Факторы определяющие действие вибрации на организм человека. Вред вибрации

VIII. Производственные вибрации

3. Действие вибраций на человека

Среди профессиональных заболеваний вибрационная болезнь занимает одно из ведущих мест. Этиологическим фактором раз-вития заболевания является производственная вибрация. Такие сопутствующие факторы, как статико-динамические нагрузки, охлаждение и смачивание рук, шум, вынужденная рабочая поза, уменьшают сроки развития заболевания и обусловливают некоторые особенности клинической картины заболевания. Наиболее высокая заболеваемость вибрационной болезнью ре-гистрируется на предприятиях тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения, горнорудной промышленности и составляет 9,8 случая на 100 тыс. работающих...го и транспортного машиностроения, горнорудной промышленности и составляет 9,8 случая на 100 тыс. работающих.

Среди профессиональных заболеваний вибрационная болезнь занимает одно из ведущих мест. Этиологическим фактором раз-вития заболевания является производственная вибрация. Такие сопутствующие факторы, как статико-динамические нагрузки, охлаждение и смачивание рук, шум, вынужденная рабочая поза, уменьшают сроки развития заболевания и обусловливают некоторые особенности клинической картины заболевания. Наиболее высокая заболеваемость вибрационной болезнью ре-гистрируется на предприятиях тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения, горнорудной промышленности и составляет 9,8 случая на 100 тыс. работающих.

При изучении биологического действия вибрации принимается во внимание характер ее распространения по телу человека, которое рассматривается как сочетание масс с упругими элементами. В одном случае это все туловище с нижней частью позвоночника и тазом (стоящий человек), в другом случае — верхняя часть туловища в сочетании с верхней частью позвоночника, наги-бающийся вперед (сидящий человек).

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИИ НА ОРГАНИЗМ

Локальная вибрация малой интенсивности может оказывать благоприятное воздействие на организм человека, восстанавливая трофические изменения, улучшая функциональное состояние центральной нервной системы, ускоряя заживление ран и т.п. При увеличении интенсивности колебаний и длитель-ности их воздействия возникают изменения, приводящие в ряде случаев к развитию профессиональной патологии - вибрационной болезни. Наиболь-ший удельный вес (распространение) имеет патология, в этиопатогенезе ко-торой существенную роль играет местная (локальная) вибрация.

Согласно разработанной в нашей стране концепции, признанной в ряде стран Восточной Европы и Японии, вибрационная болезнь считается про-фессиональным заболеванием всего организма.

В Западной Европе и США в качестве профессионального заболевания, вызванного воздействием локальной вибрации, рассматривают главным об-разом синдром, связанный с побелением пальцев рук. Эти сосудистые нару-шения имеют различные названия, например феномен «мертвых», белых пальцев или синдром Рейно профессионального происхождения, травмати-ческая вазоспастическая болезнь; более позднее название - вызванные виб-рацией белые пальцы (VWF). Однако клиническая симптоматика вибраци-онных нарушений не исчерпывается сосудистыми поражениями, она вклю-чает и невротические расстройства, что постепенно начинают признавать и за рубежом.

Во многих странах широко применяется классификация вибрационного синдрома, разработанная W. Taylor и P. Pelmear (1974). Согласно этой клас-сификации, выраженность вибрационных нарушений - побеление пальцев (IV стадии) оценивается в зависимости от числа вовлеченных в патологиче-ский процесс фаланг, частоты приступов побеления с учетом того, насколь-ко они мешают трудовой деятельности и отдыху.

В 1983 г. Rigby и Cornish предложили более полную систему оценки нару-шений от локальной вибрации. Авторы выделили 4 категории: к I категории отнесено чувство онемения и (или) покалывания (не поддающееся объекти-визации), ко II категории - эпизодическое побеление пальцев рук, степень которого оценивается по специальной цифровой шкале, к III категории - акроцианоз, постоянная циркуляторная недостаточность с ухудшением чувствительности, к IV категории - некроз тканей каких-либо фаланг пальцев. Кроме стадии и количественной оценки степени побеления пальцев, указы-вается одна из пяти категорий нарушения трудоспособности.

На IV Международном симпозиуме по локальной вибрации (1986 г.) была представлена модификация классификации W. Taylor - P. Pelmear , где па-раллельно с сосудистыми выделены и неврологические стадии, в основу ус-тановления которых заложено снижение тактильной чувствительности и тактильной пространственной разрешающей способности. Мышечные и ко-стно-суставные нарушения в зарубежных классификациях не учитываются.

В нашей стране используется иной подход к оценке вибрационных нару-шений. Разработанная впервые в мире Е.Ц. Андреевой-Галаниной и соавт. (1956) классификация вибрационных нарушений - вибрационной болезни как самостоятельной нозологической формы, позволяющая выделить комп-лекс наиболее часто встречающихся синдромов, в настоящее время сущест-венно развита.

Утвержденная в 1985 г. Минздравом СССР «Классификация вибрационной бо-лезни от воздействия локальной вибрации» устанавливает 3 степени выражен-ности заболевания:

- начальные проявления (I степень);
- умеренно выраженные проявления (II степень);
- выраженные (III степень) проявления.

Каждая степень характеризуется определенными синдромами (периферический ангиодистонический, вегетативно-сенсорной полинейропатии и т.п.), причем при I степени отмечаются лишь нарушения в руках (сосудистые и сенсорные), при II и III степенях нарушения носят более генерализованный характер.

Помимо перифериче-ских сосудистых и сенсорных расстройств, рассматриваются дистрофические нарушения опорно-двигательного аппарата рук и плечевого пояса, нарушения мозгового кровообращения и синдром энцефалополинейропатии. Классификация позволяет оценить трудоспособность в зависимости от характера наблюдаемых синдромов.

В 1982 г. отечественными учеными разработана классификация вибраци-онной болезни от воздействия общей вибрации, в основу которой положен синдромный принцип, при этом учтен низкочастотный характер вибрации, хорошо распространяющейся по телу человека и вовлекающий в процесс вестибулярный анализатор.

В классификации выделяются начальные (I сте-пень), умеренно выраженные (II степень) и выраженные (III степень) про-явления вибрационной болезни от общих вибраций. В клинической картине вибрационной болезни ведущими являются церебрально-периферический ангиодистонический синдром и синдром вегетативно-сенсорной полинейропатии в сочетании с синдромом полирадикулонейропатии, вторичным пояснично-крестцовым синдромом (вследствие остеохондроза поясничного от-дела позвоночника).

Вибрационная болезнь, вызванная воздействием общей вибрации и толчков, наблюдаемая у операторов транспортных и транспортно-технологических средств, характеризуется синдромом вестибулопатии, который проявляется главным образом вестибуловегетативными расстройст-вами - головокружением, головной болью, тошнотой, рвотой, адинамией, брадикардией и др. Весьма характерны также дегенеративно-дистрофиче-ские изменения со стороны опорно-двигательного аппарата.

Особое место в клинике вибрационной болезни занимает патология со стороны опорнодвигательного аппарата. Воздействие общей вибрации при-водит к прямому микротравмирующему действию на позвоночник вслед-ствие значительных аксиальных нагрузок на межпозвоночные диски, кото-рые ведут себя как фильтры низких частот, являясь линейными даже в слу-чае локальных перегрузок в позвоночно-двигательном сегменте в результате перенапряжения познотонических мышц. Воздействие внешних и внутрен-них нагрузок на позвоночник приводит к дегенерации диска.

Локализация дегенеративных изменений в одном и том же отделе позво-ночника и значительная частота поясничных остеохондрозов у лиц вибро-опасных профессий позволяет предложить прямую связь данных изменений с патологией вибрационного генеза. Отмечено, что отчетливо выраженные остеофиты, как правило, локализуются на нижних краях I и II грудного и поясничного позвонков, а также на верхних краях II, III и IV поясничных позвонков.

Следует признать, что дегенеративные изменения позвоночного столба наряду с изменениями такого же порядка других отделов скелета у работаю-щих обнаруживаются нередко вне связи с неврологической симптоматикой. При этом диагностируемые на рентгенограммах патологические изменения костной структуры подчас являются единственными и сравнительно ранни-ми признаками вибрационной болезни.

Другим важным моментом является акселерирующее влияние вибрации на темпы естественных инволютивных процессов, поэтому обнаружение де-генеративных изменений, степень выраженности которых больше, чем сле-дует ожидать для возраста обследуемых, может свидетельствовать о наличии остеопатии, обусловленной вибрационным фактором.

В основе патогенеза вибрационной болезни лежит сложный механизм нервно-рефлекторных и нейрогуморальных нарушений, которые приводят к развитию застойного возбуждения с последующим стойким изменением как в рецепторном аппарате, так и в различных отделах нервной системы. Не-благоприятное влияние вибрации на организм человека характеризуется ло-кальным действием на ткани и заложенные в них многочисленные экстеро- и интерорецепторы (прямой микротравмирующий эффект) и опосредованно через центральную нервную систему на различные системы и органы. Важ-ную роль играют вторичные расстройства в результате нарушения трофики, вызванного сосудистой дисфункцией.

Клиническая симптоматика вибрационной болезни, обусловленная ло-кальной или общей вибрацией, складывается из нейрососудистых наруше-ний, поражений нервно-мышечной системы, опорно-двигательного аппара-та, изменений обмена веществ и др.

Существенное значение для патогенеза вибрационной болезни имеют как специфические, так и неспецифические реакции общего типа, отражающие адаптационно-компенсаторные реакции организма. Многолетнее изучение данной патологии позволило установить различные варианты ее течения с преимущественным проявлением нейрососудистых расстройств или патоло-гии опорно-двигательного аппарата.

Выраженность клинической симптоматики определяется в первую оче-редь спектральными и амплитудными параметрами вибрации и тем, в каких условиях это воздействие происходит. Так, воздействие низкочастотной виб-рации приводит к развитию вибрационной патологии с превалированием поражений нервно-мышечной системы, опорно-двигательного аппарата и менее выраженным сосудистым компонентом. Например, такая форма на-блюдается у формовщиков, бурильщиков и др. Средне- и высокочастотная вибрация вызывает различные по степени выраженности сосудистые, нерв- но-мышечные, костно-суставные и другие нарушения. При работе со шли-фовальными машинами и другими источниками высокочастотной вибрации возникают в основном сосудистые нарушения.

В результате влияния интенсивной локальной вибрации вначале возника-ют функциональные, а затем дистрофические изменения в рецепторном ап-парате и переваскулярных нервных сплетениях мелких сосудов в области верхних конечностей. Постепенно в процесс вовлекаются и другие отделы периферической и центральной нервной системы.

Повреждающее действие вибрации вызывает снижение функции гомеостатического регулирования тканевого метаболизма. Наступает также мест-ное повреждение интимы сосудов. Повышается активность щелочной фосфатазы крови, изменяется соотношение содержания нуклеиновых кислот - РНК и ДНК, снижается активность сукцинатдегидрогеназы.

Важную роль в инициировании приступа побеления пальцев играет воз-действие холода, вызывающее рефлекторное, опосредованное симпатиче-ской системой сужение сосудов. В пользу этой гипотезы свидетельствуют результаты гистологического изучения тканей пальцев рук, показавшие, что наряду с другими нарушениями в этих случаях имеет место выраженная ги-пертрофия мышц сосудистой стенки.


Усугубляет нарушение микроциркуляции и проницаемости сосудов кис-лородный дисбаланс. Исследование различных звеньев патогенеза вибраци-онной болезни (нейрогуморальных, микроциркуляторных, гормональных, фер-ментативных) позволяет предположить, что изменение тканевого метаболиз-ма и развитие дистрофических процессов связаны с наличием нарушений как местных ферментных систем, так и центральных рефлекторных влияний на тканевый обмен.

Дефицит кислорода способствует также развитию трофических наруше-ний в дистальных отделах верхних конечностей, в частности возникновению миофиброзов, артрозов и периатрозов, образованию кист, эностозов, сниже-нию минерального компонента костной ткани. Страдает капиллярное и прекапиллярное кровообращение в пальцах рук, а в последующем изменяется тонус крупных сосудов (артерий и вен) на предплечьях и плече, что клини-чески проявляется в виде ангиодистонического (или ангиоспастического) синдрома.

Определенное значение в патогенезе вибрационной болезни имеют изме-нения в свертывающей системе крови, способствующие нарушению микро-циркуляции и прогрессированию процесса. Наряду с указанным большое влияние на развитие периферических гемодинамических нарушений оказы-вает изменение механизмов вегетативно-сосудистой регуляции, связанное с измененным функционированием высших вегетативных центров и ретику-лярной формации ствола головного мозга, а также периферических вегета-тивных ганглиев.

Сосудистые нарушения при вибрационной болезни имеют тенденцию к генерализации, что в выраженных случаях может привести к постепенному развитию хронической недостаточности мозгового кровообращения.

Отмечаются также изменения функции гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы; нарушается соотношение вазоактивных веществ ренин-ангиотензинальдостероновой системы, появляются сдвиги в соотношении гормонов гипофизарно-тиреоидного комплекса, изменения в содержании циклических нуклеотидов и повышение в крови уровня простагландинов, сдвиги в кальций-магниевом обмене и т.д. В отдельных случаях вибрацион-ной болезни наблюдается изменение иммунологических показателей; при тя-желых формах вибрационной патологии отмечено нарушение функциональ-ной активности Т- и В-лимфоцитов.

Установлено, что развитие периферической полинейропатии сопровож-дается изменением активности холинэстеразы в мышцах. Расстройства дви-гательной функции, возникающие под воздействием локальной вибрации, обусловлены как нарушением координирующих влияний коркового отдела анализатора на периферию, так и непосредственным поражением мышц.

При работе с тяжелым пневматическим инструментом, когда имеет место значительное напряжение верхних конечностей, часто наблюдаются миофасцикулиты, миозиты мышц плечевого пояса, тендомиозит предплечья.

Нередко обнаруживаются деструктивно-дистрофические процессы в костно-сус-тавном аппарате.

Таким образом, в генезе вибрационной болезни от воздействия локальной вибрации играют роль как местное повреждение тканевых структур, обеспе-чивающих гомеостатическое регулирование тканевого метаболизма, так и на-рушение центральных (гуморальных и нейрорефлекторных) механизмов ре-гуляции периферического кровообращения, способствующее усугублению патологического процесса.

Что касается патогенеза вибрационной болезни от воздействия общих вибраций, то он остается до настоящего времени недостаточно изученным. Обобщенная клинико-физиологическая картина действия общей вибрации позволяет высказать гипотезу о механизме прямого микротравмирующего дей-ствия вибрации на опорно-двигательный аппарат, вестибулообусловленные и экстравестибулярные реакции. Частота и степень выраженности нарушений зависят от физических характеристик вибрации, эргономических параметров рабочего места, медико-биологических параметров человека-оператора.

Как известно, вибрационная болезнь отличается от общей вибрации полиморфностью, а наблюдаемые ранние периферические и церебральные ве-гетативно-сосудистые нарушения при этом нередко носят неспецифический функциональный характер.

По современным представлениям, патогенетический механизм формиро-вания вибрационных нарушений от воздействия общей вибрации является сложным процессом, состоящим из трех основных взаимосвязанных этапов.

Первый этап - рецепторные изменения, характеризующиеся дисфункцией вестибулярного аппарата, и связанные с ними функциональные нарушения вестибулосоматических, вестибуловегетативных, вестибулосенсорных реакций.

Второй этап - дегенеративно-дистрофические нарушения позвоночника (остеохондроз), возникающие при наличии экзогенных и эндогенных фак-торов, и связанные с ними явления декомпенсации трофической системы.

Третий этап - потеря адаптационных способностей органами равновесия и связанные с этим нарушения функционального состояния оптовестибуло- спинального комплекса вследствие патологической вестибулоафферентации.

На основании клинических, функциональных и экспериментальных ис-следований установлено, что одним из патогенетических механизмов вибра-ционной болезни наряду с нервно-рефлекторными нарушениями являются повышение венозного сопротивления, изменение венозного оттока, приво-дящего к венозному полнокровию, увеличение фильтрации жидкости и сни-жение питания тканей с развитием в дальнейшем периферического ангио- дистонического синдрома. Низкочастотная вибрация ведет к изменению морфологического состава крови: эритроцитопении, лейкоцитозу; имеет место снижение уровня гемо-глобина.

Отмечено влияние общей вибрации на обменные процессы, проявляю-щиеся в изменении углеводного обмена; биохимических показателей крови, характеризующих нарушения белкового и ферментативного, а также витамин-ного и холестеринового обмена. Наблюдаются нарушения окислительно-вос-становительных процессов, проявляющиеся в снижении активности цитохромоксидазы, креатинкиназы, в повышении концентрации молочной кислоты крови, изменении показателей азотистого обмена, в снижении альбумин- глобулинового коэффициента, в изменении активности коагулирующих и антисвертывающих факторов крови.

Установлено изменение минералкортикоидной функции: понижение концентрации ионов натрия в крови, повышение экскреции солей натрия и снижение солей калия.Имеет место нарушение деятельности эндокринной системы: нарушает-ся нейрогуморальная и гормональная регуляция функций, проявляющаяся в изменениях показателей гистамин-серотонина, содержания гидрокортизона, 17-оксикортикостероидов, катехоламинов.


Общая вибрация оказывает также отрицательное влияние на женскую по-ловую сферу, что выражается в расстройствах менструального цикла, альгодисменорее и меноррагии; у мужчин нередко наблюдается импотенция; эти нарушения наиболее характерны для операторов транспортных и транспорт-но-технологических средств, подвергающихся действию толчкообразной виб-рации.

При всех видах вибрационной болезни нередко наблюдаются изменения со стороны центральной нервной системы в виде вегетодисфункции на не-врастеническом фоне, которые могут быть связаны с комбинированным дей-ствием вибрации и интенсивного шума, постоянно сопутствующего вибра-ционным процессам.

По той же причине у работников виброопасных профессий с большим стажем возникают невриты слуховых нервов, при выраженных стадиях забо-левания наблюдается понижение слуха не только на высокие, но и на низкие тоны.

Таким образом, многочисленными исследованиями отечественных и за-рубежных специалистов показано, что вибрационная болезнь от локальных и общих вибраций отличается полиморфностью симптоматики, своеобрази-ем клинического течения и нередко может приводить к нарушению трудо-способности больных.

СТАТИСТИКА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВИБРАЦИОННОЙ ПРОФПАТОЛОГИИ

По статистическим данным, треть выявленных профессиональных забо-леваний связана с воздействием вибрации и шума. По структуре в общей доле профзаболеваний: 1991 г. - 22,5 %; 1992 г. - 22,7 %; 1993 г. — 24,1 %; 1994 г. - 26,9 %; 1995 г. - > 25. Причем при профосмотрах выявляется всего 1 - 10 % реальных случаев заболеваний. Наиболее высокая заболева-емость вибрационной болезнью регистрируется на предприятиях тяжелого, энергетического, транспортного машиностроения, угольной промышлен-ности и цветной металлургии.

Показатель заболеваемости вибрационной болезнью в основных виброопасных
профессиях и средние значения латентного периода

Вибрация – это сложный колебательный процесс, возникающий при периодическом смещении центра тяжести тела или системы тел от положения равновесия, а также при периодическом изменении формы тела, которую оно имело в статическом положении.

Причиной возбуждения вибраций являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия. Источники вибраций - возвратно-поступательно движущиеся системы (кривошипно-шатунные механизмы, ручные перфораторы, пломбиры, вибротрамбовки, приборы для упаковки товаров и пр.), а также неуравновешенные вращающиеся массы (электрические и пневматические шлифовальные и режущие машины, режущие инструменты).

Основными параметрами вибрации, происходящей по синусоидальному закону, являются: частота, амплитуда смещения, скорость, ускорение, период колебания (время, в течение которого совершается одно полное колебание).

В зависимости от контакта работника с вибрирующим оборудованием различают местную (локальную) и общую вибрацию (вибрацию рабочих мест). Вибрация, воздействующая на отдельные части организма работающего, определяется как местная. Вибрация рабочего места, воздействующая на весь организм, определяется как общая. В производственных условиях часто встречается одновременно местная и общая вибрация, которая называется смешанной вибрацией.

По направлению действия вибрацию подразделяют на действующую вдоль осей ортогональной системы координат X, Y, Z.

Общую вибрацию по источнику ее возникновения подразделяют:

1. На транспортную, которая возникает в результате движения машин по местности и дорогам.

2. Транспортно-технологическую, которая возникает при работе машин, выполняющих технологическую операцию в стационарном положении и при перемещении по специально подготовленной части производственного помещения, промышленной площадки.

3. Технологическую, которая возникает при работе стационарных машин или передается на рабочие места, не имеющие источников вибрации. Генераторами технологической вибрации является оборудование: лесопильное, деревообрабатывающее, для изготовления технологической щепы, металлообрабатывающее, кузнечно-прессовое, а также компрессоры, насосные агрегаты, вентиляторы и другие установки.

2 Воздействие вибраций на организм человека

Тело человека рассматривается как сочетание масс с упругими элементами, имеющими собственные частоты, которые для плечевого пояса, бедер и головы относительно опорной поверхности (положение "стоя") составляют 4-6 Гц, головы относительно плеч (положение "сидя") - 25-30 Гц. Для большинства внутренних органов собственные частоты лежат в диапазоне 6-9 Гц. Общая вибрация с частотой менее 0,7 Гц, определяемая как качка, хотя и неприятна, но не приводит к вибрационной болезни. Следствием такой вибрации является морская болезнь, вызванная нарушением нормальной деятельности вестибулярного аппарата по причине резонансных явлений.

При частоте колебаний рабочих мест, близкой к собственным частотам внутренних органов, возможны механические повреждения или даже разрывы. Систематическое воздействие общих вибраций, характеризующихся высоким уровнем виброскорости, приводит к вибрационной болезни, которая характеризуется нарушениями физиологических функций организма, связанными с поражением центральной нервной системы. Эти нарушения вызывают головные боли, головокружения, нарушения сна, снижение работоспособности, ухудшение самочувствия, нарушения сердечной деятельности.

Амплитуда и частота вибрации существенно влияют на тяжесть заболевания и при определенных величинах вызывают вибрационную болезнь (таблица 1).

Таблица 1 - Влияние вибрации на организм человека

Особенности воздействия вибрации определяются частотным спектром и расположением в его пределах максимальных уровней энергии колебаний. Местная вибрация малой интенсивности может благоприятно воздействовать на организм человека, восстанавливать трофические изменения, улучшать функциональное состояние центральной нервной системы, ускорять заживление ран и т. п.

При увеличении интенсивности колебаний и длительности их воздействия возникают изменения, приводящие в ряде случаев к развитию профессиональной патологии - вибрационной болезни.

Вибрация - механические колебания механизмов, машин или в соответствии с ГОСТ 12.1.012-78 вибрацию классифицируют следующим образом.

По способу передачи на человека вибрацию подразделяют на общую, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, и локальную, передающуюся через руки человека.

По направлению различают вибрацию, действующую вдоль осей ортогональной системы координат для общей вибрации, действующую вдоль всей ортогональной системы координат для локальной вибрации.

По источнику возникновения вибрацию подразделяют на транспортную (при движении машин), транспортно-технологическую (при совмещении движения с технологическим процессом, мри разбрасывании удобрений, косьбе или обмолоте самоходным комбайном и т. д.) и технологическую (при работе стационарных машин)

Вибрация характеризуется частотой f, т.е. числом колебаний и секунду (Гц), амплитудой А, т.е. смещением волн, или высотой подъема от положения равновесия (мм), скоростью V (м/с) и ускорением. Весь диапазон частот вибраций также разбивается на октавные полосы: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 63 125, 250, 500, 1000, 2000 Гц. Абсолютные значения параметров, характеризующих вибрацию, изменяются в широких пределах, по этому используют понятие уровня параметров, представляющего собой логарифмическое отношение значения параметра к опорному или пороговому его значению.

Действие вибрации на организм человека

При работе в условиях вибраций производительность труда снижается, растет число травм. На некоторых рабочих местах в сельскохозяйственном производстве вибрации превышают нормируемые значения, а в некоторых случаях они близки к предельным. Не всегда соответствуют нормам уровни вибраций на органах управления. Обычно в спектре вибрации преобладают низкочастотные вибрации, отрицательно действующие на организм. Некоторые виды вибрации неблагоприятно воздействуют на нервную и сердечнососудистую системы, вестибулярный аппарат. Наиболее вредное влияние на организм человека оказывает вибрация, частота которой совпадает с частотой собственных колебаний отдельных органов, примерные значения которых следующие (Гц): желудок - 2...3; почки - 6...8; сердце - 4...6; кишечник - 2...4; вестибулярный аппарат - 0,5..Л,3; глаза - 40...100 и т.д.

Воздействие на мускульные рефлексы достигает 20 Гц; нагруженное массой оператора сиденье на тракторе имеет собственную частоту вибрации 1,5...1,8 Гц, а задние колеса трактора - 4 Гц. Организму человека вибрация передается в момент контакта с вибрирующим объектом: при действии на конечности возникает локальная вибрация, а на все тело - общая. Локальная вибрация поражает нервно-мышечные ткани и опорно-двигательный аппарат и приводит к спазмам периферических сосудов. При длительных и интенсивных вибрациях в некоторых случаях развивается профессиональная патология (к ней чаще приводит локальная вибрация): периферическая, церебральная или церебрально-периферическая вибрационная болезнь. В последнем случае наблюдаются изменения сердечной деятельности, общее возбуждение или, наоборот, торможение, утомление, появление болей, ощущение тряски внутренних органов, тошнота. В этих случаях вибрации влияют и на костно-суставной аппарат, мышцы, периферийное кровообращение, зрение, слух. Местные вибрации вызывают спазмы сосудов, которые развиваются с концевых фаланг пальцев, распространяясь на всю кисть, предплечье, и охватывают сосуды сердца.

Тело человека рассматривается как сочетание масс с упругими элементами. В одном случае это все туловище с нижней частью позвоночника и тазом, в другом - верхняя часть туловища в сочетании с верхней частью позвоночника, наклоненной вперед. Для стоящего на вибрирующей поверхности человека существуют 2 резонансных пика на частотах 5…12 и 17…25 ГЦ, для сидящего на частотах 4…6 ГЦ. Для головы резонансные частоты находятся в области 20…30 Гц. В этом диапазоне частот амплитуда колебаний головы может превышать амплитуду колебаний плеч в 3 раза. Колебания внутренних органов, грудной клетки и брюшной полости обнаруживают резонанс на частотах 3,0...3,5 Гц.

Максимальная амплитуда колебаний брюшной стенки наблюдается на частотах 7...8 Гц. С увеличением частоты колебаний их амплитуда при передаче по телу человека ослабляется. В положении стоя и сидя эти ослабления на костях таза равны 9 дБ на октаву изменения частоты, на груди и голове - 12дБ, на плече - 12...14 дБ. Эти данные не распространяются на резонансные частоты, при воздействии которых происходит не ослабление, а увеличение колебательной скорости.

В производственных условиях ручные машины, вибрация которых имеет максимальные уровни энергии (максимальный уровень виброскорости) в полосах низких частот (до 36 Гц), вызывают вибрационную патологию с преимущественным поражением нервно-мышечной ткани и опорно-двигательного аппарата. При работе с ручными машинами, вибрация которых имеет максимальный уровень энергии в высокочастотной области спектра (выше 125 Гц), возникают главным образом сосудистые расстройства. При воздействии вибрации низкой частоты заболевание возникает через 8... 10 лет, а при воздействии высокочастотной вибрации - через 5 лет и раньше. Общая вибрация разных параметром вызывает различную степень выраженности изменений нервно и системы (центральной и вегетативной), сердечнососудистой системы и вестибулярного аппарата.

В зависимости от параметров (частота, амплитуда) вибрация может как положительно, так и отрицательно влиять на отдельные ткани и организм в целом. Вибрацию используют при лечении некоторых заболеваний, но чаще всего вибрацию (производственную) считают вредно влияющим фактором. Поэтому важно знать граничные характеристики, разделяющие позитивное и негативное влияние вибрации на человека. Впервые на полезное значение вибрации обратил внимание французский ученый аббат Сен Пьер, который в 1734 г. сконструировал вибрирующее кресло для домоседов, повышающее мышечный тонус и улучшающее циркуляцию крови. В начале XX в. в России профессор Военно-медицинской академии А.Е. Щербак доказал, что умеренная вибрация улучшает питание тканей и ускоряет заживление ран.

Производственная вибрация, характеризующаяся значительной амплитудой и продолжительностью действия, вызывает у работающих раздражительность, бессонницу, головную боль, ноющие боли в руках людей, имеющих дело с вибрирующим инструментом. При длительном воздействии вибрации перестраивается костная ткань: на рентгенограммах можно заметить полосы, похожие на следы перелома - участки наибольшего напряжения, где размягчается костная ткань. Возрастает проницаемость мелких кровеносных сосудов, нарушается нервная регуляция, изменяется чувствительность кожи. При работе с ручным механизированным инструментом может возникнуть акроасфиксия (симптом мертвых пальцев) - потеря чувствительности, побеление пальцев, кистей рук. При воздействии общей вибрации более выражены изменения со стороны центральной нервной системы: появляются головокружения, шум в ушах, ухудшение памяти, нарушение координации движений, вестибулярные расстройства, похудение.

Основные параметры вибрации: частота и амплитуда колебаний. Колеблющаяся с определенной частотой и амплитудой точка движется с непрерывно меняющимися скоростью и ускорением: они максимальны в момент ее прохождения через исходное положение покоя и снижаются до нуля в крайних позициях. Поэтому колебательное движение характеризуется также скоростью и ускорением, представляющими собой производные от амплитуды и частоты. Причем органы чувств человека воспринимают не мгновенное значение параметров вибрации, а действующее.

Вибрацию часто измеряют приборами, шкалы которых отградуированы не в абсолютных значениях скорости и ускорения, а в относительных - децибелах. Поэтому характеристиками вибрации служат также уровень колебательной скорости и уровень колебательного ускорения. Рассматривая человека как сложную динамическую структуру с изменяющимися во времени параметрами, можно выделить частоты, вызывающие резкий рост амплитуд колебаний как всего тела в целом, так и отдельных его органов. При вибрации ниже 2 Гц, действующей на человека вдоль позвоночника, тело движется как единое целое. Резонансные частоты мало зависят от индивидуальных особенностей людей, так как основной подсистемой, реагирующей на колебания, являются органы брюшной полости, вибрирующие в одной фазе. Резонанс внутренних органов наступает при частоте З...3,5 Гц, а при 4...8 Гц они смещаются.

Если вибрация действует в горизонтальной плоскости по оси, перпендикулярной позвоночнику, то резонансная частота тела обусловлена сгибанием позвоночника и жесткостью тазобедренных суставов. Область резонанса для головы сидящего человека соответствует 20…30 Гц. В этом диапазоне амплитуда виброускорения головы может втрое превышать амплитуду колебаний плеч. Качество зрительного восприятия предметов значительно ухудшается при частоте 60…70 Гц, что соответствует резонансу глазных яблок.

Исследователи Японии установили, что характер профессии определяет некоторые особенности действия вибрации. Например, у шоферов грузовых машин широко распространены желудочные заболевания, у водителей трелевочных тракторов на лесозаготовках - радикулиты, у пилотов, особенно работающих на вертолетах, наблюдается снижение остроты зрения. Нарушения нервной и сердечнососудистой деятельности у летчиков возникают в 4 раза чаще, чем у представителей других профессий.

Методы и средства защиты от вибрации

Для защиты от вибрации применяют следующие методы: снижение виброактивности машин; отстройка от резонансных частот; вибродемпфирование; виброизоляция; виброгашение, а также индивидуальные средства защиты. Снижение виброактивности машин (уменьшение Fm) достигается изменением технологического процесса, применением машин с такими кинематическими схемами, при которых динамические процессы, вызываемые ударами, ускорениями и т. п. были бы исключены или предельно снижены, например, заменой клепки сваркой; хорошей динамической и статической балансировкой механизмов, смазкой и чистотой обработки взаимодействующих поверхностей; применением кинематических зацеплений пониженной виброактивности, например, шевронных и косозубых зубчатых колес вместо прямозубых; заменой подшипников качения на подшипники скольжения; применением конструкционных материалов с повышенным внутренним трением.

Отстройка от резонансных частот заключается в изменении режимов работы машины и соответственно частоты возмущающей вибросилы; собственной частоты колебаний машины путем изменения жесткости системы с, например, установкой ребер жесткости или изменения массы системы (например путем закрепления на машине дополнительных масс).

Вибродемпфирование - это метод снижения вибрации путем усиления в конструкции процессов трения, рассеивающих колебательную энергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту при деформациях, возникающих в материалах, из которых изготовлена конструкция. Вибродемпфирование осуществляется нанесением на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение,- мягких покрытий (резина, пенопласт ПХВ-9, мастика ВД 17-59, мастика "Анти-вибрит") и жестких (листовые пластмассы, стеклоизол, гидроизол, листы алюминия); применением поверхностного трения (например, прилегающих друг к другу пластин, как у рессор); установкой специальных демпферов.

Виброгашение (увеличение массы системы) осуществляют путем установки агрегатов на массивный фундамент. Виброгашение наиболее эффективно при средних и высоких частотах вибрации. Этот способ нашел широкое применение при установке тяжелого оборудования (молотов, прессов, вентиляторов, насосов и т. п.).

Повышение жесткости системы, например путем установки ребер жесткости. Этот способ эффективен только при низких частотах вибрации.

Виброизоляция заключается в уменьшении передачи колебаний от источника к защищаемому объекту при помощи устройств, помещаемых между ними. Для виброизоляции чаще всего применяют виброизолирующие опоры типа упругих прокладок, пружин или их сочетания. Эффективность виброизоляторов оценивают коэффициентом передачи КП, равным отношению амплитуды виброперемещения, виброскорости, виброускорения защищаемого объекта, или действующей на него силы к соответствующему параметру источника вибрации. Виброизоляция только в том случае снижает вибрацию, когда КП < 1. Чем меньше КП, тем эффективнее виброизоляция.

Профилактические меры по защите от вибраций заключаются в уменьшении их в источнике образования и на пути распространения, а также в применении индивидуальных средств защиты, проведении санитарных и организационных мероприятий.

Уменьшения вибрации в источнике возникновения достигают изменением технологического процесса с изготовлением деталей из капрона, резины, текстолита, своевременным проведением профилактических мероприятий и смазочных операций; центрированием и балансировкой деталей; уменьшением зазоров в сочленениях. Передачу колебаний на основание агрегата или конструкцию здания ослабляют посредством экранирования, что является одновременно средством борьбы и с шумом.

В качестве вибропоглощающих покрытий обычно используют мастики № 579, 580, типа БД-17 и простейшие конструкции (слои рубероида, проклеенные битумом или синтетическим клеем). Если методы коллективной защиты не дают результата или их нерационально применять, то используют средства индивидуальной защиты. В качестве средств защиты от вибрации при работе с механизированным инструментом применяют антивибрационные рукавицы и специальную обувь. Антивибрационные полусапоги имеют многослойную резиновую подошву.

Длительность работы с вибрирующим инструментом не должна превышать 2/3 рабочей смены. Операции распределяют между работниками так, чтобы продолжительность непрерывного действия вибрации, включая микропаузы, не превышала 15...20 мин. Рекомендуется делать перерывы на 20 мин через 1...2ч после начала смены и на 30 мин через 2 ч после обеда.

Во время перерывов следует выполнять специальный комплекс гимнастических упражнений и гидропроцедуры - ванночки при температуре воды 38 °С, а также самомассаж конечностей.

Если вибрация машины превышает допустимое значение, то время контакта работающего с этой машиной ограничивают.

Для повышения защитных свойств организма, работоспособности и трудовой активности следует использовать специальные комплексы производственной гимнастики, витаминную профилактику (два раза в год комплекс витаминов С, В, никотиновую кислоту), спецпитание.

Вибрация относится к факторам, обладающим высокой биологической активностью (рис. 7). Вибрационная патология в настоящее время стоит на втором месте среди профессиональных заболеваний.

Клиническая картина вибрационной болезни, обусловленная общей или локальной вибрацией, складывается из:

нейрососудистых нарушений;

поражений нервно-мышечной системы;

опорно-двигательного аппарата;

изменений обмена веществ.

У рабочих вибрационных профессий отмечены головокружения, расстройство координации движений, симптомы укачивания, вегетативная неустойчивость, нарушения зрительной функции, снижение болевой, тактильной и вибрационной чувствительности и другие отклонения в состоянии здоровья.

Частота и особенности клинических проявлений заболеваний, вызванных воздействием вибрации, зависят главным образом от:

спектрального состава вибрации;

продолжительности воздействия;

индивидуальных особенностей человека;

направления вибрационного воздействия;

места приложения;

явлений резонанса;

условий воздействия вибрации (факторов производственной среды, усугубляющих вредное воздействие вибрации на организм человека).

Таблица 2

Предельно допустимые значения вибрации рабочих мест категории 3 а - «технологической»

Рис. 7. Действие вибрации на человека

Выраженность воздействия вибрации определяется, прежде всего, частотным спектром и его распределением в пределах максимальных уровней энергии. Так, воздействие низкочастотной общей вибрации приводит к поражению преимущественно нервно-мышечной системы и опорно-двигательного аппарата. Такая форма вибрационной патологии встречается, например, у формовщиков, бурильщиков и др. Средне- и высокочастотная вибрация вызывает, в первую очередь, различные по степени тяжести сосудистые и костно-суставные нарушения. Например, серьезные сосудистые нарушения наблюдаются при работе со шлифовальными машинами, являющимися источниками высокочастотной вибрации.

Колебания высоких частот вызывают спазм сосудов. В некоторых случаях сосудистые нарушения при вибрационной болезни могут привести к постепенному развитию хронической недостаточности мозгового кровообращения.

Патология со стороны опорно-двигательного аппарата объясняется тем, что общая вибрация приводит к прямому микротравмирующему действию на позвоночник (особенно толчкообразная вибрация) вследствие нагрузок на межпозвоночные диски, которые ведут себя как фильтры низких частот. Подобное воздействие приводит к развитию дегенеративно-дистрофических нарушений позвоночника (остеохондрозу).

Влияние общей вибрации на обменные процессы в организме человека проявляется в изменении углеводного обмена, биохимических показателей крови, характеризующих нарушения белкового, ферментативного, а также витаминного и холестеринового обмена. Наблюдаются также нарушения окислительно-восстановительных процессов, изменения показателей азотистого обмена и др.

Низкочастотная вибрация ведет также к изменению морфологического состава крови: лейкоцитозу, эритроцитопении; к снижению уровня гемоглобина.

Воздействию локальной вибрации подвергаются главным образом люди, работающие с ручным механизированным инструментом. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов кисти, предплечий, нарушая снабжение конечностей кровью, что способствует развитию профессионального заболевания (например, синдрома, связанного с побелением пальцев рук). Кроме сосудистой патологии, возникают и невротические расстройства, а воздействие локальной вибрации на мышечные и костные ткани приводит к снижению кожной чувствительности, отложению солей в суставах, пальцев, деформации и уменьшению подвижности суставов.

Между ответными реакциями организма и уровнем воздействующей вибрации нет линейной зависимости. Это объясняется явлением резонанса человеческого тела, отдельных органов, возникающем при совпадении собственных частот колебаний внутренних органов с частотами внешних сил. Резонансные колебания в органах человека могут возникнуть при повышении частоты колебаний более 0,7 Гц. Резонансные частоты человека в положении сидя при вертикальных вибрациях приведены на рис. 8.

Рис. 8. Резонансные частоты человека в положении сидя при вертикальных вибрациях

При работе строительных машин и технологических процессов существуют горизонтальные и вертикальные толчки и тряска, сопровождающиеся возникновением периодических импульсных ускорений. При частоте колебаний от 1 до 10 Гц предельные ускорения равные 10 мм/с 2 , являются неощутимыми, 40 мм/с 2 – слабо ощутимыми, 400 мм/с 2 – сильно ощутимыми и 1000 мм/с 2 – вредными. Низкочастотные колебания с ускорением 4000 мм/с 2 – непереносимые.

Усугубляющими вредное воздействие вибрации являются факторы производственной среды, такие как чрезмерные мышечные и нервноэмоциональные нагрузки, неблагоприятные микроклиматические условия, шум высокой интенсивности. В частности, охлаждение рук приводит к усилению сосудистых реакций и, как следствие, к более интенсивному развитию вибрационной болезни. При совместном действии шума и вибрации наблюдается взаимное усиление эффекта в результате его суммации, а возможно и потенцирования. Сопутствующие факторы могут увеличить риск вибрационной болезни в 5... 10 раз.

Показатели заболеваемости вибрационной болезнью среди основных виброопасных профессий за последние годы и средние значения латентного (скрытого) периода представлены в табл. 3.