Действие вибрации на организм

Вибрация относится к факторам, обладающим значительной биологической активностью. Характер, глубина и направленность функциональных сдвигов со стороны различных систем организма определяются прежде всего уровнями, спектральным составом и продолжительностью вибрационного воздействия. В субъективном восприятии вибрации и объективных физиологических реакциях важная роль принадлежит биомеханическим свойствам человеческого тела как сложной колебательной системы.

Степень распространения колебаний по телу зависит от их частоты и амплитуды, площади участков тела, соприкасающихся с вибрирующим объектом, места приложения и направления оси вибрационного воздействия, демпфирующих свойств тканей, явления резонанса и других условий.

При низких частотах вибрация распространяется по телу с весьма малым затуханием, охватывая колебательным движением все туловище и голову. Обнаруживается прямая зависимость между степенью статических мышечных усилий при работе ручным механизированным инструментом и степенью распространения колебаний. Следовательно, снижая силовые воздействия, прилагаемые оператором к машине, можно в значительной степени ограничить распространение вибрации по телу и тем самым снизить ее неблагоприятное действие на человека.

Резонанс человеческого тела в биодинамике определяется как явление, при котором анатомические структуры, органы и системы под действием внешних вибрационных сил, приложенных к телу, получают колебания большей амплитуды. На резонанс тела наряду с его массой влияют такие факторы как размер, поза и степень напряжения скелетной мускулатуры индивидуума и др.

Область резонанса для головы в положении сидя при вертикальных вибрациях располагается в зоне между 20 и 30 Гц, при горизонтальных - 1,5 - 2 Гц.

Особое значение резонанс приобретает в отношении органа зрения. Частотный диапазон расстройств зрительных функций лежит между 60 и 90 Гц, что соответствует резонансу глазных яблок.

Для торакоабдоминальных органов резонансными являются частоты 3 - 3,5 Гц.

Для всего тела в положении сидя резонанс определяется на частотах 4 - 6 Гц.

Хотя в нормативных документах, лимитирующих параметры производственных вибраций, пока не нашли отражения сведения о резонансных свойствах тела человека, совершенно очевидно сколь важно учитывать области резонансных частот при создании вибрационных машин и механизмов.

В генезе реакций организма на вибрационную нагрузку важную роль играют анализаторы: кожный, вестибулярный, двигательный, для которых вибрация является адекватным раздражителем.

Научно-практический интерес представляет рассмотрение физиологического механизма противодействия организма человека отдельным толчкам.

На толчок, как известно, организм отвечает безусловным защитным рефлексом противодействия - напряжением соответствующих групп мышц, что позволяет ему сохранить равновесие, смягчить удар и т. д. Скорость возникновения рассматриваемого собственно мышечного рефлекса составляет 20 мс.

В связи с этим возникла необходимость биофизической оценки толчка по времени нарастания его максимальной амплитуды, т. е. его «жесткости». Практический смысл этого показателя очевиден. Особую опасность для организма представляют чрезвычайно жесткие толчки, время нарастания которых менее 20 мс, так как защитная роль собственно мышечного рефлекса в данном случае нивелирована. Наоборот, плавный, растянутый толчок всегда менее травмирующий. Это необходимо учитывать при создании способов и средств защиты человека от толчков и вибраций.

Вибрационная болезнь

Длительное влияние вибрации, сочетающееся с комплексом неблагоприятных производственных факторов, может приводить к стойким патологическим нарушениям в организме работающих, развитию вибрационной болезни.

Патогенез вибрационной болезни сложен и недостаточно изучен. В настоящее время доказано, что в основе его лежит сложный механизм нервно-рефлекторных и нейрогуморальных нарушений, которые приводят к развитию застойного возбуждения и последующим стойким изменениям как в рецепторном аппарате, так и в ЦНС, а также в симпатических ганглиях, причем наиболее тяжело страдают системы, регулирующие сосудистый тонус. Не исключена и прямая механическая травматизация, в первую очередь опорно-двигательного аппарата (мышц, связочного аппарата, костей и суставов) при интенсивном вибрационном воздействии.

Различают формы вибрационной болезни, вызванные локальной и общей вибрацией.

Наибольшее распространение, а следовательно, социальное и экономическое значение имеет вибрационная болезнь, обусловленная воздействием локальной вибрации.

В производственных условиях работа с ручными машинами, генерирующими преимущественно низкочастотную вибрацию, приводит к развитию вибрационной патологии с преимущественным поражением нервно-мышечного и опорно-двигательного аппарата и менее выраженным сосудистым нарушениям. Эта форма наблюдается у формовщиков, бурильщиков и др. Заболевание возникает через 8 – 10 лет работы в профессии.

Работа с инструментами ударного действия (клепка, обрубка), генерирующими вибрацию, преимущественно средне высокочастотную (30 - 125 Гц и более) с неравномерным распределением максимальных уровней по ширине спектра энергии, вызывает различную степень сосудистых, нервно-мышечных, костно-суставных и других нарушений. Сроки развития патологии составляют от 3 до 8 лет.

При работе с шлифовальными и другими ручными машинами, вибрация которых имеет максимальный уровень энергии в высокочастотной области спектра (125 - 250 Гц и выше), возникают главным образом ангиоспастические сосудистые расстройства, в среднем через 5 и менее лет.

Сосудистые расстройства являются одним из основных симптомов вибрационной болезни. Чаще всего они заключаются в нарушении периферического кровообращения, изменении тонуса капилляров, нарушении общей гемодинамики. Больные жалуются на внезапно возникающие приступы побеления пальцев, которые чаще появляются при мытье рук холодной водой или при общем охлаждении организма.

Полиневропатическая симптоматика при вибрационной болезни проявляется ноющими, ломящими, тянущими болями в верхних конечностях, беспокоящими больше по ночам или во время отдыха. Боли сопровождаются парестезиями, повышенной зябкостью кистей.

Одним из постоянных симптомов вибрационной болезни является расстройство чувствительности. Наиболее резко страдает вибрационная, а также болевая и температурная чувствительность.

У длительно работающих с тяжелыми инструментами как следствие перенапряжения часто наблюдаются миофасцикулиты, миозиты, тендомиозиты.

Изменения со стороны костей проявляются в виде дегенеративно-дистрофических изменений, эностозов, шпор, параосальных обызвествлении, кистозных образований, деформирующих артрозо-артритов крупных суставов верхних конечностей (рис. 10, 11).

Рис. 10. Дегенеративно-дистрофические изменения в локтевом суставе обрубщика. 1 - шпора; 2 - параосальные обызвествления.

Рис. 11. Глубокое разрежение костной ткани концевой фаланги III пальца (а) и начальные дистрофические изменения (б) в концевой фаланге II пальца у шлифовщика металла.

 

Клинически в развитии вибрационной болезни, вызванной воздействием локальной вибрации, различают 3 степени ее развития.

Начальные проявления (I степень):

1) периферический ангиодистонический синдром;

2) периферический ангиоспастический синдром с редкими акроспазмами пальцев рук;

3) синдром сенсорной (вегетативно-сенсорной) полиневропатии рук.

Умеренно выраженные проявления (II степень):

1) периферический ангиоспастический синдром:

а) с частыми акроспазмами;

б) со стойкими вегетативно-трофическими нарушениями;

2) синдром сенсорной (вегетативно-сенсорной) полиневропатии в сочетании: (далее не хватает 5 листов).

Глава 10

УЛЬТРАЗВУК И ИНФРАЗВУК

УЛЬТРАЗВУК

В последнее десятилетие все более широкое распространение в производстве находят технологические процессы, основанные на использовании энергии ультразвука. Ультразвук нашел также применение в медицине. В связи с ростом единичных мощностей и скоростей различных агрегатов и машин растут уровни шума, в том числе и в ультразвуковой области частот.

Вместе с тем установлено, что ультразвук без соблюдения правил работы с ним может приводить к развитию своеобразной ультразвуковой патологии, поэтому изучение ультразвука как неблагоприятного фактора производственной среды имеет важное гигиеническое значение.

Ультразвуком называют механические колебания упругой среды с частотой, превышающей верхний предел слышимости – 20кГц.

Ультразвук имеет единую природу со звуком и одинаковые физико-гигиенические характеристики, т. е. оценивается по частоте колебании и интенсивности. Единицей измерения интенсивности ультразвука является ватт на квадратный сантиметр (Вт/см²).

В гигиенической практике интенсивность ультразвука (уровень звукового давления) оценивается в относительных единицах – дБ.

Ультразвуковые колебания подчиняются тем же закономерностям, что и звуковые волны, однако более высокая частота придает им некоторые особенности:

- малая длина волны (менее 1,5 см) дает возможность получать направленный сфокусированный пучок большой энергии;

- ультразвуковые волны способны давать отчетливую акустическую тень, так как размеры экранов всегда будут соизмеримы или больше длины волн;

- проходя через границу раздела двух сред, ультразвуковые волны могут отражаться, преломляться или поглощаться;

- ультразвук, особенно высокочастотный, практически не распространяется в воздухе так как звуковая волна, распространяясь в среде, теряет энергию пропорционально квадрату частоты колебаний.

В твердых и жидких средах ультразвук вызывает ряд механических и химических эффектов. К ним относится в первую очередь явление кавитации, возникающее в смешанной среде - жидкость - газ. В зоне разрыва жидкости вследствие периодического сжатия и растяжения образуются пузырьки, наполненные парами жидкости или газа. Разрыв пузырьков сопровождается выделением большого количества энергии. Эффект усиливается с увеличением мощности ультразвука. Действие ультразвука на твердое или газообразное вещество вызывает вибрацию его частиц с ультразвуковой частотой.

Источниками производственного ультразвука являются генераторы ультразвуковых колебаний, используемые для технологических целей, в медицине и научных исследованиях, а также производственное оборудование, имеющее в спектре шума высокочастотные составляющие.

Генератор ультразвука состоит из источников токов высокой частоты и пьезоэлектрического или магнитострикционного преобразователя. При этом магнитострикционные преобразователи используются для генерации низкочастотного ультразвука, а пьезоэлектрические преобразователи позволяют получить ультразвуки с частотой до 10⁹ Гц.

Ультразвуковые установки и приборы в зависимости от частотной характеристики делят на 2 основные группы: 1) аппаратура, генерирующая низкочастотный ультразвук, с частотой колебаний 11 - 100 кГц; 2) установки, в которых используется, высокочастотный ультразвук с частотой колебаний в пределах 100 кГц - 1000 мГц.