Меню сайта

загрузка...

Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Промышленная ионизация воздуха

Физиологические основы аэроионификации

ОБЩИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

Живой организм во всех стадиях своего развития является приемником аэроионов, оказывающих на него то или иное физиологическое воздействие. Поэтому проблема аэроионификации является одной из актуальных физиологических и биологических проблем, разрешение которой должно будет иметь большое теоретическое и практическое значение. Особый интерес приобретает изучение механизмов физиологического действия искусственных аэроионов.

Воздействие искусственными униполярными аэроионами коренным образом отличается от всех принятых в медицине электрических воздействий на организм. Это отличие состоит в том, что мы вдыхаем аэроионы вместе с воздухом. Физиологические исследования и клинические наблюдения показали наличие противоположного эффекта влияния униполярных аэроионов, находящегося в прямой зависимости от их электрической полярности. Этот факт имеет кардинальное значение в области выяснения механизмов физиологического действия аэроионов. Он совершенно исключает предположение о неспецифичности действия аэроионов и ставит по-новому проблему полярного физиологического действия электрической энергии вообще. С этой точки зрения искусственные униполярные аэроионы являются не только фактором, с помощью которого можно влиять на организм и вызывать в нем те или иные реакции, но и своеобразным методом расшифровки некоторых физиологических процессов.

Остановимся на рассмотрении активности аэроионов положительной и отрицательной полярности. Независимо от того, какой бы газ воздуха не ионизировать, коэффициент диффузии отрицательного иона больше, чем коэффициент диффузии положительного иона (То-усенд, 1899). Значительное превышение скорости диффузии отрицательного иона сравнительно с ионом положительным может явиться весьма существенным физико-химическим фактором. Известно, что коэффициенты диффузии ионов, возрастают с уменьшением упругости, причем это возрастание наступает для отрицательных ионов скорее, чем для положительных. Повышение температуры также увеличивает коэффициент диффузии отрицательного иона.

Обращаясь к подвижности ионов, под которой следует понимать ту скорость, которую ион развивает при движении в электрическом поле, равном В/см, мы видим, что подвижность отрицательных ионов

превосходит подвижность положительных ионов. У некоторых газов, особенно у химически чистых, подвижность отрицательного иона превосходит подвижность положительного в сотни раз, как, например, у чистых азота и гелия — в 100 раз, у аргона — в 158 раз. Чрезвычайно большие подвижности ионов очищенного азота и благородных газов можно объяснить тем, что электроны, получившиеся после диссоциации молекулы, неохотно соединяются с другими молекулами, чтобы образовать отрицательный ион молекулярных размеров, и движутся самостоятельно. У газов воздуха (кислород, азот и т.д.) подвижность отрицательных аэроионов также превышает подвижность положительных аэроионов.

Следующим фактором, имеющим весьма большое значение, является ионизирующая сила отрицательных аэроионов, или электронов. Сравнивая способность отрицательных и положительных аэроионов производить расщепление молекул при ударе, Тоусенд обнаружил весьма существенную разницу в этой способности. Как те, так и другие аэроионы могут возбуждать ударную ионизацию, но для положительных аэроионов для этого нужны значительно большие энергетические затраты. В то время как отрицательные аэроионы при равных значениях электрической силы представляют достаточно мощные аэроионизаторы, положительные производят лишь ничтожную аэроионизацию. Исходя из данных опыта, Тоусенд получил следующие цифры: для воздуха при градиенте поля 190 В/см ионизирующая сила отрицательного аэроиона в 57 раз больше силы положительного; для водорода при градиенте в 50 В/см отрицательные аэроионы производят в 15 раз большую диссоциацию, чем положительные, и т.д. Отсюда следует, что в отношении диффузии, подвижности и особенно ионизационной силы отрицательные аэроионы активнее аэроионов положительных.

Выше мы говорили о том, что все элементы можно подразделить по их электрическим свойствам, вытекающим из явлений электролитической диссоциации, на элементы электроотрицательные и электроположительные. Кислород — элемент электроотрицательный, под влиянием ионизации он увеличивает свою биологическую активность значительно больше любого другого атмосферного газа. Эта мысль находит подтверждение в высказываниях автора книги (1922), В. Каспари (1926) и Г. Шорера (1928—1931) и ныне может считаться доказанной. Ионизированный кислород воздуха играет основную роль во всех эффектах, полученных в работах по изучению действия отрицательных аэроионов.

Можно наметить два основных пути, по которым осуществляется действие аэроионов на организм. Первый путь — отдача аэроионами своих зарядов поверхности тела, второй путь — поступление аэроионов в легочную ткань в процессе дыхания, а затем и в кровяное русло —.адсорбция и диффузия аэроионов. Не исключена возможность воздействия аэроионов на кровь через альвеолярную стенку путем электростатической индукции.

При действии электроэффлювиальной люстры поток отрицательных аэроионов движется по направлению к положительно заряженной земле. Тело подопытного животного, имея от земли положительный заряд, притягивает к себе движущиеся отрицательные аэроионы, которые и отдают ему свои заряды. В результате непрерывной отдачи телу потоком ионов своих зарядов на поверхности тела возникает электрический ток, имеющий постоянное направление сверху вниз. Этот поток обтекает тело, подобно так называемому вертикальному току проводимости, возникающему в атмосфере благодаря движению положительных и отрицательных ионов под влиянием сил электрического поля "атмосфера — земля". Средние значения этого поля над сушей по ряду прямых определений равны 3,1 -10" А/см .

С. Дорно вычислил величину вертикального тока, протекающего через находящегося на земле под открытым небом человека ростом 165 см. Если градиент потенциала равен 500 В/м, а число аэроионов в 1 см — 4000, то величина силы тока будет равна 1,96-10 А. Вычисления Е.Г. Грачевой по территории Бенндорфа дают при тех же условиях 3,57-10" А, т.е. величину того же порядка. В.И. Баранов, исходя из других соображений, сделал попытку вычислить число аэроионов, падающих на поверхность человеческого тела, равную 1,6 м . Это число для неподвижного воздуха оказалось эквивалентным силе тока 5,440" А в среднем для аэроионов каждого знака

Аэроионный поток, имеющий место под электроэффлювиальнои люстрой, в сотни и тысячи раз сильнее вертикального тока проводимости в свободной атмосфере. Измерения автора показали, что при расстоянии люстры от подопытного объекта 1 м и при отрицательном потенциале 80 кВ сила тока, падающего на подопытный объект, достигает 310 А на 1 см /с.

Какое физиологическое действие оказывает на организм электрический ток, слагающийся из массовой отдачи аэроионами своих зарядов периферии тела? По вопросу о влиянии на организм токов постоянного направления известно очень немного. Заряд и электропроводность кожного покрова у различных лиц неодинаковы; мало того, у одного и того же человека или животного в разное время можно наблюдать различное сопротивление происхождению электрического тока. Ряд факторов эндогенного и экзогенного порядка обусловливают это явление; среди них: состояние здоровья, кожи и внешние физико-химические агенты. Известна изменчивость так называемого пейхо-гальванического рефлекса под влиянием эндогенных факторов (И.Р. Тарханов и др.). Известно далее, что эпидермис плохой проводник электричества, так как его сопротивление равно от 1 тыс. до 10 тыс. Ом, причем различные участки кожи в зависимости от ее толщины, от кровенаполнения сосудов и разного состава желез различно проводят электрический ток. Однако эпидермис имеет множество выводных отверстий, волосяных сумок, потовых и сальных желез, через стенки которых может проходить электрический ток. Сама поверхность кожи может быть более или менее влажной, а потому неодинаково проводящей. Слизистая оболочка обладает лучшей проводимостью, чем эпидермис, именно благодаря своей влажности. Наконец, кожа уснащена многочисленными нервными рецепторами — приемниками различных внешних раздражений.

Поток аэроионов, бомбардируя кожную поверхность, должен возбудить на ней электрические токи, которые могут через поры попадать и в глубже лежащие слои кожного покрова и влиять на те или иные физиологические функции. В частности, эти токи могут повысить кожный газообмен, имеющий известное значение в жизнедеятельности всего организма в целом, возбуждать нервные окончания и т.д. Как известно, кожное дыхание у теплокровных животных достигает 0,005—0,01 всего газового обмена. Существует мнение, что кислород может всасываться влажной кожей и достигать капилляров и крови (Бенеке), но количество проникающего таким путем кислорода, по-видимому, крайне ничтожно (Рикке).

Свою электрическую связь с внешним миром организм осуществляет как через легочную ткань, так и через кожный покров путем электрорегуляции между организмом и внешним миром. Электрическое поле атмосферы прежде всего воздействует на кожный покров, который передает это воздействие внутренним органам и принимает ответные электрические реакции организма. Таким образом, между организмом и внешней средой устанавливается определенное взаимодействие, выражающееся в непрерывном течении электричества по поверхности кожи, в отдаче электричества внешней среде. Это взаимодействие между организмом и внешней воздушной средой можно назвать внешним электрообменом (С. Дорно). Понятие об электрообмене между организмом и воздушной средой может быть распространено на электрические процессы, происходящие внутри организма под влиянием притекающего к легким ионизированного воздуха, — на легочный и тканевый электрообмен (Л.Л. Васильев и А.Л. Чижевский).

Есть основания утверждать, что аэроионный поток влияет на нервные рецепторы кожного покрова. Это влияние может выразиться в изменениях возбудимости периферической нервной системы и повлечь за собой ту или иную реакцию организма. Известно, что аэроионный поток отрицательного знака при электрическом эффлювии, получаемом от статической машины, вызывает изменения порога пространственного чувства, тактильной и болевой чувствительности кожи, диаметра капилляров (Тыкочинская, Антонов) и т.п. В отношении действия колебаний атмосферного электричества на нервно сосудистые реакции небезынтересны наблюдения Беттмана.

Поток аэроионов, падая на поверхность кожи, может явиться достаточно сильным раздражителем, чтобы стимулировать усиленный рост оперения, волосяного или шерстяного покрова. Массовые наблюдения над птицами, а также над овцами, систематически подвергавшимися действию аэроионного потока, подтверждают эту возможность. Можно отметить случаи, когда поросята под влиянием определенных доз аэроионов обрастали исключительно густой и жесткой Щетиной.

Изучение иннервации кожного покрова птицы показало, что у птицы кожа богато снабжена нервами и, в частности, что у нее сильно развит нервный аппарат пера; возможно, что это обстоятельство придает кожному покрову птицы особую чувствительность к физическим агентам (А.В. Рахманов).

В литературе мы находим описания ряда случаев излечения некоторых кожных заболеваний под влиянием аэроионов.

Ввиду того что аэроионы, по-видимому, оказывают некоторое влияние на поверхность тела, необходимо отдифференцировать действие аэроионов на поверхность тела от их влияния на поверхность легочных альвеол. Это было успешно произведено А.А. Передельским и другими исследователями при изучении механизма действия униполярных аэроионов.

Вообще говоря, трудно допустить, что главными воротами, через которые аэроионы оказывают свое действие на организм, является периферия тела. Через поверхность тела аэроионизация оказывает лишь частичное действие. Гораздо легче представить себе, что это процесс осуществляется через дыхательный аппарат. О существова нии легочного электрообмена писал еще в XVIII в. П. Бертолон. В альвеолах вдыхаемый воздух приходит в теснейшее соприкосновение с кровью, протекающей по легочным капиллярам, ибо кровь отделена от альвеолярного воздуха всего лишь однорядным слоем эндотелиаль-ных клеток.

Можно указать еще на один фактор — на статический заряд подопытного животного. Если животное плохо "заземлено", т.е. изолировано от пола или земли, то аэроионы, оседая на поверхности тела животного и отдавая ему свой электрический заряд, постепенно заряжают тело животного статическим зарядом, который легко обнаружить, коснувшись рукой животного. В месте соприкосновения должна появиться искра. Какую биологическую роль играет статический за ряд, приобретаемый поверхностью организма животного даже в случае частичной изоляции, сказать в настоящий момент нельзя, но отметить это явление необходимо и в дальнейшем по возможности подробнее его изучить, особенно в связи с исследованием процессов вдыхания ионизированного воздуха. Опыты Ф. Влеса в известной мере могут пролить свет на этот вопрос.

Станем на точку зрения коллоидной химии и примем насыщенный аэроионами воздух как дисперсионную среду, а аэроионы — как дисперсную фазу. Мы вправе рассматривать воздух, насыщенный свободно движущимися легкими или тяжелыми униполярными зарядами, как коллоидную систему с одним компонентом (У. Гиббс). Взвешенные в дисперсной среде — воздухе ионы можно принять за дисперсную фазу коллоидной системы, за суспензоиды или аэрозоли (А. Шмаус и А. Виганд). Сделав такое предположение, необходимо вместе с коллоидной химией принять известное положение о специфической роли в физико-химических реакциях той громадной поверхности, сконцентрированной в небольшом объеме, которую несут мельчайшие частицы диспергированного вещества.

Известно, что скорость химических реакций пропорциональна поверхности соприкасающихся тел и что общая сумма поверхностей коллоидных частиц настолько велика, что объем и масса вещества сравнительно с громадным развитием поверхности кажутся ничтожными. Здесь вступает в работу та огромная поверхностная энергия, которая обусловливает собой явления катализа в химических, физиологических и, наконец, в олигодинамических реакциях. Не останавливаясь подробно на рассмотрении этих явлений, хотелось бы подчеркнуть то обстоятельство, что эти явления при дальнейшей разработке вопроса могут пролить свет на самые темные стороны проблемы воздействия кислородными аэроионами на организм.

Особое значение коллоидная структура ионизированного воздуха приобретает в связи со структурой тканевых и органических жидкостей. За последние десятилетия точка зрения на физико-химические процессы, протекающие в организме, резко изменилась, особенно после того, как коллоидные и электрохимические методики стали проникать в биологические лаборатории. Было с несомненностью установлено, что все органические жидкости, как-то: протоплазма, кровь и лимфа, представляют собой коллоидные системы. Было также показано, что эти коллоидные системы являются системами электростатическими, так как отдельные частицы этих органических коллоидов несут на своей поверхности электрические заряды. В этом свете и весь организм, конечно, в качестве удобной схемы —, не более того, стали рассматривать как коллоидную машину, или машину электростатическую (Р. Келлер и др.). Проблема воздействия на организм аэроионами может быть сведена в грубом приближении к воздействию одной коллоидной системы на другую, к воздействию аэрозоля на гидрозоль.

При соприкосновении ионизированного воздуха со слизистой оболочкой дыхательных путей и легочной ткани возникает ряд явлений, изучение которых может иметь решающее значение в области распознавания механизма действия аэроионов на организм. Эти явления носят название адсорбции и диффузии и заключаются в восприятии газов поверхностью того или иного "поглотителя" (адсорбента), т.е. поверхностью живой ткани.

Под границей здесь следует разуметь поверхностный слой живой ткани, так называемую протоплазматическую оболочку (клеточную мембрану). Здесь частицы протекающего ионизированного воздуха вступают в сложные взаимодействия с лежащими на поверхности живой ткани молекулами. В основе этого взаимодействия лежат прежде всего силы электростатического притяжения. В зависимости от знака электрического заряда, несомого молекулами живой ткани, эти молекулы притягивают положительные или отрицательные аэроионы. В результате этого притяжения возникает ряд явлений, как-то: электрофорез, электроосмос, выпадение или стабилизация коллоидов, явление заряда диафрагм и т.д.

Существует мнение, что все явления адсорбции следует подразделить на две основные категории: механическую и химическую.

Молекулярные силы принимают самое деятельное участие в явлениях адсорбции. Так, например, величина адсорбции растворенных в воде электролитов, имеющих один и тот же анион, но различные катионы, увеличивается одновременно с увеличением атомного веса катионов. Таким образом устанавливается зависимость между силой адсорбции катионов и их атомным весом.

Примером взаимодействия адсорбированного вещества и поглотителя в зависимости от знака электрического заряда могут служить явления окраски минеральных соединений, растительных волокон и живой клетки. Так, вещества, обнаруживающие в состоянии гидрозолей положительный заряд, окрашиваются только красками, несущими отрицательный заряд. Наоборот, красками, несущими положительный заряд, окрашиваются вещества, обнаруживающие при катафорезе отрицательный заряд.

Во всех явлениях адсорбции основную роль играет развитие поверхности взаимодействующих тел. Это развитие поверхности обусловливает специфическую адсорбционную способность различных тел. Вопрос о специфической способности к адсорбции у различных тел стоит под сомнением, ибо различная способность к адсорбции является результатом различного развития поверхности, что иногда бывает трудно обнаружить. Принято считать, что способность того или иного поглотителя к адсорбции выражается тем количеством адсорбированного вещества, которое этот поглотитель может адсорбировать на единицу поверхности.

В некоторых случаях тела изменяют адсорбционную способность в зависимости от своего физического состояния. Тогда можно предположить, что причиной этого изменения является уменьшение или увеличение развития поверхности тела, но не какое-либо изменение его природы.

Адсорбционные явления могут происходить при участии таких ничтожных, иногда неизмеримо малых количеств взаимодействующих фаз, что они часто не могут быть аналитически учтены. Тем не менее энергия адсорбции весьма велика. Она приближается по порядку величины к энергии, выделяющейся при экзотермических реакциях.

По мере прохождения воздушной струи по дыхательным путям некоторая часть аэроионов, особенно легких, притягивается стенками дыхательного тракта и отдает свои заряды окружающей ткани. Эта отдача, впрочем, может оказывать также физиологическое действие. Легочных альвеол достигает лишь часть аэроионов от первоначального количества, поступающего в дыхательные пути вместе с вдыхаемым воздухом.

Этот факт был установлен экспериментальными работами автора еще в 1924 г., а затем в физиологической лаборатории Лионского университета.

Живая ткань, состоящая из клеток с сильно развитой поверхностью, должна воспринимать с исключительной чувствительностью воздействие периодически притекающего к ней ионизированного воздуха. Вполне допустимо, что ионизированный воздух усиливает процессы адсорбции в живой ткани, особенно если признать, что одной из основных причин адсорбции является противоположность зарядов поглотителя и адсорбируемой материи. Здесь на поверхности коллоида и происходит восприятие притекающей извне электрической и химической энергии, в результате чего следует повышение энергетического уровня клетки. Изучение явлений адсорбции газов поверхностью живой ткани должно иметь особо важное значение для объяснения сложных физиологических процессов, совершающихся в мономолекулярном слое тканевой поверхности.

Струя воздуха, вдыхаемая животными или человеком, увлекает с собой не только легкие, но и тяжелые аэроионы и несет их в сложную систему трубопроводов дыхательного аппарата. Благодаря униполярному заряду аэроионов при искусственной аэроионизации степень рекомбинации их в дыхательных путях снижается до минимума Отсюда ясно, что в процессе вентиляции альвеолярного воздуха степень рекомбинации аэроионов также будет минимальной. Вычислив, какое количество и какого знака аэроионов имеется в 1 см воздуха, и зная, чему равен один элементарный заряд, можно рассчитать для каждого данного случая количество электричества, вдыхаемого вместе с воздухом в единицу времени

В легких вступает в силу взаимодействие поверхностей. Общее число альвеол у человека колеблется в пределах от 150 млн до 4 млрд, а в среднем составляет 700 млн. Дыхательная поверхность всех альвеол достигает 80—120 м , а в среднем 100 м , превосходя таким образом, в 50 раз поверхность человеческого тела. Электрические заряды, вносимые аэроионами в легкие, проявляют себя наиболее полно на пространстве нескольких десятков квадратных метров. Здесь они вступают в соприкосновение с восприимчивой к физико-химическим процессам тканью — с клетками респираторной стенки. Каждый удар аэроиона о поверхность альвеолы, отдача аэроионами заряда могут иметь для всего организма огромное значение и особенно для легочных, гуморальных и окислительных процессов. Сопоставление огромной поверхности респираторного энтоделия — этого воспринимающего аппарата легких и огромной поверхности химически активного вещества, отдающего легочной ткани свою электрическую и химическую энергию, делает понятным то значение, которое могут иметь аэроионы кислорода воздуха в жизнедеятельности организма, и те задачи, которые ставятся этой обоснованной предпосылкой.