Воздействие механических и акустических колебаний на человека

Механические колебания — процесс изменения какой-нибудь величины, определяющей положение материального тела или его точки, при котором эта величина или величина, характеризующая скорость ее изменения, поочередно то возрастает, то убывает во времени.

Вибрация — это малые механические колебания, возникающие в упругих телах или телах, находящихся под воздействием переменного физического поля.

В зависимости от способа передачи на человека вибрацию подразделяют на (8):

вибрацию рабочих мест (общую), передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека;

локальную, передающуюся через руки и ноги человека.

Вибрация относится к факторам, обладающим большой биологической активностью. Выраженность реакций обусловливается главным образом величиной энергетического воздействия и биомеханическими свойствами человеческого тела как сложной колебательной системы. В возникновении реакции организма на воздействие вибраций важную роль играют анализаторы центральной нервной системы (ЦНС) — вестибулярный, кожный, зрительный, проприоценторный и др.

Реакция организма зависит от частоты и амплитуды, продолжительности воздействия, площади участков тела, соприкасающихся с вибрирующим объектом, места приложения и направления оси вибрационного воздействия, демпфирующих свойств тканей, явления резонанса и других условий.

При повышении частот колебаний выше 0,7 Гц возможно появление резонансных колебаний. Резонанс человеческого тела, отдельных его органов наступает под действием внешних сил при совпадении собственных частот колебаний внутренних органов с частотами внешних сил.

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

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

Для торакоабдомидальных органов (грудь, диафрагма и живот) резонансными являются частоты 3…3,5 Гц. Эти частоты могут приводить к нарушению функции дыхания. Для всего тела в положении сидя резонанс наступает на частотах 4…6 Гц.

Низкочастотная вибрация оказывает влияние на обменные процессы: изменяет углеводный обмен, биохимические показатели крови, что ведет к нарушению белкового, ферментативного, а также витаминного и холестеринового обмена.

На рис. 3.1 (8) приведены виды и результат воздействия вибраций на организм человека, при этом на отдельные толчки организм отвечает безусловным защитным рефлексом противодействия — напряжением соответствующих групп мышц, что позволяет сохранить ему равновесие, смягчить удар. Минимальное время возникновения этого рефлекса составляет 20 мс.

Рис. 3.1. Действие вибрации на человека

Локальной вибрации подвергаются главным образом лица, работающие с механизированным инструментом. Такая вибрация вызывает спазмы сосудов, начиная с пальцев, распространяется на всю кисть, предплечье, охватывает сосуды сердца, при этом нарушается снабжение конечностей кровью. Одновременно локальные вибрации действуют на нервные окончания, мышечные и костные ткани, что приводит к снижению чувствительности кожи, окостенению сухожилий мышц, отложению солей в суставах пальцев и кистей и, как следствие, к болям, деформациям и уменьшению подвижности суставов, приступам побеления пальцев.

К факторам производственной среды, усугубляющим вредное воздействие вибрации на организм, относятся чрезмерные мышечные нагрузки, шум высокой интенсивности, неблагоприятные микроклиматические условия, особенно пониженная температура.

Длительное влияние вибраций, сочетающееся с комплексом неблагоприятных производственных факторов, может приводить к стойким патологическим нарушениям в организме работающих, развитию профессионального заболевания — вибрационной болезни. Вибрационная болезнь занимает ведущее место среди всех профессиональных заболеваний и чаще встречается у рабочих машиностроительной, металлургической, строительной, горнодобывающей промышленности, занятых на транспорте и в сельском хозяйстве. Опасность развития вибрационной болезни наибольшая при вибрации с частотой 16…250 Гц. Порогом восприятия виброскорости считается 10^-4м/с, а порогом болевого ощущения — 1 м/с.

Процесс возникновения виброболезни сложен и недостаточно изучен. В настоящее время доказано, что в основе его лежит сложный механизм нервнорефлекторных и нейрогуморальных нарушений, которые приводят к развитию застойного возбуждения и последующим стойким изменением, как в рецепторном аппарате, так и в ЦНС.

Различают формы вибрационной болезни, вызванные локальной и общей вибрацией. Наибольшее распространение получила виброболезнь, обусловленная воздействием локальной вибрации, которая приводит к стойким изменениям, при которых наиболее тяжело страдают системы, регулирующие сосудистый тонус. Не исключена и прямая механическая травма, в первую очередь опорно-двигательного аппарата (мышц, связочного аппарата, костей и суставов) при интенсивном вибрационном воздействии. Эта форма наблюдается у формовщиков, бурильщиков. Заболевание возникает через 8…10 лет работы по профессии. Работа с инструментом ударного действия (клепка, обрубка), генерирующими вибрацию среднечастотного диапазона (30…125 Гц и более), вызывает различную степень сосудистых, нервно-мышечных, костно-суставных и других нарушений. Сосудистые расстройства являются одним из основных симптомов виброболезни. Чаще они проявляются в нарушении периферического кровообращения, изменении тонуса капилляров. При вибрационной болезни могут появляться ноющие, ломящие, тянущие боли в верхних конечностях, беспокоящие больше по ночам или во время отдыха. Одним из постоянных симптомов виброболезни является расстройство чувствительности. Наиболее резко страдают вибрационная, болевая и температурная чувствительность.

Вибрационная болезнь, вызванная воздействием общей вибрации и толчками, наблюдается у водителей и операторов транспортно-технологических машин и агрегатов. Одним из основных ее синдромов является вестибулопатия, которая проявляется головокружением, головными болями, гипергидрозом. Типичны изменения и в пояснично-крестцовом отделе позвоночника.

При всех видах вибрационной болезни нередко наблюдаются изменения со стороны ЦНС в виде вегетодисфункции на неврастеническом фоне, которые могут быть связаны с комбинированным действием вибрации и интенсивного шума. По этой причине у рабочих виброопасных профессий с большим стажем возникают невриты слуховых нервов. В таблице 3.8 (8) представлен риск заболевания вибрационной болезнью при действии локальных вибраций в зависимости от профессии и стажа работы.

Таблица 3.8. Риск заболевания вибрационной болезнью при действии локальных вибраций в зависимости от профессии и стажа работы.

Несмотря на отмеченное неблагоприятное действие вибраций на организм человека, вибрация может оказывать стимулирующее действие. При кратковременном действии вибраций наблюдается снижение болевой чувствительности, т. е. своего рода анестезия. Специальный вибромассаж снимает мышечную усталость и широко применяется для ускорения восстановительных процессов в нервной и мышечной системе у спортсменов (в течение 5 мин). Следует только помнить, что стимулирующая вибрация, как и любое лекарство, должна быть строго дозированной.

Основным законодательным документом, регламентирующим параметры производственной вибрации и санитарные правила работы с виброопасными механизмами и оборудованием, является ГОСТ 12.1.012−90 «Вибрационная безопасность. Общие требования» .

Показатели вибрационной нагрузки на оператора формируются из следующих параметров:

виброускорение (виброскорость);

диапазон частот;

время воздействия вибрации.

Для санитарного нормирования и контроля должны использоваться средние квадратические значения виброускорения или виброскорости V, а также их логарифмические уровни в децибелах. При оценке вибрационной нагрузки на оператора предпочтительным параметром является виброускорение.

Логарифмические уровни виброускорения, дБ определяются по формуле (8):

(3.13).

где:

— среднее квадратическое значение виброускорения, м. с^-2.

Логарифмические уровни виброскорости, дБ, определяются по формуле:

(3.14).

где среднее квадратическое значение виброскорости м/с-1.

Для локальной вибрации нормируемый диапазон частот устанавливается в виде октавных полос:

со среднегеометрическими частотами 1; 2; 4; 8; 16; 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц;

для общей вибрации — октавных и 1/3 октавных полос со среднегеометрическими частотами 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80 Гц.

Время вибрации принимается равным длительности непрерывного или суммарного воздействия, в минутах или часах. Нормируемыми показателями вибрационной нагрузки на оператора на рабочих местах в процессе труда являются параметры (корректированные по частоте значение контролируемого параметра, доза вибрации, эквивалентное корректированное значение контролируемого параметра) или спектр вибрации.

Корректированное по частоте значение контролируемого параметра или его логарифмический уровень определяются по формулам 3.15 и 13.16 (8):

; (3.15).

; (3.16).

где:

— среднее квадратическое значение контролируемого параметра вибрации (виброскорости или виброускорения) и его логарифмический уровень в — й частотной полосе;

n — число частотных полос в нормируемом диапазоне;

и — весовые коэффициенты дляй частотной полосы для среднего квадратического значения контролируемого параметра или его логарифмического уровня. Применение неузаконенных весовых коэффициентов должно быть согласовано с Роспотребнадзором и соответствующими территориальными надзорными органами.

Доза вибрации определяется по формуле:

(3.17).

где:

— корректированное по частоте значение контролируемого параметра в момент времени, мс ^-2 или мс ^-1;

— время воздействия вибрации, с;

— показатель эквивалентности физиологического воздействия вибрации.

Эквивалентное корректированное значение определяется по формуле:

. (3.18).

При непостоянной вибрации нормой вибрационной нагрузки на оператора являются нормативные значения даты вибрации или эквивалентного корректированного значения контролируемого параметра.

Норму вибрационной нагрузки на оператора по специальным и корректированным по частоте значениям контролируемого параметра при длительности вибрации менее 8 час (480 мин.) определяют по формуле:

(3.19).

где:

— норма вибрационной нагрузки на оператора для длительного действия вибрации 480 мин;

— длительность воздействия вибрации.

Санитарные нормы одночисловых показателей вибрационной нагрузки на оператора при длительности смены 8 часов приведены в таблицах 3.9, 3.10 (8).

Таблица 3.9. Санитарные нормы одночисловых показателей вибрационной нагрузки на оператора.

Таблица 3.10. Санитарные нормы спектральных показателей вибрационной нагрузки на оператора.

Кроме того, действуют СН 3044−84 «Санитарные нормы вибрации рабочих мест», СН 3041−84 «Санитарные нормы и правила при работе с машинами и оборудованием, создающих локальную вибрацию, передающуюся на руки работающих». Нормы устанавливают: классификацию вибраций, методы гигиенической оценки вибрации, нормируемые параметры и их допустимые значения, санитарные правила при работе с виброоборудованием.

Допустимые уровни вибрации в жилых домах, условия и правила их измерения и оценки регламентируются «Санитарными нормами допустимых вибраций в жилых домах» СН 1304−75. Основными нормируемыми параметрами вибрации являются средние квадратические величины уровней виброскорости (допускается также использование уровней виброускорения и вибросмещения) в октавных полосах частот.

Акустическое поле — это область пространства, в котором распространяются акустические (звуковые) волны, т. е. — механические колебания упругой среды: газа, жидкости, твердого тела.

Физическое понятие о звуке охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания упругих сред. Акустические колебания, лежащие в диапазоне 16…20 кГц, воспринимаемые человеком с нормальным слухом, называют звуковыми. Акустические колебания с частотой менее 16 Гц называют инфразвуковыми, выше 20 кГц — ультразвуковыми.

Ухо человека может воспринимать и анализировать звуки в широком диапазоне частот и интенсивностей. Область слышимых звуков ограничена двумя пороговыми кривыми: нижняя — порог слышимости и верхняя — порог болевого ощущения (рис. 3.2) (8). Самые низкие значения порогов лежат в диапазоне частот 1…5 кГц. Порог слуха молодого человека составляет 0 дБ на частоте 1000 Гц. Порог слухового восприятия на частоте 100 Гц выше, так как ухо менее чувствительно к звукам низких частот.

Болевым порогом принято считать звук с уровнем интенсивности 140 дБ, что соответствует звуковому давлению 200 Па и интенсивности 100 Вт/м². Звуковые ощущения оцениваются по порогу дискомфорта (появлению ощущения щекотания, касания, слабой боли в ухе), который соответствует уровню звукового давления более 120 дБ.

Звук (шум) на производстве неблагоприятно действует на организм человека: повышает расход энергии при одинаковой физической нагрузке, значительно ослабляет внимание работающих, увеличивает число ошибок в работе, замедляет скорость психических реакций. В результате большего утомления рабочих из-за шума снижается производительность труда и ухудшается качество работы. Шум затрудняет своевременную реакцию работающих на предупредительные сигналы, что способствует возникновению несчастных случаев на производстве.

Шум оказывает вредное влияние на весь организм человека: угнетает ЦНС, вызывает изменение скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической болезни, может приводить к профессиональным заболеваниям.

В соответствии с ГОСТ 12.1.003−83 характеристикой постоянного шума на рабочих местах являются уровни звукового давления L в дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1 000, 2000, 4 000, 8 000 Гц, определяемые по формуле:

(3.20).

где — среднее квадратическое значение звукового давления, Па;

— исходное значение звукового давления (пороговое);

— порог слышимости (интенсивность), .

В воздухе = 2.10^-5 Па.

Характеристикой непостоянного шума на рабочих местах является интегральный критерий — эквивалентный (по энергии) уровень звука в дБ.

Эквивалентный по энергии уровень звука в дБ данного непостоянного шума — уровень звука постоянного широкополосного шума, который имеет то же самое среднее квадратическое звуковое давление, что и данный непостоянный шум в течение определенного интервала времени и который определяется по формуле:

(3.21).

где — текущее значение среднего квадратического звукового давления с учетом коррекции «А» шумомера, Па;

— исходное значение звукового давления (в воздухе = 2.10^-5 Па).

Рис. 3.2. Слышимый диапазон частот

Таблица 3.11. Уровни шума для различной трудовой деятельности с учетом степени напряженности труда.

Допустимые уровни звукового давления и эквивалентные уровни звука приведены в таблице 3.11. При этом дополнительно к требованиям таблицы 3.11 максимальный уровень звука непостоянного шума на рабочих местах (при уровне звука 85 дБ) не должен превышать 110 дБ, а максимальный уровень звука импульсного шума — 125 дБ. Запрещается даже кратковременное пребывание в зонах с октавными уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе.

Для ориентировочной оценки допускается в качестве характеристики постоянного широкополосного шума на рабочих местах принимать уровень звука в дБ и определяемый по формуле (8):

(3.22).

где:

— среднее квадратическое значение звукового давления с учетом коррекции «А» шумомера, Па.

Шум с уровнем звукового давления до 30…35 дБ является привычным для человека и не беспокоит его. Повышение уровня звукового давления до 40…70 дБ (не на производстве) создает значительную нагрузку на нервную систему, вызывая ухудшение самочувствия, снижение производительности умственного труда, а при длительном действии может явиться причиной неврозов, язвенной и гипертонической болезни.

Длительное воздействие шума свыше 75 дБ может привести к резкой потере слуха — тугоухости или профессиональной глухоте.

При действии шума высоких уровней (более 140 дБ) возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при еще более высоких (более 160 дБ) и смерть.

Среди многообразных проявлений профессиональной шумовой патологии ведущим клиническим признаком является медленно прогрессирующее снижение слуха — тугоухость.

У некоторых людей серьезное повреждение слуха может наступить в первые месяцы воздействия, у других потеря слуха развивается постепенно, в течение всего периода работы на производстве. Снижение слуха на 10 дБ практически не ощутимо, на 20 дБ — начинает серьезно мешать человеку, так как нарушается способность слышать важные звуковые сигналы, телефонные и дверные звонки, наступает ослабление разборчивости речи. Оценка состояния слуховой функции базируется на количественном определении потери слуха и производится с учетом показателей аудиометрического исследования.

Основным методом исследования является тональная аудиометрия в соответствии с ГОСТ ССБТ 12.04.062−78 «Шум. Методы определения потерь слуха человека». В качестве ведущих в оценке слуховой функции приняты средние показатели порогов слуха в области восприятия речевых частот (500, 1000, 2000 Гц), а также потеря слухового восприятия в области 4 000 Гц. Критерием для установления профессионального снижения слуха принят показатель средней арифметической величины снижения порогов слуха в области речевого диапазона, равный 11 дБ и более.

Кроме патологии органа слуха наблюдаются выраженные неспецифические изменения, особенно при действии высокочастотного шума. Люди жалуются на головные боли, периодические головокружения, сни…

Нормирование инфразвука на рабочих местах производится по санитарным нормам СН 2274−80, а нормирование инфразвука в условиях городской застройки производится в соответствии с «Санитарными нормами допустимых уровней инфразвука и низкочастотного шума на территории жилой застройки» СанПиН 42−128−4948−89.