16
Луганский государственный аграрный университет
УДК 631.3:331.45:681.84/.85
05.00.00 Технические науки
Воздействие шума на организм оператора в производственных условиях Научный журнал КубГАУ, №120(06), 2016 года, http://ej.kubagro.ru/2016/06/pdf/72.pdf
Гайда Анна Станиславовна, аспирантка
Луганск, Украина
Общеизвестно, что любой организм существует в равновесном состоянии с окружающей его средой и без этого существовать не может [1; 2]. В результате такого взаимодействия возникает приспособительная реакция на основе адаптации. Исходным пунктом формирования приспособительной реакции является необходимость достижения определенной цели, входное воздействие и исходное состояние функциональной системы, обеспечивающей эту реакцию:
(1)
где S и So - текущее и начальное состояние живой системы, N - потребность, J - внешнее по отношению к данной функциональной системе воздействия, Т - время.
Основные факторы, входящие в выражение (1), описываются в коэффициентах: энергия, вещество, информация [3]. С первыми двумя переменными связаны физические характеристики входного воздействия, вызываемые ими величины ощущений [4; 5], с получением содержательной информации - возникновение эмоций, которые можно определить как биологическую реакцию на информацию [6]. Пороги восприятия нейтральных и эмоционально значимых сигналов различны [7]. Таким образом, организм на всех уровнях функционирования перерабатывает как энергию, так и информацию, которые во всех видах сигналов сопутствуют друг другу [8].
Ответная реакция на внешнее воздействие зависит не только от физических характеристик воздействия, но и от его сигнальной, биологической значимости для организма, т.е. осуществляется оценка полезности того или иного сигнала для организма [9]. Эти закономерности лежат и в основе приспособительных реакций организма на раздражители любой физической природы, в том числе и звуковые. Нормально функционирующая слуховая система реагирует на звуковую нагрузку выраженным сдвигом порога [10]. Остаточные временные сдвиги слуховой чувствительности переходят в постоянные, являющиеся функцией времени - числа лет воздействия [11;12;13]. Обычно в первую очередь повышается порог слуха на частотах 4000-8000 Гц [14; 15]. Это связано с тем, что собственная частота воздушного столба в наружном слуховом проходе составляет 3-4 кГц, благодаря чему в этом диапазоне из-за резонанса усиливаются звуковые колебания [16]. Затем слух начинает ухудшатся на остальных частотах.
При определённом уровне этих нарушений возникает трудность в речевых коммуникациях между людьми, в таких случаях идёт речь о нарушении слуха [17]. Технический комитет ИСО/ТК-43 разработал международный стандарт ISO 1999:1990 (Е) Acoustics - Determination of occupational noise exposure and estimation of noise-induced hearing impairment [18]. Он устанавливает соотношение между экспозиционной дозой шума и риском повреждения слуха при восьмичасовом рабочем дне (времени воздействия) для диапазона уровне 75-100 дБ. Уровень звука 75 дБ, который принят в качестве безопасного, недостаточно обоснован, существуют данные, что и гораздо менее интенсивные шумы (от 55 дБА) могут вызывать некоторый сдвиг порога слышимости после нескольких лет воздействия [19; 20; 21].
Определённую гигиеническую ценность может иметь показатель импульсности шума в виде скорости изменения уровня в секунду.
Таким образом, чем выше скорость изменения уровня, тем труднее организму приспособиться к данному фактору, тем выше «цена» адаптации.
Влияние времени нарастания сказывается только на чувствительности слухового аппарата. Причём неблагоприятное влияние малого времени нарастания на чувствительность слухового анализатора не зависит от экспозиционной дозы шума и проявляется одинаково при любых эквивалентных уровнях.
Импульсный шум с повторяемостью 5-10 имп/мин оказывает на организм менее вредное влияние, чем шум повторяемостью 10-100 имп/мин, хотя при частоте следования в 120 имп/мин [22] биологическая активность непостоянного шума не отличается от равного по энергии постоянного. При малой частоте следования низкая активность шума объясняется существенными промежутками времени между звуковыми импульсами, во время которых происходит восстановление физиологических функций [23].
Доказано, что чем выше неопределенность текущего значения уровня шума, тем выраженные сдвиги в организме вызывает. Более того, один и тот же шум влияет на организм по разному, в зависимости от субъективного к нему отношения [24]. Это связано с тем, что слуховой анализатор, как биологическая система, выполняет две функции - снабжает организм сенсорной информацией и обеспечивает самосохранение.
В условиях шума эти цели вступают в противоречие: с одной стороны орган слуха должен обладать высокой разрешающей способностью к полезным сигналам, а с другой - в целях приспособления к шуму - слуховая активность и чувствительность должна снижаться [25]. Рассматривая влияние шума на организм, обычно обращают внимание на вторую функцию, рассматривая шум, как вредный фактор.
Между тем, филогенетически основной является первая функция, обеспечивающая биологическую связь (у человека это в первую очередь восприятие речи), ориентацию в пространстве (пассивная и активная локация положения, скорости и направления движения источника звука), восприятие некоммуникативных сигналов (трески, шорохи и т.д.). К некоммуникативным сигналам можно также отнести производственные, бытовые и транспортные шумы, хотя в них есть элементы пространственной ориентации [26].
Восприятие звуков начинается с процессов, которые происходят в рецепторном отделе слуховой системы - улитке. Этому предшествует проведение звуковой волны через структуры наружного и среднего уха.
Они способствуют более совершенному и тонкому восприятию звуковых явлений [27]. Рецепторы улитки преобразуют энергию внешних стимулов в энергию электрических сигналов нервных волокон [28]. А основная мембрана улитки является своего рода преобразователем «частота-координата» с высокими резонансными частотами в базальном конце и низкими - в апикальном [29].
Существующие механизмы психофизиологической обработки поступающих сигналов позволяют анализировать не только энергетическую составляющую шума, и его сигнальную, информационную составляющую. Энергетическую составляющую в виде экспозиционной дозы относительно легко измерить и рассчитать (2) [30]:
(2)
где Тс - суммарное время экспозиции шума за смену, Т0 - продолжительность смены (8 часов), L А эквс - эквивалентный уровень шума за время Тс.
С информационной составляющей несколько сложнее, поскольку отсутствуют объективные способы её измерения и расчетные способы позволяют более-менее объективно рассчитывать энтропию источника, а вот энтропию приёмника, в данном случае - человека (в расчетную формулу для оценки восприятия входят обе), практически невозможно, поскольку, во-первых, не все операторы пользуются шумом как источником информации, а также мотивы, которые заставляют операторов «слушать» шум - разные, следовательно, и «селективные фильтры» используются ими различные [31].
Поэтому оценить более-менее точно можно энтропию шума как источник потенциальной информации и использовать её для характеристики информационной составляющей [32; 33].
Для определения объёма выборки, гарантирующего заданную точность определения вероятности при расчете энтропии шума при определении доверительной вероятности, используют формулу (3), основанную на законе больших чисел [34]:
, (3)
где n - оценка объёма выборки, - заданная ошибка достоверной вероятности; - достоверная вероятность; - функция достоверной вероятности, основные значения которой даны в таблице 1.
Таблица 1. Значения функции доверительной вероятности (А.Н. Ширяев, 1980)
|
0,5000 |
0,3175 |
0,1000 |
0,0500 |
0,0454 |
0,0100 |
0,0027 |
||
|
0,675 |
1,000 |
1,645 |
1,960 |
2,000 |
2,576 |
3,000 |
В целом считается доказанным, что уровень специфических реакций на воздействие шума в значительной мере зависит от его информационных параметров - энтропии и сигнальной значимости. Эти параметры вносят достоверный и сопоставимый с энергией вклад в биологическую активность шума [35]. Так же доказано, что основная трудность работы операторов при опознавании и принятии сигналов связана с шумовой утомляемостью и монотонностью поступающих сигналов, что приводит к повышенной утомляемости и соответственно служит причиной повышения вероятности аварийноопасных ситуаций [36; 37].
Помимо этого на надёжность работы операторов влияют и иные факторы окружающей среды [38]. Уровень шума на рабочем месте - один из факторов, определяющих величину экспозиционной стажевой дозы, получаемой операторами за время работы по профессии.
Он в значительной мере сказывается на формировании функциональных изменений в организме операторов. Исследования реакции организма на информационную насыщенность среды [39; 40; 41] показали, что чем больше энтропия ситуации и дефицит информации в сигналах и ожидаемых экстремальных условиях, тем больше сдвиги в нервной системе, которые приводят к учащению пульса и дыхания, увеличению числа характерных сосудистых и кожно-гальванических реакций, к сокращению времени сенсомоторных реакций. От соотношения количества поступающей и необходимой информации зависит качество эмоций и их интенсивность [42].
С этими особенностями реагирования организма на шумовой сигнал (оценка биологической значимости, дефицит информации и т.д.) связаны неспецифические - неслуховые - реакции организма на шум. Поскольку органы слуха имеют глубокую взаимосвязь с главнейшими нервными центрами мозга, изменения в центральной нервной системе могут быть более глубокими и ранними, нежели нарушения слуха [43].
Неслуховые эффекты можно разделить на соматические, вестибулярные и психические, а также помехи деятельности, причём, при действии импульсного шума, по сравнению с постоянным наблюдается большая утомляемость и нарушение способности к сосредоточению внимания [44].
Как при хроническом, так и кратковременном воздействии шума у операторов наблюдается изменение систолического и диастолического давления (чаще отмечается повышение), частоты сердечных сокращений и ритма дыхания, повышение симпатического и парасимпатического тонуса [45]. Ухудшаются под воздействием шума и биохимические показатели организма оператора [46].
Непостоянные шумы относятся к двум классам: шумы с высокой энергий (от 90 дБА и выше), но относительно с низкой прагматической значимостью информации, содержащейся в неопределённости их параметров; и другой альтернативный класс - шумы со сравнительно небольшими уровнями энергии (ПДУ и ниже), но с высокой сигнальной значимостью их интенсивно-временных характеристик (рабочие места операторов).
С увеличением энергии и энтропии непостоянного шума (стажевой экспозиционной дозе более 100 дБА, энтропии 2-2,5 бит) функциональное состояние организма ухудшается: растут пороги слуховой чувствительности, за счет централизации управления сердечным ритмом увеличивается напряжение сердечно-сосудистой системы, нарушается мозговое кровообращение. психофизиологический утомляемость шум
Шум с высокой информационной значимостью, даже при относительно небольшой энергией звука, уровень которого не превышает ПДУ по СН 3223-85 для такого рода работ, способен даже при небольшом сроке - до 8 лет - контакта с ним вызвать стойкое снижение порогов слуховой чувствительности и ухудшение общего состояния здоровья оператора [47].
Таким образом, чем сильнее шум и значительнее его экспозиция, тем более значительные функциональные нарушения он вызывает, тем больше вреда наносит он организму. Поскольку интенсивный шум [48] вызывает усиление утомляемости операторов, ухудшается работа сердца, нарушается нормальное функционирование желудочно-кишечного тракта и центральной нервной системы
Литература
1. Анохин, П.К. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем [Текст] / П.К. Анохин. - М.: Медицина, 1975. - 489 с.
2. Hapkins, W.G. Phisical fitness of blind and sighted children [Текст] / W.G. Hapkins, H. Gaeta, A.C. Thomas, P. McN. Hill // International Archives of Occupational and Environmental Health. - 1987/ - V.56? N1/ - P.69-73.
3. Фролов, М.В. Состояние и его основные переменные [Текст] / М.В. Фролов // Методика и техника психофизиологических исследований оперативной деятельности. - М.: Наука, 1984. - С.53-58.
4. Me Cinnes, E. Emotionality and perceptual defence [Текст] / E. Me Cinnes // Physilogical Review. - 1949. - V.56. - P.244-265. ;
5. Phares, E.J. Perceptual thresholddecrements as a function of and chance expectancies [Текст] / E.J. Phares. - Journal of psychology. - 1962. - V.53. - P.399-407.