Химический состав воздушной среды и его гигиеническое значение
Атмосферный воздух представляет собой физическую смесь кислорода – (21%), азота (78%), инертного газа 0,96%) и углекислого газа (0,03-0,04%). Гигиеническое значение химического состава воздуха тесно связано с его физическими константами (температурой, влажностью, скоростью движения и давлением) и механическими примесями в нем (пыль, микроорганизмы), с изменениями которых меняется и ценность воздуха для жизни.
Кислород поступает в атмосферу, в основном, в результате жизнедеятельности растений – на суше и в океанах. Для этого природа изобрела оригинальное соединение – хлорофилл. Благодаря ему на свету поглощается углекислый газ и выделяется кислород. Немного его производится в верхних слоях атмосферы при взаимодействии УФЛ с водяными парами в результате фотохимического процесса их разложения. Человеку требуется 12-17 л/час кислорода (автомобилю – в 22 раза больше).
Процесс насыщения крови кислородом называется оксигенацией. В выдыхаемом человеком воздухе кислород составляет 15-16%, что важно для проведения реанимационных мероприятий типа «рот в рот». При снижении в воздухе кислорода до 7-8% наступает смерть из-за необратимых процессов в ЦНС. То же происходит, если человек не дышит 4-6 мин и более. Величина насыщения крови кислорода зависит от трех величин: 1) от % содержания его в воздухе, 2) от парциального давления кислорода в атмосферном воздухе и 3) степени ионизации воздуха. На уровне моря его содержится в воздухе 21% при парциальном давлении 158,8 мм рт ст. На высоте 1000 м при барометрическом давлении 674 мм рт ст парциальное давление составляет 141 мм рт. ст., а на 3000 м – 110 мм рт ст. Первые признаки кислородного голодания (гипоксия) начинаются при давлении 140 мм рт ст., а при 110 мм рт ст – начинается «горная болезнь», проявляемая симптомами: головокружение, слабость мышц, одышка, сердцебиение. Нарушается обмен кислорода с тканями.
|
|
Азот обычно инертен для человека. Проблемы с этим газом возникают у ныряльщиков, аквалангистов и водолазов. При уменьшении парциального давления кислорода и увеличении давления азота – возникает его наркотическое действие: смех, недооценка сложности окружающей обстановки, зрительные и слуховые галлюцинации, нарушение координации. При резком подъеме с глубины азот вскипает и закупоривает сосуды (газовая эмболия), от чего и погибает человек. Если водолаза быстро поместить в барокамеру, то он может выжить, но у него развивается кессонная болезнь – последствия рассасывания пузырьков из сосудов и восстановления повреждений. Но барокамеры сейчас есть и в прогрессивных поликлиниках, больницах, ожоговых центрах и некоторых автомашинах скорой помощи – в них, повышая содержание кислорода до 30%, спасают больных с большими кровопотерями и лечат с заболеваниями ссс, ожогами – этим организму облегчаются обменные восстановительные процессы. Это лечение повышенной концентрацией кислорода называется гипербарической оксигенацией.
Углекислый газ поступает а атмосферу в результате жизнедеятельности живых существ, гниения, брожения, сжигания топлива в автомобилях, на ТЭЦ и промышленных предприятиях. Физиологическая роль углекислого газа для человека – этим газом заканчиваются обменные процессы в организме, накопившийся углекислый газ возбуждают дыхательный центр. В выдыхаемом воздухе – 3-4% углекислого газа, поэтому искусственное дыхание методом «рот в рот» более эффективно, т.к. эта концентрация возбуждает сильнее дыхательный центр человека, чем только поступление окружающего воздуха. В жилых помещениях углекислого газа не должно быть более 0,1%. В комнате при концентрации углекислого газа 3-4% появляется неприятный запах, содержится повышенное количество микробов и положительных ионов, очень мало отрицательных ионов, человек задыхается, начинается возбужденное состояние, головная боль, шум в ушах, замедление пульса. При 10% наступает потеря сознания и смерть.
|
|
Химические загрязнения воздушной среды биогенного и антропогенного характера, источники загрязнения
Химические загрязнение – это внесение в экологическую систему не свойственных ей живых или неживых компонентов. По данным ВОЗ, в настоящее время используется до 500 тыс. химических соединений, из них около 40 тыс. очень вредные, а 12 тыс. – токсичные.
По происхождению загрязнения бывают природного, биогенного и антропогенного характера. Природные загрязнения могут происходить из-за природных явлений – извержение вулкана, пылевые бури.
Антропогенные загрязнения возникают в результате человеческой деятельности (промышленной, автотранспорта.).
Загрязнения биогенного происхождения могут быть как природного происхождения – поступление в воздух пыльцы растений при весеннем цветении, выделений насекомых (выделения тараканов, клещей) или животных (птичий пух в воздухе от голубей и их помет), так и антропогенного – загрязнения разлагающимся навозом на птицефабриках или свинофермах. Сюда же относится массовое распространение микробов с отходами, произведенными человеком.
|
|
По составу химические загрязнения атмосферного воздуха бывают трех видов: 1) твердые (пыль), 2) жидкие (пары) и 3) газообразные (металлы и их оксиды). Твердые и жидкие загрязнения могут присутствовать непосредственно и в виде аэрозолей – скопления частиц вокруг шариков воздуха.
Твердые загрязнения – пыль, пыльца, пух, зола, сажа. Пыль поступает с почвы – этому способствует транспорт, промышленные предприятия и ТЭЦ. Радиоактивная пыль поступает при авариях на АЭС, при испытаниях или применении атомного оружия или снарядов с радиоактивными наполнителями.
Жидкие загрязнения: водяные пары, которые постоянно висят над ТЭЦ, или ядовитые пары, выделяемые рядом промышленных предприятий в процессе технологического процесса.
Газообразные загрязнения: углекислый и угарный газы, соединения серы и окислы азота. Каждый год в мире выделений углекислого газа – «тепличного газа» увеличивается на 18% (на 300 млрд т).
Особенно страдают города – от автотранспорта и промышленных предприятий. Воздушная среда в городах загрязняется:
1) автотранспортом – на 71% (Петербург) - 93% (Москва), с выхлопами, которых выбрасываются углекислый газ, окись углерода (угарный газ), окислы азота, сернистый ангидрид; сажа, аэрозоль свинца и еще 280 вредных соединений. Под влиянием УФЛ солнечного света в жаркий период эти выделения преобразуются в более вредные вещества – фотооксиданты: озон и органические перекиси, которые обладают токсическим и раздражающим действием, снижают видимость, в результате сильного окислительного действия повреждают растительность – листья желтеют и осыпаются, деревья усыхают.
2) ТЭЦ, работающими на мазуте и угле, выделяющими диоксиды серы (в Москве – 33 т/сут), соединяясь с парами воды образует кислоты, что приводит к выпадению «кислотных дождей»;
3) металлургическими заводами, выделяющими дым и пыль, в составе которой входят примеси, присущие данному предприятию – железо, алюминий, никель и т.д.;
4) нефтеперерабатывающими заводами (в районе Москвы - Капотня), вокруг которых в воздухе много углеводов и сероводорода, вызывающих снижение иммунитета и воспаление легких
К сведению: В Москве за период 1992-2004 гг число автомобилей увеличилось в 8 раз и составляет 250 на тысячу населения (по стране – 140). В 2003 г. численность промышленных предприятий составило 10 тысяч, территориальных ТЭЦ - 14, районных тепловых станций – 63, автомобилей – 3 млн. Вредные выбросы в воздух составили: от автомобилей – 1630 тыс. тонн, от ТЭЦ – 17 тыс. тонн
.
В сельской местности имеет место другая структура загрязнений: преобладают загрязнения биогенного происхождения: в животноводстве (коровники, свинофермы) – при разложении навоза в воздух на расстоянии до 1км поступают аммиак, сероводород и органические пахнущие газы, а от птицеферм, кроме того, в воздух поступают сильно аллергенные частицы перьевого пуха. Имеет место и антропогенное загрязнение от сельскохозяйственных машин (тракторов, транспорта и др.) и местного отопления – домовых печек, когда дым стелется по деревне.
Кроме того, периодически возникают техногенные аварии и катастрофы, которые имеют свои экологические и медицинские последствия, которые вы будете рассматривать при изучении дисциплины «Медицина катастроф».
Роль загрязнений атмосферы в формировании патологии среди взрослого и детского населения (влияние некоторых загрязняющих атмосферу веществ - сажи, угарного газа, соединений серы, азота, фотооксидантов) их действие на здоровье человека и быт населения
Загрязнение атмосферного воздуха является экологической и гигиенической проблемой. Глобальные экологические последствия мы рассматривали раньше - это снижение плодородия почв, угроза дефицита питьевой воды, уменьшение растительного покрова на Земле, исчезновение многих видов растений и животных, озоновые дыры, парниковый эффект, таяние льдов, затопление земель, опустынивание.
. В рамках гигиенических проблем загрязнения действуют двояко: ухудшают здоровье людей и их быт.
Влияние на быт населения химических загрязнений атмосферного воздуха на конкретной территории сказывается в 1) ухудшении условий жизни людей (комфортности проживания); 2) снижении прозрачности воздуха; 3) уменьшении естественной освещенности и 4) повышении туманообразования. Сокращение периода инсоляции (длительности действия солнечного света) снижает выработку витамина Д, что приводит детей к рахиту, а у взрослых – к снижению плотности костей, их хрупкости, заболеваниям опорно-двигательного аппарата. В Москве из-за загрязнений над городом постоянно висит купол из углекислого газа, из-за чего формируется парниковый эффект - температура воздуха повышается в среднем на 4оС, а продуваемость снижается на 1,5 м/сек.
Опасность воздействия загрязнений через атмосферный воздух на здоровье определяется действием следующих факторов: 1) разнообразием загрязнений – в промышленности до нескольких сотен тысяч (в папиросе до 1,5 тысячи); причем, объединяясь, многие вещества действуют комбинированно, по совокупности; 2) возможностью массированного воздействия – человек не может остановить дыхания и, вдыхая до 20 тыс. л воздуха в день, даже при неуловимой концентрации за месяц может набрать токсическую дозу; 3) непосредственным доступом загрязнений во внутреннюю среду организма. Легкие имеют поверхность до 100 м2, воздух непосредственно контактирует с кровью, в которой растворяются почти все вещества из воздуха. Из легких, минуя детоксикационный орган – печень, они действуют в 80-100 раз сильнее, чем в этой же концентрации при проглатывании через желудочно-кишечный тракт; 4) трудностью защиты от ксенобиотиков (чужеродных для человека веществ), которые не могут быть нейтрализованы ферментами. Поэтому на всех территориях с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха заболеваемость выше, чем на чистых. Складываясь с другими вредностями жизни, они оказывают комбинированное действие: снижают иммунитет, повышают заболеваемость и смертность. Особенно страдают дети, заболевая чаще в 4 раза респираторными и в 2 раза – неврологическими и другими заболеваниями.
Влияние на здоровье химических загрязнений воздуха может быть острым и хроническим. Острое отравление возникает на предприятиях при авариях, а также на местности при формировании токсических туманов (смогов), когда в безветрие на протяжении 3-5 суток в черте города накапливаются выбросы по лондонскому(осенью) или лосанжелевскому (летом) типам. При смогах увеличивается смертность хронических больных легочными и СС-заболеваниями. В период цветения растений увеличивается число больных острыми аллергическими заболеваниями. Хроническому действию подвергаются рабочие промпредприятий и жители территорий, прилегающих к заводам и автомагистралям. Во всех случаях нарушается иммунитет, обостряются воспалительные заболевания, причина которых редко устанавливается.
Пыль и дым котельных и ТЭЦ вызывают гнойничковые заболевания кожи, тонзиллиты, аллергические заболевания, кашель, хронические бронхиты, рак легких. Сажа вызывает рак кожи и желудочно-кишечного тракта. Почти все газы обуславливают снижение иммунитета, аллергизацию организма, воспалительные процессы в глотке и легких. Но каждый газ имеет и свои особенные повреждающие действия. Окись углерода - угарный газ образует карбоксигемоглобинемию, нарушая транспорт кислорода к тканям. Сернистый ангидрид вызывает болезни глаз, частые ОРЗ, снижает развитие детей. Сероводород раздражает верхние дыхательные пути и глаза, угнетает дыхание, вызывает риниты, стоматиты, анемию, нагноение кожи. Закись азота вызывает отек легких, расширяет сосуды, снижает АД, вызывает метгемоглобинемию. Двуокись азота изменяет обмен веществ, уменьшает белок крови, ускоряет свертываемость крови, приводит к инфарктам и инсультам. В безветрие и летнюю жару образовавшиеся фотооксиданты оказывают острое действие на людей – слезотечение, конъюнктивиты, бронхиты, обострение бронхиальной астмы и сердечно-сосудистых заболеваний. Свинец от сгоревшего бензина воздействует на почки, кости, нервной системы. Накапливаясь во фруктах и грибах, растущих вдоль дорог, он при их употреблении вызывает истощение иммунной системы и воспаление этих органов. Бензпирен, имеющий запах несгоревшего бензина (от нефтеперерабатывающих заводов и автомобилей), вызывает рак.
4. Принципы защиты воздушной среды от загрязнений (законодательство РФ о защите воздушной среды, гигиеническое нормирование, очистные устройства, меры планировочного характера, самоочищение атмосферы, роль зеленых насаждений, благоустройство населенных пунктов)
Принципы защиты воздушной среды включают в себя следующие мероприятия: законодательные, технологические, санитарно-технические, архитектурно-планировочные и организационные.
Законодательные мероприятия включают международные и государственные. Согласно Киотскому соглашению все государства, его подписавшие, обязуются соблюдать квоту по выбросам углекислого газа. Поскольку в РФ в настоящий период промышленность работает не на полную мощность, то выбросов стало меньше, поэтому разницу по квоте за неиспользованные выбросы можно будет продавать другим странам и зарабатывать до 4,5 млрд долларов в год.
В РФ действуют Санитарные правила «Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест» (2001), которые вводят контроль за загрязнением воздуха в соответствии с гигиеническими нормативами – ПДК и ОБУВ. За выполнением нормативов следят органы Роспотребнадзора и Экологической службы. Введена ежемесячная государственная статистическая отчетность предприятий о выбросах, выплаты за них в государственную казну и штрафы за превышение норм и нарушения.
На предприятиях проводятся технологические мероприятия: по созданию более безопасных технологий, замене горения на электричество, герметизации процессов, предварительной очистке сырья и т д.
Обязательно проведение санитарно-технических мероприятий – установка очищающих аппаратов: пылеосадочных камер – циклонов (воздух завихряется, пыль выпадает в центре), жалюзийных пылеуловителей, аппаратов фильтрации, тканевых или электростатических фильтров (эффективность – 99,9%), аппаратов мокрой очистки через слой гравия – скруберов (эффективность 90%).
Архитектурно-планировочные мероприятия: 1) зонирование территорий - промышленная зона специально отделяется от жилой разрывом не менее 500 м, который называется санитарно-защитной зоной, и 2) располагается с наветренной стороны по розе ветров, 3) застройка жилых кварталов отдельно расположенными домами – рядами или отдельными зданиями или с двух противоположных сторон квартала – для лучшего проветривания. В Москве часто квартал располагается кольцом: внутри детские учреждения (дошкольные и школа) - это снижает загрязнения и шум от транспорта. При создании санитарно-защитных зон используется самоочищение атмосферы с помощью разбавления свежим воздухом при проветривании, окисления кислородом; поглощения осадками – дождем, снегом; действия разрядов молнии, солнечных лучей и растительности. Поэтому в благоустройстве городов важно озеленение: зеленые насажденияочищают воздух, снижают его загазованность, обогащают кислородом и фитонцидами, уменьшают силу ветра, ослабляют жару, загрязнения и шум; способствуют полноценному отдыху жителей, улучшают настроение и повышают жизненный тонус. Не рекомендуется высаживать хвойные деревья, быстро засыхающие от загрязнений. Лучшие газоустойчивые деревья – лиственные: тополь, ясень, береза, осина и кустарники.
В Москве для ограничения влияние транспорта на воздушную среду построено 3-е транспортное кольцо. Около трети территории Москвы является охраняемыми природными комплексами.
В организационные мероприятия включается мониторинг (постоянный автоматический контроль) за загрязнением воздуха, воды и почвы, а также состоянием здоровья проживающего населения. Введение системы социально-гигиенического мониторинга Федеральным законом «О санитарно-эпидемиологическом благополучии человека» (1999) как одного из инструментов обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения стало неотъемлемой частью всех структурных подразделений ФГУЗ Центров гигиены и эпидемиологии, как и использование методологии риска при воздействии различных факторов на организм человека Наблюдение за загрязнением атмосферного воздуха в Москве осуществляется организациями различной ведомственной и государственной принадлежности. Оборудованы десятки точек постов наблюдения, на которых установлены приборы, работающие в постоянном режиме, автоматически контролирующие содержание взвешенных частиц и наиболее опасных газов в атмосфере (а также в воде и почве). Посты наблюдения равномерно охватывают территорию города. Всего регулярно контролируется более 30 загрязняющих веществ. Показатели поступают в ЦГСЭН Москвы, где формируется единый банк данных, проводится анализ и оценка ситуации. Ежедневно органами здравоохранения анализируется заболеваемость населения, тоже представляемая в эти органы. Мониторинг помогает своевременно выявлять источники загрязнений, факторы риска для заболеваний людей, оценивать и прогнозировать состояние заболеваемости населения и принять необходимые меры.
Контрольные вопросы
1. Химический состав воздуха.
2. Виды антропогенного загрязнения воздуха.
3. Влияние загрязнений атмосферного воздуха на экологию и гигиену.
4. Влияние загрязнений атмосферного воздуха на здоровье населения.
5. Роль озеленения и мониторинга по защите от атмосферных загрязнений.