+
+
+
+
+
1200
1200–
+
+
+
+
+
+
+
+
+
2400
2400–
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
4800
4800–
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
9600
Примечание: + раздражающее действие шума в зависимости от частоты и
интенсивности.
Инфразвук – это акустические колебания с частотой 14–20 кГц. Выше
16 кГц человек не слышит звуков. В связи с этим инфразвук воспринимается
как шум. Он распространяется на значительные расстояния от источника
генерирования. Кроме того, инфразвук обходит преграды, задерживаемые
звуком с частотой менее 14 кГц, и вызывает вибрацию крупных объектов
вследствие явления резонанса. По характеру спектра ультразвук разделяют на
широкополосный и гармонический. По временным характеристикам выделяют
постоянный и непостоянный инфразвук. Допустимым уровнем звукового
давления в октавных полосах является 105 дБ.
При длительном действии инфразвука на человека нарушаются функции
слуховой и вестибулярной систем организма, а также нервной, дыхательной и
сердечнососудистой систем.
Ультразвуком называют неслышимые механические колебания упругой
среды с частотой более 20 кГц. Ультразвуковой диапазон можно условно
разделить на низкочастотный (20–100 кГц), который распространяется
воздушным и контактным путем, и высокочастотный (100 кГц – 1000 мГц),
который распространяется только контактным путем.
Ультразвук оценивается по частоте колебаний и интенсивности.
Интенсивность ультразвука оценивается в децибелах.
Ультразвуковые колебания характеризуются некоторыми особенностями:
64
– сфокусированный пучок энергии может быть направлен в определенное
место (точку);
– ультразвуковые волны способны создавать акустическую тень;
– проходя через границу раздела 2 сред, ультразвуковые волны могут
отражаться, преломляться или поглощаться;
– ультразвук, особенно высокочастотный, почти не распространяется в
воздухе, так как звуковая волна теряет энергию пропорционально квадрату
частоты колебаний.
Источниками производственного ультразвука являются генераторы
ультразвуковых колебаний, которые используются для технологических целей,
в медицине и научных исследованиях.
В жидких средах ультразвук вызывает кавитацию. Действие ультразвука
на твердые тела вызывает вибрации их частиц.
Систематическое воздействие ультразвука, распространяющегося
воздушным путем, вызывает нарушения функций нервной, эндокринной и
сердечнососудистой систем. Характер изменений в организме зависит от дозы
ультразвука и его частотной характеристики. При силе в 80–90 дБ ультразвук
создает эффект микромассажа, а величина в 120 дБ и более вызывает
патологические процессы в организме.
Вибрация – это механическое колебательное движение системы с
упругими связями. Простой формой вибрации является гармоническое
колебание, когда точка конструкции смещается в заданном направлении от
положения равновесия в зависимости от времени по синусоидальному закону.
Время, в течение которого материальное тело совершает одно полное
колебание, называют периодом колебаний. Число полных колебаний за
единицу времени – это частота колебаний (Гц). Максимальное отклонение тела
от положения устойчивого равновесия – амплитуда (α). Основные
характеристики вибрации: скорость (V, м/с) и ускорение (W,м/с2):
V мах= π2Fα, W = 4πF2α, где
F – частота, Гц.
По характеру спектра вибрация может быть низкочастотная (8 и 16 Гц),
среднечастотная (32 и 63 Гц) и высокочастотная (125, 250, 500, 1000 Гц). По
временной характеристике рассматривают вибрации постоянные и
непостоянные, а также прерывистые и импульсные. В зависимости от причин
возникновения выделяют вибрации: технологическую, транспортную и
транспортно–технологическую.
65
Вибрацию по способу передачи на человека разделяется на местную
(локальную), например, руки и общую. Степень распространения вибрации по
телу человека зависит от частоты, амплитуды, места приложения и направления
оси вибрационного воздействия, демпфирующих свойств тканей, явления
резонанса и других условий. При низких частотах вибрация распространяется
по телу почти без затухания. В результате явления резонанса анатомические
структуры организма начинают колебаться с большей амплитудой.
Наибольший эффект резонанса возникает для глаз, так как частотной диапазон
нарушения зрительного восприятия находится в диапазоне 60 и 90 Гц.
Длительное действие (не менее 3 лет) вибрации на человека приводит к
развитию вибрационной болезни. Она разделена на четыре стадии.
I стадия – кратковременные болевые ощущения в пальцах рук, их
онемение.
II стадия – болевые ощущения в руках, изменения сосудистого тонуса,
вегетативная дисфункция и астения.
III стадия – острые приступы боли и онемение пальцев рук, синдром
вазоспазма (побеление пальцев), нарушение сухожильных рефлексов.
Рентгенологически обнаруживаются изменения в суставах и костях.
IV стадия – постоянный болевой синдром в пальцах, андиодистонические
нарушения сосудов рук, коронарных и мозговых сосудов, энцефаломиелопатия.
Для вибрационной болезни, вызванной действием вибрации на все тело
человека, характерными синдромами являются: вестибулопатия, головная боль,
изменения слуха и зрения, стволовые и спинальные симптомы, желудочно–
кишечные дискинезии, боли в животе, в пояснично-крестцовой области спины.
При длительном действии локальной и общей вибрации на человека в
организме нарушаются механизмы регуляции нервно-рефлекторных и
нейрогуморальных систем, а также функции опорно-двигательного аппарата.
В городской среде человек вынужден выполнять определенные социальные
условия. В условиях жизни в большом городе происходит интенсификация
взаимодействий
между
людьми.
Интенсивность
пространственного
передвижения и повышенная плотность населения в больших городах приводят
к вынужденным контактам между людьми и тем самым увеличивают у них
степень психического напряжения.
В городе на психическое состояние человека оказывает влияние
разнообразная информация (Интернет, радио, телевидение и др.). Кроме того
постоянная реклама вызывает у человека повышенное эмоциональное
состояние, которое чаще сопровождается отрицательными эмоциями.
66
Лекция 13
Проблемы риска
Риск – это вероятность или частота возникновения негативного или
позитивного развития процессов (событий, эффектов) в результате природного
или антропогенного воздействия на окружающую среду. Риск характеризуется
тремя параметрами – вероятностью, последствиями и их значимостью для
организма.
Различают
риски
природные,
информационные,
техногенные,
экологические и др.
Природные риски: столкновение Земли с кометой, астероидом,
землетрясение, наводнение, цунами, извержение вулкана, лесные пожары,
глобальное изменение климата, засухи и др.
Техногенные риски: вероятность катастроф на промышленных
предприятиях, электростанциях, транспорте. Использование в мирных или
военных целях радиоактивных элементов (материалов) также создает риск для
здоровья человека и его будущих поколений.
Более общим понятием в экологии является экологический риск.
Экологический риск – уровень вероятности возникновения неблагоприятных
для окружающей среды последствий, связанных с природными катастрофами, с
функционированием экологически опасных производственных объектов или
принятием решения о сооружении подобных объектов. В число объектов,
подвергающихся экологическому риску, входят: природные ресурсы,
спонтанные экосистемы, памятники истории и культуры, коммуникации (линии
электропередач, связи, трубопроводы, дороги, мосты) и другие материальные
ценности.
При оценке риска следует принимать во внимание некоторые факторы,
необходимо учитывать в первую очередь юридические законы, а также обычаи,
этические нормы, моральные ценности, устремления и предпочтения людей.
В количественной величине риск обозначается в относительных
показателях от нуля до единицы. В математике принято: чем величина риска
больше 0,5 ед., тем вероятность события будет больше. Один из главных
критериев при измерении риска – вероятность потенциальной смертности среди
населения или персонала промышленного объекта при стихийных бедствиях
или производственной аварии. Американские специалисты просчитали
вероятность риска в результате того или иного события для получения
сопоставимых показателей риска стихийных бедствий и аварий. Приводимые
ниже риски (табл. 15) выражены через вероятность потенциальной смерти
индивида в течение года.
67
Риск (R) – количественная характеристика опасности, определяемая
частотой реализации опасностей. В общем виде вычисление величины риска –
это отношение числа случаев проявления опасности(n) к возможному числу
случаев проявления опасности (N):
R=n/N.
Таблица 15
Оценка степени риска (Коггл, 1986)
Фактор
Степень риска
Выкуривание 20 сигарет в сутки
1 : 200
Транспортные происшествия
1 : 6000
Несчастные случаи в быту
1 : 10 000
Несчастные случаи на производстве
1 : 20 000
Утопление
1 : 30 000
Отравление
1 : 100 000
В течение 60 лет жизни: езда на автомобиле,
1 : 1 000 000
удар молнии, туристические поездки, прививки
и прочее
Противоположностью риска является гарантии. Выделяют гарантии
достижения (рассчитаны на успех) и гарантии компенсации (рассчитаны на
неудачу).
Различают риски индивидуальной (вероятность опасности для
индивидуума) и коллективный (возможность опасности для всей популяции
человека, большого количества людей, для определенной социальной и
профессиональной группы людей).
Фактор риска можно рассматривать как стрессорный агент. Для человека,
животных, растений возникновение любого заболевания можно рассматривать
с позиций риска. Причиной болезни может быть нарушение баланса между
внутренней и внешней средой организма. Избыток или дефицит природных
физических и химических факторов или присутствия чужеродного соединения
в окружающей среде могут нарушить такой баланс. Однако вклад
экологических факторов в риск развития нарушений состояния здоровья
непостоянен. Он зависит от географической местности, экономических и
социальных условий в конкретном регионе проживания населения.
Факторы риска подразделяются на добровольные (вождение автомобиля,
полет на самолете, моющие средства, работа с красками, использование средств
парфюмерии), вынужденные (вдыхание загрязненного воздуха, проживание на
территориях, загрязненных радионуклидами), естественные (радон, магнитные
бури, землетрясения), катастрофические (аварии), биологические (прививки,
68
растительные и животные организмы, созданные на основе генной инженерии),
оправданные (спасательные работы) и др.
Другая классификация риска основана на отношении к нему групп
населения, подвергающихся воздействию стрессорного фактора. Например,
риск использования моющих средств, риск проживания около химических
предприятий, риск нахождения вблизи высоковольтной электрической линии,
риск при использовании косметики, риск употребления лекарственных
препаратов и т.д.
Профессиональный риск – это риск, связанный с профессиональной
деятельностью человека. В производственных условиях регламентируется
допустимый (приемлемый) риск – минимальная величина риска, которая
достижима по техническим, экономическим и технологическим возможностям.
Таким образом, приемлемый риск представляет собой некоторый компромисс
между уровнем безопасности и возможностями его достижения. Величина
этого риска зависит от отрасли производства, профессии, вида негативного
фактора, которым он определяется.
Реакция отдельного человека или группы людей на возможный риск
зависит как от конкретного субъекта, так и от распространения информации о
стрессорном факторе. Индивидуальное понимание уровня риска обусловлено
образованием, знаниями в данной области, имеющимся опытом, особенностями
высшей нервной деятельности и эмоционального состояния. Отдельные группы
людей не обращают внимания на существующий риск или пренебрегают им изза собственных материальных преимуществ (табл. 16).
Таблица 16
Характеристика риска
Увеличение восприятия риска
Снижение восприятия риска
Большой риск
Меньший риск
Недобровольный
Добровольный
Искусственный
Природный
При контроле другими людьми
При собственном контроле
Отсутствие выгоды
Наличие выгоды
Недостаточно информации о
Имеется информация о вероятности
последствиях риска
риска
Основная
оценка
риска
предусматривает
поведение
четырех
взаимосвязанных этапов: идентификация опасности, оценка зависимости «доза –
ответ», оценка экспозиции, характеристика риска и его последствия. Важным в
методологии оценки риска является оповещение о риске (предупреждение о
возможной опасности).
69
Более подробная оценка риска, как правило, осуществляется в соответствии
со следующими этапами:
– идентификация опасности, т.е. выявление потенциально вредных факторов;
– характеристика повреждающих факторов и источников загрязнения;
– оценка связи между изучаемым фактором и нарушениями состояния
здоровья человека;
– оценка зависимости «доза – ответ»;
– выявление количественных связей между показателями состояния здоровья
и продолжительностью экспозиции повреждающего фактора;
– пути проникновения повреждающего фактора в организм;
– определение доз и концентраций, воздействовавших в прошлом,
воздействующих в настоящем или тех, которые возможны будут воздействовать в
будущем;
– установление маршрутов движения загрязняющих веществ от источника к
человеку, пути и точки воздействия;
– выявление уровней экспозиции для популяции в целом и еѐ отдельных
субпопуляций;
– расчет рисков для популяции и ее отдельных подгрупп;
– равнение рисков с допустимыми уровнями;
– медико–биологическая и социальная значимости;
– направление и снижение уровня риска.
Современное развитие производственной деятельности человека достигло
высокого уровня, и ее темп постоянно ускоряется. В этих условиях неизбежно
увеличение уровня риска для здоровья населения. С целью снижения вероятности
риска разработаны и постоянно совершенствуются не только его критерии, но и
механизмы управления (рис. 16).
Оценка и измерение риска составляют анализ риска, выводы, полученные на
основе этого анализа, обусловливают стратегию управления риском.
Управление риском включает в себя использование организационных и
технических мер воздействия на формирование опасностей. Рассматривая
проблемы экологического риска, необходимо постоянно иметь в виду важное
обстоятельство: снижение экологического риска – мероприятие очень
дорогостоящее. При этом стоимость снижения риска нарастает лавинообразно.
Снижение риска на один порядок цифр может увеличить стоимость защитных
мероприятий на два и более порядков.
70
Рис. 16. Управление риском
Одним из важных понятий в токсикологии является понятие вредного
вещества. В специальной литературе принято называть вредными все вещества,
воздействие которых на биологические системы может привести к
отрицательным последствиям. Установление нормативов качества окружающей
среды и продуктов питания основывается на концепции пороговости
воздействия. Порог вредного действия – это минимальная доза вещества, при
воздействии которой в организме возникают изменения, выходящие за пределы
физиологических и приспособительных реакций, или скрытая патология,
которая не может быть скомпенсирована за счет гомеостатических механизмов.
Степень токсичности веществ принято характеризовать величиной
токсической дозы – количеством вещества, вызывающим определенный
токсический эффект.
Приняты обозначения: CL50 – средняя смертельная (с вероятностью 50 %)
концентрация токсического вещества в воздухе, DL50 – средняя смертельная (с
вероятностью 50 %) концентрация токсического вещества при введении в
желудок или кровь.
Различают среднесмертельные (CL50 или DL50), абсолютно смертельные
(CL100 или DL100), минимально смертельные (CL0–10 или DL0–10) и другие дозы.
71
Цифры в индексе отражают вероятность (%) появления токсического эффекта с
летальным исходом. Доза ЛД50 дает значительно более определенную в
количественном отношении характеристику токсичности, чем ЛД100 или ЛД0. В
зависимости от типа дозы, виды животных и пути поступления, выбранных для
оценки, порядок расположения веществ на шкале токсичности может меняться.
Для токсикологической оценки химических веществ также используется
установление порога его вредного или специфического действия.
Порог вредного действия (однократного или хронического) – это
минимальная концентрация вещества в объекте окружающей среды, при
действии которой в организме развиваются изменения, выходящие за пределы
физиологических приспособительных (адаптационных) реакций, или временно
компенсированная патология.
Порог однократного действия обозначается символом Limac, порог
хронического действия – Limch.
Порог специфического (избирательного) действия (Limsp) – минимальная
концентрация, вызывающая изменение отдельных тканей, органов и систем
организма.
Интегральным показателем компенсаторных свойств организма, его
способности к обезвреживанию и выведению яда из организма и компенсации
нарушенных функций является зона острого действия (Zac). Она определяется
как отношение средней смертельной концентрации к пороговой концентрации
при однократном действии яда.
Еще одним показателем действия вредного вещества на организм
является его способность к кумуляции. Различают материальную и
функциональную кумуляцию.
Количественная оценка кумулятивных свойств вредных веществ в
токсикологии определяется на основе расчета величины коэффициента
кумуляции.
Коэффициент кумуляции – отношение величины суммарной дозы яда,
вызывающей определенный эффект в 50 % случаев при многократном дробной
действии на организм, к величине его концентрации, вызывающей тот же
результат при однократном действии. Он отражает риск хронической
интоксикации. В связи с этим его необходимо учитывать при гигиенических и
экологических рекомендациях.
Гигиеническая классификация ядов приложена С.Д. Заугольниковым и др.
(табл. 17).
72
Таблица 17
Гигиеническая классификация ядов (Экспрессные методы…,1978)
Степень (разряды)
Пути поступления яда в организм
токсичности
ингаляционный
энтеральный
3
3
вещества
CL50, мг/м
ПДК, мг/м
DL50, мг/кг
I.Чрезвычайно
< 1,0
< 1,0
< 15
токсичные
II–III.
1–10
< 10
15–150
Высокотоксичные
IV–V.
Умеренно
11–40
< 100
151–1500
токсичные
VI–VIII.
> 40
> 100
>1500
Малотоксичные
Отравление различными ядами может быть случайное или
преднамеренное. По происхождению яды подразделяются на экзогенные и
эндогенные. Последние образуются в организме при нарушениях
физиологических функций и некоторых заболеваниях.
Фактором риска также является превышение в окружающей среде
предельно допустимых концентраций (ПДК) сильнодействующих и
токсических веществ. Для снижения уровня риска
необходимо
руководствоваться санитарно–гигиеническими нормами.
Возникновение злокачественного образования также относится к
факторам риска. Ведущими среди факторов риска возникновения рака является
нарушение питания и курение. В то же время определенный вклад в
возможность развития злокачественной опухоли у человека вносят
наследственные факторы (табл. 18).
Таблица 18
Процентное соотношение риска возникновения рака (Гигиена, 2001)
Фактор риска
% риска
Фактор риска
% риска
заболевания
заболевания
Питание
35
Алкоголь
3
Курение
40
Загрязнение окружающей
2
среды
Производственные
4
Пищевые добавки
1
факторы
Радон
3
Рентгенодиагностика
0,1
Для определения параметров риска введено два количественных понятия:
максимально допустимый и пренебрежимо малый (безусловно приемлемый)
риск. Риск признается пренебрежимым, если уровень его величины не может
быть выявлен на фоне уже имеющихся рисков. В большинстве стран Западной
Европы и в России индивидуальный риск, которому подвергается население,
73
кроме работающего на производстве, считается пренебрежимым, если его
уровень не превышает величину 10–6 за год (табл. 19).
Индивидуальный риск определяется вероятностью экстремального вреда
– смерти индивидуума от некоторой причины, рассчитываемой для всей его
жизни или для одного года. Этот предел соответствует увеличению
вероятности смерти на один шанс на миллион (10–6) за всю жизнь человека,
продолжительность которой принимается равной 70 годам. В расчете на один
год идеальный, пренебрежимо малый индивидуальный риск составляет,
следовательно,10–6/70= =1,43*10–8 год–1.
Таблица 19
Годовой индивидуальный риск смерти, обусловленный различными причинами
Причины смерти
R1
Общий риск (все причины)
14,3·10–3
Болезни системы кровообращения
7.6· 10–3
Несчастные случаи, отравления, травмы
2.1·10–3
Новообразования
2.0·10–3
Болезни органов дыхания
6.9·10–4
Инфекционные и паразитарные болезни
2.1·10–4
Аварии на транспорте
2.3·10–4
Пожары
1.1·10–4
Случайные отравления
1.5·10–5
Аварии на воздушном транспорте
1.5·10–6
ЧС природного и техногенного характера
8.7·10–6
Б.Коэн в 1990 г. предложил оценивать и сравнивать риски по величине,
называемой сокращением ожидаемой продолжительности жизни (LLE):
LLE = E1 – E, где
Е – ожидаемая продолжительность жизни при наличии всех факторов
риска; Е1 – ожидаемая продолжительность жизни, если один фактор риска
устранен.
Расчет показателя «Е» производится по формуле
E = [ Σ n (i) · t (i)] / 100000, где
n(i) – возрастной индекс , t(i) – среднее количество лет, прожитых теми,
кто умер в возрастном интервале i .
Оценка вкладов факторов среды обитания в формировании
заболеваемости детского населения показала, что загрязнение атмосферного
воздуха тяжелыми металлами (свинцом, медью, хромом, марганцем) вносит
определенный вклад в развитие болезней мочеполовой системы детей до
1 года (r =0.72), болезней крови детей до 1 года (r=0.66) и до 14 лет (r=0.43),
74
болезней системы кровообращения у детей до 14 лет (r=0.58) (Экологогигенические основы…, 2002).
Для снижения степени риска или его устранения разработаны
определенные санитарно – гигиенические правила:
– ограничение числа экспонируемых лиц;
– ограничение сферы использования источника риска или территорий с
такими источниками;
– ограничение или полный запрет прямого контакта человека с опасным
химическим соединением;
– полный запрет производства, применения и ввоза определенного
химического вещества или использования данного технологического процесса
или оборудования.
С целью уменьшения уровней риска применяются также следующие
подходы: снижение числа и мощности источников опасности; снижение
вероятности развития или проявления вредных эффектов; снижение
вероятности воздействий; снижение выраженности вредных эффектов.
В задачи управления риском входит также выбор стратегии
динамического (периодического или постоянного) мониторинга экспозиций и
рисков, в том числе быстрое реагирование на возникновение опасной ситуации.
75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
После прочтения данных текстов лекций, вам стало известно о
существовании науки, которая называется экология человека, или
антропоэкология. Экология человека – наука о взаимоотношении человека со
средой обитания, изучающая оптимальные условия существования человека и
допустимые пределы его воздействия на окружающую среду. Это наука для
нашей страны новая, формирующаяся, поэтому так важно исследовать еѐ
истоки и пути развития.
В текстах лекций показано влияние природных и антропогенных
факторов на основные физиологические процессы жизнедеятельности человека.
Важное место в этих текстах лекций отводится изучению регуляции
адаптационных механизмов в организме. Гомеостаз и адаптация – это два
взаимосвязанных и дополняющих друг друга процесса. Нарушение их баланса
ведет к «срыву» адаптации и в дальнейшем к развитию патологии.
Знакомство с текстами лекций дало представление об адаптации
человеческого организма к высокой и низкой температуре окружающей среды,
а также адаптации к гипоксии.
Тексты лекций дали вам сведения о различных видах риска и
безопасности. Это очень важно в нашем неспокойном мире.
Идея настоящих текстов лекций – изучение адаптационных механизмов в
организме и выявление зависимости этих механизмов от индивидуальных
особенностей человека (конституции, реактивности, резистентности, пола,
возраста, а также типа высшей нервной деятельности) и самое главное от
влияния географических и климатических факторов окружающей среды.
76
Термины и определения
Авария антропогенная – неожиданное быстро развивающееся
происшествие, сопровождающееся человеческими жертвами и гибелью
объектов природы и хозяйственной деятельности, возникшее в результате
дефектов оборудования, технических ошибок, нарушений техники
безопасности, неправильных действий персонала или ошибочных команд
руководителей. В среднем каждые 2 года на Земле происходит 1 крупная
авария, имеющая серьезные экологические последствия.
Адаптация человека – процесс приспособления организма к природным,
производственным и социальным условиям.
Адаптивные типы человеческих популяций – общности людей
обладающие специфическими морфологическими и функциональными
особенностями организма, которые представляют собой внешнее выражение
нормы биологической реакции на комплекс условий окружающей среды,
обеспечивающей состояние равновесия популяций с этой средой. Адаптивный
тип независим от расовой и этнической принадлежности. В одних и тех же
природных условиях разные по происхождению группы имеют одно и то же
направление приспособительных реакций, так же как в различных условиях
обитания близкие в генетическом отношении группы демонстрируют
морфологические и функциональные различия в соответствии с воздействием
окружающей среды.
Адекватная стимуляция – раздражения, исходящие из внешней среды,
соответствующие по силе и специфичности воздействия определенным видам
рецепторов в организме. А. с. вызывает физико-химические процессы, которые
преобразуют
внешнее
раздражение
в
электрическую
активность
чувствительных (афферентных) нервов.
Акклиматизация – приспособление человека (всего его организма или
отдельных систем и органов) к новым условиям существования, в которые он
попал в результате переезда к новому месту жительства. Акклиматизация
отличается от адаптации тем, что приобретенные новые свойства организма не
закреплены генетически и в случае возвращения к прежнему месту жительства
или перемещению в иные условия могут быть утрачены.
Аккультурация – процесс взаимовлияния национальных культур,
заключающийся в восприятии одной из них (обычно менее развитой) элементов
другой культуры. Однако усвоение этносом новой культуры взамен
изначальной не обязательно влечет за собой смену этнического самосознания
(что характерно для ассимиляции). Результаты исследований в области
аккультурации применяются для составления программ, облегчающих усвоение
европейской культуры другими народами.
Алкалоз [ар. al-gili щелочь] – форма нарушения кислотно-основного
равновесия в организме, характеризующаяся сдвигом соотношения между
кислотами и основаниями крови в сторону увеличения оснований. А.
выделительный – развивается вследствие потери организмом значительного
количества кислот или задержки щелочей; возникает при патологических
77
состояниях, сопровождающихся неукротимой рвотой, а также при нарушении
выведения почками натрия. А. г а з о в ы й – возникает в результате
чрезмерного выведения из организма углекислоты; может развиваться при
гипоксии, хирургических вмешательствах, лихорадке, опухолях мозга, истерии
и других состояниях, сопровождающихся естественной или искусственной
гипервентиляцией легких.
Бедствие стихийное – любое разрушительное природное и природно–
антропогенное явление (землетрясение, наводнение, извержение вулкана,
цунами, тайфуны, ураганы, смерчи, обильные снегопады, внезапные заморозки,
град, проливные дожди, снежные лавины, оползни, сели, обвалы, засуха,
лесные пожары, массовое размножение вредителей, отсутствие насекомых–
опылителей, угрожающее урожаю), а также их последствия, которые могут
вызывать человеческие жертвы и наносить материальный ущерб.
Биологические ритмы (биоритмы) – циклические колебания
интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Одни
биоритмы относительно самостоятельны (например, частота сокращений
сердца, дыхания), другие связаны с приспособлением организма к
геофизическим циклам – суточным (например, колебания интенсивности
деления клеток, обмена веществ, двигательной активности животных),
приливным (например, биологические процессы у организмов, связанных с
уровнем морских приливов), годичным (изменение численности и активности
животных, роста и развития животных и др.).
Болезнь – это, нарушенная в своем течении жизнедеятельность в
результате повреждения структуры и функций организма под влиянием
внешних и внутренних факторов при реактивной мобилизации его
компенсаторно–приспособительных механизмов. Болезнь сопровождается
физиологическими и морфологическими изменениями и характеризуется
общим или частичным снижением адаптированости к среде и ограничением
свободы жизнедеятельности больного. Причины болезни принято делить на
экзогенные (внешние, возникающие в результате воздействий внешней среды)
и эндогенные (внутренние, к которым относят наследственность, врожденные
особенности, конституцию).
Бури магнитные – сильные возмущения магнитного поля Земли
длительностью от нескольких часов до нескольких суток. Б. м. – частое явление
в полярных областях, но иногда наблюдаются на всем земном шаре. Появление
Б. м. обычно совпадает с полярными сияниями и связывается с солнечной
активностью. При Б. м. нарушаются нормальное состояние ионосферы и
прохождение коротких радиоволн.
Валэкология – наука о здоровье биосферы, о нормальных
взаимоотношениях человека с окружающей его средой на уровне минимальных
антропогенных воздействий; должна находить, оберегать и создавать заново
эталонные (здоровые) территории и регионы.
Взрыв демографический – один из элементов демографического
перехода. Связан он с тем, что контроль над смертностью и ее сокращение
осуществляются гораздо быстрее, чем контроль над рождаемостью. Резкое
78
уменьшение смертности при сохраняющемся высоком уровне рождаемости
приводит к быстрому увеличению численности населения. Постепенно за счет
снижения
рождаемости
происходит
уравновешивание
процесса
воспроизводства населения и его переход к современному типу. Современный
тип воспроизводства населения, который наиболее отчетливо представлен в
экономически развитых странах, характеризуется низкой рождаемостью,
низкой общей смертностью, низкой младенческой смертностью, высокой
продолжительностью жизни и очень низким (иногда нулевым и даже
отрицательным) естественным приростом населения.
ВОЗ – Всемирная организация здравоохранения (World Health
Organization) – специализированное учреждение ООН. ВОЗ основана в 1946 г.,
ее деятельность направлена на борьбу с особо опасными болезнями, разработку
международных санитарных правил, программ оздоровления населения и др.
Местопребывание – г. Женева (Швейцария). Одна из наиболее перспективных
программ “Здоровье для всех к 2000 году”.
Воспроизводство населения – процесс непрерывного возобновления
поколений людей, который определяется соотношением рождаемости и
смертности. В статистике термину "воспроизводство населения" соответствует
понятие "естественное движение населения". Показатели естественного
движения населения региона показывают, насколько выросло или сократилось
население в данном регионе в результате естественных процессов – рождений и
смертей.
Гигиена – профилактическая медицинская наука, изучающая влияние
факторов окружающей среды и производственной деятельности на здоровье
человека,
его
работоспособность
и
продолжительность
жизни,
разрабатывающая нормативы, оптимальные, научно обоснованные требования
и санитарные мероприятия, направленные на оздоровление населенных мест,
условий жизни и деятельности людей.
Гипокапния [гр. hypo внизу + kapnos дым] – уменьшение содержания и
парциального давления двуокиси углерода (CO2) артериальной крови.
Г. возникает, если отдача CO2 в окружающую атмосферу превышает выработку
его организмом. Наблюдается при форсированном дыхании (гипервентиляции
легких). Наиболее часто Г. – следствие пониженного содержания кислорода во
вдыхаемом воздухе, что вызывает компенсаторное усиление вентиляции
легких. Г. ухудшает кровоснабжение мозга, повышает потребление кислорода
организмом с одновременным ухудшением отдачи O2 гемоглобином в тканях.
Для возбуждения дыхательного центра необходима определенная величина
напряжения CO2 в артериальной крови – в среднем около 39 мм рт. ст.
Снижение парциального давления CO2 в альвеолярном воздухе в 2 раза (до 20
мм рт. ст.) приводит к тяжелым изменениям в организме
Гипоксия (кислородное голодание) – состояние организма,
возникающее при недостаточном снабжении тканей организма кислородом или
нарушении его усвоения. Гипоксия наблюдается при недостаточном
содержании кислорода во вдыхаемом воздухе, например при подъеме на
высоту (экзогенная гипоксия), при некоторых заболеваниях и отравлениях.
79
Иногда возникает при повышенной влажности воздуха и пониженном
атмосферном давлении, когда содержание кислорода в воздухе ниже
климатической нормы. Возникновение гипоксии возможно у жителей городов
при сильном загрязнении воздуха.
Гомеостаз(ис) [гр. homios подобный + stasis стояние] – состояние
динамического равновесия природной системы, поддерживаемое регулярным
возобновлением основных ее структур, вещественно-энергетического состава и
состояния и постоянной функциональной саморегуляцией во всех ее звеньях.
Г. характерен и необходим для всех природных систем – от космических до
организма и атома. Чаще всего термин употребляется для организменного
уровня организации.
Доза предельно допустимая (ПДД) – максимальное количество
вредного агента, проникновение которого в организмы (через дыхание, пищу и
т.д.) или их сообщества еще не оказывает на них пагубного влияния.
Устанавливается единовременная ПДД и ПДД за определенный промежуток
времени (час, день и т. п.).
Дыра озоновая (озонная) – значительное пространство в озоносфере
планеты с заметно пониженным (до 50 %) содержанием озона.
Емкость территории (хозяйственная) – возможность расширения
хозяйственной деятельности на данной площади как без крупных
дополнительных затрат на ее благоустройство, главным образом путем
интенсификации, комплексного использования освоенных ресурсов, так и с
дополнительными капитальными затратами на обустройство и вовлечение в
хозяйственное использование новых ресурсов (потенциальная емкость
территории).
Заболеваемость – один из важных показателей качества здоровья
населения. Заболеваемость населения складывается из отдельных случаев
болезни.
Заболевание природно–очаговое – инфекционная болезнь, возбудитель
которой постоянно циркулирует среди определенных видов диких животных
(для человека и домашних животных наибольшее значение имеют птицы и
млекопитающие);
распространяется
членистоногими
переносчиками
(трансмиссивные заболевания), при употреблении воды из открытых водоемов,
ягод и других дикорастущих, обсемененных больными животными, или при
непосредственных контактах с животными (например, при снятии шкурок). К
природно–очаговым заболеваниям человека относят: чуму, туляремию,
клещевой и комариный (японский) энцефалиты, бешенство, лептоспирозы,
геморрагические лихорадки, кожный лейшманиоз, клещевой сыпной тиф и др.,
а также некоторые виды гельминтозов (дифиллоботриоз, альвеококкоз,
эхинококкоз и др.). Часть этих болезней встречается у домашних животных
(бешенство, лептоспирозы, сап, ящур и т. п.). Профилактика природно–
очаговых заболеваний состоит в иммунизации людей и домашних животных,
отпугивании и уничтожении переносчиков и природных носителей болезней,
применении средств защиты и др. мероприятий.
80
Загрязнение – увеличение концентрации, привнесение в среду или
возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических,
химических, информационных или биологических агентов или превышение в
рассматриваемое время естественного среднемноголетнего уровня (в пределах
его крайних колебаний) концентрации перечисленных агентов в среде, нередко
приводящее к негативным последствиям. Уровень загрязнения контролируется
измерением предельно допустимых концентраций (ПДК), расчета предельно
допустимых выбросов ПДВ и др. нормативами.
Здоровье индивидуальное – здоровье каждого отдельно взятого
человека. Устав Всемирной организации здравоохранения определяет здоровье
человека «как состояние полного физического, духовного и социального
благополучия, а не только как отсутствие болезней и инвалидности».
Изменение климата антропогенное (техногенное) – длительное (более
10 лет) изменение климатических показателей (температуры воздуха,
закономерностей его движения и т. п.) под влиянием возрастающего
антропогенного воздействия на природную среду (главным образом ее
загрязнения).
Иммунитет – невосприимчивость организма к инфекции или яду;
способность организма защищать собственную целостность и биологическую
индивидуальность. Частное проявление иммунитета – невосприимчивость к
инфекционным заболеваниям.
Климат – многолетний режим погоды, определяемый географической
широтой местности, высотой над уровнем моря, удаленностью местности от
океана,
рельефом
суши,
характером
подстилающей
поверхности,
антропогенными воздействиями и др. факторами.
Личность – сущность человека как индивида со специфическим
(отличным от других людей) сознанием и самосознанием. Личность
представляет собой совокупность полученных от рождения особенностей
психики (темперамента, характера, чувств и др.) со знаниями и установками,
приобретенными в процессе социализации человека, его воспитания,
школьного образования, трудовой деятельности и всего того, что определяет
место и роль человека в той или иной группе (общности) или обществе.
Медицина катастроф – система научных знаний и практической
деятельности по оказанию медицинской помощи одновременно большому
числу пострадавших при крупных антропогенных авариях, крушениях поездов,
пожарах, стихийных бедствиях, когда медицинские работники и их пациенты
находятся в экстремальных условиях.
Миграция населения – перемещение людей по территории той или иной
страны или за ее пределы. Миграции оказывают большое влияние на структуру
населения, так как разные его группы участвуют в них неодинаково.
Надзор
санитарно–эпидемиологический
–
деятельность
по
предупреждению, обнаружению, пресечению нарушений законодательства
Российской Федерации в области обеспечения санитарно–эпидемиологического
благополучия населения в целях охраны здоровья населения и среды обитания.
81
Нормирование качества среды – установление пределов, в которых
допускается изменение ее естественных свойств. Обычно норма определяется
по реакциям самого чуткого к изменениям среды вида организмов (организма–
индикатора), но могут устанавливаться также санитарно–гигиенические и
экономически целесообразные нормативы.
Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС) – специальный
документ, который является составной частью ТЭО или детального проекта и
направлен на определение характера и степени опасности всех потенциальных
видов влияния на окружающую среду и на население предполагаемой к
реализации хозяйственной деятельности и на оценку экологических,
социальных и экономических последствий осуществления проекта.
Потенциал здоровья – максимально достижимая степень здоровья
человека. Потенциал здоровья определяется способностью заботиться о своем
собственном здоровье и здоровье других, способностью принимать решения и
контролировать свою собственную жизнь, а также обеспечивать создание
обществом, членом которого является тот или иной человек, условий,
обеспечивающих достижение здоровья всеми членами этого общества.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) – норматив – количество
вредного вещества в компонентах окружающей среды (воде, воздухе, почве),
при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток
времени практически не влияющее на здоровье человека и не вызывающее
неблагоприятных последствий у его потомства.
Профилактика болезней – мероприятия, направленные не только на
предупреждение заболевания, такие как иммунизация, борьба с переносчиками
болезней или компания по борьбе с курением, но и на то, чтобы сдерживать его
развитие и уменьшить его последствия после устранения факта заболевания.
Радиоактивное загрязнение – форма физического загрязнения,
связанного с превышением естественного радиоактивного фона местности.
Радиоактивное загрязнение может быть связано с аварией на объекте по
производству и использованию радиоактивных материалов, разработками
радиоактивных руд, неправильным хранением радиоактивных отходов, а также
с испытанием или применением ядерного оружия.
Рекреация – восстановление израсходованных в процессе труда и
развитие физических и духовных сил человека, повышение уровня здоровья и
работоспособности; расширенное понятие отдыха после рабочего дня, рабочей
недели, отдых и восстановление способности к активному труду во время
очередного отдыха трудящихся; отдых учащихся между занятиями и после них.
Риск экологический – уровень вероятности возникновения
неблагоприятных последствий, опасных для жизнедеятельности людей,
сохранности природных ресурсов, спонтанных экосистем, исторических,
культурных и материальных ценностей, связанных с природными
катастрофами,
с
функционированием
экологически
опасного
производственного объекта или принятием решения о сооружении подобного
объекта, а также с принятием решения о размещении жилищно–коммунальных,
82
промышленных, сельскохозяйственных объектов в зонах возможных
стихийных бедствий.
Оценка риска включает распознание, измерение и характеристику угроз
благосостоянию, здоровью и жизни людей. В нее входят исследования причин
риска и их воздействий на группы населения.
Измерение риска – определение вероятности потенциальной смертности
среди населения или персонала промышленного объекта при стихийных
бедствиях или производственной аварии.
Смертность – массовый процесс, складывающийся из множества
единичных смертей, наступающих в разных возрастах и определяющий в своей
совокупности порядок вымирания реального или гипотетического поколения.
Стресс социально–экологический – состояние массового сознания,
вызванное экологической катастрофой, характеризующееся неустойчивостью
большинства социальных проявлений, вследствие потери контроля над
жизненной ситуацией. Подобное состояние наблюдается у большей части
жителей в районах пострадавших от Чернобыльской аварии.
Техногенез – процесс изменения природных комплексов под
воздействием производственной деятельности человека. Заключается в
преобразовании участка биосферы, вызываемом совокупностью геохимических
процессов, связанных с технической и технологической деятельностью людей
по извлечению из природной среды, концентрации и перегруппировке целого
ряда химических элементов, их минеральных и органических соединении.
Типы популяционного здоровья – характерное сочетание меры
выраженности кардинальных признаков здоровья (средней продолжительности
жизни, общей и младенческой смертности, причин смерти, заболеваемости,
инвалидности) у большинства населения.
Токсичность – способность некоторых химических элементов,
соединений и биогенных веществ оказывать вредное действие на организм
человека и животных. Токсичность зависит от химического состава вещества,
его количества и концентрации.
Урбанизация – исторический процесс повышения роли городов в
развитии общества; увеличение городского населения в стране, регионе, мире.
Социальное содержание урбанизации заключается в особенностях социально–
профессиональной и демографической структуры населения, его образа жизни,
культуры, размещения производительных сил, характера и условий труда,
расселения.
Уровень жизни – интегральный показатель, характеризующий
потребление населением материальных и духовных благ и степень
удовлетворения потребностей в этих благах в определенный момент развития
общества. Уровень жизни отражает благосостояние населения, благополучие
общества в целом и отдельного человека.
Уровень
здоровья
–
совокупность
осредненных
медико–
демографических, антропометрических, генетических, физиологических,
иммунологических, нервно–психологических параметров людей в конкретной
человеческой общности (например, населения города, области, страны,
83
профессиональной или возрастной группы), позволяющая судить о ее
жизнеспособности, работоспособности, физическом развитии, средней
продолжительности жизни ее членов, способности их к воспроизводству
здорового потомства.
Фактор риска – экзо– или эндогенное воздействие на человека, которое
способствует развитию заболевания или смерти, не являясь их
непосредственной причиной. Например, курение повышает вероятность
заболеваний сердечнососудистой системы, органов дыхания, рака легкого;
гиподинамия способствует росту заболеваемости ишемической болезни сердца
и т. д. Факторы риска часто усугубляют действие этиологических факторов,
поэтому их выявление крайне важно.
Фотопериодизм
–
потребность организмов
в определенной
продолжительности дня и ночи, т.е. в периодической смене дня и ночи. В этой
связи одна из серьезных проблем при адаптации человека к условиям высоких
широт (Арктика, Антарктика) наличие полярного дня и полярной ночи.
«Часы» биологические (биоритмы) – физиологические механизмы,
обусловливающие способность организмов реагировать на интервалы времени
и явления, связанные с этими интервалами. «Часы» биологические – очень
важное приспособление организмов к условиям среды.
Шум – одна из форм физического загрязнения окружающей среды,
которая состоит в увеличении уровня шума сверх природного фона и
отрицательно действует на живые организмы и человека. Шум бывает бытовой,
производственный,
транспортный
(в
том
числе,
авиационный,
железнодорожный, автомобильный), уличный (шум толпы и автотранспорта) и
др.
Экология города (урбоэкология) – раздел экологии человека,
рассматривающий город как единый сложно устроенный организм, который
активно обменивается веществом и энергией с окружающими его природными
и сельскохозяйственными территориальными комплексами и другими
городами.
Экология человека (син. Антропоэкология или Демоэкология) –
наука, изучающая закономерности взаимодействия человеческих общностей с
окружающими их природными, социальными, производственными, эколого–
гигиеническими факторами. Цель экологии человека – определить характер и
направленность процессов, возникающих в результате воздействия
окружающей среды на человеческие общности, и оценить их последствия для
жизнедеятельности людей. Задача экологии человека – способствовать
обществу в деле оптимизации жизненной среды человека и процессов,
протекающих в человеческих общностях путем обеспечения общественных
организаций,
законодателей
и
руководителей
различных
рангов
соответствующей информацией.
Экспертиза
экологическая
–
основной
вид
деятельности
профессиональных экологов на государственной службе по защите
окружающей среды на стадии рассмотрения проектов, которая заключается в
84
оценке воздействия на окружающую среду, природные ресурсы и здоровье
людей комплекса промышленно-хозяйственных и других объектов.
Эмиграция – выезд людей из какой-либо страны в другую (иногда на
время – “временная” или реже “сезонная” эмиграция).
Эндогамия – заключение браков внутри той или иной группы или
коллектива особей, в том числе внутри этноса. В антропологии эндогамия
считается одной из важнейших характеристик популяции.
Эпидемия – массовое распространение инфекционного заболевания
человека в какой–либо местности, стране, значительно превышающее обычный
уровень заболеваемости.
Этнос – естественно-исторически сложившаяся устойчивая общность
людей, основными стадиальными типами которой считаются племена, нации,
народности. Условиями возникновения этносов являются общность территории
и общность языка, обычно выступающих затем в качестве признаков этноса.
Яд промышленный – любое ядовитое вещество, выбрасываемое
промышленным предприятием или образующееся в результате взаимодействия
веществ (вторичного загрязнения), выброшенных этими предприятиями (в
воздушной и водной среде, а также в почве).
Библиографический список
1. Алексеев, С. В. Экология человека [Текст] / С. В. Алексеев,
Ю. П. Пивоваров. – М., 2011. – 639 с.
2. Алексеева, Т. И. Адаптация человека в различных экологических
нишах Земли (биологические аспекты) [Текст] : курс лекций / Т. И. Алексеева.
– М., 1998. – 280 с.
3. Баевский, Р. М. Оценка адаптационных возможностей организма и
риск развития заболеваний [Текст] / Р. М. Баевский, А. П. Береснева. –
М. : Медицина, 1997. – 236 с.
4. Ван Лир, Э. Гипоксия [Текст] / Э. Ван Лир, К. Стикней. –
М. : Медицина, 1967. – 261 с.
5. Гигиена [Текст] : учеб. / Г. И. Румянцев [и др.]. – М. : ГЭОТАР-МЕД,
2001. – 608 с.
6. Гора, Е. П. Экология человека: практикум [Текст] / Е. П. Гора. –
М. : Дрофа, 2008. – 111 с.
7. Губарева, Л. И. Экология человека [Текст] : практикум / Л. И. Губарева,
О. М. Мизирева, Т. М. Чурилова. – М. : ВЛАДОС, 2003. – 111 с.
8. Казначеев, В. П. Очерки теории и практики экологии человека [Текст] /
В. П. Казначеев. – М. : Наука, 1983. – 260 с.
9. Келина, Н. Ю. Экология человека [Текст] : учеб. пособие /
Н. Ю. Келина, Н. В. Безручко. – Ростов н/Д. : Феникс, 2009. – 394 с.
10. Коггл, Д. Биологические эффекты радиации [Текст] : пер. с англ. /
Д. Коггл. – М. : Энергоатомиздат, 1986. – 184 с.
85
11. Куролап, С. А. Оценка риска для здоровья населения при техногенном
загрязнении городской среды [Текст] / С. А. Куролап, Н. П. Мамчик,
О. В. Клепиков. – Воронеж, 2000. – 22 с.
12. Лисицын, Ю. П. Социальная гигиена и организация здравоохранения.
Проблемные лекции [Текст] : учеб. пособие / Ю. П. Лисицын. – М. : Медицина,
1992. – 512 с.
13. Мамедов, М. М. Экология человека. Методические указания к
практическим занятиям [Текст] / М. М. Мамедов, С. К. Валиев. – Воронеж,
2015. – 40 с.
14. Мамедов, М. М. Экология человека. Методические указания по
самостоятельной работе [Текст] / М. М. Мамедов, С. К. Валиев. – Воронеж,
2015. – 25 с.
15. Негробов, О. П. Экологические основы оптимизации и управления
городской средой. Экология города [Текст] : учеб. пособие/ О. П. Негробов,
Д. М. Жуков, Н. В. Фирсова. – Воронеж, 2000. – 272 с.
16. Одум, Ю. Основы экологии [Текст] : в 2 т. / Ю. Одум. – М. : Мир,
1986. – Т. 1. – 328 с.; Т. 2. – 376 с.
17. Пивоваров, Ю. П. Гигиена и основы экологии человека [Текст] : учеб.
/ Ю. П. Пивоваров, В. В. Королик, Л. С. Зиневич. – М. : Academia, 2008. – 526 c.
18. Пресман, А. С. Электромагнитные поля и живая природа [Текст] /
А. С. Пресман. – М. : Экология, 1992. – 360 с.
19. Прохоров, Б. Б. Экология человека [Текст] : учеб. / Б. Б. Прохоров. –
М. : Academia, 2008. – 317 c.
20. Реймерс, Н. Ф. Надежды на выживание человечества: концептуальная
экология [Текст] / Н. Ф. Реймерс. – М. : Экология, 1992. – 360 с.
21. Салей, А. П. Экологическая физиология человека [Текст] : учеб.
пособие / А. П. Салей, Г. А. Вашанов. – Воронеж, 2012. – 228 с.
22. Хаскин, В. В. Экология человека [Текст] / В. В. Хаскин,
Т. А. Акимова, Т. А. Трифонова. – М. : Экономика, 2008.– 366 с .
23. Шилов, И. А. Экология [Текст] : учеб. / И. А. Шилов. – М. : Высш.
шк., 2003. – 512 с.
24. Экология человека [Текст] : учеб. пособие / Т. И. Алексеева [и др.]. –
М., 2001. – 438 с.
86
Учебное издание
Мамедов Муса Мамедович
ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА
Тексты лекций
87
Редактор А.С. Люлина
Подписано в печать 26.02.2016. Формат 60×90 /16.
Усл. печ. л. 5,44. Уч.-изд. л. 7,1. Тираж 55 экз. Заказ
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет
имени Г.Ф. Морозова»
РИО ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8
Отпечатано в УОП ФГБОУ ВО «ВГЛТУ»
394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
27
Размер файла
1 964 Кб
Теги
лекция, экологии, человек, мамедов, текст
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа