Адаптация человека к природным и климато-географическим условиям

Природные факторы и их воздействие на организм

Природная радиация. Магнитные поля.

«…Органическая жизнь только там и возможна, где имеется свободный доступ космической радиации, ибо жить — это значит пропускать сквозь себя поток космической энергии в кинетической ее форме».

Л А. Чижевский Физические факторы внешней среды, послужившие основой возникновения жизни на Земле и оказывающие, как правило, комплексное воздействие на живые организмы, достаточно разнообразны. Они могут иметь галактическое происхождение, определяться солнечной активностью, либо процессами, происходящими на Земле и в околоземном пространстве. Комплекс этих факторов в определенных пределах совершенно необходим для поддержания нормальной жизнедеятельности организма. Известно, что если поместить животное или человека в экранированную камеру и ограничить таким образом доступ внешней энергии естественного происхождения, в организме произойдут серьезные нарушения на молекулярном, клеточном, тканевом, органном и системном уровнях. И наоборот, на увеличение длительности или интенсивности воздействия перечисленных факторов организм реагирует декомпенсацией и развитием патологических состояний.

Каковы же характеристики различных видов внешней энергии, оказывающих влияние на все живое?

Галактические частицы, достигающие атмосферы Земли, обладают очень высокой энергией (порядка 10²⁰ эВ). В основном они представлены ядрами химических элементов, среди которых преобладают ядра водорода, гелия и тяжелые ионы. Их интенсивность составляет 1600 частиц/мс, средняя энергия — 7 ГэВ. Эти так называемые первичные космические лучи, взаимодействуя с атомами атмосферы, порождают «вторичные» или «собственно» космические излучения. Вторичные космические лучи представляют собой нуклеоны, мезоны, электроны и фотоны. Некоторые из них преобразуются в слоях атмосферы, а часть достигает Земли. Уровень космического излучения на поверхности Земли зависит от высоты местности и от ее геомагнитной широты.

Кроме космических лучей, существует межпланетное магнитное поле плотностью 1−30 нТ².

Атмосфера служит барьером для жесткого ультрафиолетового и рентгеновского излучения. Однако она прозрачна в узком участке электромагнитного спектра. Эту область живые организмы воспринимают как свет.

Влияние космических лучей на организмы изучено сравнительно мало. Это обусловлено главным образом тем, что они действуют в комплексе. Существует гипотеза о возможном появлении в них фактора, меняющего свойства биологических систем. Однако известно, что с космическими излучениями сопряжена чувствительность к свету.

Самым мощным источником различных форм энергии, оказывающих влияние на Землю, является Солнце. Солнечной активностью называют комплекс явлений, происходящих в атмосфере Солнца. Внутри Солнца происходят термоядерные реакции, в результате которых возникают электромагнитные излучения широкого диапазона. Время от времени на его поверхности появляются очаги повышенной активности в виде пятен и протуберанцев. Совершаются мощные взрывы, которые сопровождаются выбросом элементарных частиц.

Непрерывное расширение верхней части солнечной атмосферы сопровождается корпускулярным излучением. Скорость этого расширения по мере удаления от Солнца увеличивается. На расстоянии нескольких десятков солнечных радиусов оно достигает 400 км/с. Это так называемый спокойный солнечный ветер. Он увлекает за собой магнитное поле Солнца, вытягивая его силовые линии. Солнечный ветер содержит небольшое количество энергии. Вместе с тем, он играет значительную роль в передаче к Земле возмущений, обусловленных явлениями солнечной активности. И. В. Ковальский предлагает следующую схему связей между Солнцем и Землей: высокоскоростной поток солнечного ветра — рекуррентное геомагнитное возмущение и солнечная вспышка — вспышечный поток солнечного ветра — геомагнитная суббуря.

Активность Солнца по отношению к Земле периодически изменяется. Различают циклы суточные, годовые, 5−6-летние, 11-летние, 80 90-летние и многовековые. Периоды максимальной активности приходятся на 7−17-лет, минимальной — на 9−14 лет.

Солнечная энергия достигает внешних слоев атмосферы Земли в виде прямых солнечных лучей. При этом часть ее поступает в виде рассеянной радиации. В северных широтах уровень радиации повышается в апреле-мае, в южных — в марте-апреле, что связано с высотой Солнца и прозрачностью атмосферы. В течение суток максимум радиации приходится на полдень.

Спектр Солнца представлен следующими видами излучений: инфракрасным (до 60% общей энергии радиации), ультрафиолетовым (менее 0,5%), ионизирующим и видимыми лучами (около 40%).

Инфракрасные лучи Солнца имеют длину волны от 760 до 3000 нм и легко проходят сквозь атмосферу Земли. Встречая на своем пути частицы различных веществ, эти электромагнитные волны усиливают их вращательные и колебательные движения, создавая тепловой эффект.

Инфракрасное излучение легко проникает через одежду и поглощается кожей человека более чем на 50%. Наибольшим биологическим эффектом обладают короткие лучи длиной 760−1000 нм. Они повышают биолюминесценцию в организме, ускоряют биохимические, ферментативные и иммунные реакции, ускоряют рост клеток и регенерацию тканей, усиливают ток крови, увеличивают температуру крови и лимфы. Оказывая влияние на теплообмен, инфракрасное излучение воздействует на метаболизм. Понижается тонус гладких мышц и скелетной мускулатуры. Ослабевает нервное напряжение.

Уровень ультрафиолетовой радиации зависит от экранирующего действия атмосферы. Он повышается в горах с увеличением высоты. На уровне моря интенсивность радиации зависит от положения Солнца, географической широты, от временя года и суток. Она практически отсутствует при низкой облачности, в тени и снижена при высокой влажности и загрязнении воздуха. Ультрафиолетовые лучи хорошо поглощаются оконными стеклами и одеждой. Энергетическая стоимость этого вида излучений мала. Биологический же эффект, связанный с квантовым выходом, достаточно велик. Ультрафиолетовые лучи обладают бактерицидным действием. Под влиянием прямых солнечных лучей, особенно коротковолновой части спектра, погибают микроорганизмы. Попадая на кожу человека, ультрафиолетовое излучение оказывает фотоэлектрический и люминесцентный эффекты. При этом в основе происходящих процессов лежит способность ультрафиолетовых лучей к денатурации белка и его фотолизу, а также к повышению восстановительной активности сульфгидрильных веществ поверхностных слоев кожи.

Ультрафиолетовые лучи способствуют загару, что связано с образованием в результате ферментативных реакций пигмента меланина. Пигментация защищает кожу от излишней радиации. Однако при длительном воздействии ультрафиолетового излучения появляются ожоги или эритема. При этом клетки эпидермиса повреждаются, что ведет к образованию гистамина и других продуктов клеточного распада, которые всасываются в кровь. Продолжительное ультрафиолетовое облучение может привести к возникновению опухолей кожи и внутренних органов. Интересно отметить, что малые дозы радиации способствуют репарации клеток и регенерации поврежденной ткани у человека. Это обусловлено повышением ферментативной активности и интенсификацией обмена веществ.

Ультрафиолетовые лучи обладают способностью вырабатывать из эргостерола кожи витамин О, участвующий в обмене фосфора и кальция. Витамины группы О необходимы для придания плотности костям и для нормальной деятельности нервной и мышечной систем.

Умеренное ультрафиолетовое облучение повышает иммунные свойства кожи и крови, стимулирующее действует на ретикулоэндотелиальную систему и костный мозг. Оно активизирует функции вегетативной нервной системы и желез внутренней секреции. Малые дозы облучения оказывают возбуждающий, а большие — угнетающий эффект на процессы, происходящие в коре головного мозга.

Периодическое ультрафиолетовое облучение организма умеренными дозами приводит к оздоровлению организма. Увеличиваются его адаптивные возможности, повышается умственная и физическая работоспособность.

У жителей Севера при продолжительном отсутствии ультрафиолетовых лучей часто развивается солнечное «голодание», которое сопровождается определенным симптомокомплексом и снижает приспособляемость организма к окружающей среде.

Видимые лучи Солнца имеют длину волны от 380 до 760 нм. Они создают наибольшую величину освещенности, несмотря на то, что часть их рассеивается или отражается. Световой луч составляет спектр цветов, каждый из которых имеет свою длину волны.

Биологическое значение световой радиации для человека прежде всего состоит в возможности зрительных восприятий, что связано с механизмами фоторецепции.

Световые лучи проникают в тело на глубину около 2,5 см. Они стимулируют биохимические процессы, увеличивают иммунную реактивность, способствуют образованию пигмента. Повышается возбудимость коры головного мозга, деятельность желез внутренней секреции, обмен веществ. При этом разные цвета видимого спектра оказывают различное влияние на нервно-психические процессы.

Одним из важнейших следствий периодического изменения освещенности является создание циркадных ритмов. Они способствуют чередованию активной деятельности и восстановительных процессов.

Радиоволновое излучение Солнца находится в диапазоне от миллиметровых до 15-метровых волн. Оно имеет сравнительно небольшую мощность, которая значительно возрастает в периоды «возмущенного» СолнцаСуществует гипотеза, согласно которой коротковолновое радиоизлучение отражается на биотоках мозга. Изменение интенсивности радиоволнового излучения Солнца имеет для человека сигнальное значение. В последнее время был высказан ряд предположений относительно механизмов влияния солнечной радиации на живые организмы. В основе этих механизмов лежат физико-химические изменения, происходящие на молекулярном уровне. Так, солнечная радиация приводит к сдвигам геометрических и энергетических параметров коллоидных частиц. Полагают, что гелио-физические факторы действуют на магнитоэлектрические свойства молекул воды и на динамику содержания свободных ионов кальция, которые участвуют в ультраструктурной организации клеточных мембран. Это, в свою очередь, влияет на проницаемость и поляризацию мембран.

В. В. Соколовский уделяет особое внимание тиоловым соединениям, широко представленным в живых организмах, поскольку в них находятся высокореактивные сульфгидрильные группы (SH), обеспечивающие важные реакции, в частности — реакцию обратимого окисления. Его точка зрения легла в основу создания унитоловой пробы, которая служит одним из количественных показателей биологических эффектов солнечной активности.

Луна также оказывает определенное влияние на процессы, происходящие на Земле. С нею, в частности, связаны силы притяжения, эффекты отраженного солнечного света, приливы и отливы в морях и океанах и другие периодические явления. Воздействие Луны на земные процессы может быть связано с ее прохождением в полнолуние через магнитосферный шлейф нашей планеты, что увеличивает амплитуду магнитных пульсаций и возмущенность магнитного поля.

Существует зависимость между лунными ритмами и женским половым циклом, который соответствует лунному месяцу. Полагают, что фазы луны сказываются на статистике деторождения. Кроме того, лунный свет действует на нервно-психическую сферу человека и может вызывать определенные отклонения, особенно в полнолуние.

В околоземном пространстве формируется излучение, получившее название радиационный пояс Земли. Он образуется потоками заряженных частиц (протонов и электронов), захватываемых геомагнитным полем. Различают две области радиационного пояса Земли: внутреннюю и внешнюю. Внутренняя область простирается на расстояние от нескольких сотен до нескольких тысяч километров от поверхности. Ближе к Земле она представлена протонами, энергия которых составляет несколько сотен МэВ. На высоте около 3000 км преобладают электроны, мощность эквивалентной дозы излучения которых может достигать сотен тысяч бэр в сутки.

Внешняя область радиационного пояса Земли в основном образована электронами, максимум которых приходится на расстояние около 22 000 км от поверхности. Мощность эквивалентной дозы облучения здесь составляет порядка 10 бэр/сут-Следует отметить, что радиационная опасность резко снижается при уменьшении высоты до 400−500 км. Однако излучения радиационного пояса Земли представляют риск для космонавтов, осваивающих околоземное пространство.

Движущиеся электрические заряды служат одной из причин возникновения магнитного поля Земли. В свою очередь, изменяясь во времени, магнитное поле порождает вокруг себя электрическое поле (магнетизм).

Земля имеет постоянное магнитное поле, на которое накладываются периодические и случайные изменения. Полагают, что они обусловлены электрическими явлениями в атмосфере. Горизонтальная составляющая постоянного магнитного поля Земли имеет максимум у магнитного поля экватора (0,3−0,4 Э), а вертикальная — у магнитных полюсов (0,6−0,7 Э). Электромагнитное поле Земли представляет собой спектр электромагнитных «шумов» в широком диапазоне частот от 10 до 10 Гц.

Периодические изменения магнитного поля Земли могут быть связаны с солнечной активностью и иметь вековую, годовую, сезонную и суточную цикличность. Полусуточные колебания обусловлены влиянием Луны. Существуют также короткопериодные микропулъсации.

Переменные магнитные поля, возникающие вокруг Земли, получили название магнитных возмущений и магнитных бурь. Переменная часть магнитного поля создается токами, локализованными преимущественно в ионосфере. Внутриземные токи, также вносящие заметный вклад в переменное магнитное поле, имеют вторичный характер и обусловлены эффектами индукции и особенностями внутреннего строения Земли. Магнитные бури усиливают токи Земли. Они возникают в результате проникновения в атмосферу летящих от Солнца со скоростью 1000−3000 км/с заряженных частиц (корпускул). В периоды возмущений происходит глобальное возбуждение микропульсаций. Они могут регистрироваться десятки часов подряд по всему земному шару.

Кроме воздействий со стороны Солнца, магнитное поле Земли подвержено техногенным влияниям. Искусственный магнитный фон может во много раз превышать естественный. В связи с этим в настоящее время встает проблема дифференцировки геомагнитных эффектов и влияния искусственных электромагнитных полей.

Живые организмы обладают собственными магнитными полями. Они возникают благодаря электрической активности клеточных мембран нервной и мышечной ткани. Другим источником являются ферромагнитные микрочастицы, попавшие в организм. Полагают, что у человека скопления магнетита органического происхождения находятся в надпочечниках и в коре головного мозга. Дж. Беккер, изучая распределение поверхностных потенциалов у животных и человека, обнаружил отрицательные заряды на большей части тела и конечностях и положительные заряды в затылочной области головы и в начале позвоночного столба, то есть в районе головного и спинного мозга. Вся система рассматривается автором как медленная электромагнитная регуляция организма. Биомагнитное поле человеческого организма измеряется в теслах и нанотеслах.

Исследования показали, что появление реакций живых организмов на внешние естественные электромагнитные поля зависит не от величины воздействующей электромагнитной энергии, а от модуляционно временных параметров электромагнитных полей, а также от того, на какие системы организма осуществлялось воздействие. Большинство авторов полагает, что влияние электромагнитного поля на живой организм носит информационный характер.

В последние годы проведено немало исследований по изучению механизмов воздействия колебаний геомагнитного поля. При этом было обнаружено изменение прежде всего биохимических реакций. Полагают, что при воздействии сил электромагнитной природы в водных растворах образуются свободные радикалы, способные инициировать окислительные реакции. Кроме того, под влиянием электромагнитных полей меняются свойства самой воды, изменяется показатель ее преломления. Геомагнитные доля сказываются на конфигурации цепей биополимеров, разрушая слабые связи вторичных, третичных и четвертичных структур.

Было показано, что в механизм воздействия электромагнитных полей вовлекаются структуры на молекулярном, клеточном, тканевом и органном уровне.

Электромагнитные поля малой напряженности влияют на функциональное состояние организма. На них реагируют основные системы регуляции гомеостаза: центральная нервная система, эндокринная система, кровообращение, система крови. Изменяется метаболизм.

Результаты многочисленных исследований показали, что наиболее чувствительна к флюктуациям геомагнитного поля нервная система. Впервые на это обратил внимание А. Л. Чижевский (1973). Что касается механизмов подобных влияний, то электромагнитное поле изменяет проницаемость клеточных мембран. Оно воздействует на физические процессы межнейронального взаимодействия. Происходят сложные изменения корково-подкорковых взаимоотношений, сопровождающиеся активацией лимбических структур и подавлением восходящих активирующих влияний ретикулярной формации на кору головного мозга. Отмечено взаимодействие внешних электромагнитных полей с эндогенными того же диапазона частот, в частности — с биополями головного мозга. Геомагнитные возмущения влияют на биопотенциалы головного мозга спящего человека и уменьшают продолжительность сна. При длительном действии микроволновой радиации происходит дезинтеграция пространственно-дискретной структуры нейроритмов в системе регуляции функционального состояния мозга.

Во время геомагнитных бурь возрастает напряженность вегетативного регулирования. Электромагнитные поля различной интенсивности влияют на формирование условных рефлексов. Они вызывают нарушения адаптивного поведения. Страдают механизмы памяти, особенно кратковременной. Изменяется восприятие времени, объем и интенсивность внимания, увеличивается время простой двигательной реакции.

Естественные магнитные поля оказывают влияние на системы свертывания крови. Изменение СОЭ у здоровых людей происходит синфазно с изменением магнитного поля Земли. Этот показатель достоверно увеличивается в дни с повышенной напряженностью геомагнитного поля. От состояния геомагнитного поля зависит цитохимический статус лейкоцитов периферической крови, осмотическая стойкость эритроцитов и уровень реакции перикисного окисления липидов эритроцитов. При геомагнитном возмущении отмечена разобщенность между окислительными и гидролитическими процессами в лимфоцитах, что создает предпосылки для развития заболеваний.

Обнаружено, что электромагнитные свойства крови имеют существенное значение для гемодинамики. Если бы кровь не обладала магнитными свойствами, нагрузка на сердце значительно возросла бы. С вариациями геомагнитного поля коррелируют частота сердечных сокращений, артериальное давление, периферическое сопротивление сосудов. При возмущениях геомагнитного поля происходят нарушения мозгового кровообращения, изменяются показатели дыхательной и мышечной систем. Отмечены сдвиги в терморегуляции.

Необходимо обратить внимание на то, что естественное магнитное поле Земли, благодаря своему сенсорному действию на организм, поддерживает процессы жизнедеятельности. Искусственное ослабление влияния электромагнитного поля угнетает жизненные функции. И наоборот. При длительном пребывании в электромагнитном поле малой напряженности изменения в организме не ограничиваются функциональными сдвигами и переходят в патологические процессы. Снижается функциональный резерв тканей, что может сопровождаться деструктивными процессами в головном мозге, сердце, легких, печени, поджелудочной железе. Падает устойчивость организма к внешним воздействиям. Особенно отчетливо такие изменения происходят под влиянием искусственных электромагнитных полей, которые накладываются на естественные. В результате в организме возникает комплекс патологических отклонений, известный под названием «магнитной болезни».

Бурное развитие науки и техники в XX веке привело к созданию генераторов электромагнитных полей, которые широко используются в практике: промышленности, связи, военной сфере, радионавигации, здравоохранении, быту. Столь широкое их применение сопровождается прогрессирующим электромагнитным «загрязнением» окружающей среды, создающим угрозу здоровью населения. И действительно, всем известно о вреде многочасового просмотра телевизионных программ и беспрерывной работы за компьютером в течение рабочего дня.

В печати все чаще появляются статьи о нежелательных эффектах широкорекламируемых сотовых телефонов.

Например, шведскими учеными были представлены данные о влиянии радиотелефона на мозг животных. В течение двух лет подопытные крысы «пользовались» стандартным аппаратом системы 68 М. В результате у животных был обнаружен статистически достоверный рост количества опухолей мозга. При контакте с радиотелефоном всего в течение 40 дней у крыс возникали биохимические изменения в клетках головного мозга.

Что касается человека, то уже сейчас на основе экспериментов, проведенных в Великобритании, можно сделать вывод, что безопасность зависит от конкретных условий применения аппаратов сотовой связи. В последних отчетах (Ш 106 и Ш 108) Национального совета радиологической защиты Соединенного Королевства (NPPB) приводится ряд обобщенных данных по излучательным характеристикам базовых станций сотовой связи, ручных и автомобильных сотовых телефонов. Эксперты по защите от излучений выявили, что неправильное размещение базовых станций, антенн, особенно автомобильных, может приводить к значительному облучениюТак, установка антенны вблизи заднего стекла автомобиля для передатчика в 2.5 Вт может дать двух-трехкратное превышение предельно допустимых уровней радиации на заднем сидении.

Использование различных моделей ручных сотовых телефонов приводит к возникновению как физиологических, так и поведенческих реакций. В таблице приведены данные, позволяющие сравнить пороги некоторых биологических эффектов со средними уровнями мощности сотовых телефонов.

В 1996 году в Мюнхене состоялось заседание координационного совета Всемирной организации здравоохранения по проблеме влияния электромагнитного излучения на здоровье человека. На нем было отмечено, что по мере проведения исследований в рамках нескольких национальных программ выявляется все большее количество тревожных фактов, свидетельствующих о возможном вредном воздействии аппаратов сотовой связи на здоровье.

Источниками волн радиочастотного диапазона являются прежде всего станции радиои телевещания. Классификация радиочастот дана в таблице 1. Эффект радиоволн во многом зависит от особенностей их распространения. На него влияет характер рельефа и покрова поверхности Земли, крупные предметы и строения, расположенные на пути и т. п. Лесные массивы и неровности рельефа поглощают и рассеивают радиоволны.

Мощными источниками электромагнитных полей могут служить токи промышленной частоты (т=50Гц). Напряженность электромагнитных полей вдоль электрических высоковольтных линий передачи достигает нескольких тысяч вольт на метр. Одно время территории под высоковольтными линиями электропередач широко использовались под дачные застройки. Однако, как показали исследования, напряженность 300−1000 В/см небезопасны для здоровья.

Ультразвуковые электромагнитные волны наряду с широким применением в промышленности (механическая обработка материалов, дефектоскопия, ультразвуковая микроскопия) и в медицине (ультразвуковая терапия) также небезразличны для живого организма.

Большим достижением квантовой электроники явилось создание в 1960 году оптического квантового генератора (лазера). Принцип его работы основан на согласованном по частоте и направлению излучении электромагнитной энергии колоссальной плотности. Такое вынужденное излучение возможно в диапазонах радиоволн, инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой частей спектра. Лазерные интерферометры (измерители расстояний), измерители загрязнения воздуха, установки по обработке материалов, оптические квантовые генераторы для лечебных целей, микрохирургический инструмент — далеко не полный перечень областей практического использования лазерного излучения. Лазеры применяют также в связи, локации и т. д. Следует иметь в виду, что помимо опасности прямого излучения лазера угрозу для здоровья могут представлять электрически заряженная аппаратура, чрезмерный шум самого лазера и т. п.

В настоящее время установлено, что искусственные электромагнитные поля могут вызывать в живом организме патологические изменения. Тяжесть выявленных расстройств ставят в прямую зависимость от напряженности электромагнитного поля, длительности его воздействия, сочетания определенных уровней облучения и времени облучения, физических особенностей различных диапазонов электромагнитного поля, условий внешней среды, функционального состояния организма. Большинство исследователей, изучавших клиническую картину заболеваний, возникших под влиянием электромагнитных полей, сходятся на том, что раньше других на электромагнитную энергию реагирует нервная система. Обследование большого числа пациентов позволило выявить симптомокомплекс, характерный для так называемой «магнитной» или «радиоволновой болезни». При этом изменения, происходящие в организме, можно характеризовать как функциональное расстройство центральной нервной системы, протекающее преимущественно по типу вегетативной дисфункции с астеническими явлениями, реже по неврастеническому типу. Некоторая систематизация клинических проявлений заболевания позволила выделить три основные ее формы: астенический синдром, вегетативно-сосудистую (нейроциркуляторную) дистонию, диэнцефальный (микродиэнцефальный) синдром.

При астеническом синдроме возможны различные нарушения вегетативных функций, лабильность пульса и артериального давления. Изменения, как правило, обратимы и поддаются лечению.

В основе вегетативно-сосудистой дистонии лежит сосудистая лабильность: колебания показателей пульса и артериального давления, брадикардия, сменяющаяся тахикардией, артериальная гипотония, иногда гипертензия, изменения функции сердца и капилляров. Заболевание может носить затяжной характер.

Для диэнцефального синдрома характерны комплексные висцеральные дисфункции, вегетативно-сосудистые кризы, протекающие на фоне астенического состояния. Наблюдаются гипокинезии, гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая слабость, угнетение полового и пищевого рефлексов. Изменения не всегда обратимы и такие больные нуждаются в специализированном стационарном лечении.

По тяжести течения заболевания различают следующие его степени: первую начальную (компенсированную), вторую (умеренно выраженную), третью (выраженную). В отдельных случаях болезнь переходит в хроническую форму.

Особенно страдают от «радиоволновой болезни» дети.

Метеорологические факторы и их влияние на организм.

Человек, находясь в условиях естественной внешней среды, подвергается влиянию различных метеорологических факторов: температуры, влажности и движения воздуха, атмосферного давления, осадков, солнечного и космического излучения и т. д. Перечисленные метеорологические факторы в совокупности определяют погоду.

«Погода — это физическое состояние атмосферы в данном месте в определенный период времени». Многолетний режим погоды, обусловленный солнечной радиацией, характером местности (рельеф, почва, растительность и т. д.) и связанная с ним циркуляция атмосферы, создают климат.

Существуют различные классификации погод в зависимости от того, какие факторы положены в их основу. С гигиенической точки зрения различают три типа погод: оптимальный, раздражающий и острый.

К оптимальному типу относят погоды, благоприятно действующие на организм человека. Это погоды умеренно влажные или сухие, тихие и преимущественно ясные, солнечные.

К раздражающему типу относят погоды с некоторым нарушением оптимального воздействия метеорологических факторов. Это солнечные и пасмурные, сухие и влажные, тихие и ветреные погоды.

Острые типы погод характеризуются резкими изменениями метеорологических элементов. Это сырые, дождливые, пасмурные, очень ветреные погоды с резкими суточными колебаниями температуры воздуха и барометрического давления.

Хотя на человека влияет климат в целом, в определенных условиях ведущую роль могут играть отдельные метеорологические элементы. Следует отметить, что влияние климата на состояние организма определяется не столько абсолютными величинами метеорологических элементов, свойственных тому или другому типу погоды, сколько непериодичностью колебаний климатических воздействий, являющихся в связи с этим неожиданными для организма.

Метеорологические элементы, как правило, вызывают у человека нормальные физиологические реакции, приводя к адаптации организма. На этом основано использование различных климатических факторов для активного воздействия на организм с целью профилактики и лечения различных заболеваний. Однако под влиянием неблагоприятных климатических условий в организме человека могут происходить патологические сдвиги, приводящие к развитию болезней.

Всеми этими проблемами занимается медицинская климатология — отрасль медицинской науки, которая изучает влияние климата, сезонов и погоды на здоровье человека, а также методы использования климатических факторов в лечебных и профилактических целях.

Температура воздуха зависит от степени прогревания солнечным светом различных поясов Земного шара. Перепады температур в природе достаточно велики и составляют более 100 °C.

Зона температурного комфорта для здорового человека в спокойном состоянии при умеренной влажности и неподвижности воздуха находится в пределах 17−27°С. Следует заметить, что ее диапазон индивидуально обусловлен. В зависимости от климатических условий, местожительства, выносливости организма и состояния здоровья зона термического комфорта для отдельных лиц может суживаться и перемещаться в одну или другую сторону.

Независимо от окружающей среды, температура у человека сохраняется постоянно на уровне около 36,6°С и является одной из физиологических констант гомеостаза. Пределы температур тела, при которых организм сохраняет жизнеспособность, сравнительно невелики. Смерть человека наступает при повышении ее до 43 °C и при падении ниже 27−25°С.

Относительное термическое постоянство внутренней среды организма, поддерживаемое посредством физической и химической терморегуляции, позволяет человеку существовать не только в комфортных, но и в субкомфортных и даже в экстремальных условиях. При этом адаптация осуществляется как за счет срочной физической и химической терморегуляции, так и за счет более стойких биохимических, морфологических и наследственных изменений.

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

При комфортных метеорологических условиях основная часть тепла, вырабатываемого организмом, переходит в окружающую среду путем излучения с его поверхности (около 56%). Второе место в процессе теплопотери организма занимает отдача тепла путем испарения (примерно 29%). Третье место занимает перенос тепла движущейся средой (конвекция) и составляет примерно 15%.

Температура окружающей среды, влияя на организм через рецепторы поверхности тела, приводит в действие систему физиологических механизмов, которая в зависимости от характера температурного раздражителя (холод или жара) соответственно уменьшает или увеличивает процессы теплопродукции и теплоотдачи. Это, в свою очередь, обеспечивает сохранение температуры тела на нормальном физиологическом уровне.

При понижении температуры воздуха возбудимость нервной системы и выделение гормонов надпочечниками значительно повышаются. Основной обмен и выработка тепла организмом увеличиваются. Периферические сосуды суживаются, кровоснабжение кожи уменьшается, тогда как температура ядра тела сохраняется. Сужение сосудов кожи и подкожной клетчатки, а при более низких температурах и сокращение гладких мышц кожи (так называемая гусиная кожа) способствуют ослаблению кровотока. При этом кожа охлаждается, разница между ее температурой и температурой окружающей среды сокращается, а это уменьшает теплоотдачу. Указанные реакции способствуют сохранению нормальной температуры тела.

Местная и общая гипотермия способны вызвать озноб кожи и слизистых оболочек, воспаление стенок сосудов и нервных стволов, а также отморожение тканей, а при значительном охлаждении крови — замерзание. Охлаждение при потении, резкие перепады температур, глубокое охлаждение внутренних органов нередко ведут к простудным заболеваниям.

При адаптации к холоду терморегуляция изменяется. В физической терморегуляции начинает преобладать расширение сосудов. Несколько снижается артериальное давление. Выравнивается частота дыхания и сердечных сокращений, а также скорость кровотока. В химической терморегуляции усиливается несократительное теплообразование без дрожи. Перестраиваются различные виды обмена веществ. Сохраняются гипертрофированными надпочечники. Уплотняется и утолщается поверхностный слой кожи открытых участков. Увеличивается жировая прослойка, а в наиболее охлаждаемых местах откладывается высококалорийный бурый жир.

В реакции приспособления к холодовому воздействию вовлекаются почти все физиологические системы организма. При этом используются как срочные меры защиты обычных реакций терморегуляции, так и способы повышения выносливости к продолжительному воздействию. Уже в срочной терморегуляции имеют место реакции термической изоляции (сужение сосудов), понижения теплоотдачи и усиления теплообразования. При длительной адаптации те же реакции приобретают новое качество. Реактивность снижается, но резистентность повышается. Организм начинает отвечать значительными изменениями терморегуляции на более низкие температуры внешней среды, поддерживая оптимальную температуру не только внутренних органов, но и поверхностных тканей.

Таким образом, в ходе адаптации к низким температурам в организме происходят стойкие приспособительные изменения от клеточно-молекулярного уровня до поведенческих психофизиологических реакций. В тканях наступает физико-химическая перестройка, обеспечивающая усиленное теплообразование и способность переносить значительные охлаждения без повреждающего действия. Взаимодействие местных тканевых процессов с саморегулирующейся деятельностью всего сложного организма происходит за счет нервной и гуморальной регуляции, сократительного и несократительного термогенеза мышц, усиливающего теплообразование в несколько раз. Повышается общий обмен веществ, усиливается функция щитовидной железы, увеличивается количество катехоламинов, усиливается кровообращение мозга, сердечной мышцы, печени. Повышение метаболических реакций в тканях создает дополнительный резерв возможности существования при низких температурах.

Умеренное закаливание значительно повышает устойчивость человека к повреждающему действию холода, к простудным и инфекционным заболеваниям, общую сопротивляемость организма к неблагоприятным факторам внешней и внутренней среды, повышает работоспособность.

При повышении температуры основной обмен, а соответственно и выработка тепла у человека снижаются. Физическая терморегуляция характеризуется рефлекторным расширением периферических сосудов, что увеличивает кровоснабжение кожи. Это создает условия, при которых отдача тепла организмом увеличивается в результате усиления излучения и проведения тепла от организма в окружающую среду. Одновременно увеличивается потоотделение, являющееся в этих условиях мощным фактором теплопотери за счет теплоты, расходуемой на испарение пота с поверхности кожи.

Химическая терморегуляция направлена на понижение теплообразования путем снижения обмена веществ.

При адаптации организма к повышенной температуре вступают в действие механизмы регуляции, направленные на поддержание термического постоянства внутренней среды. Первыми реагируют дыхательная и сердечно-сосудистая системы, обеспечивающие усиленную радиационно-конвекционную теплоотдача. Далее включается наиболее мощная потоиспарительная система охлаждения.

Значительное повышение температуры вызывает резкое расширение периферических кровеносных сосудов, учащение дыхания и пульса, увеличение минутного объема крови с некоторым снижением артериального давления. Кровоток во внутренних органах и в мышцах уменьшается. Возбудимость нервной системы падает.

Когда температура внешней среды достигает температуры крови (37−38°С), возникают критические условия терморегуляции. При этом теплоотдача осуществляется главным образом за счет потения. Если потение затруднено, например, при сильной влажности окружающей среды, происходит перегревание организма (гипертермия).

Гипертермия сопровождается повышением температуры тела, нарушением водно-солевого обмена и витаминного равновесия с образованием недоокисленных продуктов обмена веществ. В случаях недостатка влаги начинается сгущение крови. При перегревании возможны нарушения кровообращения и дыхания, повышение, а затем падение артериального давления.

Длительное или систематически повторяющееся действие умеренно высоких температур приводит к повышению толерантности к тепловым факторам. Происходит закаливание организма. Человек сохраняет работоспособность при значительном повышении температуры внешней среды.

Таким образом, изменение температуры окружающей среды в ту или иную сторону от зоны температурного комфорта, приводит в действие комплекс физиологических механизмов, способствующих сохранению температуры тела на нормальном уровне. В экстремальных температурных условиях, при срыве адаптации, возможны нарушения процессов саморегуляции и возникновение патологических реакций.

Влажность воздуха является одним из показателей климатических условий. Она зависит от присутствия в воздухе водяных паров, которые появляются в результате конденсации при встрече теплого и холодного воздуха. Абсолютной влажностью называют плотность водяного пара или его массу в единице объема.

Переносимость человеком температуры окружающей среды зависит от относительной влажности.

Относительная влажность воздуха — это процентное отношение количества содержащихся в определенном объеме воздуха водных паров к тому количеству, которое полностью насыщает этот объем при данной температуре.

При падении температуры воздуха относительная влажность растет, а при повышении падает. В сухой и жаркой местности днем относительная влажность составляет 5−20%, в сырой — от 80 до 90%. Во время выпадения осадков она может достигать 100%.

Относительную влажность воздуха 40−60% при температуре 18−21 С считают оптимальной. Воздух, относительная влажность которого ниже 20%, оценивается как сухой, от 71 до 85% - как умеренно влажный, более 86% - как сильно влажный.

Умеренная влажность воздуха обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма. У человека она способствует увлажнению кожи и слизистых оболочек дыхательных путей. От влажности вдыхаемого воздуха в определенной мере зависит поддержание постоянства влажности внутренней среды организма. Сочетаясь с температурными факторами, влажность воздуха создает условия термического комфорта или нарушает его, способствуя переохлаждению или перегреванию организма, а также гидратации или дегидратации тканей.

Одновременное повышение температуры и влажности воздуха резко ухудшает самочувствие человека и сокращает возможные сроки пребывания его в этих условиях. При этом происходит повышение температуры тела, учащение пульса, дыхания. Появляется головная боль, слабость, понижается двигательная активность. Плохая переносимость жары в сочетании с повышенной относительной влажностью обусловлена тем, что в этих условиях значительно усиливается потоотделение. Однако пот при высокой влажности окружающей среды плохо испаряется с поверхности кожи. Теплоотдача затруднена. Организм все больше перегревается и может возникнуть тепловой удар.

Повышенная влажность является неблагоприятным фактором и при пониженной температуре воздуха. При этом происходит резкое увеличение теплоотдачи, что опасно для здоровья. Даже температура 0 °C может привести к отморожению лица и конечностей, особенно при наличии ветра.

Низкая влажность воздуха (менее 20%) сопровождается значительными испарениями влаги со слизистых оболочек дыхательных путей. Это приводит к уменьшению их фильтрующей способности и к неприятным ощущениям в горле и сухости во рту.

Границами, в пределах которых тепловой баланс человека в покое поддерживается уже со значительным напряжением, считают температуру воздуха 40 °C и влажность 30% или температуру воздуха 30 °C и влажность 85%.

Движение воздуха связано с неравномерным прогреванием различных участков земной поверхности. Холодные и тяжелые массы воздуха непрерывно вытесняют более теплые и легкие, создавая ветер. Скорость или сила ветра измеряется узлами, баллами и метрами в секунду. В соответствии с этим была предложена следующая шкала ветров (таблица 2).

Ветер, являясь составной частью погоды, может оказывать значительное влияние на организм. Нормальными для человека считают условия, когда в области термического комфорта дует тихий и легкий ветер со скоростью 1−4 м/с.

Умеренный ветер оказывает тонизирующее действие на организм. В жаркую погоду, усиливая испарение с поверхности кожи и конвекционно снимая тепло, он способствует лучшей теплоотдаче и охлаждению тела. Это облегчает переносимость жары. Однако, когда температура воздуха начинает превышать температуру кожи человека, то ветер уже не охлаждает, а конвекционно нагревает организм. Сухой и горячий ветер раздражает слизистые оболочки дыхательных путей, высушивает кожу.

Умеренный ветер при холодной погоде стимулирует увеличение теплообразований. Он бодрит здорового человека, способствует закаливанию организма.

Интенсивный ветер передвигает зону температурного комфорта. Он стимулирует теплорегуляцию, усиливает деятельность нервной и эндокринной систем организма, вызывает изменение просвета кровеносных сосудов кожи.

Сильный ветер оказывает давление на механорецепторы кожи. Он затрудняет дыхание, угнетающе влияет на психическую сферу человека. В сочетании с высокой температурой сильный ветер способствует перегреванию организма, дегидратации кожи. В колодную погоду, особенно при больших морозах, он не только оказывает высушивающее действие, но и приводит к охлаждению, озноблению и отморожению.

Таким образом, различные скорости движения воздуха вызывают неоднозначные изменения жизненных функций организма.

Атмосферное давление на уровне моря в среднем составляет 101,3 кПа (760 мм.рт.ст.). Общее барометрическое давление распределяется между составляющими воздух газами в соответствии с их процентным содержанием. Каждый газ имеет свое парциальное давление. Парциальным давлением называют суммарное давление всех молекул данного газа в объеме.

Давление играет важную роль в функционировании организма. На основании разности парциальных давлений газов в теле человека совершается газообмен. Вся система кровообращения работает по принципу разности гидростатических давлений, которые находятся в коррелятивных связях с внешним давлением. Меняющееся давление в придаточных полостях черепа способствует кровообращению в мозге. Изменения разности давлений между внешней средой и замкнутыми полостями тела сказываются на состоянии человека.

Перепады атмосферного давления вызывают ряд функциональных изменений в организме. Прежде всего они касаются сердечно-сосудистой системы. Так, в нормальных условиях при повышении барометрического давления снижается артериальное давление, возрастает частота сердечных сокращений. При понижении барометрического давления отмечаются противоположные сдвиги. Могут возникнуть признаки кислородного голодания.

Значительные перепады атмосферного давления, гипери гипобария приводят к различным патологическим проявлениям.

Большинство здоровых людей практически не чувствительны к изменениям погоды. Вместе с тем, довольно часто встречаются люди, которые проявляют повышенную чувствительность к колебаниям метеопогодных условий. Таких людей называют метеолабильными. Как правило, они реагируют на резкие, контрастные смены погод или на возникновение метеоусловий, необычных для данного времени года. При этом известно, что метеопатические реакции обычно предшествуют резким колебаниям погоды. Как правило, метеолабильные люди чувствительны к различным комплексам погодных факторов. Однако существуют лица, плохо переносящие отдельные метеорологические факторы. Они могут страдать: циклонопатией (болезненное состояние на погодные изменения, вызванные циклоном), анемопатией (реакции на ветер), аэрофобией (состояние страха на резкие изменения в воздушной среде), гелиопатией (повышенная чувствительность к состоянию солнечной активности) и т. п. Метеопатические реакции связаны с тем, что адаптивные механизмы у таких людей или недостаточно развиты или ослаблены под влиянием патологических процессов.

Субъективными признаками метеолабильности являются: ухудшение самочувствия, общее недомогание, беспокойство, слабость, головокружение, головная боль, сердцебиение, боли в области сердца и за грудиной, повышение раздражительности, снижение работоспособности я т.п.

Субъективные жалобы, как правило, сопровождаются объективными изменениями, происходящими в организме. Особенно чутко реагирует на перепады погоды вегетативная нервная система: парасимпатический, а затем и симпатический ее отделы. В результате появляются функциональные сдвиги во внутренних органах и системах организма. Возникают сердечнососудистые расстройства, происходят нарушения мозгового и коронарного кровообращения, изменяется терморегуляция и т. п. Показателями подобных сдвигов являются изменения характера электрокардиограммы, векторкардиограммы, реоэнце-фалограммы, параметров артериального давления. Увеличивается количество лейкоцитов, холестерина, повышается свертываемость крови.

Метеолабильность обычно наблюдается у людей, страдающих различными заболеваниями: вегетативными неврозами, гипертонической болезнью, недостаточностью коронарного и церебрального кровообращения, глаукомой, стенокардией, инфарктом миокарда, язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки, желчеи мочекаменной болезнью, аллергией, бронхиальной астмой. Часто она появляется после перенесенных заболеваний: гриппа, ангины, воспаления легких, обострения ревматизма и т. п. На основании сопоставления синоптических ситуаций с реакциями организма (биоклиматограмма) стало известно, что наиболее чувствительны к метеофакторам больные с сердечно-сосудистой и легочной недостаточностью по причине возникновения у них спастических состояний.

Механизмы возникновения метеопатических реакций не достаточно ясны. Полагают, что они могут иметь разную природу: от биохимической до физиологической. При этом известно, что местами координации реакций организма на внешние физические факторы являются высшие вегетативные центры головного мозга.

С помощью лечебных и особенно профилактических мероприятий метеолабильным людям можно помочь справиться со своим состоянием.