Influenţa aerului asupra organismului

Aerul este compus dintr-un amestec de gaze şi vapori de apă, în diferite concentraţii. Atmosfera pământului are o structură neomogenă, ceea ce a permis împărţirea pe straturi, cu un interes deosebit pentru troposferă, care ajunge până la 12 km înălţime.

Troposfera cuprinde aproximativ 90% din cantitatea totală de aer, deci mediul în care trăim.

Compoziţia aerului este, în general, constantă: cea mai mare pondere o are azotul (aproximativ 78%), urmează oxigenul (21%), dioxidul de carbon (0,04%), vaporii de apă şi gazele rare (argon, radon, xenon, kripton, neon, ozon, heliu). Fiecare dintre aceste gaze are o influenţă diferită asupra organismului uman, după cum vom vedea în cele ce urmează.


Oxigenul

Oxigenul se găseşte în cantitate relativ constantă, deoarece există un echilibru între producere şi consum. Formarea oxigenului se realizează în cursul procesului de fotosinteză ce are loc în timpul zilei sub influenţa radiaţiei solare (în medie, un hectar de pădure produce anual aproximativ 2500 kg de oxigen). Consumul oxigenului are loc în toate procesele oxidative naturale: arderea combustibililor fosili, degradarea materiei organice sau artificiale: procese oxidative realizate de activitatea omului. Un alt mod de a consuma oxigenul este actul respirator al tuturor organismelor.

Variaţii ale oxigenului în aerul atmosferic se pot întâlni în anumite situaţii, şi ne referim şi la creşterea concentraţiei, nu doar la scădere. Oxigenul atmosferic scade în încăperile aglomerate cu aer intens viciat sau fântâni şi exploatări miniere. Concentraţia oxigenului atmosferic scade proporţional cu altitudinea şi cu gradul de rarefiere al aerului. Creşterea concentraţiei de oxigen se produce atunci când este administrat artificial: terapie medicală, scafandrii sau aviatori.

Importanţa majoră a oxigenului de aer constă în faptul că întreţine viaţa, fiind un gaz vital. Pătrunderea oxigenului în organismul uman se face prin căile respiratorii, iar apoi acesta ajunge în sânge după ce traversează membrana alveolo-capilară. Membrana are o grosime de 1,75 μm şi o suprafaţă de 90 m². Schimbul se face prin difuziune, oxigenul deplasându-se de la o concentraţie mai ridicată (aerul alveolar) spre un mediu cu concentraţie mai mică (sângele venos). Scăderi ale oxigenului din aerul atmosferic până la 18% nu produc tulburări. La concentraţii între 15 – 18% apar manifestări uşoare, dar pe care organismul reuşeşte să le compenseze: cresc frecvenţa cardiacă şi presiunea arterială. La concentraţii ale oxigenului de 10 – 15%, mecanismele de compensare ale organismului sunt depăşite şi apar tulburări: dezechilibru acido-bazic sau manifestări nervoase, creierul fiind foarte sensibil la lipsa oxigenului. În condiţii de hipoxie este afectat centrul respirator, care îşi poate opri activitatea. Frecvenţa cardiacă şi tensiunea arterială scad, iar în final se va produce stopul respirator. La concentraţii mai mici de 10% viaţa nu mai este posibilă.

Pentru persoanele antrenate, hipoxia poate fi tolerată mai uşor. Este cazul piloţilor de avioane de vânătoare, ale căror organisme sunt obişnuite cu efortul intens şi pot compensa lipsa oxigenului. Au fost cazuri când s-a constatat o rezistenţă de 30 de minute la concentraţii ale oxigenului de 7 – 8%.

Expunerea organismului la concentraţii crescute de oxigen este, în general, bine tolerată. Oxigenul devine nociv dacă este administrat în concentraţii foarte crescute şi la presiune mare. Inhalarea de oxigen pur la presiune normală şi pe timp limitat produce scăderea numărului de respiraţii, cu posibilitatea ca apneea să apară. Administrarea de oxigen pur la presiuni de 1 – 2 atmosfere produce leziuni pulmonare şi nervoase după câteva ore, iar la presiuni mai mari de 3 atmosfere se produce moartea individului prin afectarea sistemului nervos central.

Combaterea deficitului de oxigen se face prin folosirea unor măşti şi aparate cu oxigen. În anoxia produsă de altitudine folosirea acestor aparate devine necesară la înălţimi ce depăşesc 5000 de metri şi obligatorie la 8000 de metri. La altitudini mai mari de 10 – 12.000 m, masca de oxigen nu mai este suficientă, fiind necesară utilizarea unor costume speciale presurizate. Afecţiunile contraindicate zborului la înălţime mare sunt: cardiopatia ischemică (inima nu mai primeşte destul oxigen), hipertensiunea arterială sau astmul bronşic.

Bioxidul de carbon

Concentraţia de dioxid de carbon din aerul atmosferic variază în limite strânse, între 0,03 – 0,04%, sursele de producere fiind în echilibru cu cele de consum. Producerea dioxidului de carbon se realizează prin:
-    Transformările biochimice din sol, în special descompunerea materiei organice.
-    Transformarea bicarbonaţilor în carbonaţi la suprafaţa mărilor şi a oceanelor.
-    Industria şi dioxidul de carbon produs de activitatea omului.
-    Activitatea vulcanică.
-    Respiraţia de noapte a plantelor.
-    Respiraţia tuturor animalelor; un om elimină între 14 şi 22 l de dioxid de carbon pe oră.

Consumul dioxidului de carbon din atmosferă se realizează prin procesul de fotosinteză şi de transformare a carbonaţilor în apa mărilor şi a oceanelor.
În ultimii ani s-a observat o creştere a bioxidului de carbon din atmosferă ca rezultat al activităţii umane, în special arderea combustibililor pentru a produce energie. În oraşele puternic industrializate s-a semnalat o creştere a nivelului de dioxid de carbon, care, având densitate mai mare decât aerul, se acumulează în zonele joase. Creşteri reduse pot fi întâlnite şi în spaţii aglomerate cu aer viciat: săli sau hale insuficient ventilate, în mine, în interiorul fântânilor.

Eliminările de dioxid de carbon din organism se fac la nivelul membranei alveolo-capilare, prin aceleaşi procese de difuziune ca şi cele în care este implicat oxigenul. Dioxidul de carbon rezultat în urma „arderilor” din ţesuturi ajunge prin sângele venos la nivelul alveolei pulmonare. Datorită diferenţei de presiune şi a coeficientului de difuzie mare, dioxidul de carbon trece din sânge în aerul alveolar şi apoi este eliminat în atmosferă.

Dioxidul de carbon în concentraţii ridicate are efecte negative asupra organismului uman. În încăperile închise, aglomerate şi prost ventilate, concentraţia dioxidului de carbon poate ajunge la 1%. În acel moment se produc anumite modificări în organismul uman, dar se consideră că aceste tulburări nu se datorează (doar) concentraţiei crescute de dioxid de carbon, ci aerului viciat. Unele studii au demonstrat că expunerea organismului la concentraţii de până la 1% ale dioxidului de carbon produce o vasodilatare semnificativă.

La concentraţii crescute ale dioxidului de carbon, tulburările produse precum şi intensitatea lor variază în funcţie de concentraţia realizată:

-    1 – 2%, creşte frecvenţa respiratorie prin stimularea centrului respirator.
-    2 – 3%, tensiunea arterială şi frecvenţa cardiacă cresc.
-    4%, apar dificultăţi în respiraţie (dispnee) şi senzaţia de constricţie toracică.
-    5%, dispneea se accentuează şi apar manifestări digestive (greţuri, vărsături).
-    6 – 7%, apar primele manifestări nervoase (ameţeli, dureri de cap)
-    8 – 10%, toate simptomele se agravează, este posibilă pierderea cunoştinţei. Există riscul de deces prin stop cardio-respirator.
-    Peste 15%, moartea se poate produce în câteva minute prin paralizia centrilor respiratori.

Pentru a evita efectele nocive ale dioxidului de carbon este necesară instituirea unei bune ventilaţii în încăperile de locuit. De asemenea, este indicată utilizarea măştilor de protecţie în cazul pătrunderii în locuri periculoase, unde se poate acumula dioxid de carbon (fântâni). În caz de intoxicaţie cu dioxid de carbon se va administra oxigen pur în debit mare. Dacă concentraţia gazului este mare, moartea se produce imediat sau după 3 – 5 zile de comă.

Din punct de vedere igienico-sanitar, concentraţia dioxidului de carbon dintr-o încăpere este un bun marker al vicierii aerului. În ultimii ani, datorită creşterii cantităţii de dioxid de carbon ce ajunge în atmosferă în urma activităţilor umane, acest gaz este considerat unul dintre poluanţii atmosferici cu cea mai mare răspândire.


Azotul

Gazul cu cea mai mare pondere în atmosferă este azotul, valoarea acestuia menţinându-se constantă datorită circuitului natural al azotului în natură. Azotul nu participă activ la actul respiraţiei. La presiune normală nu are efecte nocive asupra organismului, dar inhalat sub presiune poate produce unele tulburări. Corpul uman este supus inhalării de azot sub presiune în anumite condiţii particulare de muncă – scafandrii de adâncime.

În timpul activităţii sub apă, organismul uman suportă presiuni crescute, la fiecare 11 metri adâncime presiunea crescând cu o atmosferă. Concomitent creşte şi presiunea parţială a azotului, ceea ce produce intrarea azotului în organism într-un timp scurt şi în cantitate mare. Fiind un gaz care nu se combină cu elemente din corpul uman, cum este cazul oxigenului sau al dioxidului de carbon, azotul se dizolvă în sânge şi va fi depozitat în ţesuturile bogate în lipide, dar mai ales la nivelul sistemului nervos central. Deci, vor apărea o serie de tulburări în care manifestările nervoase sunt predominante. Sindromul este cunoscut sub numele de narcoză hiperbară sau „beţia adâncurilor”.

În narcoza hiperbară, persoana expusă pierde contactul cu mediul înconjurător, este dezorientată, reflexele sunt intensificate, starea generală este de nelinişte, agitaţie, apar tulburări senzoriale. În fazele avansate apare somnolenţa, scad frecvenţa cardiacă şi cea respiratorie, iar intensitatea reflexelor se diminuează. Dacă se continuă inhalarea de azot se produce decesul.

O situaţie particulară se întâlneşte la muncitorii din chesoane, o instalaţie ce funcţionează pe principiul clopotului de scufundare şi permite desfăşurarea activităţii la adâncime mare. La aceste persoane ridicarea la suprafaţă se efectuează cu decomprimare progresivă, astfel azotul dizolvat în sânge eliminându-se sub formă gazoasă. În aceste condiţii, dacă decomprimarea se face într-un interval scurt de timp, azotul nu se poate elimina complet şi va forma bule de gaz. Aceste bule de azot vor produce embolie gazoasă în diferite organe (creier, inimă) şi chiar decesul victimei. Pentru a preveni aceste fenomene este necesar ca persoanele ce lucrează la presiune crescută să cunoască simptomele acestui sindrom, mai ales semnele de dinaintea pierderii cunoştinţei. Atât coborârea, cât şi urcarea la suprafaţă a muncitorilor se efectuează lent, cu pauze, sau se folosesc camere speciale de decompresie. Echipamentele mai noi au înlocuit azotul din amestecul de aer cu heliu sau hidrogen pentru a preveni apariţia narcozei hiperbare.


Vaporii de apă

Vaporii de apă din aerul atmosferic provin din evaporarea apelor de suprafaţă, din activitatea vulcanilor sau evaporarea apei de sol. Alte surse de vapori sunt actul respirator, transpiraţia şi activităţile umane. Prezenţa vaporilor de apă în atmosferă este indispensabilă pentru întreţinerea vieţii. Vaporii de apă au capacitatea de a absorbi o parte din radiaţiile ultraviolete şi infraroşii, intervenind în procesul de termoreglare al organismelor homeoterme (cu temperatură constantă), intensificând pierderile de căldură.