Основные обменные процессы человека — катаболизм, анаболизм
Поскольку в аспекте рассмотрения влияния жилищных условий на обмен веществ человека процесс катаболизма — определяющий, мы исследуем сначала разновидности катаболизма.
О катаболизме
Мы будем говорить только о нормальном утомлении человека и оставим в стороне случаи исключительного утомления, которые, например, являются результатом «стресса» (чрезмерного напряжения организма). Рассмотрим четыре вида утомления: а) физическое; б) от холода; в) от жары; г) нервное.
О физическом утомлении
Мускульную работу нельзя считать подобной работе двигателя внутреннего сгорания; она — результат быстрого разложения азотно-фосфорных соединений и гликогена в мышцах. Явления окисления в организме при восстановлении исходных соединений происходят только в последующем. Это окисление неполно: остаются отбросы, в частности,, молочная кислота и креатинин. Молочная кислота должна быть нейтрализована прежде, чем она будет удалена циркуляцией крови. Вступает в дело щелочной резерв. Поскольку восстановление происходит не сразу, утомленные мышцы «берут в долг» кислород у организма. Это явление очень важно для понимания отдыха человека, занятого физическим трудом; физическое утомление вызывает и другие нарушения в организме, в частности понижение процента содержания в крови эозинофильных кровяных шариков.
При некоторых значениях температуры, относительной влажностй и движения воздуха физическое утомление минимально. В других условиях окружающей среды физическая работа становится изнурительной или даже невозможной.
Об утомлении от холода
Человек принадлежит к высшим животным гомотермической категории, у которых при помощи терморегуляторной системы, локализованной в основании мозга, поддерживается постоянная внутренняя температура. Таким образом, человек независимо от своей воли может защищать себя при температурных отклонениях окружающей среды. Эти отклонения фиксируются также и сознанием человека (его мозгом). Человек может сознательно принять те или иные меры, чтобы уменьшить силу термического воздействия, например, меняя одежду или повышая температуру в жилище. Напомним, что автоматическая защитная реакция организма имеет только ограниченную эффективность.
Холод воспринимается определенными чувствительными участками кожи, отличными от тех, которые воспринимают тепло. Борьба против холода как проявление реакции симпатической нервной системы, находит свое выражение в сокращении кожных сосудов (что уменьшает теплопотери организма) и в активизации процессов окисления под воздействием эндокринной системы. Это явление окисления в значительной части происходит в мышцах. При этом образуются те же вещества, подлежащие удалению из организма, что и при физической работе; это обусловливает действие щелочного резерва. Когда внешнее воздействие значительно, может появиться как форсированная защита особая реакция организма — холодовая дрожь. Если оставить в стороне патологические случаи замерзания (обморожение), утомление от холода имеет много общего с физическим утомлением. В дальнейшем изложении специальный параграф будет посвящен термическим ощущениям человека, которые по сути дела являются тепловлажностным комплексом.
Об утомлении от жары
Борьба организма против жары по сравнению с борьбой против холода не только происходит в ином диапазоне температур, но и отличается спецификой реакций организма. Ощущение жары воспринимается специальными чувствительными участками кожи. Реакция организма на жару как реакция парасимпатической нервной системы состоит в расширении кожных сосудов, выделении пота, а иногда в ускорении ритма дыхания, способствующего повышению теплоотдачи от организма к среде. При этом наблюдаем также ослабление процессов окисления. Если не принимать во внимание некоторые крайние случаи перегрева (солнечный удар, уменьшение содержания соли от потения и т.д.), можно констатировать парадоксальный факт — уменьшение щелочного резерва. Тепловое утомление сопровождается утомлением нервным.
Ощущение жары тем интенсивнее, чем неподвижнее воздух, выше его температура и больше влажность.
Одно из необходимых условий нормального теплообмена человека со средой — обязательная потеря организмом, независимо от какой бы то ни было его активности, некоторого минимального количества калорий.
Если температура окружающей среды слишком высока, эта потеря более или менее затрудняется, человеческое существование становится все более и более тягостным и даже невозможным. Два французских инженера (Дюпюи и Миссенар) независимо друг от друга установили этот предел. Мы даем (рис. 1 и 2) два графика Миссенара, которые четко показывают границу между кривой возможных теплопотерь человеческого организма и теплопотерь, i требуемых процессом теплообмена. Для обычно одетого взрослого человека в умеренном климате эта граница находится вблизи 28 °С, что соответствует тепловлажностному комплексу 30 °С в наших районах.
Об эффективных и радиационно-эффективных температурах
Человек ощущает не ту температуру воздуха, которую отмечает «сухой» термометр (бытовой). Температура, ощущаемая человеком, зависит как от относительной влажности и скорости движения воздуха, так и от теплового излучения окружающих человека поверхностей ограждений, предметов обстановки, приборов отопления и т. д.
Вскоре после первой мировой войны Каррье и Яглу в США измерили влияние этих факторов (за исключением излучения поверхностей) для случая, когда человек переходит из одной среды в другую, отлич-
Около 1933 г. французский инженер Дюпюи высказав эти измерения соответствуют только ощущению при быстр из одной среды в другую и что должно существовать другой при пребывании в одной среде. Действительно, ощущение те Д воздуха при «переходе» воспринимается только открытыми ч ла (руки, ноги, лицо), в то время как ощущение «при пребыва принимается телом даже сквозь одежду (в зависимости от род ды и активности человека).
Около 1947 г. Миссенар дал новые графики кривых ощущение пребывании».
Около 1930 г. тот же автор учел тепловое излучение окружают!* человека поверхностей. Это оказалось необходимым после появленк панельного отопления (в полах или перекрытиях). В 1941 г. Высшая консультативная комиссия по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха разработала номограмму с учетом этого фактора (рис. 4).
Следовательно, мы обязаны учитывать многочисленные факторы: температуру сухую и влажную, ощущения при переходе из одной среды в другую и пребывании в одной среде, влияние излучения ограждений. Дюпюи углубляет анализ этих явлений. Он исследует температурные условия труда рабочих на некоторых фабриках с кондиционированием воздуха для нужд производства, учитывая, в частности, освежающий эффект потения человека. Эти исследования интересны, но относятся к частному случаю, выходящему за рамки настоящей книги. («Современные задачи климатического кондиционирования». Журнал «Отопление, вентиляция, кондиционирование», октябрь — ноябрь 1959 г.).
Номограммы, представленные на рис. 3 и 4, приближенно указывают зоны приемлемых решений и тех, которые должны быть отвергнуты.
При использовании этих номограмм необходимо обратиться также к тепловлажностному графику Каррье. На этих номограммах значения «влажной» температуры могут быть получены из обычных данных: значений «сухой» температуры, относительной влажности воздуха или массы водяного пара, содержащегося в 1 м3 сухого воздуха. Приводим эту таблицу на рис. 5, а способ пользования ею — в следующем параграфе.
Замечания о гигрометрии
Для правильного истолкования графика Каррье мы ниже кратко освещаем гигрометрические понятия.
Относительная влажность воздуха
Относительная влажность воздуха практически определяется отношением между массой воды, содержащейся в данном объеме воздуха, и массой, которую он может содержать при той же температуре и полном насыщении водяными парами. Этот фактор выражается в процентах. Мы предполагаем, что атмосферное давление постоянно и равно приблизительно 760 мм рт. ст.
Есть и другие способы оценки влажности. Можно определить массу воды в граммах на 1 кг сухого воздуха. Таким образом, этот фактор не зависит от колебаний плотности воздуха с изменением температуры. Влажность воздуха оценивают также влажной температурой, которую показывает термометр с шариком, обернутым влажным батистом. Разность между сухой и влажной температурами тем больше, чем суше воздух (это касается температуры воздуха в тени под укрытием).
При одной и той же массе воды в воздухе относительная влажность воздуха тем меньше, чем выше его температура. Существует предел относительной влажности воздуха, когда он насыщен водяным паром.
О конденсации
Конденсация водяного пара на ограждении происходит, когда температура поверхности этого ограждения ниже температуры насыщения для массы воды, содержащейся в этом воздухе. Такой предел называется «точкой росы». Нарушение этого закона обнаруживается в зданиях, где конденсация может происходить выше точки росы: это случается когда поверхность заражена нитрифицирующими бактериями, выделяющими селитру.
Баланс массы воды в воздухе
При рассмотрении вопроса о конденсации необходимо оценить влагосодержание воздуха. Поэтому мы должны учесть массу воды в воздухе, поступающем в помещение извне; водяной пар, выделяемый находящимися в помещении людьми -(в среднем 60 г/ч на человека с колебаниями в зависимости от активности людей); водяной пар, образующийся от сгорания газа на кухне (по меньшей мере 500 г на 1 ж3 потребленного газа при теплотворной способности 4500 ккал/м3); кипение кастррль в кухне; сушку белья, если она производится
О нервном утомлении
Нервное утомление происходит от многочисленных причин: это — различные, в том числе повторяющиеся шумы; чрезмерная освещенность; последствия физического и термического утомления; лихорадочная активность современной жизни, особенно в городах; различные заботы.
Нервное утомление так же очевидно, как и утомление физическое. Однако его трудно оценить. Нервная система управляет функциями организма. Когда появляется физическое утомление, деятельность организма замедляется в результате удлинения времени передачи нервных импульсов. Устанавливают это явление путем опытов, используемых в психотехнике, по удлинению времени реакции организма на краткий сигнал.
Учитывая трудность оценки различных видов утомления, некоторые исследователи советуют в первую очередь рассматривать усталость, которая является субъективным ощущением утомления. Эта точка зрения нам всегда казалась спорной, так как усталость может вызываться как объективными, так и субъективными причинами, и ее оценка остается неясной.
Недавно эта трудность была преодолена. Доктор Лабори (один из первых исследователей искусственной зимней спячки животных) показал, что клетки человеческого тела в фазе катаболизма теряют калий и обогащаются натрием. В фазе анаболизма процесс идет в обратном порядке, но восстановление калия более затруднительно, чем обогащение натрием. Гио, один из сотрудников Лабори, разработал аппарат, который может измерять утомление и различать два его вида: нервное и физическое. Это — реотом Плювена и Гио.
При исследовании жилищных условий звуковое и зрительное утомление привлекут наше особое внимание.
Мы разовьем эту тему в следующей главе. Добавим, что частичное или полное лишение сна всегда сопровождается нервным утомлением, которое может иметь исключительно тяжелые последствия.
Об анаболизме
В противоположность катаболизму в процессе анаболизма восстанавливаются энергетические ресурсы организма. В соответствии с различными видами физического утомления уточним понятие анаболического процесса человека. Этот процесс проявляется в удалении молочной кислоты из усталых мышц; устранении кислородной недостаточности в усталых мышцах; восстановлении щелочного резерва; восстановлении нормальной скорости передачи нервных сигналов и т. д.
Это только часть восстановительных процессов при анаболизме. Восстановление активности организма человека происходит подсознательно под воздействием симпатической нервной системы и эндокринных регуляторов. Но каковы бы ни были эти органические процессы, жилищные условия в фазе анаболизма должны обеспечить для человека возможность отдыха либо в состоянии бодрствования, либо во время сна.
Для осуществления отдыха необходимо, чтобы раздражающие факторы, воздействующие на человека во время активной фазы, устранялись или сводились к возможно малым величинам. Во время бодрствования человек получает информацию через посредство своих органов чувств об изменениях окружающей его среды; он может по своей воле вмешаться в ход этих изменений, действуя на само помещение или изменяя свою одежду. Напротив, во время сна наступает перерыв в получении информации, т. е. человек не воспринимает изменений окружающей его среды. Он находится под влиянием парасимпатической нервной системы. Однако этот отрыв от внешнего мира не полон. Если окружающая среда слишком противоречит условиям, необходимым для спокойного сна, зарегистрированные органами чувств человека ощущения передаются в мозг. Наступает пробуждение.
Изучение различных видов «покоя» в двух его формах — бодрствования и сна — позволит нам критически оценить жилищные условия, определить, какие из них совершенно необходимы и какие менее важны. Однако термин «покой», который мы употребили, должен быть понят в относительном смысле, а не в абсолютном. Ниже мы рассмотрим виды покоя, необходимые в жилищных условиях, а именно: а) тепловлаж-ностный; б) зрительный; в) звуковой; г) физический.
О тепловлажностном покое
Тепловлажностный покой в большей степени определяется допустимыми колебаниями температуры, чем ее средней оптимальной. Сначала надо рассмотреть эти пределы, верхний и нижний, затем учесть особенности этого покоя при бодрствовании и во время сна, наконец, принять во внимание, идет ли речь о взрослом человеке или о грудном младенце, являются ли люди жителями умеренных областей, районов очень жарких или очень холодных.
Условия отдыха взрослого человека в районах с умеренным климатом
Верхний предел эффективной температуры, во время бодрствования
Он относится к жаркому периоду и установлен работами Миссенара и Дюпюи. Обратимся к рис. 1 и 2 (графики Миссенара, величина теплоотдачи возможная и необходимая для оптимальных условий теплообмена и теплоощущения человека) 3. Мы видели, что эти две кривые расходятся около 28 °С эффективной температуры или около 30° С для наших районов (относительная влажность между 40 и 80%, неподвижный воздух, ограждения той же температуры). Эта точка расхождения в наших районах представляет верхний летний термический предел для взрослых4.
Верхний предел эффективной температуры во время сна
Он также относится к жаркому периоду. Мы его заимствовали из работ Баксино: во время сна температура кожи под одеждой у человека, т. е. температура поверхности его тела, за исключением рук, ног и головы, поддерживается около 27 °С с отклонениями не более 1°, а температура под одеялом равна приблизительно 25 °С. Это результат замедления жизненного ритма человека во время сна, когда его обмен веществ понижается. Если условия среды в помещении не соответствуют этим требованиям, наступает пробуждение. Верхний предел температуры воздуха в помещении ночью во время сна человека — около 27 °С (относительная влажность воздуха между 40 и 80%, неподвижный воздух, ограждения той же температуры). Этот ночной предел на 3° ниже дневного.
Нижний предел эффективной температуры во время бодрствования
Он относится к зиме и определяется термической нейтральностью, не вызывающей пара- или ортосимпатической реакции и действующей на человека подсознательно.
Нижний предел для обоих случаев один и тот же. Он определен практически для наших областей примерно 18° С (относительная влажность воздуха между 40 и 80%, неподвижный воздух, ограждения той же температуры). Для рабочих физического труда допускается температура немного ниже. Обычно жильцы могут просить о поддержании в квартирах более высокой температуры. Так, в США принята температура 20—22° С в общих комнатах. Она служит основным условием при заключении договоров на установку центрального отопления.
Нижний предел эффективной температуры во время сна зимой
Его установить значительно труднее. Действительно, при достаточной толщине одеяла и пледа для спящего человека можно всегда обеспечить условие Баксино. Но лицо и носовые полости спящего, весьма чувствительные к холоду, всегда открыты. Если воздух в помещении становится слишком холодным, воспринимаемые ими раздражения окажутся достаточно сильными, чтобы преодолеть состояние сонного торможения и вызвать пробуждение.
Допускают как гипотезу, что эффективные или радиационно-эффек-тивные температуры’ одинаковы как для бодрствования, так и для сна. Если учесть, что теплопродукция человека ночью меньше, чем днем, но зато теплоощущения выше, то в спальных комнатах допустима несколько более низкая температура, чем в комнатах дневного пребывания. Поэтому как нижний предел для спален допускается температура 15° С. В настоящее время имеется тенденция унифицировать температуры в помещениях зимой, т. е. для комнат устанавливать температуру +18° С (относительная влажность ниже 80%, неподвижный воздух, ограждения в помещении имеют ту же температуру; это договорные цифры для отопительных установок)
Существует другой мотив бытового характера, который надо учесть для обеспечения зимой подходящей температуры в спальне. Дети могут во сне раскрываться, и родителям приходится вставать, чтобы присматривать за сном своих детей. Если температура воздуха в спальне слишком низка, то очень трудно снова уснуть.
Дополнительные замечания
Теплоощущение человека во время сна зимой можно определить как ощущение «при переходе», летом — как ощущение «при пребывании».
Температура и относительная влажность воздуха должны находиться в пределах зоны комфорта. Если тепловлажностная точка находится вне зоны комфорта, график указывает, как надо изменить среду.
В жаркий период, когда разность между температурами наружного и внутреннего воздуха превышает 6° * (эта величина изменяется в зависимости от влажности воздуха), возникает опасность простудных заболеваний. Эта возможность определяет суточный предел эффективной температуры летом.
Желательно, чтобы в помещении были незначительные колебания между дневными и ночными температурами.
Установлено, что в специальных подземных жилых помещениях, например в фортификационных сооружениях (Мерс-Эль-Кебир), нельзя допускать падения температуры воздуха ниже 22 °С из-за отсутствия солнечного освещения.
Указывая на различные температуры помещения, мы каждый раз оговаривали дополнительные сопутствующие условия: влажность и скорость движения воздуха, температуру ограждений помещения. Можно в известной мере комбинировать эти условия справляясь по номограммам термического ощущения, которые приведены выше.
Эти данные характеризуют зону комфорта, изображенную на графике Каррье. Мы даем (рис. 6) одну из этих зон для случая, когда человек находится в состоянии слабой активности (ограждения помещения имеют примерно ту же температуру). Креспи разработал зоны комфорта для разных частных случаев.
Условия для грудных детей в умеренных районах
На первом году жизни человека его терморегуляторная система еще не установилась. Температурные отклонения (тепло или холод), неприятные для взрослых, могут быть опасны и даже смертельны для грудных детей.
Большую часть времени грудные дети проводят во сне, и поэтому условия Баксино к ним применимы как днем, так и ночью. Таким образом, верхний температурный предел помещения для них составляет 27°С (дополнительные условия, как указано выше). Этот предел на 3° ниже, чем для взрослых в течение дня. Для выбора температуры в комнате своего ребенка мать не должна руководствоваться собственным теплоощущением. Летом она должна предпочесть несколько более низкую температуру. Потребность новорожденного в тепловом комфорте служит важным критерием пригодности помещения для жилья.
Особые условия для уроженцев очень жарких и очень холодных областей
Изложенные выше соображения неприменимы к коренным жителям очень холодных и очень жарких областей. Реакция этих жителей на температурные условия — следствие векового приспособления к местным климатическим условиям, к различным видам одежды, к соответствующей пище (богатой калориями в холодных областях и менее калорийной в жарких).
Таким образом, в тропических областях жилище местного уроженца должно отапливаться ночью, в то время как живущий там европеец обходится без ночного отопления.
Мы не имеем возможности остановиться подробнее на этих специальных случаях. Отметим, однако, что при осуществлении строительства для коренных жителей в этих областях надо исходить из традиционных жилищных условий и быть осмотрительным при введении новшеств.
О звуковом покое
Условия звукового покоя различны для бодрствования и сна. В том и другом случаях необходимо рассмотреть шумовой фон и случайные шумы.
Звуковой покой во время сна
Самый полный покой для человека наступает во время сна. Важно не нарушать и не прерывать этот сон. Если спящий случайно разбужен, он должен иметь возможность быстро уснуть снова.
Периодические звуковые раздражения при превышении известного порога вызывают в центральной нервной системе ощущение и у спящего человека. Напротив, слабый, но равномерный шум, особенно низких частот, способствует более быстрому засыпанию.
Случайные шумы могут разбудить спящего. В принципе они не должны превышать 10 фон (в крайнем случае 15 фон) и быть очень частыми. Значительный шумовой фон может не только нарушить сон, но и помешать уснуть снова. Считают, что этот шумовой фон не должен превышать 5 фон. Речь идет об обычных, а не специальных шумах.
Звуковой покой во время сна особенно важен в больницах
Звуковой покой во время бодрствования
Звуковой покой во время бодрствования — это совершенно иное понятие, поскольку речь уже не идет о полной тишине. Шум, производимый самим человеком, не беспокоит его, в то время как небольшой шум, вызванный соседями или уличным движением, может оказать на него сильное раздражающее воздействие. Однако в течение дня приятно и даже необходимо, чтобы ощущался легкий шумовой фон.
Новое понятие о звуковом утомлении сложилось вследствие воздействия сильных самолетных шумов в районах аэропортов. Это утомление зависит не только от интенсивности шумов, но также от частоты и длительности их в течение дня. Классификация полной суточной звуковой интенсивности шумов разработана А. Виснером:
зона 1, слишком шумная: уровень силы звука выше 85 дб, новое жилищное строительство недопустимо;
зона 2, очень шумная: уровень силы звука между 85 и 76 дб; новое жилищное строительство не рекомендуется;
зона 3, шумная: уровень силы звука между 76 и 60 дб; возможно размещение школ;
зона 4, мало шумная: уровень силы звука между 60 и 50 дб; размещение больниц не рекомендуется.
Для жилищного строительства можно принять одинаковую степень звукоизоляции как при шуме средней силы, достаточно часто повторяющемся, так и при интенсивном, но редко возникающем. Практически в жилом помещении интенсивные, но редкие шумы исходят от соседей, а частые шумы средней интенсивности доносятся с улицы. В первом приближении при расчетах дневной звукоизоляции в жилых помещениях случайные шумы не должны превосходить 25—30 фон (некоторые допускают 30—35 фон), а шумовой фон —примерно 15 фон (обычные шумы, а не специальные).
В Министерстве здравоохранения Комиссия по шумам разработала в 1958 г. проект, определяющий пределы, выше которых шумы вызывают раздражение и даже приносят вред.
Заметим, что звуковое утомление в жилом доме происходит в исключительных случаях. Человек испытывает это утомление на работе.
Задача звукоизоляции жилых помещений заключается, главным образом, в устранении шума из-за неделикатности соседей, что требует более значительного снижения уровня звука, чем это обычно делается.
О зрительном покое
Зрительный покой во время сна
Во время сна в спальной комнате необходима полная темнота. Мы думаем, что нет необходимости доказывать это очевидное положение.
Зрительный покой во время бодрствования
Во время бодрствования (за исключением послеобеденного отдыха) световая интенсивность в жилом помещении не должна превышать примерно 200 лк. Из соображений утилитарных более сильное освещение может понадобиться для работы, но это уже другой вопрос, и мы его здесь не рассматриваем. В данном случае мы очень далеки от установления такой интенсивности света вне помещения: 4 тыс. лк при пасмурном небе, 60—100 тыс. лк при ярком солнце.
О пассивном отдыхе
Пассивный отдых является одним из необходимых условий для анаболического процесса человека. Для него необходимы постель во время сна, стул или кресло во время дневного отдыха.
Поэтому необходимо предусмотреть достаточную площадь для мебели и, в частности, для кровати.
При проектировании жилища требования, обеспечивающие физический покой имеют второстепенное значение. Нужно только освободить жильцов вообще, а домашнюю хозяйку в частности от чрезмерного физического напряжения. В дальнейшем мы вернемся к этому вопросу.
Экология человека - Основные обменные процессы человека — катаболизм, анаболизм
Остались вопросы по теме - "Основные обменные процессы человека — катаболизм, анаболизм", задайте их на