Вибрация

Вибрация - это распространенный фактор производственной и окружающей среды, к которому относят механические колебания, сотрясения и толчки, прилолїенньїе к телу человека или отдельным его органам. В виде периодических сотрясений вибрация присуща всякому движению человека - ходьба и бег являются классическими примерами этого явления. К социально-гигиеническим факторам вибрацию начали относить в начале нашего столетия, что связано с развитием быстроходных средств транспорта и механизацией труда.

Широко представлены различные виды вибраций в авиации, где ее действие испытывают как члены летных экипажей, так и пассажиры. Среди физических факторов полета вибрация занимает промежуточное место между акустическим шумом и ударными ускорениями. Как и шум, вибрация имеет колебательный характер, по являясь по своей природе механическим колебанием, она требует неизмеримо большего энергетического подкрепления, поскольку при этом приводится в движение не воздушная среда, а тело человека. Как и ударные ускорения, вибрация характеризуется резкими смещениями тела, а интенсивность их измеряется в тех единицах силы тяжести, хотя в отличие вот ударного импульса вибрационные толчки совершаются по нескольку раз за секунду и имеют характер знакопеременного процесса.

Шум и вибрацию можно считать близкими явлениями не только из-за одинаковой физической природы, но также и по сходному характера вызываемых эффектов: их действие может приводит к понижению комфорта, ухудшению работоспособности, изменять физиологические функции и, наконец, влиять на состояние здоровья при однократном или хроническом воздействии. Не случайно шум интенсивностью свыше 125 дб по всем признакам приобретает черты «воздушной вибрации». В связи с этим иногда говорят в симптомах шумовибранионной болезни, которые еще встречаются в некоторых отраслях профессиональной деятельности.

Механизм возникновения вибрационных расстройств к настоящего времени окончательно не выяснен. Считается, что очень низкие частоты могут восприниматься отолитовым аппаратом, инфразвуковые колебания - механорецепторами, лежащими в глубоких структурах мышц, сухожилий и внутренних органов, а более высокие частоты - кожными рецепторами, содержащими пиброактивные чувствительные элементы. Такая полимодальность воспринимающих вибрацию структур определяет большую зависимость вибрационных эффектов вот частоты по сравнению с тот, которая имеет место в психоакустике. Видимо, с этим же обстоятельством связаны трудности в установлении физиологической природы возникновения вибрационных расстройств. Имеющиеся наблюдения показывают, что большинство органов и систем на самых различных уровнях оказываются вовлеченными в ответ на действие вибрационного фактора, но пока эти данные не позволит обосновать прогноз психологических, физиологических и патологических реакций, в чем испытывает потребность современная гигиеническая наука.

Вместе с тем вибрация является одним из самых значимых факторов полета современных летательных аппаратов. Проявления ее действия очень разнообразны: она может приводит к ухудшению функционального состояния человека, обусловливать напряженность и утомление, изменять функцию ряда анализаторов, влиять на качество управления летательным аппаратом, способствовать возникновению иллюзий. В то же время для летного состава в полете вибрация является и источником полезной неинструментальной информации, которая является важной в формировании образа полета. К сим порам многие вопросы, связанные с действием вибраций, особенно в сочетании со вторыми сопутствующими факторами, остаются еще не выясненными и требуют дальнейших изысканий.

Характеристика вибраций современных летательных аппаратов. На вертолетах характер вибраций в основном определяется работой несущей системы вертолета. При этом в спектре вибраций имеют место частоты, кратные оборотам несущего винта (оборотные частоты), а также кратные произведению числа лопастей на обороты несущего винта (лопастные частоты) и некоторые другие (табл. 11).диапазоне частот тело человека рассматривают как механическую систему, имеющую ряд собственных (резонансных) частот [Фон-Гирке X. и др., 1975]. При действии вибрации, частота которой совпадает с собственными частотами тела, возникает резонанс. При этом тело или отдельные его части колеблются с большей амплитудой, чем вибрирующая опорная поверхность или другие структуры организма. Воздействие колебаний с частотой ниже 1 Гц воспринимается человеком как качка. В этих условиях тело человека перемещается в пространстве как единое целое. Вибрация с частотой выше 90 Гц хотя и распространяются по тканям, однако не вызывают колебаний всего тела.

Наиболее важные резонансы тела человека отмечаются при действии вертикальной вибрации с частотой 4-6, 10-12, 20-30, 60-90 Гц [ Андреева-Галанина Е. Ц. и др., 1961; Борщев-Ский И. Я. и др., 1963], которые представлены ниже. вращением 120 об/мин (2 об/с) основная частота вибрации составит 6-2=12 (Гц).

Вибрации, воздействующие на человека, разделяют на общие и локальные. Локальная вибрация передается на отдельные участки тела и имеет место в основном в частотном диапазоне свыше 90 Гц. Общая вибрация передается телу через сиденье, поль и отмечается преимущественно на частотах вот 1 до 90 Гц. В этом В случае воздействия горизонтальных вибраций - вот грудь к спине и обратно - в сидящего человека резонанс отмечается на частотах 1-3 Гц, а при их действии слева направо и обратно - 0,8 Гц. Ослабление колебаний при их распространении по телу человека зависит в первую очередь вот частоты действующей вибрации [Сергеев Э. П., 1970]. Так, например, при воздействии вибрации с частотой до 10 Гц, незавысим вот места ее приложения, колебания распространяются по телу с весьма малым затуханием, вовлекая в колебательный процесс туловище и главу. При более высоких частотах вибрационного воздействия колебания ослабляются тем больше, чем выше их частота. В основе указанных эффектов лежат механические свойства тела человека и, в частности, такое из их, как величина сопротивления тела колебаниям, которая характеризуется механическим импедансом. Величина его не остается постоянной при изменении мышечного тонуса, положения тела, массы тела, направления действия вибрации [Фон-Гирке X. и др., 1975]. Отмечается также определенная нестационарность динамических характеристик тела человека и при длительном вибрационном воздействии.

Влияние на работоспособность летного состава, физиологические функции и системы

Вибрация может приводит к снижению эффективности деятельности летного состава как прямым путем, непосредственно затрудняя процесс пилотирования, так и косвенным, ухудшая работоспособность за счет нарушения функционального состояния организма. Наибольшее значение для обеспечения высокого качества деятельности летного состава имеют особенности влияния вибрации на функции зрительного и вестибулярного анализаторов, на речь, а также на пространственно-временные характеристики сложнокоординированных управляющих движений. Многолетнее же воздействие вибраций на летный состав может в некоторых случаях приводит и к развитию вибрационных расстройств.

Вибрация вызывает изменения функции зрительного анализатора. Так, снижение зрения особенно выражено на частотах колебаний 25-40 и 60-90 Гц. Это связано с тем, что при действии указанной вибрации возникающие колебания глазного яблока относительно головы приводят к смещению проекции зрительного образа на сетчатке глаза и появлению эффекта «расплывчатости» [Петров Ю. П., 1958; Griffin M., 1975]. Зрительные нарушения выражены в большей мэр при бинокулярном зрении, чем при монокулярном. Ухудшение остроты зрения вот вибрации можно компенсировать увеличением освещенности объекта. На зрительную работоспособность оказывает наибольшее влияние вертикальные и продольные колебания. Снижение эффективности зрительного восприятия при вибрации самого объекта бывает гораздо меньшим, чем его снижение, вызываемое вибрацией головы тот же амплитуды. Нарушение зрительной работоспособности зависит вот степени вовлечения головы в колебательный процесс [Levis H., Griffin M., 1980]. С увеличением угла наклона спинки кресла происходит более плотный контакт головы с заголовником, что усиливает биодинамическую реакцию головы на действие вибрации и ухудшает функцию зрительного анализатора. При длительном действии вибрации могут развиваться такие изменения, как сужение поля зрения, понижение светочувствительности, искажение цветоощущения, увеличение размеров слепого пятна. Однои из причин этих нарушений являются сосудистые изменения в сетчатой оболочке глаза [ Андреева-Галанина Е. Ц., Зильбер Д. А., 1949; Чагелешвили А. Д., 1970].

Речь в условиях вибрационного воздействия может изменяться в зависимости вот положения тела говорящего, интенсивности¹ и длительности вибрации, направления ее действия, динамических свойств тканей рта, шеи, грудной и брюшной полостей. На качество речевого сигнала оказывает наибольшее влияние вибрация в диапазоне частот вот 3 до 15 Гц, при которой отмечаются особенно отчетливые изменения характера артикуляции, причем их выраженность имеет тенденцию к усилению с увеличением продолжительности воздействия вибрации. Речь особенно затруднена при виброускорении выше 5 м/с². В условиях шума качество восприятия речи человека, подвергающегося воздействию вибрации, снижается особенно значительно.

В обеспечении высокого качества разборчивости речи вне говорящего при действии вибрации также имеет существенное значение. Повышение качества речи при действии вибрации обеспечивается путем изменения соотношения интенсивностей речь/шум, специальной тренировкой говорящих в условиях вибрации и слушающих к восприятию изменений вибрацией речи, а также и ограничением лексикона.

Изучение психофизиологических функций в летного состава, подвергающегося вибрации в процессе выполнения полетных заданный, выявило различные изменения функционального состояния организма. Так, после 1-1 ч налета общее состояние несколько улучшается, а при налете 3-3 ч появляются признаки утомления. После же 5-5 ч налета развивается выраженное¹ утомление [Каменский Ю. Н., 1982; Allan S., 1979]. При этом установлены определенные изменения в функции зрительного анализатора, условнорефлекторной деятельности, нарушения в тонкой координации движений. В полетах вибрация создает также» помехи при считывании приборной информации, снижает точность управляющих движений и затрудняет процесс пилотирования [Каменский Ю. Н., 1982]. Это может явится однои из причин, приводящих в некоторых случаях к так называемому резкому пилотированию вертолета, т.е. перемещению рычагов управления с недопустимо повышенным темпом. Подобные отклонения в технике пилотирования приводит к значительной тряске вертолета, самопроизвольному его раскачиванию и ухудшению управляемости [Самойлов Г., 1975].

Вместе с тем следует отметить, что вибрация в полетах в определенной мэр служит для летного состава источником полезной информации в работе двигателей, винтов, состоянии летательного аппарата в целом, режиме полета [Каменский Ю. Н., 1982], в связи с чем летный состав считает, что имеющиеся уровни вибрации в кабинах в настоящее время необходим снизить, по не исключать вибрацию полностью. Кроме того, в положительном значении вибрации свидетельствует и тот факт, что летчики вертолетов в процессе деятельности используют акцелерапионную информацию при пилотировании в директорном режиме. Это позволяет им быстрее реагировать на изменения пространственного положения вертолета, способствует снижению нервно-эмоционального напряжения и увеличению «резервов внимания» [Давыдов В. В, Калягин В. Я., 1982].

Представления об особенностях действия вибрации на человека-оператора существенно расширены и углублены в экспериментальных исследованиях. Комплексное изучение функционального состояния организма и работоспособности человека-оператора при многочасовом воздействии низкочастотной вибрации позволило установит развитие нескольких уровней адаптации. Первый из их - субъективное привыкание к вибрации - отмечается через 3-7 мин вот начала ее действия. По истечении этого времени обследуемые считают себя полностью адаптированными к вибрации и переоценивают свои возможности при выполнении различных операций. Следующий уровень адаптации развивается через 15-30 мин, когда происходит определенная стабилизация функций вестибулярного, двигательного и зрительного анализатора. Третий уровень наступает в основном к исходу первого часа вибрационного воздействия, после чего показатели работоспособности человека-оператора остаются достаточно высокими. Таким образом, к действию низкочастотной вибрации адаптация в полной мэр развивается спустя 1 ч. В последующем только на 4- 5-м времени воздействия вибрации отмечается утомление, происходит некоторое снижение качества операторской деятельности, показателей внимания и вторых психофизиологических функций [Иванов В. В. и др., 1981].

При вибрационном воздействии особое значение имеет функция вестибулярного анализатора. Это обусловлено тем, что, во-первых, низкочастотная вибрация является его адекватным раздражителем, что отмечалось выше. Во-вторых, это связано с тем, что функция вестибулярного анализатора играет существенную роль в процессе пространственной ориентации, а также в развитии сенсорных и вегетативных проявленный в полетах при действии вибрации [Маркарян С. С, 1959; Деревянно Э. А. и др., 1969: Копанев В. П., Егоров В. А., 1982, и др.]. Установлено, что начальные изменения функционального состояния вестибулярного анализатора отмечаются с 3-го часа вибрационного воздействия. При этом выявляются усиление асимметрии в парном функционировании вестибулярного анализатора, нарастание выраженности иллюзорных ощущений при воздействии ускорений. Более' выраженные изменения вестибулярной функции происходят на 5-м времени воздействия вибрации.

Таким образом, результаты обследования летного состава, а также экспериментальные исследования свидетельствуют в необходимости проведения соответствующих профилактических мероприятий в условиях длительного действия вибрации. Данные мероприятия должны вводится с 3-го часа полета, поскольку известно, что высокая эффективность профилактических мэр достигается лишь в том случае, если начало их проведения предшествует выраженным функциональным сдвигам. Случаи возникновения иллюзий пространственного положения и потери пространственной ориентировки в полетах при действии вибрации [Tonnes F., Guedry F., 1975] обусловливают важность получения дополнительных материалов по влиянию вибрации на точность и пространственную ориентацию человека.

Имеются данные, свидетельствующие, что в условиях действия вибрации точность определения «субъективной вертикалы» существенно не нарушается. Вместе с тем величина отклонения «воспринимаемого положения срединной линии тела» по мэр вибрационного воздействия претерпевает статистически значимые Изменения. Так, начиная с 30-и минуты и далее к окончания действии вибрации наблюдалась значимая (на 50-60%) переоценка угла отклонения «воспринимаемой срединной линии тела». Эти данные доказывают целесообразность использования вибрационных воздействий в процессе тренажной подготовки летчиков вертолетов. Их также необходим учитывать в целях адекватного моделирования иллюзорных ощущений применительно к вертолетной авиации.

в) шум и его влияние на авиационных специалистов

Современные летательные аппараты являются источниками высокоинтенсивных шумов. Главными источниками шума являются работающие двигатели и турбулентность пограничных воздушных потоков. Шумы средней интенсивности генерируются различными системами и агрегатами летательных аппаратов. Уровни шума в кабинах реактивных самолетов составляют 92— 105 дБ (А), в кабинах турбореактивных самолетов — 98—106 дБ (Л) [Gasway D., 1981]. Уровни шумов транспортных самолетов США (ДС-8, ДС-10) достигают 86-96 дБ [Viellendorf et al., 1977].Определение физических характеристик авиационных шумов и особенно адекватная интерпретация полученных данных достаточно сложны. Значительное колебание уровня шума на аэродроме, или, говоря более строго, степень их непостоянства, бывает тик велико, что требует пересчетов полученных результатов в эквивалентный по энергии уровень звука (Ь_Экв, дБА), в чем будет сказано ниже. Для измерения физических характеристик шумов используются шумомеры, регистрирующие уровень интенсивности звуковых колебаний и их частотный спектр. Кроме того, современные шумомеры имеют различные шкалы (А, В и С), которые отражают пороги слуховой чувствительности в зависимости вот частотного состава и интенсивности звука. Шумы современных летательных аппаратов при определенных условиях неблагоприятно влияют на слуховой анализатор и организм летного и инженерно-технического состава. В принципе в организме не существует ни однои системы, которая бы в того или иной степени ни изменяла своей функции под действием шума. Однако, по мнению большинства исследователей, наиболее четко эти изменения проявляются (помимо слухового анализатора) со стороны центральной нервной и сердечно-сосудистой систем.

Обычно авиационный шум характеризуют как широкополосный, но его частотный состав меняется вот многих условий, вследствие чего дать обобщенный спектр шума затруднительно.

В наиболее зашумленных зонах находится инженерно-технический состав, обслуживающий летательные аппараты. Уровни шумов в кабинах самолетов и вертолетов значительно ниже.

При воздействии на слуховую систему звука или шума возникает повышение порогов слуха. Если в ближайшие минуты после окончания этого воздействия пороги слуха остаются близкими к исходному уровню, то такое явление можно рассматривать как компенсаторную, приспособительную реакцию. Длительное, в течение многих часов, повышение порогов слуха, которые затем все же возвращаются к исходному уровню, отражает утомление анализатора. Критерием начала кумуляции эффекта утомления, приводящего в конце концов к стойкой потере слуха, можно, по нашему мнению, считать отсутствие восстановления исходной слуховой чувствительности к началу следующего шумового воздействия, если такие воздействия являются достаточно регулярными. Существует определенная граница величины воздействия, в случае превышения которой возникает хроническая акутравма. Ниже этой границы возникновение акутравмы, как правило, не происходит. Понижение слуха начинается обычно после более или менее длительного периода профессионального воздействия шума. Вначале появляется стойкое понижение слуха в диапазоне частот около 4000 Гц, затем эта граница расширяется в сторону разговорных частот. Если наряда с шумом действует интенсивный вибрационный раздражитель, то процесс тугоухости ускоряется и изменения слуха распространяются и на низкие частоты.

Однако к определенного предела отсутствует прямая зависимость между остротой слуха и качествами летной деятельности, поэтому понижение слуха при тональной аудиометрии не всегда может служит причиной отстранения вот летной работы. В неясных случаях необходим пользоваться для диагностики профпригодности лиц летного состава методом речевой аудиометрии в условиях воздействия на обследуемого имитированного профессионального шума с использованием авиационных профессиональных слов (ГОСТ 12.1. 037-82).

При действии шума на частотах 2000, 4000 и 8000 Гц среднее снижение слуха к концу рабочего дня наблюдается в инженерно-технического состава, удаленного вот стоянок самолетов, соответственно на 10, 12 и 10 дб; в авиационных механиков - на 15, 20 и 17 дб; в техников по двигателям - на 17, 35 и 42 дб [Исаков П. К. и др., 1975].