Действие вибрации на организм

Вибрация относится к факторам, обладающим значительной биологической активностью. Характер, глубина и направленность функциональных сдвигов со стороны различных систем организма определяются прежде всего уровнем, спектральным составом и продолжительностью воздействия вибрации. В субъективном восприятии вибрации и объективных физиологических реакциях важная роль принадлежит биомеханическим свойствам тела человека как сложной колебательной системы. Степень распространения колебаний по телу зависит от их частоты, амплитуды, площади участков тела, соприкасающихся с вибрирующим объектом, места приложения и направления оси вибрационного воздействия, демпфирующих свойств тканей, явления резонанса и др. условий.

При низких частотах вибрация распространяется по телу с малым затуханием, охватывая колебательным движением все туловище и голову. Обнаруживается прямая зависимость между степенью статических мышечных усилий при работе с ручным механизированным инструментом и степенью распространения колебаний. Снижая силовые воздействия, прилагаемые к машине, можно в значительной степени ограничить распространение вибрации по телу и тем самым снизить её неблагоприятное действие.

Влияние вибрации на человека зависит от её спектрального состава, направления, места подключения, продолжительности воздействия. На рисунке 6.4 представлена классификация вредного воздействия вибрации на человека.

Рис. 6.4. Классификация вредного воздействия вибрации на человека

При изучении биологического действия вибрации принимается во внимание характер её распространения по телу человека, которое рассматривается как сочетание масс с упругими элементами. В одном случае это все туловище с нижней частью позвоночника и тазом (стоящий человек), в др. случае — верхняя часть туловища с верхней частью позвоночника (нагибающийся вперёд или сидящий человек).

Для стоящего на вибрирующей поверхности человека имеются 2 резонансных пика на частотах 5—12 Гц и 17—25 Гц, для сидящего — на частотах 4—6 Гц. Для головы резонансные частоты лежат в области 20—30 Гц. В этом диапазоне частот амплитуда колебаний головы может превышать амплитуду колебаний плеч в 3 раза. Для лежащего человека область резонансных частот находится в интервале 3—3,5 Гц. Одной из наиболее важных колебательных систем является совокупность грудной клетки и брюшной полости. В положении стоя колебания внутренних органов этих полостей обнаруживают резонанс на частотах 3—3,5 Гц. Максимальная амплитуда колебаний брюшной стенки наблюдается на частотах 7—8 Гц, а передней стенки грудной клетки — 7—11 Гц.

При увеличении частоты колебаний происходит ослабление её передачи по телу человека. Механическая система прямой руки человека имеет резонанс в области частот 30—60 Гц. При передаче колебаний от ладони к тыльной стороне кисти амплитуда колебаний при неизменной частоте 40—50 Гц уменьшается на 35—65%. На участках между кистью и локтём, локтём и плечом происходит дальнейшее ослабление колебаний. Наибольшее затухание наблюдается в плечевом суставе и на голове.

С увеличением силы нажима на рукоятку наблюдается пропорциональное возрастание проводимости вибрации на плече, составляющее 1,2 дБ на удвоение силы нажима для частоты 8 Гц, около 3 дБ — для частоты 16 Гц и 4—5 дБ — для частот 32—125 Гц. При увеличении силы нажима на инструмент человеком не только будет получено большое количество колебательной энергии в связи с увеличением входного механического сопротивления, но воздействие вибрации распространится на большую рецептивную зону.

Местная вибрация малой интенсивности может оказывать благоприятное воздействие на организм человека, восстанавливая трофические изменения, улучшая функциональное состояние ЦНС, ускоряя заживление ран и т. п. При увеличении интенсивности колебаний и длительности их воздействия возникают изменения, приводящие в ряде случаев к развитию профессиональной патологии — вибрационной болезни (синдром белых пальцев). Наибольшее распространение имеет патология, обусловленная воздействием локальной вибрации.

В генезе реакций организма на вибрационную нагрузку важную роль играют анализаторы: кожный, вестибулярный, двигательный. Нарушения здоровья, обусловленные локальной или общей В., складываются из поражений нейрососудистой, нервно-мышечной систем, опорно-двигательного аппарата, изменений обмена веществ и др. Существенное значение при этом имеют как специфические, так и неспецифические реакции общего типа, отражающие адаптационно-компенсаторные реакции организма.

Выраженность и характер нарушений определяются в первую очередь спектральными и амплитудными параметрами вибрации, а также условиями труда, при которых это воздействие происходит. Влияние низкочастотной В. приводит к развитию вибрационной патологии с превалированием поражений нервно-мышечной системы, опорно-двигательного аппарата и менее выраженным сосудистым компонентом. Например, такая форма наблюдается у формовщиков, бурильщиков и др. Среднечастотная и высокочастотная вибрация вызывает различные по степени выраженности сосудистые, нервно-мышечные, костно-суставные и иные нарушения. При работе со шлифовальными машинами и др. источниками высокочастотной вибрации возникают в основном сосудистые нарушения. В результате влияния интенсивной локальной вибрации вначале появляются функциональные, а затем дистрофические изменения в рецепторном аппарате и нервных сплетениях мелких сосудов в области верхних конечностей. Постепенно в процесс вовлекаются и др. отделы периферической и центральной нервных систем.

Важную роль в инициировании приступа побеления пальцев играет воздействие холода, вызывающее рефлекторное, опосредованное симпатической системой сужение сосудов. Усугубляет нарушение микроциркуляции и проницаемости сосудов кислородный дисбаланс. Дефицит кислорода способствует также развитию трофических нарушений в дистальных отделах верхних конечностей, в частности, возникновению миофиброзов, артрозов и периатрозов, образованию кист, эностозов, снижению минерального компонента костной ткани. Страдает капиллярное и прекапиллярное кровообращение в пальцах рук, а в последующем изменяется тонус крупных сосудов (артерий и вен) на предплечьях и плечах.

Патогенез вибрационной болезни остаётся до настоящего времени недостаточно изученным. Обобщённая клинико-физиологическая картина действия общей вибрации позволяет высказать гипотезу о механизме прямого микротравмирующего действия вибрации на опорно-двигательный аппарат, вестибулообусловленные и экстравестибулярные реакции. Частота и степень выраженности нарушений зависит от физических характеристик вибрации, эргономических параметров рабочего места, медико-биологических параметров человека-оператора.

Механизм формирования вибрационных нарушений от воздействия общей вибрации является сложным процессом, состоящим из 3 этапов:

1. Рецепторные изменения, характеризующиеся дисфункцией вестибулярного аппарата, и связанные с ними функциональные нарушения вестибулосоматических, вестибуловегетативных, вестибулосенсорных реакций;

2. Дегенеративно-дистрофические нарушения позвоночника (остеохондроз), возникающие при наличии экзогенных и эндогенных факторов, и связанные с ними явления декомпепсации трофической системы;

3. Потеря адаптационных способностей органами равновесия и связанные с этим нарушения функционального состояния онтовестибулоспинального комплекса вследствие патологической вестибулоафферентации.

Вибрационная болезнь от локальных и общих вибраций отличается полиморфностью симптоматики, своеобразием клинического течения и нередко может приводить к нарушению трудоспособности больных. По статистическим данным, 1/3 выявленных профессиональных заболеваний связана с воздействием вибрации и шума. Наиболее высокая заболеваемость вибрационной болезнью регистрируется па предприятиях тяжёлого, энергетического, транспортного машиностроения, угольной промышленности и цветной металлургии.

В настоящее время существует несколько моделей прогноза вероятности развития вибрационных нарушений у работников с виброинструментами. Наиболее удачная отечественная модель расчёта риска развития вибрационных нарушений предложена в работах Г.А.Суворова. Эта модель представляет собой логарифмическую зависимость, которая описывается уравнением (6.11).

lnT=–20*ln(L)+Cp, (6.11)

где Т – латентный период развития вибрационной болезни 1 степени, годы; L – эквивалентный корректированный уровень вибрации, дБ; Ср – переменный коэффициент, зависящий от частоты (или вероятности р) развития заболевания и определяемый по дополнительной таблице.

В соответствии с данной методикой, достоверные значения вероятности появления вибрационных нарушений отмечаются при значениях более 10 %. То есть данная формула позволяет определить стаж, при котором риск развития вибрационной болезни превышает 10%, другими словами становится значимый.

Согласно ГОСТу 31192.1-2004 время ([лет]), за которое риск развития синдрома белых пальцев станет значимым, также можно определить по формуле

, (6.12)

где А(8) - эквивалентная вибрационная экспозиция за смену на поверхности в месте контакта с рукой, м/с².

Вибрационную экспозицию за смену определяют на основе значений полной вибрации и длительности вибрационной экспозиции.

Чтобы облегчить сравнение между вибрационными экспозициями различной длительности, вибрационную экспозицию за смену выражают через полную корректированную вибрацию a_{hv (eq, 8 h)},энергия которой эквивалентна энергии вибрации непрерывного 8-часового воздействия (для удобства далее вместо обозначения a_{hv (eq, 8 h)} используют А (8)):

, (6.13)

где Т - общая длительность вибрационной экспозиции (при значении полной вибрации a_hv);

Т ₀ - базовое значение длительности, равное 8 ч (28800 с).

Если условия работы таковы, что, относительно воздействия вибрации, её можно разбить на несколько операций с разными уровнями вибрации, вибрационная экспозиция за смену может быть получена по формуле

, (6.14)

где а_hwi – полная вибрация для i -й операции; п - общее число отдельных воздействий вибрации; T_i - длительность i -й операции.

Составляющие А (8) должны быть зафиксированы по отдельности.

Полную вибрацию a_hv определяют как корень из суммы квадратов трёх составляющих вибрации (по трём осям):

. (6.15)

На рисунке 6.5 приведена вероятность отсутствия виброболезни в зависимости от стажа работы на виброопасном производстве.

Рис. 6.5. Вероятность отсутствия виброболезни при различном стаже работы на виброопасном производстве