Действие метеоусловий на организм человека и их нормирование

В организме человека непрерывно происходят окислительные реакции, связанные с образованием тепла, которое отдается в окружающую среду.

Совокупность процессов, обуславливающих теплообмен между организмом и внешней средой, в результате которого поддерживается постоянная температура тела, называется терморегуляцией.

При температуре воздуха до 30^оС теплоотдача происходит в основном за счет конвенции и излучения. Если температура выше этого предела, то теплоотдача происходит за счет испарения влаги с поверхности тела. При этом организм человека теряет большое количество влаги и солей, играющих значительную роль в обеспечении жизнедеятельности человека, так как нарушается работа сердечно-сосудистой системы. При тяжелых физических работах с t > 30^оС за смену человек теряет 10-12 л влаги и около 60 г поваренной соли.

Особенно неблагоприятные условия имеют место, если наряду с высокой температурой в помещении имеет место повышенная влажность, т.к. затрудняется процесс терморегуляции. Наступает быстрое утомление, прекращается потовыделение, что в результате может привести к тепловому удару.

Движение воздуха улучшает теплоотдачу. Длительное воздействие лучистой тепловой энергии на глаза вызывает катаракту.

Вследствие лучепрозрачности воздуха количество тепла, отдаваемого путем излучения, зависит не от температуры воздуха, а от температуры ограждающих помещения поверхностей (стены, экраны и т.п.). Таким образом, тепловой баланс человека, а значит и его самочувствие, зависит от следующего:

от температуры и влажности воздуха в помещении;

от скорости движения воздуха возле тела человека;

от температуры ограждающих помещение поверхностей и предметов, находящихся в нем;

от количества и интенсивности источников теплового излучения.

Влажность воздуха – содержание в нем паров воды – характеризуется понятиями абсолютной, максимальной и относительной. Абсолютная влажность выражается парциальным давлением водяных паров (Па) или в весовых единицах в определенном объеме воздуха (г/м³). Максимальная влажность – количество влаги при полном насыщении воздуха при данной температуре. Относительная влажность – отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах. Физиологический дефицит насыщения представляет собой разницу между максимальной влажностью при температуре кожи или слизистой дыхательных путей и абсолютной влажностью окружающего воздуха. Нормируемой является относительная влажность.

Следовательно, метеорологические условия производственных помещений складываются из температуры воздуха в помещении, инфракрасного и ультрафиолетового излучения от нагретого оборудования, влажности воздуха и его подвижности. Совокупность этих факторов, в каком-то определённом месте или во всём помещении носит название микроклимат.

Показатели микроклимата нормируются СанПиН 2.2.4.548 - 96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» с учетом энергозатрат работающих, времени выполнения работы и периодов года с целью сохранения теплового баланса человека с окружающей средой, поддержания оптимального или допустимого теплового состояния организма.

6.1.2. Действие на организм человека вредных паров, газов, пыли
и их нормирование

По характеру воздействия на организм человека вредные пары и газы могут быть разделены на 4 основные группы:

удушающие (окись углерода, синильная кислота и др.);

1) раздражающие (хлор, фтористый водород, сернистый газ, сероводород и др.);

2) отравляющие (ртуть, свинец, фосфор, мышьяковые и металлоорганические соединения и др.);

3) наркотические (бензин, бензол, нитробензол, сероуглерод, анилин, метил-крилат, фенол и другие, последние 2 вещества содержатся в пластмассах).

Все эти вещества способны вступать с тканями человеческого тела в химическое и физико-химическое воздействие и вызывать нарушение нормальной жизнедеятельности. Такие вещества называются токсичными. Болезненное состояние, возникающее в результате действия токсических веществ, называется отравлением.

Токсические вещества проникают в организм человека через дыхательные пути, а хорошо растворяемые в жирах (ароматические и хлорированные углеводороды, бензол, толуол и др.) – через кожу. Яды, проникающие в организм через дыхательные пути, оказывают наиболее сильное воздействие, так как поступают непосредственно в кровь.

В воздушной среде могут находиться и мелкие твердые или жидкие частицы (пыль и туман). Если в данном объеме большую часть занимает воздух, а меньшую – частица, то такая смесь называется аэрозолем, а если наоборот – аэрогелем. Пыль во взвешенном состоянии – аэрозоль, в осевшем – аэрогель.

Дисперсность частиц оказывает существенное влияние на физико-химические свойства аэрозоля. Чем больше распылено вещество, тем больше поверхность и тем выше активность вещества благодаря громадному увеличению при этом наиболее активных поверхностных молекул, приобретению электрических свойств и повышению адсорбционной способности.

Пыль обладает способностью адсорбировать из воздуха некоторые ядовитые газы, например, сажа и угольная пыль могут адсорбировать окись углерода, что делает ее ядовитой. Пыль может заряжаться электростатически от трения.

В зависимости от размера пылевые частицы делятся на видимые (более 10 мкм), микроскопические (от 0,25 до 10 мкм) и ультрамикроскопические (менее 0,25 мкм).

По характеру действия на организм человека пыль делится на раздражающую и ядовитую. К раздражающим пылям относятся следующие:

1) минеральная (кварцевая, асбестная, наждачная и т.д.);

2) металлическая (чугунная, железная, медная и т.д.);

3) древесная;

4) фенольно-альдегидная (клей ВИАМ – Б3).

Пылинки раздражающего действия имеют многогранную поверхность с острыми, крючкообразными и иглообразными выступами. Проникновение их в легкие и лимфатические сосуды приводит к заболеванию. Заболевания легких (пневмокониозы) делятся в зависимости от рода вдыхаемой пыли: окись кремния SiO₂ – силикоз, силикаты - силикатоз, угольная пыль – антракоз.

К ядовитым пылям относятся свинцовая, марганцевая, хромовая пыли, которые могут проникать и через неповрежденную кожу. Наибольшую опасность представляют частицы размеров < 5мкм, невидимые глазом. Концентрация пыли обычно выражается в мг/м³.

Вредные вещества по степени воздействия на организм человека делятся на 4 (четыре) группы чрезвычайно опасные, высоко опасные, умеренно опасные и мало опасные. Наличие их в воздухе помещений при концентрациях, превышающих предельно допустимые (ПДК), приводит к тяжёлым последствиям.

Предельно допустимыми являются концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны, которые при ежедневной работе в течение 8 ч за период всего рабочего стажа не могут вызвать у работающих заболеваний или отклонений в состоянии здоровья. Рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которой находятся места постоянного или временного пребывания работающих.

Предельно допустимые концентрации приведены в СН 2.25 552 - 96 «Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Сводный перечень». В частности, ПДК сероводорода ограничена величиной 10 мг/м³, в смеси с углеводородами -3 мг/м³, в окиси углерода - 20 мг/м³ и т. д.

6.1.3. Действие шума и вибрация на организм человека,
их классификация и нормирование

Вибрация, шум и звук складываются из элементарных движений, вызываемых гармоническими колебаниями. Разница состоит в психофизиологическом их восприятии. Вибрация воспринимается осязанием, шум - слухом.

С гигиенической точки зрения под термином «шум» понимается совокупность звуков, оказывающих на человека отвлекающее, раздражающее или вредное воздействие.

Под термином «вибрация» понимаются механические колебания, которые передаются телу человека, беспокоят его или наносят вред его здоровью.

Источниками вибрации могут быть вращающиеся элементы машин, у которых ось вращения и центр масс не совпадают (например CD-ROM в приводе компьютера или деформированный вал в автомобиле), динамические нагрузки на механические системы, механизмы, вибрация которых обусловлена принципом их действия (например пневмоинструмент, прессы, перфораторы) и т.д.

С точки зрения воздействия на человека вибрацию можно классифицировать по трем параметрам:

по способу передачиразличают общую и локальную вибрации. Общая вибрация передается через опорные поверхности на все тело человека, локальная – воздействует на отдельные части тела (например руки или ноги, в случае если человек находится в положении сидя);

по продолжительности и уровню воздействия различают постоянную (контролируемый параметр в течение интервала времени изменяется не более чем в 2 раза) и непостоянную вибрацию;

по направлению действия вибрации, которое определяется вектором среднеквадратического виброперемещения.

Системы координат в этом случае выбираются по-разному для общей и для локальной вибрации, что показано на рис. 6.1.

 

Р и с. 6.1. Расположение осей системы координат для определения
направления вибрации

Вредное действие вибрации на человека определяется не столько внешним механическим воздействием, сколько резонансными явлениями, возникающими в теле человека. Тело является сложной механической системой. Из-за его неоднородности разделяют как общую резонансную частоту, так и собственные частоты колебаний отдельных органов. Так, для тела в целом собственные частоты равны 4 – 6 Гц, 8 – 12 Гц и 16 – 24 Гц; для большинства внутренних органов – 6 – 9 Гц, для головы – 20 – 30 Гц для вертикальной вибрации и 1,5 – 2 Гц для горизонтальной. Как видно, резонансные частоты зависят от направления воздействия вибрации.

Степень воздействия зависит как от параметров вибрации (частоты, амплитуды, продолжительности воздействия, места приложения и направления вектора воздействия), так и от общего функционального состояния организма.

Вибрация воздействует на внутренние органы человека, вызывая спазм сосудов (приводя к нарушению кровоснабжения отдельных органов), на нервные окончания, на мышечные и костные ткани, вызывая деформацию и нарушение подвижности суставов.

Действие постоянной вибрации приводит к вибрационной болезни. Основные ее симптомы – головная боль; раздражительность; плохой сон; быстрая утомляемость; непостоянные в начале заболевания боли и слабость в кистях рук; ломота; судороги и сведение пальцев; гипертония; изменения со стороны центральной нервной системы. Вибрационная болезнь возникает постепенно, ее симптомы усиливаются с течением болезни. Лечение виброболезни длительно, больные лишаются трудоспособности.

Действие низкочастотных вибраций и сотрясений проявляется в виде заболеваний периферической нервной системы (невриты, радикулиты), а также заболеваний желудочно-кишечного тракта.

Нормируется одна из величин вибрации (исходя из соображений удобства измерения) – среднеквадратическая виброскорость или среднеквадратическое виброускорение - в стандартизованном диапазоне на следующих среднегеометрических частотах:

для общей вибрации 2, 4, 8, 16, 31.5, 63 Гц;

для локальной вибрации 2, 4, 8, 16, 31.5, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц.

В зависимости от источника общая вибрация подразделяется на категории (ГОСТ 12.1.012-90):

1) транспортная;

2) транспортно-технологическая;

3) технологическая;

3а) на постоянных рабочих местах;

3б) на рабочих местах в служебных помещениях;

3в) на рабочих местах в помещениях, где нет источников вибрации;

3г) на рабочих местах работников умственного труда.

Нормирование транспортных вибраций производится во всех трех направлениях (x, y, z), всех остальных – только в горизонтальных (x, y) (см. рис. 6.1).

Для оценки вибрации используются виброскорость или виброускорение, выраженные в логарифмических величинах. Для виброскорости

. (6.1)

В этой формуле значение 5×10^-8 выбрано как пороговое. Время воздействия определяется исходя из времени присутствия человека в зоне действия вибрации. Если вибрация действует непостоянно, то интервалы времени действия суммируются.

В случае, если время присутствия человека в зоне вибрации t меньше 8 ч (480 мин.), допустимые значения параметра V_t корректируются:

. (6.2)

Шумы подразделяются следующим образом:

П о ч а с т о т н о м у с п е к т р у различают шумы широкополосные, с непрерывным спектром шириной более одной октавы октава – это диапазон частот, в котором верхняя граничная частота в два раза больше нижней и тональные, в спектре которых имеются слышимые дискретные тона.

П о в р е м е н н ы м х а р а к т е р и с т и к а м шумы подразделяются на постоянные, уровень которых за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБ и непостоянные, уровень которых за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не менее чем на 5 дБА.

Непостоянные шумы подразделяют на следующие:

колеблющиеся во времени, уровень звука которых непрерывно изменяется во времени;

прерывистые, уровень звука которых резко падает до уровня фонового шума, причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным и превышающим уровень фонового шума, составляет 1с и более;

импульсные, состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов каждый длительностью менее 1с.

Причинами производственного шума могут быть как особенности технологического процесса (ударные, механические и гидромеханические), так и дефекты конструкций элементов оборудования, его монтажа и сборки, увеличенные зазоры в узлах и элементах. Шумы являются следствием вибрации элементов оборудования.

Ухо человека воспринимает звуки в диапазоне частот от 16-20Гц до 20000 Гц.

Чувствительность уха к восприятию шумов неодинакова и является наибольшей для частот примерно до 5000 Гц.

Воздействие шума на человека вызывает преждевременную усталость, снижение внимания и скорости реакции, что повышает вероятность травматизма.

Действие шума на организм человека, его восприятие сопровождается и так называемой «следовой реакцией». Суть ее в том, что когда контакт человека с шумом прекращается, физиологическое воздействие продолжается иногда до 1,5 – 2 ч.

Для шумных производств характерна профессиональная болезнь – тугоухость (аналогичная виброболезни.)

Воздействие интенсивного импульсного или ударного шума может привести к механическому повреждению барабанной перепонки уха – производственной травме. Таким образом, шум – это и профессиональная вредность, и производственная опасность.

Характеристикой постоянного шума на рабочих местах является уровень звукового давления в дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц, определяемый по формуле

L = 20 lg P/P₀ , (6.3)

где P – среднеквадратичная величина звукового давления, Па ;

P₀ = 2х 10 ^–5 – пороговая величина, Па.

Измерение шума производится шумомером. Шкала «А» используется для ориентировочной оценки шума, шкала «С» служит для измерения шума в частотном диапазоне.

Нормативные величины уровня звукового давления лежат в диапазоне от 38 до 103 дБ в зависимости от вида производства и частотного диапазона и приводятся как в графической, так и в табличной формах. Учитывается также и продолжительность воздействия шума в течение рабочей смены.

Характер нормативных кривых по СН 3223-85 приведен на графике (рис.6.2).

Рис. 6.2.Нормативные кривые шума

Каждая кривая имеет свой номер или индекс. Индексом кривой является уровень звукового давления L, дБ, на частоте 1000 Гц. Кривые расположены эквидистантно с шагом в 5 дБ.

6.1.4. Действие на человека электромагнитных полей
их классификация и нормирование

Электромагнитные поля (ЭМП) генерируются токами, изменяющимися во времени. Спектр электромагнитных (ЭМ) колебаний находится в широких пределах по длине волны - от 1000км до 0,001мкм и менее, а по частоте - от 3-10² Гц до 3-10²⁰ Гц, включая радиоволны, оптические и ионизирующие излучения. В настоящее время наиболее широкое применение в различных отраслях находит ЭМ энергия неионизирующей части спектра. Это касается, прежде всего, ЭМП радиочастот. Они подразделяются по длине волны на ряд диапазонов (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Название диапазона	Длина волны	Диапазон частот	Частота	По международному регламенту
название диапазона частот	номер
Длинные волны (ДВ)	10-1км	Высокие частоты (ВЧ)	От 3до 300кГц	Низкие(НЧ)
Средние волны (СВ)	1км-100м	То же	От 0,3до 3МГц	Средние(СЧ)
Короткие волны (КВ)	100-10м	То же	От 3до 30МГц	Высокие(ВЧ)
Ультракороткие волны (УКВ)	10-1м	Высокие частоты (УВЧ)	От 30до 300МГц	Очень высокие (ОВЧ)
Микроволны: дециметровые (дм) сантиметровые (см) миллиметровые (мм)	1м-10см   10-1см   1см-1мм	Сверхвысокие частоты (СВЧ)	От 0,3 до 3ГГц   От 3 до 30ГГц   От 30 до 300ГГц	Ультравысокие (УВЧ) Сверхвысокие (СВЧ) Крайне высокие (КВЧ)

 

Электромагнитное поле состоит из электрического поля, обусловленного напряжением на токоведущих частях электроустановок, и магнитного.

В промышленности ЭМ источниками являются электрические установки, работающие на переменном токе частотой от 10 до 10⁶ Гц; приборы автоматики; электрические установки с промышленной частотой 50-60 Гц; установки высокочастотного нагрева (сушка древесины, склеивание и нагрев пластмасс и др.).

В соответствии с ГОСТ12.1.006-84 значения предельно допустимой напряженности ЭМ радиочастот в диапазоне 0,06-300 МГц на рабочих местах приведены в табл. 6.2.

Предельно допустимые уровни (ПДУ) по электрической составляющей не должны превышать 20 В/м, а по магнитной составляющей - 5А/м. ЭМП характеризуется совокупностью переменных электрических и магнитных составляющих. Различные диапазоны радиоволн объединяет общая физическая природа, но они существенно различаются по заключенной в них энергии, характеру распространения, поглощения, отражения, а вследствие этого - по действию на среду, в том числе и на человека. Чем короче длина волны и больше частота колебаний, тем больше энергии несет в себе квант ЭМ излучения.

 

Таблица 6.2

Составляющая ЭМП, по которой оценивается его воздействие, и диапазон частот, МГц	Предельно допустимая напряженность ЭМП в течение рабочего дня
Электрическая составляющая: 0,06-3 3-30 30-50 50-300	50 В/м 20 В/м 10 В/м 0,5 В/м
Магнитная составляющая: 0,06-1,5 30-50	5,0 А/м 0,3 А/м

 

Связь между энергией Y и частотой f колебаний определяется следующим образом:

Y = h*f ,

или, поскольку длина волны λ и частота связаны соотношением

f = с/λ ,

Y = h*с/λ ,

где с- скорость распространения электромагнитных воли в воздухе с=3*10⁸ м/с;

h - постоянная Планка, равная 6,6*10 ³⁴ Вт/см².

ЭМП вокруг любого источника излучения разделяют на 3 зоны: ближнюю - зону индукции, промежуточную - зону интерференции; дальнюю - волновую зону. Если геометрические размеры источника излучения меньше длины волны излучения λ (т.е. источник можно рассматривать как точечный), то границы зон определяются следующими расстояниями R:

ближняя зона (индукции) R < λ/2π;

промежуточная зона (интерференции) λ/2π < R < 2πλ;

дальняя чипа (волновая) R >2πλ.

Работающие с источниками излучения НЧ, СЧ и, в известной степени, ВЧ и ОВЧ диапазонов находятся в зоне индукции. При эксплуатации генераторов СВЧ и КВЧ диапазонов работающие часто находятся в волновой зоне.

В волновой зоне интенсивность поля оценивается величиной плотности потока энергии (ППЭ), т.е. количеством энергии, падающей на единицу площади поверхности. В этом случае ППЭ выражается в Вт/м² или производных единицах: мВт/см², мкВт/см². ЭМП по мере удаления от источника излучения быстро затухает. ЭМ волны диапазона УВЧ, СВЧ и КВЧ (микроволны) используются в радиолокации, радиоастрономии, радиоспектроскопии, геодезии, дефектоскопии, физиотерапии. Иногда ЭМП УВЧ диапазона применяются для вулканизации резины, термической обработки пищевых продуктов, стерилизации, пастеризации, вторичного разогрева пищевых продуктов. СВЧ- аппараты используются для микроволновой терапии.

Наиболее опасными для человека являются ЭМП высокой и сверхвысокой частот. Характерными при воздействии на организм человека электромагнитных излучений СВЧ являются отклонения от нормального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. Субъективными ощущениями являются жалобы на частую головную боль, сонливость или бессонницу, утомляемость, вялость, слабость, повышенную потливость, снижение памяти, рассеянность, головокружение, потемнение в глазах, беспричинное чувство тревоги, страха и др. Воздействие на сердечно-сосудистую систему ощущается в виде сильных болей в области сердца, учащенного сердцебиения, сильной одышки при физических нагрузках, а также удушья. Отклонения в функционировании желудочно-кишечного тракта проявляются в сильных болях в области желудка и проявлении изжоги.

К числу перечисленных неблагоприятных воздействий на организм человека следует добавить мутагенное действие, а также временную стерилизацию при облучении интенсивностями выше теплового порога.

Критерием оценки степени воздействия на человека ЭМП может служить количество электромагнитной энергии, поглощаемой им при пребывании в электрическом поле. Величина поглощаемой человеком энергии зависит от квадрата силы тока, протекающего через его тело, времени пребывания в электрическом поле и проводимости тканей кожи человека.

Электромагнитные волны лишь частично поглощаются тканями биологического объекта, поэтому биологический эффект зависит от физических параметров ЭМП радиочастотного диапазона: длины волны (частоты колебании), интенсивности и режима излучения (непрерывный, прерывистый, импульсно-модулированный), продолжительности и характера облучения организма, а также от площади облучаемой поверхности и анатомического строения органа или ткани кожи.

Степень поглощения энергии тканями кожи зависит от их способности к ее отражению на границе раздела, определяемой содержанием воды в тканях кожи и другими их особенностями. Колебания дипольных молекул воды и ионов, содержащихся в тканях кожи, приводят к преобразованию электромагнитной энергии внешнего поля в тепловую, что сопровождается повышением температуры тела или локальным избирательным нагревом тканей кожи, органов, клеток, особенно с плохой терморегуляцией (хрусталик глаза, стекловидное тело, семенники и др.). Тепловой эффект зависит от интенсивности облучения. Пороговые интенсивности теплового действия ЭМП на организм составляют для диапазона средних частот 8000 В/м, высоких - 2250 В/м, очень высоких - 150 В/м, дециметровых - 40 мВт/см², сантиметровых - 10 мВт/см², миллиметровых - 7 мВт/см².

ЭМП с меньшей интенсивностью не обладает термическим действием на организм человека, но вызывает слабовыраженные эффекты аналогичной направленности, что, согласно ряду теорий, считается специфическим нетепловым действием, т.е. переходом ЭМ энергии в объекте в одну из форм нетепловой энергии. Нарушение гормонального равновесия при наличии СВЧ-фона на производстве следует рассматривать как противопоказание для профессиональной деятельности, связанной с нервной напряженностью труда и частыми стрессовыми ситуациями.

Постоянные изменения в крови человека наблюдаются при ППЭ выше
1мВт/см². Это фазовые изменения лейкоцитов, эритроцитов и гемоглобина. Поражение глаз в виде помутнения хрусталика (катаракты) - последствия воздействия ЭМП в условиях производства. При воздействии миллиметровых волн изменения наступают немедленно, но быстро проходят. В то же время при частотах около 35 ГГц возникают устойчивые изменения, являющиеся результатом повреждения эпителия роговицы.

В соответствии с санитарными нормами и правилами при работе с источниками ЭМП СВЧ частот предельно допустимые интенсивности ЭМИ на рабочих местах приведены в табл. 6.3.

 

Таблица 6.3

В диапазоне СВЧ (300МГц-300ГГц)	Предельно допустимая интенсивность
1. Для работающих при облучении в течение: всего рабочего дня не более 2ч за рабочий день не более 15-20 мин за рабочий день 2. Для лиц не связанных профессионально, и для населения	10 мкВт/см2 100 мкВт/см2 1000 мкВт/см2 1 мкВт/см2