Медицинская оценка погоды и климата
Медицинская климатология как наука интересуется природными факторами внешней среды с точки зрения влияния их на организм человека. Различные состояния внешней среды, будучи объективной реальностью, по-разному могут быть оценены в зависимости от целей, которые такая оценка преследует. Состояния, благоприятные, например, для авиации, будут неблагоприятными для сельского хозяйства и по-разному оценены при учете влияния их на разные контингенты больных. Например, солнечная очень жаркая и сухая погода с небольшим ветром будет лётной (благоприятной) для авиации, суховейно-засушливой (неблагоприятной) для сельского хозяйства и весьма различной по влиянию с медицинской точки зрения (благоприятная для больных с заболеваниями почек и неблагоприятная для больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями, опасная из-за возможности перегрева).
Для медицинской климатологии в основном представляют интерес нижние слои атмосферы – тропосфера, где наиболее интенсивно происходят теплообмен и влагообмен между атмосферой и земной поверхностью, образование облаков и осадков. Этот слой атмосферы имеет высоту 10-12 км в средних широтах, 16-18км в тропиках и 8-10 км в полярных широтах.
Следует отметить, что химические вещества, содержащиеся в воздухе, могут активно воздействовать на организм. Так, насыщение воздуха морскими солями превращает береговую приморскую зону в своеобразный естественный солевой ингаляторий, оказывающий благоприятное влияние при заболеваниях верхних дыхательных путей и легких. Воздух сосновых лесов с высоким содержанием терпенов может быть неблагоприятным для больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Имеются данные о зависимости развития отрицательных реакций от повышения содержания в воздухе озона (М.Curry, 1976).
Из всех химических факторов воздуха абсолютное значение для жизни имеет кислород. При подъеме в гору снижается парциальное давление кислорода в воздухе, что приводит к явлениям кислородной недостаточности и развитию различного рода компенсаторных реакций (увеличение объема дыхания и кровообращения, содержания эритроцитов и гемоглобина и др.).
Колебания парциального давления кислорода, которые в одном и том же районе являются следствием колебаний атмосферного давления, незначительны и вряд ли могут играть существенную роль в возникновении погодных реакций. В связи с этим В.Ф. Овчарова (1966, 1967, 1974, 1975) на основании многолетних наблюдений пришла к выводу, что на организм человека оказывает влияние содержание кислорода в воздухе, которое зависит от атмосферного давления, температуры и влажности воздуха. Чем меньше давление, чем выше температура и влажность воздуха, тем меньше в нем содержится кислорода, колебание его количества.
К физически метеорологическим факторам относятся температура, атмосферное давление, влажность воздуха, облачность, осадки, ветер. Не вдаваясь в детали, остановимся на общей характеристике этих элементов.
Температура воздуха определяется преимущественно солнечной радиацией, в связи с чем отмечаются периодические (суточные и сезонные) температурные колебания. Кроме того, могут быть внезапные (непериодические) изменения температуры, связанные с общими процессами циркуляции атмосферы. Для характеристики периодического режима в климатологии пользуются величинами средних суточных, месячных и годовых температур, а также максимальных и минимальных значений. Для определения температурных изменений служит величина, называемая межсуточной изменчивостью температуры (разность между средними суточными температурами двух соседних дней, а на практике – разность значений двух последовательных утренних измерений). Слабым похолоданием или потеплением считается изменение среднесуточной температуры на 1-2ºС, умеренным похолоданием или потеплением – на 3-4ºС, резким 0 ‑ более 4ºС (Г.П.Федоров, Г.Д.Латышев, 1956).
Температура воздуха данной местности зависит от ряда физико-географических условий. Наличие обширных водных пространств в прибрежных районах уменьшает суточные и годовые колебания температуры.
В горных местностях, помимо высоты над уровнем моря, имеет значение расположение горных хребтов и долин, доступность местности ветрам и т.д. Наконец, играет роль характер ландшафта. Поверхность, покрытая растительностью, нагревается днем и охлаждается ночью меньше, чем открытая.
Температура является одной из важных характеристик погоды, сезона. Так, по классификации Е.Е. Федорова – Л.А. Чубукова,- о которой речь пойдет ниже, на основе температурного фактора выделяются три большие группы погод: безморозные, с переходом температуры воздуха через 0ºС и морозные погоды.
Неблагоприятное влияние на человека могут оказывать экстремальные (максимальные и минимальные) температуры, способствующие развитию ряда патологических состояний (обморожение, простуда, перегрев и т.д.), а также резкие внезапные колебания. Классическим примером этого является случай, когда в одну из январских ночей 1780г. в Петербурге в результате повышения температуры с –43,6ºС до +6ºС заболело гриппом 40 тыс. человек.
Атмосферное давление измеряется в миллибарах (мб) или миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.); 1000 мб равны 750,1 мм рт. ст. В средних широтах на уровне моря давление воздуха составляет 760 мм рт. ст.
Влажность воздуха в климатологии характеризуется двумя величинами – упругостью пара (в мб) и относительной влажностью, т.е. процентным отношением упругости (парциального давления) водяного пара в атмосфере к упругости насыщающего водяного пара при той же температуре. Иногда упругость водяного пара называют абсолютной влажностью, которая на самом деле представляет собой плотность водяного пара в воздухе и, выраженная в г/м3, численно близка к упругости пара в мм рт. ст. Разность между насыщающей и фактической упругостью водяного пара при данных температуре и давлении называют дефицитом влажности, или недостатком насыщения.
Влажность воздуха в сочетании с температурой оказывает выраженное влияние на организм. Наиболее благоприятны для человека условия при которых относительная влажность равна 50%, а температура 16-18ºС. При повышении влажности воздуха, препятствующей испарению, тяжело переносится жара и усиливается действие холода, способствуя большей потере тепла. Холод и жара в сухом климате переносятся легче, чем во влажном.
При понижении температуры содержащаяся в воздухе влага конденсируется, образуется туман. Это возможно также при смешении теплого влажного воздуха с холодным и влажным. В промышленных районах туман может поглощать токсические газы, которые, вступая в химическую реакцию с водой, образуют сернистые вещества. Это может привести к массовым отравлениям населения. В районах эпидемий капельки тумана могут содержать возбудителей заболеваний. При влажности опасность воздушной инфекции выше, так как капельки влаги обладают большей способностью к диффузии, чем сухая пыль, и поэтому могут попадать в самые отдаленные участки легких.
Осадки могут быть жидкими (дождь) или твердыми (снег, крупа, град). Характер осадков зависит от условий образования. Если восходящие воздушные потоки при высокой абсолютной влажности достигают больших высот, для которых характерны низкие температуры, то водяные пары сублимируются и выпадают в виде крупы, града, а растаявшие – в виде ливневого дождя. На распределение осадков влияют физико-географические особенности местности. На континенте количество осадков меньше, чем на побережье. На склонах гор, обращенных к морю, их больше, чем на противоположных. Дождь играет положительную санитарную роль: он очищает воздух, смывает пыль; капли, содержащие микробы, опускаются на землю. В то же время дождь, особенно затяжной, ухудшает условия климатотерапии.
Ветер характеризуется направлением и скоростью. Направление ветра определяется той стороной света, откуда он дует (север, юг, запад, восток). Кроме этих основных направлений, выделяются промежуточные, составляющие в сумме 16 румбов (северо-восточное, северо-западное, юго-восточное и т.д.). Сила ветра определяется по тринадцатибалльной шкале Симпсона-Бофорта, по которой 0 соответствует штилю (скорость по анемометру 0-0,5 м/с), 1- тихому ветру (0,6-1,7), 2 – легкому ветру (1,8-3,3), 3 - слабому ветру (3,4-5,2), 4 – умеренному ветру (5,3-7,4); 5 – (7,5 –9,8) и 6 (9,9-12,4) – свежему ветру, 7 (12,5 – 15,2) и 8 (15,3-18,2) – сильному ветру, 9 (18,3-21,5), 10 (21,6-25,1) и 11 (25,2-29,0) – шторму, 12 – урагану (более 29 м/с). Резкое кратковременное усиление ветра до 20 м/с и выше называется шквалом. Причиной ветра является разница в давлении: воздух перемещается из области с высоким давлением в места с низким давлением.
Электрическое состояние атмосферы определяется напряженностью электрического поля, электропроводностью воздуха, ионизацией, электрическими разрядами в атмосфере. Земля имеет свойства отрицательно заряженного проводника, а атмосфера – положительно заряженного. Разность потенциалов Земли и точки, находящейся на высоте 1м (градиент электрического потенциала), составляет 130 В. Электропроводность воздуха обусловлена количеством содержащихся в нем положительно и отрицательно заряженных атмосферных ионов аэроионов). Аэроионы образуются путем ионизации молекул воздуха вследствие отрыва от них электронов под влиянием космических лучей, радиоактивного излучения почвы и других ионизирующих факторов. Освобожденные электроны сразу присоединяются к другим молекулам. Так образуются положительно и отрицательно заряженные молекулы (аэроионы), имеющие большую подвижность. Малые (легкие) ионы, оседая на взвешенных частицах воздуха, образуют средние, тяжелые и ультратяжелые ионы. Во влажном и загрязненном воздухе резко возрастает число тяжелых ионов. Чем чище воздух, тем больше в нем легких и средних ионов. Максимальная концентрация легких ионов приходится на ранние утренние часы. Средняя концентрация положительных и отрицательных ионов колеблется от 100 до 1000 в 1см3 воздуха, достигая в горах нескольких тысяч в 1см3. Отношение положительных ионов к отрицательным составляет коэффициент униполярности.
К космическим факторам, влияющим на человека, относятся различные виды радиации. Прежде всего это солнечное излучение, с которым приходит на Землю огромное количество тепла, являющегося первопричиной всех процессов в атмосфере и на Земле, источником жизни. Солнечная радиация, достигающая Земли, имеет сложный спектральный состав и оказывает выраженное биологическое действие на организм человека.
На Земле существует магнитное поле. Быстрые его изменения (магнитные возмущения, бури) возникают в связи с усилением его притока от Солнца в верхние слои атмосферы электрически заряженных частиц. Цикл магнитных возмущений, соответствующий циклу солнечной активности, равному 27 дням. Для определения вариаций геомагнитного поля геомагнитные обсерватории Земли ежегодно учитывают колебания вектора напряженности; при этом вычисляется трехчасовая динамика, суммарное значение за сутки и суточные коэффициенты активности магнитного поля Земли (Кр, Ар и Ср). Выраженная активность геомагнитного поля характеризуется величиной напряженности более 50 гамм, суммарным значением индекса Кр более 20, индекса Ар более 30 и индекса Ср более 1,0. С резким изменением геомагнитного поля также связывают возникновение различных патологических явлений, вплоть до смертельных исходов, особенно у больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями.
Космические лучи – это корпускулярное излучение, состоящее из протонов, электронов, ядер гелия, углерода, кислорода, азота и некоторых, более тяжелых элементом, достигающее Земли со скоростью, близкой к скорости света, и многократно возрастающее в периоды солнечной активности. Большинство этих корпускул порождают в атмосфере Земли каскады вторичных элементарных частиц, вызывающих ионизацию, а отдельные корпускулы, обладая большой проникающей способностью, обнаруживаются в толще Земли на глубине 1000м и в толще воды на глубине 3000м. Интенсивность космических лучей уменьшается при повышении атмосферного давления и температуры. В связи с тем, что космические лучи постепенно пронизывают человеческий организм, можно предполагать, что они оказывают влияние на его жизнедеятельность.
Импульсное электромагнитное поле атмосферы возникает вследствие электрических разрядов, сопровождающихся грозой и прохождением холодных фронтов. Электромагнитные импульсы распространяются со скоростью света и улавливаются с дальних расстояний. В связи с этим они являются не только признаком развития процессов в атмосфере, но и определенным звеном в этом развитии. Опережая изменение основных метеорологических факторов при прохождении фронтов, они могут вызывать различного рода метеопатические реакции до видимого изменения погоды.
При погодах І и ІІ классов могут усиливаться проявления сухих катаров верхних дыхательных путей. В то же время эти погоды будут благоприятными для больных с заболеваниями органов дыхания, сопровождающимися выделением в больших количествах мокроты, а также с заболеваниями почек, так как при этом усиливается потоотделение (при условии регуляции водно-солевого режима). 1 класс погоды может оказывать отрицательное действие на больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями, вегетативной дистонией со склонностью к повышенному потоотделению.
Солнечные и влажные погоды (ІІІ и V классы) отличаются от первых двух классов более высокой относительной влажностью (60-80%) и более умеренными температурами. Дневная облачность при ІІІ классе обычно незначительная, число, часов солнечного сияния – 8-10. Эти погоды характерны для антициклона.
Все рассмотренные классы погод на основе исследований, проведенных в Ялтинском НИИ им. И.М. Сеченова, были разделены Ю.А. Ажицким (1963, 1966) применительно к климатотерапии на три группы: благоприятные, относительно благоприятные и неблагоприятные. Каждая группа включает в себя определенные классы погод с учетом фронтальной активности, связанных с ней метеорологических явлений (облачность, ветер, осадки и т.д.) и информацию об импульсных электромагнитных полях атмосферы, солнечной активности и геомагнитных полях.
1 группа погод (благоприятная) характеризуется ровным ходом основных метеорологических элементов при устойчивых воздушных массах и отсутствии фронтальной активности, межсуточной изменчивости атмосферного давления не более 4 мб, температуры воздуха - 2ºС, ветер днем по флюгеру – не более 3 м/с, относительная влажность – от 55 до 85%.
Благоприятная погода, как правило, хорошо переносится больными и дает возможность проводить все виды климатолечебных процедур. При ІІ классе погоды во избежание перегрева целесообразно назначать солнечные ванны, терренкур, ближний туризм, лечебную физкультуру, спортивные мероприятия утром и во второй половине дня, при ІХ, Х, ХІ классах погод дня.
ІІ группа погод (относительно благоприятная) характеризуется изменение ровного хода метеорологических элементов, слабой циклонической деятельностью с прохождением нерезко выраженных фронтов со скоростью до 35-40 км; межсуточное изменение атмосферного давления – 5-8 мб; температуры - 3-4ºС; относительная влажность может быть ниже 55 и более 85%, скорость ветра по флюгеру – более 4м/с.
ІІІ группа погод (неблагоприятная) характеризуется резкими изменениями ровного хода метеорологических элементов при выраженной циклонической активности; межсуточная изменчивость атмосферного давления – более 8мб, температуры - более 4ºС. В эту группу входит пасмурная с осадками погода (VІІ), очень жаркая и очень влажная погода (ХVІ), сильно, жестоко и крайне морозные (ХІІІ, ХІV, ХV) погоды, а также погоды относительно благоприятной группы, но сопровождающиеся сильным ветром (более 9 м/с), грозой, туманом, градом, метелью, пылевой бурей.
Импульсное электромагнитное поле атмосферного происхождения может достигать большой активности (300 и более импульсов за сутки).
При неблагоприятных погодах у многих больных наблюдаются метеопатические реакции. В таких случаях необходимо специальная терапия и режим. Активные формы климатолечения в период неблагоприятных погод не назначаются.
Следует отметить, что отдельные классы погод могут быть благоприятными для одной группы больных и неблагоприятными – для другой, поэтому при анализе метеорологической сводки врачи учитывают особенности метеорологической ситуации, выявляют главные элементы, вызывающие отрицательные реакции у больных или препятствующие проведению климатических процедур.
Говоря о медицинской оценке погод, следует отметить, что на человека существенное влияние оказывает смена погоды, особенно контрастная смена. В связи с этим важно дополнить характеристику климата определением контрастной изменчивости погоды, расширяющей влияние циркуляции атмосферы на режим местной погоды. Определение контрастности смены погоды имеет значение как для данной местности, позволяя оценить устойчивость ее климата и предвидеть возможности развития метеопатических реакций, так и для сравнения различных местностей по данному показателю, что особенно важно для выбора времени поездки больного на курорт в контрастные климатические районы, а для здоровых людей – для выбора наиболее благоприятного времени при перемене места жительства.
Для медицинских целей важно оценить погоду с точки зрения ее влияния на организм человека. При этом особое значение имеет установление причинно-следственных связей между изменением климато-погодных факторов и патологическими реакциями и состояниями. С этой точки зрения по любой классификации можно определить более или менее благоприятные погоды. В курортной практике применяется классификация погод Федорова – Чубукова, приведенная выше.
Контрольные вопросы
1. Какой слой атмосферы представляет интересы для медицинской клматологии?
2. Назовите химические факторы воздуха
3. Перечислите физические факторы.
4. Чем измеряется атмосферное давление?
5. Тринадцатибальная шкала Симпсона-Бофорта?
6. Классификация погоды?
РАЗДЕЛ 2. КЛИМАТ И КЛИМАТОТЕРАПИЯ