Практическое занятие 4

ТЕМА ЗАНЯТИЯ. Гигиеническое значение физических свойств воздуха.

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ. Анализ физических свойств воздушной среды как факторов, определяющих физическую работоспособность человека.

ОСНАЩЕНИЕ ЗАНЯТИЯ. Термометры ртутный и спиртовый, термограф, психрометры стационарный и аспирационный, гигрометры, гигрограф, анемометр чашечный и крыльчатый, барометр-анероид.

СОДЕРЖАНИЕ ЗАНЯТИЯ. Атмосфера является непосредственной окружающей человека средой и этим опре­делено первостепенное гигиеническое зна­чение ее химического состава и физическо­го состояния. Воздух — это смесь газов, составляющих атмосферу земного шара. В воздухе кислород составляет 20,95%. Парциальное давление кислорода на уровне моря в условиях сухого воздуха составляет 159,2 мм.рт.ст. Постоянное поступление кислорода в организм человека необходимо для окислительных процессов и поддержания жизни. Взрос­лый человек в течение суток вдыхает 15— 20 м³ воздуха, чистота которого имеет огромное значение для здоровья.

Тесно соприкасаясь с воздушной средой, организм человека подвергается воздей­ствию ее физических и химических факторов. На него оказывают влияние солнечная радиация, температура, влажность и скорость дви­жения воздуха, барометрическое давление, атмосферное электричество, акустическое состояние воздушной среды и др. Кроме того, атмосфера является одним из главных факторов погодо - и климатообразования.

При гигиенической оценке воздушной среды следует учитывать все ее свойства:

1. физические – температура, влажность, подвижность воздуха, барометрическое давление, солнечная радиация, электрическое состояние, ионизирующая радиация;

2. химические – содержание постоянных составных частей воздуха и различных газообразных примесей;

3. бактериологический состав – наличие микробов, вирусов и др.;

4. разнообразные механические примеси – пыль, сажа, дым и др.

Действие воздушной среды на организм комплексное, но одно

из существенных воздействий связано с физическими свойствами воздуха, поскольку они в значительной степени определяют теплообмен организма с окружающей средой.

Гигиеническое значение физических свойств воздуха. Температура, влажность и движение воздуха активно воздействуют на тепловой обмен организма, который регулируется ЦНС. Термовзаимодействие организма с внешней средой изменяет тонус сосудов, мышц. Низкие параметры внешнесредовых факторов (при повышенной скорости движения воздуха) стимулируют теплообразование в организме, увеличивая энерготраты на поддержание температуры тела в нормальных пределах. При этом значительно сокращается выделение тепловой энергии путем излучения и конвекции.

При значениях показателей воздушной среды выше рекомендуемых для спортивных занятий при минимальной подвижности воздуха организм стимулирует теплоотдачу, степень которой определяется состоянием воздуха (его влажностью, температурой, скоростью движения). При этом активизируются потоиспарение, конвекция или радиация тепловой энергии из организма.

При длительном воздействии негативных средовых воздействий (холодный сырой воздух, горячий сырой и другие варианты) возможен срыв терморегуляции, развитие патологических состояний, переохлаждение (замерзание), перегревание (тепловой, солнечный удар), требующие оказания неотложной помощи.

Следовательно, при изменении микроклиматических факторов необходимо видоизменять объем и интенсивность мышечных усилий, так как адаптационные возможности организма испытывают определенное напряжение, вплоть до стрессового.

Одним из основных видов взаимодействия организма с внешней средой является температура воздуха. Ее гигиеническое значение состоит в том, что температура явля­ется важнейшим фактором, влияющим на теплообмен человека. Высокая температура затрудняет отдачу тепла, низкая, наоборот, повышает ее. Разберите за счет чего происходит приспособление организма человека к значительным колебаниям температуры.

Основная масса тепла теряется человеком проведением,

конвекцией, излучением и испарениемвлаги с кожи и слизистых оболочек дыхательных путей. Изучите эти пути отдачи тепла.

Для жилых помещений при нормальной влажности воздуха оптимальной является температура 18°С. Если она выше 24 - 25°С и ниже 14 - 15°С при тех же условиях, может нарушиться тепловой баланс. Такая температура считается гигиенически неблагоприятной.

Для спортивных залов оптимальной является температура 15°С. Однако в зависимости от вида спортивной деятельности, двигательной плотности уроков физической культуры, интенсивности их проведения и степени тренированности занимающихся, показатели оптимальной температуры в спортивных залах могу колебаться. Так:

- для гимнастов-новичков оптимальна температура 17°С, а для тренированных спортсменов – 14 - 15°С;

- в залах спортивных игр – 14 - 16°С;

- для борьбы – 16 - 18°С;

- в закрытых легкоатлетических манежах – 15-17°С, на открытом воздухе – 18-20°С (при нормальной относительной влажности и скорости движения воздуха 1,5 м/с);

- для ходьбы на лыжах гигиенически оптимальна температура от -5 до -15°С, а в тихую сухую погоду и более низкая;

- для зимней тренировки бегунов на короткие дистанции – -22-25°С при скорости движения воздуха не более 5м/сек, для марафонцев – 18°С.

Определение температуры воздуха. Для измерения температуры воздуха и ее динамической регистрации используются ртутные и спиртовые термометры, а также термографы. Спиртовые приборы способны измерять температуру воздуха до -130°С.

При этом следует соблюдать следующие правила:

– прибор не держать в руках, фиксировать в специальном штативе, на расстоянии от стены не менее 20 см;

– значение показателя регистрировать через 10 минут;

– не следует размещать приборы вблизи источников тепла (в том числе человека);

– измерения проводятся в горизонтальной и вертикальной плоскотях, при этом допускаются колебания температуры по горизонтали в пределах 2-3°С, а по вертикали - 2,5°С на 1 м высоты;

– измерение производится на высоте 0,1; 0,5 и 1,5 м от пола и по диагонали помещения (противоположные углы и середина).

Таблица 1

Оценка производится по разнице показаний. Результаты заносятся в протокол (табл. 1).

Влажность воздуха – содержание водяных паров в воздухе, обладающих упругостью. Она влияет на работоспособность человека, изменяя тепловой баланс организма: низкая влажность (менее 30 %) приводит к потере жидкости и минералов через кожу и слизистые, а высокая (более 60 %) – к избыточному потовыделению (для предупреждения перегревания), но низкому потоиспарению. Подобные условия затрудняют мышечную деятельность человека, создают дополнительную нагрузку на адаптационные системы организма, снижают работоспособность и, значит, требуют уменьшения объема и интенсивности физической нагрузки.

Влажность воздуха характеризуется следующими показателями: максимальная, абсолютная и относительная и относительная влажность, физиологический дефицит насыщения.

Изучите эти показатели. В практике спорта чаще используется относительная влажность.

Нормальной относительной влажностью воздуха в помещениях принято считать 30 - 60%. При температуре воздуха выше 20°С или ниже 15°С во время физической работы влажность воздуха не должна превышать 30 - 40%, а при более высокой температуре (25°С) – 20 - 25%.

Методика измерения влажности воздуха. Для ее определения существует специальная аппаратура: гигрометр, гигрограф (работа этих приборов основана на изменении длины высушенного пучка волос при различной влажности), стационарный и аспирационный психрометры (определение проводится по разнице показаний ртутных термометров, один из которых регистрирует температуру сухого воздуха, другой – увлажненного). Измерение осуществляется в трех точках зала (по диагонали). Время работы прибора: 4 мин в летнее время и 15 мин – в зимнее.

На ткань одного из термометров в аспирационном психрометре наносятся 1 - 2 капли дистиллированной воды из специальной пипетки за 4 мин летом и за 15 мин зимой до исследования. Прибор фиксируют на высоте 2 м от поверхности пола (почвы). Заводят вентилятор, просасывающий воздух через прибор. Снимают показания с обоих термометров через 4 мин летом и через 15 мин зимой от начала работы вентиляторов (табл. 2). По специальной таблице находят значение относительной влажности, сравнивают с нормативными показателями, делают вывод о влиянии конкретного значения температуры и влажности на состояние организма, дают рекомендации об оптимизации величины и интенсивности двигательной нагрузки в конкретных условиях среды.

Нормативное значение влажности воздуха значительно варьирует (30 - 60 %) в зависимости от состояния человека (покой, нагрузка) и микроклиматических условий. В покое в обычной одежде при температуре 18 - 20°С и слабом движении воздуха оптимальной для человека является 40 - 60 % относительной влажности; при нагрузке и температуре выше 15°С – 30 - 40 %, выше 25 °С – 20 - 25 %.

Таблица 2

Д вижение воздуха. характеризуется двумя показателями: скоростью (расстоянием, проходимым массой воздуха за единицу времени – 1сек.) и направ­лением.

Для работоспособности человека определенное значение имеют не только температура и влажность воздуха, но также скорость и направление его движения. Последние воздействуют на температурный баланс организма, его психологическое состояние (сильные по скорости потоки (более 6 - 7 м/с) раздражают, слабые – успокаивают), на частоту и глубину дыхания, частоту пульса, на скорость передвижения человека.

Установлено, что оптимальными значениями скорости движения воздуха при спортивной деятельности являются 0,3 - 0,5 м/с в большинстве закрытых спортивных объектов (в плавательном бассейне – 0,2 м/с), 1 - 4 м/с (легкий ветер) – в спортивных объектах открытого типа; в раздевалке, душевой – 0,15 м/с; в жилых помещениях – 0,1 - 0,3 м/с. При скорости движения воздуха более 2 м/с не засчитывается результат при проведении легкоатлетических соревнований, если ветер попутный.

Для определения скорости движения существует специальная аппаратура: анемометры ручные, крыльчатые и чашечные (для открытых объектов) и кататермометр (для закрытых).

Таблица 3

Направление движения воздушного потока в момент исследования можно определить по флюгеру, по направлению дымовой струи, по движению веток, листьев (табл. 3).

В спортивной гигиене чаще используется понятие "роза ветров", т. е. графическое изображение господствующих ветров в данной местности. Роза ветров помогает правильно ориентировать спортивные объекты по отношению к фабрикам, заводам, крупным автомагистралям для создания экологически чистой воздушной среды в зоне открытого спортсооружения. Спортивный объект должен располагаться с наветренной стороны по отношению к промышленным объектам, крупным автомагистралям.

Методика определения скорости движения воздуха. На трех циферблатах анемометра (чашечного или крыльчатого) по показаниям стрелок фиксируют в протоколе исследования цифровые значения. Прибор располагают навстречу воздушному потоку. Включают в работу на 1 - 2 мин (по секундомеру). Выключают прибор, вновь записывают показания трех шкал. Находят разницу между первоначальным и последующим показаниями прибора, которую делят затем на время работы прибора в секундах. Полученное число делений в 1 сек находят на вертикальной оси графика, приданного прибору, соединяют эту точку с диагональю графика, опускают перпендикуляр на ось абсцисс графика и находят искомую скорость движения воздуха (табл. 4).

Таблица 4

Затем необходимо сопоставить значение показателя с

нормативным, указать влияние фактора на состояние организма в период занятий физической культурой и спортом, сделать рекомендации по корректировке нагрузки для оптимизации работоспособности организма.

Атмосферное (барометрическое) давление. Воздух обладает массой и весом, поэтому он оказывает на поверхность земли и находящиеся на ней предметы и живые существа определенное давление, которое называется барометрическим или атмосферным. Такое давление непостоянно и неравномерно. Его величина зависит от географических условий, времени года и суток и различных атмосферных явлений. С набором высоты давление падает, параллельно с этим уменьшается парциальное давление кислорода.

Нормальным считается давление атмосферы, равное 760 мм рт. ст. при температуре воздуха 0 °С, на уровне моря и широте 45°. При этих условиях на 1 см поверхности Земли атмосфера давит с силой 1033 г. Суточные колебания давления у поверхности Земли составляют 4 - 5 мм, а годовые – 20 - 30 мм рт. ст. Эти колебания ощущаются метеочувствительными людьми, что является признаком ослабления защитных сил организма.

Атмосферное давление в 1 миллибар соответствует давлению тела массой в 1 г на поверхность в 1 см: 1 мб = 0,7501 мм рт. ст.

Низкое (пониженное) барометрическое давление воздействует на человека, работающего в условиях среднегорья (более 2000 м над уровнем моря) и, особенно, высокогорья (более 3000 м). В этих условиях снижается парциальное давление кислорода в атмосфере, создаются условия относительной гипоксии, лимитирующие двигательную активность человека. Адаптация организма может продолжаться от 7 - 10 дней до месяца в зависимости от высоты над уровнем моря и функционального состояния органов и систем человека. В этом периоде физическая работоспособность снижена, что подразумевает сознательное уменьшение объема и интенсивности двигательной нагрузки спортсмена.

При резком подъеме в горы (горнолыжный спорт) у ослабленного человека (перетренированность, после- или предболезненное состояние, нарушение режима и пр.) развивается горная (высотная) болезнь, при которой основным патогенетическим признаком является гипоксия мозга и гипоксия тканей (одышка, изменение артериального давления, часоты сердечных сокращений, слабость вплоть до потери сознания).

Неблагоприятным для человека может быть и резкое повышение атмосферного давления (подводные виды спорта и трудовой деятельности). Известно, что на каждые 10 м погружения давление повышается на 1 атмосферу. При этом за счет значительной разницы между внешним и внутренним (в полостных органах) давлением возможен разрыв органов, крупных сосудов. Это последствия кессонной болезни.

В практике спорта пониженное атмосферное давление используется как фактор стимуляции физической работоспособности в аэробных видах спортивной деятельности.

Методика определения атмосферного давления. Показатель определяется с помощью барометра-анероида, который регистрирует изменения в атмосферном давлении через деформацию стенок металлической анероидной коробки. Значения показателя могут быть выражены в мм рт. ст., атмосферах, паскалях, барах. Для пересчета из одних единиц измерения в другие существуют поправочные коэффициенты: 1 гПа = 1 г/см = 0,75 мм рт. ст. Полученное значение сопоставляется с нормативным, делается вывод о влиянии показателя на состояние человека и даются рекомендации по корректировке объема и интенсивности мышечной нагрузки (табл. 5).

Таблица 5

С помощью барометра можно также определить высоту местности над уровнем моря при подъеме в горы. Для этого фиксируют показания прибора перед подъемом и на необходимой высоте (спортивная или туристическая база). Каждой высоте соответствует определенное атмосферное давление. В среднем на каждые 10,5 м высоты давление уменьшается на 1 мм рт. ст. При отсутствии барометра высоту местности над уровнем моря можно определить с помощью высокочувствительного термометра. Необходимо измерить температуру кипящей воды и по таблице уточнить соответствующую этому значению показатель высоты местности (табл. 6).

Таблица 6

С целью определения степени адаптации организма к конкретным условиям микроклимата необходимо провести исследование реакций организма на комплексное воздействие микроклиматических факторов.

Таблица 7

Для этого необходимо:

– провести определение параметров микроклимата учебной аудитории, спортивного зала (температура, влажность, движение воздуха, барометрическое давление, табл. 7, 8);

– провести оценку микроклимата методом субъективных теплоощущений;

– провести измерение кожной температуры (лоб, спина) с помощью электротермометра в состоянии покоя и после стандартной нагрузки (15-секундный бег на месте в максимальном темпе или 3-минутный (2-минутный для женщин) бег на месте в темпе 180 шагов в минуту);

– определить характер адаптационных процессов по длительности восстановительного периода и степени изменения кожной температуры;

– сделать заключение об устойчивости организма к воздействию микроклиматических условий в покое и при мышечной деятельности.

Таблица 8

Необходимы: протокол исследования, секундомер, электротермометр, барометр, термометр, психрометр, анемометр, калькулятор.

Порядок выполнения задания: получить задание от преподавателя, провести необходимые измерения, результаты сопоставить с нормативными, сделать вывод о характере адаптационных изменений организма, дать рекомендации испытуемому по оптимизации адаптационных возможностей.

Человеческий организм – высокоорганизованная саморегулирующаяся система, способная адаптироваться к постоянно меняющимся погодным и экологическим условиям. Вместе с тем ослабленные люди, страдающие хроническими заболеваниями, в 30-70 % случаев чувствительны к резким изменениям метеоусловий. У них могут появляться симптомы легкого недомогания, в редких случаях – нарушение сердечной и мозговой деятельности.

При гигиенической оценке внешней среды необходимо учитывать характер физиологических реакций, которые происходят в организме под влиянием комплекса микроклиматических и метеорологических факторов. Подобные реакции можно изучить с помощью различных методов (определение температуры тела, изменение ЧСС, АД, данных газообмена и других).

В гигиенической спортивной практике для изучения влияния условий микроклимата на состояние организма применяются следующие методы: оценка теплового ощущения (субъективный метод), определение температуры кожи, холодовая проба (объективные методы).

Метод оценки тепловых ощущений заключается в опросе испытуемого в соответствии со шкалой субъективных ощущений: холодно (1 балл), прохладно (2 балла), комфортно (3 балла), тепло (4 балла), жарко (5 баллов). Важно определить динамику этих ощущений в конкретных условиях среды до занятия, в середине и в конце. Наиболее оптимальны для человека ощущения теплового комфорта. Здоровый закаленный человек относительно легко адаптируется к небольшим изменениям микроклимата. Вместе с тем, значительная субъективность этого метода требует подкрепления данными объективных методов оценки.

Метод определения кожной температуры. Колебания микроклиматических факторов влияют на тонус и просвет кровеносных сосудов, изменяя тем самым температуру кожи. Наиболее высокая и относительно постоянная температура кожи лба и груди (примерно 31 - 34°С). Конечности – основные теплообменники организма, их температура колеблется в пределах 27 - 30°С.

Для определения температуры кожи применяется электротермометр, датчиком которого производятся измерения в симметричных точках:

– на лбу (на 3-4 см от средней линии);

– на груди (на уровне 4-го межреберья);

– на плече (середина наружной поверхности);

– на кисти (на тыле в средине между большим и указательным пальцами).

Затем испытуемому дается стандартная нагрузка (3-минутный бег на месте в темпе 180 шагов в 1 мин) и вновь измеряется температура кожи в тех же точках. Динамика температуры свидетельствует о степени адаптации к нагрузке. При неадекватной адаптации к нагрузке, температура кожи может снизиться значительно (на 2,5 - 3 °С).

Таблица 9

Исследование потоотделения. В жарком микроклимате и при физической работе напряженность терморегуляции можно определить по интенсивности потоотделения. Испарение 1 мл пота соответствует потере организмом 560 кал тепла. При этом, чем выше температура среды, тем интенсивнее потоотделение. С целью оценки напряженности терморегуляторных процессов применяется йодкрахмальный метод Минора для определения интенсивности потоотделения.

Участок кожи (лоб, спина) припудривается крахмалом. Испытуемый выполняет двигательную нагрузку: 15-секундный бег на месте в максимальном темпе или 3-минутный бег на месте в темпе 180 шагов в минуту (для женщин 2-минутный). Затем к этим участкам прикладывается фильтровальная бумага, обработанная смесью касторового масла, 10 %-ной йодной настойки и этилового спирта. При увлажнении бумага окрашивается в темно-синий цвет из-за реакции йода с крахмалом.

В комфортном микроклимате образуются равномерные маленькие окрашенные точки, при сильном потоотделении - крупные пятна, что говорит о напряженности терморегуляции.

Полученные данные заносятся в протокол (табл. 9) и делается вывод о степени адаптации организма к конкретным условиям микроклимата.

Комплексное изучение условий микроклимата в спортзале. Показатели микроклимата фиксируются до и после тренировочного занятия (табл. 10).

Таблица 10

Это позволяет выявить изменение данных показателей в динамике занятия и на этом основании разработать рекомендации по оптимизации санитарно-гигиенических условий в конкретном зале.

Контрольные вопросы

1. Значение воздушной среды в жизнедеятельности человека.

2. Укажите физические свойства воздуха.

3. Влияние на организм различной температуры.

4. Влияние высоких и низких температур на организм, занимающихся физическими упражнениями и сортом.

5. Показатели температурного режима в жилых помещениях и в спортивных залах.

6. Роль влажности воздуха и показатели ее характеризующие.

7. Понятие температурно-влажностного режима. Факторы, его определяющие. Значение температурно-влажностного режима в спортивной практике.

8. Гигиеническое значение подвижности воздуха (влияние на терморегуляцию, воздухообмен помещений, самоочищение атмосферного воздуха).

9. Показатели подвижности воздуха (скорость движения и направление) и их использование при занятиях физическими упражнениями и спортом.

10. Влияние на организм повышенного и пониженного атмосферного давления. Требования к тренировкам в условиях среднегорья.