Физические факторы окружающей среды воздействующие на человека
Вопрос 1
Физические факторы окружающей среды воздействующие на человека
Акустические колебания. Физическое понятие об акустических колебаниях охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания упругих сред. Акустические колебания в диапазоне 16 Гц...20 кГц, воспринимаемые человеком с нормальным слухом, называют звуковыми. Акустические колебания с частотой менее 16 Гц называют инфразвуковыми, выше 20 кГц — ультразвуковыми. Распространяясь в пространстве, звуковые колебания создают акустическое поле.
Ухо человека может воспринимать и анализировать звуки в широком диапазоне частот и интенсивностей. Самые низкие значения порогов лежат в диапазоне частот 1...5 кГц. Порог слуха молодого человека составляет 0 дБ на частоте 1000 Гц, на частоте 100 Гц порог слухового восприятия значительно выше, так как ухо менее чувствительно к звукам низких частот. Болевым порогом принято считать звук с уровнем 140 дБ, что соответствует звуковому давлению 200 Па и интенсивности 100 Вт/м2, звуковые ощущения оцениваются по порогу дискомфорта (слабая боль в ухе, ощущение касания, щекотания).
Шум — это совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты. С физиологической точки зрения шум — это всякий неблагоприятно воспринимаемый звук. Окружающие нас шумы имеют разный уровень звука: разговорная речь — 50...60 дБА, автосирена — 100 дБА, шум двигателя легкового автомобиля — 80 дБА, громкая музыка — 70 дБА, шум в обычной квартире — 30...40 дБА.
По спектральному составу, в зависимости от преобладания звуковой энергии в соответствующем диапазоне частот различают низко-,
средне- и высокочастотные шумы,
по временным характеристикам
Интенсивный шум на производстве способствует снижению ими мания и увеличению ошибок при выполнении работы. Из-за шума снижается производительность труда и ухудшается качество работы Шум затрудняет своевременную реакцию работающих на предупреди тельные сигналы внутрицехового транспорта (автопогрузчики, мостовые краны и т. п.), что способствует возникновению несчастных случаев на производстве.
Степень влияния шума зависит от
его интенсивности и
Шум влияет на весь организм человека: угнетает ЦНС, вызываем изменение скорости дыхания и пульса, способствует нарушению об
мена веществ, возникновению
Шум с уровнем звукового давления до 30...35 дБ является привычным для человека и не беспокоит его. Повышение уровня звуковою давления до 40...70 дБ в условиях бытовой или природной среды создает значительную нагрузку на нервную систему, вызывает ухудшение самочувствия и при длительном действии может стать причиной неврозов. Воздействие шума уровнем свыше 75 дБ может привести к потере слуха — профессиональной тугоухости. При действии шума высоких уровней (140 дБ) возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при еще более высоких (более 160 дБ) и смерть.
Снижение слуха на 10 дБ практически неощутимо, на 20 дБ начинает серьезно мешать человеку, так как нарушается способность слышать важные звуковые сигналы, наступает ослабление разборчивости речи.
Помимо снижения слуха при воздействии шума наблюдаются общие изменения в организме. Рабочие жалуются на головные боли, головокружение, боли в области сердца, повышение артериального давления, боли в области желудка и желчного пузыря, изменение кислотности желудочного сока. Шум вызывает снижение функции защитных систем и общей устойчивости организма к внешним воздействиям.
Гигиенические нормативы шума определены ГОСТ 12.1.003—83 и СН 2.2.4/2.1.8.562—96. Для нормирования постоянных шумов применяют допустимые уровни звукового давления (УЗД) в девяти октавных полосах частот в зависимости от вида производственной деятельности. Для ориентировочной оценки в качестве характеристики постоянного шума на рабочих местах допускается принимать уровень звука (дБА), определяемый по шкале А шумомера с коррекцией низкочастотной составляющей по закону чувствительности органов слуха и приближением результатов объективных измерений к субъективному восприятию (табл. 1).
Нормируемой характеристикой непостоянного шума является эквивалентный по энергии уровень звука в дБА.
Для тонального или импульсного шума допустимый уровень звука должен быть на 5 дБ меньше нормативных значений.
В производственных условиях нередко
возникает опасность
Таблица 1.
Допустимые уровни звукового давления, уровни звука
и эквивалентного уровня звука на рабочих местах в производственных помещениях и на территории предприятий
по ГОСТ 12.1.003—83 (извлечение)
По физической сущности ультразвук (УЗ) не отличается от слышимого звука. Однако в отличие от шума УЗ характеризуется большими значениями интенсивности (до сотен ватт на квадратный метр). Он обладает значительно более короткими длинами волн, которые легче фокусировать и соответственно получать более узкое и направленное излучение, т. е. сосредотачивать всю энергию УЗ в нужном направлении и концентрировать в небольшом объеме. Частотный диапазон УЗ способствует большему затуханию колебаний из-за перехода энергии УЗ в теплоту.
По частотному спектру- ультразвук делится на:
— низкочастотный УЗ, колебания от 11,2 до 100 кГц;
— высокочастотный УЗ, колебания от 100 кГц до 1000 МГц. По способу распространения — на воздушный УЗ и контактный. Биологический эффект воздействия УЗ на организм зависит от интенсивности, длительности воздействия и размеров поверхности тела, на которую действует УЗ. Длительное систематическое действие УЗ, распространяющегося в воздухе, вызывает функциональные нарушения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, снижение слуха, а также изменения свойств и состава крови, артериального давления. Появляются жалобы на утомление, головные боли.
Контактное воздействие
Профессиональные заболевания зарегистрированы лишь при контактной передаче ультразвука на руки.
Гигиенические нормативы ультразвука определены ГОСТ 12.1.001— 89 и ГН 2.2.4.582—96. Гигиенической характеристикой воздушного УЗ на рабочих местах являются уровни звукового давления (УЗД), дБ, в Уз октавных полосах со среднегеометрическими частотами от 12,5 до 100 кГц. На частоте 12,5 кГц УЗД не должны превышать 80 дБ, на частоте 16 кГц — 80 (допустимо по согласованию 90) дБ, 20 кГц — 100 дБ, 25 кГц — 105 дБ,а в диапазоне частот 31,5...100 кГц — ПО дБ.
Характеристикой контактного УЗ является пиковое значение виброскорости или логарифмический уровень виброскорости. Допустимые уровни ультразвука в зонах контакта рук и других частей тела оператора с рабочими органами приборов и установок не должны превышать ПО дБ.
Когда рабочие подвергаются совместному воздействию воздушного и контактного ультразвука, допустимые уровни контактного УЗ следует принимать на 5 дБ меньше.
Инфразвук — область акустических колебаний с частотой ниже 20 Гц. В условиях производства инфразвук (ИЗ), как правило, сочетается с низкочастотным шумом, в ряде случаев — с низкочастотной вибрацией.
При воздействии инфразвука на организм с уровнем от ПО до 150 дБ могут возникать неприятные субъективные ощущения и функциональные изменения: нарушения в ЦНС, сердечно-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе. Отмечены жалобы на головные боли, головокружение, осязаемые движения барабанных перепонок, звон в ушах и голове, снижение внимания и работоспособности; может появиться чувство страха, нарушение равновесия, сонливость, затруднение речи. При воздействии ИЗ могут проявиться психофизиологические реакции в форме повышения тревожности, эмоциональной неустойчивости и неуверенности в себе.
Установлен аддитивный эффект действия инфразвука и низкочастотного шума. Надо отметить, что производственный шум и вибрация оказывают более агрессивное действие, чем инфразвук сопоставимых параметров.
Гигиеническая регламентация инфразвука производится по СН 2.2.4/2.1.8.583—96, которые задают предельно допустимые уровни звукового давления (УЗД) на рабочих местах, дифференцированные для различных видов работ, а также допустимые уровни инфразвука в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки. Общий уровень звукового давления для работ различной степени тяжести не должен превышать 100 дБ, для работ различной степени интеллектуально-эмоциональной напряженности не более 95 дБ, на территории жилой застройки — 90 дБ, в помещениях и общественных зданиях — 75 дБ.
На людей и животных может воздействовать ударная волна. Прямое действие ударной волны возникает в результате воздействия избыточного давления и скоростного напора воздуха. В виду небольших размеров тела человека ударная волна мгновенно охватывает человека и подвергает его сильному сжатию в течение нескольких секунд и воспринимается как резкий удар. Это может привести к перемещению тела в пространстве.
Косвенные поражения людей и животных могут произойти в результате ударов осколков стекла, шлака, камней, дерева и других предметов, летящих с большой скоростью..
Степень воздействия ударной волны зависит от мощности взрыва, расстояния, метеоусловий, местонахождения человека (в здании, на открытой местности), положения его тела (лежа, сидя, стоя) и характеризуется легкими, средними, тяжелыми и крайне тяжелыми травмами.
Избыточное давление во фронте ударной
волны 10 кПа и менее для людей
и животных, расположенных вне
укрытий, считаются безопасными. Легкие
поражения наступают при
Поражения средней тяжести возникают при избыточном давлении 40...60 кПа. При этом могут быть вывихи конечностей, контузии головного мозга, повреждение органов слуха, кровотечения из носа и ушей.
Тяжелые контузии и травмы возникают при избыточном давлении от 60 до 100 кПа. Они характеризуются выраженной контузией всего организма, переломами костей, кровотечениями из носа и ушей. Возможно повреждение внутренних органов и внутреннее кровотечение.
Крайне тяжелые контузии и травмы
у людей возникают при
Радиус поражения обломками зданий может превысить радиус непосредственного поражения ударной волной.
Воздушная ударная волна действует и на растения. Полное повреждение лесного массива наблюдается при избыточном давлении более 50 кПа. Деревья при этом вырываются с корнем, ломаются и отбрасываются, образуя сплошные завалы. Молодые деревья более устойчивы, чем старые.
Вибрация — это малые механические колебания, возникающие в упругих телах. Воздействие вибраций на человека классифицируется:
— по способу передачи колебаний;
— по направлению действия вибраций;
— по временной характеристике.
В зависимости от способа передачи колебаний человеку вибрацию подразделяют на общую вибрацию, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека; локальную, передающуюся через руки или участки тела человека, контактирующие с вибрирующими поверхностями рабочих столов.
По направлению действия вибрация подразделяется на:
— вертикальную;— горизонтальную, от спины к груди;
— горизонтальную, от правого плеча к левому плечу. По временной характеристике различается:
— постоянная вибрация, для которой контролируемый параметр, например, виброскорость за время наблюдения изменяется не более чем в 2 раза (6 дБ);
— непостоянная вибрация, изменяющаяся по контролируемым параметрам более чем в 2 раза.
Вибрация относится к факторам, обладающим высокой биологической активностью. Действие вибрации зависит от частоты и амплитуды колебаний, продолжительности воздействия, места приложения и направления оси вибрационного воздействия, демпфирующих свойств тканей организма человека, явлений резонанса и других условий. Резонанс человеческого тела, отдельных его органов наступает под действием внешних сил при совпадении собственных частот колебаний внутренних органов с частотами внешних сил. При повышении частот колебаний выше 0,7 Гц возможны резонансные колебания в органах. Область резонанса для головы в положении сидя при вертикальных вибрациях располагается в зоне между 20...30 Гц, при горизонтальных — 1,5...2 Гц.
Особое значение резонанс приобретает по отношению к органу зрения. Частотный диапазон расстройств зрительных восприятий лежит между 60 и 90 Гц, что соответствует резонансу глазных яблок. Для органов, расположенных в грудной клетке и брюшной полости (грудь, диафрагма, живот), резонансными являются частоты З...3,5 Гц. Для всего тела в положении сидя резонанс наступает на частотах 4...6 Гц.
При действии на организм общей вибрации в первую очередь страдает опорно-двигательный аппарат, нервная система и такие анализаторы как вестибулярный, зрительный, тактильный. У рабочих вибрационных профессий отмечены головокружения, расстройство координации движений, симптомы укачивания. Под влиянием общих вибраций отмечается снижение болевой, тактильной и вибрационной чувствительности. Особенно опасна толчкообразная вибрация, вызывающая микротравматизацию различных тканей с последующими их изменениями. Общая ниизкочастотная вибрация оказывает влияние на обменные процессы, проявляющиеся изменением углеводного, белкового, ферментного, витаминного и холестеринового обменов, биохимических показателей крови.
Вибрационная болезнь (ВБ) от воздействия общей вибрации и толчков регистрируется у водителей транспорта и операторов транспортно-технологических машин и агрегатов, часто, на заводах железобетонных изделий. Рабочие жалуются на боли в пояснице, конечностях, в области желудка, отсутствие аппетита, бессонницу, раздражительность, быструю утомляемость. В целом, картина воздействия общей низко- и среднечастотной вибрации выражается общими
вегетативными расстройствами с нарушениями опорно-двигательного аппарата (мышц, связок, костей и суставов), а также сосудистого тонуса и болевой, температурной и вибрационной чувствительности.
Бич современного производства, особенно машиностроения,— локальная вибрация. Локальной вибрации подвергаются главным образом лица, работающие с ручным механизированным инструментом. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов кисти, предплечий, нарушая снабжение конечностей кровью. Одновременно колебания действуют на нервные окончания, мышечные и костные ткани, вызывают снижение кожной чувствительности, отложение солей в суставах пальцев, деформируя и уменьшая подвижность суставов. В этих случаях рабочие жалуются на ноющие, ломящие, тянущие боли в руках, часто по ночам. Колебания низких частот вызывают резкое снижение тонуса капилляров, а колебания высоких частот — спазм сосудов.
У формовщиков, бурильщиков, заточников,
рихтовщиков при
Вибрационная болезнь включена в список профессиональных заболеваний. Она диагностируется, как правило, у работающих на производстве; в условиях населенных мест ВБ не регистрируется, несмотря на наличие многих источников вибрации (наземный и подземный транспорт, промышленные источники и др.). Лица, подвергающиеся воздействию вибрации окружающей среды, чаще болеют сердечно-сосудистыми и нервными заболеваниями и обычно жалуются на неважное самочувствие.
Гигиеническое нормирование вибраций осуществляется по ГОСТ 12.1.012—90 и СН 2.2.4/2.1.8.566—96. Документы устанавливают нормируемые параметры и их допустимые значения, режимы труда лиц виброопасных профессий.
При гигиенической оценке вибраций нормируемыми параметрами являются средние квадратичные значения виброскорости v или виброускорения а и их логарифмические уровни Lv , La для локальных вибраций в октавных полосах частот, а для общей вибрации — в октавных или 1/3 октавных полосах. Допускается интегральная оценка вибрации во всем частотном диапазоне нормируемого параметра, а также по дозе вибрации с учетом времени воздействия. Допустимые значения уровня виброскорости представлены в табл.2.
Таблица 2.
Гигиенические нормы вибраций по СН 2.2.4/2.1.8.566-96
Электрический ток
Действие электрического тока на живую ткань носит разносторонний и своебразный характер. Проходя через тело человека, электроток производит термическое, электролитическое, механическое и биологическое действие.
Термическое действие тока проявляется ожогами отдельных участков тела, нагревом до высокой температуры органов, расположенных на пути тока, вызывая в них значительные функциональные расстройства. Электролитическое действие тока выражается в разложении различных жидкостей организма (крови, лимфы и др.) на ионы и нарушении их физико-химического состава и свойств. Механическое действие тока приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара из тканевой жидкости и крови. Биологическое действие тока проявляется раздражением и возбуждением живых тканей организма, судорожным сокращением мышц, а также нарушением внутренних биологических процессов.
Электротравмы условно делятся на местные и общие. К общим относят электрический удар, при котором процесс возбуждения различных групп мышц может привести к судорогам, остановке дыхания и сердечной деятельности. Остановка сердца связана с фибрилляцией — хаотическим сокращением отдельных волокон сердечной мышцы (фибрилл). К местным травмам относят ожоги, металлизацию кожи, механические повреждения, электрические знаки, электроофтальмию. Металлизация кожи связана с проникновением в нее мельчайших частиц металла при его расплавлении под влиянием чаще всего электрической дуги. Электрические знаки возникают на коже. Это уплотненные участки серого или бледно-желтого цвета, они безболезненны и быстро проходят. Электроофтальмия — воспаление наружных слизистых оболочек глаз вследствие мощного ультрафиолетового излучения электрической дуги. Возможно повреждение роговой оболочки, что особенно опасно.
Исход поражения человека электротоком зависит от многих факторов: силы тока, времени прохождения его через организм, характеристики тока (переменный или постоянный), пути тока в теле человека, при переменном токе — от частоты колебаний, от наличия в помещении токопроводящих пола и пыли, повышенной влажности и температуры и др.
Ток, проходящий через тело человека, зависит от напряжения прикосновения, под которым оказался пострадавший и суммарного электрического сопротивления, в которое входит сопротивление тела человека. Величина последнего определяется в основном сопротивлением рогового слоя кожи и составляет при сухой коже и отсутствии повреждений сотни тысяч Ом. Если эти условия состояния кожи не выполняются, то ее сопротивление падает до 1 кОм. При высоком напряжении и значительном времени протекания тока через тело сопротивление кожи падает еще быстрее и способствует более тяжелым последствиям поражения током. Внутреннее сопротивление тела человека не превышает нескольких сот Ом и существенной роли не играет. На сопротивление организма воздействию электрического тока оказывает влияние физическое и психическое состояние человека. Нездоровье, утомление, голод, опьянение, эмоциональное возбуждение приводит к снижению сопротивления.
Таблица 3.
Предельно допустимые уровни напряжения и тока
Характер воздействия тока на человека зависит от силы и рода тока. Для переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 220 В и пути тока — «рука —нога» сила тока 0,6...1,5 мА является ощутимой, появляется легкое дрожание пальцев. При силе тока 2,0...2,5 мА возникают болевые ощущения, а при 5,0...7,0 мА — судороги в руках; 20,0...25,0 мА — это неотпускающий ток, человек не может самостоятельно оторвать руки от электродов, наблюдаются сильные боли и судороги, затрудненное дыхание, а при 50,0...80,0 мА—паралич дыхания; 90,0...100,0 мА — наступает фибрилляция сердца при действии тока в течение 2...3 с и паралич дыхания.
Допустимым следует считать ток, при котором человек может самостоятельно освободиться от электрической цепи. Его величина зависит от скорости прохождения тока через тело человека: при длительности действия более 10 с — 2 мА, а при — 120 с и менее — 6 мА.
Переменный ток более опасен, чем постоянный, однако при высоком напряжении (более 500 В) опаснее становится постоянный ток. Из всех возможных путей протекания тока через тело человека (голова — рука, голова — нога, рука — рука, нога — рука, нога — нога и т. д.) наиболее опасен тот, при котором поражается головной мозг, сердце и легкие. Неблагоприятный микроклимат (повышенная температура и влажность, недостаточная подвижность воздуха) увеличивают опасность поражения током, так как влага (пот) понижает сопротивление кожных покровов.
ГОСТ 12.1.038—82 устанавливает предельно допустимые напряжения прикосновения и токи (табл. 3), протекающие через тело человека (рука — рука, рука — нога) при аварийном режиме работы электроустановок производственного и бытового назначения постоянного и переменного тока частотой 50 и 400 Гц. Для переменного тока 50 Гц допустимое значение напряжения прикосновения составляет 2 В, а силы тока — 0,3 мА, для тока частотой 400 Гц соответственно — 2 В и 0,4 мА; для постоянного ток — 8 В и 1,0 мА (эти данные приведены для продолжительности воздействия не более 10 мин в сутки).
Электромагнитные излучения. Жизнь на Земле возникла, развивалась и продолжается в условиях воздействия относительно слабых электромагнитных полей естественного происхождения, источниками которых являются излучение солнца и космоса, магнитные свойства Земли, грозовые разряды и пр. Эти поля с изменяющимися уровнями интенсивности, являясь постоянно действующим экологическим фактором, оказывают определенное влияние на жизнедеятельность человека, животных, растений. Отмечена связь между солнечной активностью и частотой инфарктов миокарда, инсультов, некоторых эпидемических, психических и других заболеваний людей. В последние десятилетия напряженность электромагнитных полей антропогенного происхождения на различных участках земной поверхности возросла по сравнению с естественным фоном в миллионы раз. Развитие радиоволновой излучающей аппаратуры (в науке, промышленности, военном деле, в быту) идет по линии не только усовершенствования ее надежности, но и увеличения мощности и разрешающей способности на больших расстояниях: мощные генераторы для радиолокации и связи, широкое использование радиоволновой аппаратуры в медицине, телевизоров, мобильных средств связи, персональных компьютеров, сверхвысокочастотных (СВЧ) печей и т.д. Генераторы радиоволн стоят вблизи городов и поселков, на крышах домов, они работают круглосуточно, проникают в здания, действуя на людей. Источники электромагнитных полей в лабораториях, больницах, квартирах могут давать «утечки». Все это неизбежно влечет за собой расширение контингентов лиц, подвергающихся воздействию электромагнитных излучений, и повышение уровней излучений. Электромагнитное загрязнение («электромагнитный смог») представляет экологическую опасность и для окружающей среды, так как прямо или косвенно наносит ущерб либо угрожает ущербом флоре, фауне и здоровью людей.
Под действием термического электромагнитного облучения больше страдают органы, содержащие большое количество жидкости и со слабо развитой сосудистой сетью. К их числу следует отнести хрусталик, стекловидное тело глаза, паренхиматозные органы (печень, поджелудочная железа), полые органы, содержащие жидкость (мочевой и желчный пузырь, желудок), гонады.
Нетермическое действие электромагнитных излучений проявляется в виде разнообразных биохимических, обменных, иммунологических сдвигов, расстройств центральной нервной системы, сердечно-сосудистой, вегетативной нервной систем. В клинической картине выявляется три неспицефических ведущих синдрома: астенический, астено-вегетативный и гипоталамический. Больные повышенно возбудимы, эмоционально лабильны. В отдельных случаях обнаруживаются признаки раннего атеросклероза, ишемической болезни сердца, гипертонической болезни.
Вопрос 2
Защита от вибрации
Для защиты от вибрации применяют следующие методы: снижение виброактивности машин; отстройка от резонансных частот; вибродемпфирование; виброизоляция; виброгашение, а также индивидуальные средства защиты.
Амплитуда скорости вибрации (виброскорости) vm может быть определена по формуле:
где Fm — амплитуда вынуждающей силы, Н; m — коэффициент сопротивления, Н * с/м; ¦— частота вибрации, Гц; т — масса системы, кг; с — коэффициент жесткости системы, Н/м.
Снижение виброактивности машин (уменьшение Fm) достигается изменением технологического процесса, применением машин с такими кинематическими схемами, при которых динамические процессы, вызываемые ударами, ускорениями и т. п. были бы исключены или предельно снижены, например, заменой клепки сваркой; хорошей динамической и статической балансировкой механизмов, смазкой и чистотой обработки взаимодействующих поверхностей; применением кинематических зацеплений пониженной виброактивности, например, шевронных и косозубых зубчатых колес вместо прямозубых; заменой подшипников качения на подшипники скольжения; применением конструкционных материалов с повышенным внутренним трением.
Отстройка от резонансных частот (2pfm * c/2pf) заключается в изменении режимов работы машины и соответственно частоты ¦ возмущающей вибросилы; собственной частоты колебаний машины путем изменения жесткости системы с (например установкой ребер жесткости) или изменения массы т системы (например путем закрепления на машине дополнительных масс). Собственная частота вибрирующей системы определяется по формуле
где с — коэффициент жесткости системы; т — ее масса.
Вибродемпфирование (увеличение m) — это метод снижения вибрации путем усиления в конструкции процессов трения, рассеивающих колебательную энергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту при деформациях, возникающих в материалах, из которых изготовлена конструкция. Вибродемпфирование осуществляется нанесением на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение,— мягких покрытий (резина, пенопласт ПХВ-9, мастика ВД17-59, мастика «Антивибрит») и жестких (листовые пластмассы, стеклоизол, гидроизол, листы алюминия); применением поверхностного трения (например, прилегающих друг к другу пластин, как у рессор); установкой специальных демпферов.
