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 ООО Гц. Ниже 16 Гц — область инфразвуков, выше 20 ООО Гц — ультразвуков. Распространение звуковых волн сопровождается переносом механической (колебательной) энергии, измеряемой в ваттах на 1 квадратный метр (Вт/м2).

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 ООО 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 величинуО бел принята пороговая для слуха звуковая энергия, равная 10~16 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 астеновеге - тативных 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.

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

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

3. 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, парестезий 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 ин - фразвуковой 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. Установлено, что между частотой (1) и амплитудой (а), с одной стороны, скоростью (V) и ускорением (\У) — с другой, отмечается прямая зависимость:

V = 2л•Г•а и \У=Ц__11а,

где я — 3,14; 981 — ускорение силы тяжести в сантиметрах на 1 с2.

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 (0), прямо пропорциональна площади контакта, времени воздействия и интенсивности раздражителя:

£? = ^ 'Т-1, кгм,

где Б — площадь контакта, м2; Т — длительность воздействия, с; I — интенсивность вибрации, кгм/м2/с.

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.