Влияние атмосферного давления на организм человека

Введение

 Ещё в глубокой древности человек замечал, что воздух оказывает давление на наземные предметы, особенно во время бурь и ураганов. Он пользовался этим давлением, заставляя ветер двигать парусные суда, вращать крылья ветряных мельниц. Однако долго не удавалось доказать, что воздух имеет вес. Только в XVII веке был поставлен опыт, доказавший весомость воздуха. В Италии в 1640 году герцог Тосканский задумал устроить фонтан на террасе своего дворца. Воду для этого фонтана должны были накачивать из соседнего озера, но вода не шла выше 10.3м. Герцог обратился за разъяснениями к Галилею, тогда уже глубокому старцу. Великий ученый был смущен и не нашелся сразу, как объяснить это явление. И только ученик Галилея, Торричелли Э. после долгих опытов, доказал, что воздух имеет вес, и давление атмосферы уравновешивается столбом воды в 32 фута, или 10.3м. Он пошел в своих исследованиях ещё дальше и в 1643 году изобрел прибор для измерения атмосферного давления - барометр. Вот и возник у меня вопрос, что же такое атмосферное давление и как оно отражается на человеке.

 Тема исследования: «Влияние атмосферного давления на организм человека».

 

1. Безопасная (индифферентная) – высота 0-2 км (интервал давлений 760-596 мм рт. ст., 101325-79268 Па; среднее давление 676 мм рт. ст., 89908 Па), отсутствие нарушений физиологических функций организма, и существенных изменений в состоянии организма человека,

2. Легкая (полной компенсации) – высота 2-4 км (интервал давлений 596-462 мм рт. ст., 79268-61446 Па; среднее давление 528 мм рт. ст., 70224 Па), некоторые нарушения деятельности сердечно-сосудистой системы, органов чувств, которые, благодаря мобилизации резервных сил организма, быстро проходят.

3. Средняя (неполной компенсации) – высота 4-6 км (интервал давлений 462-354 мм рт. ст., 61446-47082 Па; среднее давление 407 мм рт. ст., 54131 Па), ухудшение общего самочувствия человека.

4. Тяжелая (критическая) – высота 6-8 км (интервал давлений 354-267 мм рт. ст., 47082-35511 кПа; среднее давление 309 мм рт. ст., 41097 Па), серьезные функциональные расстройства организма человека.

5. Смертельная – высота более 8 км (интервал давлений 267 мм рт. ст. и менее, 35511 кПа и менее), человек может находиться на этой высоте без дыхательного аппарата короткое время.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. История исследования атмосферного давления

  Первым атмосферное давление измерил итальянский ученый Эванджелист Торричелли в 1643 году. Развивая учения Г. Галилея, Э. Торричелли после долгих опытов, доказал, что воздух имеет вес, и давление атмосферы уравновешивается столбом воды в 32 фута, или 10.3м. Он пошел в своих исследованиях ещё дальше и позже изобрел прибор для измерения атмосферного давления - барометр.

 Атмосферное давление - давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и на земную поверхность. В каждой точке атмосферы атмосферное давление равно весу вышележащего столба воздуха с основанием, равным единице площади. С высотой атмосферное давление убывает. В соответствии с международной системой единиц (система СИ) основной единицей для измерения атмосферного давления является гектопаскаль (гПа), однако, в обслуживании ряда организаций разрешается применять старые единицы: миллибар (мб) и миллиметр ртутного столба (мм рт.ст.). Нормальным атмосферным давлением (на уровне моря) принято значение 760 мм ртутного столба (мм. рт. ст.). Измеряют атмосферное давление для того, чтобы с большей вероятностью предсказать возможное изменение погоды. Существует прямая связь между изменениями давления и изменениями погоды. Рост или понижение атмосферного давления с некоторой вероятностью может служить признаком изменения погоды.

Атмосфера - воздушная оболочка Земли, высотой несколько тысяч километров.

Рис. 1 Атмосфера Земли.

 

 Земная поверхность и все тела на ней испытывают давление толщи воздуха, т.е. испытывают атмосферное давление. Ученый Э.Торричелли предположил, что высота столба жидкости уравновешивается давлением воздуха. Зная высоту столба и плотность жидкости, можно определить величину давления атмосферы. Правильность предположения Э.Торричелли была подтверждена в 1648г. опытом Б.Паскаля на горе Пью-де-Дом. Б.Паскаль доказал, что меньший столб воздуха оказывает меньшее давление. Нормальное атмосферное давление на уровне моря в среднем составляет 760 мм рт.ст.=131,0 гПа. С высотой давление и плотность воздуха уменьшаются.

 На небольших высотах каждые 12 м подъема уменьшают атмосферное давление на 11 мм рт.ст. На больших высотах эта закономерность нарушается.

Происходит это потому, что высота воздушного столба, оказывающего давление, при подъеме уменьшается. Кроме того, в верхних слоях атмосферы воздух менее плотен.

 

2. Изменение  атмосферного давления с высотой

  Газы сильно сжимаемы и чем сильнее сжат газ, тем больше его плотность и тем большее давление он производит. Нижние слои воздуха сжаты всеми вышележащими слоями. Чем выше от поверхности Земли, тем воздух слабее сжат, тем меньше его плотность и, следовательно, тем меньшее давление он производит. Так, например, когда воздушный шар поднимается над Землей, то давление воздуха на шар становится меньше не только потому, что высота столба воздуха над ним уменьшается, но еще и потому, что плотность воздуха вверху меньше, чем внизу. Так как все метеостанции, измеряющие атмосферное давление, расположены на разных высотах и полученные на них показатели чаще всего приводят к уровню моря. Делают это потому, что атмосферное давление довольно существенно убывает с высотой. Так на высоте 5000 м оно уже примерно в два раза ниже. Поэтому для получения представления о реальном пространственном распределении атмосферного давления и для сравнимости его величины в различных местностях и на разных высотах, для составления синоптических карт давление приводят к единому уровню - к уровню моря. В течение суток давление также меняется, но незначительно, т.е имеет суточный ход. Ночью повышается, а днем в период максимальных температур понижается. Особенно правильный суточный ход оно имеет в тропических странах, где дневное колебание достигает 2,4 мм рт. ст., а ночное - 1,6 мм рт. ст. С увеличением широты амплитуда изменения АД уменьшается, но вместе с тем становятся более сильными непериодические изменения атмосферного давления. Распределение атмосферного давления по земной поверхности обусловливает движение воздушных масс и атмосферных фронтов, определяет направление и скорость ветра.

  Атмосферное давление изменяется не только с высотой. В одном и том же пункте на земной поверхности атмосферное давление, то увеличивается, то уменьшается. Причина колебаний атмосферного давления заключается в том, что давление воздуха зависит от его температуры. Воздух при нагревании расширяется. Теплый воздух легче холодного, поэтому 1м³ воздуха на одной и той же высоте весит меньше, чем 1 м³ холодного. Значит, давление теплого воздуха на земную поверхность меньше, чем холодного.

 

 

3. Классификация степени воздействия атмосферного давления на организм человека

 Атмосферное давление - сила, с которой воздух атмосферы давит на находящиеся в ней предметы и земную поверхность; изменяется в зависимости от высоты над уровнем моря, температуры воздуха и влияния воздушных масс. Различают:

1. нормальное А.Д (средняя  величина атм.дав на уровне  моря при температуре 0°С на  параллели 45°) равно 760 мм рт.ст.,

2. высокое А.Д ( выше  нормального) выше 760 мм рт.ст

3. низкое А.Д (ниже  нормального) ниже 760 мм рт.ст.

Таблица №1.

Как переносит  человек различную высоту над уровнем моря [1]

Высота, км	Зона и ее характеристика
Более 8 (г.Джомолунгма)	Смертельная зона: человек  может находиться на этой высоте без  дыхательного аппарата лишь короткое время - 3 мин. На высоте 16 км -.'9 с, после чего наступает смерть.
6-8	Критическая зона: серьезные  функциональные расстройства жизнедеятельности  организма, ^хилм, .
4-5 (г.Эльбрус, Ключевская  сопка)	Зона неполной компенсации: ухудшение общего самочувствия.
2-4	Зона полной компенсации: некоторые нарушения в деятельности сердечно-сосудистой системы, органов чувств и другие, которые благодаря мобилизации резервных сил организма быстро исчезают.
1,5-2	Безопасная, или индифферентная зона, в которой не наблюдается  каких-либо существенных изменений физиологических функций организма.
0-1000

 

 

По степени воздействия  атмосферного давления на организм человека выделяют:

- легкая (760 - 596 мм рт.с);

- средняя ( 596 - 403 мм  рт.ст);

- тяжелая (403 - 267 мм  рт.ст);

- смертельная (232 - 41 мм рт.ст).

 

 

 Сила атмосферного давления на площадь поверхности тела человека.

На 1 см2 земной поверхности  воздух оказывает давление, равное 1.033 кг. Такое давление на 1 см2 испытывают все предметы, находящиеся на Земле, а также и человеческое тело, то можно узнать атмосферное давления на человека. Почему же человек не испытывает никаких неудобств и не чувствует этой тяжести? А происходит это потому, что давление распределяется равномерно по всей поверхности тела и внешнее давление уравновешивается внутренним давлением воздуха, наполняющим все наши органы. Организм человека (да и не только он, а еще многих представителей фауны) приспособлен к атмосферному давлению, при нём развились все органы, и только при нём они могут нормально функционировать. При систематической и долгой тренировке человек может приспособиться и жить при пониженном давлении.

 

4. Влияние атмосферного  давления на самочувствие человека

 Одним из факторов внешней среды, к которым приспособлен организм человека, является атмосферное давление. Значительные изменения его вызывают нарушение ряда функций организма, в частности дыхания, и могут привести к расстройству здоровья и смерти. При дыхании газообмен в легких (переход кислорода воздуха в кровь и удаление из нее углекислоты) осуществляется при определенной разности содержания кислорода в воздухе и в крови, обусловленной нормальным атмосферным давлением. Изменение его сопровождается изменением давления составляющих воздух газов, главным образом кислорода и азота, что ведет к нарушению газообмена в легких. Изменение атмосферного давления оказывает и иные влияния на организм.

На самочувствие человека, достаточно долго проживающего в  определённой местности, обычное, т.е. характерное давление не должно вызывать особого ухудшения самочувствия. Пребывание в условиях повышенного атмосферного давления почти ничем не отличается от обычных условий. Лишь при очень высоком давлении отмечается небольшое сокращение частоты пульса и снижение минимального кровяного давления. Более редким, но глубоким становится дыхание. Незначительно понижается слух и обоняние, голос становится приглушенным, появляется чувство слегка онемевшего кожного покрова, сухость слизистых и др. Однако все эти явления относительно легко переносятся. Более неблагоприятные явления наблюдаются в период изменения атмосферного давления — повышения (компрессии) и особенно его снижения (декомпрессии) до нормального. Чем медленнее происходит изменение давления, тем лучше и без неблагоприятных последствий приспосабливается к нему организм человека.

 

 

 

4.1 Влияние  пониженного атмосферного давления  на организм человека

 При подъеме на высоту атмосферное давление понижается: чем выше над уровнем моря, тем меньше атмосферное давление. Так, на высоте 1000 м над уровнем моря оно равно 734 мм рт.ст., 2000 м — 569 мм, 3000 м —526 мм, а на высоте 15000 м — 90 мм рт.ст. При пониженном атмосферном давлении отмечается учащение и углубление дыхания, учащение сердечных сокращений (сила их более слабая), некоторое падение кровяного давления, наблюдаются также изменения в крови в виде увеличения количества красных кровяных телец. В основе неблагоприятного влияния пониженного атмосферного давления на организм лежит кислородное голодание. Оно обусловлено тем, что с понижением атмосферного давления понижается и парциальное давление кислорода, поэтому при нормальном функционировании органов дыхания и кровообращения в организм поступает меньшее количество кислорода. В результате этого кровь недостаточно насыщается кислородом и не обеспечивает в полном объеме доставку его органам и тканям, что приводит к кислородному голоданию (аноксемии). Более тяжело протекают подобные изменения при быстром снижении атмосферного давления, что бывает при быстрых взлетах на большую высоту, при работе на скоростных подъемных механизмах. Быстро развивающееся кислородное голодание затрагивает клетки головного мозга, что вызывает головокружение, тошноту, иногда рвоту, расстройство координации движений, понижение памяти, сонливость; сокращение окислительных процессов в мышечных клетках ввиду недостатка кислорода выражается в мышечной слабости, быстрой усталости. Практика показывает, что подъем на высоту более 4500 м, где атмосферное давление ниже 430 мм рт.ст., без подачи кислорода для дыхания переносится тяжело, а на высоте 8000 м (давление 277 мм рт. ст.) человек теряет сознание. Кровь, как и любая другая жидкость, при контакте с газообразной средой (в данном случае в альвеолах легких) растворяет определенную часть газов, — чем выше парциальное давление их, тем большее насыщение крови этими газами. При снижении атмосферного давления изменяется парциальное давление составных частей воздуха и, в частности, основных его компонентов— азота (78%) и кислорода (21%); вследствие этого из крови начинают выделяться эти газы до уравнивания парциального давления. Во время быстрого снижения атмосферного давления выделение газов, особенно азота, из крови настолько велико, что они не успевают удаляться через органы дыхания и скапливаются в кровеносных сосудах в виде мелких пузырьков. Эти пузырьки газов могут растягивать ткани (вплоть до мелких надрывов), причиняя острую боль, а в некоторых случаях образовывать газовые тромбы в мелких сосудах, затрудняя кровообращение. Описанный выше комплекс физиологических и патологических изменений, возникающих вследствие понижения атмосферного давления, получил название высотной болезни, так как эти изменения связаны обычно с подъемом на высоту.