ЧЕЛОВЕК И ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ СРЕДЫ

ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ

П р о б л е м а. Почему эпидемии гриппа начинаются в тот период зимы, когда наступает оттепель? При каких условиях во время оттепели эпидемия не наступает?

Что человек переносит легче - холод или жару?

Под леденеющим северным ветром, под жарким тропическим солнцем термометр во рту человека показывает немного меньше 37.0С, под мышками на несколько десятых градуса ниже. У некоторых людей нормальная температура тела может отклонятьс я от 37.0С на полградуса и более. Кроме того, у всех наблюдаются суточные колебания температуры с максимумом в вечерние часы и с минимумом рано утром.
Человек приспосабливается к жаре лучше, чем обыкновенно думают: в южных странах нередко в тени наблюдается температура 46.0 и даже 55.0С. В Долине смерти в Калифорнии установлена температура в 57.0С. Зарубежными учеными проводились с пециальные опыты для определения наиболее высокой температуры, которую человеческий организм способен выдержать в сухом воздухе. Температуру 71.0С обычный человек выдерживает в течение 1 часа, 1040С - только 26 минут. Однако в литературе описаны совершенн о невероятные случаи. Во Франции, в XVIII веке женщина находилась в печи при температуре 132.0С в течении 12 минут. Английские физики Благден и Чентри в порядке добровольного эксперимента находились в печи хлебопекарни при температуре 160.0С.
При пребывании человека в горячей воде возможность отдачи тепла путем испарения пота исключается. Поэтому переносимость высоких температур в водной среде значительно ниже, чем на сухом воздухе. "Рекорд" в этой области принадлежит турку, который мог с головой окунуться в котел с водой при температуре +70.0С.
Еще совсем недавно считалось, что если в течение 5-6 минут не вытащить из воды утонувшего человека, он неизбежно погибнет. Однако в холодной воде это время может быть значительно больше. В американском штате Мичиган был зарегистри рован случай, когда юноша провалился под лед замерзшего озера и был извлечен оттуда только через 38 минут. Его вернули к жизни с помощью искусственного дыхания чистым кислородом. Во время Великой Отечественной войны сержант П.Голубев за 9 часов проплыл в ледяной воде 20 км.
Устойчивость к холоду в значительной степени зависит от того, занимается ли человек регулярно холодовым закаливанием. Закаливание организма не имеет абсолютных противопоказаний. При правильном применении оно помогает организму при различных заболеваниях.
При многих заболеваниях человека повышается температура (лихорадка). Это средство повышения устойчивости организма, фактор, способствующий выздоровлению. Еще в 1860-1870 гг. медики обращали внимание на то, что увлечение жаропонижающими средствами ведет к ухудшению течения заболевания. Последними исследованиями доказано, что вирус гриппа хорошо размножается при температуре 35.0С, плохо- при 37.0С и совсем не размножается при 40.0С. Механизм действия высокой температуры не ограничивается подавлением вируса или бактерий. Повышение температуры одновременно стимулирует другой важный фактор иммунитета - образование специфических белков, блокирующих размножение вирусов. В то же время известно, что наиболее опасные инфекции, которые как п равило, заканчиваются смертью, часто протекают без температуры. Если температурная реакция не выходит за пределы угрожающей, жаропонижающие средства больному гриппом или ОРЗ принимать не следует.
Чрезмерная реакция организма на вирус гриппа или другой инфекционный возбудитель может быть опасной для человека, когда температура переходит границу 40.0С.
Температура природной среды, в которой живет человек, должна находиться в определенной стабильности. Непрерывное строительство источников теплового загрязнения атмосферы: заводов, электростанций, жилых районов, в результате постоя нных утечек тепла, приводит к изменениям температуры в окружающей среде. Более того, компьютерное моделирование позволило составить неутешительный прогноз. В результате разрушения озонового экрана атмосферы в ближайшем будущем ожидается повышение средней температуры на 5-6.0С, что может привести к катастрофическим последствиям за счет таяния ледников и повышения уровня Мирового океана на 1-1,5 м. Насколько этот прогноз оправдается, покажет будущее, но уже сегодня необходимо задуматься о том, как стабилиз ировать тепловой режим в тропосфере.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ

П р о б л е м а. Один арабский ученый, когда он был еще студентом, служил секретарем шейха. Его отец внезапно умер. На похороны отца необходимо было вызвать брата, живущего в другой стране, с которой не было никакой связи. Ученый обратился к шейху за помощью. Сложность ситуации заключалась еще и в том, что похороны были назначены на другой день. Шейх пообещал помочь... и брат на другой день приехал. Брат объяснил, что вчера внезапно он почувствовал сильную боль в области сердца и пришло сильное тревожное впечатление, что случилось что-то с отцом. Никаких телеграмм он не получал. Предложите объяснение этому факту.

Как воздействуют на человека электромагнитные поля?

Как ни странно, но многие исследователи до недавнего времени не верили в возможность восприятия человеком электромагнитных полей (ЭМП). ЭМП создаются любыми электрическими приборами (телевизор, холодильник, утюг, люстра, радио и д р.). С целью проверки возможности возникновения ощущений у человека при воздействии ЭМП были проведены опыты. Испытуемый сидел в кресле в затемненной и заглушенной камере. Его правая рука размещалась внутри камеры с электромагнитом. Экспериментатор, нахо дившийся вне камеры, 6-10 раз за опыт включал электрический ток. При возникновении ощущения (тяжесть, покалывание) испытуемый давал сигнал экспериментатору. Оказалось, что некоторые люди достоверно отличают время действия ЭМП.
Если на голову человека подействовать переменным магнитным полем, то может возникнуть ощущение вспышек света. Австралийский врач Л.Лэк использует сильное освещение для лечения бессонницы. Пациенты доктора Лэка перед сном смотрят т елевизор в течение четырех часов, причем на них направлен яркий светильник. Все прошедшие такое освещение два вечера подряд начинают вставать примерно на полтора часа позже. Полезный эффект длится как минимум неделю, а то и дольше, и это без всяких снотв орных. А вот другой случай. Тридцатипятилетняя китаянка вдруг почувствовала себя плохо: резко повысилась температура, сильно заболела голова. Когда она обратилась в больницу, врачи обнаружили, что она испускает электрические заряды. Вольтметр показывал н апряжение 120 вольт - пациентка заставила светиться даже электрическую лампочку. Следовательно, человек не только воспринимает ЭМП, но и излучает их.
Тайна точек акупунктуры не перестает волновать исследователей. В Российском научном центре хирургии выдвинули гипотезу о том, что точки акупунктуры - это выходы наружу какого-то другого, особого канала передачи электричества в орг анизме, существующего помимо нервных путей. В опыте по руке испытуемого пропускали ток - в одном случае через пару наложенных на кожу электродов, а в другом через иглы, погруженные в точки акупунктуры. Замеряя возникающее вокруг руки слабое магнитное пол е, ученые заметили, что картина его распределения в обоих случаях совсем разная. Как Вы думаете, значит ли это, что электрический ток, подведенный через "особые" точки, действительно идет внутри нашего тела какими-то иными, неведомыми путями?
Пристальное внимание экологов привлекают последствия воздействия ЭМП на организм человека. Ныне в западных странах установлен лимит 10 мВт/см2. Однако по оценкам некоторых специалистов он явно нарушен. Нельзя забывать, что мы живе м в мощном ЭМП, сила которого превышает интенсивность естественных ЭМП. Среди страдающих раком крови слишком много электромонтеров и радиотехников. У детей, живущих недалеко от линий высокого напряжения, число заболеваний в 2 раза больше, а растут они ме дленнее. ЭМП вызывают нарушение сна и появление экзем. В газетах США в 80-х годах появилось сообщение о том, что 54-летний Р.Краббехорф пережил 7 инфарктов и 2 паралича. Хотя его родители прожили соответственно 89 и 82 года, он должен глотать дюжину пилю ль ежедневно. Он утверждает, что его проблемы возникли после двухлетнего пребывания во время второй мировой войны в армии в качестве обслуживающего радар. В результате облучения микроволнами его коричневые волосы стали красными.
ЭМП проникают в наш организм прямым путем, минуя органы чувств, напоминая еще раз, что мы связаны со средой. Необходимы дальнейшие исследования в области профилактики воздействия ЭМП на организм человека.

ШУМ

П р о б л е м а. Часто после концертов рок-музыки молодые люди совершают разрушения в общественных местах (разгром электричек и др.). Как по-вашему, связано ли это с музыкой и возможна ли какая-либо профилактика антиобщественных д ействий?

Почему музыка лечит и разрушает?

Сегодня шум - один из важных факторов вредного влияния нашей цивилизации на окружающую среду. Интенсивность звука измеряют по международной договоренности в децибелах. Днем в городах допускается шум силой 35-70 дБ, ночью - 35-50 д Б.
Шум небезразличен для организма. Он может вызвать психические реакции, отклонения нервной системы, повреждение слуха, а при высоких уровнях громкости - болезнь и смерть. Реакция на шум во многом зависит от особенностей личности, п оэтому трудно указать точную границу, выше которой шум вызывает определенные последствия. Воздействие шума высокой интенсивности на организм уже довольно хорошо изучено, но о том, как сказывается на человеке длительное воздействие шума средней интенсивно сти - а именно ему подвергается сейчас большинство населения,- известно мало.
Ученые различают следующие градации действия шума.

  1. Мешающее действие. Оно растет с увеличением громкости, но зависит от индивидуального восприятия. Мешающее действие звука может быть связано и с информацией, которую он несет: так, заснувшая мать может не услышать раскатов грома за окном, но тихий, еле слышный плач ребенка мгновенно ее будит. Как помеха, может восприниматься шум с уровнем уже 25 дБ.
  2. Активация, возбуждение нервной системы. Этот тип воздействия шума характеризуется повышением давления крови, частоты дыхания и пульса. Порог этих реакций лежит довольно высоко, начиная с 70-75 дБ. При отдыхе нервная система нах одится на среднем уровне активации. Звуковые раздражители могут резко поднять этот уровень, помешать снятию напряжения. Шум действует активирующе, он нарушает фазу засыпания вечером. Особенно мешает немонотонный шум с большими скачками громкости, наприме р, от самолетов, проезжающих машин; разговоры, радио.
  3. Влияние на работоспособность. Научные исследования показали, что привычные и ожидаемые шумы не ухудшают выполнения заученных умственных и двигательных действий. Но шум, особенно неожиданный, может снижать результативность выпол нения заданий, требующих большой концентрации внимания. Проще говоря, если музыка небольшой и средней громкости может действовать на нас за работой положительно, то нежелательные шумы могут снижать и ослаблять производительность труда.
  4. Помехи для передачи информации и нарушения общей ориентации в звуковой среде. Разборчивость речи, акустическая ориентация в окружающей среде нарушаются при шуме тем сильнее, чем выше его уровень. Спокойный разговор на расстояни и 1 м имеет громкость 55 дБ, разговор на "повышенных тонах" - 65 дБ. Чем больше расстояние между говорящими, тем меньше должен быть уровень шума. В помещениях, предназначенных для речевого общения, уровень мешающих шумов не должен превышать 35-45 дБ.
  5. Постоянное воздействие шума может вызывать глухоту. Опасность постоянной глухоты возникает в том случае, если на человека много лет ежедневно в течение 8 часов действует шум со средним уровнем выше 85 дБ. Больше всего страдают люди, работающие в черной и цветной металлургии, текстильной промышленности и строительстве. Здесь отмечаются шумы интенсивностью свыше 100 дБ.

В наше время на человека в течение дня воздействуют самые разнообразные шумы. Если к тому же и после работы мы проводим свободное время под громкие звуки магнитофона или телевизионного детектива, состояние напряжения не покидает н ас и в период отдыха. Но не зная, что физиологические реакции организма зовут нас в ответ на шум к быстрым и активным действиям, мы, как правило, неподвижно сидим в мягком кресле, не позволяя организму активно отреагировать. Напряжения, накапливающиеся з а много лет таких бессмысленных ситуаций, могут повредить здоровью и подготовить почву, например, для язвы желудка или инфаркта. Так что же делать?

РАДИАЦИЯ

П р о б л е м а. Какие изменения у живых организмов и человека могут служить индикаторами повышенного радиоактивного фона на данной местности?

Какие изменения произойдут с живыми организмами, если "убрать" радиоактивное излучение из окружающей среды?

До недавнего времени жители бразильского города Гуарапари не подозревали, что ежечасно они получают дозу атомной радиации, в 26 раз превосходящую дозу среднего европейца. Городок Гуарапари - это курорт на берегу Атлантического оке ана. Никто не подозревал, что пески пляжа наиболее радиоактивны. За час пребывания на пляже каждый отдыхающий получает в 250 раз больше облучения, чем тот же отдыхающий на пляжах Европы.
Атомная радиация - это физический фактор, который постоянно присутствует в окружающей нас среде и непрерывно воздействует на живую и неживую природу. Естественный радиоактивный фон образуют гамма-лучи земного происхождения, внутре нние излучатели организма, поступающие в него вместе с пищей, космическое излучение, излучение радона и тарона. Окружающий мир пронизан атомной радиацией.
Многочисленные исследован&egra ve;я на мышах и крысах достоверно показали, что облучение в малых дозах не приводит к снижению продолжительности жизни животных. В минимальных дозах облучение не сокращало, а увеличивало продолжительность жи зни животных. Исследования радиобиологов подтвердили, что под влиянием малых доз облучения активируется иммунная система. Были поставлены эксперименты в специальных камерах, защищенных от внешнего гамма-излучения, результаты которых однозначны: животные, лишенные нормального радиоактивного фона, развиваются медленнее и живут меньше, чем животные, находящиеся в условиях естественного радиоактивного фона.
А как действуют большие дозы радиации? Если облучение большими дозами происходило за секунды, минуты или даже часы, то возникало острое облучение. При очень больших дозах (десятки кЗв), помимо всех тканей поражается центральная не рвная система. Наступает быстрая смерть в течение 1-2 часов. При достаточно высоких дозах (1-10 кЗв) в течение 1-2 часов наступает тяжелое коматозное состояние со смертельным исходом через 1-2 дня. В широком диапазоне доз от 2 до 10 Зв наступает лучевая болезнь.
Атомная радиация в дозе 1 Зв снижает продолжительность жизни. Для человека со средней продолжительностью жизни 70 лет можно ожидать, что облучение достаточно большой популяции людей в дозе 1 Зв сократит среднюю продолжительность ж изни примерно на 3 года. Среди причин смертности населения на первом месте стоят сердечно-сосудистые заболевания, на втором - злокачественные опухоли.
Среди жителей Хиросимы и Нагасаки, переживших бомбардировку, но получивших облучение в дозах 1-3 Зв было выявлено, что пропорционально повышению дозы облучения повышается процент заболевающих раком. При облучении атомной радиацией наиболее часто возникают лейкемия, рак легких, рак груди у женщин, может возникнуть полная стерильность. При облучении в 1 Зв достаточно большой популяции людей следует ожидать на тысячу новорожденных появления 3-6 с наследственными повреждениями.
Хроническое облучение человека в достаточно высоких дозах может произойти в случае выброса в окружающую среду радионуклидов в результате взрыва ядерного оружия или крупной аварии на атомном реакторе. Выброшенные в окружающую среду ради онуклиды распространяются на тысячи километров, заражая все живое. При хроническом облучении доза накапливается в организме со временем. Кроме того, чем меньше ежедневная доза и чем больше промежутки между облучениями, тем большая суммарная доза становит ся вредной. Если при остром облучении доза в 5 Зв для человека смертельна, то 10 раз по 0,5 Зв с перерывами между облучениями окажутся менее вредными, они вызовут лучевую болезнь. Смертельной окажется доза, в 2-3 раза превосходящая дозу при остром облуче нии. При хроническом облучении населения наибольший вред здоровью наносят радионуклиды, попадающие с пищей внутрь организма. Поэтому необходим тщательный радиационный контроль пищевых продуктов.
Перед радиационной экологией встают ответственные задачи глубокого исследования экологических последствий на территориях с измененным фоном радиации, например, в результате аварии на Чернобыльском реакторе. Наряду с этим, важно не только изучение естественных изменений, но и прогнозирование возможных радиоактивных отклонений на определенных территориях с целью защиты людей.

Задание.

По материалам прессы, научно-популярных журналов и книг выпишите несколько проблем, возникающих при взаимодействии человека с атомной радиацией, и предложите их решения.

МЕХАНИЗМЫ ЗАЩИТЫ ОТ ХОЛОДА

КАК ВОЗНИКЛА ПРОБЛЕМА

Биохимические реакции в организме нормально идут при температуре 360С. При температуре ниже нуля происходят необратимые разрушения живых клеток - замерзает вода, которой в организме очень много, и кристаллики льда просто разрушают клетки. У этого правила есть немало исключений. Например, обитающие в Арктических широтах волосатые гусеницы до 10 месяцев находятся при температуре -500С, а затем возвращаются к жизни. Многие животные, населяющие приливную зону северных морей,- такие к ак усоногие раки, двустворчатые моллюски и береговые улитки - замораживаются при отливе, когда температура воздуха отрицательная.

СУЩНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

Какие механизмы обеспечивают выживание живых организмов в условиях замораживания?

Проведите вепольный анализ и предложите гипотезы для объяснения механизмов анабиоза (временного прекращения жизнедеятельности).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Американские ученые провели исследования механизмов защиты целостности клеток при минусовых температурах. В результате выяснилось, что таких механизмов три. Во-первых, образование льда в клеточных жидкостях идет таким образом, что бы кристаллики росли медленно и чтобы размеры их были небольшими - при этом минимален риск "прокалывания" клеточных мембран. У живых организмов при понижении температуры во внеклеточную жидкость выделяются особые белки, которые становятся центрами криста ллизации льда. А для того, чтобы мелкие кристаллы постепенно не сливались, организм использует собственные антифризы.
Во-вторых, даже при самой низкой температуре должны сохраняться внутренние структуры и функции клеток. Лед представляет собой кристаллическую фазу чистой воды, при его образовании вне клеток из состава кристалла исключаются соли, у глеводы и белки. Их концентрация во внеклеточной жидкости все более возрастает. Возникает "стресс" - так как концентрация веществ внутри клетки становится меньше. В ответ на "стресс" вода выходит из клеток наружу, а растворенные вещества из внеклеточной среды поступают внутрь. Этот процесс останавливается, когда концентрация растворенных веществ достигает такой величины, что дальнейшее образование льда прекращается. Для защиты клеток от таких "стрессов" животные используют криопротекторы вещества, пред отвращающие повреждения из-за значительных изменений объема клеток при замораживании.
Третий механизм выживания при замораживании должен поддерживать жизнеспособность клеток. При низкой температуре тела автоматически уменьшается интенсивность внутриклеточного обмена веществ. Поэтому клетки должны обладать хорошо ра звитой способностью не погибать без кислорода, питательных веществ. Мозг человека после прекращения кровоснабжения может жить не более трех минут, затем начинаются необратимые изменения его тканей. Изолированная почка или сердце, предназначенные для тран сплантации, могут сохраняться на льду в течение 6-12 часов. А лесные лягушки в экспериментах обычно оживали после 1-2 недель непрерывного пребывания в замороженном состоянии (рис. 18).
Установлено, что некоторые животные могут снижать интенсивность обмена веществ до 10% и даже до 1% от нормального уровня в состоянии покоя. Десятикратное снижение интенсивности обмена веществ обеспечивает животному десятикратное у величение периода времени, в течение которого жизнь поддерживается за счет ограниченных запасов питательных веществ, имеющихся в теле.
Какое практическое значение имеют результаты этих исследований?
Для защиты от повреждений при замораживании белки-центры кристаллизации обеспечивают формирование мелких кристаллов льда, а белки-антифризы препятствуют образованию крупных. Трегалоза стабилизирует клеточные мембраны. Криопротекто ры уменьшают изменения объема клетки.

РАДИОАКТИВНЫЙ КВАРТИРАНТ

П р о б л е м а. Какие физические факторы могут оказывать влияние на здоровье людей в квартире? Как их можно обнаружить?

Почему необходимо регулярно проветривать жилые помещения?

О трагических последствиях длительного пребывания в воздушной среде с высокой концентрацией радона было известно еще в XVI веке (когда о самом газе ничего не было ведомо). В поселке рудокопов в горах Южной Германии женщины выходил и замуж по несколько раз: мужей уносила загадочная скоротечная болезнь - "горняцкая чахотка". Практиковавший в тех местах врач Агриккола, прославившийся как основоположник горных наук, упоминает в своих трудах о существовании в рудниках забоев, где без и нтенсивной вентиляции люди испытывали одышку и усиленное сердцебиение, а замешкавшиеся теряли сознание и погибали. Причем ни на вкус, ни на нюх в воздухе не обнаруживалось каких-либо примесей. Агриккола считал, что людей губят потревоженные горные духи.
До недавнего времени население промышленно развитых стран было твердо уверено, что главный источник ядерной радиации - это выбросы ядерной промышленности и ядерные взрывы. Но в 80-е годы выяснилось, что и вдали от ядерных предприя тий, в местности, где нет и не было никаких шлейфов от радиоактивных выпадений, большое число людей, находясь у себя дома, подвергаются серьезной опасности облучения. Оказалось, что в воздухе некоторых жилищ концентрация радиоактивного газа радона может быть недопустимо высокой. А если наглухо закрыть окна и выходные двери, то станет еще хуже, концентрация радона возрастает.
В результате распада радона (Rn222) в воздухе образуются короткоживущие радиоактивные изотопы полония, свинца и висмута, которые чаще всего прикрепляются к микроскопическим пылинкам-аэрозолям. Поверхность легких составляет несколь ко десятков квадратных метров. Это хороший фильтр, осаждающий радиоактивные аэрозоли, которые таким образом устилают их поверхность. Основной медико-биологический эффект - рак легких. Средняя концентрация радона в жилых домах США - 20-25 Бк/м3. Для людей , постоянно живущих в домах с концентрацией радона 200-250 Бк/м3, он становится основной причиной рака.
Поиски путей проникновения радона в жилые помещения обнаружили совершенно неожиданную картину. Оказалось, что непосредственно под поверхностью грунта, на глубине всего 1-2 м, воздух, содержащийся в порах, насыщен радоном с типично й концентрацией 30-40 тыс. Бк/м3. Другими словами, наши дома построены на губке, пропитанной радоном. Наш дом, по сути дела,- коробка для улавливания радона, "выдыхаемого" землей. На открытом воздухе, где радон может уходить вверх, его концентрация гораз до меньше. Оказалось далее, что дом большую часть года еще и "подсасывает" воздух: в помещении теплее, чем на улице, возникает тяга, как в печной трубе, доставляющая дополнительные порции радона.
Каждый человек и каждая семья уже сейчас имеет мощный резерв в борьбе с радоном и, тем самым, раком легких. Речь идет о курении. На курящих радон действует в 10 раз сильнее, чем на некурящих. Есть и другой резерв: менять тепло на здоровье. Чаще проветривая помещение, вы уменьшаете концентрацию радона в своем доме.