Вибрации в живых организмах

Психологической значимости вибрации и движению мышц в живых организмах уделял особое внимание выдающийся русский физиолог И. М. Сеченов. Он утверждал, что «все внешние проявления мозговой деятельности могут быть сведены на мышечное движение». Наблюдая за поведением различных животных выдающийся австрийский учёный, основоположник этологии Конрад Лоренц установил зависимость между уровнем агрессивности животного и интенсивностью его движений или вибраций. Определить характеристики психофизиологического состояния и эмоций человека можно с помощью виброизображения.

• Вибрации напряженных мышц.

• Вибрации сопровождающие дыхание: храп.

• Вибрации голосовые: низкие частоты речи человека.

Основными параметрами, характеризующими вибрацию, является амплитуда смещения (виброперемещения),т.е. величина наибольшего отклонения колеблющейся точки от положения равновесия, обозначается А или х_m, измеряется в метрах или сантиметрах; виброскорость или амплитуда колебательной скорости , м/c; виброускорение или амплитуда колебательного ускорения а, м/с; период колебаний Т – время между двумя последовательными одинаковыми состояниями системы, с; частота f ,связанная с периодом известным соотношением: f = 1/ Т.

Вибросмещение, виброскорость и виброускорение считаются абсолютными параметрами вибрации, которые могут изменяться в очень широких пределах. Поэтому удобнее пользоваться уровнем параметров. Уровень параметра – это десятикратный логарифм отношения абсолютной величины параметра к некоторой величине, принятой за начало отсчета (порог, опорное значение). Измеряются уровни в децибелах (дБ).

Относительные уровни колебательной скорости и ускорения определяются по формулам:

L_ = lg V² = 20lg V g ; L_а = lg а² = 20lg а_g ;

V20 v0 а20 а0

где V₀ и а₀ – опорные пороговые значения колебательной скорости и ускорения, выбранные международным соглашением и равные 510^-8 м/с и 310^-4 м/с² соответственно.

В силу специфических свойств органов чувств человека для характеристики вибрации используют среднеквадратические значения скорости и ускорения V² = Vg ; а² = а _g.

Воздействие вибраций на человека. Нормирование вибраций.

Различают общую и локальную вибрации. Общая вибрация вызывает сотрясение всего организм, мест­ная вовлекает в колебательное движение отдельные ча­сти тела. Общей вибрации подвергаются транспортные рабочие, операторы мощных штампов, грузоподъемных кранов и некоторых других видов оборудования. Ло­кальной вибрации подвергаются работающие с ручным электрическим и пневматическим механизированным инструментом (зачистка сварных швов, обрубка отли­вок, клепка, шлифование и т. п.). В ряде случаев рабо­тающий может подвергаться одновременно воздействию общей и локальной вибрации (комбинированная вибра­ция), например, при работе на строительно-дорожных машинах и транспорте.

Характер воздействия производственной вибрации определяется уровнями, частотным спектром, физиологическими свойствами тела человека. Местная вибрация малой интенсивности может оказывать благоприятное действие на организм человека: восстановить трофические изменения, улучшить функциональное состояние центральной нервной системы, ускорить заживление ран.

Общая вибрация с частотой менее 0,7 Гц (качка) хотя и неприятна, но не приводит к вибрационной бо­лезни. Следствием такой вибрации является морская болезнь, происходящая из-за нарушения нормальной деятельности органов равновесия (вестибулярного аппа­рата) по причине резонансных явлений.

Различные внутренние органы и отдельные части те­ла (например, голову и сердце) можно рассматривать как колебательные системы с определенной массой, соединенные между собой «пружинами» с определенны­ми упругими свойствами и параллельно включенными сопротивлениями. Очевидно, что такая система облада­ет рядом резонансов, частоты которых, определяющие субъективное восприятие вибраций, зависят также от положения тела работающего (работа стоя или сидя).

Собственные частоты 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. Колебания рабочих мест с указанными частотами весьма опасны, так как могут вызвать механическое повреждение или даже разрыв этих органов.

Систематическое воздействие общих вибраций, характе­ризующихся высоким уровнем виброскорости, может быть причиной вибрационной болезни— стойких наруше­ний физиологических функций организма, обусловлен­ных преимущественно воздействием вибраций на центральную нервную систему. Эти нарушения проявляются в виде головных болей, головокружении, плохого сна, пониженной работоспособности, плохого самочувствия, нарушений сердечной деятельности. Наиболее характерным проявлением вибрационной болезни считают периферические нейрососудистые расстройства верхних конечностей, которые проявляются прежде всего в изменение кровенаполнения тканей предплечья и пальцев кисти. Для выраженных форм вибрационной болезни характерны изменения вестибулярного аппарата. Виброболезнь относится к группе профзаболеваний, эффективное лечение которых возможно лишь па ран­них стадиях. Восстановление нарушенных функций про­текает очень медленно, а в особо тяжелых случаях в организме наступают необратимые изменения, приводя­щие к инвалидности.

Низкочастотная общая вибрация вызывает длительную травматизацию межпозвоночных дисков и костной ткани, смещение органов брюшной полости, изменение моторики гладкой мускулатуры желудка и кишечника, возникновение и прогрессирование дегенеративных изменение позвоночника.

В производственных условиях ручные машины с максимальным уровнем виброскорости в полосах низких частот (до 35 Гц) вызывают вибрационную патологию с преимущественным поражением нервно-мышечного и опорно-двигательного аппарата. К основным проявлениям вибрационной патологи относятся нейрососудистые расстройства рук, сопровождающиеся интенсивными болями после работы и по ночам, снижением всех видов кожной чувствительности, слабостью в кистях рук. Нередко наблюдается так называемый феномен « мертвых» или белых пальцев, а также расстройства нервной системы по типу неврозов. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов, ко­торые начинаются с концевых фаланг пальцев и распро­страняются на всю кисть, предплечье, захватывают со­суды сердца. Вследствие этого происходит ухудшение снабжения конечностей кровью. Одновременно наблюда­ется воздействие вибрации на нервные окончания, мы­шечные и костные ткани, выражающееся в нарушении чувствительности кожи, окостенении сухожилий мышц и отложениях солей в суставах кистей рук и пальцев, что приводит к болям, деформациям и уменьшению подвижности суставов. Все указанные изменения усиливаются в холодный и уменьшаются в теплый период года. При локальной вибрации наблюдаются нарушения деятель­ности центральной нервной системы, как и при общей вибрации.

Различают гигиеническое и техническое нормирова­ние вибраций.

В первом-случае, т.е. при гигиеническом нормировании, производят ограничение параметров вибрации рабочих мест и поверхности контакта с руками работающих, исходя из физиологических тре­бований, исключающих возможность возникновения виб­рационной болезни. Во втором случае осуществляют ограничение параметров вибрации с учетом не только указанных требований, но и технически достижимого на сегодняшний день для данного вида машин уровня вибрации. При этом учитывают условия установки и режим работы стационарного виброактивного техноло­гического оборудования в цехах, условия эксплуатации ручного механизированного инструмента.

В соответствии с ГОСТ 12.1.012—90 «Система стан­дартов безопасности труда. Вибрация, общие требования безопасности» установлены допустимые значения и методы оценки гигиенических характеристик вибраций, определяющих ее воздействие на человека. Нормируе­мыми параметрами при гигиенической оценке вибрации являются средние квадратические значения виброскоростей V (и их логарифмические уровни L_u) или виброускорения для локальных вибраций в октавных полосах частот, а для общей вибрации в октавных или 1/3 октавных полосах. Возможна интегральная оценка вибра­ций по частоте нормируемого параметра, а также по дозе вибрации.

Вибрация, воздействующая на человека, нормирует­ся отдельно в каждой стандартной октавной полосе различно для общей и локальной вибраций. Общая виб­рация нормируется с учетом свойств источника ее возникновения и делится на вибрацию:

• транспортную, которая возникает в результате дви­жения машин по местности и дорогам, в том числе при их строительстве (тракторы, с/х машины, грузовые автомобили, снегоочистители, самоходный горношахтный рельсовый транспорт);

• транспортно-технологическую, которая образуется при работе машин, выполняющих технологическую опе­рацию в стационарном положении и (или) при переме­щении по специально подготовленной части производст­венного помещения, промышленной площадке или гор­ной выработке ( экскаваторы, промышленные и строительные краны, машины для загрузки мартеновских печей, бетоноукладчики, напольный производственный транспорт);

• технологическую, которая возникает при работе ста­ционарных машин или передается на рабочие места, не имеющие источников вибраций ( металло- и деревообрабатывающие станки, КПО, литейные машины, стационарные электрические установки, буровые станки, установки химической и нефтехимической промышленности.

Наиболее высокие требования предъявляются при нормировании техноло­гических вибраций в помещениях для умственного тру­да, а также в цехах без источников вибраций.

Допустимые значения параметров транспортной, транспортно-технологической и технологической вибрации приведены также в СН 2.2.4. / 2.1.8.-566-96 Санитарные нормы «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий»

Нормы по ограничению общих вибраций, т. е. виб­раций рабочих мест (пола, оснований машин, сидений и т. п.), устанавливают величину логарифмического уровня колебательной скорости в октавных диапазонах со среднегеометрическими значениями 2, 4, 8, 16, 32, 63 Гц (нормирование транспортных вибраций производится с октав­ной полосы со среднегеометрический значением 1 Гц), а нормы по ограничению локальной вибрации — в октавных полосах частот со среднегеометрическими значениями 16, 32, 63, 125, 250, 500, 1000 Гц. Регламентируется также продолжительность воздействия локальной и общей вибрации в зависимости от степени превышения ее параметров над нормативными значениями.

Гигиенические нормы вибрации установлены для длительности рабочей смены 8 ч.

Параметры вибрации измеряются с помощью приборов, называемых виброметрами. В настоящее время в качестве виброизмерительной и шумоизмерительной аппаратуры используются отечественные приборы ИШВ-2, DID – 003; из зарубежной аппаратуры применяются универсальные виброакустические комплексы фирм RFT (Германия) и « Брюль и Кьер» ( Дания).