Воздействие шума и вибрации на здоровье человека

на здоровье человека

Шум и вибрация, сопровождающие функционирование крупных поселений и городов, оказывают самое негативное влияние на здоровье человека.

Физическое волновое загрязнение среды - под этим общим условным названием объединена группа разнородных физических явлений и воздействий, которые имеют колебательную, волновую природу и исходят от технических источников. Это вибрации, акустические и электромагнитные воздействия, охватывающие диапазон частот от долей герца до миллиона мегагерц. В современной среде обитания человека они приобретают все большее значение и становятся важным фактором [32].

Вибрации

В процессе трудовой деятельности, в быту, в природе человек постоянно подвергается воздействию механических колебаний.

Колебания - многократные повторения одинаковых или почти одинаковых процессов - сопровождают человека повсеместно от простейшего колебания маятника до электромагнитных колебаний световой волны.

Механические колебания - это периодически повторяющиеся движения, вращательные или возвратно-поступательные. Это колебания атомов, биение сердца, колебания моста под ногами, земли от движущегося транспорта.

Любой процесс механических колебаний можно свести к одному или нескольким гармоническим синусоидальным колебаниям, которые характеризуются: амплитудой, равной максимальному отклонению от положения равновесия (м); скоростью колебаний (м/с); ускорением (м/с2) периода колебаний, равным времени одного полного колебания; частотой колебаний, равной числу полных колебаний за единицу времени (Гц).

Все виды техники, имеющие движущие узлы, транспорт создают механические колебания. Увеличение быстродействия и мощности техники привело к резкому возрастанию вибрации. Вибрация - это малые механические колебания, возникающие в упругих телах под воздействием переменных сил.

Вибрации обладают выраженным биологическим действием, которое зависит от частоты, интенсивности, направления и времени воздействия. Каждое колебание воспринимается организмом как толчок, в ответ на который уже через 20 мс развивается компенсаторное напряжение мышц.

Систематическое продолжительное действие вибрации, превосходящей предельно допустимые уровни, может вызвать в организме стойкие нарушения нормальных физиологических функций, объединяемые под общим названием «вибрационная болезнь». Чувствительность организма к вибрациям зависит от их частоты и интенсивности. Особенно вредны вибрации с частотами, близкими к частотам собственных колебаний организма и его отдельных органов. Резонансные частоты для всего тела, головы и органов брюшной полости составляют 6-12 Гц.

Вибрации, действующие на организм человека, подразделяются на общую и местную (локальную). Общая вибрация действует на весь организм человека, местная - на отдельные его участки (например, на руки).

Однако такое разделение вибраций является, в значительной степени, условным, так как и местная вибрация в итоге влияет на весь организм. Информация о действующей на человека вибрации воспринимается особым органом чувств - вестибулярным аппаратом.

Вестибулярный аппарат находится в височной кости черепа и состоит из преддверия и полукружных каналов, расположенных во взаимоперпендикулярных плоскостях. Вестибулярный аппарат обеспечивает анализ положений и перемещений головы в пространстве, активизацию тонуса мышц и поддержание равновесия тела. В преддверии и полукружных каналах имеются рецепторы и эндолимфа (жидкость, заполняющая каналы и преддверие). При перемещении тела и движениях головы эндолимфа оказывает неодинаковое давление на чувствительные клетки. Поскольку полукружные каналы располагаются в трех взаимоперпендикулярных плоскостях, то при любом перемещении тела и головы возбуждаются нервные клетки разных отделов вестибулярного аппарата. Нервные волокна, идущие от рецепторов вестибулярного аппарата, образуют вестибулярный нерв, который присоединяется к слуховому нерву и направляется в головной мозг. В соответствующем участке коры головного мозга в височной доле анализируются сигналы от рецепторов вестибулярного аппарата.

Наиболее чувствительны к воздействию общей вибрации нервная и сердечно-сосудистая системы. Наблюдается изменение сердечной деятельности, общее возбуждение (или торможение), изменение общего состояния (утомление, появление головных болей, сердцебиения, тошноты). Под влиянием интенсивной вибрации нарушается функциональное состояние сосудистой системы, в первую очередь на ногах, трофика мышц, возникает патология опорно-двигательного аппарата. Вибрационная болезнь сопровождается функциональными нарушениями деятельности высших отделов центральной нервной системы, которые протекают по типу астенических состояний (бессилие, психическая и физическая слабость).

К числу наиболее характерных проявлений при вибрационной болезни, вызванной местной вибрацией, относятся болезненные симптомы со стороны нервно-сосудистой системы, воспалительные явления костносуставного аппарата и мышечные изменения.

В начальной стадии болезни появляются своеобразные онемения пальцев кистей рук, их повышенная утомляемость, боли в руках, особенно после работы по ночам. Во время работы могут возникнуть спазмы в сосудах, судороги в пальцах и кистях. Проявляется повышенная чувствительность к охлаждению. При длительном воздействии высоких уровней вибрации, в частности низкочастотной, изменяется внешний вид кисти, утолщаются концевые фаланги пальцев. Во всех случаях заболеваний в той или иной степени имеют место мышечные изменения. Преимущественно стра дает трофика мышц плечевого пояса. При этом в мышцах появляются болезненные утолщения.

Костно-суставные изменения чаще развиваются в кистях, лучезапястных суставах и реже в локтевых и плечевых суставах.

В случаях, когда общая или местная вибрация действует на рабочего в сочетании со значительными физическими нагрузками и вынужденными положениями тела, могут возникнуть изменения тела в виде демпфирующего остеохондроза. Также воздействие и местной и общей вибрации на организм человека способствует возникновению функциональных нарушений со стороны внутренних органов: пищевода, кишечника, пищеварительных желез.

Виброболезнь относится к группе профзаболеваний, эффективное лечение которых возможно лишь на ранних стадиях, причём восстановление нарушенных функций протекает очень медленно, а в особо тяжёлых случаях в организме наступают необратимые изменения, приводящие к инвалидности.

Источниками местных вибраций, передающихся через руки работающих, являются различные механизированные инструменты и рукоятки управления машинами. Величина местной вибрации при работе этих видов оборудования характеризуется широким, почти сплошным спектром частот и изменяющимися во времени уровнями колебательной виброскорости. В частности, спектры пневматических ручных машин характеризуются наличием высокого уровня низко- и среднечастотных составляющих и более плавным спадом скорости в области высоких частот.

Источниками общей вибрации являются транспортное, транспортнотехнологическое и технологическое оборудование. К машинам, которые генерируют транспортные вибрации, относятся: автосамосвалы, бульдозеры, тягачи, скреперы и потрузочно-доставочные машины.

Транспортно-технологические вибрации возникают при ограниченном перемещении ходовой части по рабочей площадке (экскаваторы, погрузочные машины и буровые станки). Технологические вибрации делят на два типа - «А» и «В». Источником технологических вибраций типа «А» являются стационарные машины и оборудование, а типа «В» - рабочие места работников умственного труда и персонала, не занимающегося физическим трудом.

В зависимости от способа передачи колебаний человеку вибрацию подразделяют на общую, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, и локальную, передающуюся через руки человека. Вибрация, воздействующая на ноги сидящего человека, на предплечья, контактирующие с вибрирующими поверхностями рабочих столов, также относится к локальной.

Общую вибрацию рассматривают в частотном диапазоне со среднегеометрическими частотами от 1 до 63 Гц, а локальную от 8 до 1000 Гц. По направлению действия общую вибрацию подразделяют на вертикальную, направленную перпендикулярно опорной поверхности, и горизонтальную, действующую в плоскости, параллельной опорной поверхности.

Вибрация оказывает на организм человека разноплановое действие в зависимости от спектра, направления, места приложения и продолжительности воздействия вибрации, а также от индивидуальных особенностей человека. Например, вибрация с частотами ниже 1 Гц вызывает укачивание (морскую болезнь), а слабая гармоническая вибрация с частотой 1-2 Гц вызывает сонливое состояние. Воздействие вибрации на человека имеет негативные последствия, что послужило основанием для выделения вибрационной болезни в качестве самостоятельного заболевания. Симптомы вибрационной болезни многогранны и проявляются в нарушении работы сердечно-сосудистой и нервной систем, поражении мышечных тканей и суставов, нарушении функций опорно-двигательного аппарата.

Колебания сидящего человека на частотах 8-10 Гц являются причиной широкого распространения заболеваний позвоночника. Так, у водителей-профессионалов автомобилей, трактористов, пилотов самолетов грыжи межпозвоночных дисков встречаются в несколько раз чаще, чем у лиц сидячих профессий, не подвергающихся вибрации.

При работе с ручными машинами на тело человека через руки передается локальная вибрация. Локальная вибрация может вызывать в организме человека эффекты общего характера: типа головной боли, тошноты и т. д., но главное, она воздействует на процесс кровообращения и на нервные окончания в пальцах рук. Это, в свою очередь, вызывает побеление пальцев, потерю их чувствительности, онемение, ощущение покалывания. Эти явления усиливаются на холоде, но на первых порах относительно быстро проходят. При длительном воздействии вибрации патология может стать необратимой и приводить к необходимости смены профессии. В особо запущенных случаях может иметь место даже гангрена.

Сроки появления симптомов вибрационной болезни зависят от уровня и времени воздействия вибрации в течение рабочего дня. Так, у формовщиков, бурильщиков, рихтовщиков заболевание начинает развиваться через 8-12 лет работы.

Воздействие ручных машин на человека зависит от многих факторов: типа машины (ударные машины более опасны, чем машины вращательного типа), твердости обрабатываемого материала, направления вибрации, силы обхвата инструмента. Вредное воздействие вибрации усугубляется при мышечной нагрузке, неблагоприятных условиях микроклимата (пониженная температура и повышенная влажность).

Акустические колебания

Механические колебания в упругих средах распространяют в этих средах упругие волны, называемые акустическими колебаниями.

Шум представляет собой беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности. Поэтому для понимания природы образования и распространения шума, его влияния на организм человека звук следует рассматривать как составную часть всякого шума. В качестве звука человек воспринимает упругие колебания, распространяющиеся волнообразно в газообразной, жидкой и твердой средах. Наиболее простыми звуками являются чистые тона. Высота чистого тона определяется частотой колебаний, т. е. количеством колебаний в секунду, и измеряется в герцах. Слуховой орган человека может воспринимать колебания с частотой от 16 до 20 000 Гц. Ниже 16 Гц и выше 20 000 Гц находятся области неслышимых человеком инфра- и ультразвуков.

Как физическое явление шум представляет собой волновое колебание частиц упругой среды, а как физиологическое явление определяется ощущением, воспринимаемым органом слуха при воздействии на него звуковых волн.

К физическим параметрам шума относятся звуковое давление, уровень звукового давления, интенсивность звука и уровень интенсивности звука. Распространение колебаний в воздушной среде происходит в форме продольных волн, представляющих собой сжатие и разряжение среды, что вызывает в ней изменение плотности по длине распространения звуковой волны и, как следствие, возникновение переменного избыточного давления, которое называют звуковым давлением Р и измеряют в паскалях (Па).

Распространение звуковых волн сопровождается переносом энергии. Энергия, переносимая звуковой волной в единицу времени через единицу площади, называется интенсивностью звука (/, Вт/м2):

Е _ Р2 4пг2 р • С ’

где Е- звуковая энергия, излучаемая источником, Дж; г - радиус сферы, м; р • С - удельное акустическое сопротивление сферы, через которую распространяется звук; р - плотность воздуха, кг/м; С - скорость звука, м/с; Р - звуковое давление, Па.

Минимальное значение звукового давления и интенсивности звука, различаемые ухом человека, и максимальные их значения, вызывающие болевые ощущения, называются пороговыми.

Самые слабые звуки, которые способен воспринимать человек, соответствуют звуковому давлению 2-10-5 Па и лежат в области порога восприятия звука (нулевого порога слышимости). Самое высокое звуковое давле4. Безопасность трудовой деятельности и бытовой травматизм ние, вызывающее болевое ощущение (болевой порог), равно 2-102 Па. Интенсивность едва слышимых звуков и звуков, вызывающих болевое ощущение, отличаются друг от друга более чем в миллион раз. Звуковое давление измерять в таком широком диапазоне неприемлемо. Поэтому с учетом того, что человеческое ухо чувствительно не к интенсивности, а к среднеквадратичному звуковому давлению, т. е. реагирует на относительные его приращения, принято измерять относительные логарифмические уровни (Z), взятые по отношению к пороговым значениям звукового давления и интенсивности звука.

Тогда уровень звукового давления (Z/7) будет равен

Р2 ZP=^’

где Р, - звуковое давление в точке измерения, Па; Pq = 2-10-5 - звуковое давление на пороге слышимости, Па;

а уровень интенсивного звука

где Ij - интенсивность звука в точке измерения, Вт/м; Jo = Ю"12 Вт/м - интенсивность звука на пороге слышимости при частоте 1 000 Гц.

Прологарифмировав отношения всех значений звукового давления и интенсивности звука от порога слышимости до болевого порога, получим 14 относительных единиц, уровень звукового давления и силы звука, которые назвали Белом (Бел), а единицу в десять раз меньше - децибелом (дБ). Уровень звукового давления в децибелах определяется по формуле

Z^2O-lgA/Po,

а уровень интенсивности звука по формуле

Z^lO-lgA/^o.

Использование логарифмической шкалы позволяет весь диапазон воспринимаемых органами слуха частот выразить шкалой от 0 до 140 дБ.

Для наглядности приведем некоторые источники шума и уровни их звукового давления в табл. 10.

Весь диапазон слышимых частот может быть разделен на 10 октав со среднегеометрическими значениями частот 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1 000, 2 000, 4 000, 8 000 Гц.

Основными источниками шума являются автомобильный, авиационный, железнодорожный транспорт, газотурбинные установки, компрессорные станции, шумные производства промышленных предприятий.

Таблица 10

Источники шума

Источник шума

Уровень звукового давления, дБ

Воздействие на человека

Выстрел из оружия на близком расстоянии

160

Контузия

Старт космической ракеты (100 метров)

150

Разрыв барабанных перепонок

Взлет реактивного двигателя

140

Болевой порог

Раскаты грома, рок-музыка

120

Потеря слуха, физиологические изменения

Шумное производство (клепка)

110

То же

Автомобильный гудок (1 м), воздушный транспорт (под трассой), компрессорная станция

100

То же

Городская автомагистраль (75 м), железнодорожный транспорт(20 м)

90

То же

Звук будильника (1 м), шум легкового автомобиля (7,5 м)

80

То же

Салон автомобиля, пылесос

70

Раздражающее действие

Машинописное бюро, обычный офис

60

То же

Разговор в жилой комнате

50

Слабое воздействие на слух

Библиотека, учебная аудитория

40

То же

Шепот, шелест листьев

20

То же

Дыхание

10

То же

Шумы, возникающие в производственном оборудовании, можно условно разделить на шумы механического и аэродинамического происхождения. Шум механического происхождения возникает в результате ударов в сочленяющихся элементах машин. Аэродинамические шумы возникают при истечении газа из отверстий в результате пульсации давления.

Звуковое раздражение человек воспринимает звуковым анализатором - органом слуха, который, обладая высокой чувствительностью, способен осуществить тонкий анализ и синтез, выбирать из всей массы полезные и защищать кору головного мозга от нежелательных звуков.

Чувствительность слуха во время действия шума не остается без изменений. В условиях полной тишины чувствительность слуха возрастает, а под влиянием шума снижается. Такая перестройка называется адаптацией слуха.

Временное умеренное понижение слуховой чувствительности является приспособительной реакцией организма к условиям внешней среды

4. Безопасность трудовой деятельности и бытовой травматизм и играет защитную роль против интенсивных и продолжительно действующих шумов.

Длительное воздействие шума приводит к утомлению органа слуха, которое характеризуется не только значительными сдвигами в чувствительности, но и более замедленной обратной адаптацией. По уровню шума все звуки можно разделить на три составные области: первая область распространения от слухового порога слышимости до уровня шума 40 дБ. Звуковой анализатор человека мало чувствителен к восприятию звуков таких уровней. Вторая область включает уровни шума от 40 до 80 дБ. Третья область охватывает уровни шума от 80 дБ до порога болевого ощущения. В этой области наблюдаются существенные отличия в деятельности звукового анализатора по сравнению с первыми двумя областями. Важнейшее значение приобретает явление утомления.

Шум, являясь внешним раздражителем, воспринимается и анализируется корой головного мозга. При интенсивном и длительном его воздействии наступает перенапряжение центральной нервной системы. В результате у человека появляются головные боли, шум в ушах, головокружение, а при медицинских обследованиях выявляются гипертония, гастриты, язвенная болезнь и другие хронические заболевания. Под воздействием интенсивного шума наиболее ранние нарушения развиваются со стороны центральной нервной системы, а нарушение слуха возникает позднее. Степень снижения слуховой чувствительности пропорциональна времени работы в условиях шумного производства. Быстрота развития потери слуха под воздействием шума в первые 3-5 лет значительно выше, чем в последующие годы.

Общее заболевание организма под влиянием интенсивного шума с преимущественным поражением слухового анализатора и нервной системы называется шумовой болезнью.

Производственный шум является причиной возникновения профессиональной тугоухости, способствует притуплению внимания, обладает маскирующей способностью и ухудшает разборчивость речи, приводит к потере восприимчивости работающими звуков и сигналов безопасности.

В результате воздействия интенсивного шума на орган слуха у рабочего может возникнуть акустическая травма, которая по своей тяжести подразделяется на три степени:

  • • легкую (шум в ушах, головокружение без патологических изменений в органах слуха);
  • • среднюю (незначительные изменения в барабанной перепонке);
  • • тяжелую (необратимые изменения в слуховом аппарате или полная глухота).

Инфразвук

Эта область включает в себя колебания, не превышающие по частоте 20 Гц, нижней границы слухового восприятия человека. Инфразвуковые колебания возникают в разнообразных условиях и могут быть обусловлены как природными явлениями, например обдуванием ветром зданий, металлических конструкций, так и работой различных машин и механизмов. Высокие уровни инфразвука возникают вблизи работающих виброплощадок, внутри салонов автомобилей, движущихся со скоростями порядка 100 км/ч. Существует множество природных источников инфразвука: извержение вулканов, смерчи, штормы. Известно, что перед землетрясением люди, и особенно животные, испытывают чувство беспокойства. Штормы также оказывают на людей негативное воздействие.

Инфразвук даже небольшой мощности действует болезненно на уши, заставляет колебаться внутренние органы, поэтому человеку кажется, что внутри него все вибрирует. Именно инфразвуки, по всей видимости, являются причиной тяжелой и непреходящей усталости жителей городов и работников шумных предприятий. Воздействие инфразвука может приводить к ощущению головокружения, вялости, потери равновесия, тошноты. Было установлено, что летчики и космонавты, подвергнутые действию инфразвука, решали простые арифметические задачи медленнее, чем обычно.

Можно выделить две наиболее опасные для человека зоны воздействия инфразвука, определяемые его уровнем и временем воздействия.

Первая зона - смертельное воздействие инфразвука при уровнях, превышающих 185 дБ, и экспозицией свыше 10 мин.

Вторая зона - действие инфразвука с уровнями от 185 до 145 дБ -вызывает эффекты, явно опасные для человека.

Действие инфразвука с уровнями ниже 120 дБ, как правило, не приводит к каким-либо значительным последствиям.

Ультразвук

Ультразвук находит широкое применение в медицине, машиностроении и металлургии. По способу распространения ультразвук подразделяют на воздушный и контактный. По частотному спектру ультразвук классифицируют на низкочастотный - колебания от 1,25 • 104 до 1,0 • 105 Гц и высокочастотный - свыше 1,0 • 105 Гц. В медицине применяют ультразвуковые исследования с частотой до 3 • 106 Гц.

Низкочастотные ультразвуковые колебания хорошо распространяются в воздухе. Биологический эффект воздействия их на организм зависит от интенсивности, длительности воздействия и размеров поверхности тела, подвергаемой действию ультразвука. Длительное систематическое влияние ультразвука, распространяющегося в воздухе, вызывает функциональные нарушения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем,

4. Безопасность трудовой деятельности и бытовой травматизм слухового и вестибулярного анализаторов. У работающих на ультразвуковых установках отмечают выраженную сосудистую гипотонию, снижение электрической активности сердца и мозга. Изменения ЦНС в начальной фазе проявляются нарушением рефлекторных функций мозга (чувство страха в темноте, в ограниченном пространстве, резкие приступы с учащением пульса, чрезмерной потливостью, спазмы в желудке, кишечнике, желчном пузыре). Наиболее характерны жалобы на резкое утомление, головные боли и чувство давления в голове, затруднения при концентрации внимания, торможение мыслительного процесса, на бессонницу.

Контактное воздействие высокочастотного ультразвука на руки приводит к нарушению капиллярного кровообращения в кистях рук, снижению болевой чувствительности. Установлено, что ультразвуковые колебания могут вызвать изменения костной структуры с разрежением плотности костной ткани. При контактной передаче ультразвука на руки зарегистрированы профессиональные заболевания.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >