3.4. Методы исследования внешнего дыхания и газообмена

Функциональное состояние дыхательного аппарата может ха­рактеризоваться как качественными (ритм), так и количествен­ными (частота, глубина дыхания, минутный объем дыхания, жизненная емкость легких) показателями.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) состоит из дыха­тельного объема, т. е. объема воздуха, вдыхаемого и выдыхаемо­го при каждом дыхательном цикле (обычно около 500 мл), ре­зервного (дополнительного) объема вдоха — объема воздуха, по­ступающего в легкие при максимальном (после спокойного) вдоха (около 1500 мл) и резервного объема воздуха — объем воз­духа, который можно максимально выдохнуть после спокойного выдоха (около 1500 мл).

ЖЕЛ не является показателем функциональной способно-еги аппарата внешнего дыхания. Величина ЖЕЛ зависит в ос­новном от пола, возраста и роста. Однако а гигиене труда оп­ределение этого показателя можно осуществлять при сравни-к-льной оценке оптимальности рабочих поз. Так, если ЖЕЛ в свободном вертикальном положении принять за 100 %, то при сгибании туловища вперед она будет составлять 88,5 %, а при сгибании назад — 75 %.

На величину ЖЕЛ оказывает влияние интенсивность физиче­ской работы: незначительная нагрузка увеличивает ЖЕЛ, тяже­лая — снижает ее. Последнее связано с активным выдохом, уча­стие в котором принимают мышцы, уменьшающие объем груд­ной клетки. Определение ЖЕЛ может использоваться также для оценки уровня физической работоспособности человека.

Определение ЖЕЛ проводится с помощью сухого или водно-ю спирометра. Перед проведением измерения на нос исследуе­мого накладывается зажим. После максимально глубокого вдоха производится максимально глубокий выдох в мундштук. Выдох не должен быть форсированным (чрезвычайно быстрым), его время исследователем не ограничивается. Измерение производят 1 -5 раз до получения близких результатов, из которых учитыва­ется максимальный.

Более точные данные получаются при графической регист­рации ЖЕЛ на спирографах различных систем. Исследования па них проводят, как и на спирометрах. Для получения более точных и сравнимых результатов измеренный объем выдохну­того воздуха необходимо привести к тем условиям, которые имелись в легких, т. е. учитывать температуру тела, окружаю­щее давление и полное насыщение водяными парами, или BTPS (Body, Temperature, Pressure, Satyrated). Для упрощения расчетов следует умножить ЖЕЛ на поправочный коэффици­ент (табл. 3.1).

Помимо абсолютного значения, ЖЕЛ выражают также в про­центах к нормативам, разработанным с учетом пола, возраста и роста человека. Для расчета должной ЖЕЛ (ДЖЕЛ) имеются специальные номограммы и расчетные формулы. Для мужчин 25—60 лет ДЖЕЛ (в литрах) рассчитывается по формуле:

ДЖЕЛ_М = 0,052 • Р - 0,019 ■ В - 3,76, где Р — рост, см; В — возраст, годы.

Считается, что фактическая ЖЕЛ соответствует должной, ес­ли она отклоняется от нее не более чем на ±15 %.

Минутный объем дыхания (МОД), или легочная вентиляция, — объем воздуха, который вентилируется в легких за 1 мин для обеспечения организма необходимым количеством кислорода и выведения углекислого газа. Практически МОД обычно рассчитывают по объему воздуха, выдохнутого испытуе­мым за определенное время (3—5 мин), с последующим делени­ем его на число минут. Если дыхание равномерное, то МОД яв­ляется произведением глубины дыхания на его частоту. Если оно неравномерное, то МОД равен сумме всех дыхательных объ­емов за минуту. Величина МОД зависит от потребности орга­низма в кислороде и степени утилизации вентилируемого возду­ха, т. е. количества кислорода, поглощаемого из определенного объема воздуха.

МОД в стационарных условиях определяется путем измере­ния объема выдыхаемого за известный промежуток времени воз­духа при помощи газового счетчика или газовых часов (влажные и сухие). В зависимости от конструкции прибора используется маска с резиновой прокладкой, плотно прижимаемой к лицу, или загубник; в последнем случае на нос испытуемому наклады­вается зажим. Преимущество использования загубника заключа­ется в значительном уменьшении "мертвого пространства". За­губник (или маска) гофрированным шлангом соединяется с га­зовыми часами. Перед началом опыта записывают показания счетчика, а маску (или загубник) для дезинфекции обрабатыва­ют спиртом. По разности показателей до и после опыта рассчи­тывают МОД.

При невозможности расположения газомера рядом с испы­туемым (отсутствие постоянного рабочего места, работа на вы­соте и т. д.) для определения МОД используют специальные мешки Дугласа, которые изготовлены из прорезиненной ткани. Они могут фиксироваться на спине рабочего. Мешок снабжен гофрированным шлангом, соединенным с маской, которая име­ет дыхательный клапан, обеспечивающий разделение вдыхаемо­го и выдыхаемого (в мешок Дугласа) воздуха.

При исследовании легочной вентиляции по методу Дугласа забор выдыхаемого воздуха в мешок в соответствии с задачами исследования осуществляется в течение 3—5 мин (время фикси­руется по секундомеру). После опыта мешок Дугласа соединяют 52 ■ ииомером и воздух, содержащийся в нем, пропускают через и юмср. Разделив полученный объем воздуха на количество ми-mvi (время отбора), рассчитывают МОД.

Полученные объемные величины легочной вентиляции необ-МЧ1НМО привести к стационарному состоянию (т. е. воздух без примеси водяных паров, температура 0° и давление 760 мм рт.ст.) но формуле:

И, = V—^g~/ , 760( l-af)

| /к- V_n — величина МОД, приведенная к стандартному состоя­нию, л; К — величина легочной вентиляции в минуту, получен-п.ш в опыте, л; а — коэффициент, равный 0,00367; / — темпера-ivpa воздуха в момент опыта, °С; В — атмосферное давление в момент опыта, мм рт.ст.; / — упругость водяного пара, насы­щающего пространство при данной температуре, мм рт.ст.

Величина МОД в покое у мужчин составляет 5—7 л, у жен­щин несколько меньше (на 20—25 %). При выполнении физиче­ской работы (за исключением локальной) с преобладанием ди­намического компонента существует практически прямая зави­симость между интенсивностью нагрузки и величиной МОД. )го позволяет в ряде случаев классифицировать тяжесть труда по величине МОД. Так, легкая работа — МОД до 12 л/мин, средняя — до 20 л/мин, тяжелая — до 36 л/мин и очень тяже-нан — свыше 36 л/мин.

Частота дыхания (количество дыхательных движений за 1 мин) определяется путем визуального наблюдения за дыха-u-льными экскурсиями грудной клетки, однако в производст­венных условиях это не всегда осуществимо. Указанный метод 11С позволяет также качественно охарактеризовать дыхание, i е. определить его ритм. С целью устранения указанных не­достатков можно использовать различные приборы, которые позволяют получить графическую запись дыхательных движе­ний. В стационарных условиях (фиксированное рабочее место) используют спирограф или пневмограф. Их наиболее простая конструкция состоит из манжеты аппарата для измерения ар­териального давления, соединенной резиновой трубкой с кап­сулой Марея. Манжета укрепляется в области нижней части i рудной клетки испытуемого. Затем через тройник система за­полняется воздухом и герметизируется. Запись производится па кимографе или через пьезодатчик на чернильном само­писце.

Иногда по условиям технологического процесса трудовая деятельность испытуемого связана с постоянным перемещением пли осуществляется в особых условиях (монтажные работы на высоте). В этом случае применяется телеметрическая аппаратура ("Спорт"). На груди испытуемого фиксируется датчик, который представляет собой резиновую трубку, наполненную электро­проводящим порошком (графитом). При движении грудной клетки изменяется диаметр трубки, а следовательно, и электри­ческое сопротивление графита, которое фиксируется передатчи­ком, закрепленным на поясе испытуемого. Приемник, настро­енный на частоты передатчика, трансформирует его сигналами на осциллографе или чернильном самописце.

Однако при физической работе с участием мышц корпуса информативность названных выше методик ограничена, так как пневмограммы отражают не только экскурсию грудной клетки, но и артефакты от мышечных напряжений, причем последние бывают столь велики, что полностью маскируют дыхательные движения.

Глубина дыхания определяется как частное от деления МОД (в миллиметрах) на число дыханий в 1 мин.

Измерение газообмена часто бывает необходимо для определения величины энерготрат при выполнении различ­ных видов трудовой деятельности. Во-первых, величина энер­готрат может служить мерой тяжести (только для физических работ с преобладанием динамического компонента) труда; во-вторых, быть информативным показателем для оценки ра­циональности трудового процесса (например, энерготрат до и после внедрения оздоровительных мероприятий). Рост вели­чины энерготрат при неизменной производительности труда служит достаточно важным признаком развития утомления. Кроме того, величины энерготрат следует использовать при оценке производственного микроклимата, нормировании и организации труда.

Существует несколько методов определения величины энер­готрат человека. Среди них в гигиене труда наиболее широко используется метод непрямой калориметрии, который включает в себя обязательное измерение газообмена. Под газообменом понимают процессы поглощения организмом кислорода из вды­хаемого воздуха и выделение углекислого газа.

Для определения углекислого газа и кислорода в выдыхаемом воздухе используют газоанализаторы, которые могут быть физи­ческими и химическими. В химических газоанализаторах приме­няют метод избирательного поглощения углекислого газа и ки­слорода различными химическими соединениями с последую­щим определением их объемов. Физические газоанализаторы используют физические свойства газов; они подразделяются на электрические, магнитные и др.

Измерив тем или иным способом количество потребленного кислорода и выделенного углекислого газа, рассчитывают дыха­тельный коэффициент (С0₂/0₂). По его величине определяют калорический эквивалент кислорода, умножив который на ко­личество потребленного кислорода, получают величину энерго­трат.

Дня ориентировочного расчета величины энерготрат можно попользовать следующие формулы:

цп» региональной работы — Е (кДж) = 4,18 (—0.52 + 0,17 МОД); для локальной работы — Е (кДж) = 4,18 (1,27 + 0,04 МОД); коэффициент 4,18 служит для перевода килокалорий в кило-/i/коули.

15. Методы исследования сердечно-сосудистой системы

М практике физиолого-гигиенических исследований наиболее •него используют измерения гемодинамических показателей и (нектрокардиографию.

Основными показателями функциональною состояния систе­мы кровообращения, исследование которых доступно в широ­кой практике врача по гигиене труда, являются артериальное паиление, частота сердечных сокращений, ударный и минутный ооьемы сердца, среднее динамическое давление.

Частота сердечных сокращений (ЧСС) — лабиль­ный и информативный показатель функционального состояния гердсчно-сосудистой системы. Она может быть подсчитана пальпаторно, по ЭКГ или визуально по шкале пульсотахометра. По частоте сердечных сокращений нормируются предельно до­пустимые величины физического напряжения при операциях с преобладанием статической нагрузки, а также общей, регио­нальной и локальной динамической работе.

В настоящее время измерение ЧСС во время работы использу­ется для косвенной оценки уровня максимального потребления ки-i порода (МПК). Это основано на параллелизме между степенью \члщения сокращений сердца и степенью увеличения потребления кислорода во время работы. При этом используется показатель фи-шческой работоспособности PWCi₇₀ (physical working capacity):

МПК_расх = 1,7 PWC_17I1 + 1240 (мг/мин).

Величина МПК отражает уровень физической работоспособ­ности человека. В то же время величина МПК в известной сте­пени оценивает состояние сердечно-сосудистой системы, опре­деляя пределы возможного увеличения минутного объема сердца v обследуемого. МПК для нетренированного человека (мужчи­ны) составляет 2,8—3,03 л/мин (при а = 0,4 ± 0,46).

Артериальное давление (АД) измеряется аппаратом 1'ива-Роччи, или сфигмоманометром, по методу Н. С. Коротко-на. По данным систолического и диастолического давления мо-i у г быть рассчитаны следующие гемодинамические показатели:

пульсовое давление (ПД), по изменениям которого мож­но составить косвенное представление о работе сердца:

ПД = СД - ДД,

200 180

160 140

120

I- 100 U- 90

• 80 70

• 60

• 50 45

40 \- 35

30

• 25

• 20

• 15

3.0

2,8 2,6

2,4

2,2

2,0

1,8

• 1,6

• 1,4

• 1,2

• 1,0

• 0,8

1— 0,6

на регистра-на поверхно-

где ПД — пульсовое давление, мм рт.ст.; СД — систолическое (максимальное) давление, мм рт.ст.; ДД — диастолическое (ми­нимальное) давление, мм рт.ст.;

среднее динамическое давление (СДД), характери­зующееся стабильностью, изменения его указывают на неустой­чивость механизмов регуляции кровообращения:

СДД = Ш* + ДД;

ударный объем сердца (УО), определяемый по формуле Старра:

УО = 101 + 0,5 СД - 1,09 ДД - 0,6-В,

где У О — ударный объем, мл; СД — систолическое давление; ДД — диастолическое давление; В — возраст обследуемого, годы;

минутный объем сердца (МО), который определяется как произведение ударного объема и частоты сердечных сокра­щений:

МО = УО • ЧСС.

В целях более объективной оценки функционального состоя­ния сердечно-сосудистой системы целесообразно также вычис­лять должный минутный объем (ДМО):

ДМО = 2,2 • S,

поверхность тела обследуе-

где 2,2 — сердечный индекс, л; 5 -мого, рассчитываемая по формуле:

S = kjp ■ И ,

где р — масса тела, кг; h — рост, см; к — коэффициент, равный для женщины 0,162, а для мужчины — 0,167. Для ускорения рас­четов поверхность тела может определяться по номограмме (рис. 3.1).

Сопоставление МО и ДМО позволяет более точно охаракте­ризовать специфику функциональных изменений в системе, обусловленных воздействием различных факторов.

Гемодинамические показатели позволяют судить о снабже­нии работающих органов кислородом, питательными вещест­вами, гормонами и другими регуляторами. Характер и выра­женность этих изменений указывают на степень тяжести и на­пряженности труда. Так, например, при умеренной мышечной нагрузке наиболее рациональной и эффективной реакцией яв­ляется увеличение УО без ускорения или при незначительном ускорении ЧСС. За счет этого увеличивается МО кровообра­щения и работающие мышцы получают достаточное количест­во крови.

|'ис. 3.1. Номограмма для определения по-ш-рхпости тела по росту и массе.

р- 220 F 210

200

• 190

• 180

• 160

• 150

• 140

• 130

• 120

• 110

• 100 90

I- 80

Ьолее тяжелая мышечная нагрузка, особенно в неблагоприятных гигие­нических условиях, влечет за собой менее рациональную реакцию. Она iпоражается в том, что достаточное увеличение МО достигается не только и не столько за счет увеличения силы ( ердечной мышцы и УО, но в боль­шей степени за счет учащения пульса. )ю ухудшает кровоснабжение самого сердца.

При еще большей нагрузке в не-v i к шлетворител ьных гигиенических условиях реакции системы кровооб­ращения становятся все менее рацио­нальными и адекватными. При самой 1яжелой работе, как физической, так н умственной, со стороны системы кровообращения обнаруживаются па­радоксальные патологические реак­ции. У работающих уменьшается по­казатель УО, что не компенсируется соответствующим учащением пульса. Иногда это сопровождается относи­тельным замедлением пульса по срав­нению с периодом устойчивой рабо-юспособности или с его среднесмен-пой частотой. В результате показатель МО не увеличивается, а иногда даже уменьшается. Появляются также па­радоксальные сдвиги в ту или иную сторону показателя СДД, особенно

сметные у работников умственного

груда.

I- 70

I- 60

В большинстве случаев описанные патологические реакции носят вре­менный характер. У части работаю­щих по разным причинам эти сдвиги могут стабилизироваться и со време­нем модифицироваться в соответст­вующие сердечно-сосудистые заболе­вания.

Электрокардиография (ЭКГ) основана ции разности потенциалов сердца, проецируемых сти тела.

о о 8 о ооо ^вРемя,мо • ¹⁴ и в о = я

n(R-R)

80 h

70

60

50

40

30

20

10

О о О о

■ ■и in hi кривой на графике и ее форма позволяют судить о харак-и-рс нервных влияний на сердечную деятельность. Симпатото-1ШЯ характеризуется смещением вариационной кривой влево, при этом кривая сужена и имеет одну острую вершину. При ва­ми онии кривая смещена вправо, расширена и имеет несколько in ршин. Выделяют три типа кривых, характеризующих состоя­ние вегетативной нервной системы: нормотонические (с модой интервала в пределах 0,7—0,9 с), симпатотонические (при моде и Л 0,7 с) и ваготонические (мода интервала находится в преде­лах 1,0—1,2 с).

Достаточно полно вариационная кривая может быть описана параметрами моды (М₀), амплитуды моды (АМ₀) и вариационно­му размаху (Ах). M_Q — наиболее часто встречающиеся значения Л' Я-интервала, АМ₀ — количество наиболее часто встречаю­щихся величин Л—Л-интервала в процентах от общего числа анализируемых интервалов, Ах — разница между максимальным и минимальным интервалами.

По показателям математического анализа сердечного ритма можно судить и о степени напряжения регуляторных механиз­мов. Для этих целей пользуются так называемым индексом на­пряжения (ИН), который рассчитывают по специальной фор­муле:

ИН = ^АМ°

2М₀кх

во время сна

Рис. 3.2. Вариационная пульсограмма (по7.М^СБаТвсГ_У)^{ПОКОЯ; 2} ~ ^П°^{СЛе ФИЗИМ} 3

В физиологии и гигиене труда применяют двухполюсные от­ведения и чаще всего три классических, или стандартных, отве­дения: 1) рука — рука; 2) правая рука — левая нога; 3) левая ру­ка — левая нога.

Регистрация ЭКГ в условиях производства может произво­диться с помощью портативного электрокардиографа "Салют".

У здоровых людей ЭКГ несет относительно небольшую ин­формацию о состоянии организма. В настоящее время разрабо­тан ряд методических приемов обработки данных ЭКГ, которые повысили ее значимость в проведении обследования человека в процессе трудовой деятельности. К числу их относится метод вариационной пульсометрии.

Вариационная пульсометрия основана на данных измерения интервала R—R. Для этого у обследуемого проводят непрерыв­ную запись ЭКГ в течение 2^х 1г—3 мин. Измеряют 75—100 по­следовательных интервалов R—R. На основании этих данных строится вариационная кривая (рис. 3.2). Положение вариаци-58

При напряжении механизмов адаптации включение в про­цесс управления более высоких уровней приводит к значитель­ной централизации управления и соответствующим изменениям индекса напряжения, увеличению амплитуды моды, уменьше­нию значений моды и вариационного размаха.

Значение ИН изменяется от 20—70 в покое до 500—1000 в со­стоянии физического или эмоционального стресса. Анализ кар-(пюинтервалов свидетельствует о повышении напряжения регу-мяторных механизмов в процессе работы и его зависимости от характера труда. Изменение ИН регистрируется в ряде профес­сий операторского труда и при физической нагрузке.

Состояние сердечной деятельности может характеризоваться также при помощи различных индексов и коэффициентов, рас-мет которых достаточно прост.

СИ

Сердечный индекс (СИ) используется для характеристики интенсивности кровообращения и представляет собой отноше­ния величины МО к единице поверхности тела (ПТ):

₌ МО ПТ

В условиях основного обмена у здорового человека СИ со­ставляет 2,2 ± 0,3 л/(мин • м²).

Вегетативный индекс Кердо (ВИК) отражает степень влияния на сердечную деятельность парасимпатической иннервации. Он рассчитывается по формуле:

вик = 1-Д^-°.

Положительное значение ВИК говорит о преобладании сим­патических влияний, отрицательное — о преимущественно па­расимпатических.

KB

10.

Коэффициент выносливости (KB) может использоваться для оценки степени тренированности сердечно-сосудистой системы к выполнению физической нагрузки. Он представляет отноше­ние ЧСС к ПД:

ЧСС ПД

Увеличение значения KB, связанное с уменьшением ПД, яв­ляется показателем детренированности сердечно-сосудистой системы.

Показатель качества реакции (ПКР) служит той же цели и может характеризовать период восстановления после выполне­ния интенсивной работы. ПКР определяют по формуле:

ПКР= ПД₂ - ПД,

ЧСС₂-ЧСС, '

где ПД, и ЧСС, — пульсовое давление и пульс до нагрузки; ПД₂ и ЧСС₂ — пульсовое давление и пульс после нагрузки. _а

У здорового человека ПКР меньше единицы. Увеличение значения ПКР свидетельствует о неблагоприятной реакции сер­дечно-сосудистой системы на нагрузку.