Медико-биологические аспекты управления физическими характеристиками воздуха на объектах с искусственной средой обитания

 

А.Ю. Мещеряков

 

Институт проблем управления РАН им. В.А. Трапезникова, г. Москва,

 

Рассматриваются медико-биологические аспекты управления физическими характеристиками воздуха на объектах с искусственной средой обитания. Обсуждаются требования к аэроионному составу воздушной среды в системах жизнеобеспечения человека в условиях среды обитания. Приводятся особенности современного состояния воздушной среды.

 

Введение

Интерес ученых к проблеме управления воздушной средой на объектах с искусственной средой обитания  объясняется тревожной экологической ситуацией, в частности изменением параметров воздушной среды – чистоты воздуха, его химического состава и физических свойств. Такие изменения обусловлены различными факторами, имеющими природное, техногенное и антропогенное происхождение.

Объект с искусственной средой обитания это изолированный  или частично изолированный от естественной внешней среды обитания объект, имеющий свою воздушную среду. Такие объекты мы будем называть гермозамкнутые.

Гермозамкнутые объекты предназначены для временного,  в том числе длительного нахождения человека на объекте с целью выполнения определенных функций: работы, отдыха, лечения, ожидания, и некоторых других. Примером объектов с искусственной средой обитания являются: жилые, производственные, административные и другие помещения,  бункеры для несения боевого дежурства, пилотируемые космические станции, обитаемые подводные аппараты, кабины  самолетов, автомобилей, кораблей, поездов, лифтов,  помещения с принудительной вентиляцией и кондиционированием воздуха,  и многие другие объекты.

Актуальность и перспективность  решения проблемы  управления воздушной средой на объектах с искусственной средой обитания обусловлена и тем, что жители крупных городов проводят большую часть своей жизни в гермозамкнутых объектах и, как правило, игнорируют одним из основных элементов среды обитания – воздушной средой, что приводит к различным заболеваниям, преждевременному старению и  смерти. В начале XXI века экологические проблемы и в частности проблемы воздушной среды стали очевидными не только для общества,  но и для каждого человека. Проблема очистки воздуха и создания благоприятной воздушной среды на объектах с искусственной средой обитания приобрела особую важность.

Любой гермозамкнутый объект с искусственной средой обитания можно рассматривать как сложную систему с множеством элементов, межэлементные связи которых, структура и свойства системы, обеспечивают жизнедеятельность человека на объекте и выполнение им заданных функций. Изменение числа элементов или связей между  структурными элементами системы может привести к изменению не только ее структуры, но и свойств системы.  Гермозамкнутый объект с искусственной средой обитания целесообразно рассматривать не только как самостоятельную систему, но как подсистему некоторой большей - системы, которой является внешняя, естественная среда обитания человека.

 

Атмосферный воздух – основной элемент внешней естественной среды обитания

В процессе жизни человек постоянно дышит воздухом.  Воздух является жизненно важным компонентом окружающей природной среды, неотъемлемой частью среды обитания человека. Понятия  атмосферный воздух природной среды и воздух на объектах с искусственной средой обитания не являются однозначными.

Находясь за пределами гермозамкнутых объектов, человек дышит атмосферным воздухом. Атмосферный воздух – жизненно важный компонент окружающей природной среды, представляющий собой естественную смесь газов атмосферы, находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений.

В последние годы наметилась тенденция загрязнения атмосферного воздуха газами и аэрозолями, что отрицательно сказывается на человеке  и окружающей среде.  Известно, что наличие взвешенных частиц в атмосферном воздухе может изменить даже климат в индустриальном городе, что косвенно отражается на состоянии объектов окружающей среды и здоровья человека.

В 2002 г. на территории Российской Федерации вступил в силу Федеральный закон «Об охране окружающей среды». Этот закон устанавливает правовые основы охраны окружающей среды. В законе используется понятие:  окружающая среда - совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов, а также антропогенных объектов.

В настоящее время загрязнение воздуха в крупных городах достигло критического уровня и является основной причиной высокой заболеваемости, низкой продолжительности жизни и деградации природной среды.

За последние годы в Москве сложилась крайне тяжелая экологическая обстановка в части загрязнения атмосферного воздуха. Положение с загрязнением атмосферного воздуха в Москве следует рассматривать сегодня как близкое к критическому.  По данным Москомприроды  выброс вредных веществ автотранспортом составляет около 87%, или 1,7 млн. тонн, в общих выбросах вредных веществ в атмосферу, т.е. на каждого жителя Москвы автомобили выбрасывают более 140 кг вредных веществ в год. Основная доля вредных веществ выбрасываемых в атмосферу воздуха приходится на окись углерода, окислы азота и углеводороды. Кроме того, в атмосферный воздух Москвы за сутки в среднем выбрасывается загрязняющих веществ от автотранспорта, не менее:  33,3 т/сутки – сернистый ангидрид, 68,8 кг/сутки – свинец, 0,8 т/сутки – сажа.   Все это негативно сказывается на  состоянии воздушной среды и  здоровье москвичей.

 

Воздушная среда гермозамкнутых объектов

Воздух является одним из основных элементов объектов с искусственной средой обитания. Его чистота и определенный химический состав во многом определяют срок жизни человека. Кроме того, воздух должен обладать и некоторыми физическими свойствами – электропроводностью. Электропроводность воздуха обусловлена наличием в нем электрозаряженных частиц различной физической и химической природы, которые называются аэроионами. Наличие в воздухе аэроионов является физиологически важным свойством воздуха. 

Весьма актуальным и важным является разработка методов оценки аэроионного состояния среды обитания гермозамкнутых объектов и способов управления физическими характеристиками воздушной среды. Это объясняется тем, что аэроионы могут оказывать сильное физиологическое действие на организм человека.

Социальная значимость исследований в области оптимального управления физическими характеристиками воздуха выражается  повышением безопасности и безвредности для человека факторов среды  обитания на различных гермозамкнутых объектах, обеспечения благоприятных условий его жизнедеятельности и сохранения здоровья.

Физиологически благоприятным считается лишь определенный аэроионный ре­жим, при отсутствии которого возможно появление тромбогеморрагиче­ского синдрома  и некоторых других патологических изменений организма чело­века.  Появление в воздухе аэрозольных загрязнений, приводит к уменьшению концентрации легких аэроионов и увеличению концентрации тяжелых и сверх тяжелых аэроионов, вредных для здоровья человека. Воздух, лишенный отрицательных аэроионов, ведет к быстрому утомлению, головной боли, неврозам, поражению иммунной системы, способствует возникновению и развитию различных заболеваний.  

Существующие в России санитарно-гигиенические нормы, определяющие необходимые границы уровней ионизации воздуха в помещениях распространяются только на производственные и общественные помещения, воздушная среда которых подвергается специальной обработке в системах кондиционирования.  Нормы устанавливают пять диапазонов спектра подвижностей ионов: легкие, средние, тяжелые, ионы Ланжевена, сверхтяжелые ионы.  В качестве  регламентируемых показателей ионизации воздуха устанавливается только количество легких ионов: минимально необходимый, оптимальный, максимально допустимый уровни  и  показатель полярности. Минимально необходимый и максимально допустимый уровни определяют интервал концентраций ионов во вдыхаемом воздухе помещений, отклонение от которого создает угрозу здоровью человека.

В 2003 году Министерство здравоохранения Российской Федерации на основании Федерального закона «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения»  утвердило и ввело в действие Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы  «Гигиенические требования к аэроионному составу воздуха производственных и общественных помещений». Эти Правила действуют  на всей территории Российской Федерации и устанавливают санитарные требования к аэроионному составу воздуха производственных и общественных помещений, где может иметь место аэроионная недостаточность или избыток аэроионов, включая:  гермозамкнутые помещения с искусственной средой обитания; помещения, в которых эксплуатируется оборудование, способное создавать электростатические поля, включая различные виды оргтехники; помещения, оснащенные системами принудительной вентиляции, очистки, кондиционирования воздуха, включая централизованные системы; помещения, в которых эксплуатируются аэроионизаторы и деионизаторы;   некоторые другие помещения.  Нормируемыми показателями аэроионного состава воздуха производственных и общественных помещений являются концентрация аэроионов обеих полярностей в одном кубическом сантиметре воздуха (ион/см³) и коэффициент униполярности, определяемый, как отношение концентрации аэроионов положительной полярности к концентрации аэроионов отрицательной полярности. Установлены  значения нормируемых показателей. Минимально допустимые концентрации аэроионов отрицательной и положительной полярности, соответственно:   более 600 ион/см³   и не менее 400   ион/см³ .  Максимально  допустимые концентрации аэроионов отрицательной и положительной полярности, соответственно: не более 50000 ион/см³   и  менее 50000   ион/см³ .  Коэффициент униполярности должен быть меньше 1,0 и больше или равен 0,4. В лечебных целях и на специальных объектах с искусственной средой обитания могут применяться другие показатели аэроионного состава воздуха.

 

Физиологические аспекты униполярности аэроионов в гермозамкнутых объектах с искусственной средой обитания

Известно, что в основе патогенеза различных заболеваний и экстремальных состояний организма лежат в той или иной мере выраженные проявления тромбогеморрагического синдрома, обусловленные потерей электрического заряда. Поскольку тромбогеморрагический синдром порождается уменьшением количества свободных электронов, формируя независимо от причины патогенез болезни, то именно электроны необходимы для восстановления заряда крови и других тканей.

На объектах с искусственной средой обитания наблюдается физиологически неблагоприятная аэроионная обстановка, которая характеризуется низкой концентрацией легких отрицательных аэроионов кислорода воздуха (менее 250 ион/см³), значительными концентрациями легких положительных аэроионов (более 500 ион/см³),   и тяжелых аэроионов двух полярностей (более 1000 ион/см³). 

Воздух, лишенный отрицательных аэроионов, ведет к возникновению и развитию различных заболеваний.

В связи с этим возникает необходимость в создании оптимальной концентрации  отрицательных аэроионов кислорода воздуха, обеспечения униполярности аэроионов, с целью вытеснения аэроионов, имеющих меньшую скорость подвижности.  

Взаимодействуя с сурфактантом легких, аэроионы кислорода отдают свои электрические  заряды эритроцитам крови, общая площадь которых в пяти литрах крови равна примерно 2750 м²,  т.е. примерно в 1500 раз больше площади поверхности тела человека. Диаметр капилляров легких соизмерим с диаметром одного эритроцита, что позволяет эритроцитам транспортироваться по одиночке и соприкасаться со своими стенками. Заряженные эритроциты образуют пространственно-динамическую структуру крови, благодаря которой заряды достигают клеток и тканей организма. Таким образом, заряд транспортируется до клеточных органелл, компенсируя потери электрического заряда внутри клеток.

Форменные элементы крови и белки плазмы имеют  отрицательный заряд, что вызывает явление электрораспора между ними и препятствует их сталкиванию друг с другом и агрегации.  Это создает оптимальные условия для циркуляции и микроциркуляции крови. Поступление в кровоток отрицательных аэроионов кислорода воздуха усиливает отрицательные заряды элементов крови и электрораспор  между форменными элементами крови и белками плазмы.

 

Техническая реализация способа управления

Создать оптимальную концентрацию отрицательных аэроионов воздуха и обеспечить униполярность аэроионов на объектах с искусственной средой обитания можно с помощью специальных аппаратов – генераторов аэроионов.

Электроэффлювиальный генератор «ИАТ-АЛМАЗ», разработанный в Институте проблем управления Российской академии наук, обеспечивает  униполярность аэроионов на объектах с искусственной средой обитания и является новейшей разработкой среди семейства аппаратов для искусственной генерации отрицательных аэроионов  кислорода воздуха.

Этот аппарат позволяет реализовать  метод отрицательно-униполярного управления воздушной средой,  восстановить утерянный электрический потенциал механизмами внешнего и внутреннего электрообмена организма. 

Испытания и использование в лечебно-профилактической практике метода отрицательно-униполярного управления воздушной средой, реализованного электроэффлювиальным генератором «ИАТ-АЛМАЗ» проводились  в  отделениях  Московской  городской клинической больницы № 61 – базе кафедр хирургии, неврологии и терапии II-го лечебного факультета Московской медицинской Академии им. И.М. Сеченова, на кафедре внутренних болезней медико-биологического факультета Российского государственного медицинского Университета, а также  в  условиях клинического  научно-исследовательского респираторного  центра  г. С.-Петербурга. 

Результаты этих исследований показывают, что под влиянием аэроионотерапии, осуществляющейся путем ингаляции отрицательных аэроионов кислорода воздуха и воздействия их на поверхность тела в рефлексогенных зонах, а также в области ран, язв, и т.п., меняется функциональное состояние организма. Установлено заметное улучшение состояния больных, после сеансов аэроионотерапии. До лечения у пациентов отмечались те или иные субъективные и объективные симптомы как со стороны общего состояния и самочувствия, так и по объективным показателям заболеваний. Динамика симптомов была весьма заметной и более выраженной по сравнению с динамикой симптомов у больных, не получающих аэроионотерапию.  Большинство больных избавились от симптомов. У них улучшалось состояние бронхолегочного аппарата, сердечно-сосудистой системы, функции желудочно-кишечного тракта, исчезали приступы стенокардии и болевой синдром у больных язвенной болезнью.

По результатам проведенных клинических исследований электроэффлювиальный генератор отрицательных аэроионов кислорода воздуха «ИАТ-АЛМАЗ» рекомендован к применению в медицинской практике Комитетом по новой медицинской технике Минздрава России и в настоящее время используется во многих медицинских учреждениях, в том числе   в РЦ МПЦ  Управления делами  Президента РФ,   МПС РФ,  МВД  РФ.

 

Заключение

Воздушная среда на объектах с искусственной средой обитания должна обеспечивать жизнедеятельность человека и исключать негативное воздействие различных факторов  на здоровье.

При решении проблемы управления физическими характеристиками воздуха на объектах с искусственной средой обитания особое внимание должно уделяться аэроионному составу воздуха и обеспечения униполярности аэроионов.

Аэроионный состав воздуха является эффективным показателем состояния среды обитания и способен оказывать сильное физиологическое действие на организм человека.

Проведенные клинические исследования подтверждают эффективность и целесообразность использования отрицательно-униполярного метода управления воздушной средой на объектах с искусственной средой обитания,  для профилактики и лечения различных  заболеваний. Установлено, что к фиксируемым лечебным эффектам относятся: метаболический, иммуностимулирующий, бронходренирующий, вазоактивный, бактерицидный и некоторые другие. Отрицательные аэроионы кислорода воздуха активизируют процессы регенерации биологических тканей, улучшают обмен веществ в них.