一、空气物理因素和健康

在空气的许多物理状态中，以太阳辐射（ solar irradiation）、气温

（ airtemperature）、气湿（air humidity）、气流（air flow， wind）、气压（atmosphericpressure）及空气离子化（airionization）等因素与人类健康关系最密切。

（一）太阳辐射

太阳是一团炽热的熔融物体，是一个巨大的热核反应器。在反应过程中， 产生大量辐射能。太阳表面温度约为 6000°K，太阳垂直照射到大气层边缘的辐射强度为 0.0795J/m2/min。当太阳辐射通过大气层时，由于大气层中灰尘、雾、水汽等，能吸收太阳辐射，故一般来讲仅有 43%的能量到达地面（图2-1）。太阳光谱由红外线（波长 760～30000nm）、可见光线（波长 400～760nm，分红、橙、黄、绿、蓝、紫色光）和紫外线（波长 4～400nm）组成。通过大气层到达地面的太阳光谱组成，除受大气透明度的影响外，与太阳投射角有密切关系：太阳高度为 30～38°时，辐射光谱主要为 420～760nm，太阳高度低于 11°时，则红外线及长波红外线占优势。波长小于 290nm 的紫外线，在大气圈平流层已全部被臭氧层吸收。

1. 紫外线（ ultraviolet ）第二届哥本哈根光学会议将紫外线辐射

（ultraviolet radia－tion）分为三段。A 段（UV－A）波长 320～400nm，B 段（UV-B）波长 275～320nm，C 段（UV-C）波长 200～275nm。紫外线主要有下述几种生物效应：①色素沉着作用（pig-mentation）：这是人体对光线刺激的一种防御反应。UV-A 可以使人皮肤细胞中的黑色素原通过氧化酶的作用，转变成黑色素而沉着于其中，它可防止短波光线深透皮肤组织，保护皮肤使其不致过热。②红斑作用（erythema）：即皮肤被紫外线照射后，局部出现皮肤潮红现象叫红斑。这是人体对 UA-B 段的特异反应。原发性红斑可在紫外线照射后立即

图 2-1 太阳辐射通过大气层后的消耗情况

发生；继发性红斑在紫外线照射后 6～8 小时发生。紫外线的照射可使皮肤细胞释放出组织胺和类组织胺，它们刺激神经末梢，反射地引起皮肤毛细血管扩张、血管壁通透性增加，结果皮肤发红、水肿。③抗佝偻病作用

（anti-rachitic effect）：因皮肤和皮下组织中的麦角固醇和 7-脱氢胆固醇在 UV-B 段紫外线作用下可形成维生素 D2 和 D3，以维持正常钙磷代谢和骨骼的正常生长发育。故婴幼儿和孕妇在用维生素 D 预防佝偻病时，还须接受紫外线的照射才能获得良好的效果。佝偻病患病率的季节性变化与太阳紫外辐射的季节变化也是一致的：春季最高，秋季最低。④杀菌作用（germicidal effect）：UV-C 段能使蛋白质分子产生光化学分解。260nm 左右的紫外线还能透入细胞核，使 DNA 分子单核苷酸之间的磷酯键和嘌呤、嘧啶间的氢键破坏，从而引起核蛋白变性、凝固，导致细菌细胞死亡。不同细菌对不同波长紫外线的敏感性不同，但紫外线波长愈短，杀菌效果愈好。所以一日之中， 中午 12 点到下午 2 点紫外线强度最大、波长最短，空气中的细菌数量也最少。冬季和多云天气，紫外线对空气的杀菌作用大大减弱。

长波紫外线可刺激体液及细胞免疫活性，从而增强机体的免疫反应，增强人体对感染的抵抗力。紫外线还可促进生物氧化过程，加速创伤愈合。增加血红蛋白，使血液中红细胞及白细胞数目增多。

过强的短波紫外线直接照射眼睛，可导致雪盲（snow blindness）和电光性眼炎（flashburn）。

1. 红外线（infrared ray）波长在 760～30000nm 之间的射线，其短波

（760～1400nm）部分具有更强的生物学效应。红外线生物学作用的基础是热效应，故又称热射线。人体吸收适当的红外线后，局部温度增高、血管扩张充血，促进新陈代谢及细胞增生，具有消炎、镇痛的作用。临床上用以治疗慢性皮肤病、神经痛、冻伤等。红外线还可加强紫外线的杀菌作用。

过强的红外线可导致皮肤烧伤、日射病、红外线白内障（ infrared cataract）和红外线视网膜灼伤等。

1. 可视线（visible light）波长为

   400～760nm。可视线作用于视觉器官产生视觉。视觉分析器对不同波长可视线的色觉是不同的，因而呈紫、蓝、绿、橙、红色等。可视线通过视觉器官改变人体的紧张及觉醒状态，使机体的代谢、脉搏、体温、睡眠和觉醒等生理现象发生节律性变化。适宜的照度可预防眼睛疲劳和近视，提高情绪和劳动效率。光线微弱可使视觉器官过度紧张而易引起疲劳。

（二）空气离子

空气离子（air ions）是指空气中带有阳电或阴电荷的离子。组成空气的各种气体的分子或原子，在宇宙线、紫外线的作用下，或在雷电、瀑布、海浪的冲击情况下，使气体分子失去外层电子，而成为带有正电荷的正离子

（阳离子）；游离的电子与另一个中性分子相结合，成为带负电荷的负离子

（阴离子）。这一个使空气形成正、负离子的过程，称空气离子化。空气离子的形成是阴、阳离子成对出现的。一部分离子相互中和，又成为中性气体分子；一部分离子可把周围 10～15 个中性气体分子吸附到一起，形成质量较轻、直径较大的离子，称轻离子（n+n- ）；一部分轻离子与空气中的灰尘、烟雾等结合，形成重离子（N+N-）。空气中离子浓度及重、轻离子的比例，

可作为衡量空气清洁新鲜程度的指标。常用的指标如下：

1. 空气离子数(n)：新鲜空气阴离子多，故空气中阴离子数愈多，空气愈清洁。

∑N±

1. 重轻离子的比值（ ∑ n± ）：重离子与轻离子要有一定比例，

重离子不得过多，若比值大于 50，则说明空气污浊。一般情况下，大气中轻离子总数约为 1000 个/ml，重离子达数千个/ml。

1. 空气离子单极系数(q)：即阳离子（n+N+）与阴离子（n-N-）之比值 q

n +

＝ n−

N +

或 N − ，一般大气中阳离子比阴离子多，在低层大气中q＝1.2，高山

上 q＝0.53。由表 2－2 可见，清洁地区空气离子单极系数较污染区低。

表 2 － 2 我国城市、疗养区、公园空气离子状况

今举一个教室内空气离子变化的情况为例，说明各指标的意义：某教室空气中，第一节课后，重离子数明显增多，由上课前的 20668 增至 49850； 轻离子数由 280 降至 227；重轻离子比值由上课前的 74 升到 219。到第四节课重离子数达最高峰为 66600；轻离子数最低，由上课前的 280 降至 141；重轻离子比值为 472。说明随室内污染加重，重离子数增多，轻离子数减少， 重轻离子比值增大。

空气阴离子对人体的作用是有益的，但阳离子也有其独特的生物学作用。在一般情况下它们的生物学作用是相反的，但也不尽然。空气负离子的生物学作用概括起来有：①调节中枢神经的兴奋和抑制功能，缩短感觉时值与运动时值；②刺激骨髓造血功能，使异常血液成份趋于正常；③降低血压；

④改善肺的换气功能，促进气管纤毛颤动；⑤促进组织细胞生物氧化、还原过程。而空气阳离子则可抑制气管纤毛运动、促进 5-羟色胺的释放。吸入空气阴离子，可改善睡眠、振奋精神、提高工作能力，同时还有一定的镇静、镇痛作用。而阳离子则相反。临床上应用空气阴离子吸入治疗高血压、支气管炎、支气管哮喘等疾病。

在海滨、森林公园、瀑布处，感到空气新鲜，使人有舒适感；夏季雷雨之后空气特别清新令人舒爽。产生这种现象的原因之一，可能与空气中阴离子增多有关。而在城市的闹市区或拥挤的公共场所，易感胸闷、头昏、头痛等，则与空气中的阳离子及重离子增多有关。

（三）天气与气候

气象（meteorologic phenomenon）是指大气状态。天气是指一定地区在一定时间内各种气象因素的综合表现，主要为气温、气湿、气压、风、云、雨、雪等大气状态在短时间内的变化。而气候是指某地区长期天气变化情况的概括，即最常见的具有代表性的天气特征。

气象中气团、锋、气旋等大气状态对人的健康影响较大。气团是指水平方向上物理性质比较均匀的大块空气，它的水平范围可由几百公里到几千公里，垂直范围可达十几公里。锋是冷、暖气团之间的狭窄过渡带。锋面是两个性质不同的大块气团的交界面，在交界面的范围内常有阴雨或大风的发生。暖锋是暖空气流向冷空气逐渐取代其位置；冷锋是冷空气流向暖空气逐渐取代其位置。气旋即低气压区在中心，四周气流围绕中心而旋转，反之称为反气旋（图 2-2）。

1. 气候对健康的影响

人们早已观察到疾病与季节和气象的联系，如花粉症、枯草热、流行性感冒等，均与季节有明显相关；天气的变化也常常引起某些疾病的加重。例如，心肌梗塞的急性发作常受高气压、气温变化、大风等的影响；冷刺激可使周围血管收缩、动脉压升高、心肌需氧量增多。又如，冠心病患病率及死亡率在 1～2 月份较 7～8 月份高，这是由于血管弹性、血液粘度、凝血时间和毛细血管脆性等均与气候有关。高血压、脑溢血死亡多发生在寒冷季节、气象多变的时日。肺炎死亡多见于 12～3 月，当高气压急剧下降、冷锋通过时，肺炎的发作或死亡数增加。支气管哮喘的发生与雷雨、台风、气团交替、冷锋过境、日温差较大有关。结核病人的咯血多见于锋面过境前后。

风湿性关节炎、肌肉痛、断肢痛、偏头痛等受天气变化的影响更大，被许多人称之为“天气痛”。

1. 气候适应（acclimatization）

人类通过遗传和后天获得的功能而对各种气候具有很大的适应能力。适应能力可以因锻炼而加强。适应性依年龄而不同，一岁以下的婴儿以及老年人的适应性较差，从 10

图 2-2 气团锋面过境示意图

岁以后适应性开始增强，20～40 岁适应性最强，40 岁以后适应性逐渐下降。人类对气候的适应，涉及到各个器官和系统的功能总调整和动员。首先，

新陈代谢率发生适应于特定气候条件的变化。如以年平均气温为 10℃的条件下热能需要量作为比较的基准，据 FAO/WHO 的意见，低于此温度每 10℃热能需要量增加 3%；高于此气温每 10℃热能需要量减少 5%，这是适应气候的变化而逐渐产生的适应性生理变动的一部分。

各器官和系统的功能，也都在适应过程中发生变化。如以高原气候的适应为例，就可以观察到这种各系统功能的综合性调整过程。在高原生活一段时间的人，血液中血红蛋白含量和红细胞数目显著增加，心跳次数和每搏输出血量都上升，血压有随海拔增高而上升的趋势，肺通气量也加大。这一适

应过程是由机体许多器官和系统参与的。

如所周知，人类许多生理活动都具有明显的周期性，即所谓生物学节律

（biologicolrhythm），表 2-3 中列举了每日内若干生理现象的生理节奏韵律。这种现象也是长期适应地球自转造成的日夜变化（太阳辐射、日照、气温等）而逐渐形成的，也可以说这正是适应过程的一种表现。

当然，对气候的适应是一个发展过程，需要一定的时间，也有一定的限度。短时间内过分强烈的气候变动，有时超过人类所具有的适应能力，引起对健康的损害。