2015-07-14
6576
Информацию о внешней и внутренней среде организма человек получает с помощью сенсорных систем – анализаторов.
В соответствии с современными представлениями анализаторы – это специализированные части нервной системы, включающие периферические рецепторы (сенсорные органы, органы чувств), отходящие от них нервные волокна (проводящие пути) и клетки центральной нервной системы, сгруппированные вместе (сенсорные центры), где проводится обработка информации.
Общая функциональная схема анализатора показана на рис. 6.
 |
Рис. 6. Общая функциональная схема анализатора
Центральной частью анализатора является некоторая зона в коре головного мозга. Периферическая часть – рецепторы – находится на поверхности тела для приема внешней информации либо размещается во внутренних системах и органах для восприятия информации об их состоянии. Внешние рецепторы обычно называют органами чувств. Морфологически рецепторы представляют собой клетку, снабженную подвижными волосками или ресничками, обеспечивающими чувствительность рецепторов. Проводящие нервные пути соединяют рецепторы с соответствующими зонами мозга.
Рассмотрим основные параметры анализаторов.
Абсолютная чувствительность к интенсивности сигнала характеризуется минимальным значением воздействующего раздражителя, при котором возникает ощущение. Абсолютный порог определяется в единицах измерения раздражителя.
Минимальную адекватно ощущаемую интенсивность сигнала принято называть нижним порогом чувствительности.
Психофизиологическими опытами установлено, что величина ощущения изменяется медленнее, чем сила раздражителя.
Эту закономерность выражает закон Вебера – Фехнера (закон восприятия):
J = KlgE + C,
т.е. при линейном увеличении интенсивности раздражителя (E) интенсивность ощущения (J) растет логарифмически. Здесь К и С – константы, определяемые данной сенсорной системой.
Максимальную адекватно ощущаемую величину сигнала принято называть верхним порогом чувствительности, или болевым порогом.
Диапазон чувствительности к интенсивности включает все переходные значения раздражителя от абсолютного порога чувствительности до болевого порога.
Дифференциальный порог чувствительности к изменению интенсивности сигнала – это минимальное изменение интенсивности сигнала, ощущаемое человеком.
Границы (диапазон) спектральной чувствительности определяются для анализаторов, чувствительных к изменению частотных характеристик сигнала (слуховой, зрительный и т.п.).
Дифференциальная чувствительность к изменению частоты сигнала –это минимальное изменение частоты сигнала, ощущаемое человеком.
Пространственные характеристики чувствительности специфичны для каждого анализатора.
Для каждого анализатора характерна минимальная длительность сигнала, необходимая для возникновения ощущений.
Время, проходящее от начала воздействия раздражителя до появления ощущения, называют латентным периодом.
Величина латентного периода для различных анализаторов следующая:
| анализатор | Латентный период, с |
| тактильный (прикосновение) зрительный (свет) слуховой (звук) обонятельный (запах) температурный (тепло-холод) вестибулярный аппарат (при вращении) болевой (рана) | 0,09...0,22 0,31…0,39 0,12...0,18 0,31...0,39 0,28...1,6 0,4 0,13...0,89 |
Адаптация (привыкание) и сенсибилизация (повышение чувствитель-ности) характеризуются временем и присущи каждому типу анализаторов.
Не вся сенсорная информация осознается, большей частью она нужна для многих регуляторных процессов, протекающих бессознательно. Например, вестибулярная и двигательная рецепция и осязание участвуют в двигательной координации, терморецепция используется для автоматической регуляции температуры тела, дыхание изменяется на основе информации о содержании газов в крови, а болевые стимулы вызывают защитные реакции.
Функционирование разных анализаторов существенно изменяется под влиянием неблагоприятных для человека условий. Низкие и высокие температуры, вибрации, перегрузки, невесомость, слишком интенсивные потоки информации, ведущие к дефициту времени, и ее недостаток, утомление, вызванное длительной работой или неблагоприятными условиями, состояние стресса – все эти факторы вызывают различные изменения характеристик анализаторов.
Чтобы обеспечить достаточную надежность деятельности человека при приеме и анализе сигналов в любых условиях, для практических расчетов рекомендуется использовать не абсолютные и дифференциальные пороги чувствительности анализаторов к различным характеристикам сигналов, а оперативные пороги, характеризующие не минимальную, а некоторую оптимальную различимость сигналов. Обычно оперативный порог в 10...15 раз выше соответствующего абсолютного и дифференциального.
Характеристика сенсорных систем с точки зрения
безопасности
зрительная система. Важнейшим условием правильной ориентации человека в окружающей среде является зрение, т.к. 80 % всей информации человек получает в результате реакции на визуальное раздражение.
Главными особенностями человеческого глаза являются способность к аккомодации (способность зрения приспосабливаться к расстоянию до обозреваемого предмета) и адаптации (способность зрения приспосабливаться к световым условиям окружающей среды).
Восприятие визуальной информации ограничено пределами поля зрения – это пространство, обозреваемое человеком при неподвижном состоянии глаз и головы. В пределах угла зрения 30-40 о условия для видения оптимальны. В этом диапазоне целесообразно помещать основные носители информации, так как в нем воспринимаются и движения, и резкие контрасты.
Изображение, вызванное световым сигналом, сохраняется на сетчатке глаза в течение некоторого времени, несмотря на исчезновение сигнала. Эта инерция зрения, как показывают исследования, находится в пределах 0,1…0,3 с. Благодаря инерции зрения, при определенной частоте мелькающий сигнал начинает восприниматься как постоянно светящийся источник. Такую частоту называют критической частотой слияния мельканий. Если мелькания света используются в качестве сигнала, частота слияния должна быть оптимальной – 3…10 Гц.
Инерция зрения обусловливает стробоскопический эффект. Если время, разделяющее дискретные акты наблюдения, меньше времени гашения зрительного образа, то наблюдение субъективно ощущается как непрерывное. Стробоскопический эффект способствует возникновению иллюзии движения при прерывистом наблюдении отдельных объектов; иллюзии неподвижности или замедления движения, если движущийся предмет периодически занимает прежнее положение; иллюзии вращения в противоположную от реального направления сторону, если частота вспышек света больше числа оборотов вращающегося предмета.
Прием и анализ информации происходит в световом диапазоне (380...760 нм) электромагнитных волн. Цветовые ощущения вызываются действием световых волн, имеющих различную длину. Глаз различает семь основных цветов и более сотни их оттенков. Наибольшая чувствительность в условиях обычного дневного освещения достигается при длине волн 554 нм (в желто-зеленой части спектра) и убывает в обе стороны от этого значения.
Приблизительные границы длин волн и соответствующие им ощущения показаны на рис. 7. Характеристикой чувствительности является относи-тельная видность – К λ = S λ/ S max, где S max – ощущение, вызываемое источником излучения с длиной волны 554 нм; S λ – ощущение, вызываемое источником той же мощности с длиной волны λ.
Рис. 7. Спектральная чувствительность глаза
На ощущение цвета влияют яркость источника света, коэффициент отражения или пропускания света объектом, качество и интенсивность освещения, одновременный или последовательный контраст.
Глаз снабжен естественной защитой. Рефлекторно закрывающиеся веки защищают сетчатку глаза от сильного света, а роговицу от механических воздействий. Слезная жидкость смывает с поверхности глаз и век пылинки, убивает микробы, благодаря наличию в ней лизоцима – фермента, растворяющего некоторые микроорганизмы. Защитную функцию выполняют и ресницы. Однако, несмотря на совершенство, естественная защита для глаз оказывается недостаточной, поэтому возникает необходимость в применении искусственных средств защиты.
Зрительное восприятие цвета, переработка получаемой зрительной информации в большой мере зависят от освещения. Поэтому необходимо уделять особое внимание формированию светового климата.
Слуховая система. С помощью органов слуха человек может оценить многочисленную и разнообразную слуховую информацию. Слуховой анализатор обладает высокой чувствительностью, находится в постоянной готовности к приему информации и позволяет частично «разгрузить» зрительный анализатор.
Механические колебания создают слуховое восприятие, когда их частота лежит в области 16 … 20000 Гц.
Под звуковым давлением понимают разность между мгновенным значением давления в данной точке пространства, где распространяется звук, и средним значением давления в невозмущенной среде. Органом слуха воспринимается среднеквадратичная величина звукового давления 
за период осреднения T = 30 … 100 мс.
При распространении звука происходит перенос энергии. Энергетической характеристикой звука является интенсивность (мощность звука) в любой точке – поток энергии, приходящейся на единичную площадку в направлении, нормальном распространению звуковой волны [Вт/м2].
Интенсивность звука связана со звуковым давлением следующим соотношением:
,
где J – интенсивность звука, Вт/м2;
– среднеквадратичное звуковое давление;
– плотность среды, в которой распространяется звук;
с – скорость звука в этой среде.
Слуховое восприятие изображается на диаграмме нанесением величин звукового давления, при которых на каждой частоте возникает ощущение звука, и обозначается как кривая порога слышимости (рис. 8).
|
|
Верхний порог слышимости (болевой порог)
|
|
30 125 500 2000 8000 22000 f, Гц
Рис. 8. Диаграмма области слухового восприятия
Одна из важных особенностей слуховой сенсорной системы, имеющая прямое отношение к безопасности, – ее способность распознавать местонахождение источника звука без поворота головы. Это явление называется бинауральным эффектом. Физическая основа такой способности в том, что, распространяясь с конечной скоростью, звук достигает более удаленного уха позже и с меньшей силой; слуховая система способна выявить эту разницу уже на уровне 1 дБ, а запаздывание – на уровне 0,6 мс. Бинауральный слух имеет и иную, более важную для ориентации в пространстве, функцию: он помогает анализировать акустическую информацию в присутствии посторонних шумов. «Межушные» различия в интенсивности и направленности поступления сигналов используются центральной нервной системой для подавления фонового шума и выделения полезных звуков (например, позволяют сосредоточиться на нужном разговоре на многолюдном собрании).
Кинестетическая и вестибулярная системы. Эти системы обеспечивают адекватное взаиморасположение конечностей, а также устойчивую ориентацию тела в пространстве (обеспечение позы).
статические рефлексы обеспечиваются тремя видами рецепторов, воспринимающих:
1) растяжение мышц при их расслаблении – «мускульные веретена»;
2) сокращение мышц – сухожильные органы Гольджи;
3) положение суставов (обусловливающее так называемое «суставное чувство»). Предполагается, что их функции выполняют глубинные рецепторы давления.
Статокинетическая (вестибулярная) система обеспечивает поддержание нужного положения тела и соответствующие глазодвигательные реакции. Равновесие поддерживается рефлекторно, без участия сознания.
Тактильная, температурная, болевая чувствительность. Эти виды рецепции обеспечиваются рецепторами кожи. Кожа является тем органом, который отделяет внутреннюю среду человека от внешней, надежно охраняя ее постоянство. Ощущения, обеспечиваемые кожей, создают связь с внешним миром. Посредством ocязания, или тактильных ощущений, человек узнает о трехмерных особенностях нашего окружения. терморецепция – это восприятие тепла и холода. чувство боли служит для распознавания потенциально опасных стимулов.
Снаружи кожа покрыта тонким слоем покровной ткани – эпидермисом, состоящим из нескольких слоев довольно мелких клеток, постоянно обновляемых. За эпидермисом следует собственно кожа – дерма. Здесь находятся многочисленные рецепторы, воспринимающие давление (прикосновение), холод и тепло, боль.
Первая функция кожи – механическая. Она предохраняет ткани от повреждений, высыхания, физических, химических и биологических воздействий и, как уже отмечалось, выполняет барьерную функцию.
Вторая функция кожи связана с процессом терморегуляции, благодаря которому сохраняется постоянная температура тела. В коже человека находятся два вида рецепторов: одни реагируют только на холод (около 250 тысяч), другие – только на тепло (около 30 тысяч). Температура кожи несколько ниже температуры тела и различна для отдельных участков: на лбу – 34...35 °С, на лице – 20...25 0С, на животе – 34 °С, стопах ног – 25...27 °С. Средняя температура свободных от одежды участков кожи 30...32 °С.
Пространственные пороги зависят от стимулирующих факторов: при контактном воздействии, например, ощущение возникает уже на площади в 1 мм2, при лучевом – начиная с 700 мм2. Латентный период температурного ощущения равен примерно 0,20 с. Абсолютный порог температурной чувствительности определяется по минимально ощущаемому изменению температуры участков кожи относительно физиологического нуля, т.е. собственной температуры данной области кожи, адаптировавшейся к внешней температуре. Физиологический нуль для различных областей кожи достигается при температурах среды между 12...18 °С и 41...42 °С. Для тепловых рецепторов абсолютный порог составляет примерно 0,2 °С, для холодовых – 0,4 °С. Порог различительной чувствительности составляет примерно 1 °С.
Продолжительное ощущение тепла при температуре кожи выше 36 0С тем сильнее, чем выше эта температура. При температуре около 45 0С чувство тепла сменяется болью от горячего. пороговая плотность потока тепла, вызывающего болевое ощущение, составляет 88 Вт/м2.
Когда обширные области тела охлаждаются до температуры ниже 30 0С, возникает ощущение холода. боль от холода возникает при температуре кожи 17 °С и ниже.
Терморегуляция. Функционирование организма человека требует протекания в нем химических и биохимических процессов в достаточно строгих температурных пределах (36,5…37,0 оС).
Приспособление организма человека к изменениям параметров состояния окружающей среды выражается в способности протекания в нем процессов терморегуляции.
терморегуляция – совокупность физиологических и химических процессов в организме человека, направленных на поддержание постоянства температуры тела.
В результате жизнедеятельности в организме человека постоянно образуется тепло.
Терморегуляция обеспечивает равновесие между количеством тепла, непрерывно образующимся в организме, и излишком тепла, непрерывно отдаваемым в окружающую среду, т.е. сохраняет тепловой баланс организма:
Qвыд = Qотд.
Теплообмен между человеком и окружающей его средой осуществляется с помощью следующих механизмов:
- за счет инфракрасного излучения, которое излучает или получает поверхность тела (R);
- за счет конвекции (С), т.е. через нагрев или охлаждение тела воздухом, омывающим поверхность тела;
- теплоотдачей (Е), обусловленной испарением влаги с поверхности кожи, слизистых оболочек верхних дыхательных путей, легких.
Qотд = ± R ± С – Е.
В нормальных условиях при слабом движении воздуха человек в состоянии покоя теряет в результате тепловой радиации около 45 % всей вырабатываемой организмом тепловой энергии, конвекции – до 30 % и испарения – до 25 %. При этом свыше 80 % тепла отдается через кожу, примерно 13 % – через органы дыхания, около 7 % тепла расходуется на согревание принимаемой пищи, воды и вдыхаемого воздуха. В состоянии покоя организма и при температуре воздуха 15 0С потоотделение незначительно и составляет примерно 30 мл за 1 ч. При высокой температуре (30 оС и выше), особенно при выполнении тяжелой физической работы, потоотделение может увеличиваться в десятки раз. Так, в горячих цехах при усиленной мышечной работе количество выделяемого пота 1…1,5 л/ч, на испарение которого затрачивается 2500…3800 кДж.
В целях обеспечения эффективного теплообмена между человеком и средой устанавливаются санитарно-гигиенические нормативы параметров микроклимата на рабочем месте, а именно:
1) температура воздуха;
2) скорость движения воздуха;
3) относительная влажность воздуха;
4) температура поверхностей.
Условия 1 и 2 определяют конвективный теплообмен; 1 и 3 – испарение пота; 4 – теплоизлучение. Нормативы на эти параметры устанавливаются дифференцированно в зависимости от степени тяжести выполняемой работы.
Под тактильной чувствительностью понимают ощущение прикосновения и давления. В среднем на 1 см2 находится около 25 рецепторов. Абсолютный порог тактильной чувствительности определяется по тому минимальному давлению предмета на кожную поверхность, при котором наблюдается едва заметное ощущение прикосновения. Сильнее всего развита чувствительность на частях тела, наиболее удаленных от его оси. Характерной особенностью тактильного анализатора является быстрое развитие адаптации, то есть исчезновение чувства прикосновения или давления. Благодаря адаптации человек не чувствует прикосновения одежды к телу.
Ощущение боли воспринимается специальными рецепторами. Они рассеяны по всему нашему телу, на 1 см2 кожи приходится около 100 таких рецепторов. Чувство боли возникает в результате раздражения не только кожи, но и ряда внутренних органов. Часто единственным сигналом, предупреждающим о неблагополучии в состоянии того или другого внутреннего органа, является боль. В отличие от других сенсорных систем, боль дает мало сведений об окружающем нас мире, а скорее сообщает о внутренних опасностях, грозящих нашему телу. Если бы боль не предостерегала, то уже при самых обыденных действиях мы часто наносили бы себе повреждения. Биологический смысл боли в том, что, являясь сигналом опасности, она мобилизует организм на борьбу за самосохранение. Под влиянием болевого сигнала перестраивается работа всех систем организма и повышается его реактивность.
Болевые рецепторы не подчиняются закону Вебера-Фехнера. для них характерна линейная зависимость между интенсивностью воздействия и ощущением.
Обонятельный и вкусовой анализаторы. Обонятельный анализатор предназначен для восприятия человеком различных запахов, диапазон которых охватывает до 400 наименований. Рецепторы расположены на участке площадью около 2,5 см2 слизистой оболочки носовой полости.
Условиями восприятия запахов являются летучесть пахучего вещества, растворимость веществ в жирах, движение воздуха, содержащего молекулы пахучего вещества.
Абсолютный порог обоняния измеряется долями миллиграмма вещества на литр воздуха (мг/л). Запахи могут сигнализировать о нарушениях в ходе технологических процессов и об опасностях.
В физиологии и психологии распространена четырехкомпонентная теория вкуса, согласно которой существует четыре вида элементарных вкусовых ощущений: сладкого, кислого, горького и соленого. Все остальные ощущения являются их комбинациями. Абсолютные пороги вкусового анализатора выражаются в величинах концентраций раствора, и они примерно в 10000 раз выше, чем обонятельного. Различительная чувствительность вкусового анализатора довольно груба, в среднем она составляет 20 %. Восстановление вкусовой чувствительности после воздействия различных раздражителей заканчивается через 10…15 мин.
Контрольные вопросы
1. Понятие адаптации,основной принцип саморегуляции организма.
2. Основные элементы функциональной системы.
3. Роль и значение обратной связи в процессе саморегуляции организма.
4. Понятие гомеостаза.
5. Особенности функционирования организма при отклонении параметров факторов окружающей среды от оптимальных уровней.
6. Понятие анализатора, структура анализаторов.
7. Общие характеристики анализаторов человека: нижний и верхний абсолютные пороги чувствительности, дифференциальный порог чувствительности к интенсивности сигнала; спектральные пороги чувствительности.
8. Понятие латентного периода.
9. Закон Вебера – Фехнера.
10. Понятие оперативного порога чувствительности.
11. Основные свойства зрительной сенсорной системы: способность к аккомодации и адаптации, понятие поля зрения.
12. Понятие и причины стробоскопического эффекта, чем опасен этот эффект в производственных условиях.
13. Спектральная чувствительность глаза.
14. Естественная защита зрительного рецептора.
15. Особенности слуховой системы.
16. Область слухового восприятия по интенсивности и частоте.
17. Понятие звукового давления, интенсивности звука, связь между этими характеристиками.
18. Понятие о бинауральном эффекте.
19. Кинестетическая и вестибулярная системы.
20. Рецепторы кожи.
21. Тактильная чувствительность.
22. Температурная чувствительность и ее роль в процессе терморегуляции.
23. Понятие терморегуляции, условие теплового баланса организма.
24. Механизмы теплообмена между организмом и окружающей средой.
25. Нормируемые параметры микроклимата и их роль в обеспечении теплообмена между организмом человека и окружающей средой.
26. Тактильная и болевая чувствительность. Особенности болевой чувствительности.
27. Обонятельный и вкусовой анализаторы
эргономические основы безопасности труда
С точки зрения безопасности труда и создания комфортных условий для трудовой деятельности исключительно важным является комплексное изучение системы «человек – машина – производственная среда». С учетом того обстоятельства, что современное производство становится все более автоматизированным, на человека все в большей степени возлагаются функции управления и оператора. Организация рабочего места человека-оператора, комплексно учитывающая характер деятельности, условия труда, психофизиологические возможности и антропометрические характеристики человека, является предметом эргономики.
Термин «эргономика» [гр. еrgon – работа + nomos – закон] имеет буквальное значение – изучение, измерение, организация труда.
Эргономика – это научная дисциплина, комплексно изучающая человека в конкретных условиях его деятельности в современном производстве.
Объект исследования эргономики – система «человек – машина – производственная среда». В трудовом процессе все компоненты этой системы находятся в тесной взаимосвязи, и чтобы она функционировала эффективно и не приносила ущерба здоровью человека, необходимо обеспечить совместимость характеристик среды и человека. Изучением видов совместимости параметров среды с характеристиками человека и занимается эргономика.
Характеристики человека относительно постоянны. Элементы внешней среды поддаются регулированию в более широких пределах. Следовательно, решая вопросы безопасности системы «человек-среда», необходимо учитывать прежде всего особенности человека.
Человек в системах безопасности выполняет троякую роль:
- является объектом защиты;
- выступает средством обеспечения безопасности;
- сам может быть источником опасностей.
