Физика природных факторов и их влияние на показатели функционирования основных систем организма человека

Оглавление

 

                                                                                                                           Стр.

Введение...............................................................................................................3                                                                                               

1.   Атмосферное давление и жизнедеятельность человека……………….....4

    1.1.Атмосфера………………………………………………………………...4

    1.2.Атмосферное давление…………………………………………………...5

    1.3.Влияние изменений атмосферного давления на здоровье и

       деятельность человека……………………………………………………...5

2. Роль температурного фактора………………………………………………7

     2.1.Понятие температуры……………………………………………………7

     2.2.Влияние изменений атмосферной температуры на человека…………8

3.   Влажность воздуха и ее влияние на жизнедеятельность человека……....9

4.   Влияние солнечной активности  на здоровье человека…………………...10

5.   Оценка реагирования человека на изменение погодных и 

       геофизических    факторов…………………………………………………12

Заключение……………………………………………………………………....17

Библиографический список использованной литературы……………………18

Приложение……………………………………………………………………...19

                                                                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

       Казалось бы, каждый человек, живущий в современном мире, понимает, что его организм не является закрытой системой. Человек, будучи порождением Вселенной, космоса, биосферы Земли, является частицей окружающего мира и поэтому его жизнедеятельность, его здоровье должны зависеть от течения внешних процессов.

        Еще с незапамятных времен  наши предки знали о зависимости  самочувствия и всех жизненных  процессов от погодных и других природных явлений, что приводило к одухотворению мира природы, формированию культов природных явлений и их обожествлению. Отсюда появились бог Ра, Дождь-бог, Перун, Посейдон, наяды, дриады и многие другие божества, преклонение которым помогало человеку  находить гармонию с природой. Первые письменные свидетельства о влиянии погодных явлений на здоровье человека так же известны с давних времен. Гиппократ за 400 лет до нашей эры выявил зависимость здоровья человека от метеорологических факторов. Медицина до сих пор связывает болезни с определенными сочетаниями природных факторов.

        Но существует и другая точка  зрения. На протяжении многих  веков среди населения Земли,  развивающегося по так называемому  западному типу эволюции, сформировалось  и укрепилось философское убеждение,  что человек является “царем” природы. С таких позиций здоровье и жизнедеятельность человека зависят только от социальных факторов, а “слабые” взаимосвязи с природными факторами окружающей среды практически всерьез не воспринимаются.

        В то же время многие люди, обладающие недюжинным здоровьем и, как следствие, большей уверенностью в своих силах и возможностях, не представляют, как могут незначительные с их точки зрения природные факторы действовать на человека. Такой точки зрения придерживается и молодежь.

        Поэтому выбранную мной тему для написания реферата, я считаю актуальной, интересной и полезной для себя и моих одноклассников.

        Цель реферата – ответить на  вопрос: “Сказывается ли влияние природных факторов на здоровье и жизнедеятельность человека в его повседневной жизни?”

        В соответствии с целью я определила следующие задачи:

1. Выделить круг природных  факторов, влияющих на человека.

2. Рассмотреть их с  точки зрения физики.

3. Определить их влияние  на показатели функционирования  основных систем организма.

 

 

 

 

 

        Все живое на земле подвержено  воздействию изменений факторов  влияний среды. Наиболее чутко  реагирует на изменение факторов  внешней среды человек. На его  организме болезненно сказывается  изменения атмосферного давления, температуры, изменения влажности воздуха, различные излучения, солнечная активность и многие другие.

 

1. Атмосферное  давление и жизнедеятельность  человека.

 

1.1. Атмосфера.

 

        Человек живет на дне воздушного  океана, называемого атмосферой.

        Атмосфера – это газовая оболочка, окружающая Землю.

        Слово же “атмосфера” было  образовано из двух латинских  слов “атмос” (пар) и “сфера”  (шар) Михаилом Васильевичем Ломоносовым  (1711-1765). Утверждали, что оно никогда  не приживется в русской лексике,  так как не соответствует языковым традициям. Но время посмеялось над горе-пророками.

        Атмосферный воздух представляет  собой смесь газов. Если из  него удалить влагу, то его  состав выглядит примерно так  (в % от общего объема): 78,09% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,03% углекислого газа. Количество остальных газов в воздухе ничтожно мало. К этим газам относится водород, неон, гелий, радон, криптон, ксенон и т.д. До высоты около 100 км состав атмосферного газа существенно не меняется.

        Молекулы газов, образующих атмосферу нашей планеты, находятся в непрерывном и беспорядочном движении. Но они не улетают в космическое пространство, так как обладают недостаточно большой скоростью движения. Чтобы выйти за пределы притяжения Земли, необходимо развить очень большую скорость – 11,2 км/с.

        Скорость же большинства молекул в воздухе значительно меньше.

        Исследование околоземного пространства  с помощью искусственных спутников  Земли показало, что атмосфера  нашей планеты простирается на  тысячу и более километров в высоту. Резкой границы она не имеет. Ее верхние слои очень разряжены и постепенно переходят в пустое межпланетное пространство. С уменьшением высоты плотность воздуха возрастает. Около 80% всей массы воздушной оболочки Земли сосредоточено в пределах 15 км над Землей.

        По своему строению атмосфера  напоминает дом, у которого  есть несколько “этажей”.

        Первый из них – тропосфера (от греческого слова “тропос” – поворот). Этот слой простирается до 11 км над уровнем моря. В тропосфере сосредоточено 4/5 всей массы атмосферы. Здесь сконцентрирован почти весь водяной пар. Температура воздуха этого слоя резко падает с высотой. Большинство наблюдаемых погодных явлений образуется именно в тропосфере.

        Далее следует стратосфера (“стратум” – слой). Этот слой располагается между 11 и 55 км над уровнем моря. Стратосфера по массе составляет 1/5 часть атмосферы. Здесь постоянная температура 40˚C ниже нуля. Небо стратосферы черного и темно-фиолетового цвета.

        Третий “этаж” – мезосфера (“мезо” – средний). Слой расположен между 55 и 80 км от Земли. Воздух здесь сильно разряжен. Именно в этом слое находится газ озон, который защищает все живое от губительного воздействия ультрафиолетовых солнечных лучей.

Четвертый – термосфера. Воздух в этом слое еще более разряжен. Здесь сильная жара: 1000-2000 ˚С.

Пятый слой – экзосфера, то есть внешняя оболочка атмосферы. Высота этого слоя 500-600 км. Воздух здесь самый разряженный, его молекулы движутся с огромной скоростью, иногда улетают в межпланетное пространство. Таким образом. Атмосфера Земли постепенно улетучивается, но, согласно подсчетам ученых, воздуха хватит на миллионы лет.

 

 

1.2. Атмосферное  давление.

 

        Из-за притяжения к Земле верхние слои атмосферы давят на средние, те – на нижние. Наибольшее давление, обусловленное весом воздуха, испытывает поверхность Земли, а также все тела (в том числе и люди), находящиеся на ней. На них давит вся толща воздуха.

Давление, оказываемое  атмосферой Земли на все находящиеся  на ней предметы, называется атмосферным давлением.

Впервые измерить атмосферное  давление удалось в опыте, который  поставил Эванджелиста Торричелли (1608-1647) – ученик Галилея.

Атмосферное давление, равное давлению столба ртути высотой 760 мм при температуре 0 ˚С, называется нормальным атмосферным давлением.

Нормальное атмосферное  давление равно 101,3 кПа (760 мм рт. ст.).

Чем больше высота над  уровнем моря, тем меньше атмосферное  давление. При небольших подъемах давление уменьшается на 1,33 Па (или  на 1 мм рт. ст.) в среднем на каждые 12 м подъема.

 

1.3. Влияние  изменений атмосферного давления  на здоровье и жизнедеятельность  человека.

 

 

Несмотря на то, что  давление атмосферы значительно, человек  не ощущает его (если, конечно, не страдает гипертонической болезнью) лишь потому, что давление внутри человека приблизительно равно атмосферному.

Однако, атмосферное давление не постоянно, оно изменяется (рисунок. 1), и это оказывает заметное влияние  на организм человека.

Понижение атмосферного давления действует возбуждающе  на симпатическую нервную систему, подавляет настроение, снижает работоспособность, повышает восприимчивость к инфекционным заболеваниям. У человека отмечается учащение и углубление дыхания, учащение сердечных сокращений, падение кровяного давления, наблюдается изменение в крови в виде увеличения количества красных кровяных телец.

В основе неблагоприятного влияния пониженного атмосферного давления на организм лежит кислородное  голодание. Нон 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 насыщена кислородом и не обеспечивает в полном объеме доставку его органам и тканям, что приводит к кислородному голоданию (аноксемии). 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.

Особенно нужно знать  всем, чья работа связана с подъемом на высоту.

Дело в том, что 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 больше 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 выделятся эти газы до уравнивания парциального давления. Во время быстрого снижения атмосферного давления выделение газа, особенно азота, из крови настолько велика, 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 образовать газовые тромбы в мелких сосудах, затрудняя кровообращение.

Данный комплекс физиологических  и патологических изменений, возникающих  вследствие понижения атмосферного давления, получил название высотной болезни, так как  изменения связаны  обычно с подъемом на высоту.

Но даже без подъема  на высоту при выполнении физических и напряженных умственных работ  в условиях пониженного атмосферного давления человек должен учитывать  относительно быстрое наступление  усталости и поэтому предусматривать  периодические перерывы,  а в ряде случаев и сокращенный день.

Повышение атмосферного давления приводит к возбуждению  парасимпатической нервной системы. У человека повышается кровяное давление.

         Люди тяжело переносят резкие  перепады атмосферного давления. Наиболее часто организм человека реагирует на это нарушением работы сердечно-сосудистой системы, чему сопутствуют приступы стенокардии, гипертонические кризы отдышки. Это ведет к увеличению смертности в те дни, когда происходят резкие перепады давления.

 

 

2. Роль температурного  фактора.

 

 

        Не менее влияют на здоровье и деятельность человека изменения температуры окружающей среды.

 

2.1. Понятие  температуры.

 

        Температура – это очень емкое понятие. Когда мы говорим о температуре, мы имеем в виду, прежде всего степень нагретости тела.  Более нагретое тело имеет большую температуру. Температура тела, таким образом, определяет тепловое состояние тела.

       Но тепловое состояние от скорости движения молекул, а, следовательно, чем больше их кинетическая энергия движения, тем выше температура тела. Отсюда, температура является мерой средней кинетической энергии движения молекул внутри этого тела. Оно определяет величину внутренней энергии тела.

        Если мы приведем в контакт  два тела с разной температурой, то будет происходить процесс передачи тепла от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой. Следовательно, температура характеризует направление теплообмена при контакте двух тел.

        В результате теплообмена между двумя телами устанавливается тепловое равновесие, при котором оба тела имеют одинаковую температуру. Отсюда, температуру характеризует тепловое равновесие тел.

        В результате теплообмена между двумя телами устанавливается тепловое равновесие тел.

        Несмотря на то, что температура тела определяется скоростью движения его молекул, температура – это понятие, которое характеризует не отдельные молекулы, а всё тело в целом. То есть температура – это не микропараметр, а макропараметр, характеризующий систему микротел – молекул, из которых состоит макросистема – тело.

        Воздух, образующий  атмосферу Земли – это макросистема, состоящая из огромного количества  микротел – молекул. Как и  любая макросистема, воздух характеризуется  температурой. Её называют атмосферной температурой.

 

 

2.2. Влияние  изменений атмосферной температуры  на человека.

 

        Атмосферная  температура окружающего воздуха  не остается постоянной, она изменяется (рис. 2), более того, амплитуда изменений  атмосферной температуры бывает  достаточно большой.

        Влияние изменений  (перепадов) атмосферной температуры  на организм человека наблюдались  и исследовались в различных  регионах земного шара. Так анализировалась  смертность за 1976–1992 гг. среди людей  50 лет и старше юго–востоке  Англии при перепадах атмосферной температуры от 0° С до -15° С. Дню, когда температура резко снижалась, предшествовали теплые дни. В первый день снижения температуры смертность от сердечно-сосудистых заболеваний, респираторных заболеваний была невысокой. Но в последующие холодные дни смертность повышалась. Анализ смертности в шести штатах США за период с 1921-1985 годы показал, что каждое понижение температуры воздуха в июле на 1° F (&) сопровождалось ростом смертности на 0,6 %, а такое же понижение температуры воздуха в январе, сопровождалось ростом смертности до 2,4 %. Причиной значительного неожиданного повышения уровня смертности в Бельгии, в период с 27 июня по 7 августа 1994 г. явилась высокая дневная температура (самая высокая с 1833 г.).

        Повышение или понижение температуры воздуха, вызывает перестройку обмена веществ и многих других физиологических функций. Это связано с тем, что при резком понижении температуры воздуха, температура и скорость крови понижаются, что приводит к переохлаждению организма, а при повышении температуры воздуха – перегреву организма. Кровеносные сосуды не успевают сужаться или расширяться, нарушается обмен веществ и функционирование основных систем организма. Таким образом, в выработке устойчивости организма человека к перепадам атмосферной температуры решающая роль принадлежит реакциям кровеносных сосудов всего тела. Поэтому для повышения устойчивости к температурным воздействиям окружающей среды ведущее место отводится закаливанию. Наиболее важным является закаливание к холоду, так как переохлаждение самая частая причина острых респираторных заболеваний (ОРЗ). При закаливании под влиянием систематического действия холодного воздуха усиливается обмен веществ, повышается иммунитет – способность быстро мобилизовать защитные силы. Сердечная деятельность становится более интенсивной, ускоряется движение крови по сосудам. В кожу поступает более согретая внутри тела кровь, что предохраняет поверхность организма от переохлаждения. Закаливание обеспечивает тренировку этих процессов, их более четкое отлаженное управление.

        У закаленных  людей расширение и сужение  кровеносных сосудов происходит  быстрее. При изменении температуры  окружающей среды организм сразу  же приспосабливается к новым  условиям: сосуды кожи сужаются, обмен веществ повышается. Поэтому закаленные люди мало подвержены простудам, они более выносливы. Охлаждение у таких людей вызывает не угнетение защитных сил, а наоборот, их активизацию.

        С температурой тесно связана еще одна характеристика воздуха – его влажность. Влияет ли она на жизнедеятельность человека?

 

3. Влажность  воздуха и её влияние на  жизнедеятельность человека.

 

        В атмосфере нашей планеты вследствие всевозможных испарений содержится огромное количество водяных паров, особенно в ближайших к Земле слоях. Наличие водяных паров в воздухе является необходимым условием существования жизни.

        Величину, измеряемую количеством водяного пара (в граммах), содержащегося в 1 м³ воздуха, называют абсолютной влажностью воздуха. Иными словами, абсолютную влажность воздуха «rA» измеряют плотностью водяного пара, находящегося в нем.

        В метрологии абсолютной влажностью воздуха принято называть парциальное давление водяного пара, содержащегося в нем при данной температуре (они мало отличаются по величине, а последнее измерять гораздо проще).

        Но, зная абсолютную влажность воздуха, еще нельзя определить, насколько он сух или влажен, поскольку последнее зависит от температуры. Если температура низкая, то данное количество водяного пара в воздухе может оказаться очень близким к насыщению, то есть воздух будет сырым. При более высокой температуре то же количество водяного пара далеко от количества водяного пара далеко от насыщения, и воздух будет сухой.

        Для суждения о степени влажности воздуха важно знать, близок или далек водяной пар, находящийся в нем, от состояния насыщения. С этой целью в физике введено понятие относительной влажности.

        Относительной влажностью воздуха называют величину, измеряемую отношением абсолютной влажности к количеству пара, необходимого для насыщения 1 м³ воздуха при данной температуре. Относительная влажность воздуха показывает, какой процент составляет абсолютная влажность «rA» от плотности водяного пара «rHAС», насыщающего воздух при данной температуре: 

 

        В метрологии относительной влажностью называют величину, измеряемую отношением парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению водяного пара, насыщающего воздух при той же температуре.

        Относительная влажность воздуха зависит не только от абсолютной влажности, но и от температуры воздуха – от атмосферной температуры. Если количество водяных паров в воздухе не меняется, то с понижением температуры относительная влажность  возрастает, так как чем ниже температура, тем ближе водяной пар к насыщению. Следовательно, перепады температуры сопровождаются изменением относительной влажности воздуха.

        Норма относительной влажности воздуха для человека колеблется в пределах 30-70%, а оптимальная 50-60% при температуре 18-19°С. Сухие микроклиматические условия с низкой (8-30%) относительной влажностью менее нагрузочны для организма человека, чем влажные паровые, при одной и той же температуре. Объясняется это тем, что высокое парциальное давление пара, образуемое в подобных микроклиматических условиях, блокирует частично или полностью испарение пота с поверхности кожи человека, принимающего жаровоздушную процедуру. Такой микроклимат обуславливает  образование так называемого парникового эффекта. В результате резко замедляется или прекращается совсем  теплоотдача, путем испарения пота с поверхности кожи и ткани человека быстро и глубоко прогреваются. Влажные микроклиматические условия в термокамере оказывают выраженное нагрузочное тепловое действие на различные системы организма, особенно на сердечно-сосудистую и эндокринную, на органы дыхания, термо- и теплорегуляцию обмен веществ.

 

4. Влияние солнечной активности на здоровье человека.

 

        В настоящее время наукой признается, что большое влияние на организм человека оказывает солнечная активность.

        Наиболее изучены ритмические  колебания солнечной активности с периодом  около 11 лет. В годы активного Солнца на Земле происходят климатические нарушения, снижаются защитные и резервные силы организма, часто возникают эпидемии.

        Но в последние годы все больше и больше ученых и медиков волнуют участившиеся солнечные вспышки, вызывающие геомагнитные бури, сильно влияющие на здоровье человека.

        Какова природа солнечных вспышек?

        Мы знаем, что жизнь на Земле существует благодаря ядерным превращениям в недрах Солнца. Огромная масса Солнца и действие силы тяжести создают внутри его давление возрастающее к его центру. В глубине ядра Солнца давление достигает 3,4 × 1016 Па. При столь высоком давлении возникают колоссальные силы сжатия, и выделяется огромное количество тепла, повышающее температуру до 15000000° С. При такой высокой температуре вещество, а на Солнце это 74%  водорода, 25%  гелия, 1% других элементов, может находиться только в плазменном состоянии. Следовательно, основная масса солнца – протоны, скорость которых настолько велика, что они могут сильно сближаться, преодолевая электростатическое отталкивание. На расстояниях порядка 10^–14 – 10^-15 м вступают в действие ядерные силы, происходит реакция ядерного синтеза или термоядерная реакция. При этом освобождается энергия. Эта энергия удивительно постоянна. Существуют небольшие изменения, но они никогда не превышают 1%. Такое постоянство – одно из главных условий устойчивости жизни на Земле.

        Солнечная вспышка – это взрыв, вызванный внезапным сжатием солнечной плазмы под давлением магнитного поля. При этом мощность энерговыделения 1 граммом вещества в области вспышки в среднем в 10¹² раз больше, чем мощность энерговыделения 1 граммом вещества всего Солнца. Детально физические процессы, приводящие к возникновению вспышек, охватывающие все слои солнечной атмосферы, еще не изучены, но ученым ясно, что они имеют электромагнитную природу.

        В области вспышки генерируются (возникают) потоки энергичных протонов, которые через несколько часов вторгаются в атмосферу Земли, вызывая сильные возмущения (изменения) магнитного поля Земли – геомагнитные бури.

        Как влияют на здоровье человека геомагнитные бури? Исследуя эту проблему, группа московских геофизиков и врачей получила следующие результаты. Установлено, что не менее 75% всех магнитных бурь сопровождается ростом числа госпитализированных людей с сердечно-сосудистыми и нервными заболеваниями, в среднем в 1,5 раза. Речь идет об инфарктах миокарда, поражениях сосудов головного мозга, покушениях на самоубийство.

        Подобный эффект может наблюдаться за сутки до наступления магнитной бури и продолжаться в течении двух суток по её окончании. Весьма интересными оказались результаты исследования крови пациентов. Её вязкость во время магнитной бури резко возросла: в некоторых случаях почти вдвое, эритроциты слипались, а кровоотток замедлялся. Тем самым доказано, что магнитная буря увеличивает риск развития патологий сердечно-сосудистой системы.

        Впрочем реагируют на изменение геомагнитной обстановки не только больные люди, но и абсолютно здоровые, если они находятся в каких-то экстремальных условиях, например космонавты на орбите. Проверка показала, что магнитные бури вызывают у них сбой сердечного ритма. Врачи считают, что таким образом организм пытается выйти из стресса – ищет наилучший вариант.

        Так же, как и у больных, пик недомоганий у космонавтов приходился на второй день прохождения бури, и для восстановления сердечного ритма им требовались лекарства.

        Сейчас все больше появляется доказательств связи нарушений сердечно-сосудистой системы с гелиофизическими процессами, когда увеличивается количество гипертонических кризов и приступов стенокардии, учащаются случаи инфаркта миокарда и инсульта. Возможно, все эти заболевания связаны с  воздействием солнечной активности свертываемость крови.

        Чтобы обезопасить себя от вредного влияния геомагнитных бурь, надо позаботиться о внутренних резервах организма. Методы известны: разумная физическая нагрузка, правильное питание, закаливание, полноценный сон. А в неблагоприятные дни – снижение всех нагрузок: и умственной, и физической, и психологической. В такие дни отдыхать надо больше, а нервничать – поменьше.

        Но прогноз геомагнитных возмущений не стоит воспринимать как предсказание плохого самочувствия. Если вы будете ждать критических дней, настаиваться на них, самовнушение может сыграть с вами злую шутку. Нужно придерживаться противоположной логики. При плохом самочувствии загляните в календарь неблагоприятных дней, и если вы увидите, что степень геомагнитного возмущения высока, скажите себе: да, сегодня день плохой, но завтра ситуация изменится, и мне станет легче. Кроме того, исходя из этой информации, вы можете перестроиться. Хотя бы вдвое уменьшить свой рацион, одно это уже помогает.

  

5. Оценка реагирования  человека на изменения погодных и геофизических факторов.

 

Одинаково ли реагируют  люди на изменения погодных, геофизических  факторов?

На этот вопрос дают ответ  исследования, проведенных нашими учеными  и медиками в 1979-1986 годах.

Люди реагируют на изменения геофизических и метеорологических условий по-разному. Здоровый организм за счет высокого запаса резервных возможностей своевременно перестраивает свои внутренние процессы в соответствии с  изменившимися условиями внешней среды. Активизируются все гомеостатические системы (табл. 1): усиливается иммунная защита, улучшаются  обменные процессы; соответственно перестраиваются нервные реакции и эндокринная система; сохраняется или даже увеличивается работоспособность.

Таблица 1

Показатели	Здоровье	Больные
Выносливость	+6 -7	-5 -10
Работоспособность	+4 -5	-10 -15
Холестерин	+5 -10	+24 -31
Билирубин общий	-4 -8	+30 -35
Сахар крови	-6 -12	+15 -22
Инсулин	-2 -4	+75 -150
Т-лимфоциты	+15 -25	-20 -35
Циркулирующие иммунные комплексы	-8 -14	+60 -140
Скорость простой сенсомоторной  реакции	+3 -8	-6 -7

 

Показатели функционирования основных гомеостатических систем организма  у здоровых и больных людей  в периоды геофизических и  погодных возмущений (в % к норме).