3. Наше самочувствие и погода

Природа позаботилась о том, чтобы хорошо приспособить человеческий организм к окружающей среде и колебаниям ее условий - периодическим (например, суточным, сезонным) и эпизодическим (возникающим время от времени без какой-либо строгой закономерности). Каждый человек обладает определенным "запасом прочности", то есть способностью безболезненно переносить до определенных пределов изменения температуры и влажности воздуха, атмосферного давления, интенсивности естественного и искусственного облучения, обдувания воздушным потоком (ветром), газового состава воздуха, которым мы дышим, и т. д.

Однако "запас прочности" у разных людей далеко не одинаков: он зависит от пола, возраста, состояния здоровья, тренированности и других факторов. У маленьких детей, престарелых и людей, страдающих различными заболеваниями, этот диапазон невелик. Их легко выводит из привычного состояния равновесия резкое изменение погоды, которое на людях здоровых и тренированных никак не отражается. Уже давно замечено, что погода порой сказывается на самочувствии не только отдельных лиц, но и больших групп людей, а медики еще две тысячи лет назад обратили внимание на существование связи между погодой и случаями распространения некоторых видов заболеваний. Великому ученому-врачу древности Гиппократу принадлежат слова: "Если много людей одновременно заболевают одной и той же болезнью, то причину ее следует искать в том, что является общим для всех людей, и в том, чем они чаще всего пользуются. Значит, речь идет о вдыхаемом воздухе".

Именно воздух, его состояние, влияет на самочувствие людей и на их здоровье. Температура и влажность воздуха определяют условия теплообмена человеческого организма, затрагивающего дыхание, сердечную деятельность, кровообращение и кожный покров. Теплообмен органически связан с процессом обмена веществ, который автоматически регулируется через нервную систему.

Важное значение имеет и состояние атмосферного воздуха. Загрязнение воздуха делает его переносчиком болезнетворных бактерий и вирусов, активность и жизнеспособность которых также зависит от температуры и влажности воздуха, то есть от погоды.

Влияние погоды на человеческий организм многогранно и в ряде случаев не до конца выяснено. Его изучением занимаются не только медицина, но и биология, метеорология, а также родственная им наука биометеорология. Различные ученые, стремясь найти объективные показатели воздействия погоды на человека, предложили несколько таких индексов влияния температуры, влажности и ветра. Однако ни один из них не является универсальным.

3.1. Что изучает биометеорология человека?

Биометеорология вообще - междисциплинарная наука. Применительно к человеку она занимается экологическими аспектами его существования, то есть изучает влияние на его жизнь окружающей среды. Один из основных предметов биометеорологии - воздействие на человека климата и особенно колебаний погоды, ее отклонений от обычных, привычных для него значений. Биометеорологов интересуют как периодические (сезонные, суточные), так и непериодические (эпизодически наблюдающиеся) изменения погоды, отражающиеся на здоровье, самочувствии и работоспособности людей.

3.2. Какие метеорологические элементы воздействуют на самочувствие человека в первую очередь?

Прежде всего - это температура и влажность воздуха, которые определяют теплосодержание воздуха. Затем следует назвать ветер, поскольку он создает принудительную конвекцию, благоприятную для человека в теплое время и неблагоприятную - в холодное. Солнечная коротковолновая и излучаемая земной поверхностью длинноволновая радиация также играют важную роль в жизни человека. К важнейшим метеорологическим характеристикам, влияющим на человеческий организм, следует отнести и состояние неба, поскольку оно определяет условия освещенности и количество поступающих на Землю ультрафиолетовых лучей, оказывающих непосредственное воздействие на кожный покров человека. Нельзя забывать и об атмосферном давлении, регулирующем парциальное давление кислорода. Определенную роль играют и состояние магнитного поля Земли, ионизация воздуха, атмосферное электричество. Сама собой разумеется важность опасных для человека явлений, приносящих стихийные бедствия вроде смерчей, шквалов, наводнений, селей и пр.

3.3. Как велика у человека способность к акклиматизации?

У человека как вида способность к акклиматизации чрезвычайно высокая: только человек сумел расселиться во всех климатических зонах Земли - от экватора до полюсов и на всех высотах - от уровня моря до высоты 4500 м. Но у отдельных людей и даже у целых этнических групп эта способность значительно уже. Приспособление, или адаптация, человеческого организма к внешним условиям имеет две формы: генетическую и приобретенную. Генетическая форма адаптации возникла в процессе эволюции, в течение жизни многих поколений. Приобретенная форма адаптации возникает в течение жизни индивидуума, например при переселении в иную климатическую зону. В детстве акклиматизация протекает легче, чем в зрелые годы, но у детей до 1 года она очень ограничена. После 10 лет способность к акклиматизации резко возрастает, достигая максимума между 20 и 40 годами. К старости она снова резко уменьшается.

Сложнее обстоит дело с адаптацией к экстремальным климатическим условиям. Некоторые люди оказываются не в состоянии приспособиться к таким условиям, то есть уровень экстремальности превышает адаптационную возможность их организма. Такому индивидууму надо или переехать в место с более подходящим климатом или же попытаться создать по возможности комфортные искусственные условия. Надеяться на развитие персональной более высокой адаптационной способности, не заложенной в генетическую программу данного человека, бессмысленно. Так, во всяком случае, считают специалисты-биометеорологи, изучающие эту проблему.

3.4. Почему обитателям умеренной зоны трудно жить в жарком климате?

Хотя ряд исследователей считает, что вредное влияние жаркого климата на жителей средних широт не столь значительно, как принято думать, однако сам по себе факт пониженной приспособляемости европейцев к условиям жаркого климата можно считать установленным. Многие европейцы подвержены различным тепловым расстройствам (тепловой удар, циркулярная дистония, нарушение водного обмена, хроническое переутомление, тропический лишай, обезвоживание организма, солнечные ожоги и т. п.). Кроме того, у людей с непигментированной кожей может развиться рак кожи, особенно при длительном солнечном ультрафиолетовом облучении.

3.5. Влияет ли климат на рост и развитие человека?

Хотя решающее влияние на рост и развитие человека оказывает прежде всего питание, климатические условия также играют определенную роль. В странах с жарким климатом половое созревание наступает раньше, чем в странах с холодным климатом. У жителей равнин, переселившихся в высокогорные области, где кислородное давление мало, уменьшаются частота зачатий и рождаемость.

3.6. Существует ли сезонность заболеваний людей?

Вообще говоря, существует, однако статистика заболеваний и смертности имеет еще и социальный, а также возрастной аспекты. Так, в промышленно развитых странах, энергетически хорошо обеспеченных, у зажиточной части населения сезонность заболеваний выражена значительно меньше, чем у бедноты и чем в странах, энергетически обеспеченных плохо. В возрастной группе от 1 года до 25 лет статистика заболеваний не имеет сезонного хода, зато он очень четко проявляется в возрастной группе людей старше 60 лет и у детей до 1 года и менее четко, но все же заметно у людей старше 25 лет.

В странах, где нет эпидемий и преждевременной смертности, с ними связанной, наивысший показатель смертности отмечается зимой и наинизший - летом. Большая часть заболеваний приходится на холодные месяцы года. Это прежде всего сердечно-сосудистые заболевания, бронхиты, грипп и пневмония. Лишь желудочно-кишечные вирусные заболевания преобладают летом. Смертность от злокачественных опухолевых новообразований не связана с сезонами. В целом же заболеваемость и смертность достигают максимума при очень высоких и очень низких температурах воздуха и минимума - в диапазоне температур, соответствующих "зоне комфорта", - от 21 до 23°С. В жаркие периоды теплого полугодия возрастает смертность среди людей преклонного возраста.

3.7. Может ли тот или иной климат предрасполагать к специфическим заболеваниям?

Да, может. Это главным образом инфекционные заболевания, передаваемые через воду и насекомых. У насекомых изотермический, температурно синхронизированный организм, рост и развитие которого очень сильно зависят от температуры и влажности воздуха. Так, малярия, желтая лихорадка, трипаносомоз переносятся насекомыми тропической зоны, для которой характерны высокие температура и влажность воздуха. Сыпной тиф переносится вшами, которые заводятся в тяжелой теплой одежде в антисанитарных условиях. Таким образом, тиф - болезнь холодного климата.

3.8. Что такое "критические температуры" окружающей среды?

Это верхний и нижний пределы диапазона значений температуры, составляющих так называемую зону комфорта, то есть тех значений температур окружающей среды, при которых сохраняется оптимальный тепловой баланс человеческого тела. Другими словами, за пределами критических значений температуры у человека возникает ощущение дискомфорта, он начинает плохо себя чувствовать. Дело в том, что терморегулирование человеческого организма - поддержание постоянной температуры тела (гомеотермия) - при различной температуре окружающей среды и средней температуре тела около 37°С происходит различными путями (испарение, излучение, конвекция, теплопроводность). Но терморегулирование выполняется организмом автоматически, без дополнительных усилий и без неприятных ощущений, только в определенных пределах значений температуры окружающего нас воздуха, то есть когда сохраняется тепловой баланс организма. При достижении критических значений температуры баланс нарушается и возникает ощущение дискомфортности, которое сигнализирует о необходимости тем или иным способом восстановить нарушенное равновесие.

Значения критической температуры у различных людей могут существенно отличаться. Средние значения зоны комфорта 21 - 24°С, нижний предел критической температуры 18°С, верхний 27°С. Следует иметь в виду, что значения температуры для зоны комфорта могут также изменяться в зависимости от влажности воздуха и скорости ветра.

3.9. Что такое эффективная температура (ЭТ)?

Это один из биометеорологических индексов, характеризующий эффект воздействия на человека комплекса метеорологических величин (температура, влажность воздуха и ветер). Конкретно эффективная температура - это то значение температуры, которое должен иметь сухой воздух при штиле, чтобы оказывать на человеческий организм такое же воздействие, как и воздух, обладающий данной влажностью при данной скорости ветра. В жаркую погоду ЭТ влажного воздуха будет выше фактической температуры, а при ветре ЭТ может быть ниже фактической; в холодную погоду при ветре и высокой влажности ЭТ всегда ниже фактической температуры. Определяется ЭТ по показаниям сухого и смоченного термометров, а также по данным о скорости ветра. Обычно пользуются для ее расчета графиками-номограммами или расчетными эмпирическими формулами, довольно сложными, разными у разных авторов, их предложивших.

Ниже указаны значения температуры воздуха при штиле и адекватные им по величине охлаждения значения температуры воздуха при различной скорости ветра.

3.10. Что такое температурно-влажностный индекс дискомфорта (ТВИ)?

Это употребляемый в некоторых странах показатель эффективной температуры, характеризующий наличие или отсутствие условий комфорта. Он определяется по показаниям сухого и смоченного термометров. Считается, что в случае превышения ТВИ некоторого предельного значения наступает дискомфортность. Так, в США предельным значением ТВИ является 70 при вычислении его значения по формуле:

ТВИ = 0,4 (Т_вл + Т_сух) + 15,

где Т_вл - температура влажного термометра в градусах Фаренгейта.

3.11. Что такое ветровой индекс охлаждения (ВИО)?

Это количество тепла, которое атмосфера способна принять от единицы площади поверхности. ВИО характеризует степень охлаждения поверхности человеческого тела под влиянием ветра и температуры воздуха без учета испарения. Охлаждение человеческого организма определяется исходя из средневзвешенной температуры кожи, равной 33°С. Для вычисления ВИО можно воспользоваться формулой, полученной экспериментальным путем:

ВИО = (100_υ + 10,45 - υ)(33 - Т_в), где υ - скорость ветра (м/с), Т_в - температура воздуха (°С).

В Антарктиде, где экстремальные условия - обычное явление, значения ВИО велики. Так, при температуре -25°С и ветре 49 м/с, то есть при условиях, которые на Антарктическом континенте встречаются даже летом, ВИО на несколько порядков больше, чем зимой в умеренной зоне.

ВИО может иметь одни и те же значения при самых различных комбинациях скорости ветра и температуры воздуха. Например, при температуре -6,7°С и скорости ветра 22 м/с охлаждение будет таким же, как и при температуре - 18,9°С и скорости ветра 4,6 м/с.

3.12. Что такое климатический стресс?

Это амплитуда колебаний крайних (наибольших и наименьших) значений температуры и влажности воздуха, наблюдающихся в данной местности в различные сезоны года, или, другими словами,- величина физиоклиматических экстремумов. В северном полушарии наибольшие климатические стрессы отмечаются в районе южной части Красного моря и во внутренних районах Южного Сомали, также значительны они в Судане, где очень жаркие и влажные условия погоды могут резко сменяться очень жаркими и сухими.

3.13. Что такое зона комфорта?

Зоной комфорта называют диапазон значений температуры и влажности воздуха, при которых человек в среднем чувствует себя хорошо. В нормально вентилируемом помещении зона комфорта сохраняется при таких соотношениях температуры и относительной влажности:

 Температуре, °С...........................20 25 30 35 

 Относительная влажность, %................85 60 44 33 

Современные нормы жилищного строительства, учитывающие сохранение зоны комфорта, предусматривают не менее 10 - 12 м³ жилого помещения на человека и скорость вентиляции 250 л/мин, то есть обмен воздуха в течение часа. Такая интенсивность вентиляции необходима, чтобы предотвратить накопление углекислого газа, присутствие которого в помещении в значительном количестве может нарушить ощущение комфорта даже при оптимальном режиме температуры и влажности.

3.14. Что еще может нарушать ощущение комфорта внутри помещений?

В плохо вентилируемых помещениях, и особенно в отапливаемых газом или другими видами топлива, в результате застаивания воздуха накапливаются угарный газ и так называемые аэрозольные тела, ядра конденсации и тяжелые ионы, вредные для здоровья человека. В кухнях и в помещениях, где курят, концентрация таких загрязнений в 10 - 20 раз больше, чем в наружном воздухе. В воздухе переполненных людьми помещений - школьных классов, служебных помещений, вагонов железной дороги, автобусов - в 5 - 10 раз больше болезнетворных бактерий, чем в наружном воздухе.

3.15. Какую максимальную температуру наружного воздуха способен выдержать человек?

В течение очень короткого времени человек может находиться в сухом воздухе при очень высокой температуре. Предельная температура, какую может перенести человек, 160°С. Это было доказано английскими физиками Бланденом и Чентри путем автоэксперимента. В литературе сообщается и о более высоких предельных температурах (170°С, публикация 1828 г., и даже 180°С), но достоверность этих сведений сомнительна. Температуру 104°С человек может терпеть 26 мин, 93°С - 33 мин, 82°С - 49 мин, а 71 °С - 1 ч; установлено это в ходе экспериментов со здоровыми людьми - добровольцами.

3.16. Какую минимальную температуру наружного воздуха способен выдержать человек?

Это зависит от состояния его здоровья и одежды, но главное - от скорости ветра. В Якутии зимой люди часами находятся на морозе, при температуре воздуха ниже -50°С, но они при этом соответствующим образом одеты, а в условиях центральной части зимнего сибирского антициклона обычно наблюдается безветрие. В Антарктиде зимовщикам континентальных станций также довольно длительное время приходится бывать вне помещении, но там сильные морозы нередко сопровождаются сильным ветром. Поэтому теплой ветронепроницаемой одежды там недостаточно, и люди вынуждены надевать маску или закрывать лицо капюшоном меховой куртки (парки). Открытые участки кожи, как установлено специальными экспериментами в Антарктике, начинают замерзать при ветровом индексе охлаждения, превышающем 1400. Персонал научных станций в Арктике и Антарктике, по роду своих занятий вынужденный систематически бывать на открытом воздухе, иногда пользуется электрообогреваемои одеждой, имеющей меньший вес, чем обычная теплая одежда, и менее громоздкой, менее стесняющей движения. Минимальная температура, при которой люди кратковременно бывали на воздухе, составляет -89°С.

3.17. Каков механизм терморегуляции у человека?

Температура тела человека поддерживается на постоянном уровне путем регулирования теплоотдачи тела в зависимости от внешних условий и характера деятельности человека в данный момент.

При снижении температуры наружного воздуха и росте теплоотдачи поступившая в организм пища начинает интенсивно сгорать, что компенсирует теплопотери. Одновременно для уменьшения теплоотдачи сокращаются сосуды в кожном покрове, уменьшается частота дыхания и число ударов сердца в минуту, организм начинает экономнее расходовать энергию.

Повышение температуры наружного воздуха вызывает другие процессы: ускоряется пульс, усиливается поступление крови к кожному покрову, возрастает теплоотдача. Если этого недостаточно, начинается потовыделение, и избыток накопившегося в организме тепла удаляется с потом.

Следует иметь в виду, что теплоотдача организма зависит не только от температуры, но и от влажности наружного воздуха, ветра, радиационного режима, то есть от общей интенсивности процесса охлаждения, а также других факторов, действие которых изучено еще недостаточно (например, от психологического состояния человека, эмоциональных нагрузок и т. п.).

3.18. Может ли меняться температура тела у здорового человека?

Температура тела здорового человека непроизвольно изменяется в течение суток, она может колебаться в зависимости от режима питания, мышечной нагрузки и условий внешней среды (особенно когда последние становятся аномальными). Обычные колебания температуры тела у здорового человека при нормальных условиях внешней среды составляют доли градуса, но у отдельных людей могут достигать нескольких градусов.

3.19. До каких пределов может опускаться температура тела человека при охлаждении?

Температура поверхности кожи у человека, за исключением нескольких наиболее чувствительных ее участков, обычно на 2 - 5°С ниже, чем внутри тела, то есть находится в пределах 31 - 35°С. Если при длительном охлаждении температура кожи становится ниже 29°С, появляется дрожь, при которой организм выделяет тепла больше обычного. При понижении температуры кожи до 27°С у большинства людей наступает кома. Некоторые люди, как правило это северяне, переносят охлаждение тела до 25 и даже до 24°С. Сердце человека способно работать и при температуре несколько ниже 24°С. Смерть обычно наступает при понижении температуры до 21 °С. Но известны случаи, когда люди с температурой тела 28°С были в состоянии ходить и разговаривать; осмысленная речь у отдельных индивидуумов отмечалась при температуре 26 - 24°С.

3.20. Что такое летальная температура?

Это предельные значения температуры тела животных; когда температура выходит за эти пределы, животные погибают. Разность между верхней и нижней летальной температурой для большинства млекопитающих и птиц составляет 15 - 25°С. Для человека нижняя летальная температура считается равной 24 - 25°С, а верхняя - 43 - 44°С. Могут, однако, наблюдаться отдельные случаи выживания человека после достижения указанных летальных температур, но для этого необходимы исключительные условия. Такие случаи крайне редки, но все же описаны в литературе.

Медицине известны достоверные случаи выздоровления людей после повышения температуры до 43,5°С (а по другим источникам - даже до 45°С). В Лондоне в 1875 году больной выжил якобы даже после повышения температуры до 46°С. Однако, как правило, повышение температуры тела до 42 - 43°С заканчивается смертью больного.

В Чикаго в 1951 году молодая женщина, температура тела которой была всего 18°С, выжила, хотя ей и пришлось ампутировать обе ноги. Но этот исключительный случай - в известной мере загадка медицинской практики.

3.21. К каким заболеваниям приводит перегрев организма?

Избыточное тепло внешней среды может привести к тепловому истощению либо к тепловому удару. Последствия теплового истощения менее опасны, чем теплового удара, но оба заболевания следует считать серьезными, требующими врачебной помощи. Перегрев организма влечет за собой нарушение работы механизма терморегуляции, а это ведет к нарушению функций кровообращения и некоторых центров головного мозга. Чем скорее будут восстановлены эти функции, тем менее опасны будут последствия заболеваний.

3.22. Что представляет собой тепловой баланс тела человека?

Известно, что температура поверхности тела человека в зависимости от внешних условий и его состояния может меняться в значительных пределах, превышающих 20°С. Соответственно меняется теплоощущение.

Экспериментальным путем установлено, что при температуре поверхности тела ниже 29°С подавляющее большинство людей начинает ощущать холод, а при температуре выше 34,5°С - чрезмерное тепло. Наиболее комфортная температура поверхности тела - 33°С.

При стабильной температуре поверхности тела тепло-ощущение человека остается неизменным, приток и расход тепла в организме оказываются сбалансированными. Тепловой баланс тела человека можно выразить в виде уравнения; составляющими его членами будут: радиационный баланс поверхности тела Р, теплопродуктивность организма М (определяемая в среднем количеством и калорийностью пищи, усвоенной в данный момент времени), затраты тепла на испарение И, турбулентный поток тепла от поверхности тела Т. Таким образом: Р + М = И + Т.

Это упрощенное выражение уравнения теплового баланса не учитывает такие относительно малые члены, как, например, потеря тепла при дыхании. Она приобретает сколь-либо существенное значение только при низких температурах воздуха. Кроме того, тепловой баланс тела человека в одежде будет определяться также теплоизолирующим влиянием одежды и его выражение приобретет более сложный вид.

3.23. Как изменяются в течение года отдельные составляющие теплового баланса человеческого тела?

По данным исследований М. И. Будыко, в условиях умеренной зоны Европейской части страны летом главным источником тепла для человека является приход коротковолновой радиации. Основные затраты тепла в условиях теплой летней погоды составляют затраты на испарение, которые могут составить до 75 - 80% всех затрат тепла. Зимой, в условиях низких температур наружного воздуха, резко возрастает роль турбулентной теплоотдачи. Последняя может составить до 50 - 60% общих затрат тепла. В этом случае на долю испарения останется менее половины затрат, а при сильных морозах - и того меньше: до 20 - 25%.

9. Границы зоны благоприятного теплового режима

3.24. Как велика зона благоприятного для человека теплового режима в Европейской части нашей страны?

Летом эта зона, по данным М. И. Будыко, очень обширна - она простирается от южного побережья Белого моря до западных отрогов Кавказского хребта и южной оконечности Уральских гор на юго-востоке. Границами этой зоны являются изолинии 29°С и 34,5°С, представляющие средние температуры поверхности тела одетого человека в июле (жирные сплошные линии на рис. 9). Для неодетого человека северная граница зоны благоприятного термического режима проходит приблизительно вдоль 60-й параллели, от Ленинграда на восток, то есть на 400 - 500 км южнее, чем для легко одетого человека. На том же рисунке она показана пунктирной линией.