В чем заключается гигиеническое значение физических факторов воздуха
Гигиена физической культуры и спорта. Учебник
Гигиена изучает связь и взаимодействие между человеком и окружающей его внешней средой, а также влияние внешней среды (природных, бытовых, производственных и социальных факторов) на организм человека. На основании этого гигиена разрабатывает нормативы и санитарные мероприятия по созданию наиболее благоприятных условий многообразной жизни и деятельности человека. В связи с высокой значимостью и актуальностью проблем сохранения здоровья спортсменов и занимающихся оздоровительной физкультурой знания основ спортивной гигиены являются неотъемлемой частью учебного процесса по подготовке специалистов по физической культуре и спорту. Учебник предназначен для студентов факультетов физической культуры, тренеров и методистов по оздоровительным формам физической культуры и спорта. 2-е издание, дополненное. Под редакцией В. А. Маргазина, О. Н. Семеновой, Е. Е. Ачкасова.
Оглавление
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Гигиена физической культуры и спорта. Учебник предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
Глава 2. Гигиена воздуха
Воздух необходим человеку для дыхания. Он играет большую роль в теплообменных процессах организма. Неблагоприятные изменения воздуха могут вызвать значительные нарушения в организме: перегревание или переохлаждение тела, гипоксию, снижение работоспособности, возникновение инфекционных и других заболеваний. Влияние воздушной среды происходит через действие климатических и погодных факторов, которые могут оказывать и косвенное воздействие на человека, изменяя гигиенические свойства жилищ, одежды, почвы и др.
В населенных пунктах и закрытых помещениях воздух постоянно загрязняется и изменяет свои свойства, поэтому возникает необходимость в его санитарной охране от загрязнения и постоянном санитарном контроле его свойств. Важное гигиеническое значение имеет состояние воздушной среды при мышечной деятельности, в том числе и при занятиях физическими упражнениями, что связано с увеличением легочной вентиляции, большим теплообразованием и др.
При гигиенической оценке воздуха учитываются следующие факторы:
1) физические свойства (атмосферное давление, температура, влажность, скорость, направление движения, охлаждающая способность, электрическое состояние, радиоактивность и др.);
2) химический состав (постоянные составные части воздуха и посторонние газы);
3) механические примеси (содержание пыли, дыма, сажи и др.);
4) бактериальная загрязненность (наличие микробов в воздухе).
Поскольку указанные факторы воздушной среды действуют на организм комплексно, в гигиене принято рассматривать воздействие каждого из них лишь условно. Показатели физических свойств воздуха обычно называют метеорологическими факторами. Гигиеническая характеристика воздушной среды дается на основании сопоставления результатов исследований с гигиеническими нормами. При этом учитывается воздействие воздуха на состояние здоровья и работоспособность людей.
В спортивной практике санитарно-гигиеническое исследование воздуха имеет большое значение. Оно позволяет своевременно принять необходимые меры, обеспечивающие оптимальные условия для занимающихся физической культурой и спортом.
2.1. Температура воздуха
Гигиеническое значение температуры воздуха определяется прежде всего ее влиянием на теплообмен организма, который является одним из видов взаимодействия организма с внешней средой. Благодаря совершенству механизмов терморегуляции, контролируемых центральной нервной системой, человек приспосабливается к различным температурным условиям и может кратковременно переносить значительные отклонения от оптимальных температур.
Основная масса тепла теряется с поверхности кожи путем:
— излучения к более холодным окружающим предметам (около 45 %);
— проведения, или конвекции, то есть послойного нагревания воздуха, прилегающего к телу и находящегося обычно в некотором движении (около 30 %);
— испарения влаги с поверхности кожи и слизистых оболочек дыхательных путей (около 25 %).
Приведенные величины теплопотерь являются приближенными и характерны для состояния покоя при комнатной температуре. При высокой или низкой температуре воздуха и во время физической работы эти величины значительно изменяются. Однако, как ни совершенны процессы терморегуляции, при значительных колебаниях внешней температуры они порой не могут обеспечить теплового равновесия организма.
При низкой температуре воздуха вследствие значительной теплоотдачи может возникнуть переохлаждение организма, при котором происходит нарушение кровообращения, снижение сопротивляемости иммунологических свойств организма. Переохлаждение способствует возникновению простудных заболеваний, а также болезней периферической нервной системы, мышц и суставов. Наряду с указанными общими нарушениями могут отмечаться и местные нарушения: отморожение рук, ног, ушей, носа и др. При выполнении физических упражнений в условиях низкой внешней температуры возникает и опасность повреждения мышц и связок, так как при этом уменьшается их эластичность.
В условиях высокой внешней температуры вследствие затруднения теплоотдачи может наступить перегревание организма. У человека, находящегося в покое, нарушения терморегуляции наблюдаются, когда температура воздуха превышает 30–31 °C (при относительной влажности 80–90 %) или 40 °C (при относительной влажности 40–50 %). Естественно, что при выполнении мышечной работы перегревание может возникнуть при более низкой температуре воздуха. Следует учесть, что при температуре воздуха выше 38–40 °C в организме накапливается тепло также в результате нагревающего действия воздуха и окружающих предметов.
В жилых помещениях в зависимости от климатических условий рекомендуются следующие нормы температуры воздуха: для холодного климата — 21 °C, для умеренного и теплого — 18–19 °C, для жаркого — 17–18 °C. Разница в температуре воздуха по горизонтали (от стен с окнами до противоположных стен) не должна превышать 2 °C, а по вертикали (от уровня пола до уровня головы) — 2,5 °C.
Температурные нормы в крытых спортивных сооружениях в соответствии со СНиП 11–76–78 характеризуются следующими величинами. Спортивные залы, рассчитанные на 800 и более зрителей, — + 18 °C в холодный период года при относительной влажности 40–45 % и не выше + 25 °C в теплый период года при относительной влажности 50–55 %. Спортивные залы, рассчитанные на 800 и менее зрителей, — + 18 °C в холодный период года и не более чем на 3 °C выше расчетной температуры наружного воздуха в теплый период года. Спортивный зал без мест для зрителей — + 15 °C. Крытые катки без мест для зрителей — + 14 °C. Стрелковые галереи и огненные зоны крытых тиров, а также стрелковые галереи при открытых тирах при наличии бойниц — + 18 °C. Вестибюли-грелки катков и лыжных баз — + 16 °C.
В крытых плавательных бассейнах температура воздуха следующая: в зале бассейна (с местами для зрителей или без них) на 1–2 °C выше температуры воды в ванне, зал для подготовительных занятий — + 18 °C, вестибюль (для занимающихся) — + 20 °C.
Температура воздуха во вспомогательных помещениях должна быть следующей: в учебных классах, методических кабинетах — + 18 °C, в раздевальнях и душевых — + 25 °C, в массажных — + 22 °C, в санитарных узлах — + 25 °C.
Температурные нормы для занятий спортом на открытом воздухе не установлены, так как на теплообмен организма, кроме температуры воздуха, влияют и другие метеорологические факторы. Нормальная температура тела поддерживается за счет одежды, интенсивной физической нагрузки и зависит от степени закаленности спортсмена.
Тренировочные занятия и соревнования при температуре воздуха выше + 30 °C и ниже — 25 °C проводить не рекомендуется. В случае необходимости проведения занятий следует строго придерживаться гигиенических правил по предупреждению перегревания и отморожений.
2.2. Влажность воздуха
Из-за испарения влаги в воздухе постоянно находится некоторое количество водяных паров, которые обусловливают влажность воздуха. Степень влажности воздуха изменяется в зависимости от ряда условий: температуры воздуха, высоты над уровнем моря, расположения в данной местности морей, рек и других крупных водоемов, характера растительности и др. Находящиеся в воздухе водяные пары, как и другие газы, обладают упругостью, которая измеряется высотой ртутного столба в миллиметрах.
При повышении количества водяных паров в воздухе их упругость возрастает и достигает определенного предела, при котором пары насыщают пространство. Каждой температуре воздуха соответствует определенная степень насыщения его водяными парами.
Превышение предела насыщения воздуха вызывает выделение влаги в виде тумана, росы, инея и т. п. Влажность воздуха характеризуется следующими основными понятиями: абсолютная влажность, максимальная влажность, относительная влажность.
Абсолютная влажность — упругость (мм рт. ст.) или количество водяных паров (г), находящихся в данное время в 1 м 3 воздуха. Максимальная влажность — упругость водяных паров (мм рт. ст.) при полном насыщении воздуха влагой при данной температуре или количество водяных паров (г), необходимое для полного насыщения 1 м 3 при той же температуре. Относительная влажность — отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах, иными словами — процент насыщения воздуха водяными парами в момент наблюдения. Относительная влажность воздуха определяется по формуле:
где О — относительная влажность (%), А — абсолютная влажность (мм рт. ст.), М — максимальная влажность (мм рт. ст.).
От степени насыщения воздуха водяными парами в значительной степени зависят потери тепла. Одна и та же температура воздуха ощущается по-разному в зависимости от степени влажности, оказывающей влияние на процесс испарения с поверхности тела.
Наибольшее гигиеническое значение имеет относительная влажность. Она дает представление о степени насыщенности воздуха водяными парами и указывает на его способность принять дополнительное количество водяных паров при испарении с поверхности кожи. Например, чем ниже относительная влажность воздуха, тем меньше воздух насыщен водяными парами.
Воздействие влажности воздуха на организм главным образом связано с тем, что она существенно влияет на процессы теплоотдачи. Повышенная влажность при высокой внешней температуре способствует перегреванию организма, так как при этом значительно ухудшаются условия теплоотдачи. При температуре воздуха свыше + 25–30 °C основным путем отдачи тепла организмом является испарение пота. Однако организм отдает тепло, только когда пот испаряется с поверхности кожи (при испарении 1 г пота организм теряет 0,6 ккал). При повышенной влажности воздуха испарение пота в значительной мере замедляется, теплоотдача резко снижается. Особенно отрицательно это сказывается при мышечной деятельности, когда организм усиленно вырабатывает тепло, поэтому при выполнении физических упражнений в условиях высокой влажности и температуры воздуха всегда имеется опасность возникновения перегревания организма.
Низкая влажность воздуха при высокой внешней температуре способствует хорошей теплоотдаче и позволяет легче переносить жару (климат Средней Азии, где сухой воздух обеспечивает быстрое испарение пота).
Повышенная влажность воздуха при низкой внешней температуре способствует охлаждению организма, так как при этом усиливается теплоотдача. Это связано с рядом причин. Прежде всего увеличивается потеря тепла, так как повышается теплопроводность воздуха, ибо водяные пары имеют более высокую теплопроводность, чем воздух. Вместе с тем повышается теплопроводность тканей одежды (воздух, находящийся в парах тканей, становится более теплопроводным), и поэтому тепло быстро покидает пространство под одеждой. Длительное пребывание в условиях высокой влажности воздуха и при температуре воздуха ниже — 10–15 °C может привести к переохлаждению организма и вызвать простудные и другие заболевания (ревматизм, туберкулез легких и др.).
Норма относительной влажности воздуха для помещений — 30–60 %. Значительный диапазон данной нормы зависит от температуры воздуха и других условий. Для людей, находящихся в покое, при температуре воздуха + 16–20 °C и небольшом его движении влажность воздуха должна быть не менее 40–60 %. При мышечной деятельности, если температура воздуха находится в пределах + 15–20 °C, влажность воздуха должна составлять 30–40 %, а при температуре + 25 °C — 20–25 %. В спортивных залах (при температуре воздуха + 15 °C) и в залах для подготовительных занятий в бассейнах (при температуре воздуха + 18 °C) относительная влажность воздуха должна быть 35–60 %, а в залах ванн крытых бассейнов (при температуре воздуха + 26 °C) — 50–65 %.
2.3. Движение воздуха
Движения воздушных масс возникают вследствие неравномерного распределения атмосферного давления и температуры воздуха. Движения воздуха характеризуются направлением и скоростью. Учитывать направление движения воздуха необходимо при занятиях многими видами спорта, и прежде всего такими, как парусный, буерный, планерный, парашютный и др. Данные о преобладающем направлении воздуха в определенной местности имеют важное значение при проектировании и строительстве спортивных сооружений: они позволяют правильно выбрать место для спортивных сооружений, а также расположить их с наветренной стороны по отношению к промышленным предприятиям, которые могут загрязнять воздух дымом и газом.
Определение направления движения воздуха может также помочь составить правильный прогноз погоды, который следует учитывать при организации тренировок и соревнований. Например, в европейской части России летом восточные ветры обычно приносят сухую погоду, западные — более прохладную и дождливую; юго-западные — облачность; северо-восточные — ясную погоду. Зимой восточные ветры приносят холодную погоду; западные — теплую; юго-восточные — потепление, осадки; северо-восточные — похолодание, уменьшение осадков.
Направления движения воздуха определяются по той точке горизонта, откуда дует ветер, и обозначаются начальными буквами стран света: С (север), Ю (юг), З (запад), В (восток). Наряду с главными румбами, выделяют промежуточные, находящиеся между ними. Весь горизонт разделяется на восемь румбов: север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад. Обозначая промежуточные румбы, указывают оба румба, между которыми находится данное направление, ставя первым по порядку основной румб. Например, если направление ветра находится между севером и северо-востоком, то такой промежуточный румб называют ССВ (северо-северо-востоком).
Для изучения преобладающих направлений ветров в данной местности используют специальную схему, получившую название «розы ветров». Составив график стран света, откладывают от центра на определенных румбах отрезки, по длине соответствующие числу наблюдающихся ветров за сутки, в процентах к общему числу ветров за данный период. Концы отрезков соединяют прямыми линиями. Отсутствие ветра (штиль) обозначается окружностью в центре графика, радиус которой должен соответствовать количеству дней безветренной погоды. Составленная таким образом «роза ветров» показывает преобладающее направление движения воздуха в данной местности. При проектировании и строительстве спортивных сооружений, используемых круглогодично или в различные сезоны, необходимо учитывать соответствующую этим периодам «розу ветров».
Скорость движения воздуха — существенный фактор, оказывающий значительное влияние на теплообмен человека. Ее значение для теплорегуляции организма необходимо рассматривать совместно с действием температуры и влажности воздуха. При низкой температуре большая скорость движения воздуха способствует охлаждению организма. Ветер вытесняет из-под одежды нагретый воздух и усиливает его движение вокруг тела. При высокой температуре движущийся воздух увеличивает отдачу тепла за счет конвекции и испарения пота. Однако это благоприятное влияние ветра наблюдается в случаях, когда температура воздуха ниже температуры тела. В противоположном случае, если температура воздуха превышает температуру тела, движущийся воздух вместо охлаждения способствует нагреванию организма.
Скорость движения воздуха оказывает определенное нервно-психическое действие. Прохладный и умеренной силы ветер тонизирует организм, а сильный и продолжительный вызывает возбуждение и раздражение. Неприятен для человека и постоянный шум ветра. Сильный встречный ветер препятствует передвижению спортсмена при ходьбе, беге, езде на велосипеде, гребле и т. п. Он также затрудняет дыхание.
В спортивной практике часто возникает необходимость определять и учитывать скорость движения воздуха. Она играет большую роль во время тренировок и соревнований, прежде всего в таких видах спорта, как парусный, парашютный, буерный, планерный и др. При занятиях на открытом воздухе всегда нужно учитывать влияние скорости ветра на теплообмен и нервно-психическое состояние спортсмена. По возможности на тренировках следует создавать условия, исключающие неблагоприятное действие ветра на организм.
Скорость ветра необходимо учитывать при определении спортивных результатов. Так, например, в правилах соревнований по легкой атлетике указывается, что рекорды в беге по прямой и в прыжках в длину не регистрируются, если скорость попутного ветра превышает 2 м/с. Определенное значение имеют данные о скорости движения воздуха при оценке микроклиматических условий в расчетах эффективности вентиляции в закрытых спортивных сооружениях.
В летнее время в зависимости от температурных условий и вида деятельности теплоотдача организма улучшается при скорости движения воздуха 1–4 м/с. Ветер, имеющий скорость выше 6–7 м/с, обычно оказывает раздражающее действие. Для жилых помещений скорость движения воздуха не должна превышать 0,1–0,3 м/с.
Скорость движения воздуха в зонах нахождения занимающихся спортом может быть следующей: в залах ванн крытых бассейнов — 0,2 м/с; в спортивных залах для борьбы, настольного тенниса и крытых катках — 0,3 м/с; в остальных спортивных залах и залах для подготовительных занятий в бассейнах — 0,5 м/с.
Следует также отметить, что на терморегуляцию влияют тепловые (инфракрасные) лучи, идущие от солнца и других нагретых предметов. При высокой температуре окружающей среды тепловые лучи способствуют перегреванию организма, а при низкой температуре инфракрасная радиация помогает поддерживать тепловой баланс.
При наиболее благоприятном сочетании температуры, влажности, скорости движения воздуха и других факторов человек испытывает приятное теплоощущение; у него отмечаются тепловое равновесие и нормальное течение всех физиологических функций. Такие метеорологические условия принято называть комфортом. И наоборот, сочетание метеорологических факторов, которые нарушают теплорегуляцию организма, называют дискомфортом.
Высокая температура и влажность воздуха, отсутствие его движения и значительная интенсивность солнечной радиации являются весьма нежелательными при выполнении физических упражнений. В этих случаях вследствие ухудшения условий теплоотдачи, повышения теплопродукции и большой тепловой нагрузки может быстро наступить перегревание организма.
Низкая температура и высокая влажность воздуха при сильном ветре способствуют значительному охлаждению организма и могут служить причиной различных простудных заболеваний. При занятиях физическими упражнениями в таких условиях появляется опасность возникновения у занимающихся простудных заболеваний и отморожения.
2.4. Атмосферное давление
Окружающий земной шар воздух имеет давление, называемое атмосферным, или барометрическим. Атмосферное давление у поверхности земли постоянно изменяется в зависимости от географических и атмосферных условий, времени года и суток. Но эти колебания не оказывают заметного влияния на здоровых людей. У людей же, страдающих некоторыми недугами (ревматизм, нарушения нервной и сердечно-сосудистой систем и др.), при изменении атмосферного давления могут появиться болевые ощущения, ухудшение настроения, сна и обострение заболеваний. Для спортивной практики изучение изменений атмосферного давления также представляет определенный интерес.
Изучение динамики атмосферного давления может быть использовано для предсказания погоды и внесения соответствующих коррективов при планировании тренировочного процесса, организации соревнований, проведении туристских походов и др. Повышение атмосферного давления в средней полосе нашей страны — обычно предвестник сухой, ясной погоды, а понижение — пасмурной и дождливой. Однако для точного прогноза погоды необходимо, наряду с атмосферным давлением, учитывать также и другие метеорологические факторы.
В последнее время в спортивной практике особое внимание уделяется изучению влияния на организм спортсменов условий, связанных с пониженным атмосферным давлением. Это вызвано главным образом тем, что крупнейшие соревнования (чемпионаты Европы, мира и Олимпийские игры) все чаще стали проводиться в местах с пониженным атмосферным давлением.
По мере увеличения высоты над уровнем моря происходит постепенное падение атмосферного давления. Оно снижается примерно на 30–35 мм рт. ст. на каждые 100–500 м подъема. При падении атмосферного давления происходит снижение парциального давления газов, составляющих воздух, в том числе и кислорода, количество которого уменьшается также и в альвеолярном воздухе.
2.5. Химический состав воздуха
Химический состав воздуха имеет важное гигиеническое значение, так как он играет решающую роль в осуществлении дыхательной функции организма. Атмосферный воздух представляет собой смесь кислорода, двуокиси углерода, азота и инертных газов в определенной пропорции.
Кислород (О2) — наиболее важная для человека составная часть воздуха. В состоянии покоя человек обычно поглощает в среднем 0,3 л кислорода в 1 мин. При физической деятельности потребление кислорода резко возрастает и может достигнуть 4,5–5 и более л в мин. Колебания содержания кислорода в атмосферном воздухе незначительны и не превышают, как правило, 0,5 %.
В жилых, общественных и спортивных помещениях значительных изменений в содержании кислорода не наблюдается, так как в них проникает наружный воздух. При самых неблагоприятных условиях в помещениях отмечалось уменьшение содержания кислорода на 1 %. Такие колебания концентрации кислорода не оказывают заметного влияния на организм. Обычно физиологические сдвиги наблюдаются при снижении объема кислорода до 16–17 %. При уменьшении содержания кислорода до 11–13 % появляется ярко выраженная кислородная недостаточность, вызывающая резкое ухудшение самочувствия и падение работоспособности. Снижение содержания кислорода до 7–8 % может привести к смертельному исходу.
В спортивной практике в целях повышения работоспособности спортсмена и интенсивности восстановительных процессов используется вдыхание кислорода.
Углекислый газ, или двуокись углерода (СО2), — бесцветный газ без запаха, образующийся при дыхании людей и животных, гниении и разложении органических веществ, сгорании топлива и др. В атмосферном воздухе вне населенных пунктов содержание СО2 составляет в среднем 0,04 %, а в промышленных центрах его концентрация повышается до 0,05–0,06 %. В жилых и общественных зданиях при нахождении в них большого количества людей содержание СО2 может увеличиться до 0,6–0,8 %. При наихудших гигиенических условиях в помещениях (большое скопление людей, плохая вентиляция и др.) содержание СО2 обычно не превышает 1 % из-за проникновения наружного воздуха. Указанные концентрации СО2 не вызывают отрицательных явлений в организме.
При продолжительном вдыхании воздуха с содержанием 1–1,5 % СО2 отмечается ухудшение самочувствия, а при концентрации 2–2,5 % обнаруживаются определенные патологические сдвиги. Значительные нарушения функций организма и снижение работоспособности происходят, когда концентрация СО2 составляет 3–4 %. При более высоком содержании углекислого газа в воздухе (10–12 %) наблюдаются случаи потери сознания и смерти. Значительное повышение концентрации СО2 может возникать в аварийных ситуациях в замкнутых пространствах (шахтах, рудниках, подводных лодках, бомбоубежищах и др.) или же в тех местах, где происходит интенсивное разложение органических веществ.
Определение содержания СО2 в жилых, общественных и спортивных сооружениях может служить косвенным показателем загрязнения воздуха продуктами жизнедеятельности людей. Как уже отмечалось, сам по себе углекислый газ в тех концентрациях, в которых он бывает в помещениях (до 1 %), не причиняет вреда организму. Однако параллельно с увеличением содержания СО2 в воздухе помещений наблюдается ухудшение физических и химических свойств воздуха (повышаются температура и влажность, уменьшается количество легких аэроинов, появляются дурнопахнущие газы), поэтому по концентрации СО2 можно судить о санитарном состоянии воздуха в помещении. Воздух в помещениях считается недоброкачественным, если содержание СО2 в нем превышает 0,1 %. Эта величина принимается как расчетная при проектировании и устройстве вентиляции в жилых помещениях.
2.6. Виды загрязнения воздуха. Охрана атмосферного воздуха
Антропогенные загрязнения окружающей среды через атмосферный воздух оказывают на организм человека отрицательное воздействие и вызывают спектр патологических сдвигов самого различного происхождения. Активный процесс урбанизации, развитие промышленности и транспорта также приводит к значительному загрязнению атмосферного воздуха городов, что, в свою очередь, вызывает рост заболеваемости, снижение адаптационных возможностей организма, особенно у детей.