Шум, вибрация, ультразвук и их воздействие на организм

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

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

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

Одной из важных характеристик звуковых колебаний является частота распространяющихся колебаний. Частота колебаний — число полных колебаний, совершенных в течение 1 с. Единица измерения частоты — герц (Гц) равна 1 колебанию в секунду. Частота колебаний может быть от единиц до многих тысяч герц. Однако слуховой анализатор человека воспринимает лишь звуки, имеющие частоту от 16 до 20 000 Гц. Ниже 16 Гц — область инфразвуков, выше 20 000 Гц — ультразвуков. Распространение звуковых волн сопровождается переносом механической (колебательной) энер­гии, измеряемой в ваттах на 1 квадратный метр (Вт/м ).

Частотный состав шума характеризует его спектр, т. е. совокупность входящих в него частот. Весь слышимый диапазон частот разбит на 9 октав со среднегеометрическими частотами: 16, 31, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 и 16 000 Гц.

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

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

Слуховой анализатор способен регистрировать огромный диа­пазон величин энергии звуковой волны: от 10 до 10~³ Вт/м². При этом увеличение звуковой энергии в 10 раз на слух вос­принимается как повышение громкости вдвое. Учитывая эту особенность и в связи с большой широтой диапазона величин воспринимаемых энергий звуковой волны, для измерения ин­тенсивности звуков или шума используют логарифмическую шкалу бел или децибел. По принятой шкале каждая последующая ступень звуковой энергии больше предыдущей в 10 раз. За исходную величину 0 бел принята пороговая для слуха звуковая энергия, равная 10 Вт/м². Для удобства обычно пользуются не белом, а единицей, в 10 раз меньшей, — децибелом (дБ), ко­торая примерно соответствует минимальному приросту силы звука, различаемому нашим ухом. Децибел и бел — условные единицы, которые показывают, насколько данный звук в лога­рифмическом значении больше условного порога слышимости.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Борьба с неблагоприятным воздействием на организм инфразвука должна проводиться в следующих направлениях: ослабление инфразвука в его источнике, устранение причин возникновения, изоляция и локализация инфразвука и его поглощение, использование индивидуальных средств защиты, проведение систематического медицинского контроля.

Вибрация. Вибрация как производственная вредность пред­ставляет собой механические колебания упругих тел. Основны­ми параметрами вибрации являются частота и амплитуда коле­баний. Частота колебаний измеряется в герцах, амплитуда — в микрометрах или миллиметрах. Колебательные движения ха­рактеризуются также величинами виброскорости и виброускорения, которые являются производными от амплитуды и час­тоты.

В соответствии с ГОСТ 24346-80 (СТ СЭВ 1926-79) "Виб­рация. Термины и определения" под вибрацией понимается движение точки или механической системы, при котором про­исходит поочередное возрастание и убывание во времени значений по крайней мере одной координаты. Изменения в организме, возникающие при воздействии вибра­ции, связаны с энергией колебания, которая пропорциональна среднеквадратической величине колебательной скорости.

Величина колебательной энергии, поглощенной телом человека ((2), прямо пропорциональна площади контакта, времени воздей­ствия и интенсивности раздражителя.

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

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

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

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

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

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