ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ К ВОПРОСУ О ЗАДЕРЖКЕ ПЫЛИ В ЛЕГКИХ ЧЕЛОВЕКА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ДЫХАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Клиническая медицина»

УДК 616.24-003.66-092:612.211-092.6

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ К ВОПРОСУ О ЗАДЕРЖКЕ ПЫЛИ В ЛЕГКИХ ЧЕЛОВЕКА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ДЫХАНИЯ

Г. С. Феоктистов

Эстонский институт экспериментальной и клинической медицины АМН СССР, Таллин

Экспериментальные исследования показали, что при относительном постоянстве фракционного состава полидисперсного аэрозоля степень его задержки в легких не зависит от концентрации пыли во вдыхаемом воздухе. Углубление дыхания, сопровождающееся более или менее выраженным учащением его, у типичных для физического труда представителей различных профессий приводит к увеличению относительной задержки пыли в легких. При этом режим дыхания, характерный для тяжелого физического труда, обусловливает более высокую степень задержки пыли, чем режим, типичный для легкой работы и работы средней тяжести.

Согласно теоретическим расчетам и экспериментальным данным Wilson и La Мег, Landal, Altshuler с соавторами, Dautrebande и Walkenhorst, Dautrebande с соавторами, Morrow, Mitchell, Beckmans и ряда других авторов, относительная задержка пыли во время дыхания растет при произвольном его урежении, сопровождающемся увеличением глубины каждого вдоха, снижается при учащении дыхания, связанном а уменьшением его глубины, и вновь растет, если при таком учащении произвольно увеличивается глубина вдоха.

Однако исследования Б. А. Кац-нельсона и соавторов (1961, 1962, 1963), а также С. М. Ганюшкиной, Ю. Г. Солонина показали, что при увеличении легочной вентиляции, вызванном реальной физической нагрузкой, не только никогда не уменьшается глубина вдоха при учащении дыхания, но, напротив, почти всегда оба эти фактора увеличиваются, притом, чем выше возрастает минутный объем дыхания (МОД) по сравнению с покоем, тем больше это зависит именно от углубления каждого вдоха, а не от учащения дыхания. Последнее обычно перестает нарастать после достижения определенного уровня. Подобные закономерности были полностью подтверждены и нами при проведении физиологических исследований (с применением радиотелеметрических методик) у навалоотбойщиков, машинистов погрузчиков и сортировщиц (породовы-борщиц) сланцевых шахт (Г. С. Феоктистов). Для иллюстрации приводим график (рис. 1), показывающий зависимость учащения и углубления дыхания навалоотбойщиков во время выполнения ими различных трудовых операций от кратности увеличения МОД по сравнению с уровнями, имевшими место до начала работы.

Таким образом, сведения о влиянии характера дыхания на задержку пыли представляют лишь ограниченный интерес для оценки отложения пыли в легких при реальной физической работе, поскольку, как уже ука-

Рис. 1. Соотношение учащения дыхания и увеличения глубины вдоха в зависимости от увеличения легочной вентиляции (по отношению к уровням покоя).

По оси абсцисс — кратность увеличения легочной вентиляции; по оси ординат — кратность учащения (светлые кружки) или углубления (темные кружки) дыхания.

зывалось, эти данные касаются почти исключительно таких режимов дыхания (урежение в сочетании с углублением или учащение с уменьшением глубины), которые в реальных условиях почти не наблюдаются. Исходя из литературных данных и полученных нами материалов о соотношениях частоты и глубины дыхания при физической работе, относящихся к самым различным профессиям, можно было лишь предположить, что «относительная задержка пыли в легких при увеличении вентиляции, вызванном физическим трудом, в большинстве случаев не может существенно уменьшиться, ибо оно компенсируется соответствующим углублением, а во многих случаях (и как раз при наиболее высоких объемах вентиляции) задержка должна даже увеличиться за счет преобладающего влияния углубления» (Б. А. Кацнельсон и соавторы, 1964).

Перед нами была поставлена задача экспериментальной проверки этого предположения. Эксперимент должен был быть впервые проведен при режимах дыхания, которые наблюдаются в производственных условиях у представителей вполне конкретных профессий, но в то же время достаточно типичных и для многих других производств. Использована сланцепромышленная пыль («смет», собранный на узлах сланцеподачи). Анализ литературных данных свидетельствует о том, что химический состав и даже удельный вес пыли играют весьма малую роль в задержке аэрозолей при дыхании, поэтому полученные нами результаты имеют более общее значение.

Исследованию подвергли 2 группы испытуемых — 3 мужчин и 3 женщин. Для мужчин было выбрано 3 режима дыхания, соответствующих наиболее типичным данным наших производственно-физиологических наблюдений над рабочими сланцедобы-чи: первый режим, отвечающий состоянию перед работой (МОД 9 л при 19 дыханиях в минуту); второй режим, характерный для работы машинистов погрузчиков (МОД

Рис. 2. Схема установки для определения задержки пыли в легких.

Объяснения в тексте.

16 л при 18 дыханиях в минуту), и третий режим, наблюдающийся у навалоотбойщиков (МОД 30 л при 27 дыханиях в минуту). Экспериментальный режим женщин имитировал средние характеристики МОД и частоты дыхания сортировщиц-породовыбор-щиц в «предрабочем» состоянии (1-й режим: 8 л и 19 дыханий за минуту) и при ручной выборке породы (2-й режим: 17 л и 23 дыхания).

Схема экспериментальной установки, смонтированной специально для проведения нами исследования, представлена на рис. 2. В камеру / объемом 1 м3 воздуходувкой 2 через сосуд со сланцевой пылью 3 и пылеотстойник 4 подавали запыленный воздух, освобожденный от наиболее крупных частиц. Воздух в камерах перемешивался вентилятором 5.

Дисперсный состав пыли в камере контролировали путем отбора проб на мембранные фильтры с последующей микроскопией при увеличении в 1350 раз. Он оказался весьма постоянным и соответствующим наблюдавшемуся нами дисперсному составу пыли в производственных условиях; на фракцию диаметром менее 2 мк приходилось около 80% частиц. Средние счетные концентрации пыли, по данным ультрамикроскопического счетчика, в различных опытах колебались от 1300 до 13 200 частиц в 1 мл. Описанные в литературе теоретические расчеты и прямые эксперименты свидетельствуют о том, что концентрация пыли не влияет на относительную задержку ее

при условии постоянства дисперсного состава. Поэтому мы не считали нужным добиваться большего постоянства концентраций.

Надеваемая испытуемым резиновая полумаска 6 через вдыхательный клапан 7 соединялась с камерой и через осушитель — с электроподогревом 8, а вдыхательный клапан 9 — с газовыми часами 10. Из потоков вдыхаемого и выдыхаемого воздуха через трубки 11 и 12 часть его откачивалась на счетчик-ультрамикроскоп 13 конструкции Ленинградского института гигиены труда. Опыты проведены в условиях, когда испытуемые дышали носом.

Каждый испытуемый до опытов проходил инструктаж и тренировку. При проведении опыта после «промывки» системы несколькими вдохами и выдохами отмечалось исходное показание газовых часов и начинались попеременные отсчеты числа частиц с помощью ультрамикроскопа во время вдохов и выдохов. Каждый испытуемый при каждом режиме дыхания прошел 10 обследований, причем каждый опыт включал по 40 отсчетов числа частиц во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе. Таким образом, при каждом режиме было проведено по 30 опытов, а всего состоялось 150 опытов, включавших 6000 отсчетов по ультрамикроскопу.

Концентрации пыли, соответствующие средним (для каждого опыта) результатам отсчетов на вдохе (Свд.) и выдохе (С выд.), мы определяли по специально составленным таблицам. Коэффициент задержки пыли при дыхании вычисляли так:

^ = свд.-свыд.х 1оо%

Чвд.

Требуемую частоту дыхания задавали по метроному' М, а объем легочной вентиляции во время каждого опыта контролировали газовыми часами и секундомером. Во время тренировок каждого испытуемого определяли показания водяного манометра 14, соответствующие требуемой глубине вдоха при задаваемых величине МОД и ритме дыхания. Во время опытов в соответствующем режиме испытуемый произвольно регулировал глубину каждого вдоха по показаниям этого манометра-индикатора. В установке имелся, кроме того, трансформатор 15. Описанная методика обеспечила достаточно близкое совпадение средних величин МОД при каждом режиме с заданными параметрами. ,

Данные, полученные в опытах, и результаты вариационно-статистической обработки приведены в таблице. Эти данные прежде всего подтверждают независимость степени задержки пыли при каждом режиме дыхания от ее концентрации во вдыхаемом воздухе.

Средняя относительная задержка при режимах дыхания, соответствующих «предрабочему» состоянию, составила 40—45% У мужчин и 43—48% у женщин. Индивидуальные различия в пределах каждой группы были невелики; несколько шире оказался диапазон внутрииндивиду-альной вариабельности, что вполне объяснимо отклонениями от заданной глубины дыхания, наблюдавшимися у каждого испытуемого от опыта к опыту. Однако средние характеристики дыхания у всех 3 испытуемых внутри группы совпадали достаточно близко (у мужчин— 17 дыханий в минуту при средних глубинах вдоха от 490 до 550 мл; у женщин — 19 дыханий при средних глубинах вдоха 380—400 мл), поэтому приведенные средние коэффициенты задержки могут рассматриваться как характерные для соответствующих первых режимов. Те же соображения относятся и к остальным режимам эксперимента.

В целом средний коэффициент задержки пыли при первом режиме в группе мужчин равнялся 42,5±0,8%, а в группе женщин —45,8± 1,0%. Эти показатели отличались друг от друга незначительно, хотя и достоверно (Р<0,05), однако тенденция к более высокой степени задержки пыли в легких у женщин как будто противоречила литературным данным и другим результатам нашего эксперимента: ведь при первом режиме частота дыхания у них была несколько выше, а глубина — заметно ниже, чем у мужчин. Этот кажущийся парадокс легко объяснить тем, что благодаря антропометрическим различиям та глубина вдоха, которая по абсолютной величине у женщин меньше, чем у мужчин, может оказаться следствием относительно более глубокого дыхания. Действительно, судя по результатам измерений, проведенных на протяжении 3 дней у каждого испытуемого при спокойном носовом дыхании в положении сидя после 10-минутного отдыха, состоянию покоя у женщин соответствуют средние величины МОД 5,06—5,77 л при частоте дыхания 12—15 в минуту и средние величины глубины вдоха 390—410 мл, а у мужчин сред-

няя величина МОД ' 9,01—9,15 л при 10—14 дыханиях и средние глубины вдоха 690— 880 мл.

Следовательно, при первых режимах, соответствовавших «дора-бочим» показателям навалоотбойщиков и машинистов (у мужчин) или сортировщиц (у женщин), глубина вдоха у первых была в * среднем всего в 1,4 ра- | за больше, а у вторых— Ц> в 1,85 раза больше, чем | в покое. Таким образом, х результаты нашего экс- * перимента с целью вы- £ явления воздействия на ч задержку пыли в лег- ° ких тех режимов дыха- * ния, которые характер- I ны для определен- =§ ных профессиональных 3 групп, должны cono- = ставляться в первую 5 очередь внутри каждой g группы испытуемых. s

У мужчин такое со- ё поставление второго « экспериментального ре- = жима (соответствующе- I го механизированному « труду) с первым «пред- * рабочим» свидетельст- | вует о повышении сте- sS пени задержки пыли g при дыхании в среднем § до 53,3% (у разных Ц испытуемых до 50,2— « 56,9%). При этом у * всех испытуемых она | увеличилась примерно » в одинаковой степени. Различие средних показателей задержки пыли, соответствующих сравниваемым режимам, у каждого испытуемого было статистически достоверно (Р<0,01).

Таким образом, оказалось, что не только резкое увеличение глубины вдоха при явно

Степень задержки пыли (в %) SIOWIO СО СО «ООО ^•^"^"lOCOtCcOCO-rr 00 о ю ^ см см СО t-^CO Ol —; СО 1Л со" TJ-" ю"

Е ■Н 5 О) л<ою см «МО ^ f-. о « о - со +I+I+I+I+J+Í+Í+I+Í со см о_ Ol СМ_ öl_ СО СП 00 1С см о" со" о* см" о" со" Ч-тс ю lo Ю N (О (О О О Г- CO CM Ol 00 00 О lO СО^тГ +¡ +¡ +1 +¡ +¡ +1 тг ncoojnw со ю" оо" —" СП ту ту ту ю со Ю

максимальная СМ —^CM СМ OlОО Ю со —"оо"со о"~"ю"~"см" lOlO^tOtDtOSNS 00 со_ — о_ см_ о" О)" Г-" о" оо" lOTfiOíONtO

минимальная о со со_ СП —<_ 00 ю_ OÍ CD см lOO Oí"СО О Ol ' со со со ту ту со со со ю ту оо_ оо_ о_ о_ ОС -т" Г -" о со ТГ со со со to ю ю

Средняя счетная концентрация пыли на вдохе (число частиц в 1 см•) соооооооо ОтСООтут^аосООО! —-сотстгсососоюсм о о о о о о СО Ю Ol СМ СО CSOOTTONlfl см со со см со со

МОД (в л) средняя ■^.05 Tct^ocMte во о^ oí oí" оо" со" ю" со" oí о" о" — — — см со со см_ со_ тр с- см оо_ (С (С to" г-" со"

максимальная ю ю тг об oí из — oí о —" oí оо" оо" оо" со" см" со — —« • —• со со со о <о_ О 00-oo"oo"r--"oo*f-"

минимальная -« СО СО Ol 00 U9 COU3 со I-" Г--Г tC ^Г ю" -г" г-Г --■ — см см см со с0_с0_01 — тг со" со" ту* со" lo*

тубина вдоха средняя ЮЮООСОООИЮ Ю lO ту Ol 00 Ol -нм^н о" о" о" о" о о" —" —" —" оо О 01 со ira со оо ^ СО t^ Гг. (ч. 0" о" о" о" о" о"

максимальная — юсмсм со_ ю_ te сп о см см_ см_ о" о" о" —" о" —" —" —" —" СМ ю см С- О f-о" о" о" о" о" о"

и минимальная смюсоосмсоосм —1 Т тг ту GO ОО оо Oí о О о" о" о" о" о" о" о" —" —<" со со со со f— со_ 0" о" о" о* о" о"

Частота дыханий (в мин.) t— t— t-- 00 ОС 00 Г— Г— ______„CMCMC^ Ol Ol Ol СО СО со — — — см см см

Испытуемый ш OKCJCQXCJ031^» ©¿[¿©¡¿¿©¡¿из го ы во га X сс ¿XÓcixO

Пол Мужчины Женщины

нефизиологичном урежении дыхания, но и углубление дыхания, соответствующее довольно легкой физической работе (с 490—550 до

• 880—900 мл, или в среднем в 1,7 раза) и не сопровождающееся снижением частоты его, приводит к повышению степени задержки пыли в легких. Еще более четко выявилась эта закономерность при сопоставлении первого и второго режимов дыхания у женщин.

Действительно, в этом случае наблюдалось не только аналогичное по степени увеличение глубины вдоха (с 380—400 до 730—750 мл, или в среднем в 1,8 раза), но и учащение дыхания в 1,2 раза (с 19 до 23 циклов в минуту). Несмотря на то что учащение обычно рассматривается как фактор, уменьшающий задержку пыли, мы и у женщин отмечали возрастание коэффициента задержки соответственно в 1,33, 1,35 и 1,23 раза (до 57,9—61,5%, в среднем до 59,7% )■ Эти данные указывают на то, что частота дыхания как фактор, влияющий на задержку пыли, независимо от связанной с ним (в прежних экспериментальных исследованиях)

* глубины вдоха не имеет существенного значения. Во всяком случае при втором режиме дыхания у женщин усиливающее задержку влияние углубленного вдоха оказывается доминирующим, и следовательно, несмотря на учащенное дыхание при работе породовыборщиц, возрастает относительная задержка пыли в легких.

Еще интереснее с той же точки зрения данные, полученные нами у мужчин при третьем режиме дыхания, соответствующем тяжелому физическому труду. При этом режиме, отличающемся значительным углублением дыхания (до 1100—1200 мл на вдох, или в 2,2 раза больше по сравнению с «предрабочим» уровнем), частота дыхания тоже была увеличена в 1,5 раза (до 27 в минуту). Такое сочетание весьма типично, и поэтому принципиально важно, что опять-таки, несмотря на учащенное дыхание, задержка пыли при третьем режиме не только выше, чем при «предрабочем» состоянии, но и превышает ее при втором режиме экспе-

♦ римента. Она равнялась в среднем 67,7% (от 64,8 до 70,3% у отдельных лиц). У каждого из испытуемых это соответствует увеличению в 1,55 1,65 и 1,62 раза по сравнению с показателями первого режима, или соответственно в 1,26, 1,33 и 1,23 раза по сравнению с показателями второго режима. Различия достоверны при сравнении третьего режима как с первым, так и со вторым (Р<0,01).

Следует оговориться, что навалоотбойщики под землей выполняют отдельные операции, характеризующиеся еще большими объемами дыхания. Например, при уборке сланца лопатой средняя величина МОД, по нашим данным, равна 42 л (максимум 68 л), а средняя частота дыхания— 27 в минуту (максимум 34). Воспроизвести эти наиболее тяжелые режимы в эксперименте не удается, ибо столь резкая произвольная гипервентиляция в течение времени, необходимого для проведения опыта, непереносима.

При таких работах с наиболее высокими объемами дыхания, достигаемыми, как уже упоминалось, не увеличением частоты дыхания, а дальнейшим углублением каждого вдоха, коэффициент задержки пыли, ф по всей вероятности, не ниже (а судя по всему, даже выше), чем он най-

ден в эксперименте при третьем режиме.

Для анализа причин развития болезней легких, вызванных контактом с пылью у рабочих различных участков сланцедобычи, представляет интерес то обстоятельство, что относительная задержка пыли в легких у мужчин при дыхании, соответствующем работе навалоотбойщика, выше не только чем у мужчин при работе машинистов погрузчиков, но и чем у женщин при экспериментальном режиме, имитирующем дыхание во время выборки породы. Согласно нашим физиологическим наблюдениям и хронометражу, средняя взвешенная величина МОД за смену составляет у навалоотбойщика 34 л, у машиниста — 14,7 л и у породовы-ф борщицы—15,3 л в минуту. Уже это одно определяет более высокую

при прочих равных условиях пылевую нагрузку на легкие навалоотбойщика. Можно, таким образом, заключить, что это обстоятельство еще более усугубляется найденными нами различиями коэффициентов задержки пыли.

Выводы

1. При относительном постоянстве фракционного состава полидисперсного аэрозоля степень его задержки в легких не зависит от концентрации пыли во вдыхаемом воздухе.

2. Углубление дыхания, сопровождающееся более или менее выраженным учащением его, при тех соотношениях этих факторов, которые типичны для реального физического труда различных профессий, связанных со сланцедобычей, приводит к увеличению относительной задержки пыли в легких.

3. Режим дыхания, характерный для тяжелого физического труда, обусловливает более высокую степень задержки пыли, чем режим, типичный для легкой работы или работы средней тяжести. Это имеет важное значение для анализа причин различной распространенности болезней легких, вызванных контактом с пылью в разных профессиональных группах.

ЛИТЕРАТУРА

Ганюшкина С. М. В кн.: Радиотелеметрия в физиологии и медицине. Свердловск, 1963, с. 172. — Кацнельсон Б. А., Розенблат В. В., Кедров Б. Д. и др. В кн.: Вопросы гигиены, физиологии труда и промышленной токсикологии. Свердловск,

1961, т. 6, с. 584. — Кацнельсон Б. А., Кедров Б. Д., Розенблат В. В. Гиг. и сан., 1961, № И, с. 61. — Кацнельсон Б. А., Розенблат В. В. Физиол. ж. СССР,

1962, № 10, с. 1218. — Кацнельсон Б. А. В кн.: Радиотелеметрия в физиологии и медицине. Свердловск, 1963, с. 183. — Кацнельсон Б. А., Кедров Б. Д., Бабушкина Л. Г. Гиг. труда, 1964, № 11, с. 8.— Солонин Ю. Г. Материалы по радио-пульсометрии при работах, требующих большого физического напряжения, в условиях нагревающего микроклимата. Дисс. канд. Свердловск, 1965. — Феоктистов Г. С. В кн.: Материалы Республиканского съезда эпидемиологов, микробиологов, инфекционистов и гигиенистов, посвящ. 25-й годовщине Эстонск. ССР. Таллин, 1965, с. 113.— О н ж е. Тезисы доклад. 11-й научной сессии Эстонского ин-та экспериментальной и клинической медицины по вопросам гигиены труда и профпатологии в сланцевой промышленности. Кохтла-Ярве, 1965, с. 9. — А 11 s h u 1 e г В., Y a r m u s L., Palmes E. D. et al. Arch, industr. Hlth., 1957, v. 15, p. 293. — В e с k m a n s J. M., Ann. Occupat. Hyg., 1965, v. 8, p. 221, —Dautrebande L., Beckmann H., Walkenhorst W„ Arch, industr. Hlth., 1957, v. 16, p. 179. — D a u t r eb a n d e L„ Walkenhorst W„ Arch, en vironm. Hlth., 1961, v. 3, p. 411. — D a u t r eb a n d e L„ Vitalstoffe, 1963, Bd 8, S. 249,— Landal H. D„ Bull Math. Biophys., 1950, v. 12, p. 43.— Mitchell R. J., Am. Rev resp. Dis., 1962, v. 85, p. 526. — M о г г о w P. E., Hlth. Phys., 1960, v. 2, p. 366. — Wilson I. В., L a M e г V. K., J. industr. Hyg., 1948, v. 30, p. 265.

Поступила 15/111 1966 r.

EXPERIMENTAL DATA ON DUST RETENTION IN HUMAN LUNGS UNDER VARIOUS

RESPIRATION REGIMES

G. S. Feoktistov

The author carried out experimental investigations over 3 men and 3 women in order to deteremine the extent of retention in the lungs of schistous aerosol in the course of breathing under working conditions prevailing during the various processes of schist concentration. The finding was that at quite a stable fractional composition of a polydis-persed aerosol the extent of its retention in the lungs depended on its concentration in the inhaled air. The deeper and the quicker breath, that accompanies physical strain during the performance of various tasks, brings about an increase of the extent of dust retention in the lungs. The respiration regime existing during hard physical work causes a higher retention of dust than that existing during light work and work of medium strain. The author's findings are important for the analysis of the different morbidity rates of various lung diseases caused by dust in different occupational groups of workers.