Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор современного состояния проблемы влияния нагревающего микроклимата на организм человека в условиях производственной деятельности 11
1.1. Влияние нагревающего микроклимата на организм человека в условиях производственной деятельности .11
1.2. Классификация теплового состояния человека работающего в условиях нагревающего микроклимата 46
1.3. Безопасные физиологические показатели и индивидуальные различия в реакциях терморегуляции 52
ГЛАВА 2. Взаимосвязь показателей теплового состояния человека и параметров микроклимата 55
Глава 3. Экспериментальные исследования взаимосвязи показателей теплового состояния человека с параметрами микроклимата и интенсивностью физической работы .67
3.1. Влияние уровня физической активности и термической нагрузкой среды на реакции терморегуляции человека 74
3.2. Влияние термической нагрузки среды на терморегуляторные реакции мужчин и женщин, не адаптированных к теплу .92
Глава 4. Влияние комплекса факторов, определяющих теплообмен человека в нагревающей среде, на его тепловое и функциональное состояние 98
Глава 5. Содержание тепла в организме человека как критерий интегральной оценки воздействия комплекса факторов, обусловливающих термическую нагрузку на работника .123
Глава 6. Оценка риска перегревания работников и определение класса условий труда в нагревающей среде .136
6.1. Взаимосвязь риска перегревания с классом условий труда .136
6.2. Сравнительный анализ методов оценки условий труда и риска перегревания 141
Глава 7. Комплексное воздействие факторов производственной среды на тепловое состояние организма .153
Глава 8. Тепловое состояние работников газовой промышленности в производственных условиях .161
8.1. Тепловое состояние работников на открытой территории в теплый период года .161
8.2. Тепловое состояние работников на рабочих местах, расположенных в офисных помещениях ПАО «Газпром» .189
Заключение 223
Выводы 226
Список использованной литературы .229
Список сокращений и условных обозначений
- Классификация теплового состояния человека работающего в условиях нагревающего микроклимата
- Безопасные физиологические показатели и индивидуальные различия в реакциях терморегуляции
- Влияние термической нагрузки среды на терморегуляторные реакции мужчин и женщин, не адаптированных к теплу
- Сравнительный анализ методов оценки условий труда и риска перегревания
Введение к работе
Актуальность проблемы. Трудовая деятельность человека в целом ряде отраслей экономики (металлургическая, нефтяная, газовая, химическая, и др.) осуществляется в микроклимате, комплекс параметров которого в сочетании с физической работой и используемой спецодеждой для защиты от производственных вредностей может вызывать перегревание организма.
Перегревание является фактором риска, как ухудшения функционального состояния организма, так и развития патологии.
При работе в нагревающей среде возникает напряжение в деятельности различных функциональных систем организма человека, обеспечивающих температурный гомеостаз, на что указывают результаты исследований целого ряда авторов (Ажаев А.Н., Вировец О.А., 1973; Ажаев А.Н., 1979 и др.).
Воздействие высокой температуры, приводящее к нарушению температурного гомеостаза, является для человека стрессовым фактором, обусловливающим нарушение процессов нейроэндокринной регуляции, водно-электролитного обмена, активации процессов перекисного окисления липидов, дестабилизации клеточной мембраны, развитию гипоксических явлений в тканях. Следствием этого нарушения является изменение метаболизма, угнетение неспецифической резистентности организма, что представлено в работах авторов: Дорофеева В.И., Мерзон К.А., Шаптала А.А., 1964 и др. Указанные явления сопровождаются значительными изменениями со стороны кардиореспираторной системы, играющей важную роль в процессе теплообмена человека с окружающей средой (Барклая А.И., Верхотин М.А.1983).
Основное условие обеспечения теплового баланса организма человека это - профилактика перегревания работающих в нагревающей среде. При этом особенно важно его прогнозирование во взаимосвязи с факторами микроклимата (температура, влажность, скорость движения воздуха, тепловое излучение), а также с др угими факторами, влияющими на тепломассообмен человека с окружающей средой (одежда, физическая активность, продолжительность воздействия термической нагрузки).
Средства индивидуальной защиты (СИЗ) в значительной степени могут ухудшать тепловое состояние человека, усиливая неблагоприятное влияние нагревающего микроклимата, вследствие нарушения тепломассообмена с окружающей средой, который определяется теплофизическими параметрами
материалов и конструктивным исполнением, что эквивалентно увеличивает степень вредности. Это означает, что оценка микроклимата без учета одежды, энерготрат, продолжительности пребывания на рабочем месте не является корректной.
Основные принципы существующего нормирования микроклимата, включающего комплекс метеорологических параметров, обеспечивают, в первую очередь, такие условия теплообмена человека с окружающей средой, которые способствуют сохранению оптимального или допустимого теплового состояния организма.
По целому ряду причин, технического и экономического характера, в том числе при работе на открытой территории, невозможно обеспечить соблюдение существующих нормативов. В этой ситуации разрешением проблемы может служить регламентация времени воздействия внешней термической нагрузки, направленная на сохранение должного теплового состояния, а также определение комплекса параметров микроклимата, который этот уровень термического напряжения организма будет поддерживать.
Исходя из сказанного, приоритет в установлении требований к параметрам микроклимата определен выбором адекватных информативных критериальных показателей:
- интегральной оценки теплового состояния организма и его
классификация;
гигиенической оценки и регламентирования термических параметров микроклимата, обусловливающих минимизацию термического напряжения организма, оцениваемого по критериям теплового состояния человека;
прогнозирования риска перегревания работника на рабочих местах в зависимости от параметров микроклимата и факторов, влияющих на тепломассообмен человека с окружающей средой.
В основу процесса выбора положено изучение взаимосвязи степени активации реакций терморегуляции с параметрами микроклимата, функциональным состоянием человека и его здоровьем, в том числе на основе использования различных адекватных математических и статистических методов.
В литературе описаны немногочисленные данные результатов исследований, которые различаются как подходом к оценке термического напряжения организма, так и целевым назначением предлагаемой классификации теплового состояния организма.
Наибольшая сходимость результатов наблюдается в области формировании требований к показателям, предлагаемым в качестве оптимальных, для оценки комфортного микроклимата и средств индивидуальной защиты (Кричагин В.И., 1966; Афанасьева Р.Ф., 1977 и др.). Однако и в этом случае недостаточно учтены факторы, влияющие на формирование температурны х реакций и их оценку (длительность работы в нагревающей среде, пол, возраст, превышение должной массы тела и др.). Наиболее противоречивы требования к показателям, устанавливающим допустимую степень перегревания организма, вследствие непременного условия для этого случая – сохранение здоровья работающих.
Решение данной задачи возможно только при установлении количественной взаимосвязи показателей терморегуляторных реакций с комплексом параметров микроклимата, а также наличия прогностических моделей функционального состояния человека, показателей его здоровья, и, в т. ч., при условии воздействия термического фактора в сочетании с другими факторами, могущими влиять на теплообмен человека с окружающей средой.
Изложенное выше, определяет актуальность исследований, направленных на изучение закономерностей формирования теплового состояния человека под влиянием термической нагрузки среды, определение критериальных показателей термического напряжения организма, установление их взаимосвязи с параметрами микроклимата, что является научной основой разработки мер профилактики перегре вания работающих, в частности, путем регламен тации продолжительности непрерывного воздействия термической нагрузки среды в течение рабочей смены.
Цель исследования. Создание физиолого-гигиенических основ для оценки нагревающего микроклимата и разработки мер профилактики теплового стресса, обусловленного перегреванием работающего человека под воздействием термической нагрузки среды.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
1. Исследовать в экспериментальных и натурных условиях влияние
нагревающего микроклимата на тепловое и функциональное состояние
человека.
2. Изучить закономерности формирования теплового состояния человека
под влиянием термической нагрузки среды в условиях производства и
определить адекватные критериальные показатели теплового состояния
организма, и установить их количественную взаимосвязь с комплексом параметров микроклимата.
-
Разработать интегральные методы оценки микроклимата, учитывающие воздействие комплекса факторов, обусловливающих термическую нагрузку на организм, с учетом особенностей терморегуляторных реакций мужчин и женщин. Установить и апробировать критерии теплового состояния человека, соответствующие различной субъективной оценке тепловой нагрузки в целях регламентации продолжительности воздействия нагревающего микроклимата.
-
Разработать математическую модель теплообмена человека, позволяющую прогнозировать накопление тепла в организме, класс условий труда, и оценить риск перегревания человека с учетом параметров микроклимата, типа одежды, уровня энерготрат, продолжительности воздействия нагревающей среды.
5.Обосновать продолжительность непрерывного пребывания на рабочем месте в зависимости от термической нагрузки среды и уровня физической активности. Определить наиболее оптимальные соотношения периодов работы и отдыха в целях предупреждения накопления избыточного тепла в организме.
6. Апробировать критериальнве показатели теплового состояния человека
на основе анализа результатов натурных исследований, проведенных с
участием работников газовой отрасли.
7. Разработать рекомендации по предупреждению перегревания
работающих в нагревающей среде, основываясь на принципе сохранения
теплового состояния организма в течение рабочей смены на допустимом
уровне.
Научная новизна и теоретическая значимость работы. На основе анализа результатов научных исследований, проведенных в экспериментальных и натурных условиях, показано влияние нагревающего микроклимата на функциональное состояние человека, и установлены критерии его оценки применительно к различной субъективной переносимости тепловой нагрузки, которые служат основой регламентации продолжительности ее воздействия.
Впервые представлены математические модели теплообмена человека с
окружающей средой, разработанные на основании использования современных
математико-статистических методов, приведена классификация
функционального состояния, обусловленного термической нагрузкой. Представлены регрессионные уравнения, позволяющие прогнозировать
накопление тепла в организме, а также риск перегревания человека с учетом параметров микроклимата, типа одежды, уровня энерготрат, продолжительности воздействия термической нагрузки. Показана тесная взаимосвязь показателей теплового состояния организма и его психофизиологических реакций.
На основе изучения динамики формирования теплового состояния организма в нагревающей среде установлены соотношения между продолжительностью непрерывного пребывания в нагревающей среде и временем необходимым для ликвидации теплового дисбаланса. Показаны различия в терморегуляторных реакциях мужчин и женщин, что требует дифференцированного подхода при регламентации времени работы в нагревающем микроклимате.
Практическая значимость работы. Разработан алгоритм классификации теплового состояния человека, на основе интегральной оценки накопления тепла в организме при воздействии нагревающего микроклимата, гигиенической оценки и регламентирования термических параметров микроклимата, прогнозирования риска перегревания работника в зависимости от параметров микроклимата и факторов, влияющих на тепломассообмен человека с окружающей средой в условиях производства.
Внедрение результатов в практику. Материалы исследований использованы при разработке нормативных и методических документов, при проведении патентных исследований, и написании монографии, в которых регламентируются условия труда в нагревающей среде и степень риска перегревания при сочетанном действии факторов рабочей среды и изложены аспекты мер профилактики перегревания:
- «Интегральная оценка нагревающего микроклимата» Методические
указания. МУК 4.3.2755-10. Утверждены Руководителем Федеральной службы
по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека,
Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации от 12
ноября 2010 г.;
- «Режимы труда и отдыха работающих в нагревающем микроклимате в
производственном помещении и на открытой местности в теплый период года».
Методические рекомендации. МР 2.2.8.0017-10. Утверждены Руководителем
Федеральной службы по защите прав потребителей и благополучия человека,
Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации 28
декабря 2010 г.;
- «Методика оценки микроклимата открытых территорий». Стандарт
организации. СТО Газпром РД 1.14-131-2005. Утверждена Распоряжением
ПАО «Газпром» от 2 декабря 2004 г. № 372 – М.: ООО «Газпром ВНИИГАЗ»,
ФГБНУ «НИИ МТ РАМН», 2005. – 32 с.;
- «Методика оценки условий труда на рабочих местах в
производственных помещениях в условиях нагревающего микроклимата».
Стандарт организации. СТО Газпром 2-1.21-150-2007. Утвержден
Распоряжением ПАО «Газпром» от 22 августа 2007 г. № 248 – М.:
ООО «Газпром ВНИИГАЗ», ФГБНУ «НИИ МТ РАМН», 2007. – 16 с.;
«Рекомендации по применению метода интегральной оценки влияния нагревающего микроклимата, с учетом комплекса факторов обусловливающих термическую нагрузку на организм работника». Рекомендации организации. Р Газпром 2007. Утверждены Распоряжением начальника Департамента по управлению персоналом ПАО «Газпром» от 24 ноября 2006г. № 5 – М.: ООО «Газпром ВНИИГАЗ», ФГБНУ «НИИ МТ РАМН», 2007. – 44 с.;
«Рекомендации по оптимизации воздушно-тепловых потоков на рабочих местах в офисных помещениях для улучшения условий труда по результатам аттестации рабочих мест». Рекомендации. Р Газпром 2008 (Отчет о НИР по договору ПАО «Газпром» от « 29 » мая 2006г. № 0052–06–16 «Разработка нормативных документов ПАО «Газпром» по оценке условий труда на рабочих местах работников Общества и оптимизация мероприятий направленных на снижение вредного воздействия факторов производственной среды»), ООО «Газпром ВНИИГАЗ», ФГБНУ «НИИ МТ», 2008. – 22 с.;
«Гигиеническая оценка факторов рабочей среды и трудового процесса при эксплуатации механических транспортных средств на объектах». Рекомендации организации. Р Газпром 148-2014. Утверждены Распоряжением начальника Департамента по управлению персоналом ПАО «Газпром» от 02.06.2014г. – М.: ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 2014. – 40 с.;
ГОСТ ХХХ (Проект) «Система газоснабжения. Магистральная трубопроводная транспортировка газа безопасные для здоровья человека условия пребывания и пользования зданиями и сооружениями. Микроклимат. Технические требования». Межгосударственный стандарт - М.: ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 2015 – 38 с.;
ГОСТ ХХХ (Проект) «Система газоснабжения. Магистральная трубопроводная транспортировка газа безопасные для здоровья человека условия пребывания и пользования зданиями и сооружениями. Микроклимат.
Контроль». Межгосударственный стандарт - М.:ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 2015 – 48 с.;
- «Способ прогнозирования функционального теплового состояния
человека в нагревающей воздушной среде». Патент на изобретение. –№
2488354 от 27.07.2013г.;
- «Тепловой стресс. Физиолого-гигиенические аспекты профилактики».
Монография. - М.: «Издательский дом «Книжник», 2012 – 224 с.
Теоретические положения и практические результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе в Центре подготовки специалистов высшей квалификации ООО «Газпром ВНИИГАЗ» по «Программе повышения квалификации специалистов нефтегазовой отрасли в разделе «Охрана труда в организациях ПАО «Газпром», 2007 – 4 с.
Положения, выносимые на защиту:
1. Критерии теплового состояния человека уточнены применительно к
различному уровню энерготрат. Наблюдается тесная корреляционная связь
между субъективной оценкой теплового состояния человека и показателями
терморегуляторных реакций организма. Наиболее тесная корреляционная
связь в диапазоне теплоощущений «комфорт», «тепло» (r= 0,52) наблюдается
между тепловыми ощущениями и температурой кожи. С увеличением
термической нагрузки («жарко», «очень жарко») связь эта ослабевает.
Наиболее тесной в этом случае она между теплоощущениями, средней
температурой тела, частотой пульса (r=0,87) изменением накопления тепла в
организме (r =– 0,914), влагопотерями (r = 0,81).
-
Изменение теплового баланса, обусловливающее тепловое состояние человека в нагревающей среде, является функцией факторов внешней среды, трудового процесса, его пола, характеристик применяемых средств индивидуальной защиты, а также накопления тепла в организме. У неадаптированных к теплу женщин наблюдаются меньшие влагопотери, более высокая температура кожи и большее накопление тепла в организме.
-
Наиболее адекватными диагностическими способами оценки теплового состояния организма человека в нагревающей среде являются интегральные показатели термической напряженности организма, выраженные в виде теплофизических моделей, которые позволяют прогнозировать функциональное состояние человека с учетом воздействия комплекса факторов внешней (параметры микроклимата) и
производственной среды (тепловое излучение, энерготраты, защитная одежда) обусловливающих термическую нагрузку.
4. Нормирование комплекса показателей нагревающего микроклимата, обусловливающих изменение интегральных показателей теплового состояния человека, с учетом регламентации времени воздействия является эффективным способом профилактики перегревания организма и риска возникновения теплового стресса.
Апробация работы. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертации, доложены и обсуждены на: 7-й Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (РГУ нефти и газа им. Губкина, Москва, 29-30.01.2007); Международной конференции «Экологическая безопасность в газовой промышленности» («International Conference Environmental safety in gas industry», ESGI) (ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Москва, 2009, 2011, 2013, 2015гг.); XI Всероссийском съезде гигиенистов и санитарных врачей «Итоги и перспективы обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения РФ» (Москва, 2012).
Апробация диссертационной работы проведена на заседании Проблемной комиссии 45.01 «Научные основы медицины труда» Научного совета № 45 «Медико-экологические проблемы здоровья работающих»при ФГБНУ «НИИ МТ» (Москва, 17.06.2015).
Вклад автора в проведение исследований. Материалы, изложенные в диссертации, получены в результате совместных исследований со специалистами ФГБНУ «НИИ МТ» и собственных исследований автора. Автором определены цель и задача работы, дизайн исследования, проведены поиск и анализ литературы, сбор, выполнены анализ, обобщение и математико-статистическая обработка экспериментальных данных, сформулированы положения, выносимые на защиту, сделаны выводы, разработаны практические рекомендации.
Экспериментальные исследования проводились на базе ФГБНУ «НИИ МТ». При выборе информативных методов и критериев оценки теплового состояния работа ющего автором проводились консультации с д.м.н . А.Г. Чеботаревым, (ФГБНУ «НИИ МТ»). При разработке математико-статистических моделей интегральных показателей функционального состояния работающего консультации проводились с д.б.н., проф. А.Ф. Бобровым (ФГБУ ГНЦ «Федеральный медико-биологический центр
им. А.И. Бурназяна» ФМБА России).
Автор лично организовывал натурные исследования по изучению влияния нагревающего микроклимата на открытой территории в теплый период года (пустынная зона южной части Астраханской области)на тепловое и функциональное состояние газоспасателей при выполнении газоопасных работ на технологических установках ООО «Газпром добыча Астрахань». Воздействие микроклиматических условий на функциональное состояние административно-управленческого и инженерно-технического персонала исследовалось в производственных (офисных) помещениях административ ных здани й ПАО «Газ пром». Доля личного участия автора составила в выборе научно-методических подходов и формирования дизайна исследования – 80%, получения первичного материала – 85%, в формировании исходных баз данных, обобщении, анализе и интерпретации результатов исследований – 90%.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 23 научные работы, в том числе 1 монография, 13 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов научных исследований, получен патент на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 265 страницах, содержит 65 таблиц, иллюстрирована 62 рисунками. Работа состоит из введения 8 глав, заключения, выводов, списка литературы, содержащего 183 источника включая 129 отечественных и 53 иностранных, 13 приложений.
Классификация теплового состояния человека работающего в условиях нагревающего микроклимата
Снижение теплопродукции обеспечивается благодаря изменению тактики поведенческих реакций человека – уменьшение двигательной активности, уменьшение количества и состава потребляемой пищи.
Метаболические сдвиги в процессе адаптации к теплу обусловлены увеличением функциональной нагрузки на органы, ответственные за теплоотдачу [47]. Они сопровождаются активацией синтеза нуклеиновых кислот и белков, развитием гипертрофии органа, повышающей их мощность. Наряду с сокращением латентного периода реакции на выделение и испарение воды возрастает количество выделяемого пота. При этом изменяется топография потоотделения – больше всего пота выделяется в тех частях тела, которые имеют анатомические особенности, благоприятные для теплоотдачи. Однако следует заметить, что топография потоотделения носит индивидуальный характер. Выделены различные типы людей, например, с преимущественным потоотделением в области туловища, ног и др.
Указанные выше изменения повышают эффективность испарения пота. В связи с этим отпадает необходимость столь высокого кожного кровотока, наблюдаемого в начальный период адаптации к теплу. Поэтому нормализуется объем не только сосудистого русла, но и циркулирующей крови, и снижается частота сердечных сокращений.
В афферентном и центральном звене повышается порог чувствительности тепловых рецепторов кожи и укорачивается латентный период реакции потоотделения. В афферентном звене увеличение функциональной нагрузки на органы, обеспечивающие испарительную теплоотдачу, сопровождается активацией синтеза РНК и белка в клетках этих органов с развитием гипертрофии, приводящей к возрастанию их мощности. В результате больше выделяется воды с низким содержанием натрия и повышается эффективность потоотделения, а, следовательно, теплоотдачи испарением. В то же время поведенческие реакции, в результате уменьшения количества потребляемой пищи и двигательной активности способствуют снижению уровня функциональной нагрузки на органы пищеварения и опорно-двигательный аппарат, что приводит к меньшему теплообразованию. Этот процесс сопровождается уменьшением массы некоторых органов через угнетение синтеза белка в клетках этих органов [47].
В связи с таким подходом к действию высоких температур, Карлыев К.М. (1986г.) предлагает свою классификацию стадий адаптации, которая основана на современной теории Мейерсона Ф.З. «Об активации синтеза нуклеиновых кислот и белков и развитии системного структурного следа в клетках органов, повышающего мощность данной системы». Это может быть продемонстрировано на примере усиления интенсивности деятельности потовых желез и других систем в процессе акклиматизации к высокой температуре окружающей среды. Карлыев К.М. выделяет четыре стадии акклиматизации.
Первая (I) аварийная стадия неустойчивой адаптации характеризуется выраженной стресс-реакцией, приводящей к повышению теплопродукции, недостаточной эффективностью испарительной теплоотдачи, которая компенсируется резкой вазодилатацией кожных сосудов со значительным увеличением кожного кровотока. Для поддержания увеличенного кожного кровотока и нормального давления возрастают частота сердечных сокращений и минутный объем сердца, веномоторный тонус и объем циркулирующей крови, уменьшается кровоток во внутренних органах.
Вторая (II) переходная стадия адаптации характеризуется тем, что интенсивность стресс-реакции снижается. В связи с этим несколько уменьшается тепловая нагрузка на организм. В результате активации синтеза нуклеиновых кислот и белков начинает формироваться системный структурный след. При невозможности покинуть зону высокой температуры меняется тактика поведенческих реакций – двигательное возбуждение сменяется снижением двигательной активности и ограничением количества потребляемой пищи. Меньшее количество потребляемой пищи снижает функциональную нагрузку на органы пищеварения и через угнетение биосинтеза нуклеиновых кислот и белков приводит к уменьшению массы этих органов, тем самым ликвидируется возможность развития относительной тканевой гипоксии. В связи с этим несколько снижаются теплопродукция, кожный кровоток, объем сосудистого русла и циркулирующей крови, частота сердечных сокращений – органы кровообращения постепенно разгружаются по сравнению с первой стадией адаптации.
Третья (III) стадия устойчивой долговременной адаптации характеризуется хорошо сформированным системным структурным следом: повышением порога чувствительности тепловых терморецепторов, укорочением латентного периода включения испарительной теплоотдачи и рабочей гипертрофией эффекторного органа испарительной теплоотдачи. Во внутренних органах происходят структурные изменения, благодаря которым периодическое резкое перераспределение кровотока (увеличение кожного и снижение кровообращения внутренних органов) не сопровождается возрастанием теплопродукции.
Четвертая (IV) стадия истощения и патологического доминирования функциональной системы, деятельность которой направлена на поддержание температурного гомеостаза, чаще всего развивается при непрерывном длительном и чрезмерно интенсивном действии высокой температуры. В связи с тратой водных ресурсов организма состояние отягчается развивающейся дегидратацией и потерей солей, витаминов, ферментов и т.д. Восполнение этих потерь затрудняется в связи с доминированием поведенческого звена функциональной системы, а именно, угнетением аппетита и значительным уменьшением количества потребляемой пищи, что может привести к развитию белкового голодания и авитаминоза.
Однако, значимость адаптации к высокой температуре среды с позиций ее влияния на функциональное состояние работающих и состояние их здоровья не следует переоценивать, о чем свидетельствуют имеющиеся результаты исследований, в частности, состояния здоровья работающих в нагревающей среде, приведенные ниже.
В настоящее время автоматизация и механизация производственных процессов, привёл к существенному снижению термической нагрузки на организм работающих. Однако ещё в целом ряде случаев в процессе трудовой деятельности рабочие подвергаются воздействию неблагоприятного микроклимата. В современном металлургическом производстве микроклимат на 59 % рабочих мест не соответствует гигиеническим требованиям. Температура воздуха при выпуске металлов достигает 40 – 45 С при ИК -излучении, равном 3350-5360 Вт/м2 [88].
Безопасные физиологические показатели и индивидуальные различия в реакциях терморегуляции
При проведении работ в нагревающей среде имеет большое значение временной прогноз возможности их выполнения, исходя из динамики реакций терморегуляции и показателей работоспособности с учётом индивидуальных различий. Например, при эффективной температуре tэ = 35 – 36 С работу в течение 1,2 часа способны выполнить 75 % мужчин, 2 часа - только 35 %, а 4 часа - всего лишь 10 % [147], что представлено на рисунке 2.1.
Данный факт свидетельствует о необходимости индивидуального подхода к допуску лиц на выполнение работы в нагревающей среде.
Важным в практическом отношении является установление границ климатических параметров, которые безопасны с позиций нарушения здоровья. При этом одна из важных проблем кроется в учёте индивидуальной переносимости [178]. Некоторые рабочие имеют низкую толерантность, например, вследствие своей конституциональной особенности. К другим причинам можно отнести, например, заболевания, состояние после алкогольного опьянения и др. Зависимость возникновения тепловых ударов от базисной эффективной температуры (ВЕТ) (с учётом их исхода) показана на примере южноафриканских рабочих золотодобывающих шахт (рис. 2.2). Однако, эти данные не могут быть распространены на другие условия. Частота тепловых ударов при указанном климате будет зависеть от тяжести физической работы, вида одежды, длительности тепловой экспозиции или степени акклиматизации к теплу. Наибольшая частота тепловых заболеваний наблюдается у лиц, недостаточно акклиматизированных или выполняющих большую по тяжести физическую
Частота тепловых ударов у южноафриканских рабочих, работающих в золотодобывающих шахтах при различной величине термической нагрузки [179] При описании климатических границ в литературе используются и интегральные показатели. Особенно часто применяется эффективная температура, но также и физиологические показатели, например, требуемая величина потоотделения [156], которые имеют большую точность с позиций оценки термической нагрузки, чем эффективные температуры. Затруднение в определении климатических границ состоит в том, что различные авторы используют различные критерии термического напряжения организма (например, на нижней или верхней границе переносимости). Эти различия в требованиях к климатическим границам можно проиллюстрировать с помощью рисунка 2.3, на котором представлены данные различных авторов. Исходя из этого можно предположительно сказать, что при увеличении энерготрат на 50 ккал/ч базисную эффективную температуру следует снижать на 1 С. При этом состоянию относительного покоя (М 100 ккал/ч) соответствует граничная температура ВЕТ, равная 33 С, а выполнению физической работы с энерготратами 400 ккал/ч соответствует 26,5 С.
Взаимосвязь параметров микроклимата и некоторых показателей теплового состояния человека представлена в целом ряде работ [3, 6, 16, 19, 21, 34, 35, 51, 119, 146, 177]. Она может быть проиллюстрирована с помощью рисунка 2.4, на котором показано, что у человека, выполняющего работу с энерготратами 1500 кДж/ч (417 Вт) относительная стабилизация ректальной температуры наблюдается при температуре воздуха не выше 41 С.
Данные на рисунке 2.5 позволяют судить о влагопотерях человека при различной температуре воздуха. Существенное их увеличение у человека, находящегося в состоянии относительного покоя наблюдается при температуре воздуха 30 С.
По мере продолжения действия термической нагрузки количество выделяемого пота уменьшается, как показано на рисунке 2.5, что является признаком снижения эффективности тепловых потерь испарением. Рис. 2.3. Рекомендуемые климатические границы для многочасовой
Влияние влажности и температуры воздуха на температуру тела можно представить в виде графиков, как представлено на рисунке 2.7.
Во влажной среде (ср = 95 %) температурный градиент grad t = tр– tк , обеспечивающий перенос тепла от глубоких тканей к поверхностным, приближается к нулю при температуре воздуха 36 С, а в «сухом» (ср 40 %) при tв 55 С (за равный промежуток времени).
Известно, что термическое напряжение организма в нагревающей среде сопровождается изменением деятельности сердечно-сосудистой системы и, в частности, частоты сердечных сокращений. Эта зависимость от двух климатических факторов, обусловливающих общую термическую нагрузку среды на организм, в наибольшей степени выражена при tв 24 C
При tв 24 C относительная влажность не оказывает существенного влияния на функциональное состояние сердечно-сосудистой деятельности. Аналогичная взаимосвязь прослеживается и в отношении ректальной температуры тела.
Согласно [177] эквивалентный тепловой эффект параметров микроклимата может быть прослежен на примере трёх показателей теплового состояния человека: ректальная температура, средневзвешенная температура кожи и частота сердечных сокращений (рис. 2.8).
На показатели теплового состояния человека, подвергающегося действию нагревающей среды, существенное влияние оказывает одежда, а, именно, её конструкция и физико-химические свойства материалов [10, 55].
Влияние термической нагрузки среды на терморегуляторные реакции мужчин и женщин, не адаптированных к теплу
При анализе реакций терморегуляции, исследовании их взаимосвязей, определении наиболее адекватных из них для целей оценки теплового состояния человека, учитывались следующие теоретические положения: - регуляция температурного гомеостаза основана на суммации температурных сигналов от различных частей тела [45]; - общие термические ощущения отражают реакции терморегуляции и являются конечным итогом переработки информации, поступающей в центральную нервную систему от периферических рецепторов [76].
Так как, тепловое состояние человека можно рассматривать как функциональную зависимость от изменения распределения тепла в «ядре» и «оболочке» тела, а также от степени напряжения механизмов терморегуляции, то для его оценки кроме показателей терморегуляторных реакций использовались также показатели деятельности других функциональных систем. К числу функциональных систем организма, играющих существенную роль в обеспечении температурного гомеостаза, относятся в частности, сердечно - сосудистая (функциональные показатели: частота сердечных сокращений, ЧСС, артериальное давление, АДД и АДС, индекс напряжения сердечной деятельности ИН, кислородный пульс и другие их производные).
Для оценки функционального состояния центральной нервной системы, реакции которой изменяются в условиях нарушения гомеостаза, исследовались показатели, характеризующие подвижность нервных процессов: простая зрительно-моторная реакция ПЗМР, критическая частота слияния световых мельканий, КЧСМ. Кроме этого, исследовалось и функциональное состояние нервно-мышечной системы (мышечная выносливость), адекватно отражающее изменение работоспособности человека [86].
Простая зрительно-моторная реакция определялась как средняя величина латентного периода реакций на 10 световых раздражителей, подаваемых с различными интервалами времени.
Мышечная выносливость (МВ) определялась как произведение силы (75 % от МПС) на время её удержания.
ЭКГ регистрировалась в отведении «А» по Небу, которое соответствует II-му стандартному отведению. При анализе ритмограммы, характеризующей деятельность сердца и отражающей в основном соотношение воздействия симпатического и парасимпатического отдела вегетативной нервной системы [22], использовались показатели, адекватные воздействию на организм термической нагрузки среды. Наиболее информативным из них согласно [55] является индекс напряжения ИН регуляторных систем, который отражает степень централизации управления сердечным ритмом.
Для определения информативности исследуемых показателей, их значимости в оценке теплового состояния, функциональной их зависимости между собой, использовали метод факторного и множественного регрессионного анализа.
Параметры микроклимата (температура, влажность и скорость движения воздуха, тепловое излучение) установлены по СанПиН 2.2.4.548-96 [97]. Для оценки комплекса составляющих микроклимата использовался интегральный показатель ТНС-индекс (термическая нагрузка среды), который определялся из уравнения: ТНС = 0,7 1вл. + 0,3 tin, (3.6) где tвл - температура влажного термометра, измеренная аспирационным психрометром Ассмана; tш - температура внутри зачернённого (коэффициент черноты 0,95) металлического шара диаметром 90 мм. Полученные данные обрабатывались с применением современных математико-статистических методов, принятых в данной области исследований.
На рис. 3.1 в графическом виде представлены величины ректальной температуры (tр), зарегистрированные у лиц, выполняющих различную по мощности общую физическую работу, иллюстрируют известный факт, описанный ещё Nielsen, 1938 [165] и свидетельствующий об относительной независимости глубокой температуры тела («ядра» тела) от температуры воздуха, что делает её с позиций оценки влияния внешней термической нагрузки на организм, недостаточно информативной. В соответствии с имеющимися данными из всех показателей реакций терморегуляции наиболее стабильным является глубокая температура тела (tт). На её сохранение, т.е. обеспечение температурного гомеостаза, направлены другие реакции, в большей степени коррелирующие с термическим воздействием среды.
Например, выраженное уменьшение величины температуры «оболочки» тела в охлаждающей среде и её увеличение в нагревающей (наряду с увеличением влагопотерь и снижением метаболического уровня, как указано ниже) способствует относительной стабилизации глубокой температуры тела в довольно широком диапазоне температур воздуха.
Величина температуры «ядра» тела человека в диапазоне температур воздуха до +30 С определяется главным образом уровнем метаболизма, обусловленным степенью физической активности.
Заметное повышение tр у человека, выполняющего физическую работу, как показано на рисунке 3.1, наблюдается при tв +30 С, когда имеет место изменение характеристик физиологического состояния организма, что представлено на рисунках в виде зависимостей: выраженного увеличения средневзвешенной температуры кожи гк, на рисунке 3.2, увеличения влагопотерь на рисунке 3.3 и потерь тепла испарением на рисунке 3.4. При этом, несмотря на интенсификацию характеристик, происходит увеличение скорости накопления тепла в организме, как показано на рисунке 3.5, что сопровождается как повышением tр (рис. 3.1), так и увеличением частоты сердечных сокращений (рис. 3.6).
Таким образом, изменения указанных выше реакций терморегуляции свидетельствуют о наличии выраженного термического напряжения организма человека, выполняющего физическую работу мощностью 10 - 50 Вт при температуре воздуха tв 30 С (при ср 80 % и V 0,1 м/с и отсутствии теплового излучения), что необходимо учитывать при оценке условий труда работающих в нагревающей среде и разработке регламента работы и отдыха.
Сравнительный анализ методов оценки условий труда и риска перегревания
В условиях производственной деятельности в нагревающей среде человек, как правило, подвергается одновременному воздействию различных факторов, определяющих термическую нагрузку на организм. В отечественной и зарубежной литературе имеются довольно многочисленные данные, в той или иной мере отражающие попытку оценить комплексное воздействие на организм различных факторов, в т. ч. внешней среды и трудового процесса. Показано, что в случае воздействия комплекса факторов, ответные реакции функциональных систем человека могут изменяться от различной степени напряжения, сопровождающегося ухудшением самочувствия и работоспособности, до развития различного вида патологии. В то же время оценка результатов многофакторных исследований представляет большую сложность, и одной из главных задач является выбор адекватного математико-статистического метода анализа и обобщения данных с позиций комплексной оценки функционального состояния человека и факторов его обусловливающих.
При описании многофакторных зависимостей применимы приемы и методы многомерного математического анализа. Известные алгоритмы описания многомерных объектов, могут быть сформированы с использованием методов кластерного, регрессионного и факторного анализа [14].
Традиционный подход с использованием многофакторного и дисперсионного анализа и F - критерия Фишера для оценки значимости как отдельных факторов, так и их сочетаний, не позволяет решить задачу прогнозирования функционального состояния человека, так как фактически исследователь сталкивается с необходимостью использования ряда линейных и нелинейных регрессионных моделей, описывающих взаимосвязь лишь отдельного показателя функционального состояния человека с комбинацией факторов внешней среды.
Несомненно, что число таких уравнений, в зависимости от количества используемых показателей функционального состояния человека, может быть весьма велико. Кроме того, в этом случае имеет место сведение многомерной, по совокупности параметров функционального состояния человека, задачи количественной оценки системного ответа организма человека, находящегося в неблагоприятных условиях, к одномерным задачам.
Современные математические методы позволяют подойти к решению этой гигиенической проблемы с позиций комплексного нормирования факторов на основе построения модели, отражающей взаимосвязь совокупности показателей функционального состояния человека или показателей его здоровья со всей совокупностью факторов, воздействующих на организм
На основании анализа условий труда в различных отраслях производственной деятельности наиболее часто встречаются такие сочетания физических факторов, как шум и вибрация, действующие зачастую на фоне неблагоприятного микроклимата нагревающего или охлаждающего.
В этих условиях человек совершает определенную работу: физическую, сопровождающуюся различным уровнем энерготрат, или умственную, характеризующуюся различной степенью напряжения. Следует также отметить, что обязательным атрибутом производственной деятельности является комплект средств индивидуальной защиты (СИЗ), используемых для защиты человека от воздействия вредных факторов производственной среды. При этом нередко СИЗ, имеющие надлежащие защитные параметры например, при работе в среде, загрязненной химическими продуктами или среде с повышенным уровнем ЭМИ, могут оказывать, по причине своих теплофизических характеристик, отрицательное влияние на теплообмен человека, что особенно опасно с позиций чрезмерного перегревания организма при выполнении физической работы в нагревающей среде.
Специальная серия исследований была посвящена комплексной оценке факторов, определяющих термическое состояние работающих в нагревающей среде в различных отраслях промышленности, в частности в газовой отрасли, как на открытой территории, так и в производственных помещениях. В этом случае помимо параметров микроклимата температуры, влажности воздуха, скорости его движения, теплового излучения, на функциональное состояние человека оказывают влияние тяжесть физической работы, используемые СИЗ и продолжительность непрерывного пребывания на рабочем месте.
Указанное означает, что в этом случае имеет место многофакторное воздействие, что обусловливает целесообразность использования математико -статистического метода интегральной оценки теплового и функционального состояния человека. Его применение позволило выделить типологические классы функционального состояния человека и определить обусловливающее его сочетания факторов производственной среды, что весьма важно с практических позиций, поскольку дает возможность оценить системный отклик организма по комплексу воздействующих факторов.
Анализ типологических классов указывает на то, что одна и та же степень перегревания организма может быть достигнута в результате воздействия различных факторов, что дает возможность манипулировать их уровнями в целях достижения того или иного эффекта.
Так, согласно полученным данным, как описано в главе 6, один и тот же уровень накопления тепла в организме может быть достигнут различным путем, а именно изменением: уровня энерготрат, продолжительностью пребывания на рабочем месте, температурой воздуха др.
В то же время можно предположить, что, в случае одинакового накопления тепла в организме, степень напряжения функционального состояния может быть различной в зависимости от того достигается ли эта величина в организме человека, находящегося в состоянии относительного покоя, или же выполняющего физическую работу.
Критерием сравнительной оценки в этом случае может служить переносимость воздействия комплекса факторов во времени, поскольку в случае выполнения физической работы в нагревающем микроклимате эффективность ее снижается за счет развития большего утомления от суммарного воздействия термической и физической нагрузки, а также нагрузки на сердечно - сосудистую систему. Тем не менее, прослеживается четкая зависимость функционального состояния человека, выполняющего физическую работу, от величины накопления тепла в организме, определяющего степень его перегревания.
Например, при меньшем накоплении тепла 4 кДж/кг у лиц, выполняющих работу с энерготратами 202,5 Вт/м2 , при температуре воздуха 23,8 С и использовании одежды с лучшими влагопроводными показателями, наблюдается меньшая частота сердечных сокращений ЧСС = 125 уд./мин и существенно выше продолжительность выполнения работы = 48,1 мин, чем при накоплении тепла в организме, составляющем 6,4 кДж/кг, обусловленным температурой воздуха tв = 33,1 С, уровнем энерготрат 154,8 Вт/м2 и эксплуатацией одежды, обладающей более низкими показателями влагопроводности, ЧСС = 135 уд./мин и продолжительностью = 23,2 мин.