Химический состав воздуха, его влияние на организм

Воздушная среда, составляющая земную атмосферу, представляет собой смесь газов. Сухой атмосферный воздух содержит 20,95% кислорода, 78,09% азота, 0,03% углекислого газа. Кроме того, в атмосферном воздухе присутствует много инертных газов (аргон, гелий, неон, криптон, водород, ксенон, радон) (табл. 4.4). В атмосферном воздухе присутствуют небольшие количества озона, закиси азота, йода, метана, водяных паров.

Кроме постоянных составных частей, в атмосфере содержатся некоторые примеси природного происхождения, а также разнообразные загрязнения, поступающие в результате производственной деятельности человека.

Кислород. Постоянное содержание кислорода поддерживается непрерывными процессами его обмена в природе. Кислород потребляется при дыхании человека и животных, он необходим для горения и окисления. Кислород по-

Таблица 4.4. Состав сухого воздуха при нормальных условиях

Гигиена воздушной среды * 93

ступает в атмосферу в результате фотосинтеза растений. Наземные растения и фитопланктон ежегодно поставляют в атмосферу около 1,5 ■ 10^|5т кислорода, что полностью восстанавливает его естественную убыль. На поверхности земли нз-за интенсивного перемешивания воздушных масс концентрации кислорода остаются практически постоянными. Не ощущается существенной разницы в содержании кислорода в воздухе промышленных городов и сельских мест. Концентрации кислорода колеблются лишь в пределах десятых долей процента, что не имеет существенного гигиенического значения. При падении парциального давления кислорода, что наблюдается при подъеме на высоту, возможны явления кислородного голодания. Критический уровень парциального давления кислорода менее 110 мм рт. ст, Снижение парциального давления кислорода до 50—60 мм рт. ст. обычно несовместимо с жизнью. Вместе с тем повышение парциального давления кислорода более 600 мм рт. ст. ведет к развитию патологических процессов в организме — уменьшению жизненной емкости легких, отеку легких и пневмонии. Наряду с кислородом нормальной составной частью воздуха является озон. Под влиянием коротковолновой ультрафиолетовой радиации с длиной волны менее 200 мкм молекулы кислорода диссоциируют с образованием атомарного кислорода. Вновь образованные атомы кислорода присоединяются к нейтральной молекуле кислорода, образуя озон. Одновременно с образованием озона происходит его распад.

Общебиологическое значение озона велико. Озон поглощает коротковолновую ультрафиолетовую радиацию, оказывающую губительное действие на все живое. Одновременно озон поглощает длинноволновую инфракрасную радиацию, исходящую от Земли, и тем самым предотвращает чрезмерное охлаждение ее поверхности. Концентрация озона неравномерно распределяется по высоте. Наибольшее его количество отмечается на уровне 20—30 км от поверхности земли. С приближением к поверхности земли концентрация озона уменьшается вследствие снижения ультрафиолетовой радиации и ослабления синтеза озона. В тропосферу озон поступает в результате перемешивания воздушных масс и перехода из стратосферы.

Озон обладает окислительными способностями, поэтому в загрязненном воздухе городов его концентрации ниже, чем в воздухе сельской местности. В связи с этим озон считался показателем чистоты воздуха. Однако в последние годы установлено, что озон образуется в результате фотохимических ре-1кцлй при формировании смога, поэтому обнаружение озона в атмосферном юздухе крупных городов считают показателем его загрязнения.

Азот. Наряду с кислородом и озоном в состав атмосферного воздуха входит 1зот, который по количественному содержанию является наиболее существен-юй составной частью атмосферного воздуха.

Азот принадлежит к инертным газам, он не поддерживает дыхание и горение. i атмосфере азота жизнь невозможна. В природе происходит его круговорот. Азот воздуха усваивается некоторыми видами бактерий почвы, а также си-(езелеными водорослями. Азот воздуха под влиянием электрических разрядов февращается в окислы, которые, вымываясь из атмосферы осадками, обогащают почву солями азотистой и азотной кислот. Под влиянием почвенных актерий соли азотистой кислоты превращаются в соли азотной кислоты, ко-

94 ■> ГИГИЕНА <- Глава 4

торые в свою очередь усваиваются растениями и служат для синтеза белка. Установлено, что 95% атмосферного азота ассимилируется живыми организмами и лишь 5% связывается в результате физических процессов в природе. Следовательно, основная масса связанного азота имеет биогенное происхождение. Наряду с усвоением азота происходит его выделение в атмосферу. Свободный азот образуется при горении древесины, угля, нефти, небольшое количество свободного азота выделяется при разложении органических соединений микроорганизма ми -денитрификаторам и. Таким образом, в природе идет непрерывный круговорот азота, в результате чего азот атмосферы превращается в органические соединения. При разложении этих соединений азот восстанавливается и поступает в атмосферу, а затем его вновь связывают биологические объекты.

Азот является разбавителем кислорода, так как дыхание чистым кислородом приводит к необратимым изменениям в организме. При изучении действия на организм различных концентраций азота отмечено, что его повышенное содержание во вдыхаемом воздухе способствует наступлению гипоксии и асфиксии вследствие снижения парциального давления кислорода. При увеличении содержания азота до 93% наступает смерть. Наиболее выраженные неблагоприятные свойства азот проявляет в условиях повышенного давления, что связано с его наркотическим действием. Известна также роль азота в происхождении кессонной болезни.

Кроме азота, к инертным газам относятся аргон, неон, гелий, криптон и ксенон. В химическом отношении эти газы инертны, в жидкостях организма растворяются в зависимости от парциального давления. Абсолютное количество этих газов в крови и тканях организма ничтожно, действие инертных газов может быть наркотическим. Однако наркотическое действие возможно при очень высоком парциальном давлении этих газов, что в обычной жизни не встречается. Среди инертных газов особое место занимают радон, актинон и торон — продукты распада естественных радиоактивных элементов радия, тория, актиния. В химическом отношении эти газы инертны, а их опасное воздействие на организм связано с их радиоактивностью. В природных условиях они определяют естественную радиоактивность атмосферы. В производственных условиях эти газы считаются профессиональной вредностью, требуют соответствующей зашиты персонала и контроля за уровнем облучения. С этим связано нормирование условий труда медицинского персонала в отделениях радоновых ванн.

Углекислый газ. Углекислый газ, или диоксид углерода, в природе находится в свободном и связанном состоянии. До 70% углекислого газа растворено в воде морей и океанов, в состав некоторых минеральных соединений (известняков и доломитов) входит около 22% общего количества диоксида углерода. Остальное количество приходится на животный и растительный мир (каменный уголь, нефть и гумус). В природе происходят непрерывные процессы выделения и поглощения диоксида углерода. В атмосферу он выделяется в результате дыхания человека и животных, а также горения, гниения, брожения. Кроме того, диоксид углерода образуется при промышленном обжиге известняков и доломитов, возможно его выделение с вулканическими газами. Наряду с процессами образования в природе идут процессы ассимиляции диоксида

Гигиена воздушной среды о 95

углерода — активное поглощение растениями в процессе фотосинтеза. Из воз-духа диоксид углерода вымывается осадками.

Важную роль в поддержании постоянной концентрации диоксида углерода в атмосферном воздухе играет его выделение с поверхности морей и океанов. Диоксид углерода, растворенный в воде морей и океанов, находится в динамическом равновесии с диоксидом углерода воздуха и при повышении парциального давления в воздухе растворяется в воде, а при понижении парциального давления выделяется в атмосферу. Процессы образования и ассимиляции взаимосвязаны, благодаря этому содержание диоксида углерода в атмосферном воздухе относительно постоянно и составляет 0,03%. За последнее время концентрация диоксида углерода в воздухе промышленных городов увеличивается в результате интенсивного загрязнения воздуха продуктами сгорания топлива. Среднегодовое содержание диоксида углерода в городском воздухе может быть выше, чем в чистой атмосфере, и составляет 0,037%. В литературе обсуждается вопрос о роли диоксида углерода в создании «парникового эффекта», приводящего к повышению температуры приземного слоя воздуха.

Диоксид углерода является физиологическим возбудителем дыхательного центра. Его парциальное давление в крови обеспечивается регулированием кислотно-щелочного равновесия. В организме он находится в связанном состоянии в виде двууглекислых солей натрия в плазме и эритроцитах крови. При вдыхании больших концентраций диоксида углерода нарушаются окислительно-восстановительные процессы. Чем больше диоксида углерода во вдыхаемом воздухе, тем меньше его может выделить организм. Накопление диоксида углерода в крови и тканях ведет к развитию тканевой аноксии. При увеличении содержания диоксида углерода во вдыхаемом воздухе до 4% отмечаются головная боль, шум в ушах, сердцебиение, возбужденное состояние, при 8% возникает тяжелое отравление и наступает смерть. По содержанию диоксида углерода судят о чистоте воздуха в жилых и общественных зданиях, значительное накопление этого соединения в воздухе закрытых помещений указывает на санитарное неблагополучие помещения (скученность людей, плохая вентиляция). В обычных условиях при естественной вентиляции помещения и инфильтрации наружного воздуха через поры строительных материалов содержание диоксида углерода в воздухе жилых помещений не превышает 0,2%. В этих концентрациях диоксид углерода не токсичен для человека, но пребывание в такой атмосфере приводит к ухудшению самочувствия и снижению работоспособности. Это объясняется тем, что параллельно с увеличением концентрации диоксида углерода ухудшаются другие свойства воздуха: повышаются температура и влажность, появляются токсичные газообразные продукты жизнедеятельности человека (меркаптан, индол, сероводород, аммиак), увеличивается содержание пыли и микроорганизмов.

Работы А.А. Минха показали, что с увеличением содержания диоксида углерода в воздухе и ухудшением микроклимата в жилых и общественных зданиях изменяется ионизационный режим воздуха, а именно увеличивается число тяжелых и уменьшается количество легких ионов, что объясняется поглощением легких ионов в процессе дыхания и контакта с кожей и адсорбцией одежды, а также поступлением тяжелых ионов с выдыхаемым воздухом. Следовательно, с нарастанием концентрации диоксида углерода ухудшается все

96 * ГИГИЕНА * Глава 4

другие свойства воздуха. Из всех показателей, связанных с ухудшением разнообразных свойств воздуха, диоксид углерода определить наиболее легко, поэтому при оценке состояния воздушной среды помещений учитывают концентрацию диоксида углерода. ПДК диоксида углерода в воздухе лечебных учреждений равна 0,07%, в воздухе жилых и общественных зданий — 0,1%. Последняя величина принята в качестве расчетной при определении эффективности вентиляции жилых и общественных зданий.