Физиологическое действие метеорологических условий на организм человека

Все жизненные процессы в организме человека сопровождаются непрерывным выделением теплоты в окружающую среду, количество которой меняется от 85 Вт (в состоянии покоя) до 500 Вт (при тяжелой работе). Необходимым условием жизнедеятельности человека является сохранение постоянства температуры тела. Выделяемая организмом человека теплота полностью должна отводиться в окружающую среду. Нарушение теплового баланса может привести к перегреву или к переохлаждению и, как следствие, к потере трудоспособности, несчастным случаям и профессиональным заболеваниям.

Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется конвекцией, за счет отдачи тепла с поверхности тела человека менее нагретым притекающим к нему слоям воздуха, теплопроводностью через одежду, излучением на окружающие поверхности и в процессе испарения влаги (пота) с поверхности кожи и при дыхании, а также за счет нагрева вдыхаемого воздуха.

Преобладание того или иного процесса теплоотдачи зависит от температуры среды, скорости движения воздуха, относительной влажности, атмосферного давления, температуры окружающих предметов и интенсивности физической нагрузки организма.

Способность человеческого организма поддерживать постоянную температуру тела (в подмышечной впадине – 36,5...36,9 °С с колебаниями в течение суток в пределах 0,5...0,7 °С) при изменении параметров микроклимата и при выполнении различной по тяжести работы называется терморегуляцией. В течение всей своей жизни человек существует в пределах очень ограниченного диапазона внутренних температур тела. Однако в короткие промежутки времени человек может переносить температуру тела ниже 35 °С или выше 41 °С.

С тепловой точки зрения тело человека состоит из двух зон: «оболочки» и «ядра». «Оболочку» составляют ткани поверхностного слоя тела толщиной в 2,5 см. Температура «Оболочки» в значительной мере изменяется согласно внешней среде. «Ядро» состоит из более глубоких тканей (например, мозга, сердца и легких, а также верхнего отдела брюшной полости), и тело стремится поддерживать внутреннюю температуру в пределах 37 ± 2 °С. Функциональное состояние человека, обусловленное его теплообменом с окружающей средой, характеризующееся содержанием и распределением тепла в глубоких («ядро») и поверхностных («оболочка») тканях организма, а также степенью напряжения механизмов терморегуляции, принято обозначать как тепловое состояние.

Терморегуляция обеспечивается изменением двух составляющих теплообмен процессов – теплопродукции и теплоотдачи. Из двух способов поддержания теплового равновесия основное значение имеет регуляция теплоотдачи, так как этот путь регуляции более изменчив и управляем в организме.

Процессы терморегуляции осуществляются, в основном, тремя способами: биохимическим путем (т.е. изменение интенсивности происходящих в организме окислительных процессов), путем изменения интенсивности кровообращения (способность организма регулировать подачу крови от внутренних органов к поверхности тела путем сужения или расширения кровеносных сосудов) и интенсивности потовыделения (изменение процесса теплоотдачи за счет испарения). Терморегуляция организма человека осуществляется, как правило, одновременно всеми способами.

Оптимальное тепловое состояние человека характеризуется отсутствием общих и/или локальных дискомфортных теплоощущений и минимальным напряжением механизмов терморегуляции.

Допустимое тепловое состояние человека характеризуется незначительными общими и/или локальными дискомфортными теплоощущениями, сохранением термостабильности организма в течение всей рабочей смены при умеренном напряжении механизмов терморегуляции.

Микроклиматические условия должны обеспечивать тепловое состояние работающих на оптимальном или допустимом уровне.

Микроклимат по степени его влияния на тепловой баланс человека подразделяется на нейтральный, нагревающий, охлаждающий.

Нейтральный микроклимат – такое сочетание параметров микроклимата, которое при воздействии на человека в течение рабочей смены обеспечивает тепловой баланс организма, при котором разность между величиной теплопродукции и суммарной теплоотдачей находится в пределах ±2 Вт, а доля теплоотдачи испарением влаги не превышает 30%.

Охлаждающий микроклимат – сочетание параметров микроклимата, при котором имеет место превышение суммарной теплоотдачи в окружающую среду над величиной теплопродукции организма, приводящее к образованию общего или локального дефицита тепла в теле человека (> 2 Вт).

Нагревающий микроклимат – сочетание параметров микроклимата, при котором имеет место изменение теплообмена человека с окружающей средой, проявляющееся в накоплении тепла в организме (> 2 Вт) или в увеличении доли потерь тепла испарением влаги (> 30%).

Рассмотрим различные варианты воздействия неблагоприятных параметров микроклимата на человека.

Температура тела постоянно колеблется вокруг некоторых заранее установленных значений. Внутренняя температура ниже пороговых значений терморегуляции организма приводит к увеличению тепловых потоков (поеживание, дрожь, сужение сосудов на коже тела). Внутренняя температура выше пороговых значений терморегуляции приводит к подключению систем, ответственных за тепловые потери (потовыделение и др.). В каждом отдельном случае результирующая теплопередача уменьшает отклонение нагрузки и помогает восстанавливать температуру тела до обычного устойчивого состояния.

Поэтому при действии высоких и низких температур имеет место взаимодействие системы терморегуляции с другими функциональными системами: сердечно-сосудистой, нервной, дыхательной, эндокринной и др. Степень их участия и порядок включения определяются величиной термической нагрузки на человека.

Местное и общее охлаждение организма является причиной многих заболеваний: сердечно-сосудистой патологии, обострения язвенной болезни, радикулитов, невритов, простудных заболеваний. Любая степень охлаждения характеризуется снижением частоты сердечных сокращений и развитием процессов торможения в коре головного мозга, что приводит к уменьшению работоспособности, изменению двигательной реакции, нарушению координации и точности выполнения рабочих операций. Производственные процессы, выполняемые при пониженной температуре, большой подвижности и влажности воздуха, могут быть причиной охлаждения, и даже переохлаждения организма – гипотермии. Появление мышечной дрожи, при которой внешняя работа не совершается, а вся энергия превращается в теплоту, может в течение некоторого времени задерживать снижение температуры внутренних органов. В тяжелых случаях действие низких температур может привести к обморожениям, и даже смерти.

Гипотермия означает понижение температуры тела ниже нормальной. Когда терморегуляция нарушается и внутренняя температура начинает снижаться, человек начинает испытывать переохлаждение. Но только в том случае, когда внутренняя температура тела упадет до 35 °С, можно констатировать гипотермическое состояние. В интервале между 35 и 32 °С гипотермия классифицируется как легкая; между 32 и 28°С – как умеренная и ниже 28 °С – как тяжелая.

Неоднократные переохлаждения организма приводят к целому ряду новых физиологических последствий.

Перегрев. Повышение температур воздуха более 30° С приводит к нарушению состояния здоровья, снижению работоспособности и производительности труда.

Предельная температура вдыхаемого воздуха, при которой человек в состоянии дышать в течение нескольких минут без специальных средств защиты, около 116 °С. Длительное воздействие высокой температуры, особенно в сочетании с повышенной влажностью, может привести к значительному накоплению теплоты в организме и развитию перегревания организма выше допустимого уровня – гипертермии. Появляются нарастающая слабость, головная боль, шум в ушах, искажение цветового восприятия (окраска всего в красный или зеленый цвет), тошнота, рвота, температура тела повышается до 38...39 °С. Кожа сначала краснеет, потом бледнеет и покрывается «холодным» потом. Частота сердечных сокращений увеличивается. В тяжелых случаях гипертермия протекает в форме теплового удара (или солнечного при работах на открытом воздухе), который сопровождается потерей сознания. Даже при раннем выявлении каждый пятый случай является смертельным.

Особенно подвержены тепловым ударам люди, имеющие массу тела выше нормы. Существует линейная зависимость между превышением массы тела и относительной вероятностью смерти от теплового удара.

Влажность воздуха определяется содержанием в нем водяных паров и измеряется в абсолютных и относительных единицах. Различают максимальную, абсолютную и относительную влажность. Абсолютная влажность – содержание водяных паров в воздухе, выраженное в миллиметрах ртутного столба или в граммах на 1 м³ воздуха, максимальная – максимально возможное содержание водяных паров в воздухе при данной температуре (состояние насыщения). Чем выше температура воздуха, тем больше требуется водяных паров для полного его насыщения.

Влажность воздуха в рабочей зоне выражают в величинах относительной влажности, поскольку она показывает степень насыщения воздуха парами влаги. Относительная влажность – отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах.

Физиологически оптимальной является относительная влажность в пределах 40...60%. Повышенная влажность воздуха (более 75...80%) в сочетании с низкими температурами оказывает значительное охлаждающее действие. А в сочетании с высокими (более 30 °С) способствует перегреванию организма, так как при этом почти вся выделяемая организмом человека теплота отдается в окружающую среду при испарении пота. При повышении влажности пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова, не обеспечивая необходимой теплоотдачи.

Недостаточная влажность воздуха (менее 25%) также неблагоприятна для человека, так как приводит к интенсивному испарению влаги со слизистых оболочек, их пересыханию и растрескиванию.

Подвижность воздуха. Человек начинает ощущать движение воздуха при его скорости примерно 0,1 м/с. Легкое движение воздуха при обычных температурах способствует хорошему самочувствию, сдувая обволакивающий человека насыщенный водяными парами и перегретый слой воздуха. В то же время большая скорость движения воздуха, особенно в условиях низких температур, вызывает увеличение теплопотерь конвекцией и испарением и ведет к сильному охлаждению организма. Особенно неблагоприятно действует сильное движение воздуха при работах на открытом воздухе в зимних условиях.

Тепловое излучение (инфракрасное излучение) свойственно любым телам, температура которых выше абсолютного нуля.

Даже небольшое увеличение температуры тела приводит к значительному росту отдачи тепла излучением. У большинства производственных источников максимум энергии приходится на инфракрасные лучи с длиной волны 0,78... 1,4 мкм. Инфракрасные лучи оказывают на организм человека в основном тепловое воздействие. Они плохо задерживаются кожей, глубоко проникают в биологические ткани, вызывая повышение их температуры. Под влиянием теплового облучения в организме происходят биохимические сдвиги, уменьшается кислородная насыщенность крови, понижается венозное давление, замедляется кровоток и как следствие наступает нарушение деятельности сердечно-сосудистой и нервной системы.

Кроме непосредственного воздействия на человека лучистая теплота нагревает окружающие конструкции. Эти вторичные источники отдают теплоту окружающей среде излучением и конвекцией, в результате чего температура воздуха в помещении повышается. Для характеристики теплового излучения принята величина, названная интенсивностью теплового облучения (мощность лучистого потока, приходящаяся на единицу облучаемой поверхности (Вт/м²). Тепловое облучение интенсивностью до 350 Вт/м² не вызывает неприятного ощущения, при 1050 Вт/м² уже через 3...5 минут на поверхности кожи появляется неприятное жжение (температура кожи повышается на 8...10 °С), а при 3500 Вт/м² через несколько секунд возможны ожоги. Время пребывания в зоне теплового облучения лимитируется, в первую очередь, температурой кожи, болевые ощущения появляются при температуре кожи 40...45 °С (в зависимости от участка).