3. Физические факторы

Физические факторы неионизирующей природы способны оказывать значительные неблагоприятные воздействия на ор­ганизм человека. При этом наибольшие значения в отношении влияния на здоровье населения имеют шум и вибрация, а также электромагнитные излучения. В настоящее время установлено, что среди всех профессиональных заболеваний около половины обусловлены воздействием шума и вибрации. В литературе име­ются сведения о возможном онкогенном влиянии электромаг­нитных полей (ЭМП).

Внедрение новых технологий, новых видов промышленного оборудования и бытовой техники требует разработки новых нормативных и методических документов по безопасному их применению. Это относится главным образом к мобильным средствам связи, аппаратно-программным комплексам, приме­няемым в системах управления и образовании. Так, общее ко­личество объектов — источников физических факторов, нахо­дящихся под надзором госсанэпидслужбы, в 2000 г. составило более 1,5 млн и за 2001 г. возросло примерно на 10 %, а по от­дельным регионам Российской Федерации увеличение числа источников акустического шума и ЭМП выросло в 12—30 раз.

Наиболее распространенным из физических факторов явля­ется акустический шум. В течение 1996—2001 гг. в крупных го­родах России уровень шума на территории жилой застройки и в жилых домах возрос, что обусловлено интенсификацией до­рожного движения и приближением жилой застройки к авто­магистралям, железнодорожным путям, аэропортам. В Москве около 70 % жилого фонда по этой причине не отвечает сани­тарно-эпидемиологическим нормативам. В Ростове-на-Дону, Таганроге, Новочеркасске и других городах Ростовской области на ряде магистралей уровни шума достигают 95 дБА.

В целях нормализации акустической обстановки и охраны здоровья населения в населенных пунктах органами исполни­тельной власти в настоящее время подготовлены региональные законы о защите населения от шума, проводится строительство объездных автодорог и рационализация движения транспорта.

Положительный эффект по защите населения от воздействия акустического шума дает строительство домов новых серий с повышенной акустической изоляцией с применением шумоза­щитных оконных и дверных балконных блоков.

1. Шум, вибрация, ультразвук и их воздействие на организм

Шум — совокупность звуков различной интенсивности и час­тоты, беспорядочно изменяющихся во времени. По своей физи­ческой природе шум представляет собой волнообразно распро­страняющиеся механические колебания частиц упругой среды (газовой, жидкой или твердой).

Его источником является любое колеблющееся тело, выве­денное из устойчивого состояния внешней силой. Например, при работе станков, использовании ручного инструмента вследствие соударения, трения, скольжения, истечения струй жидкостей и газов возникают колебательные движения, кото­рые передаются воздушной среде и распространяются в ней, образуя звуки. Звуковая волна распространяется от источника механических колебаний в виде зон ритмического сгущения и разрежения примыкающей среды.

Как и любое волнообразное колебательное движение, шум характеризуется амплитудой колебания, скоростью и длиной волны. Амплитуда колебаний определяет величину давления и силу (интенсивность) звучания. С увеличением амплитуды воз­растают звуковое давление и громкость звука. Звуковое давле­ние выражается в паскалях (1 Па = 1 Н/м²). Ухо человека ощу­щает звуковое давление от 2 • 10~⁵ до 2 • 10² Н/м². От величины звукового давления зависит сила звука (шума). Звуковое давле­ние колеблется в широких пределах.

Одной из важных характеристик звуковых колебаний является частота распространяющихся колебаний. Частота колебаний — число полных колебаний, совершенных в течение 1 с. Единица изме­рения частоты — герц (Гц) равна 1 колебанию в секунду. Частота колебаний может быть от единиц до многих тысяч герц. Однако слуховой анализатор человека воспринимает лишь звуки, имеющие частоту от 16 до 20 ООО Гц. Ниже 16 Гц — область инфразвуков, выше 20 ООО Гц — ультразвуков. Распространение звуковых волн сопровождается переносом механической (колебательной) энер­гии, измеряемой в ваттах на 1 квадратный метр (Вт/м²).

Частотный состав шума характеризует его спектр, т. е. со­вокупность входящих в него частот. Весь слышимый диапазон час­тот разбит на 9 октав со среднегеометрическими частотами: 16, 31, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 и 16 ООО Гц.

По ширине спектра шумы распределяются на узкополосные, состоящие из ограниченного числа смежных частот, и широко­полосные, включающие почти все частоты звукового диапазона. Шум, при котором наибольшая частота звука не более 400 Гц, считается низкочастотным, с частотой звуков от 400 до 1000 Гц — среднечастотным, свыше 1000 Гц — высокочастотным.

По характеру изменения интенсивности шума во времени он делится на стабильный, когда уровень звука во времени изме­няется незначительно, и импульсный, когда происходят бы­строе нарастание и спад уровня звука.

Слуховой анализатор способен регистрировать огромный диа­пазон величин энергии звуковой волны: от 10 до 10^-3 Вт/м². При этом увеличение звуковой энергии в 10 раз на слух вос­принимается как повышение громкости вдвое. Учитывая эту особенность и в связи с большой широтой диапазона величин воспринимаемых энергий звуковой волны, для измерения ин­тенсивности звуков или шума используют логарифмическую шкалу бел или децибел. По принятой шкале каждая последую­щая ступень звуковой энергии больше предыдущей в 10 раз. За исходную величинуО бел принята пороговая для слуха звуковая энергия, равная 10~¹⁶ Вт/м². Для удобства обычно пользуются не белом, а единицей, в 10 раз меньшей, — децибелом (дБ), ко­торая примерно соответствует минимальному приросту силы звука, различаемому нашим ухом. Децибел и бел — условные единицы, которые показывают, насколько данный звук в лога­рифмическом значении больше условного порога слышимости.

В настоящее время шум является одним из распространенных действующих факторов внешней среды, что обусловлено ростом числа промышленных предприятий, развитием реактивной авиации, транспорта и др. Широкое использование новых вы­сокопроизводительных видов оборудования с постоянным уве­личением скоростей движения машин и механизмов, примене­ние пневматического инструмента, мощных насосов, компрес­соров, центрифуг, вентиляторов и других механизмов создают предпосылки для возникновения новых источников шума.

Параметры шума на рабочих местах могут достигать значи­тельных величин. Так, испытание дизельного и электрического двигателей сопровождается шумом с уровнем звукового давле­ния до 136 дБ. Высокие уровни шума отмечаются у щековых и конусных дробилок — 100—125 дБ, у шаровых мельниц — 91 дБ и выше. Шум, генерируемый прессовым оборудованием в штамповочных цехах, составляет 98—126 дБ.

Воздействие шума на организм может проявляться в виде спе­цифического поражения органа слуха в сочетании с нарушениями со стороны ряда органов и систем. Вначале имеет место быстропре­ходящее понижение слуха. Однако при дальнейшем воздействии интенсивного шума происходят перераздражение клеток звуко­вого анализатора и его утомление. Это состояние проявляется в ослаблении слуховой чувствительности к концу работы, особен­но к высоким частотам. Процесс восстановления может продол­жаться от нескольких минут до 2—3 дней и более. Происходящее изо дня в день перераздражение слухового анализатора может явиться причиной постепенного развития профессиональной ту­гоухости (стойкое снижение остроты слуха). Причиной развития данной патологии является поражение звуковоспринимающего аппарата, при котором имеют место деструктивные изменения в спиральном органе (кортиев орган). Степень профессиональной тугоухости зависит от производственного стажа работы в услови­ях шума, его характера, интенсивности, длительности воздейст­вия, спектрального состава. Отмечено, что повреждающее дей­ствие шума находится в прямой зависимости от его высоты (час­тоты). Так, наиболее ранние и более выраженные изменения происходят при воздействии шума с высотой 4000 Гц и близкой к ней области. Импульсный шум (выстрел, взрыв, удар и т. д.) оказывает более сильное повреждающее действие, чем стабиль­ный шум аналогичной мощности.

Постоянное действие шума на организм вызывает поражение в первую очередь ЦНС. Функциональные изменения в нервной систе­ме наступают раньше, чем диагностируется нарушение слуховой чувствительности. При этом преобладают признаки астеновеге- тативных нарушений — раздражительность, ослабление памяти, апатия, подавленное настроение, гипергидроз, расстройство сна и др. В ряде случаев могут развиться тремор век и пальцев рук, снижение роговичного и брюшного рефлексов.

Влияние шума на сердечно-сосудистую систему проявляется в повышении артериального давления, болевых ощущениях в области сердца, урежении пульса. Под воздействием шума у работающих наблюдаются изменения секреторной и моторной функций желу­дочно-кишечного тракта, ослабление иммунологических сил орга­низма, нарушения обменных процессов.

Шум снижает производительность и качество умственной ра­боты. В результате его воздействия нарушаются концентрация внимания, точность и координированность движений, ухудша­ется восприятие звуковых и световых сигналов, возникает чув­ство усталости.

Профилактические мероприятия по борьбе с шумом должны проводиться в нескольких направлениях.

1. Снижение шума в источнике путем изменения технологии и снижение шума от оборудования.

2. Снижение шума на пути его распространения от источника за счет изоляции источников образования шума от окружаю­щей среды и обеспечения рациональной планировки помеще­ний и цехов.

3. Применение средств индивидуальной защиты от шума (на­ушники, подшлемники, антифоны и др.); проведение медицин­ских мероприятий.

Снижение шума по пути распространения звуковой волны достигается проведением строительно-акустических мероприя­тий. К ним относятся установка кожухов, экранов, звукоизоли­рующих перегородок между помещениями, нанесение звукопо­глощающих облицовок, а также размещение в помещениях штучных поглотителей.

Снижение шума методом звукопоглощения основано на пе­реходе звуковых колебаний частиц воздуха в теплоту вследствие потерь на трение в порах звукопоглощающего материала. Чем больше звуковой энергии поглощается, тем меньшее ее коли­чество отражается от поверхностей.

С помощью звукоизолирующих преград и поглощающих ма­териалов можно снизить уровень шума на 30—40 дБ.

Ультразвук. Ультразвук представляет собой механические колебания упругой среды с частотой выше 20 кГц в секунду, ко­торые не воспринимаются органом слуха.

В настоящее время удается получить ультразвуковые колеба­ния с частотой до 10 ГГц.

По своей природе ультразвуковые волны не отличаются от упругих волн слышимого диапазона. Распространение ультра­звука подчиняется основным законам, общим для акустических волн любого диапазона частот. К основным законам распро­странения ультразвука относятся законы отражения и прелом­ления на границах различных сред, дифракции и рассеяние ультразвука при наличии препятствий и неоднородностей на границах, законы волнового распространения в ограниченных участках среды.

Высокая частота ультразвуковых колебаний и малая длина волн обусловливают ряд специфических свойств ультразвука, в частности, ультразвук можно визуально наблюдать оптически­ми методами. Благодаря малой длине волны ультразвуковые волны хорошо фокусируются, что дает возможность получать направленное излучение. Кроме того, для ультразвука харак­терно получение высоких значений интенсивности при отно­сительно небольших амплитудах колебаний.

Ультразвук нашел применение во многих областях техники и промышленности, особенно при проведении различных анали­зов и контроля, например структурном анализе вещества, оп­ределении физико-химических свойств материала, дефектоско­пии. Ультразвук используется при очистке и обеззараживании деталей, ускорении химических реакций. Широкое примене­ние нашел ультразвук в медицине при лечении заболеваний по­звоночника, суставов, периферической нервной системы.

Установлено, что ультразвуковые колебания способны по­глощаться тканями тела человека, причем с увеличением час­тоты этих колебаний увеличивается их поглощение и уменьша­ется глубина проникновения в ткани человека. Поглощение ультразвука сопровождается нагреванием среды. При система­тическом воздействии ультразвука могут наблюдаться функ­циональные изменения со стороны ЦНС и периферической нервной системы, сердечно-сосудистой системы, слухового и вестибулярного аппаратов и др. В ряде случаев развиваются ве- гетативно-сосудистые расстройства в виде полиневритов, паре­стезий нижних и верхних конечностей. При длительном влия­нии ультразвука развиваются общая слабость, повышенная утомляемость, расстройство сна, появляются головные боли, чувство давления в ушах, неуверенность походки, головокруже­ние. При большом стаже работы на ультразвуковых установках отмечаются случаи выраженного диффузного понижения слуха.

В основе профилактики вредного действия ультразвука лежат мероприятия технологического характера: обеспечение обору­дования средствами механизации и автоматизации, внедрение технологических аппаратов с дистанционным управлением.

Инфразвук. Инфразвук представляет собой механические коле­бания, распространяющиеся в упругой (например, твердой, жидкой или газообразной) среде с частотой менее 20 Гц. Он характеризуется такими же параметрами, как и звук. Чем больше амплитуда колебаний, тем больше инфразвуковое дав­ление и соответственно сила инфразвука. Интенсивность ин- фразвуковой энергии выражают в ваттах на квадратный метр (Вт/м²).

Источниками инфразвуков в природе могут быть такие явле­ния, как землетрясение, извержение вулканов, морские бури. В производственных условиях инфразвук образуется при работе компрессорных установок, турбин, дизельных двигателей, электровозов, промышленных вентиляторов и других агрегатов, а также в авиационной и космической технике.

Как показывают исследования, организм человека весьма чувствителен к действию инфразвука. При длительном воздей­ствии инфразвука наблюдается значительная астенизация, вы­ражающаяся в появлении слабости, быстрой утомляемости, снижении работоспособности, появлении раздражительности. В ряде случаев наблюдаются нервно-вегетативные и психиче­ские нарушения. Так, у лиц, работающих на расстоянии 200— 300 м от реактивных самолетов, отмечались беспричинный страх, повышение артериального давления, обморочное со­стояние.

Под влиянием инфразвука повышается обмен веществ, отмеча­ются вестибулярные нарушения, снижение остроты зрения и слу­ха, изменение ритма дыхания и сердечных сокращений. Одновре­менно возможны нарушения периферического кровообращения, деятельности ЦНС, пищеварения. Инфразвуковые колебания с уровнем звукового давления 150 дБ являются пределом пере­носимости при кратковременном воздействии на человека. Наиболее опасен инфразвук частотой 8 Гц, так как при этом возможно развитие резонанса, в частности с альфа-ритмом биотоков мозга. При частотах от 1 до 3 Гц наблюдаются кисло­родная недостаточность, нарушение ритма дыхания, а при час­тотах 5—9 Гц отмечаются болезненные ощущения в грудной клетке и нижней части живота (табл. 8.3).

В исследованиях на добровольцах изучалось действие ин­фразвука частотой ниже 20 Гц и уровнем звукового давления от 119 до 144 дБ и длительностью 3 мин. Испытуемые (21 человек в возрасте 21—33 лет) жаловались на резкую слабость, адина­мию, чувство страха, учащение дыхания, изменение ритма сер­дечной деятельности, абдоминальный спазм, временный сдвиг порога слышимости на высоких частотах. Все добровольцы субъективно отмечали ощущение вибрации в теле, пространст­венную дезориентацию, понижение сенсорной чувствительно­сти, умственную спутанность (умственную конфузию), а в не­которых случаях полную прострацию, которую испытывают люди после сильного нервного потрясения. Несмотря на то что нарушения в работе вестибулярного аппарата наблюдались только у одного человека, авторы полагают, что при продол­жительном действии инфразвука этот эффект может быть са­мым значительным.

Борьба с неблагоприятным воздействием на организм ин­фразвука должна проводиться в следующих направлениях: ос­лабление инфразвука в его источнике, устранение причин воз-

Таблица 8.3. Данные переносимости низкочастотных акустических колебаний (по Alford В. R. et al., 1966)

Параметры инфразвука		Субъективное восприятие инфразвука
частота, Гц	уровень звукового давления, дБ
0-50	До 145	Вибрация грудной стенки, сухость в полости рта, изменение ритма дыхания, утомление после воз­действия
50-100	До 154	Головная боль, удушье, кашель, нарушение зрения, усталость
Дискретные частоты 100	При 153	Симптомы предела переносимости Легкая тошнота, головокружение, подреберный дискомфорт, кож­ный зуд
60	При 154	Кашель, сильное загрудинное сдавление, утомление
73	При 150	Затрудненное дыхание, салива­ция, боль при глотании, голово­кружение

никновения, изоляция и локализация инфразвука и его погло­щение, использование индивидуальных средств защиты, про­ведение систематического медицинского контроля.

Вибрация. Вибрация как производственная вредность пред­ставляет собой механические колебания упругих тел. Основны­ми параметрами вибрации являются частота и амплитуда коле­баний. Частота колебаний измеряется в герцах, амплитуда — в микрометрах или миллиметрах. Колебательные движения ха­рактеризуются также величинами виброскорости и виброуско­рения, которые являются производными от амплитуды и час­тоты. Установлено, что между частотой (f) и амплитудой (а), с одной стороны, скоростью (V) и ускорением (W) — с другой, отмечается прямая зависимость:

V = 2л•f•а и

где я — 3,14; 981 — ускорение силы тяжести в сантиметрах на 1 с².

В соответствии с ГОСТ 24346-80 (СТ СЭВ 1926-79) "Виб­рация. Термины и определения" под вибрацией понимается движение точки или механической системы, при котором про­исходит поочередное возрастание и убывание во времени зна­чений по крайней мере одной координаты.

Изменения в организме, возникающие при воздействии вибра­ции, связаны с энергией колебания, которая пропорциональна сред­неквадратической величине колебательной скорости.

Величина колебательной энергии, поглощенной телом человека (Q), прямо пропорциональна площади контакта, времени воздей­ствия и интенсивности раздражителя:

Q = S'T'I, кгм,

где S — площадь контакта, м²; Т — длительность воздействия, с; I — интенсивность вибрации, кгм/м²/с.

Источниками вибрации на производстве являются различ­ные пневматические инструменты, виброоборудование, ис­пользуемое для уплотнения бетона, обработки металлических изделий, просева порошкообразных материалов. Производст­венную вибрацию условно делят по источнику возникновения на общую и локальную. По частотному составу вибрацию под­разделяют на низкочастотную, среднечастотную и высокочас­тотную. Кроме того, по времени воздействия она может быть постоянной и непостоянной. Вибрация оказывает на организм как положительное, так и отрицательное влияние. Так, в фи­зиотерапевтической практике вибрация применяется с целью улучшения трофики, кровообращения в тканях при лечении ря­да заболеваний. Вредное действие вибрации проявляется в раз­витии вибрационной болезни, в основе которой лежат прежде всего нервно-трофическое и гемодинамическое нарушения. Одним из первоначальных ее проявлений служат изменения вибрационной, болевой и температурной чувствительности. В сосудах мелкого калибра (капилляры, артериолы) возникают спастико-атонические состояния, которые затем наблюдаются и в более крупных сосудах. Рабочие жалуются на зябкость рук, ноющие боли в них после работы и по ночам, боли в области сердца и желудка, повышенную жажду, похудание, бессонницу. Нередко развивается симптом "мертвого пальца", характери­зующийся потерей чувствительности, побелением пальцев кис­тей рук. Кроме того, могут наблюдаться отечность, гипергидроз ладоней, цианотичность кожных покровов. Под влиянием ме­стной вибрации развиваются костно-суставные (деформация кистей, локтевого и плечевого суставов) и мышечные измене­ния. У пострадавших отмечаются быстрая утомляемость, голов­ная боль, повышенная возбудимость. Нарушения со стороны сердечно-сосудистой системы проявляются гипотонией, бради- кардией, изменениями ЭКГ. Следует отметить, что вибрация в сочетании с низкой температурой вызывает более выраженные и быстро развивающиеся спастические явления в сосудах.

Воздействию общей вибрации подвергаются водители меха­низированного транспорта, рабочие заводов железобетонных конструкций, ткацких производств и др., у которых наблюда­ются более выраженные изменения со стороны ЦНС: отмеча­ются жалобы на головокружение, шум в ушах, нарушение сна, а также боли в икроножных мышцах, ослабление кожной чув­ствительности. Значительные изменения наблюдаются со сторо­ны органов кровообращения: спазм коронарных сосудов, разви­тие миокардиодистрофии, выраженное падение сосудистого то­нуса. Характерны изменения костно-суставного аппарата. Нередко появляются зрительные расстройства: изменение цве­тоощущения, границ поля зрения и снижение остроты зрения. Под влиянием общей вибрации могут возникать расстройства функции желудочно-кишечного тракта, менструального цикла у женщин, функции эндокринных желез и ряд других явлений.

Профилактика неблагоприятного влияния вибрации осуществ­ляется с помощью технических, санитарно-гигиенических и лечеб­но-профилактических мероприятий. Ведущую роль играют техни­ческие мероприятия, направленные на уменьшение вибрации путем усовершенствования ручных инструментов, внедрения оборудования и технологических процессов с дистанционным управлением, использования средств виброизоляции и вибро­поглощения и др.

Важную роль в системе профилактических мер играет регла­ментирование вибрационного фактора в производственных ус­ловиях. В этом отношении большое значение имеют установ­ленные предельно допустимые уровни вибрации для различных ее источников, например ГОСТ 12.1.012—90 "ССБТ. Вибраци­онная безопасность. Общие требования".

Другим важным направлением в профилактике вибрацион­ной болезни является внедрение рационального режима труда и отдыха: регламентирование перерывов, организация ком­плексных бригад. К работам, связанным с обслуживанием виб­рационной техники, не допускаются лица моложе 18 лет, а так­же женщины.

Большое профилактическое значение имеют физиотерапев­тические процедуры: ванны для рук, массаж, УФ-облучение, производственная гимнастика. Важную роль играют медицин­ские осмотры, которые проводятся перед поступлением на ра­боту и затем периодически, не реже 1 раза в год. Противопока­заниями к приему на работу, связанную с воздействием вибра­ции, служат органические поражения нервной системы, астенические состояния, сосудистые заболевания с наклонно­стью к ангиоспазмам, гипертоническая болезнь и др.