Человеческий фактор в системе «человек— машина — производственная

СРЕДА»

Обеспечение безопасности деятельности человека на производстве представляет собой разработку мер защиты от опасностей, формирую­щихся в системе «человек—машина— производственная среда». Каждая подсистема этой системы содержит свойственные ей опасности, которые в сумме формируют все опасности в этой системе.

Подсистему «человек» целесообразно рассматривать как взаимосвя­занные понятия организма и личности. Поэтому опасности этой подси­стемы формируются физиологическими, психологическими возможно­стями человека, которые в основном определяются нервной системой — центром деятельности всего организма, а также антропометрическими показателями

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЧЕЛОВЕКА

Нервная система и анализаторы человека. Защита человека от опасностей среды обитания заложена «природой» в его организме в фор­ме безусловных и условных рефлексов. Рефлекс — основной акт нервной системы. Это активная реакция организма на раздражение рецепторов, вызываемая посредством нервной системы.

Рефлексы, существующие уже при рождении человека, называют без­условными или инстинктами. Они передаются по наследству. Условные рефлексы преображаются в течение жизни путем обучения в определен­ных условиях. В отличие от безусловных рефлексов условные рефлексы могут быть вызваны любыми изменениями, происходящими вне и внутри организма. Они индивидуальны и определяются своим временным харак­тером. Они сигнализируют нам об разнообразных изменениях в среде обитания, в том числе и опасных для здоровья человека.

Рис. 2.1. Типы нейронов нервной системы человека

И.П.Павлов предложил называть вид деятельности нервной систе­мы, который обусловливает нормальные отношения организма с внеш­ним миром или поведением, — высшей нервной деятельностью. Осуще­ствление высшей нервной деятельности как основной деятельности нерв­ной системы связано с низшей нервной деятельностью, которая объеди­няет и регулирует работу всех внутренних органов. Ясно, что без согласованной деятельности всех органов тела, соответствующей усло­виям жизни, немыслимо существование организма.

Рис. 2.2. Функциональная схема анализатора

Структурной единицей нервной системы является нервная клетка или нейрон. Различные типы нейронов представлены на рис.2.1.

Нейрон отличается от других клеток организма рядом особенностей. Прежде всего их популяция численностью от 10 до 30 млрд. клеток почти полностью «укомплектована» уже к моменту рождения, и ни один из ней­тронов, если он отомрет, не заменяется новым. Считается, что когда чело­век минует период зрелости, у него ежедневно отмирает около 10 тысяч нейронов, а после 40 лет этот суточный показатель удваивается. Другая важная особенность нейронов состоит в том, что они в отличие от других клеток организма имеют единственную функцию, заключающуюся в проведении нервной информации.

Нервная система определяет деятельность организма человека. При этом нервная система выполняет две важнейшие функции. Первая — коммуникационная, вторая —обобщение и переработка получаемой ин­формации и программирование соответствующей реакции организма. Коммуникационную функцию нервной системы выполняют анализаторы человека. Анализатор состоит из рецепторов — специализированных клеток, воспринимающих и передающих действия раздражителей внеш­него мира и внутренней среды организма, и нервных связей (рис. 2.2.).

Воздействие раздражителя на рецептор приводит к возникновению нервного импульса, который по чувственному (афферентному) нерву пе­редается в определенные участки коры больших полушарий головного мозга. Ответная реакция передается по двигательному (эфферентному) нерву от нервных центров к эффекторам (железам и мышцам), что дает возможность определенным и специфическим образом реагировать на те события во внешней среде, с которыми сталкивается организм. Преобра­зование энергии внешнего воздействия в нервный импульс, его проведе­ние в мозге, формирование ощущения и ответного действия — все это развернуто во времени. Отрезок времени от начала раздражения до воз­никновения ответной реакции называется латентным (скрытым) перио­дом. Он неодинаков для различных анализаторов (табл.2.1.).

В организме коммуникативную функцию обеспечивает перифериче­ская нервная система, состоящая из соматической нервной системы, от­ветственной за взаимодействие организма с внешним миром, и вегетатив­ной нервной системы, регулирующей деятельность внутренних органов сердца, легких, пищеварительного тракта, почек и др.

Вторую функцию нервной системы выполняет центральная нервная система, что включает широкий диапазон процессов — от простейших рефлексов на уровне спинного мозга до самых сложных мысленных опе­раций на уровне высших отделов головного мозга. Организация нервной системы человека представлена на рис. 2.3.

Воздействие раздражителя на рецептор приводит к возникновению нервного импульса, который по чувственному нерву передается в опреде­ленные участки коры больших полушарий головного мозга. Ответная ре­акция передается по эффективному (двигательному) нерву. Преобразова­ние энергии внешнего воздействия в нервный импульс, его проведение в мозге, формирование ощущения и ответного действия — все это развер­нуто во времени и называется латентным (скрытым) периодом. Он неоди­наков для различных анализаторов.

Общие характеристики анализаторов. Целесообразная и безопас­ная деятельность человека основывается на постоянном приеме и анализе информации о характеристиках внешней среды и внутренних системах организма. Этот процесс осуществляется с помощью анализаторов — подсистем центральной нервной системы (ЦНС), обеспечивающих при­ем и первичный анализ информационных сигналов. Информация, посту­пающая через анализаторы, называется сенсорной (от лат. зепзиз — чув­ство, ощущение), а процесс ее приема и первичной переработки — сен­сорным восприятием.

Центральной частью является некоторая зона в коре головного мозга. Периферическая часть — рецепторы—вынесена на поверхность тела для

Рис. 2.3. Структура нервной системы человека

приема внешней информации либо размещена во внутренних системах и органах для восприятия информации об их состоянии (внешние рецепто­ры в обычной речи называют органами чувств). Проводящие нервные пу­ти соединяют рецепторы с соответствующими зонами мозга.

В зависимости от специфики принимаемых сигналов различают сле­дующие анализаторы.

Внешние: зрительный (рецептор глаз); слуховой (рецептор ухо); так­тильный, болевой, температурный (рецепторы кожи); обонятельный (ре­цептор в носовой полости); вкусовой (рецепторы на поверхности языка и нёба).

Внутренние: анализатор давления; кинестетический (рецепторы в мышцах и сухожилиях); вестибулярный (рецептор в полости уха); специ­альные, расположенные во внутренних органах и полостях тела.

Основные параметры анализаторов следующие.

1. Абсолютная чувствительность к интенсивности сигнала (абсолют­ный порог ощущения по интенсивности) характеризуется минимальным значением воздействующего раздражителя, при котором возникает ощу­щение. В зависимости от вида раздражителя абсолютный порог измеряет­ся в единицах энергии, давления, температуры, количества или концент­рации вещества и т. п. Минимально ощущаемую интенсивность сигнала принято называть нижним порогом чувствительности.

Психофизическими опытами установлено, что величина ощущений изменяется медленнее, чем сила раздражителя. Интенсивность ощуще­ний Е выражается логарифмической зависимостью (закон Вебера—Фех-нера)

где J— интенсивность раздражителя; K и С — некоторые константы, оп­ределяемые данной сенсорной системой.

2. Предельно допустимая интенсивность сигнала (обычно близка к болевому порогу) измеряется в тех же единицах. Максимально ощущае­мую величину сигнала принято называть верхним порогом чувствитель­ности.

3. Дифференциальная (различительная) чувствительность к измене­нию интенсивности сигнала — это минимальное изменение интенсивно­сти сигнала, ощущаемое человеком. Различают абсолютные дифферен­циальные пороги, характеризуемые значением ДУ, и относительные, вы­ражаемые в процентах: ∆J/J- 100 %, где J— исходная интенсивность.

4. Дифференциальная (различительная) чувствительность к измене­нию частоты сигнала — это минимальное изменение частоты F сигнала, ощущаемое человеком. Измеряется аналогично дифференциальному по­рогу по интенсивности либо в абсолютных единицах АР, либо в относи­тельных - ∆ F/F • 100%.

5. Границы (диапазон) спектральной чувствительности (абсолютные пороги ощущений по частоте, длине волны) определяются для анализато­ров, чувствительных к изменению частотных характеристик сигнала (зрительного, слухового, вибрационного), отдельно нижний и верхний пороги.

6. Пространственные характеристики чувствительности специфичны для каждого анализатора.

7. Адаптация (привыкание) и сенсибилизация (повышение чувстви­тельности) характеризуются временем и присущи каждому типу анализа­торов.

Функционирование разных анализаторов существенно изменяется под влиянием неблагоприятных для человека условий. Низкие и высокие температуры, вибрации, перегрузки, невесомость, слишком интенсивные потоки информации, ведущие к дефициту времени,и ее недостаток, утом­ление, вызванное длительной работой или неблагоприятными условиями, состояние стресса — все эти факторы вызывают различные измене­ния характеристик анализаторов.

 

 

Рис. 2.4. Зрительный анализатор: а — структура глаза; б — прохождение световых воли через сетчатку глаза

Чтобы обеспечить достаточную надежность деятельности человека при приеме и анализе сигналов в любых условиях, для практических рас­четов рекомендуется использовать не абсолютные и дифференциальные пороги чувствительности анализаторов к различным характеристикам сигналов, а оперативные пороги, характеризующие не минимальную, а некоторую оптимальную различимость сигналов. Обычно оперативный порог в 10—15 раз выше соответствующего абсолютного и дифференци­ального.

Характеристика зрительного анализатора. В процессе деятельно­сти человек до 90 % всей информации получает через зрительный анали­затор. Свет—это лишь узкая полоса в спектре электромагнитных колеба­ний (380 — 760 нм), где энергия может восприниматься человеческим глазом. Световое раздражение тем интенсивнее (т. е. тем ярче), чем боль­ше фотонов соответствует той или иной частоте.

Глаз функционирует наподобие фотоаппарата. Как и фотоаппарат, он способен изменять диаметр отверстия для прохождения света и наводить на фокус линзу для получения четкого изображения. Снабжен он и чувст­вительной поверхностью, где химическая структура пигментов, так же, как и химическая структура фотопленки, способна изменяться под дейст­вием фотонов (рис.2.4.).

Световые лучи проникают в глаз через роговицу, которая концентри­рует их перед проникновением в водянистую влагу — прозрачную жид­кость, питающую роговицу и поддерживающую определенную форму глаза. Затем лучи проходят через отверстие зрачка, размер которого регу­лируется радужной оболочкой — при ярком свете он уменьшается, а в темноте увеличивается. После этого лучи фокусируются чечевицеобраз-ным хрусталиком, который становится более плоским или более выпук­лым в зависимости от того, удаляется ли фокусируемый предмет от глаза или приближается к нему; благодаря этому процессу аккомодации свето­вые лучи, прошедшие через стекловидное тело (студенистое вещество, выполняющее примерно те же функции, что и водянистая влага), форми­руют на сетчатке глаза четкое изображение.

Рецепторами в сетчатке служат клетки, содержащие чувствительные к свету вещества — фотопигменты, разлагающиеся под действием фото­нов и запускающие тем самым электрическую реакцию рецепторов. По периферии сетчатки распределены 120 млн. палочек, не способных разли­чать цвета. Зрение в черных, серых и белых тонах не требует много све­та—палочки весьма эффективно функционируют и при слабом освеще­нии. Цветовое зрение обеспечивают 6—7 млн. колбочек, сосредоточен­ных в центральной области сетчатки, особенно в небольшой, с булавоч­ную головку зоне, где около 50 тысяч колбочек образуют так называемую центральную ямку. Каждая колбочка содержит фотопигмент одного из трех типов, чем и определяется ее чувствительность к световым волнам той или иной длины — к красному, зеленому или синему цвету; соответ­ствующий дополнительный цвет подавляет реакцию колбочки.

Колбочки и палочки образуют целую сеть связей с двумя другими слоями клеток, расположенными впереди слоя рецепторов, — сначала с биполярными клетками, а затем с ганглиозными клетками, которые посы­лают свои нервные волокна в составе зрительного нерва в головной мозг. Таким образом, световые волны, прежде чем воздействовать на фоторе­цепторы (колбочки или палочки) и породить нервные сигналы в биполяр­ных и ганглиозных клетках, вначале должны пройти сквозь два слоя этих самых клеток (рис. 2.4.).

Ганглиозных клеток насчитывается около миллиона, т.е. на 130 ре-цепторных клеток в среднем приходится одна ганглиозная клетка. Одна­ко «концентрация» проводящих путей различна в зависимости от того, идет ли речь о палочках или о колбочках. Информация от палочек переда­ется по «общим» нервным путям, где одна ганглиозная клетка приходит­ся на многие десятки палочек; что касается колбочек, то многие из них располагают «собственным», индивидуальным выходом в зрительный нерв и головной мозг. Такой характер передачи информации, наряду с тем фактом, что колбочки более плотно сконцентрированы в централь­ной ямке, позволяет понять, почему острота зрения максимальна именно в этой области сетчатки и почему предмет, изображение которого про­ецируется в центр сетчатки, всегда воспринимается отчетливее, чем пред­мет, расположенный ближе к периферии поля зрения.

Существует множество аномалий зрения. Есть среди них и такие, ко­торые связаны с дефектами фоторецепторов и обусловливают цветовую и ночную («куриную») слепоту.

Цветовая слепота, называемая также дальтонизмом, — аномалия, которой страдают 5% всех людей, главным образом мужчины. Дальто­низм обусловлен выпадением функций колбочек одного из трех типов — чаще всего тех, которые чувствительны к световым волнам, соответству­ющим красному или зеленому цвету. Больной не способен различать цве­та, воспринимаемые здоровым человеком как «красный» и «зеленый». При этом его цветовое зрение ограничивается более или менее темными оттенками желтого, синего и серого цветов.

На 1 млн. людей приходится 25 человек, вообще не различающих цве­та. Возможно, что это нарушение возникает в самом раннем детстве вследствие заболевания или же развивается в результате отравления за­грязняющими веществами, а также может быть обусловлено наследст­венным дефектом.

Ночная слепота обусловлена нарушением функции палочек, кото­рые, как уже отмечалось, являются единственными фоточувствительны­ми элементами сетчатки, способными функционировать при слабом осве­щении. Это нарушение может возникнуть по многим причинам, самая обычная из которых—недостаток витамина А, необходимого для восста­новления зрительного пигмента палочек.

При оценке восприятия пространственных характеристик основным понятием является острота зрения, которая характеризуется минималь­ным углом, под которым две точки видны как раздельные. Острота зре­ния зависит от освещенности, контрастности, формы объекта и других факторов. При оптимальной освещенности (100—700 лк) порог разреше­ния составляет от 1 град до 5 мин. При уменьшении контрастности остро­та зрения снижается.

Точное восприятие зрительных сигналов и четкое различение деталей возможно только в центральной части поля зрения размером 3 град от оси во все стороны.

Глубинное зрение связано с восприятием пространства. Ошибка вос­приятия абсолютной удаленности составляет 12% при дистанции 30 м. Восприятие пространства-формы, объема, величины и взаимного расположения объектов, их рельефа, удаленности и направления, в котором они находятся, достигается за счет бинокулярного зрения двумя глазами.

Рис. 2.5. Поперечный разрез уха

Характеристика слухового анализатора. С помощью звуковых сиг­налов человек получает до 10% информации. Раздражители, вызываю­щие слуховые ощущения, представляют собой волны, которые образуют­ся в результате колебаний частиц воздуха. Вибрации какого-либо пред­мета вызывают поочередное образование уплотненных и разреженных зон воздуха, которые затем в виде последовательных механических волн распространяются в пространстве.

Функция уха заключается в преобразовании этих колебаний в нерв­ные импульсы. Слуховое ощущение зависит главным образом от характе­ристик звуковой волны. Так, громкость звука определяется амплитудой волны, а его высота — частотой колебаний.

Известно, что человеческое ухо может безболезненно воспринимать звук, интенсивность которого в тысячу миллиардов (10¹²) раз выше интенсивности едва слышимого звука. Частоты звуковых колебаний, восп­ринимаемые человеческим ухом, имеют диапазон от 20 колебаний в се­кунду (20 Гц) до 20 тысяч колебаний в секунду (20 000 Гц). Ухо состоит из трех отделов (рис. 2.5).

Наружное ухо состоит из ушной раковины и слухового прохода дли­ной 25 мм, упирающегося в барабанную перепонку-мембрану, вибриру­ющую под воздействием звуковых волн. В среднем ухе имеются три слу­ховые косточки: молоточек; наковальня и стремя, обеспечивающие пе­редачу вибраций овальному окну на границе внутреннего уха. Во внут­реннем ухе находится лабиринт, в состав которого входит улитка — трубка длиною 34 мм, спирально свернутая в 2,5 оборота наподобие рако­вины виноградной улитки. Улитка внутреннего уха заполнена жидко­стью, которая приходит в движение под влиянием звуковых волн, переда­ваемых косточками среднего уха. Движение жидкости вызывает прогиба­ние и смещение базилярной мембраны, проходящей вдоль всей улитки. Эта деформация базилярной мембраны сильнее всего выражена у основа­ния улитки при воздействии высоких звуков, а у вершины — при воздей­ствии низких. В месте максимальной деформации базилярной мембраны в результате возбуждения ее чувствительных клеток, волоски которых соприкасаются с нависающей над ними текториальной мембраной, происходит преобразование вибраций в нервные импульсы. Таким обра­зом, частота звука различается в соответствии с тем участком базиляр­ной мембраны, где происходит ее деформация, а его громкость —в зави­симости от числа клеток, вовлеченных в деформацию. Затем информация передается в головной мозг по слуховому нерву, образованному отрост­ками чувствительных волосковых клеток.

Между тем моментом, когда барабанная перепонка начинает коле­баться под действием звуковых волн и началом передачи нервных сигна­лов в мозг, могут возникать различные нарушения, обусловленные пора­жением того или иного отдела уха. Здесь следует различать так называе­мую проводниковую и сенсорную глухоту.

Проводниковая (кондуктивная) глухота развивается в результате старения организма или вследствие инфекции среднего уха, вызывающей потерю подвижности сочленений слуховых косточек. Возникающее в ре­зультате ослабление слуха можно тем не менее компенсировать слухо­вым аппаратом, который усиливает звуковые сигналы перед их прохож­дением по костям черепной коробки.

Сенсорная глухота возникает в результате деградации или разруше­ния волосковых клеток внутреннего уха, ответственных за преобразова­ние колебаний базилярной мембраны в нервные импульсы. Иногда разру­шению подвергается лишь какая-то определенная группа клеток. Это мо­жет случиться у рабочего, вынужденного с утра до вечера ковать металлические изделия: глухота в этом случае развивается в отношении только тех звуковых частот, которые вызывали постоянное возбуждение воло-сковых клеток.

Подобная деградация нервных структур уха приводит к необратимой сенсорной глухоте, не поддающейся восстановлению каким-либо хирур­гическим вмешательством. Технический прогресс, однако, позволил не­давно сконструировать протез, с помощью которого часть неработающих сенсорных клеток можно присоединить к микрокомпьютеру, способному обеспечить различение звуковых волн (пока довольно грубое) и передачу соответствующей информации по слуховому нерву в головной мозг.

Характерными особенностями слухового анализатора являются:

• способность быть готовым к приему информации в любой момент времени;

• способность воспринимать звуки в широком диапазоне частот и вы­делять необходимые;

• способность устанавливать со значительной точностью месторас­положение источника звука.

В связи с этим слуховое представление информации осуществляется в тех случаях, когда оказывается возможным использовать указанные свойства слухового анализатора.

Наиболее часто слуховые сигналы применяются для сосредоточенно­го внимания человека-оператора (предупредительные сигналы и сигналы опасности), для передачи информации человеку-оператору, находящему­ся в положении, не обеспечивающем ему достаточной для работы види­мости объекта управления, приборной панели и т. п., а также для разгруз­ки зрительной системы.

Для эффективного использования слуховой формы представления информации необходимо знание характеристик слухового анализатора.

Свойства слухового -анализатора оператора проявляются в восприя­тии звуковых сигналов. С физической точки зрения звуки представляют собой распространяющиеся механические колебательные движения в слышимом диапазоне частот. Механические колебания характеризуются амплитудой и частотой.

Амплитуда — наибольшая величина измерения давления при сгуще­ниях и разрежениях.

Частота — число полных колебаний в одну секунду. Единицей ее из­мерения является герц (Гц) — одно колебание в секунду,

Амплитуда колебаний определяет величину звукового давления и ин­тенсивность звука (или силу звучания).

Звуковое давление принято измерять в паскалях (Па).

Основными параметрами (характеристиками) звуковых сигналов (ко­лебаний) являются: интенсивность (амплитуда), частота и форма, которые отражаются в таких звуко­вых ощущениях, как гром­кость, высота и тембр.

Воздействие звуковых сиг­налов на слуховой анализатор определяется уровнем звуко­вого давления (Па). Интенсив­ность (сила) звука (Вт/м²) оп­ределяется плотностью потока звуковой энергии (плотностью мощности).

Для характеристики величин, определяющих восприятие звука, су­щественными являются не только абсолютные значения интенсивности звука и звукового давления, сколько их отношение к пороговым значени­ям (Jо = Ю^-12 Вт/м² или P₀ = 2 • 10^-5Па). В качестве таких относительных единиц измерения используют децибеллы (дБ):

где J и Р —соответственно интенсивность и уровень звукового давления,.Jо и P₀ — их пороговые значения.

Интенсивность звука уменьшается обратно пропорционально квадра­ту расстояния; при удвоении расстояния снижается на 6 дБ. Абсолютный порог слышимости звука составляет (принят) 2 • 10^-5 Па (Ю^-12 Вт/м²) и со­ответствует уровню 0 дБ.

Пользование шкалой децибелл весьма удобно, так как почти весь диа­пазон слышимых звуков укладывается менее чем в 140 дБ (рис. 2.6.).

Громкость — характеристика слухового ощущения, наиболее тесно связанная с интенсивностью звука. Уровень громкости выражается в фо­нах; фон численно равен уровню звукового давления в дБ для чистого то­на частотой 1000 Гц.

Дифференциальная чувствительность к изменению громкости — K = (∆J/J), наблюдается в диапазоне частот 500—1000 Гц.

Чувство равновесия и положения головы. Тело сохраняет равновесие благодаря тому, что мозг получает информацию о положении головы в пространстве. Эту информацию обеспечивает лабиринт — небольшой орган, расположенный во внутреннем ухе. Лабиринт состоит из трех от­делов: улитки, речь о которой пойдет позже, полукружных каналов, чув­ствительных к вращению головы, и двух полостей — круглого и овально­го мешочков, ответственных за восприятие прямолинейного движения.

Рис. 2.7. Рецепторы кожного анализатора

Три полукружных канала лежат в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и содержат студенистое вещество, в которое погружены чув­ствительные волоски (рис.2.5). Такого же рода волоски имеются в мешоч­ках. При вращении или прямолинейном смещении головы движение пе­редается студенистому веществу, а вместе с ним и чувствительным воло­скам. Эта информация воспринимается нервными клетками, от которых отходят волоски, а затем поступает в головной мозг.

Характеристика кожного анализатора. Всякий контакт с внешним предметом может вызывать ощущения четырех типов, способные объе­диняться в комплексные восприятия. Это ощущение давления, тепла, хо­лода и боли. Рецепторы, образованные нервными окончаниями, разбро­саны по всей поверхности тела, но расположены более плотно на ладо­нях, на коже живота и спины.

Существует несколько типов кожных рецепторов. Свободные нерв­ные окончания разбросаны по всей поверхности кожи и реагируют на температуру и давление либо сразу на оба этих воздействия. Рецепторы, расположенные в более глубоких слоях кожи (инкапсулированные нерв­ные окончания и окончания, оплетающие основания волосяных фоллику­лов), воспринимают главным образом давление (рис.2.7).

Говоря о температурных рецепторах, следует отметить, что на теле имеются точки, чувствительные только к теплу или только к холоду. Они активируются в зависимости от температуры кожи: если кожа разгоряче­на, всякий более холодный предмет будет казаться холодным, пусть даже его температура сравнительно высока; и наоборот, предмет, температура которого выше температуры кожи, будет казаться теплым. Таким обра­зом, тепло и холод — понятия весьма относительные.

Тактильные ощущения возникают в результате передачи информа­ции различными кожными рецепторами при их контакте с предметом. Например, когда рука скользит по предмету с гладкой поверхностью, воз­буждаются все рецепторы и все они одинаковым образом сообщают го­ловному мозгу о своем возбуждении. Напротив, скольжение руки по ше­роховатой поверхности в каждый данный момент ведет к возбуждению лишь определенной группы рецепторов, которые, по мере того как рука продвигается Но неровностям, сменяются другими, в результате чего мозг получает информацию о характерных особенностях поверхности предмета.

Болевые ощущения, по-видимому, возникают при слишком силь­ном возбуждении свободных нервных окончаний в результате поврежде­ния тканей.

Каждый микроучасток кожи обладает наибольшей чувствительно­стью к тем раздражителям (сигналам), для которых на этом участке име­ется наибольшая концентрация соответствующих рецепторов — боле­вых, температурных и тактильных. Так, плотность размещения составля­ет на тыльной части кисти — 188 болевых, 14 осязательных, 7 Холодовых и 0,5 тепловых на квадратный сантиметр поверхности; на грудной клет­ке — соответственно 196, 29, 9 и 0.3.

Воздействие в этих точках даже не специфическим, но достаточно сильным раздражителем независимо от его характера вызывает специфи­ческое ощущение, обусловленное типом рецептора. Например, интенсив­ный тепловой луч, попадая в точку боли, вызывает ощущение боли.

Чувствительность к прикосновению. Ощущение, возникающее при действии на кожную поверхность различных механических стимулов (прикосновение, давление), вызывающих деформацию кожи. Ощущение возникает только в момент деформации.

Абсолютный порог тактильной чувствительности определяется по тому минимальному давлению предмета на кожную поверхность, кото­рое производит едва заметное ощущение прикосновения. Наиболее высо­ко развита чувствительность на дистальных частях тела. Примерные по­роги ощущений: для кончиков пальцев руки — 3 г/мм²; на тыльной сторо­не пальца — 5 г/мм; на тыльной стороне кисти — 12 г/мм; на животе —

26 г/мм; на пятке — 250 г/мм². Порог различения в среднем равен пример­но 0,07 исходной величины давления.

Тактильный анализатор обладает высокой способностью к простран­ственной локализации. При последовательном воздействии одиночных раздражителей ошибка в локализации колеблется в пределах 2—8 мм.

Характерной особенностью тактильного анализатора является быст­рое развитие адаптации, т.е. исчезновение чувства прикосновения или давления. Время адаптации зависит от силы раздражителя и для различ­ных участков тела может изменяться в пределах от 2 до 20 с.

Вибрационная чувствительность. Она обусловлена теми же рецеп­торами, что и тактильная, поэтому топография распределения вибраци­онной чувствительности по поверхности тела аналогична тактильной.

Диапазон ощущения вибрации высок: от 5 до 12 000 Гц. Наиболее вы­сока чувствительность к частотам 200—250 Гц. При их увеличении и уменьшении вибрационная чувствительность снижается. В этом случае пороговая амплитуда вибрации минимальна и равна 1 мкм.

Пороги вибрационной чувствительности различны для различных участков тела. Наибольшей чувствительностью обладают дистальные участки тела человека, т. е. которые наиболее удалены от его медиальной плоскости (например, кисти рук).

Кожная чувствительность к боли. Этот вид чувствительности обус­ловлен воздействием на поверхность кожи механических, тепловых, хи­мических, электрических и других раздражителей.

В эпителиальном слое кожи имеются свободные нервные окончания, которые являются специализированными нервными рецепторами. Меж­ду тактильными и болевыми рецепторами существуют противоречивые отношения. Проявляются они в том, что наименьшая плотность болевых рецепторов приходится на те участки кожи, которые наиболее богаты тактильными рецепторами, и наоборот. Противоречие обусловлено раз­личием функций рецепторов в жизни организма. Болевые ощущения вы­зывают оборонительные рефлексы, в частности рефлекс удаления от раз­дражителя. Тактильная чувствительность связана с ориентировочными рефлексами, в частности это вызывает рефлекс сближения с раздражите­лем.

Биологический смысл боли состоит в том, что она, являясь сигналом опасности, мобилизует организм на борьбу за самосохранение. Под влия­нием болевого сигнала перестраивается работа всех систем организма и повышается его реактивность.

Болевой порог при механическом давлении на кожу измеряется в еди­ницах давления и зависит от места измерений. Например, порог болевой чувствительности кожи живота составляет 15—20 г/мм²; кончиков пальцев — 300 г/мм². Латентный период — около 370 мс. Кри­тическая частота слияния дис­кретных болевых раздражите­лей — 3 Гц.

Пороговая плотность по­тока тепла, вызывающего бо­левое ощущение, составляет 88 Дж/(м-с).

Температурная чувстви­тельность свойственна орга­низмам, обладающим посто­янной температурой тела, обеспечиваемой терморегуля­цией. Температура кожи не­сколько ниже температуры тела и различна для отдель­ных участков: на лбу — 34 — 35°С, на лице — 20 — 25°С, на животе — 34°С, стопах ног — 25—27°С. Средняя температура свободных от одежды уча­стков кожи равна 30—32°С.

Коже присущи два вида рецепторов. Одни реагируют только на хо­лод, другие — только на тепло.

Пространственные пороги зависят от стимулирующих факторов: при контактном воздействии, например, ощущение возникает уже на площа­ди в 1 мм², при лучевом — начиная с 700 мм². Латентный период темпера­турного ощущения равен примерно 0,20 с. Абсолютный порог темпера­турной чувствительности определяется по минимальному ощущаемому изменению температуры участков кожи относительно физиологического нуля, т. е. собственной температуры данной области кожи, адаптировав­шейся к внешней температуре. Физиологический нуль для различных об­ластей кожи может быть достигнут при температурах среды между 12—18°С и 41—42°С.Для тепловых рецепторов абсолютный порог со­ставляет примерно 0,2°С, для холодных — 0,4°С. Порог различительной чувствительности составляет примерно 1°С.

Кинестетический анализатор. Чувство положения тела и движения конечностей в пространстве обеспечивают сигналы, приходящие в мозг от рецепторов двух типов. Рецепторы первого типа представлены мышеч­ными веретенами, находящимися внутри мышц, и рецепторами Голъжи, расположенными в сухожилиях; они посылают в нервные центры сигналы о степени растяжения или сокращения мышцы (рис.2.8).

Рецепторы второго типа находятся в суставах и посылают в мозг не­прерывные сигналы о взаимном расположении различных частей тела.

Возможности двигательного аппарата представляют определенную значимость при конструировании защитных устройств, органов управле­ния. Сила сокращения мышц человека колеблется в широких пределах. Например, номинальная сила кисти в 450—650 Н при соответствующей тренировке может быть доведена до 900 Н. Сила сжатия, в среднем равная 500 Н для правой и 450 Н для левой руки, может увеличиваться в два раза и более.

Оптимальные усилия на органы управления:

• для рукояток 20—40 Н (100 Н — максимальное);

• для кнопок, тумблеров, переключателей легкого типа 1400—1600 Н, тяжелого —6000—12000;

• для ножных педалей управления от 20—50 (используемых часто) до 300 Н (используемых редко);

• для рычажного управления от 20—40 (используемых часто) до 120—160 Н (используемых редко).

Диапазон скоростей, развиваемых движущимися руками человека, находится в пределах 0,01—8000 см/с. Наиболее часто используются_хско-рости порядка 5—800 см/с. Скорость движения больше в направлении к себе, чем от себя, в вертикальной плоскости, чем в горизонтальной, свер­ху вниз, чем снизу вверх, вперед—назад, чем вправо—влево, слева напра­во для правой руки и справа налево для левой, чем наоборот. Вращатель­ные движения в 1,5 раза быстрее поступательных.

Обонятельный анализатор. Обоняние — это единственный вид ощущении, обусловленный прямой передачей информации в кору, минуя промежуточные низшие центры головного мозга. В каждой половине но­совой полости, в ее верхней части, насчитывается около 30 млн. рецеп-торных клеток, ответственных за распознавание присутствующих в воз­духе пахучих веществ (рис.2.9).

Между тем до сих пор мало что известно о том, как происходит такое распознавание. Теоретически различают семь основных групп запахов. Запах может быть эфирным (ацетон), камфорным (нафталин), мускусным (мускус), цветочным (запах розы), ментоловым (мята), острым (уксус) или гнилостным (запах тухлого яйца). Чтобы объяснить, каким образом мозг распознает запахи, было выдвинуто предположение, что каждая клетка функционирует как замок, к которому подходит только один ключ, соответствующий специфическому типу молекул определенной формы и величины. Было показано, что иногда молекулы со сходной структурой вызывают разные обонятельные ощущения.

 

Рис. 2.9. Обонятельная система человека