5.17. Влияние вибрации на живые организмы и состояние здоровья человека. Защита от вибрации

Малые механические колебания, возникающие в упругих телах или в телах, находящихся под воздействием переменного физического поля, называются вибрации (С.В. Белов [и др.], 2007).

Схематично вредное воздействие вибрацией на организм человека показано на рис. 5.23.

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

Рис. 5.23. Действие вибрации на человека

Общую вибрацию по источнику возникновения и возможности регулирования её интенсивности оператором подразделяют на следующие категории:

• категория 1 – транспортная вибрация, воздействующая на оператора на рабочих местах самоходных и прицепных машин и транспортных средств при движении их по местности, полю и дорогам; при этом оператор может активно регулировать воздействие вибрации;

• категория 2 – транспортно-технологическая вибрация, воздействующая на человека-оператора на рабочих местах машин с ограниченной подвижностью при перемещении их по специально подготовленным поверхностям производственных помещений; при этом оператор может лишь иногда регулировать воздействие вибрации;

• категория 3а – технологическая вибрация, воздействующая на оператора на рабочих местах стационарных машин или передающаяся на рабочие места, которые не имеют источников вибрации;

• категория 3б – вибрации на рабочих местах работников умственного труда и персонала, не занимающегося физическим трудом.

Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов, которые начинаются с концевых фаланг пальцев рук и распространяются на всю кисть, предплечье, захватывают сосуды сердца. Диапозон частот 35–250 Гц считается наиболее критичными для развития вибрационной болезни. Локальная вибрация по источнику возникновения подразделяется:

• на передающуюся от ручных машин, органов ручного управления машин и оборудования;

• на передаваемую от ручных инструментов и обрабатываемых деталей.

Благодаря наличию мягких тканей, костей, суставов, внутренних органов и особенностей конфигурации тело человека представляет собой сложную колебательную систему, первичная механическая реакция которой на вибрационное воздействие зависит от диапазона частот, предопределяя последующие физиологические эффекты.

Воздействие вибрации на человека классифицируют следующим образом:

– по способу подачи колебаний;

– по направлению действия вибрации;

– по временной характеристике вибрации.

По направлению действия вибрацию подразделяют:

● на вертикальную, распространяющуюся по оси Х, перпендикулярной к опорной поверхности;

● горизонтальную, распространяющуюся по оси Y, от спины к груди;

● горизонтальную, распространяющуюся по оси Z, от правого плеча к левому плечу.

По временной характеристике различают вибрацию:

а) постоянную, для которой контролируемый параметр за время наблюдения изменяется не более чем в два раза (6дБ);

б) непостоянную, изменяющуюся по контролируемым параметрам более чем в два раза.

Вибрация относится к факторам, которая способствует повышению биологической активности. Выраженность ответных реакций вызывается главным образом силой энергетического воздействия и биохимическими свойствами человеческого тела как сложной колебательной системы.

При работе машин возникает не только шум, но и вибрация, которая приводит к нарушению функционирования техники и вызывает серьезные аварии. Установлено, что 80 % аварий в машинах связано с вибрацией. Для сидящего человека резонанс вибрации наступает при частотах 4–6 Гц, для головы – 20–30 Гц, глазных яблок – 60–90 Гц. При таких частотах интенсивная вибрация может привести к травме позвоночника, костной ткани, расстройству зрения, и даже может вызвать преждевременные роды.

Вибрация представляет собой процесс распространения механических колебаний в твердом теле. При воздействии вибрации на организм важную роль играют анализаторы центральной нервной системы – вестибулярный, кожный и другие аппараты. Длительное воздействие вибрации ведет к развитию профессиональной вибрационной болезни. Вибрация, воздействуя на машинный компонент системы (человек – машина), снижает производительность технических установок (за исключением специальных случаев) и точность считываемых показаний приборов, вызывает знакопеременные напряжения, приводящие к усталостному разрушению в конструкции и т.д.

Особенно вредны вибрации с вынужденной частотой, совпадающей с частотой собственных колебаний тела человека или отдельных органов: для тела человека 6–9 Гц, головы – 6 Гц, желудка – 8 Гц, других органов – в пределах 25 Гц. При работе строительных машин и технологических процессов существуют вертикальные и горизонтальные тряски и толчки, сопровождающиеся возникновением периодических импульсных ускорений. При частоте колебаний от 1 до 10 Гц предельные ускорения равны 10 мм/с, являются неощутимыми, 40 мм/с – слабоощутимыми, 400 мм/с – сильноощутимыми и 1000 мм/с – вредными, низкочастотные колебания с ускорением 4000 мм/с – непереносимы.

Мощность колебательного процесса в зоне контакта и время этого контакта являются главными параметрами, определяющими развитие вибрационных патологий, структура которых зависит от частоты и амплитуды колебаний, продолжительности воздействия, демпфирующих свойств тканей, явлений резонанса и других условий.

Между ответными реакциями организма и уровнем воздействующей вибрации нет никакой линейной зависимости. Причина данного явления в резонансном эффекте. При повышении частот колебаний более 0,7 Гц возможны резонансные колебания в органах человека. Резонанс человеческого тела, отдельных его органов наступает при совпадении собственных частот колебаний внутренних органов с частотами воздействия внешних сил.

Если область резонанса для головы, в положении сидя, при вертикальных вибрациях, находится в зоне между 20–30 Гц, то при горизонтальных –1,5–2,0 Гц. Особое значение резонанс приобретает по отношению к органу зрения. Для органов, расположенных в грудной клетке и брюшной полости, резонансными являются частоты 3,0–3,5 Гц. Вибрационная патология стоит на втором месте (после пылевых) среды профессиональных заболеваний.

Рассматривая нарушения состояния здоровья при вибрационном воздействии, необходимо отметить, что частота заболеваний определяется величиной дозы, а особенности клинических проявлений формируются под влиянием спектра вибраций.

При воздействии вибраций выделяют три вида патологий: общую, локальную и толчкообразную. При действии на организм общей вибрации страдает, в первую очередь, нервная система и анализаторы: вестибулярный, зрительный, тактильный. Вибрация является специфическим раздражителем для вестибулярного анализатора, причем линейные ускорения для оолитового аппарата, расположенного в мешочках преддверия, а угловые ускорения – для полукружных каналов внутреннего уха.

У рабочих, связанных вибрационными работами отмечены головокружения, расстройство координации движений, симптомы укачивания, вестибулярно-вегетативная неустойчивость. Нарушение зрительной функции проявляется сужением и выпадением отдельных участков полей зрения, снижением его остроты, иногда достигает это до 40 %, потемнением в глазах. Под влиянием общих вибраций отмечается снижение болевой, тактильной и вибрационной чувствительности. Особенно опасна толчкообразная вибрация, вызывающая микротравмы различных тканей с последующими реактивными изменениями.

Общая низкочастотная вибрация оказывает влияние на обменные процессы, проявляющиеся изменением углеводного, белкового, ферментного, витаминного и холестеринового обмена, а также биохимических показателей крови.

Вибрационная болезнь от воздействия общей вибрации и толчков отмечается у водителей автотранспорта и операторов транспортно-технологических машин и агрегатов, на заводах железобетонных изделий. Для водителей машин, трактористов, бульдозеристов, машинистов экскаваторов, подвергающихся низкочастотной и толчкообразной вибраций, характерны изменения в пояснично-крестцовом отделе позвоночника. При этом рабочие часто жалуются на боли в пояснице, конечностях, в области желудка, на отсутствие аппетита, бессонницу, раздражительность и быструю утомляемость. В целом же воздействие низко- и среднечастотной вибрации выражается общими вегетативными расстройствами и с периферическими нарушениями, преимущественно в конечностях, снижением сосудистого тонуса и чувствительности.

Бич современного производства, особенно машиностроения, – локальная вибрация. Локальной вибрации подвергаются главным образом люди, работающие с ручным механизированным инструментом. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов кисти, предплечий, нарушая снабжение конечностей кровью. Одновременно колебания действуют на нервные окончания, мышечные и костные ткани, вызывают снижение кожной чувствительности, отложение солей в суставах пальцев, деформируя и уменьшая подвижность суставов. Колебания низких частот часто вызывают резкое снижение тонуса капилляров, а высоких – спазмы сосудов. Сроки развития периферических расстройств зависят от дозы вибрации в течение рабочей смены. Преимущественное значение имеет время непрерывного контакта с вибрацией, а также суммарное время воздействия вибрации за смену (например, формовщиков, бурильщиков, заточников, рихтовщиков при среднечастотном спектре вибраций заболевание развивается через 8–10 лет), обслуживающих инструменты ударного действия, генерирующие вибрацию 30–125 Гц, которая приводит к развитию сосудистых, нервно-мышечных, костно-суставных и т.д. болезней через 12–15 лет (В.С. Белов [и др.], 1999).

При локальном воздействии низкочастотной вибрации при значительном физическом напряжении рабочие жалуются на ноющие, ломящие, тянущие боли в верхних конечностях, часто по ночам. Одним из постоянных симптомов локального и общего воздействия является расстройство чувствительности, Наиболее резко страдает от вибрации болевая и температурная чувствительность.

К факторам производственной среды, усугубляющим вредное воздействие вибраций на организм, относятся чрезмерные мышечные нагрузки, неблагоприятные микроклиматические условия, особенно пониженная температура, шум высокой интенсивности, психо-эмоциональный стресс. Охлаждение и смачивание рук значительно повышают риск развития вибрационной болезни за счет усиления сосудистых реакций. При совместном действии шума и вибрации наблюдается взаимное усиление эффекта в результате их суммации, а возможно, и потенцирования (О. Русак [и др.], 2004).

Усугубляющее влияние сопутствующих факторов учитывается при расчете показателей вероятности вибрационной болезни: по шуму (К_ш) и температуре (К_то), которые рассчитываются по следующим формулам:

К_ш = (L_ш – 80) ∙ 0,025 + 1; К_то = (20 – Т_то) · 0,08 + 1,

где К_ш – коэффициент влияния шума;

К_то – коэффициент влияния температуры окружающей среды.

Гигиеническое нормирование вибраций регламентирует параметры производственной вибрации и правила работы с виброопасными механизмами и оборудованием. (ГОСТ 12.1.012-90 «Вибрационная безопасность, общие требования». Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.556-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданиях».)

В соответствии с СанПиН 2.2.2.540-96 «Гигиенические требования к ручным инструментам и организации работ» запрещается применение ручных инструментов, генерирующих уровни вибрации более чем на 12 дБ превышающих ПДУ. Этим же документом предусмотрена защита временем работников в условиях превышающих ПДУ с обязательным применением СИЗ:

Документы устанавливают классификацию вибраций, методы гигиенической оценки, нормируемые параметры и их допустимые значения, режимы труда лиц опасных в вибрационном отношении профессий, подвергающихся воздействию локальной вибрации, требования к обеспечению виброопасности и к вибрационным характеристикам машин.

При гигиенической оценке вибраций с нормальными параметрами являются средние квадратичные значения виброскорости V (и их логарифмические уровни L_v) или виброускорения для локальных вибраций в октавных полосах, а для общей вибрации в октавных или треть октавных полосах. Допускается интегральная оценка вибрации во всем частотном диапазоне нормируемого параметра, а также по дозе вибрации с учетом времени воздействия.

Для общей и локальной вибрации допустимое значение виброскорости V_t (м/с) зависит от времени фактического воздействия вибрации, не превышающего 480 мин и определяется по формуле:

^V_t ^{= V}₄₈₀ ^∙,

где V₄₈₀ – допустимое значение виброскорости по длительности воздействия (480 мин), м/с.

Максимальное значение V_t для локальной вибрации не должно превышать значений, определяемых Т = 30 мин, а для общей вибрации при Т = 10 мин. При регулярных перерывах воздействие локальной вибрации в течение рабочей смены допустимые значения уровня виброскорости следует увеличивать на значения, которые приведены ниже.

Суммарное время перерыва

при воздействии

вибрации в течение

1 часа работы, мин до 20; свыше 20 до 30; свыше 30 до 40; свыше 40

Увеличение уровня

виброскорости L_v дБ 0 6 9 12

Допустимые уровни вибрации в жилых домах, условия их измерения и оценки регламентируется санитарными нормами СН 2.2.4/ 2.1.8.566-96.

Основными нормируемыми параметрами вибрации являются средние квадратичные величины уровней виброскорости и виброускорения в октавных полосах частот.