CC BY
31
ОБЗОРЫ
КОМПЛЕКСНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВЛИЯНИЯ НА ОРГАНИЗМ РАЗЛИЧНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ И ИХ КРИТИКА
Кандидат медицинских наук М. С. Горомосов
Из Института общей и коммунальной гигиены имени А. Н. Сысина АМН СССР
За последние годы некоторые* зарубежные исследователи предло жили ряд новых показателей и индексов для суммарной оценки влия ния на организм различных метеорологических факторов. Идея эта ненова. Известны многочисленные попытки, которые были сделаны еще в прошлые годы по изысканию единого показателя для учета комплексного воздействия на человека основных метеорологических факторов.
Поскольку изыскание таких показателей продолжается, а в рядг зарубежных стран некоторые из них применяются, представляет несомненный интерес в свете современных задач жилищной гигиены критически рассмотреть и оценить имеющиеся в этой области предложения.
Разработка методов определения суммарного влияния метеорологических факторов на тепловое состояние организма нашла свое выражение за рубежом в конструировании так называемых аналогов человеческого тела, разработке различных температурных шкал (эффективные температуры, оперативная температура, результирующая температура, радиационная температура и др.) и, наконец, в изыскании различных коэффициентов и индексов. Конструирование так называемых аналогов человеческого тела шло по пути создания физических приборов, показывающих теплоотдачу с их поверхности при температуре, близкой к температуре тела или кожи и одежды человека [эвпатеоскоп Дафтона (ОиНоп, 1932), шаровой термометр Вернона (1935) —в Англии, термоинтегратор (1935)—в США и др.]. Научная необоснованность, механистичность самой идеи отождествления физического прибора с человеком не давала оснований для таких изысканий.
Все предпринятые до сих пор попытки сконструировать физический прибор, естественно, не увенчались успехом и были отвергнуты подобно тому, как ранее был отвергнут предложенный Хиллом кататермометр как прибор для определения теплового состояния человека.
Многие физиологи и гигиенисты пришли в конце концов к справедливому выводу, что как бы ни был совершенен прибор, он не может претендовать на то, чтобы быть аналогом человеческого тела [М. Е. Маршак, 1935; Г. X. Шахбазян, 1940; Н. К. Витте; 1943; Яглоу (^1ои), 1949; Уинслоу (Штэкпу), 1949, и др.].
В качестве физических приборов они пригодны для более или менее точной физической оценки отдельных измеряемых ими метеорологических факторов. Поэтому комиссия по жилищу Организации здравоохранения Лиги наций еще в 1937 г. в своих методических рекомендациях указывала, что во всех точных научных исследованиях параметры основных метеорологических факторов (температура, влажность, подвижность воздуха и радиация) следует измерять раздельно четырьмя специально предназначенными для каждого из этих факторов физическими приборами и указывать независимо от каких бы то ни было других комплексных оценок. В частности, в связи с этим шаровой термо-
метр Вернона был рекомендован для измерения радиации, кататермометр — для подвижности воздуха, фригориметр — для определения охлаждающей силы среды и т. д.
Только в этих целях каждый из указанных приборов и может быть использован в практике гигиенических исследований.
Указанное в значительной мере может быть отнесено и к другому направлению изысканий в этой области, связанному с разработкой температурных шкал. Возникшие, как известно, в США в 1922 и 1924 гг. в связи с задачами отопительно-вентиляционной техники первые шкалы, так называемые эффективные температуры, вначале недостаточно критически воспринятые, получили довольно широкое распространение не только за рубежом, но и в СССР, главным образом в практике установления зон теплового комфорта и определения эффективности оздоровительных мероприятий на производстве. Основой для составления шкалы эффективных температур являлись данные опроса нескольких сот лиц об их тепловом самочувствии и о субъективной оценке теплового состояния среды при переходе из одной камеры с определенной температурой и влажностью в другую с другой температурой и влажностью (и обратно). При этом изменение температуры и влажности в камерах шло в противоположных направлениях, т. е. при росте температуры влажность понижалась, а при росте влажности снижалась температура. Скорость же движения воздуха не регулировалась, но была невелика, не более 0,07 м/сек.
Хоутем (Houchtem), Яглоу, авторы шкалы эффективных температур, определяли вначале понятие эффективной температуры следующим образом: «эффективная температура — это показатель ощущения тепла, которое будет испытывать человек при разных сочетаниях температуры и влажности». В дальнейшем Хаутем (1928) и др. расширили диапазон изменений тепловых свойств среды, включив в числэ переменных факторов также подвижность воздуха. Эта шкала в отличие от предыдущей получила название шкалы эквивалентно-эффективных температур.
Однако вскоре шкала эффективных температур подверглась серьезной критике как за рубежом (Vernon, 1926), так и особенно в СССР, ввиду ряда существенных недостатков; обоснование только на субъективных оценках, игнорирование роли адаптации, условий, в которых протекают процессы труда, климатических особенностей различных стран; значительное изменение оценок в зависимости от одежды, системы отопления и бытовых навыков населения; недоучет влияния фактора радиации и др. Известно, что в Англии предпочитают как зимой, так и летом температуру воздуха по сухому термометру на 4—4,5° ниже, чем, в США. Это различие объясняется адаптацией к определенным климатическим условиям, а также различным типом отопления и обычаями населения в отношении одежды в этих странах (Уинслоу и Херрингтон, 1949). В Англии в течение более мягкого зимнего сезона население привыкает к более низким температурам. Этому отчасти способствуют широко развитые системы каминного и панельного отопления, при которых, как известно, ощущение комфорта благодаря наличию значительной тепловой радиации достигается при более низкой температуре воздуха в помещении, чем при конвекционных системах отопления (Яко-венко, 1946).
Вместе с тем, как показали исследования Яглоу и Дринкер (Drinker, 1929), население США большей частью носит белье из хлопчатобумажной ткани, более или менее плотной в зависимости от сезона. Шерстяное белье носят в США значительно реже, только при самой холодной погоде (в 10% случаев). В Англии же шерстяное белье обычно носят зимой, а многие предпочитают носить его и летом, хотя климат Англии мягче климата США.
5*
67
Следует также учесть, что и сама методика установления зон комфорта по эффективной и эквивалентно-эффективной температурам имела существенные недостатки.
За один градус эффективной температуры условно принимались показания одного градуса по сухому термометру при 100% относительной влажности и при отсутствии подвижности воздуха. Таким образом, в зону комфорта включались температуры воздуха до 100% относительной влажности, что не могло не вызвать серьезных возражений с гигиенической точки зрения. Большие возражения встретило и широкое применение метода экстраполяции при недостаточности объективных физиологических данных. Работа специальной комиссии при Хорвардской школе установила в 1933 г., что эффективная температура сама по себе не может являться показателем комфорта, как это было принято считать. В связи с этим было уточнено и определение эффективной температуры как «...условного комбинированного показателя степени тепла или холода, ощущаемого человеком в результате комплексного воздействия температуры, влажности и скорости движения воздуха». Что же касается непосредственно определения зоны комфорта, то она была огоани-чена колебаниями относительной влажности в пределах от 30 до 70% и скорости движения воздуха от 0,07 до 0,12 м/сек. Было установлено также, что новая шкала эффективной температуры может иметь лишь ограниченное применение, поскольку она характеризует тепловое самочувствие лиц, находящихся в покое, в сидячем положении или выполняющих легкую работу в помещениях, отапливаемых обычными конвекционными (а не лучистыми) приборами отопления, и в условиях сравнительно небольшой разницы между температурой воздуха и стен. Было признано также, что американскую шкалу эффективной температуры не следует применять к населению других географических и климатических зон.
Такова в общих чертах американская система эффективных температур, которая находится в процессе уточнения применительно к задачам кондиционирования воздуха (Уинслоу).
В связи с продолжавшейся критикой американских эффективных температур, как неполно отражающих влияние различных метеорологических факторов, Бедфорд (Bedford, 1946) скорректировал шкалу эффективной температуры с учетом радиационного фактора, предложив для измерения радиации использовать показания шарового термометра (вместо сухого термометра), а также данные влажного термометра. Однако пользование скорректированной Бедфордом шкалой эффективной температуры при большой подвижности воздуха, как указывает Яг-доу (1949), может привести к серьезным ошибкам в расчетах. Шкала Бедфорда, таким образом, также вызвала существенные возражения.
В Англии Дафтон и др. разработали в 1930—1932 гг. свою систему учета комплексного воздействия метеорологических факторов, назвав ее эквивалентной температурой, понимая под этим термином эффект от суммарного воздействия температуры, движения воздуха и радиации (влажность не учитывается). Шкала эквивалентных температур разрабатывалась Дафтоном на основе лабораторных опытов, проведенных при помощи сконструированного им же прибора — эвпатео-скопа (цилиндрическое черное тело с температурой поверхности, равной 24°, которая принималась за среднюю температуру поверхности одежды человека).
Эквивалентность разных метеорологических условий среды устанавливалась по теплопотерям эвпатеоскопа в этих условиях. В этом состояла основная ошибка автора, который полагал, что изменения температуры поверхности эвпатеоскопа, который он считал аналогом человеческого тела, при разных метеорологических условиях среды будут соответствовать изменениям температуры поверхности одежды человека.
Опыты показали, что изменения температуры поверхности одетого человека и эвпатеоскопа отнюдь не идут параллельно. Таким образом, и эта шкала оказалась неполноценной. По этому же пути поисков аналогий во влиянии различной комбинации метеофакторов пошел во Франции Миссенар (Missenard, 1933), который предложил для суммарной оценки влияния на теплоощущение человека основных метеорологических факторов, в том числе и радиации, аналитическое выражение (формулу), назвав его результирующей температурой. По Миссенару, результирующей температурой помещения называется «...температура, вызывающая такое же теплоощущение, как и в помещении, где воздух полностью насыщен, находится в покое и средняя температура внутренних поверхностей стен равна температуре воздуха». Естественно, что как и шкала американских авторов, формула Миссенара не может характеризовать метеорологические условия в полном соответствии их с теплоощущением человека.
Еще одной попыткой создания единого показателя является так называемая оперативная температура — калориметрическая шкала Уин-слоу, Хэррингтона и Гагга (Winslow, Herrington, Gagge, 1941). Она учитывает температуру среды, скорость движения воздуха и радиацию, а также показатели кожных температур человека.
Чтобы найти оперативную температуру, требуется предварительно определить среднюю радиационную температуру с помощью особого типа шарового термометра, а также среднюю температуру кожи. Оперативная температура поэтому не может быть определена на основании обычных метеорологических данных. Наблюдения, на которых основываются уравнения авторов, были проведены на обнаженных лицах в камере, стены которой были хорошо отполированы и обладали высокой отражательной способностью (радиация исходила от нагревателей), поэтому, естественно, оперативная температура не может быть использована для оценки теплового комфорта в обычных условиях.
Наконец, попытки связать наиболее важные факторы в единый показатель нашли свое выражение также в ряде предложенных в последнее время «индексов» и «коэффициентов».
В 1945 г. Робинсон (Robinson), Таррел (Turrel), Джеркинг (Ger-king) (университет штата Индиана, США) предложили так называемый индекс физиологического эффекта. По определению авторов, это эмпирический индекс воздействия внешних условий на лиц, работающих при высокой температуре воздуха, в виде отношения воздействия в данных условиях среды к наиболее жарким из терпимых условий. В формулу входят показатели частоты пульса, температуры кожи, ректальной температуры и потоотделения. Нет нужды вдаваться в критику данного индекса по существу, поскольку он предназначается для оценки чрезвычайных условий среды при работе и уже поэтому не может быть использован в области жилищной гигиены.
Далее в 1945 г. йонидс, Пламмер и Сепл (Ionides, Plummer, Siple) предложили коэффициент термической приемлемости. Они определяли у обнаженных людей максимальную кожную температуру и напряжение водяных паров на поверхности кожи, которые могут считаться переносимыми для человека при высокой наружной температуре, и на основании этих данных предложили формулу для расчета теплоотдачи в окружающую среду. Коэффициент приемлемости получается путем деления величины теплоотдачи на величину теплопродукции. Действие скорости ветра так же, как и одежды, не учитывается. Как указывают сами авторы этого коэффициента, формула его еще несовершенна и должна быть пересмотрена, когда будут накоплены новые факты (Яг-лоу, 1949).
В последнее время Белдинг и Хатч (Belding a. Hatch, 1955) предложили индекс для выражения тепловой нагрузки при помощи показа-
телей возникающего физиологического напряжения. Предлагая свой индекс, авторы исходят из того, что при тепловой нагрузке тепловое равновесие поддерживается вследствие выделения и испарения пота. Поэтому в известных пределах величина тепловой нагрузки пропорциональна интенсивности потоотделения. Отношение теплоотдачи путем потоотделения, требуемого в данных условиях для уравновешивания теплового баланса, к максимально возможной теплоотдаче потоотделением выражает степень тепловой нагрузки. Поскольку потоотделение является одним из основных физиологических механизмов терморегуляции, указанное отношение, по мнению автора, выражает в известной мере также степень напряжения физиологических функций. Так как, однако, выносливость к тепловой нагрузке индивидуально варьирует в весьма широких пределах, показатели ее исчисляются для «стандартного» человека.
За 100 принимается такая комбинация метеорологических условий, при которых молодой, физически здоровый человек (вес 70 кг, рост 170 см), выполняя мышечную работу 1 кг/м/мин, выделяет 1000 мл пота в час. Авторы считают предлагаемый ими индекс более удобным, чем применяемые обычно показатели (эффективная температура и др.)-
В отличие от температурных шкал расчетные формулы для вычисления некоторых индексов и коэффициентов включают также и показатели, характеризующие некоторые физиологические реакции организма. В то же время ни один из них не может пока претендовать на то, чтобы в одном единственном показателе отразить все разнообразные реакции организма на различный уровень температуры, влажности, подвижности воздуха и радиации в закрытом помещении или на открытом пространстве с учетом не только безусловных, но и условнорефлекторных связей, явлений акклиматизации, сезонных перестроек и т. п.
Не случайно Базетт (ВагеМ, 1949) —один из видных специалистов в области изучения проблемы теплообмена человека — в одной из своих последних работ (1949), посвященных разработке гипотезы единого механизма терморегуляции, указывает на сугубую условность применения различных эмпирических формул в этой области. «Нельзя ожидать от какой-либо формулы (речь идет о вычислении средней температуры тела по данным кожной и ректальной температуры.— М. Г.) для различных метеорологических условий, чтобы она давала более чем грубое сравнение даже при условии применения ее к устойчивому состоянию».
Другой видный ученый Бедфорд (1955) в специальном обзоре, посвященном состоянию исследований после второй мировой войны в области расчетов теплового напряжения и теплового обмена человека, отмечает последние работы в этой области Нельсона с сотрудниками (а также работы военно-медицинской лаборатории на форте Нокс). Нельсон с сотрудниками предложили уравнение для вычисления теплобаланса по величине испарения с поверхности кожи обнаженного человека (тело которого полностью увлажнено) в зависимости от разницы напряжения водяных паров на коже и в воздухе и с учетом скорости движения воздуха.
Указывая, что для обнаженного человека в определенных границах внешних условий вычисление теплового баланса может быть сделано довольно точно, Бедфорд в то же время подчеркивает, что при особом сочетании внешних факторов, а особенно у человека в одежде, вычисление теплобаланса не дает точных результатов.
Резюмируя изложенное, следует признать, что ни один из предложенных физических приборов, а также методов вычисления калориметрических шкал и индексов пока не позволяет дать однозначной оценки суммарного воздействия различных метеорологических условий на тепловое состояние и самочувствие человека.
Поэтому при гигиеническом изучении влияния факторов микроклимата в жилище на организм человека, как показал опыт наших исследо-
ваний за послевоенные годы, нужно исходить из одновременного учета и сопоставления как инструментальных измерений каждого из метеорологических факторов, так и данных о физиологических реакциях человека на изменения метеорологических условий и санитарного состояния воздушной среды. Сложность и большие методические трудности при решении этой задачи, превосходящие трудности при решении задач нормирования метеорологических условий в производственной среде, заключаются в том, что воздействие метеорологических факторов в условиях жилища должно укладываться в сравнительно узкий диапазон характера и интенсивности физиологических реакций человеческого организма, т. е. в такое функциональное состояние, когда не требуется какого-либо заметного и длительного напряжения компенсаторных механизмов (в данном случае терморегуляционных), которые по самой своей физиологической природе не приспособлены к чрезмерно длительному и интенсивному напряжению.
Реакция на столь слабые воздействия среды в жилище трудно уловимы и требуют для своего выявления специальных исследований, тонкой аппаратуры, а в ряде случаев также и устройства установок для воспроизведения и регулирования соответствующих условий внешней среды (метеорологические камеры, опытные жилые дома и т. д.).
Основным физиологическим критерием для оценки и обоснования гигиенических нормативов микроклимата жилищ с учетом установленного павловской школой факта различной настройки кортикальных механизмов терморегуляции человека в разных климатических зонах служат реакции терморегуляторного характера. Комплексное применение санитарно-статистических исследований с экспериментальными физиологическими наблюдениями реакций организама на условия среды и одновременным изучением физических особенностей микроклимата жилых помещений в разных климатических районах СССР представляет, по нашему мнению, наиболее эффективный путь, по которому должно и в дальнейшем идти изучение и гигиеническое обоснование норм микроклимата жилищ.
Л И.ТЕРАТУРА
В и тт е Н. К- Тепловой обмен человека и его гигиеническое значение. Киев, 1956.— Вопросы кататермометрии и эффективных температур. Труды Всесоюзного совещания при Институте охраны труда, 1931.— Горомосов М. С. Гиг. и сан., 1951, № 8, стр. 3—11.—Горомосов М. С., Кандрор И. С. В кн.: Всесоюзн. конф. по вопросам благоустр. колх. селений МТС, совхозов и гигиены жилища. Тез. докладов, М., 1954, стр. 82—87.—Маршак М. Е. Метеорологический фактор и гигиена труда. М.—Л., 1931,—Ш ахбазянГ. X. Гиг. и сан., 1940, № 10, стр. 4—13,— ЯковенкоВ. А. Экс-перим. мед., 1934, № 2. — В a z е t t Н. С. В кн.: Physiology of Heat Regulation and the science of clothing. Philadelphia, 1949.—Bedford Т., Tredre В. E. Trans. Inst. Mining Eng., 1955, v. 115, N. 3, p. 209—231. Discuss, 231—240,—В e 1 d i n g H. S. and H a tch T. F. Heat Piping and Air Condit., 1955, N. 8, p. 129—126. — В e d f о г d Т. Environmental Warmth and its measurement. London, 1946.—Dufton A. E. The equivalent temperature of a room and its measurement. London, 1932. — Houchtem F. C. J. Am. Soc. Heat., Vent, Eng.. 1924, 30, p. 169. — HousingComission. Of the health organization of the league of Nations Quart. Bull, of the health organization of the league of Nation, 1937, v. 6, p. 505.—12. Yaglou С. P. В кн.: Physiology of Heart Regulation and the Science of doting. Philadelphia, 1949—Yaglou C. P. J. Industr. Hyg., 1927, v. 7, p. 297,—Yaglou С. P., M i 11 e r W. E. J. Am. Soc. Heat., Vent., Eng., 1925, v. 31, p. 59.—Y a g 1 о u, Drinker..!. Am. Soc. Heat., Vent. Eng., 1929, N. 1.—M issenard A. Chal. et industr., 1933. p. 159. — Plummer I. H„ Ionides M. a. Siple P. A. Thermal Balance of the Human Body and Its Application as an Index of Climatic Stress. Rep. from Climatology and Environmental Protection Section. Off ce of the Q. G. Washington, 1945, Aug. 20—Robinson S. a. oth. Am. J. Physiol., 1945, v. 143, p. 21—32.— Vernon H. M. J. Industr. Hyg., 1926, v. 8, p. 392. — V e r n о n H. M. J. Industr. Hyg., 1932, v. 14, p. — 95—111. — W i n s 1 о w С. E. a. oth. Am. J. Hyg., 1935, v. 22, p. 137—156.
Поступила 6/VII 1957 r.
