Негативное воздействие вибрации

Вибрация – малые механические колебания, возникающие в упругих телах. В зависимости от способа передачи колебаний человеку вибрацию подразделяют на общую, передающуюся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, и локальную, передающуюся через руки человека. Вибрация, воздействующая на ноги сидящего человека, на предплечья, контактирующими с вибрирующими поверхностями рабочих столов, также относится к локальной.

Общую вибрацию рассматривают в частотном диапазоне со среднегеометрическими частотами 1−63 Гц, а локальную – 8−1000 Гц. По направлению действия общую вибрацию подразделяют на вертикальную, направленную перпендикулярно опорной поверхности; горизонтальную, действующую в плоскости, параллельной опорной поверхности.

Вибрация оказывает на организм человека разноплановое действие в зависимости от спектра, направления, места приложения и продолжительности воздействия вибрации, а также от индивидуальных особенностей человека. Например, вибрация с частотами ниже 1 Гц вызывает укачивание (морскую болезнь), а слабая гармоническая вибрация с частотой 1−2 Гц вызывает сонливость.

При совпадении частоты возбуждения системы с ее собственной частотой возникает явление резонанса, при котором амплитуда колебаний резко возрастает. Так, резонанс органов брюшной полости наблюдается при частотах 4−8 Гц, голова оказывается в резонансе при частоте 25 Гц, а глазные яблоки – на частоте 50 Гц [15, 16].

Во входящих в резонанс органах нередко появляются болезненные ощущения, связанные, в частности, с растягиванием соединительных образований, поддерживающих вибрирующий орган.

Воздействие вибрации на человека имеет негативное последствие, что послужило основанием для выделения вибрационной болезни в качестве самостоятельного заболевания. Симптомы вибрационной болезни многогранны и проявляются в нарушении работы сердечно-сосудистой и нервной систем, поражении мышечных тканей и суставов, нарушении функций опорно-двигательного аппарата.

Вибрационные поля, воздействующие на население и окружающую среду, формируются, как правило, в результате работы технологического оборудования предприятий города, автомобильного и рельсового транспорта, бытовой техники.

Главным источником вибрации, воздействующим на людей в населенных пунктах, является транспорт. Вибрационные поля, формируемые различными видами транспорта, создают существенную вибрационную нагрузку не только на людей, но также и на здания, наземные и подземные инженерные сооружения, покрытия дорог. Наибольший вред (помимо воздействия на население) транспортная вибрация наносит строительно- архитектурным сооружениям и коммуникациям городов.

Вибрация технологического оборудования промышленных предприятий города воздействует, в первую очередь, на рабочих, обслуживающих это оборудование. Действие технологической вибрации на работающих ограничена продолжительностью рабочей смены. Длительное воздействие высоких уровней вибрации на организм человека приводит к преждевременному утомлению, снижению производительности труда, а зачастую – к развитию профессиональной и росту общей заболеваемости, что сопряжено со значительным социально-экономическим ущербом.

Предприятия торговли и услуг расположены, как правило, в зоне жилой застройки или во встроенных в жилые дома помещениях. Поэтому вибрация воздействует не только на обслуживающий персонал, но часто и на жителей квартир и домов непосредственно прилегающих к таким предприятиям.

Основными источниками подобной вибрации являются холодильные установки, системы вентиляции, профессиональные акустические системы и музыкальные инструменты. В этом случае жители могут находиться под воздействием вибрационных полей не только в дневное, но и в ночное время, а в ряде случаев и круглосуточно, например, при работе холодильных установок.

Основными источниками транспортной вибрации является наземный общественный транспорт (прежде всего трамваи, а также автобусы и троллейбусы) и грузовые автомобили. Плохое состояние городских дорог и устаревший парк трамвайных вагонов приводит к многократному увеличению вибрационной нагрузки на жителей города и его сооружения.

Длительное воздействие даже небольших по уровню вибраций на человека во время ночного отдыха вызывает у него неадекватную реакцию и приводит к бессоннице и другим нарушениям здоровья. Особенно неблагоприятно на человека во время отдыха влияют непостоянные вибрации.

 

Акустический шум

Акустический шум – беспорядочные звуковые колебания в атмосфере. Понятие акустического шума связано со звуковыми волнами (звуками), под которыми понимают распространяющиеся в окружающей среде и воспринимаемые ухом человека упругие колебания в частотном диапазоне от 20 Гц до 20 кГц.

Характеристикой шума являются уровни звукового давления (УЗД) в октавных (в некоторых случаях 1/3 октавных) полосах частот и уровни звука или эквивалентные уровни звука (УЗ), измеряемые в децибелах (дБА) [17].

Шум оказывает влияние на весь организм человека. Шум с уровнем звукового давления до 30‒35 дБА привычен для человека и не беспокоит его. Повышение этого уровня до 40‒70 дБА в условиях среды обитания создает значительную нагрузку на нервную систему, вызывая ухудшение самочувствия, и при длительном воздействий может быть причиной неврозов. Воздействие шума свыше 5 дБА может привести к потере слуха – профессиональной тугоухости. При действии шума высоких уровней (>40 дБА) возможен разрыв барабанных перепонок, а еще при более высоких (>160 дБА) и смерть [18].

Шумовое воздействие, сопровождающееся повреждением слухового анализатора, проявляется медленно прогрессирующим снижением звука. У некоторых лиц серьёзное шумовое повреждение слуха может наступить в первые месяцы воздействия, у других потеря слуха развивается постепенно. Снижение слуха до 10 дБА практически неощутимо, на 20 дБА – начинает серьёзно мешать человеку, так как нарушается способность слышать важные звуковые сигналы, наступает ослабление разборчивости речи (табл. 2).

Таблица 2

Влияние шума на работающих

Параметры	Эквивалентный уровень звука, дБА
Стаж работы, лет Доля заболевания тугоухостью

 

Шум на рабочих местах. По данным Госсанэпиднадзора России, на производстве воздействию опасного и вредного шума, превышающего допустимые уровни, подвергается свыше 37% работающих на 58% предприятий. На транспорте действию повышенного шума подвергается свыше 50% работающих. Особенно неблагоприятное положение наблюдается в промышленности строительных материалов, машиностроении, строительстве и других отраслях [18].

Повышенный шум вызывает такие профессиональные заболевания, как шумовая болезнь и неврит слуховых нервов, которые наряду с вибрационной болезнью составляют свыше 30% общего числа профессиональных заболеваний.

 

Акустические загрязнения.

Акустическими загрязнениями считаются повышенные шумы, вызванные различными источниками в диапазоне частоты свыше 20 Гц и до 20000 Гц. Шум воспринимается нами как беспорядочное сочетание звуков интенсивности и частоты, мешающие звуки. Восприятие шума, как правило, носит ассоциативный характер. Характерным признаком шума является его обременительность, т.е. неблагоприятный отклик в организме. Источниками шума являются транспорт, промышленные установки, строительство, сельскохозяйственные агрегаты и пр. (табл. 3). Интенсивный шум при длительном воздействии является одним из наиболее опасных и вредных факторов окружающей среды. Под действием шума снижается острота слуха (вызывает тугоухость), повышается кровяное давление, ухудшается качество перерабатываемой информации, снижается производительность труда и пр.

Проблема защиты городского населения от повышенного шума имеет несколько аспектов.

Это проблема сохранения здоровья: 16% населения Земли (~ 1 млрд) имеют нарушения слуха. Медики отмечают за последние десятилетия увеличение числа сердечно-сосудистых заболеваний (особенно в районах с повышенными уровнями шума) [18].

Проблема защиты населения от повышенного уровня шума – проблема социальная. Понятие акустического состояния среды обитания становится одним ключевых понятий уровня жизни.

Установлены нормы шума для жилых помещений, рабочих мест, транспортных средств, жилой застройки и пр.

По временным характеристикам акустические воздействия подразделяются на постоянные (например, за рабочую смену), и непостоянные.

 

Таблица 3

Основные источники шума в городах

Источник шума	Вклад в общий уровень шума в городах, дБА
Автомобильный транспорт	70‒78
Железнодорожный транспорт	5‒6
Промышленные предприятия, строительство	4‒5
Электрический муниципальный транспорт	3‒6
Авиационный транспорт	2‒3
Прочие источники	2‒11

Область пространства, в которой распространяются звуковые волны, называется звуковым полем. В каждой точке звукового поля давление и скорость движения частиц воздуха изменяются во времени.

Основная причина повышенного шумового загрязнения в городах ‒ противоречие между принципом «не навреди» и реалиями технической политики городов. К основным чертам последней относятся:

- близкое расположение источников шума – транспортных магистралей и жилой застройки;

- увеличение плотности улично-дорожной сети и застройки;

- рост интенсивности и скорости движения транспорта.

 

 

Ультразвук

Ультразвук находит широкое применение в медицине, машиностроении и металлургии. По способу распространения ультразвук подразделяют на воздушный и контактный. По частному спектру ультразвук классифицируют на низкочастотный – колебания 1,25· ,0· Гц и высокочастотный – свыше 1,0· Гц. В медицине применяют ультразвуковые исследования с частотой до 3· Гц.

Низкочастотные ультразвуковые колебания хорошо распространяются в воздухе. Биологический эффект воздействия на организм зависит от интенсивности, длительного воздействия и размеров поверхности тела, подвергаемой действию ультразвука.

Длительное систематическое влияние ультразвука, распространяющегося в воздухе, вызывает функциональные нарушения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов. У работающих на ультразвуковых установках отмечают выраженную сосудистую гипотонию, снижение электрической активности сердца и мозга. Изменения ЦНС в начальной фазе проявляются нарушением рефлекторных функций мозга (чувство страха в темноте, в ограниченном пространстве, резкие приступы с учащением пульса, чрезмерной потливостью, спазмы в желудке, кишечнике, желчном пузыре). Наиболее характерны жалобы на резкое утомление, головные боли и чувство давления в голове; затруднения при концентрации внимания; торможение мыслительного процесса; на бессонницу [17].

Контактное воздействие высокочастотного ультразвука на руки приводит к нарушению капиллярного кровообращения в кистях рук, снижению болевой чувствительности. Установлено, что ультразвуковые колебания могут вызвать изменения костной структуры с разрежением плотности костной ткани. При контактной передаче ультразвука на руки зарегистрированы профессиональные заболевания.

 

Инфразвук

Эта область включает в себя колебания, не превышающие по частоте 20 Гц ‒ нижней границы слухового восприятия человека. Инфразвуковые колебания возникают в разнообразных условиях и могут быть обусловлены как природными явлениями, например обдуванием ветром зданий, металлических конструкций, так и работой различных машин и механизмов. Высокие уровни инфразвука возникают вблизи работающих виброплощадок, внутри салонов автомобилей, движущихся со скоростями порядка 100 км/ч. Существует множество природных источников инфразвука: извержение вулканов, смерчи, штормы. Известно, что перед землетрясением люди и особенно животные испытывают чувство беспокойства. Штормы также оказывают на людей негативное воздействие.

Применение в различных сферах деятельности человека машин и механизмов, увеличение их мощности и габаритов, производительности и других технических характеристик, обуславливает тенденцию повышения низкочастотных составляющих в спектрах шумов на рабочих местах и появления инфразвука.

Основные техногенные источники инфразвуковых колебаний в городах приведены в табл. 4 [17].

Таблица 4

Основные техногенные источники инфразвуковых колебаний в городах

Источник инфразвука	Характерный частотный диапазон инфразвука	Уровни инфразвука
Автомобильный транспорт	Весь спектр инфразвукового диапазона	Снаружи до 90 дБ Внутри до 120 дБ
Железнодорожный транспорт и трамваи	10‒16 Гц	Внутри и снаружи от 85 до 120 дБ
Промышленные установки аэродинамического и ударного действия	8‒12 Гц	До 90‒105 дБ
Вентиляция промышленных установок и помещений, то же в метрополитене	3‒20 Гц	До 75‒95 дБ
Реактивные самолеты	Около 20 Гц	Снаружи до 130 дБ

Характерной особенностью инфразвука, в отличие от слышимого диапазона частот, является большая длина волны и малая частота колебаний. Развитие промышленного производства и транспорта приводит к значительному увеличению источников инфразвука в окружающей среде и возрастанию интенсивности и уровня инфразвука.

Согласно результатам социально-гигиенических исследований, население, проживающее в районах с круглосуточным воздействием инфразвука, например, на уровне 109 дБ, гораздо чаще обращается с жалобами на ухудшение здоровья, дискомфорт, головные боли и др., чем население контрольных групп. Биологическое воздействие инфразвука проявляется ответной реакцией всего организма, в том числе нервной, сердечно-сосудистой и дыхательных систем. В совокупности реакции различных систем организма на повышенные уровни инфразвука могут приводить к значительному снижению производительности труда, а при обслуживании технически сложных производств ‒ и к аварийным ситуациям. Следует иметь в виду, что городской инфразвук даже небольшой мощности действует болезненно на уши, заставляет колебаться внутренние органы, поэтому человеку кажется, что внутри него все вибрирует. Именно инфразвуки, по всей видимости, являются причиной тяжелой и непреходящей усталости жителей городов и работников шумных предприятий. Воздействие инфразвука может приводить к ощущению головокружения, вялости, потери равновесия, тошноты. Было установлено, что летчики и космонавты, подвергнутые действию инфразвука, решали простые арифметические задачи медленнее, чем обычно.

Можно выделить две наиболее опасные для человека зоны воздействия инфразвука, определяемые его уровнем воздействия.

Первая зона ‒ смертельное воздействие инфразвука при уровнях, превышающих 185 дБ, и экспозицией свыше 10 минут.

Вторая зона ‒ действие инфразвука с уровнями от 185 до 145 дБ ‒ вызывает эффекты, явно опасные для человека.

Действие инфразвука с уровнями ниже 120 дБ, как правило, не приводит к каким-либо значительным последствиям.

 

Лазерное излучение

В последние десятилетия в промышленности, медицине, при научных исследованиях, в системе мониторинга состояния окружающей среды нашли применение лазеры. Их излучение может оказывать опасное воздействие на организм человека и в первую очередь на орган зрения. Лазерное излучение (ЛИ) генерируют в инфракрасной, световой и ультрафиолетовой областях неионизирующего ЭМИ.

Лазеры, генерирующие непрерывное излучение, позволяют создать интенсивность порядка 10¹⁰ Вт/см², что достаточно для плавления и испарения любого материала. При генерации коротких импульсов интенсивность излучения достигает величин порядка 10¹⁵ Вт/см² и больше. Для сравнения отметим, что значение интенсивности солнечного света вблизи земной поверхности составляет всего 0,1‒0,2 Вт/см².

В настоящее время в промышленности используется ограниченное число типов лазеров. Это в основном, лазеры, генерирующие излучение в видимом диапазоне спектра (λ = 0,44‒0,59 мкм; λ = 0,63 мкм; λ = 0,69 мкм), ближнем ИК-диапазоне спектра (λ = 1,06 мкм) и дальнем ИК-диапазоне спектра (λ = 10,6 мкм) [15, 17]. При оценке неблагоприятного влияния лазеров все опасности разделяют на первичные и вторичные. К первым относят факторы, источником образования которых является непосредственно сама лазерная установка. Вторичные факторы возникают в результате взаимодействия ЛИ с мишенью.

К первичным факторам вредности относят ЛИ, повышенное электрическое напряжение, световое излучение, акустические шумы и вибрация от работы вспомогательного оборудования, загрязнение воздуха газами, выделяющимися из узлов установки, рентгеновское излучение электроионизационных лазеров или электровакуумных приборов, работающих при напряжении свыше 15 кВ.

Вторичные факторы включают отраженное ЛИ, аэродисперсные системы и акустические шумы, образующиеся при взаимодействии лазерного излучения с мишенью, излучение плазменного факела.

ЛИ может представлять опасность для человека, вызывая в его организме патологические изменения, функциональные расстройства органа зрения, центральной нервной и вегетативной систем, а также влиять на внутренние органы, такие как печень, спинной мозг и др. Наибольшую опасность ЛИ представляет для органа зрения. Основным патофизиологическим эффектом облучения тканей ЛИ является поверхностный ожог, степень которого связана с пространственно-энергетическими и временными характеристиками излучения.

Воздействие лазерного излучения на глаза. Сравнительно легкая уязвимость роговицы и хрусталика глаза при воздействии электромагнитных излучений самых различных длин волн, а также способность оптической системы глаза увеличивать плотность энергии излучения видимого и ближнего инфракрасного диапазона на глазном дне на несколько порядков по отношению к роговице выделяют его в наиболее уязвимый орган. Степень повреждения глаза главным образом зависит от таких физических параметров, как время облучения, плотность потока энергии, длина волны и вид излучения (импульсное или непрерывное), а также индивидуальных особенностей глаза.

Воздействие ультрафиолетового излучения на орган зрения в основном приводит к поражению роговицы. Поверхностные ожоги роговицы лазерным излучением с длиной волны в пределах ультрафиолетовой области спектра устраняются в процессе самозаживления.

Для лазерного излучения с длиной волны 0,4‒1,4 мкм критическим элементом органа зрения является сетчатка. Она обладает высокой чувствительностью к электромагнитным волнам видимой области спектра и характеризуется большим коэффициентом поглощения электромагнитных волн видимой инфракрасной и ближней ультрафиолетовых областей. Повреждение глаза может изменяться от слабых ожогов сетчатки, сопровождающихся незначительными или полностью отсутствующими изменениями зрительной функции, до серьезных повреждений, приводящих к ухудшению зрения и даже к полной его потере.

Излучения с длинами волн более 1,4 мкм практически полностью поглощаются в стекловидном теле и водянистой влаге передней камеры глаза. При умеренных повреждениях эти среды глаза способны самовосстанавливаться. Лазерное излучение средней инфракрасной области спектра может причинять тяжелое тепловое повреждение роговице.

Отметим, что лазерное излучение оказывает повреждающее действие на все структуры органа зрения. Основной механизм повреждений ‒ тепловое действие. Импульсное лазерное излучение представляет большую опасность, чем непрерывное.

Воздействие лазерного излучения на кожу. Повреждения кожи, вызванные лазерным излучением, могут быть различными: от легкого покраснения до поверхностного обугливания и образования глубоких дефектов кожи. Эффект воздействия на кожные покровы определяется параметрами излучения лазера и степенью пигментации кожи.

Пороговые уровни энергии излучения, при которых возникают видимые изменения на коже, колеблются в сравнительно широких пределах

(от 15 до 50 Дж/см²).

Биологические эффекты, возникающие при облучении кожи лазерным излучением, в зависимости от длины волны приведены в табл. 5.

 

Таблица 5

Биологические эффекты, возникающие при облучении кожи лазерным излучением

Ультрафиолетовая область	Видимая область	Инфракрасная область
Различные фотохимические реакции, эритема, разрыв химических связей у большинства молекул, входящих в состав живой ткани, различные перерождения: появление новообразований, образование свободных радикалов, действующих на внутренние органы	В основном термическое действие	Выраженные деструктивные изменения термического характера (ожоги различной степени), поражение внутренних органов

Действие лазерного излучения на внутренние органы. Лазерное излучение (особенно дальней инфракрасной области спектра) способно проникать через ткани тела и взаимодействовать с биологическими структурами на значительной глубине, поражая внутренние органы.

Наибольшую опасность для внутренних органов представляет сфокусированное лазерное излучение. Степень повреждения внутренних органов в значительной мере определяется интенсивностью потока излучения и цветом окраски органа. Так, печень является одним из наиболее уязвимых внутренних органов. Тяжесть повреждения внутренних органов также зависит от длины волны подающего излучения. Наибольшую опасность представляют излучения с длинами волн, близкими к спектру поглощения химических связей органических молекул, входящих в состав биологических тканей.

Кроме лазерного излучения, персонал, занимающийся эксплуатацией лазерной техники, может подвергнуться воздействию интенсивного светового и ультрафиолетового излучения, источником которого являются лампы вспышки, газоразрядные трубки и плазменный факел.

При эксплуатации лазерных установок также следует учитывать и другие опасные факторы, к которым относятся повышенное напряжение в электрической цепи, акустический шум, вибрации, вредные вещества. При эксплуатации лазеров необходимо учитывать также возможность взрывов и пожаров при попадании лазерного излучения на горючие материалы. В табл. 6 приведены основные факторы, возникающие при эксплуатации лазерных установок.

 

 

Таблица 6

Опасности и источники опасностей, возникающие при эксплуатации лазерных установок

Опасности	Источник возникновения опасности
Лазерное излучение: -прямое (зеркально отраженное) -диффузно отраженное Напряжение в электрической цепи Вредные вещества УФ-излучение и инфракрасная радиация Шум и вибрация	Резонатор лазера; зеркала, оптическая система, мишень при воздействии лазерного излучения Цепи управления и источники электропитания лазера Мишень при воздействии лазерного излучения, системы охлаждения Мишень при воздействии лазерного излучения и газоразрядные трубки Мишень при воздействии лазерного излучения и вспомогательное оборудование

 

Зоны опасного влияния современных лазерных установок обычно ограничены размерами производственного помещения.