Воздействие атмосферы на организм человека

Введение

Человек всегда стремился жить в гармонии и согласии с окружающей его природой.

Право на жизнь в экологически чистой, здоровой и безопасной среде – одно из важнейших прав человека. Во всем мире и в первую очередь в экономически развитых странах в последние два десятилетия обострились проблемы, связанные с состоянием окружающей среды. Они приобрели экономическое, социальное и политическое звучание.

Одним из определяющих свойств общности людей служит здоровье и именно оно в первую очередь реагирует на изменение среды обитания человека. Это наиболее яркий и всеобъемлющий показатель условий жизни. Из сферы чисто медицинских исследований изучение здоровья населения «шагнуло» в экономику, социологию, географию, экологию человека и другие науки.

При рассмотрении проблем здоровья необходимо проводить четкую грань между здоровьем отдельного человека, или индивидуальным здоровьем, и здоровьем общественным, или популяционным здоровьем.

Практическую задачу экологии человека можно сформулировать следующим образом: сoздание на всей территории страны здоровой, экологически чистой, безопасной и социально комфортной среды обитания человека.

1. Происхождение и развитие атмосферы.

Знание истории атмосферы, как и вообще истории, необходимо для более глубокого понимания ее современных особенностей и правильного определения ее будущего.

Как полагают специалисты, впервые образовавшаяся Земля не имела атмосферы в современном ее понимании, хотя некоторые газы в каких-то количествах могли присутствовать. Формировалась атмосфера из зародившейся литосферы под воздействием на горные породы геохимических и геологических (вулканизм) процессов, а с возникновением жизни — и под влиянием растительных организмов. Роль животных в истории формирования атмосферы была ничтожной. С появлением людей началось антропогенное воздействие на атмосферу, сначала очень незначительное, а в ХХ веке — огромное, так что обнаружились ее глобальные изменения. Сейчас многие или почти все свойства воздуха определяются обществом, и поэтому встает вопрос об управлении развитием атмосферы во избежание катастрофических для общества последствий.

Возникнув, атмосфера стала оказывать существенное влияние на породившую ее литосферу разнообразными путями: через выветривание горных пород, разрушение их через колебания температуры, перенос воздушными потоками мелких частиц на значительные расстояния, окисление пород содержащимся в ней кислородом и т. д. Атмосфера определила и дальнейшее развитие появившейся гидросферы прежде всего через участие в круговороте воды на планете, создание через осадки массы временных и даже постоянных озерных водоемов, насыщение воды кислородом и другими газами, испарение массы воды, образование волнения и т. д.

Очень своеобразна роль атмосферы в эволюции живой природы. На первых этапах становления жизни она обусловила возможность существовании растений за счет углекислого газа и некоторого количества кислорода. В дальнейшем, когда проявилась космическая роль растительного покрова, в атмосфере в значительных количествах появился кислород, а концентрация углекислого газа стала поддерживаться ими ниже возможного уровня за счет связывания этого газа в процессе фотосинтеза. Вызванное растениями изменение состава воздуха (увеличение содержания кислорода) дало возможность развитию животного мира, для представителей которого кислород был жизненно необходимым для осуществления сложных процессов обмена веществ.

Атмосфера стала средой жизни всех наземных организмов, воздействующей на них через химический состав, плотность, давление, температуру, осадки, ветер и другие свойства, влияние которых на организмы изучено мало.

На фоне этой общей истории атмосферы проследим историю важнейших ее элементов — кислорода и углекислого газа. Как пишет М. И. Будыко (1977), вначале на Земле было очень мало кислорода, но с момента возникновения растений его количество стало непрерывно нарастать в течение длительного периода (рис. 1). В плиоцене его масса (и концентрация) была близка к современной (20,9 объемных процента). В периоды активной вулканической деятельности количество кислорода снижалось. В периоды особенно бурного развития растительного покрова, что отмечено в верхнем девоне, верхне-юрском и меловом периодах, количество кислорода возрастало. Начиная с мелового периода, идет непрерывное, хотя и медленное, уменьшение количества этого жизненно важного газа. В последнее столетие этот опасный процесс убыстряется в связи с увеличением массы сжигаемого топлива, уменьшением площади лесов и снижением интенсивности фотосинтеза водорослей в загрязненном Мировом океане. Как удалось вычислить М. И. Будыко, за последние сто лет количество кислорода уменьшилось на 0,02 процента. Это свидетельствует о том, что начался этап антропогенного уменьшения этого газа, что не может не вызвать тревоги за будущее людей и всей живой природы.

За всю историю нашёй планеты, как пишет М. И. Будыко, содержание углекислого газа колебалось в пределах 0,03—0,4% (объемные проценты). До мелового периода его количество изменялось в пределах от 0,1 до 0,4%, что в основном определялось вулканической деятельностью (выделение массы СО2). С середины мелового периода, когда началось затухание вулканической деятельности, содержание углекислого газа стало снижаться, в олигоцене этот процесс ускорился, а в плиоцене стал еще более быстрым. К окончанию плиоцена содержание СО2 достигло около 0,01%. Уменьшение содержания СО2 в атмосфере резко усилило отдачу Землей тепла в межпланетное пространство, что привело к возникновению ледникового периода. Затем началось повышение содержания СО2 в атмосфере и усиление так называемого «парникового эффекта», что привело к нагреванию атмосферы и прекращению ледникового периода.

В последующем шло постепенное снижение количества СО2 до начала промышленного периода, когда концентрация углекислого газа достигла 0,03%. К настоящему времени, вследствие нарастания выброса СО2 промышленностью, его количество стало возрастать и уже увеличилось на 20—24%. Этот процесс продолжается.

Эти данные показывают, что история атмосферы весьма сложна и обусловлена в настоящее время как естественными, так и антропогенными факторами. Сейчас особенно важно представить (на основе строго научных данных), какой может быть атмосфера в будущем, даже измеряемом 2—З десятилетиями, чтобы своевременно принять меры для направления ее развития в желаемую для человека сторону.

2. Воздействие измененной обществом атмосферы на природу и общество.

Быстрое загрязнение атмосферы началось в ХIХ в. в связи с ростом, как уже отмечалось выше, потребления всех видов топлива. Воздух в промышленных городах становится все хуже, и в начале ХХ в. об этом заговорили, как о требующей решения гигиенической проблеме. Выяснилось, что загрязнение атмосферы оказывает неблагоприятное воздействие не только на человека, но и на флору и фауну, на различного рода сооружения, транспортные средства и др.

Размеры воздушного океана нашей планеты огромны, и может показаться, что сотни миллионов тонн загрязнений, поступающих ежегодно в атмосферу и составляющих менее одной десятитысячной доли процента от массы атмосферы, являются лишь каплей в море. Однако это далеко не так, потому что с течением времени количество загрязняющих атмосферу веществ накапливается. Загрязняющие атмосферу вещества распределены неравномерно, и в некоторых местах их концентрация уже теперь является недопустимо высокой. И, наконец, даже весьма малые концентрации некоторых веществ являются опасными.

Воздействовать на природу и общество атмосфера может всей совокупностью измененных свойств и каждым измененным свойством в отдельности. Рассмотрим сначала действие отдельных измененных свойств.

Прозрачность, уменьшающаяся при запылении различными частицами (почва, цемент, дым, сажа, копоть и т.д.), сокращает продолжительность дня, вызывая необходимость удлинения периода освещения и дополнительные расходы на оплату электроэнергии. Снижается также количество поступающей на Землю солнечной энергии. По расчетам М. И. Будыко, уменьшение поступления солнечной энергии на всей планете на 2% может вызвать ее оледенение, что, естественно, окажет катастрофическое влияние на природу и общество. Запыленная атмосфера вызывает снижение освещенности квартир, загрязнение стен и мебели, уменьшает возможность проветривания помещений, загрязняет белье при просушке, люди получают на 66% меньше благотворно действующих солнечных лучей. Пыль, попадающая в дыхательные пути, разрушает слизистые оболочки, открывая ворота инфекции, вызывает силикоз и другие заболевания. Цементная пыль забивает устьица листьев растений, нарушая их фотосинтез и дыхание. Уменьшенная прозрачность затрудняет движение наземного и некоторых видов воздушного транспорта, снижает теплоотдачу Земли в космос.

Температура воздуха довольно существенно изменяется обществом лишь в местном масштабе. Например, в больших городах воздух всегда (зимой и летом) на 4-8 ° теплее, чем в окрестностях, вследствие чего в них раньше развивается растительность, реже бывают заморозки, над городами образуются «острова» теплого воздуха, влияющие на характер его потоков и рассеивание загрязнителей. Некоторое понижение температуры воздуха происходит вследствие запыления атмосферы.

Состав атмосферы уже претерпел глобальные изменения по некоторым компонентам (кислород, углекислый газ), в ней появились совершенно новые компоненты (ядохимикаты, сотни тысяч других синтетических веществ). Новый, обусловленный деятельностью общества, состав атмосферы полностью нигде не описан, не выяснены все последствия этого для самой атмосферы, а также для природы и общества.

Обобщая имеющиеся многочисленные факты, можно отметить, что в значительно больших количествах, чем прежде, в ней присутствуют радиоактивные вещества, тяжелые металлы (свинец, ртуть и т. д.), соединения серы и азота, различные углеводороды. Распределены они в атмосфере планеты неравномерно, что зависит от расположения производящих их источников. Часть из этих веществ широко разносится по планете воздушными потоками и оседает постепенно на поверхности земли и водоемов, вызывая их загрязнение, попадая с воздухом в организмы растений и животных, человека.

Измененными компонентами атмосфера оказывает на организмы токсическое, мутагенное, канцерогенное и аллергенное действие, обусловливая у них ухудшение состояния здоровья, сокращая продолжительность жизни, снижая биологическую продуктивность, ухудшая наследственность, вызывая нарушение развития и гибель.

Изменения в компонентах атмосферы влияют на людей, вызывая у них различные заболевания, снижение работоспособности, нарушение нервной деятельности, ухудшение потомства (влияние мутагенов) и другие нарушения в их функциях. Кроме того эти изменения в атмосфере в некоторых случаях ухудшают технологию, ведут к сокращению срока службы сооружений, к дополнительным затратам на строительство очистных сооружений и ликвидацию последствий вредного влияния загрязнителей.

Необходимость решения проблемы обеспечения чистоты атмосферы, как и всей окружающей природной среды, обусловила определенные изменения в партийной, государственной и международной политике, вызвала возникновение нового фронта классовой борьбы в капиталистических государствах, потребовала развития науки об атмосфере и ее антропогенных изменениях, стимулировала прогресс техники в связи с созданием очистных сооружений, малоотходных и безотходных технологий.

Облачность (и туманы), усиливающаяся под воздействием аэрозольных загрязнений, оказывает на природу и общество влияние через уменьшение освещенности (снижение фотосинтеза) и сокращение светового дня (дополнительные затраты на электрическое освещение). При образовании антропогенных туманов усложняется работа воздушного транспорта. Уменьшение числа ясных дней отрицательно сказывается на самочувствии и даже здоровье людей (уменьшается доза ультрафиолетового облучения).

Осадки (снег, роса, дождь, град) в ХХ в. во все большей степени стали зависеть от антропогенных воздействий самого различного характера (изменения подстилающей поверхности, загрязнение атмосферы). Сейчас констатированы региональные изменения объема, места и времени осадков, но не исключено, что они уже перерастают в глобальные.

Известно, например, что увеличились осадки в зонах крупных водохранилищ, что в некоторых случаях мешает уборке. Обусловленное уменьшением площади северной части Каспия снижение величины осадков привело к некоторому иссушению местности, так же, как и в зоне Аральского моря, уровень которого непрерывно падает.

Ветер, как и осадки, подвергается антропогенному воздействию в местном и региональном масштабах. Усиливается он при вырубке лесов и при создании водохранилищ, ослабляется при создании лесополос и лесных массивов. Резко снижается скорость ветра в населенных пунктах. Путем специальных мер уже создавались ураганные ветры путем поджигания больших лесных массивов армией США во Вьетнаме, что нанесло большой вред людям. Усиливается ветер и при лесных пожарах, вызванных человеком. Подобных примеров много. Но еще не установлено влияние общества на глобальную циркуляцию атмосферы, хотя она уже, возможно, если учесть существенное воздействие на температуру воздуха во многих регионах через промышленность (выбросы тепла, загрязнение атмосферы углекислотой и др.). Влияние на природу и общество антропогенных изменений направления, силы и скорости воздушных потоков почти не изучено, хотя оно может быть значительным.

Задымление воздуха ведет к ухудшению микроклимата города:

увеличению числа туманных дней, уменьшению прозрачности атмосферы и обусловленному им снижению видимости, освещенности, ультрафиолетовой радиации.

Утром 26 октября 1948 г. густой туман—смог—окутал г. Донора (штат Пенсильвания, США). Из смеси тумана с дымом и копотью начала выпадать сажа, покрывшая дома, тротуары и мостовые черным покрывалом. Двое суток видимость была настолько плохой, что жители е трудом находили дорогу домой. Вскоре врачей стали осаждать кашляющие и задыхающиеся пациенты, жаловавшиеся на нехватку воздуха, насморк, резь в глазах, боль в горле и тошноту. В течение следующих четырех дней, пока не начался сильный дождь, заболело 5910 человек из 14 тыс. жителей города. Двадцать человек умерло. Погибло много собак, кошек и птиц.

Исследуя причины этой трагедии, метеорологи установили, что она вызвана температурной инверсией, которая препятствовала нормальной циркуляции воздуха. Обычно теплый воздух поднимается от земли в вышележащие холодные области, унося с собой значительную часть загрязняющих воздух продуктов человеческой деятельности. Изредка слой теплого воздуха образуется над холодным слоем вблизи от земли, возникает температурная инверсия, следствием которой является нарушение циркуляции воздуха. В результате ядовитые выделения, не имея выхода вверх, скапливаются непосредственно над землей.

Главный действующий компонент смога лондонского типа — сернистый газ в количестве 5—10 мг/м3 и выше.

В смоге лондонского типа практически не образуется каких- либо новых веществ.Его токсичность целиком определяется исходными загрязнителями, и возникает он при сжигании достаточно больших количеств топлива.

Особенно тяжелое положение сложилось в Лос-Анджелесе, где с 30-х годов в теплое время года, как правило летом и ранней осенью, стал появляться сухой туман с влажностью около 70% Этот туман называют фотохимическим смогом.

Фотохимический туман может возникать при более низких концентрациях загрязнителей, чем лондонский смог, и для него более характерна желто-зеленая или сизая сухая дымка, а не сплошной туман. При смоге появляется неприятный запах, резко ухудшается видимость. Погибают домашние животные, главным образом собаки и птицы. У людей фотохимический смог вызывает раздражение глаз, слизистых оболочек носа и горла, симптомы удушья, обострение легочных и различных хронических заболеваний. Смог оказывает вредное влияние и на растения, особенно на салатные культуры, бобы, свеклу, злаки, виноград, декоративные насаждения. Сначала наблюдается водное набухание листьев. Через некоторое время нижние поверхности листьев приобретают серебристый или бронзовый оттенки, а на верхних появляются пятнистость и белые налеты. Затем наступает быстрое увядание растения. Фотохимический туман вызывает коррозию материалов и элементов зданий, растрескивание красок, резиновых и синтетических изделий, порчу одежды. Из-за плохой видимости нарушается работа транспорта.

К факторам, оказывающим неблагоприятное влияние на организм человека, относятся также соединения свинца, содержащиеся в выхлопных газах автотранспорта. В атмосферном воздухе свинец содержится почти исключительно в виде неорганических соединений.

Количество свинца в крови человека возрастает с увеличением его содержания в воздухе. Последнее ведет к снижению активности ферментов, участвующих в насыщении крови кислородом, и, следовательно, к нарушению обменных процессов в организме.

Многие исследователи подчеркивают связь детской заболеваемости (в первую очередь органов дыхания) со степенью загрязнения атмосферного воздуха сернистым газом. В Англии была проанализирована заболеваемость большой группы детей (3866 человек) с момента их рождения до 15 лет. Оказалось, что значительные подъемы в частоте респираторных заболеваний, как правило, наблюдались в те дни, когда уровни среднегодовых концентраций сернистого газа и дыма превышали 0,13 мг/м3.

Японские исследователи показали, что бронхиальной астмой наиболее часто заболевают в районах со значительным загрязнением атмосферного воздуха сернистым газом, причем частота случаев астмы возрастает прямо пропорционально росту концентраций сернистого газа (Toyama, 1964).

Загрязнение атмосферного воздуха таит в себе не только угрозу здоровью людей, но и наносит большой экономический ущерб. Так, ядовитые вещества воздуха отравляют домашний скот во Флориде, обесцвечивают краску на стенах домов и корпусах автомашин в Линкольне (штат Мэн), под их влиянием гибнут сосны, растущие в 60 милях от Лос-Анджелеса, а также фруктовые сады в Техасе в Иллинойсе, шпинат на юге Калифорнии. За загрязнение воздуха американцы ежегодно расплачиваются миллиардами долларов.

Согласно оценкам Агентства по охране окружающей среды, экономические потери от смертности и заболеваний в связи с загрязнением воздушной среды в США составляют ежегодно 6 млрд. долларов. Эта цифра включает и ущерб от утраты трудоспособности, а также расходы на соответствующее медицинское обслуживание. Расчеты показывают, что сокращение загрязнения воздуха в городах США на 50% по сравнению с уровнем 1963 г. позволило бы уменьшить заболеваемость и получить экономию в размере 2,08 млрд. долларов. Ущерб, наносимый ежегодно экономике страны в результате коррозии и разрушения материалов, гибели растений и сокращения урожайности сельскохозяйственных культур, оценивается в 4,9 млрд. долларов.

Местные, региональные и глобальные изменения в атмосфере создают угрозу нормальному развитию человечества. Поэтому требуется организация энергичной борьбы за создание оптимальной для природы и общества атмосферы на основе всестороннего ее изучения в условиях все усиливающегося антропогенного воздействия. Сейчас стала необходимой охрана атмосферы не только в местном и региональном, но и в глобальном масштабе усилиями всех государств мира.

3. Воздействие загрязняющих веществ на организмы человека и животных.

Загрязняющие вещества в воздухе. Одними из самых распространенных и опасных загрязнений являются твердые сульфаты, образующиеся при сжигании топлива.

Наиболее опасны для здоровья человека аэрозольные частицы. В их состав входит элементарный углерод (в виде сажи или графита), углеводороды, кислородосодержащие органические соединения (обычно ароматические углеводороды, олифатические олефины и циклоолефины).

В результате атмосферных реакций оксидов азота образуется газообразная азотная кислота, которая нейтрализуется и переходит в нитраты. В конечном итоге они адсорбируются аэрозольными частицами или растворяются в каплях влаги. Вредность аэрозоля определяется количеством адсорбированных сульфатов или кислот.

Диоксид серы через стадию образования кислоты переходит в аммонийную соль — нейтральный сульфат аммония или бисульфит аммония. Анализ кислотных аэрозолей показал, что сульфат аммония составляет около 40%, серная кислота — 60%. В городах с повышенным загрязнением диоксидом азота в аэрозолях преобладает азотная кислота, при избытке аммиака в атмосфере она отсутствует.

При растворении газообразных кислот в каплях воды образуются кислотные туманы. Они насыщены диоксидом углерода (рН 5,6) и имеют капли размером (2—5,0) •10-3 мм.

При оценке действия аэрозолей на организм важно знать степень осаждения частиц в разных зонах дыхательного тракта и скорость очищения от них легкого в результате функционирования гладкой мускулатуры и мерцательных колебаний ресничек.

Сульфатные аэрозоли содержат частицы размером (3-6)•10-3 мм и слабо задерживаются носоглоткой. Проникновение аэрозольных частиц во многом сходно с задержанием частиц на влажных фильтрах — хорошо задерживаются частицы средних размеров, а мелкие и крупные — хуже. В носоглотке задерживается 25—40% аэрозолей, содержащих частицы размером (3-5) •.10-3 мм. В легочную область попадает обычно 20—25% исходных частиц. Есть большая вероятность попадания через носоглотку в бронхи и бронхиолы частиц кислотных туманов.

Основная часть негигроскопичных частиц сульфатных аэрозолей, имеющих размер (10-30) •10-3 мм, и гигроскопические частицы размером менее 1•10-3 мм достигают альвеол. Продолжительность очистки от них в различных зонах дыхательного тракта составляет от нескольких часов до нескольких суток. За это время кислые компоненты растворяются и вступают в контакт с поверхностью. Самоочищение дыхательного тракта от твердых частиц может продолжаться от нескольких недель до нескольких лет. Большой вред организму наносит копоть, поскольку на ней сорбируется большое количество кислотных газов, что создает высокие локальные концентрации кислот.

Диоксид серы и в меньшей степени диоксид азота в силу высокой растворимости, в зависимости от интенсивности дыхания, достаточно хорошо поглощаются верхними дыхательными путями — до 80—95%. При ротовом дыхании степень задержки меньше. Остаточное количество диоксидов, попадающее в легкое, быстро растворяется в эпителиальной поверхности. При этом скорость десорбции невелика, только 15% от попавшего количества выдыхается сразу и не более 3% выводится с выдыхаемым воздухом за 15 минут после прекращения подачи диоксида. Озон, в отличие от диоксидов серы и азота, менее растворим и слабо (не более 40%) задерживается верхними дыхательными путями, а в легких остается около 10% озона. Глубина и интенсивность проникновения озона пропорциональны его концентрации в воздухе.

Детально определить повреждающее действие указанных веществ на организм человека невозможно, поэтому кратко описаны результаты испытаний на животных.

Летальность дозы аэрозолей серной кислоты определяется видом и возрастом животного; наиболее чувствительны морские свинки, особенно молодые особи; летальный исход наблюдается при концентрации частиц 8000 мкг/м3 и размере 1•10-3 мм.

Раздражающее действие аэрозолей серной кислоты выше, чем сульфатов. При кратковременном действии нарушается частота дыхания. Наиболее показательны случаи длительного воздействия загрязнений. При концентрации серной кислоты 250 — 380 мкг/м3 в течение 2 - 4 месяцев (часовая экспозиция в день) у кроликов и обезьян наблюдается повышенная реакция на ацетилхолин, в последующие 8 месяцев их состояние сильно ухудшается и только через 12 месяцев стабилизируется активность гладкой мускулатуры.

При воздействии диоксида серы наблюдается как гипертрофия (утолщение и увеличение органов), так и гиперплазия (изменение общего числа клеток в эпителии).

На основании результатов экспериментов с обезьянами сделан вывод, что увеличение клеток на периферии бронхов и усиленное слизеотделение можно считать тестом на патогенез легких. Аналогичные закономерности выявлены для курильщиков. Кислотные аэрозоли нарушают деятельность альвеолярных макрофагов, очищающих легкие от твердых частиц.

Диоксид серы, попадая в легкие, быстро растворяется в крови и распространяется по кровеносной системе. Детоксикация его происходит, главным образом, в печени под действием ферментов, переводящих сульфит в сульфат, который более безопасен и выводится из организма. Диоксид вызывает бронхоспазм, активизирует слизеотделение, изменяет фагоцитоз. У крыс заметное поражение легких наблюдается при относительно небольших концентрациях (160 мкг/м3, 7 ч/день, 15 дней). У обезьян при длительном воздействии диоксида серы увеличивается число заболеваний раком.

Действие диоксида азота несколько отличается от действия диоксида серы. Проникая в легкие, он может растворяться в кровеносной системе, однако будучи сильным окислителем, он непосредственно поражает легочные ткани. Высокая скорость проникновения диоксида азота в отдельные части легких установлена экспериментами с меченым диоксидом. В бронхах и альвеолах проявляются патологические изменения уже при концентрациях, реально наблюдаемых в городах. Симптомы напоминают эмфизему легких, у мышей это наблюдается при концентрации 100 б.д. в течение 6 месяцев.

Особенно чувствительны к диоксиду азота тонкие чешуйчатые клетки, осуществляющие газообмен, и ресничные клетки в верхней части дыхательного тракта, наблюдается сокращение их числа и активности. В то же время, под действием диоксида азота активизируются ферменты легких: у животных с пониженным содержанием витамина Е в рационе функции легких нарушаются гораздо чаще, чем у животных со сбалансированным рационом.

Из изложенного следует, что хорошими протекторами дыхательной системы при воздействии диоксида азота являются антиоксиданты. Сильный отрицательный синергический эффект возникает при наличии озона. Диоксид азота вызывает не только изменения клеток и тканей, но и понижает бактериальную защиту легких (подверженность инфекциям); нарушаются процессы простагландинового пентабарбиталового метаболизма. Эти отрицательные ситуации возникают при концентрациях диоксида азота 100 — 250 б.д., что соответствует его концентрации в городах.

В повседневной жизни человек подвержен комплексному воздействию загрязняющих веществ, поэтому особый интерес представляют исследования их синергического действия. Синергический эффект усиления действия диоксида серы в присутствии аэрозолей хлорида железа и сульфата магния обусловлен более быстрой реакцией окисления диоксида в серную кислоту. При совместном действии аэрозолей сульфата цинка, сульфата аммония и озона нарушается синтез коллагена и снижаются защитные свойства легких к инфекциям, диоксид азота усугубляет эти процессы.

Длительное моделирование воздействия смесей диоксидов серы и азота, озона и кислотного аэрозоля (3 года) на самках собак приводит к гиперплазии и потере активности ресничек; повреждение клеток паренхимы продолжается в течение 2 лет по окончании эксперимента.

Действие диоксида серы на дыхательную систему человека аналогично описанному опыту на животных. У здоровых людей бронхоспазм может наступить при кратковременном (трехминутном) воздействии концентрации выше 750 б. д. (2600 мкг/м3), а у астматиков даже небольшая концентрация (100 б. д. в результате 10-минутной экспозиции) вызывает приступ.

При небольших концентрациях оксидов азота и серы, а также озона самочувствие организма может не меняться, однако меняется активность дыхательной системы.

Контрольными тестами с ацетилхолином установлено, что активность бронхов меняется при концентрации диоксида серы 110 б.д., озона —250 б.д., диоксида азота — 500 б.д. В случае озона важна физическая нагрузка — в спокойном состоянии (1 ч экспозиции) самочувствие не ухудшается при концентрации менее 300 б.д., при активной физической работе — менее 180 б.д. Систематическое воздействие рассматриваемых соединений независимо от доз приводит к ухудшению активности легких и снижению устойчивости к инфекциям.

Загрязняющие вещества в воде. В процессе эксплуатации металлических трубопроводов в результате коррозии под воздействием кислотных дождей в питьевой воде возможно повышение различных токсичных веществ (ртути, железа, меди, свинца, кадмия и др.).

Повышение кислотности воды сильно отражается на концентрации в первую очередь свинца, растворимые соединения которого легко переходят в кровь человека. При концентрациях свинца в воде в 5, 10, 25 и 50 мкг/л содержание его в крови возрастает соответственно на 0,02, 0,04, 0,11 и 0,21 мкг/л. Растворенный свинец вызывает тяжелые неврологические заболевания, скорость усвоения его детьми выше, чем у взрослых.

Образование растворимых соединений кадмия опасно для человека, особенно для детей. Вторым после питьевой воды путем попадания кадмия в организм человека является неконтролируемое внесение его в почву вместе с удобрениями. Кадмий наиболее эффективно усваивается овощами и табаком, особенно сильно усваиваемость возрастает при закислении почв. При регулярно проводимом известковании почв этот путь попадания в организм человека снижается.

Алюминий содержится в питьевой воде (до З мкг/л), однако несоизмеримо большее количество его попадает в организм вместе с лекарствами (до 280 мг/день при применении аспирина и антацидов), с пищей (до 25 мг/день). В условиях закисления природных вод и наличия бокситов в отдельных регионах концентрация алюминия в воде может сильно возрастать. Наиболее часто это заболевание встречается в зонах с наличием бокситов в почвах.

Весьма опасны асбестовые волокна, которые попадают в воду с шиферных крыш и при использовании асбоцементных труб. Большое количество асбеста попадает в воду при разрушении природных минералов (серпантина).

Асбестовые волокна через кишечник легко проникают в кровь и могут приводить к раковым заболеваниям. Исследования, посвященные содержанию асбеста в стекаемой с шиферных крыш воде, показали зависимость растворения его от кислотности осадков. Связь между скоростью закисления озер и грунтовых вод и повышением концентрации асбеста наблюдается для большинства регионов США и Канады.

Есть еще одно последствие кислотных дождей — попадание в воду нитрат-аниона. В промышленных зонах его концентрация может превышать ПДК для питьевой воды (более 10 мкг/л). Однако основной вред здоровью наносят азотсодержащие удобрения. В отсутствие должного контроля за их дозировкой концентрация нитратов в сельскохозяйственной продукции может стать опасной для человека, особенно для детей в возрасте до З месяцев. Поэтому во многих странах введены строгие требования к детскому питанию на содержание нитратов.

4. Влияние шума на организм человека и животных.

Человек всегда жил в мире звуков, и абсолютная тишина его пугает, угнетает.

При проектировании конструкторского бюро в Ганновере архитекторы предусмотрели все меры, чтобы ни один посторонний звук с улицы не проникал в здание: рамы с тройным остеклением, звукоизоляционные панели из ячеистого бетона в специальные пластмассовые обои, гасящие звук. Буквально через неделю сотрудники стали жаловаться, что не могут работать в условиях гнетущей тишины. Они нервничали, теряли работоспособность. Администрации пришлось купить магнитофон, который время от времени автоматически включался и создавал эффект «тихого уличного шума». Рабочая атмосфера не замедлила восстановиться.

Ученые из лаборатории психологии Кембриджского университета (Англия) после многолетних исследований пришли к неожиданному выводу: звуки определенной силы стимулируют процесс мышления и в особенности процесс счета. Во время эксперимента лица, которые решали математические задачи при звуках музыки либо разговорах, справлялись со своими заданиями быстрее, чем те, которые выполняли такое же задание в тишине.

В Японии продаются подушки, в которые вмонтирован аппарат имитирующий звуки дождевых капель, падающих в ритме человеческого пульса. Такой шум быстро навевает сон.

Каждый человек воспринимает шум по-своему. Много зависит от возраста, темперамента, состояния здоровья, окружающих условий. Орган слуха человека может приспосабливаться к некоторым постоянным или повторяющимся шумам (слуховая адаптация). Но эта приспособляемость не может защитить от патологического процесса — потери слуха, а лишь временно отодвигает сроки его наступления.

В условиях городского шума происходит постоянное напряжение слухового анализатора. Это вызывает увеличение порога слышимости на 10—25 дБ А. Шум затрудняет разборчивость речи, особенно при уровне шума более 70 дБ А.

Ущерб, который причиняет слуху сильный шум, зависит от спектра звуковых колебаний и характера их изменения В первую очередь человек начинает хуже слышать высокие звуки, а затем постепенно и низкие.

Опасность потери слуха из-за шума в значительной степени зависит от индивидуальных особенностей человека. Некоторые теряют слух даже после короткого воздействия шума сравнительно умеренной интенсивности, другие могут работать при сильном шуме почти всю свою жизнь без сколько-нибудь заметной утраты слуха.

Постепенное воздействие сильного шума может не только отрицательно повлиять на слух, но и вызывать другие вредные последствия — звон в ушах, головокружение головная боль, повышение усталости.

Шум в больших городах сокращает жизни человека. По данным австрийских исследователей, это сокращение жизни колеблется в пределах 8—12 лет. Чрезмерный шум может стать причиной нервного истощения, психической угнетенности, вегетативного невроза, язвенной болезни, расстройства эндокринной и сердечно-сосудистой систем. Шум мешает людям работать и отдыхать, снижает производительность труда.

Наиболее чувствительны к действию шума лица старших возрастов. Так, в возрасте до 27 лет на шум реагируют 46,3% людей, в возрасте 28-37 лет - 57, в возрасте 38-57 лет - 62,4, а в возрасте 58 лет и старше - 72%. Большое количество жалоб у лиц пожилого возраста, очевидно связанное с возрастными особенностями и состоянием центральной нервной системы этой возрастной группы населения. Наблюдается зависимость между количеством жалоб и характером выполняемой работы. Данные опроса показывают, что беспокоящее действие шума сказывается больше на людях, занятых умственны трудом, чем на работающих физически (соответственно 60,2 и 55,0%). Большое количество жалоб лиц умственного труда, по-видимому, связано с большим утомлением нервной системы (Л. А. Олешкевич, 1973).

Влияние шума па нервную систему. Результаты исследования ассоциативных реакций свидетельствуют о том, что у лиц, живущих в неблагоприятных акустических условиях, имеются начальные признаки изменений функционального состояния центральной нервной системы.

Сравнительно небольшой по интенсивности шум, вызываемый самолетами (50—60 дБ А), может стать условным раздражителем и, по-видимому, не только электрокортикальных рефлексов, но и сигналом других воздействий на организм. Кроме того, уже часовое воздействие шума пролетающих самолетов и постоянного шума работающих авиационных двигателей с уровнем свыше 70 дБ А приводит к появлению стойких сдвигов в функциональном состоянии центральной нервной системы, регистрируемых после прекращения действия шума. Сдвиги свидетельствовали как об активированном, так ни о заторможенном состоянии центральной нервной системы наблюдаемых, о неблагоприятном влиянии изученных параметров авиационного шума на организм человека (А. П. Путилина и др., 1976).

Чтобы уяснить механизм влияния шума на центральную нервную систему, вспомним основные закономерности деятельности коры головного мозга, установленные великими физиологами И. М. Сеченовым и И. П. Павловым.

Поступающие в кору при действии шума раздражения всегда приводят к перестройке протекающих в ней нервных процессов. Если шум отличается чрезмерной силой или действует в течение длительного времени, наступает перевозбуждение клеток коры, угрожающее их истощением. В этом случае нарушается предел работоспособности нервных клеток и изменяется характер ответной реакции этих клеток на падающие на них раздражения. Вместо обычно наблюдаемого усиления реакции при увеличении силы раздражителя реакция либо вовсе не наступает, либо извращается и на сильный раздражитель может быть меньшей, чем на слабый. Такое состояние коры, называемое «фазовым», свидетельствует о развитии в ней пассивного или охранительного торможения, предохраняющего клетки от дальнейшего истощения. Шум вызывает даже при кратковременном воздействии выраженные измения условнорефлекторной деятельности, а именно: нарушение внутреннего торможения, удлинение скрытого периода и снижение величины рефлекса.

Вызывая нарушение функций коры головного мозга, шум нарушает регуляцию деятельности внутренних органов. В Институте терапии им. А. Л. Мясникова АМН СССР получены материалы, свидетельствующие о возможности под воздействием шума воспроизводить в эксперименте гипертоническую болезнь у животных. Многочисленные клинические наблюдения показывают также, что устранение шумового раздражителя способствует нормализации артериального давления у больных гипертонией. У лиц, занятых умственным трудом, может повышаться давление крови в височной артерии под влиянием бытовых шумов. В ряде случаев установлена связь приступов стенокардии с внезапными шумовыми раздражениями в быту (А. Л. Мясников, 1965).

Спонтанные реакции организма на шум — результат возбуждения симпатической нервной системы и аналогичны реакциям на другие стрессовые факторы, такие, как тепло, холод, боль. Даже младенцы во чреве матери не ограждены от вредного влияния шума. Такие резкие звуки, как «звуковой удар», производимый самолетом при переходе на сверхзвуковую скорость, могут вызвать нервное напряжение в утробном плоде.

Влияние шума на сердечно-сосудистую систему. Под влиянием шума может снижаться систолическое и повышаться дистолическое давление. При этом колебания артериального давления нередко достигают 20—30 мм рт. ст. В электрокардиограмме обнаруживают сдвиги: удлинение сердечного цикла и урежение частоты сердцебиений. Уменьшение амплитуды пульсовой волны свидетельствует о сужении кожных артерий.

Неожиданный сильный звук вызывает усиленное сердцебиение и повышает кровяное давление. После 10 недель воздействия прерывистого шума (100 дБ А в течение 4 ч в день) на крыс, например, кровяное давление повышается примерно со 120 до 150 мм рт. ст. Еще большее влияние на кровяное давленое оказывает шум в сочетании с другими стрессовыми факторами.

Непрерывный сильный шум способен вызывать сужение периферических кровеносных сосудов, а также перераспределение крови, увеличение ее поступления к мышцам, мозгу и другим органам, играющим важную роль. Под влиянием шума возможно увеличение выделения адреналина и норадреналина из мозгового вещества надпочечника. Адреналин влияет на работу сердца, способствует выделению свободных жирных кислот в кровь. Чтобы вызвать подобный эффект у человека, достаточно подвергать его в течение коротких промежутков времени воздействию шума интенсивностью 60—70 дБ А.

У кроликов, подвергавшихся действию шума в 102 дБ А в течение 10 недель, были обнаружены более высокий уровень холестерина в крови и более развитая форма атеросклероза аорты, чем у животных, находившихся на таком же рационе, но не испытывавших действия шума. Отложения холестерина в радужной оболочке были также более обширными у животных, подвергавшихся действию шума.

Влияние шума на другие органы и системы. Проведенные за последние годы исследования показали, что под влиянием шума могут наблюдаться и другие серьезные изменения в деятельности различных органов и систем человека: замедление ритма сердечных сокращений, понижение секреции слюнных и желудочных желез, нарушение функции щитовидной железы и коры надпочечников, изменение электрической активности мозга.

Шум, превышающий 80—90 дБ А, влияет на выделение большинства гормонов гипофиза, контролирующих выработку других гормонов. В частности, может возрасти выделение кортизона из коры надпочечника. Кортизон обладает свойством ослаблять возможности печени бороться с вредными для организма веществами, в том числе и с теми, которые способствуют возникновению рака.

Под влиянием шума с уровнем 85 дБ А обнаружена перестройка энергетического обмена в мышечной ткани, причем направленность перестройки зависела от времени воздействия.

Усиление сопряженности окисления и фосфорилирования после двухнедельного воздействия шума свидетельствует о повышении способности этого процесса генерировать аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ). И действительно, вследствие интенсификации в митохондриях окислительного фосфорилирования намечается тенденция к повышению содержания АТФ в мышечном гомогенате при этом же сроке воздействия. Усиление энергообразования следует рассматривать как защитно-приспособительную перестройку энергетического обмена, направленную на создание резерва, необходимого для повышения жизнедеятельности мышечной клетки в ответ на неблагоприятное воздействие.

При удлинении сроков воздействия шума до 1 месяца наблюдалась нормализация изучаемых показателей, а в дальнейшем (3 месяца) и снижение интенсивности фосфорилирования (вдвое по сравнению с контролем). Снижение возможностей образования АТФ в митохондриях мышечной ткани является, по-видимому, показателем повреждающего действия шума на организм, которое можно рассматривать как серьезный ущерб, способный дезорганизовать весь обмен и функцию мышечной ткани в целом.

Несмотря на угнетение окислительного фосфорилирования, запасы АТФ и ее производных в мышце при трехмесячном шумовом воздействии не истощаются, а лишь снижаются.

Шум препятствует новообразованию богатых энергией фосфатных связей, которое зависит от состояния процессов окислительного фосфорилирования.

Шум производственного характера при длительном воздействии на крыс вызывает угнетение основного звена образования энергии в клетке — окислительного фосфорилирования в митохондриях. Этот факт указывает на возможность использования данного показателя в качестве биологического критерия вредного действия шума на организм.

Нарушение интимных процессов энергетического метаболизма является существенным признаком неблагоприятного воздействия шума на организм. Угнетение окислительного фосфорилирования на уровне митохондрий, в свою очередь, может быть причиной нарушения сбалансированности целого ряда биохимических процессов в организме.

Обнаруженные нарушения энергетики мышц можно рассматривать как полученные в состоянии относительного покоя, так как некоторое двигательное возбуждение у крыс отмечалось только в первые дни эксперимента. Таким образом, основной путь образования энергии в форме АТФ в состоянии относительного покоя животного под влиянием длительного воздействия шума нарушается. Известно, что при мышечной активности энергетические затраты организма увеличиваются и мышца при выполнении механической работы усиленно использует АТФ. При физическом напряжении в условиях шума нарушения интимных процессов энергетического обмена мышц будут усугубляться и это скажется на сократительной активности мышечной системы (Н.П. Баранова, 1975)

Патоморфологическими исследованиями выявлены признаки раздражающего действия шума: некоторая активация нервных клеток коры больших полушарий головного мозга, обеднение липоидами надпочечников, увеличение количества плазматических клеток в селезенке, свидетельствующее о некотором повышении иммунных реакций.

Следовательно, транспортный шум 80 дБ А оказывает не только возбуждающе влияние на центральную нервную и сердечно-сосудистую системы, но в вызывает напряжение защитно-приспособительных механизмов. Повышение содержания холестерина в сыворотке крови может способствовать развитию атеросклероза.

Исследования влияния транспортного шума 80 дБ А на организм животных в зависимости от длительности воздействия показали, что наибольшие изменения физиологических функций имели место на первом месяце экспозиции. К концу третьего месяца изменения стали менее выраженными. Это тоже может свидетельствовать о напряжении сил и быть связано с процессом адаптации. Однако для окончательного решения этого весьма сложного вопроса необходимы дальнейшие исследования.

Особый интерес представляет выяснение влияния городского шума на потомство, хотя имеющиеся материалы по этому вопросу весьма ограничены,

От опытной группы крыс (самок и самцов), находившихся под воздействием транспортного шума, было получено поколение, которое в течение трех месяцев подвергалось влиянию того же шума. Контрольная группа — самки, самцы и крысята находилась в условиях тишины. По массе и росту опытные и контрольные эмбрионы и крысята существенно не отличались. На крысах — самцах первого поколения в возрасте трех месяцев проведены физиологические исследования, которые показали, что в опытной группе скрытое время рефлекторных реакций короче в среднем на 8,6 м, а частота сердечных сокращений на 60 уд/мин больше, чем в контрольной группе. Следовательно, можно предположить, что у крыс первого поколения, матери которых до и во время беременности, а сами они с рождения находились вод воздействием шума, преобладает процесс возбуждения в центральной и вегетативной нервной системе.

Эксперименты выявили неблагоприятное влияние транспортного шума на различные органы и системы организма в зависимости от длительности воздействия. Установлено влияние шума не только па родительский организм, но и на потомство.