Научные обоснования здоровых и безопасных условий труда

ОТиСЗ плюс, № 5, 2014 г.
ФИЗИКА, ФИЗИОЛОГИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ
Научные обоснования здоровых и безопасных условий труда
О.С. КОВАЛЬЧУК, преподаватель высшей категории
«В то время как физика развивалась как младшая сестра небесной механики,
биология развивалась как младшая сестра физики… Исходным пунктом всех
исследований служит чувственное восприятие. Истинность
теоретического мышления достигается исключительно
за счет связи его со всей суммой данного чувственного опыта…
…психические явления и связи между ними в конечном счете можно будет
свести к физическим и химическим процессам, протекающим в нервной системе».
Альберт Эйнштейн,
«Физика, философия и научный прогресс»
«…чувственное восприятие доставляет, непосредственно или косвенно,
материал для всего человеческого знания.
Чувственное восприятие доставляет основу для всей
деятельности человека по отношению к внешнему миру…»
Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц
Одна из основных задач системы мероприятий, средств и методов охраны
труда – предотвращение опасных и уменьшение вредных производственных
факторов (ОВПФ). Из четырех групп опасных и вредных производственных
факторов самая распространенная и обширная по разнообразию в
производственных условиях группа физических факторов.
Теория и техника этих факторов обоснованы физикой как их научной
основой, а воздействие этих факторов на организм человека относится к области
физиологии. Эти две основные стороны ОВПФ – физическую и физиологическую
– нельзя рассматривать раздельно, они взаимосвязаны в разной степени в
зависимости от конкретного фактора или физического явления, причем и эти
связи также неоднозначные, непростые, неодинаковые, неравноценные для
разных факторов.
Эти связи и их последствия необходимо учитывать при изучении и
разработке технических средств и методов охраны труда, эргономики,
инженерной психологии, гигиены и медицины труда, а также при преподавании
соответствующих предметов. В частности, учебники по охране труда не содержат
таких сведений и не применяют подобные обоснования на основе физики и
физиологии.
Кроме этого, современный человек подвергается воздействию опасных и
вредных факторов не только в производственных условиях, но и в бытовых,
городских и даже естественных природных условиях. Поэтому приведенные
далее сведения и знания необходимы и полезны в области основ безопасности
жизнедеятельности человека. Взаимосвязи физики, физиологии и безопасности, с
1
ОТиСЗ плюс, № 5, 2014 г.
другой стороны, необходимо применять и при изучении физики как
общеобразовательного предмета.
Физика – наука о свойствах, строении, взаимодействии и формах движения
неживой материи. Физиология – биологическая дисциплина, исследующая
функции живого организма, протекающие в нем процессы. Биология – комплекс
знаний о жизни и совокупность научных дисциплин, изучающих живое.
Если не вникать в детали содержания этих наук, то дословно физика –
наука о неживой природе, а физиология и биология – науки о живой природе.
Целые разделы физики и самостоятельные технические науки в своих
основах связаны с органами чувств человека, а их исходные величины и их
единицы измерения по происхождению и применению – физиологические или,
точнее, физико-физиологические. Многие разделы физики или ее технические
специализации прямо связаны с природными, физиологическими или
биологическими приемниками энергии. Можно выделить несколько
физических и технических разделов на основе общих свойств конкретных
физических явлений и их особенностей.
1. Свет. Оптика. Орган зрения. Зрительные работы.
Производственное освещение.
«Не возбуждают ли лучи света, падая на дно глаза… колебаний, распространяющихся
вдоль твердых волокон оптических нервов до мозга, вызывая ощущение зрения?»
Исаак Ньютон, «Оптика»
«Посредством глаза, а не глазом
Смотреть на мир умеет разум…»
Вильям Блейк, английский поэт и художник (1757–1827)
Свет или видимое излучение – электромагнитные волны с длинами волн от
380 до 760 нм. Глаз – природный орган восприятия светового раздражения, орган
зрения человека и животных.
Всем известна оптическая модель и схема глаза, сравниваемая с системой
фотоаппарата или кинокамеры: зрачок (отверстие в радужной оболочке) –
диафрагма; хрусталик – линза или объектив; сетчатка – фотопленка, фотокатод,
магнитная лента.
Глаз – высокоразвитый орган зрения. Это не только «аппарат» восприятия
света как физиологическая аналогия, он развивается из нервной ткани, дающей
начало головному мозгу. Глаз – это часть мозга, выдвинутая наружу (!)
Действие физической модели глаза заключается в построении изображения
наблюдаемых предметов на поверхности сетчатки – светоощущающего,
воспринимающего или рецепторного элемента глаза. Светоощущающие
элементы – палочки и колбочки соединены с концами волокон зрительного нерва.
Физическая энергия света преобразуется в нервный импульс, который по
зрительно-нервному пути передается в затылочную долю коры головного мозга, а
в формировании зрительных представлений участвует вся кора головного мозга.
Сетчатка – это часть мозга, вынесенная на периферию.
2
ОТиСЗ плюс, № 5, 2014 г.
Оптика, которая изучает закономерности восприятия света человеческим
глазом, и называется физиологической оптикой.
Необходимо не разделять обе стороны «взаимодействия», перекрытия,
взаимодополнения физических и физиологических принципов в физике и
технике, а иногда учитывать приоритет физиологических принципов в физике.
Зрительные впечатления и даже просто свет – уровень внешней
освещенности или яркости – оказывают влияние на всю нервную систему
человека.
В принципах устройства и технических решениях оптических приборов
учитывается физиологическая оптика (оптика глаза). Принципиальные
особенности устройства визуальных, и не только визуальных приборов, вызваны
именно физиологией глаза, физиологией зрения человека.
Выходные зрачки приборов должны быть соизмеримы с переменным
диаметром зрачка глаза (2–8 мм), чтобы максимально использовать светосилу
приборов. Окуляры приборов должны перефокусироваться под оптическую силу
глаза наблюдателя, компенсируя отклонения зрения от нормы – близорукость или
дальнозоркость.
Угловое или видимое увеличение телескопов и микроскопов должно быть
согласовано с разрешающей способностью глаза, и тогда оно называется
полезным увеличением. Даже в основе конечного построения изображения в
фототехнике, кинотехнике, телевидении заложен этот же параметр глаза,
называемый остротой зрения (физиологическим предельным углом или
угловой разрешающей способностью глаза, равной одной угловой минуте 1'). Эта
величина ограничивает возможность наблюдения самых мелких деталей
предметов и изображений и учитывается во всех измерительных устройствах,
сетках, лимбах, линейках, шкалах (и не только оптических приборов).
Чтобы использовать способность мозга человека воспринимать объемное,
или стереоскопическое, изображение, приборы должны быть бинокулярными,
для двух глаз.
Инерционность зрительной системы позволяет не замечать периодической
смены изображений на экране, что положено в основу киносъемки и
кинопроекции с определенной частотой съемки и проекции, в системах
телевидения. Также объясняется возникновение стробоскопического эффекта
на вращающихся частях оборудования при освещении их люминесцентными
лампами и необходимость защиты персонала от последствий этого эффекта,
например, на металлообрабатывающих станках.
Острота зрения, или угловой предел разрешения глаза, – способность глаза
различать раздельно близко расположенные точки, линии – ограничена
величиной 1' из-за зернистой структуры сетчатки, состоящей из отдельных
воспринимающих элементов (палочек и колбочек). Волновая и квантовая природа
света также ограничивают остроту зрения. Аналогично зернистой структурой
объясняется ограничение разрешающей способности фотопленок, фотобумаги,
покрытий экранов кинескопов и электронно-оптических преобразователей.
Острота зрения повышается до десяти секунд (10") при наблюдении смещения
3
ОТиСЗ плюс, № 5, 2014 г.
частей прямой линии, смещения отрезков, что и используется в измерительных
приборах, где отсчеты снимают по совпадению тонких штрихов шкал и нониусов
(нониальная острота зрения). Линии могут быть совмещены с погрешностью 2–
3".
В основе построения системы энергетических величин и их единиц
измерения, то есть системы фотометрии возникают настоящие проблемы
физики, связанные с физиологией восприятия излучения глазом. Фотометрия и
световые измерения связаны с непосредственными световыми ощущениями при
воздействии света на сетчатку глаза.
Светотехнические единицы построены на основной и эталонной единице
силы света и величине светового потока (кандела и люмен). Эталон силы света
прошел путь от обычной стеариновой свечи, пламенной лампы (свеча Гефнера) к
источнику излучения – абсолютно черному телу при температуре затвердевания
платины и, наконец, к излучению фиксированной частоты видимой части спектра
540 · 1012 Гц, что соответствует длине волны 555 нм – максимуму спектральной
чувствительности «среднего» глаза человека.
Основная светотехническая величина – световой поток – определяется
как мощность светового излучения, оцениваемая по производимому им
ощущению, по действию на сетчатку глаза! Таким образом, и светотехнические
величины имеют физиологический характер, субъективный характер!
Таковы глубокие и неразделимые связи физики и физиологии. Именно в
таких областях физики возникают основные, принципиальные теоретические и
практические трудности, о которых и следует напоминать постоянно при
изучении физики и ее отдельных разделов, а также специальных предметов,
основанных на этих физических принципах. Основная причина этих трудностей в
том, что «прибор» или «приемник» светотехнических величин – глаз человека.
Энергетические величины – сила излучения, энергетическая яркость,
энергетическая светимость измеряются объективными, техническими методами и
приборами. Чтобы привести в соответствие субъективные величины с прямыми
энергетическими величинами применяют физиологические параметры глаза –
спектральную чувствительность «среднего» глаза (статистически обоснованного)
и абсолютную световую эффективность (световую отдачу, видность), как
переводные коэффициенты. Так обосновываются, в частности, принципы
разработки самых экономичных и «идеальных» источников условного «среднего
солнечного света» (дневного света) в области светотехники, производственного
освещения, энергосбережения.
Зрение – сложный психофизиологический процесс. Даже самая известная
функция глаза – построение изображения внешних предметов на сетчатке, а
главное, его восприятие, опознание и анализ связаны с мозгом, сознанием. При
этом элементы глаза по каналам обратной связи получают сигналы по изменению
их параметров, по саморегулированию без участия сознания. Как объяснить
только с помощью геометрической оптики, без физиологии, совсем «простую»
функцию зрения: почему мы видим предметы не перевернутыми, а прямыми.
Одна линза (хрусталик) создает уменьшенное и обратное изображение. Глаз
4
ОТиСЗ плюс, № 5, 2014 г.
имеет одну «линзу» и не имеет никаких оборачивающих систем, которые
приходится применять в зрительных трубах, биноклях. «Геометрическое»
изображение на сетчатке перевернутое (обратное)! Изображение на сетчатке – это
только начало сложных физиологических и психологических преобразований
световых сигналов. Опыт и действие сознания (мозга) делает изображение
прямым! Мозг человека выносит изображение обратно в пространство предметов,
возвращает его на место предметов, и мы воспринимаем их в прямом,
правильном расположении. Мы видим все предметы на тех местах, где они
расположены. Это свойство зрения называется соотнесенностью и считается
врожденным свойством зрения.
Информация, переданная от сетчаток обоих глаз, сводится вместе и
вырабатывается единый цветной объемный образ, который наше сознание
проецирует обратно во внешний мир: мы воспринимаем зрительный образ не
внутри себя, а вне, непосредственно ощущаем предметы там, где они находятся.
Воспринимаемая картина анализируется в различных, уже не относящихся к
зрению частях мозга.
Аналогично, только взаимное проникновение в физику и физиологию света
и зрения можно решить многие теоретические и прикладные задачи: каковы
границы возможностей глаза, определяемые волновой и квантовой природой
света; каковы погрешности (аберрации) глаза; электрические и химические
преобразования световой энергии в сетчатке; какова минимальная световая
энергия, вызывающая световые ощущения (2-4 фотона!); почему глаз видит
только при его постоянном движении, а стабилизированное изображение
перестает восприниматься, только движущийся глаз позволяет видеть; как
построить кибернетическую модель зрительной системы; как глаз и мозг
распознают объекты наблюдений; какова математическая модель зрения; каковы
возможности глаза как приемника информации; каковы пороговые параметры и
граничные возможности зрения.
Строительные нормы Республики Беларусь нормируют освещенности и
коэффициенты естественной освещенности (КЕО) при естественном и
искусственном освещении в системах комбинированного и общего освещения
для восьми разрядов зрительных работ с учетом контрастности объекта с фоном и
характеристики фона. Разряд зрительной работы (от 1-го до 8-го) определяется
наименьшим размером объекта различения в миллиметрах. Наименьший размер
объекта различения для зрительной работы 1-го разряда (наивысшей точности)
ограничен величиной 0,15 мм при расположении объектов на расстоянии не более
0,5 м от глаз работающего. Это объясняется тем, что наименьшее разрешаемое
расстояние эметропического (нормального) глаза равно 0,075 мм с расстояния
наилучшего зрения 250 мм.
Непосредственно со зрением связаны несколько стандартизованных
физических факторов: недостаточная освещенность рабочей поверхности,
повышенная яркость света, пониженная контрастность, прямая и отраженная
блесткость, повышенная пульсация светового потока. Необходимо к ним
5
ОТиСЗ плюс, № 5, 2014 г.
добавить и один психофизиологический фактор: перенапряжение анализатора
(зрительного).
Зрительный анализатор оператора требует учета, кроме приведенных,
следующих физических и физиологических параметров (энергетических,
зрительного анализатора, контраст объекта с фоном, цветоощущение, пороговая
разность яркости, значение слепящей яркости; пропускная способность –
количество информации, которое анализатор способен принять в единицу
времени; объем зрительного восприятия, поле зрения – центральное и
периферическое, поисковые и гностические (познавательные) движения глаз,
латентный период зрительной реакции, длительность инерции ощущения,
критическая
частота
мельканий,
время
адаптации,
длительность
информационного поиска, длительность зрительной фиксации и др.
Такое количество физико-физиологических параметров зрения (глаза)
необходимо учитывать и применять в системах «человек – машина» (СЧМ) и
«человек – техника – среда» (СЧТС) и при разработке средств безопасности.
2. Звук. Акустика. Производственный шум.
«Почему природа не делает ничего понапрасну, и откуда проистекает весь порядок и
красота, которые мы видим в мире?.. Был ли построен глаз без понимания оптики, а ухо без
знания акустики».
Исаак Ньютон, «Оптика»
«… выступает слияние в нем двух кругозоров – физического и физиологического…
Слуховой орган превращается в руках Гельмгольца в тонкий физический инструмент»
Лебединский А.В., Франкфурт У.И., Френк А.М., «Гельмгольц»
«Глаз обманывает нас, приписывая свойства солнечного луча цветку, на который мы
смотрим. Ухо обманывает нас, считая колебания воздуха свойством звенящего колокольчика»
В.Я.Брюсов, «Ключи тайн»
Звук – упругие волны, распространяющиеся в газах, жидкостях и твердых
телах. Приемник звука – ухо, орган слуха и равновесия. Сложные элементы
строения уха преобразуют механические колебания в биоэлектрические сигналы,
которые поступают в соответствующий центр мозга и вызывают звуковые
ощущения.
Механические, рецепторные и нервные структуры составляют слуховую
систему или слуховой анализатор. Ухо – периферическая часть слухового
анализатора. Механическая энергия преобразуется в возбуждение рецепторов,
которое, в свою очередь, приводит к возбуждению волокон слухового нерва.
Каждый анализатор человека, воспринимающий различные раздражения
(световые, звуковые и др.) состоит из рецептора (или органа чувств), проводящих
путей и мозгового центра (группы нейронов в коре головного мозга).
Слуховой анализатор разделяют на наружное ухо (звукоулавливающий
аппарат),
среднее
(звукопередающий
аппарат)
и
внутреннее
ухо
(звуковоспринимающий аппарат). Слуховой анализатор улавливает форму волны,
6
ОТиСЗ плюс, № 5, 2014 г.
частотный спектр чистых тонов и шумов, осуществляет анализ и синтез
частотных компонент звуковых раздражений, обнаруживает и опознает звуки в
большом диапазоне интенсивностей и частот, определяет направление звука и
удаленность его источника. Особое место занимает восприятие речевых сигналов,
связанное не только с физиологией, но и психологией. Восприятие речи, речевая
коммуникация – одна из задач инженерной психологии.
Спектр слышимых звуков от 16 Гц до 20 кГц. Объективные (физические)
параметры звука – интенсивность звука в Вт/м2 и звуковое давление в Па. Но
физиологическое (биологическое) или субъективное восприятие и действие звука
отличается сложными и неоднозначными зависимостями и характеристиками:
спектральная чувствительность уха; высота, тембр, громкость звука.
Наибольшей чувствительностью ухо обладает в области частот 1 … 4 кГц.
В этом диапазоне порог слышимости равен 10 -12 Вт / м 2 , а звуковое давление 10 5
Па (при частоте звука 1000 Гц). Порог болевого ощущения равен 1 Вт/м 2 и слабо
зависит от частоты.
Во внутреннем ухе находится ушная улитка спиральной формы, которая
наполнена жидкостью и механически связана с барабанной перепонкой. В ушной
улитке имеется основная перепонка, реагирующая на тон звука. Один конец
основной перепонки, находящийся вблизи барабанной перепонки, резонирует на
частоте 20 кГц, а другой ее конец резонирует на частоте 20 Гц.
В ушной улитке нерв, который преобразует механические колебания в
биоэлектрические сигналы и посылает их в соответствующий центр мозга, где
они воспринимаются как звуковые ощущения.
Восприятие звука определяется не столько абсолютными значениями
интенсивности и звукового давления, сколько их отношениями. Снова физика
должна согласовать объективные параметры и субъективные восприятия, что
одновременно приводит к удобным для практического использования числовым
значениям, упрощает операции с большими (или малыми) числами. Такие
величины называют уровнями интенсивности и уровнями звукового давления.
Разность двух уровней определяется десятичным логарифмом их отношений.
Единица измерения уровней – бел (Б). Уровни относят к абсолютным порогам
звукового анализатора или порогам слышимости – 10 -12 Вт / м 2 и 2 · 10 -5 Па.
Психофизиологическое восприятие громкости и высоты звука имеет
логарифмический характер! Это относится и к восприятию других внешних
раздражителей и выражается психофизическим законом Вебера – Фехнера,
согласно которому интенсивность ощущения пропорциональна логарифму силы
раздражения. Для каждого раздражения существует минимальное отношение
двух значений характеризующей его величины, которое может быть
зарегистрировано соответствующим органом чувств.
Логарифмический масштаб измерения применяют во многих задачах
физики и астрономии: звездные величины (различение глазом двух яркостей),
поглощение света однородной средой, апериодический разряд конденсатора на
сопротивление, затухание сигналов, цепные химические или ядерные реакции,
высота звука, радиоактивный распад.
7
ОТиСЗ плюс, № 5, 2014 г.
Для субъективного ощущения интенсивности звука, которое называется
громкостью, даже применяется специальная единица: фон – разность уровней
громкости двух звуков данной частоты, равногромкие которым звуки с частотой
1000 Гц отличаются по интенсивности на 10 дБ. Даже применение на практике
единицы децибел (дБ) связано с тем, что ухо человека воспринимает изменение
громкости в 0,1 бела или 1 дБ.
Эти же основные закономерности физики звука, величины и единицы
перенесены на неслышимые колебания с частотами ниже 16 Гц (инфразвук) и
выше 20 кГц (ультразвук) и измеряются теми же параметрами что и слышимый
звук! Это можно назвать условной физиологией ультразвука и инфразвука,
которые, кроме того, оказывают иное, специфическое воздействие на весь
организм человека.
При воздействии интенсивного шума с уровнем звука до 130 дБ возникает
болевое ощущение, а при уровнях звука более 140 дБ происходит поражение
слухового аппарата. Предел переносимости интенсивного шума определяется
величиной 154 дБ. При этом появляется удушье, сильная головная боль,
нарушение зрительных восприятий, тошнота.
Опасное и вредное воздействие производственного шума нормируют
повышенными уровнями шума на рабочем месте, инфразвуковых колебаний и
ультразвука, передающегося контактным или воздушным путем. Шум
нормируется предельно допустимыми уровнями (ПДУ) в дБ на рабочих местах в
зависимости от категорий напряженности и тяжести трудового процесса для
основных наиболее типичных видов трудовой деятельности и рабочих мест.
При этом применяют единицы дБА по шкале шумомера А,
предназначенной для гигиенической оценки шума. При включении этой шкалы
шумомер воспринимает звук аналогично уху человека.
Санитарными правилами и нормами определены нормы шума в
помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки.
Воздействие производственного шума приводит к профессиональному
заболеванию – нейросенсорной тугоухости, а воздействие ультразвука на руки –
вегетативно-сенсорной полиневропатии рук.
Ультразвук (колебания выше диапазона слышимости человека) действует
через воздушную среду и контактным путем через руки или другие части тела.
Приводит к функциональным нарушениям нервной системы, головным болям;
изменениям артериального давления, состава и свойств крови; потере слуховой
чувствительности, повышенной утомляемости. Нормируется предельно
допустимыми уровнями виброскорости в м/с или дБ для трех диапазонов
среднегеометрических частот октавных полос.
Инфразвук (колебания ниже диапазона слышимости человека) нормируется
предельно допустимыми уровнями в дБ для октавных полос со
среднегеометрическими частотами 2, 4, 8 и 16 Гц и для работ с различной
степенью тяжести и напряженности трудового процесса. Нормирование
инфразвука распространяется не только на рабочие места, но и на территории
предприятия, жилые застройки, помещения жилых и общественных зданий.
8
ОТиСЗ плюс, № 5, 2014 г.
3. Вибрация. Механика. Производственная вибрация
Вибрация – механические колебания и волны в твердых телах. Поэтому в
качестве основных параметров вибрации избраны логарифмические уровни
виброускорения и виброскорости. Органов чувств вибрации нет, но вибрация
воздействует на тело человека, передается через руки и ноги человека, через
опорные поверхности и вызывает изменение функциональных состояний
систем и анализаторов, чувствительных к вибрационному воздействию.
Кроме прямого воздействия на организм человека вибрация косвенно влияет на
зрительное восприятие, в частности, на остроту зрения. Сильные вибрации
нарушают зрение, особенно бинокулярное. Вибрация является помехой в работе
оператора.
Для измерения вибрации применяют физические величины и единицы
акустики – децибелы. Приняты условные «пороговые», исходные значения
виброскорости 5 ·10 -8 м/с и виброускорения 3· 10 -4 м/с 2 . Поэтому иногда
рассматривают совместно виброакустические факторы, к тому же вибрация при
частотах больше 16 – 20 Гц сопровождается шумом. Это пример того, как
величины физики, механики, вибрации условно применяются в физиологии
акустики.
Установлены предельно допустимые уровни производственной вибрации
локальной (передающейся оператору при контакте с ручными машинами,
органами
управления,
обрабатываемыми
деталями,
вибрирующими
поверхностями) и общей вибрации (воздействующей при управлении
производственным оборудованием и передающейся через опорные поверхности
на тело оператора) трех категорий: 1 – транспортной, 2 – транспортнотехнологической, 3 – технологической. Вибрация нормируется и в помещениях
жилых и общественных зданиях.
Вибрация производственная общая (всего тела) и локальная (на руки, ноги,
предплечья) оказывает травмирующее действие на организм человека, приводит к
утомлению. Работы, связанные с воздействием производственной вибрации,
приводят к вибрационной болезни.
В заключение следует отметить, что на все анализаторы человека
действуют целые системы раздражителей и необходимо учитывать
взаимодействие анализаторов. Изменение состояния отдельного анализатора
под влиянием внешних факторов приводит к изменению характеристик
других анализаторов. Учет особенностей работы анализаторов человекаоператора важен при разработке систем отображения информации (СОИ).
***
В 20-м веке возникли проблемы отрицательного воздействия различных
физических факторов на организм человека в целом или на его отдельные
органы: ультрафиолетового и инфракрасного излучения; электрических,
магнитных и электромагнитных полей; излучения оптических квантовых
генераторов, ионизирующего излучения.
9
ОТиСЗ плюс, № 5, 2014 г.
Изучается и учитывается как вредное воздействие этих факторов на
отдельные органы человека и на весь организм (тело) человека так и их полезное,
лечебное, физиотерапевтическое действия. Особенно актуальными и сложными
считаются воздействия на человека (и животных) физических факторов от разных
техногенных источников. Это области взаимодействия физики и физиологии
труда, медицины труда, безопасности жизнедеятельности, разных отраслей
техники. Воздействие физических полей (физического техногенного смога) на
живые организмы называют физической экологией.
4.
Ионизирующее излучение. Ядерная физика. Радиационная
биология. Радиационная безопасность.
Физика и физиология ионизирующего излучения (ИИ) должна учитывать
разные энергетические параметры спектра ионизирующего излучения и их
различное воздействие на отдельные органы и в целом на тело человека.
Степень радиационного воздействия определяется поглощенной энергией
данной массой вещества. Величину энергии ИИ называют поглощенной дозой,
единица измерения которой Дж/кг или грэй (Гр). Если доза относится к органу, то
поглощенная доза определяется на единицу массы органа или ткани.
Биологическое действие ИИ зависит не только от поглощенной дозы, но и от
глубины проникновения излучения в биологические органы и ткани.
Но отдельные виды ИИ создают разные биологические эффекты в
результате облучения (повреждения кожи – лучевые ожоги, повреждения
половых клеток – стерилизация, лучевая болезнь хроническая и острая, лейкозы,
опухоли). Поэтому дозу поглощения умножают на взвешивающие коэффициенты
для отдельных видов излучения – фотонов, электронов, нейтронов, протонов,
альфа-частиц с учетом их энергии. Такая доза называется эквивалентной, ее
размерность не изменилась, но изменилась величина. Поэтому ее единица
получила другое название – зиверт (Зв).
Наконец, для учета различной чувствительности разных органов и тканей,
приводящих к разным радиационным эффектам, эквивалентную дозу умножают
на взвешивающие коэффициенты для тканей и органов (гонады, красный костный
мозг, легкие, щитовидная железа, кожа и др.) и называют ее эффективной дозой
(единица – Зв). При воздействии различных видов ИИ на разные органы и ткани
одновременно выполняется суммирование эквивалентных доз для разных видов
излучения и для разных органов и тканей, а также дозы определяют за время
действия внешнего и внутреннего облучения.
Сложность физико-физиологического воздействия ИИ выразилась в
конечном итоге в том, что эффективная доза принята как величина, выражающая
меру риска возникновения отдаленных последствий облучения организма
человека и отдельных его органов.
Уровень мощности экспозиционной дозы рентгеновского излучения
учитывается даже в гигиенических нормативах к ПЭВМ.
10
ОТиСЗ плюс, № 5, 2014 г.
5.
Неионизирующие
излучения.
Физика
электромагнитных
излучений и полей. Физическая экология. Физиология труда. Безопасность
жизнедеятельности.
5.1. Инфракрасное излучение (ИК) оказывает в основном тепловое
действие. Нормируют облученность в Вт/м 2 , температуры нагретых
поверхностей, величины облучаемой поверхности тела в процентах, время
облучения.
Ближние ИК-лучи от 800 до 1350 нм, достигая сетчатки вызывают ее
нагрев, который при недлительном воздействии безвреден. Длительное
интенсивное воздействие ИК-лучей может вызвать выгорание сетчатки в том
месте, где находилось изображение яркого источника (например, Солнце).
ИК-лучи с длинами волн выше 1350 нм сильно поглощаются камерной
влагой, что может привести к помутнению хрусталика (катаракта).
Интенсивность теплового облучения от открытых источников не должна
превышать 140 Вт /м 2.
5.2. Ультрафиолетовое излучение (УФ) оптического диапазона в пределах
200… 400 нм обладает как благотворным действием (тонизирующее,
витаминизирующее, антирахитное, загар), так и вредным (эритемное,
канцерогенное, кератоконъюктивное). Воздействует на глаза и кожу.
УФ-лучи с длинами волн менее 313 нм при значительных дозах вызывают
воспаление роговицы и соединительных оболочек глаза, а также сильные боли по
истечении нескольких часов после облучения. Излучение с длинами волн более
313 нм задерживается хрусталиком, который при этом значительно
флуоресцирует.
Несоблюдение гигиенических норм при работе с источниками УФ
излучения может привести к заболеваниям органа зрения и кожных покровов,
негативно влияет на иммунную систему (фотоофтальмии, конъюнктивиты,
эритемы, ожоги кожи и др.).
Нормируют допустимую интенсивность излучения (ДИИ) или предельно
допустимые величины УФ излучения в Вт/м 2 для трех областей спектра: УФ-А
(315 – 400 нм), УФ-В (280 – 315 нм) ,УФ – С (200 – 280 нм). При этом
учитываются площадь незащищенных участков поверхности кожи, период
облучения, длительность пауз и общая продолжительность воздействия за смену,
длительность однократного облучения.
Допустимая доза облучения в Дж/м 2 и допустимое время воздействия в
минутах нормируется для области УФ – С.
Санитарные нормы применяются для основных источников УФ излучения:
электросварка, газосварка, газорезка, УФ сушка; медицинские установки,
включая косметологию; источники излучения в животноводстве, птицеводстве и
растениеводстве.
Интенсивности ИК- и УФ-излучения входят в гигиенические нормативы
ПЭВМ.
5.3. Излучение оптических квантовых генераторов – лазерное излучение
(ЛИ) воздействует на кожу (тепловой эффект и механическое действие 11
ОТиСЗ плюс, № 5, 2014 г.
точечный удар), глаза. Учитывают отдельно действие на роговицу, радужную
оболочку, хрусталик, сетчатку. Проникает через ткани тела и взаимодействует с
биологическими структурами на значительной глубине, поражает внутренние
органы ( в дальней ИК-области); неблагоприятно действует и на организм в
целом; изменяет внутриклеточные биохимические процессы. При одновременном
действии излучения с различными параметрами происходит суммирование
биологических эффектов. ЛИ с длиной волны от 380 до 1400 нм представляет
наибольшую опасность для сетчатки глаза, а с длиной волны от 180 до 380 и
свыше 1400 нм – для передних сред глаза. Повреждение кожи может быть
вызвано ЛИ любой длины волны 180 – 10 5 нм.
Лазерные установки отличаются тем, что могут воздействовать
практически всеми видами физических вредных и опасных производственных
факторов (всех факторов, названных в статье) и всеми видами излучений всех
диапазонов. Лазерные установки по степени опасности генерируемого излучения
подразделяются на 4 класса по опасности воздействия на глаза и кожу
коллимированным или диффузно отраженным излучением.
Нормируют предельно допустимые уровни ЛИ для однократного и
хронического облучения в трех диапазонах длин волн. Часть пространства, в
пределах которого ЛИ превышает ПДУ, называется лазерной опасной зоной
(ЛОЗ). Нормируемые параметры ЛИ – энергетическая экспозиция, облученность,
энергия и мощность излучения.
5.4. Электромагнитные излучения (ЭМИ) разных диапазонов,
электрические поля (ЭП), постоянное и переменное магнитные поля (МП),
электростатическое поле (ЭСП) нормируют чисто физическими величинами и
единицами: напряженность полей, энергетическая экспозиция, плотность потока
излучения, магнитная индукция. Энергетическая нагрузка на организм
нормируется временем воздействия и пребывания в зонах воздействия этих
физических факторов.
5.5. Прямое воздействие электрического тока на организм человека
разделяется на термическое, электролитическое и биологическое. Биологическое
действие тока проявляется в раздражении, разрушении и возбуждении живых
тканей, в нарушении внутренних биоэлектрических процессов; ток вызывает
сокращение мышц, рефлекторное воздействие, нарушает нормальную
деятельность отдельных органов и систем организма человека. Биологическое
действие тока наиболее сложное. Степень воздействия переменного и
постоянного тока на организм человека характеризуют величиной пороговых
токов: ощутимый, неотпускающий, фибрилляционный.
5.6. Один из последних физических факторов, который начали учитывать
и нормировать в воздушной среде производственных и общественных помещений
– уровни аэроионизации. Нормируют число положительных и отрицательных
ионов в 1 см 3 воздуха, показатель полярности, объемную плотность
электрического заряда аэроионов. В биологическом отношении актнаиболее
активны легкие аэроионы (с подвижностью 1,0 и более). Этот фактор включен в
гигиенические требования к ПЭВМ.
12
ОТиСЗ плюс, № 5, 2014 г.
Действие аэроионов многосторонне и его физиологический механизм
объясняется электрообменом в легочной ткани и нейрорефлекторными реакциями
на раздражения аэроионами рецепторов кожи и слизистых оболочек.
6. Микроклимат производственных помещений.
Организм человека взаимодействует с внешней средой посредством
теплообмена. Оптимальные микроклиматические условия характеризуются
тепловым балансом организма, при котором его теплоотдача равна
теплообразованию, благодаря чему температура тела сохраняется в нормальных
пределах. Система терморегуляции человека регулирует теплообмен организма
со средой и поддерживает постоянную температуру около 37 0 С. Тепло- и
терморегуляция позволяет приспосабливаться к условиям воздуха рабочей зоны.
Параметры микроклимата (температура воздуха, относительная влажность
воздуха, скорость движения воздуха) нормируют для двух периодов года
(холодный и теплый) по категориям тяжести работ, которые определяются
интенсивностью общих энергозатрат организма в ваттах. Установлены нормы
оптимальные и допустимые.
7. Воздух рабочей зоны.
Загазованность воздуха рабочей зоны нормируется предельно допустимыми
концентрациями вредных веществ.
Дыхательная функция организма человека состоит из легочного дыхания
(газообмен между организмом и внешней средой, транспорт кислорода кровью к
тканям и углекислого газа к легким) и внутреннего, тканевого дыхания
(собственно потребление кислорода и выделение углекислоты в окислительных
биохимических реакциях). Экстремальные условия могут возникать за счет
снижения или значительного увеличения содержания кислорода и повышения
содержания углекислого газа во вдыхаемой смеси газов. Снижение содержания
кислорода до 19% практически не влияет на дыхательную функцию и
работоспособность.
Уменьшение содержания кислорода до 17% приводит к усилению дыхания,
снижению чувствительности зрения, нарушению координации движения,
появлению ошибок в оценке ситуаций и принятии решений. Содержание
кислорода ниже 15% не может обеспечить жизни даже при максимуме
деятельности дыхательной системы. Дыхание чистым кислородом при 100%
содержании также экстремальный фактор. Дыхание в таких условиях непрерывно
в течение 2-3 суток приводит к поражению легочной ткани. Это факторы
газоопасных работ.
Длительное дыхание газовой смесью с 5% содержанием углекислого газа во
вдыхаемой смеси становится тяжелым, учащенным, возможна потеря сознания.
При концентрации до 10% углекислого газа развивается тяжелое отравление.
Даже кратковременное дыхание такой смесью опасно для жизни.
***
По всем перечисленным факторам и их показателям установлены
гигиенические критерии оценки и классификация условий труда по показателям
13
ОТиСЗ плюс, № 5, 2014 г.
вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и
напряженности трудового процесса. Все эти факторы входят в перечень
санитарно-гигиенических факторов условий труда при аттестации рабочих мест
по условиям труда.
Взаимовлияние и взаиморазвитие физики и физиологии необходимо
учитывать при преподавании охраны труда и физики, что вырабатывает не
упрощенные и разрозненные знания, а настоящее естественнонаучное
мировоззрение. Общие законы физики стали не только основой всего
естествознания и, в первую очередь, всех технических наук, прикладных
применений физики, но и продолжают развивать новые отрасли, представляющие
собой такие новые научные и практические направления как биофизика, бионика,
биоэнергетика, биокибернетика, биомеханика, биолокация; радиобиология,
радиационная гигиена, радиология, радиационная безопасность; физиологическая
оптика, физиологическая акустика; фотобиология, фототерапия, физиотерапия;
физиология труда, гигиена труда, медицина труда, безопасность труда;
инженерная психология, эргономика, офтальмоэргономика, акустооптика,
робототехника; техническая эстетика, художественное конструирование;
сенсорная физиология, машинное «зрение», электронная экстрасенсорика и
искусственный интеллект, многие из которых непосредственно связаны с
проблемами охраны труда и безопасности жизнедеятельности.
14