Экспериментальные исследования влияния вибраций на организм человека Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

-

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ СОЮЗА ССР

ГИГИЕНА И САНИТАРИЯ

Редактор Т. Е. БОЛДЫРЕВ, зам. редактора А. Н. СЫСИН Секретарь Р. М. БРЕЙНИНА Члены редколлегии: Р. А. БАБАЯНЦ, Ф. Е. БУДАГЯН, А. Н. МАРЗЕЕВ, В. А. РЯЗАНОВ, Н. А. СЕМАШКО, 3. Б. СМЕЛЯНСКИЙ, С. Е. СОВЕТОВ,

С. Н. ЧЕРКИНСКИЙ

1948 13-й ГОД ИЗДАНИЯ ОКТЯБРЬ № Ю

Экспериментальные исследования влияния вибраций на организм человека

Из физического отдела Ленинградского научно-исследовательского санитарно-гигие-

нического института

Вибрации — механические колебательные движения, с которыми человек повседневно сталкивается, изучались с разных точек зрения. Наиболее полно-освещены вопросы, касающиеся условий возникновения, характера,, величины и методов измерения вибраций.

С гигй^й-ической точки зрения влияние вибраций на организм человека изучалось недостаточно.

Вибрации к^к механические раздражители относятся к труппе общих раздражителей 'и. могут в большей или меньшей степени оказывать влияние на целый ряд функций и органов. Имеется небольшое количество работ по изучению влияния вибраций на разные функции организма. Углов с соавторами, изучая влияние на газообмен вибрации от разного вида транспорта, установил, что во время движения поезда, сопровождающегося вибрациями, расход энергии удваивается, а на остановке его снова снижается. ¡В ряде случаев расход энергии приближается к расходу при труде средней тяжести. При езде в грузовом автомобиле, особенно в случаях наличия толчков и больших амплитуд колебаний, расход энергии также значительно возрастает (более 1003/«). Эти выводы были ¡подтверждены и в лабораторной обстановке. '

Щербак еще в 1903 г. в обстоятельной работе по изучению физиологического действия механических вибраций на животных и на людей пришел к 'выводу, что «механические вибрации являются биологическим фактором, имеющим важное значение для жизни и деятельности нервной системы».

Рядом работ обнаружено, что под влиянием вибраций появляется утомление, сонливость, повышенная нервная возбудимость и т. д.

Перед нами была поставлена задача изучить влияние наиболее часто встречающихся в городском транспорте малых механических вибраций на вегетативную нервную систему человека.

Еще в 1890 г. крупнейший русский физиолог Тарханов открыл, что кожа человека реагирует изменением электрических потенциалов на любые раздражения. С тех пор этот феномен Тарханова стал предметом многочисленных исследований как в направлении изучения его природы, так

и применения этого феномена для изучения состояния нервной деятельности человека.

Вслед за Тархановым целый ряд исследователей считает, что основным источником генерации ¡кожных потенциалов и проводимости кожи являются потовые железы. В настоящее время школой акад. Орбели этот метод широко применяется для определения состояния вегетативной системы человека.

В настоящей работе по совету члена-корреспондента Академии медицинских наук СССР проф. А. В-. Лебединского нами также был применен метод исследования кожных электрических потенциалов.

Для наших экспериментальных исследований мы пользовались специальной вибрационной платформой, которая была сконструирована и оборудована в нашем институте еще до войны (рис. 1).

Вибрационная платформа представляет собой деревянную площадку (1), поставленную на рессоры (2) и зажатую стальными пружинами (3). Платформа может перемещаться в горизонтальном и ¡вертикальном направлениях, причем перемещения ограничены упругостью рессор и пружин. Для создания колебательных движений служат неподвижно укрепленные электромагниты для вертикальных (4) и горизонтальных (4а) колебаний. Против электромагнитов на платформе укреплены стальные диски. В электромагниты подается выпрямленный от сети постоянный прерывистый ток силой 2—4 А в виде импульсов определенной продолжительности с соответствующими интервалами. Под влиянием импульсов платформа, следуя за дисками, притягивается к электромагнитам, а во время интерзалов возвращается обратно. Так создаются колебательные движения платформы. Для получения колебаний заданной частоты и амплитуды служит тиратронный прерыватель, который регулируется схемой, находящейся на пульте управления.

Частота вибраций платформы равна 2—20 колебаниям в одну секунду, амплитуда — от нескольких десятков микронов до 1 см. Определение частоты производился при помощи язычкового частотомера. Амплитуда измеряется при помощи маленьких зеркал (5 и 6), связанных с платформой. Зеркала отбрасывают на специальную шкалу изображение светящейся щели колиматора (7), помещенного перед зеркалом.

Первоначально кожные токи подопытных, подвергаемых влиянию вибраций, отводились непосредственно на очень чувствительный зеркальный гальванометр (6.10—" А/мм). Запись результатов наблюдений производилась по отклонениям зайчика на столе гальванометра и выражалась в миллиметрах этой шкалы.

В дальнейшем для измерения кожных потенциалов применялись компенсационный метод и фотографическая запись изменений кожно-гальванических явлений.

Источником питания компенсационной установки был обычный 4-вэльтовый аккумулятор, от которого навстречу кожному току через потенциометр и переключатель на концы реохорды длиной в 100 см подавалось напряжение, равное 0,1 V. Таким образом, 1 см шкалы реохорды соответствовал 1 шУ, а 1 мм — 0,1 тУ. В опытах применялись неполяризующиеся электроды, несколько модифицированные для более удобного расположения их на коже испытуемого.

При изготовлении электродов брались резиновые пластинки толщиной в 0,5 см размером 5X6 см. В пластинках прорезывались окошечки размером 3X4 см. В окошечки вмазывалась белая глина, замешанная на физиологическом растворе. На одну сторону окошечек, примыкающих к коже, накладывались марлевые подушечки,

Рис. 1

смоченные физиологическим раствором, «а другую сторону (накладывались марлевый подушечки, смоченные насыщенным раствором гпБО^ К этим подушечкам прикла дывались амальгамированные цинковые пластинки.

Эти электроды практически можно считать неполяризующимися. Электродвижущая сила электродов проверялась перед каждым опытом. Величина ее колебалась в пределах от 0 до 0,6 тУ. Один электрод прикладывался к коже ллточи, богатой потовыми железами, а другой — к тыльной стороне кисти другой руки, лишенной потовых желез.

Экспериментальные наблюдения нами произведены на 25 лицах {133 опыта); на 4 испытуемых были поставлены систематические опыты с многократным определением кожных потенциалов, на остальных лицах проведены добавочные опыты. Испытуемыми были преимущественно молодые (20—25 лет) практически здоровые женщины.

чоыт N115. и47г испыт М 4

^ . ¡,4. г Г » И" ЛЛ щ—

Ч-—----

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 1 I I I I I I I

О 30" /' 1'30'г' 2ЖЗ' 3,30"4' "Ж Г 5Ж6' ПО-Г 7'30" 8' ГЗГГ )ЖЮ'ГОЖ/Г Я Ж/2'

Время Опыт N11}. Н47г

Испыт. ПЛ.

---—у--V—

I | | I | | | | | | | | | | | | I I I I I I I I I I I I I г | I I ' I I ' ' I I | ' | | ■ ■ '

О 30" Г 130"2■ гЗО-З' ЗЖ4' 4Ж5' ¡'30"6' 630"7' 7Ж8" Г30"9' ГЗвЧО" ЮЗО'Н'Н'ЗО"

вРемя Опыт N11311471 ___________________испб/тД е.

Тл I I-1-1-1-1--1-1-1-г-^—I-1-1-1-1-1-1-г-г

О К" за'45' I' га* 1'30"1'45'2' 2'15"230"2'45"3' 3'15" З'ЗО"3'45'4' 4'15"4'30*4'4& * 5'

в а ем я

Рис. 2. Запись кожно-гальванических потенциалов человека в ответ на вибрации

Испытуемые с заранее прибинтованными электродами лежали на платформе, подвергаясь в течение 10 минут действию горизонтальных вибраций. Частота вибраций платформы вариировала в пределах от 2 до 10 Нг, амплитуда — от 0,3 до 0,6 см.

До начала опыта испытуемым предоставлялся отдых в течение 20—30 минут. За это время кожные потенциалы-приобретают наиболее постоянный уровень колебаний, свойственный каждому испытуемому в исследуемый период. Регистрация велась не реже одного раза в минуту до начала вибраций, во время вибраций и в период их последействия.

Результаты наших экспериментов изображены графически {рис. 2).

При рассмотрении полученных данных можно наметить три типа реакций подопытных лиц на вибрацию. На рис. 2 представлены типичные кривые для всех трех групп. Первая кривая иллюстрирует реакцию первой группы, вторая — второй, третья — третьей группы подопытных лиц.

На всех фотографических кривых верхняя сплошная черная линия означает включение платформы, нижняя прерывистая — отметку времени, средняя линия показывает колебания потенциалов. Две вертикальные прямые линии означают перерыв в записи {первая линия — на 4 минуты, вторая — на 3 минуты).

В первой группе преобладают следующие особенности.

1. Отчетливое, сильное изменение по сравнению с состоянием покоя уровня колебаний потенциалов под действием вибраций.

2. Реакция на вибрацию у лиц этой группы наступает в большинстве

случаев через 2—3 секунды после начала действия раздражителя1

_—

■' Наши данные о продолжительности скрытого периода находятся в соответствии с данными Тарханова, который в своих исследованиях установил такой же примерно продолжительности скрытый период вегетативной реакции (наступления кожно-гальванического рефлекса) на другие раздражители.

3. Почти во всех опытах с лицами этой группы цаблюдается угасание рефлексов (снижение показателей до исходного уровня) еще в процессе воздействия вибраций. Угасание рефлекса начинается в большинстве случаев примерно через 30—60 секунд после начала воздействия вибраций. Некоторые кривые уже через 2—3 минуты возвращаются к исходному или почти исходному уровню; в других случаях во время действия 'вибраций кривые устанавливаются на некотором новом уровне. Со стороны организма обнаруживается как бы стремление сохранить свое первоначальное состояние. Это и выражается в спаде реакции, в ее угасании.

Это явление можно рассматривать как адаптацию испытуемых лиц к вибрациям, возможно как результат регулирующего влияния симпатической нервной системы. Много занимавшийся вопросом о действии на организм вибраций Щербак .пришел к выводу, что эффект от общих вибраций и сотрясения тела легко выравнивается. В этом факте автор видит результат приспособления нервной системы к условиям внешней среды.

Тарханов, впервые открывший феномен кожно-гальванической реакции человека на внешние раздражители, писал: «Повторные, следующие быстро друг за другом одинаковые возбуждения органов чувств дают все время ослабевающие эффекты в коже 'вплоть до полного затухания».

Это положение может быть применимо и к 'реакциям «а общие вибрационные раздражения.

Таким образом, можно думать, что вегетативная нервная система испытуемых первой группы постепенно и довольно быстро приспособляется к вибрациям.

4. После прекращения вибраций у этой группы подопытных в большинстве случаев кривые либо возвращаются к уровню, близкому к исходному, либо приобретают некоторый новый уровень. Иногда же наблюдалась резкая реакция на выключение раздражения; после прекращения вибраций кривая поднималась до более высокого уровня, чем при вибрациях.

Так как могло возникнуть предположение, что колебание потенциалов является результатом действия лабораторной обстановки и шума, сопровождающего колебания платформы, были организованы контрольные опыты без вибраций с соблюдением всех прочих условий, в том числе и шума. Контрольные опыты не обнаружили тех закономерностей, которые были отмечены выше.

Таким образом, для этой группы испытуемых характерна отчетливая реакция вегетативной нервной системы на вибрации и в то же время способность быстро и хорошо приспособляться к ним, что выражается в резком изменении потенциалов во время включения вибраций и в быстром возврате их к исходным величинам. Испытуемые этой группы, как правило, не жаловались на неприятные ощущения во время или после опыта.

Ко второй группе испытуемых отнесены те из них, у которых:

1. Ответ организма на вибрации наступает немедленно после включения платформы, почти без скрытых периодов.

2. Колебания разности потенциалов под действием вибраций происходят почти всегда только 'в самом начале вибраций.

3. Реакции на вибрации в большинстве случаев незначительны, и че-. рез 3—5 секунд кривая почти всегда возвращается к исходному уровню.

4. После прекращения вибраций немедленно наступает новое, не очень сильное однократное изменение разности потенциалов, направленное обычно в сторону, противоположную первой реакции.

Иначе говоря, вегетативная нервная система этой группы лиц реагирует главным образом только на включение и выключение вибрационного раздражителя как на новый фактор (см. вторую кривую на рис. 2).

(По субъективной оценке испытуемых, они хорошо переносят вибрации, а иногда вибрации оказывают на них даже успокаивающее действие. Резкой грани между типом реакции первой и второй группы устанавливать не следует, тем более что иногда при повторных исследованиях некоторые лица, дававшие вначале кривые, характерные для первой группы, начинали реагировать по типу второй группы.

К третьей группе испытуемых отнесены те лица, у которых кожно-гальванический 'рефлекс на вибрации почти отсутствовал; кривая 3 рис. 2 иллюстрирует сказанное. Для лиц этой группы характерно неприятное субъективное ощущение во время опыта. Например, одна из испытуемых с трудом переносила опыт. Иногда приходилось даже сокращать или совсем прекращать его. Тягостное ощущение этих испытуемых продолжалось после опыта иногда весь день.

¡Как выяснилось, эти испытуемые плохо переносят передвижение по городскому транспорту (особенно в автобусе), если оно продолжается длительное время.

В литературе имеются указания, что при сотрясениях ниже 15 Hz возбуждается и лабиринт. Вместе с тем при наличии тягостных ощущений, характерных для возбуждения лабиринта, трудно обнаружить кожно-галь-ванические реакции на вибрации. Все это заставляет предполагать, что лица, отнесенные к третьей группе, отвечают на вибрации специфической реакцией. Эта реакция появляется в обычных условиях при чрезмерном возбуждении вестибулярного аппарата (тошнота и пр.) и доминирует над кожно-вегетативной реакцией.

Все указанные выше опыты проводились на практически здоровых людях.

Известно, что влияние вегетативной нервной системы проявляется резче при неблагоприятном состоянии организма, оказывая большое влияние на повышение или понижение порога возбудимости (Орбе^и). В соответствии с этим нами на двух лицах из числа испытуемых были поставлены дополнительные опыты во время menses и при некоторых других неблагоприятных состояниях организма.

Вегетативная реакция на вибрации в данных случаях отличалась от реакции в здоровом состоянии (рис. 3).

У одной испытуемой (из второй группы) общий уровень колебаний кожных потенциалов был необычайно для нее высок; этого не наблюдалось ни в одном другом опыте.

Заметны резкие переходы от подъема к снижению кривой. Организм в этом состоянии как бы активно сопротивляется вибрации, чего не наблюдалось у этой испытуемой в другое время. В 1-й день menses кривая не возвращается столь быстро, как обычно у этой подопытной, к исходному уровню, а, наоборот, поднимается еще выше. Спад кривой начинается только после прекращения вибраций (отсутствие приспособления к вибрациям), но кривая остается все же на очень высоком уровне, выше исходного. На второй день menses ответная реакция не так резка и уже в процессе вибрации намечается некоторое угасание ее. Однако сохраняется общий высокий уровень и характер кривой после действия.

У другой испытуемой (из первой группы) во время menses заметен постепенный и незначительный подъем кривой по мере воздействия вибраций при полном отсутствии адаптации.

Приведенные экспериментальные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Вибрации, которые пег своим частотам, амплитудам и продолжительности воздействия (10—15 минут) приближаются к наиболее часто

встречающимся вибрациям городског > транспорта, вызывают у большинства лиц отчетливую вегетативную реакцию.

2. Можно выделить три группы лиц, дающих различную вегетативную реакцию:

Опыт N2S 28.147г. Начало Пч 50 м Испыт Н Л.

НлытН4И0 241г Начало Яч 55м НСпыт. A Л.

\

<5

I

I

W0

so 80 70 60 50 40 30 20 10 О

1 т I- 1 -V

—1--1 "Г" \ : \

А. II \ /

1 Ц

А ■

й40 ■4 30

^ 20

6= to § *

—t— 1 •■ 1 1 1 ;

1 1

1 1

1 1

2 4 В Я 10 12 14 16 18 20 22 Минуты

Опыт /739 8.2 47г начала Юч. Испыт.,! Л.

2 4 6 8 Ю 12 14 /6 /8 20 22 Минуты

Опыт 8/26 23. Г 4 7г. Начало Пч. Испыт. А. Л.

Ш

70

60

§ ¿0

«4 40

i 30

20

10

0

А \ 1 1 л

у \ f г г

1 1 -г 1..

8 Ю 12 14 16 18 20 2'г Ми нуты

Опыт/738 29Х4?г Начало 9ч 40м. Испыт /! 71.

2 4 6 8 10 ¡2 И 16 Ш 20 22

Минуты

Рис. 3. Изменение

кожных потенциалов под tnenscs

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26

Минуту

влиянием вибрации во время

а) лица с отчетливой вегетативной реакцией в первый период действия вибраций и в последующем быстро приспосабливающиеся к ним;

б) лица, мало реагирующие на вибрацию как в отношении колебания потенциалов, так и в отношении субъективных переживаний;

в) лица, почти не дающие кожно-вегетативных реакций на вибрации « в то же время субъективно тяжело переносящие их.

Тягостные переживания развиваются по типу, характерному для лабораторных реакций.

3. В период неблагоприятного состояния организма .(тепэез и др.) меняется реакция организма на вибрационные воздействия. При этом у представителей второй группы испытуемых значительно повышается чувствительность к вибрациям. У испытуемых исчезает приспособление к вибрациям.

4. Полученные данные подтверждают необходимость дальнейшего изучения влияния встречающихся в условиях городской жизни вибраций на организм с целью разработки гигиенических норм и мероприятий по устранению излишних раздражений вегетативной нервной системы горожан.