CC BY
21
Проф. Е. Ц. Андреева-Галанина
Физиологическая оценка и опыт нормирования общей вибрации
Изучение влияния на организм человека общей вибрации тех параметров, которые представляют наибольший интерес для общей и коммунальной гигиены, начато недавно; поэтому вполне понятно, что реакция организма на них остается мало известной, не говоря уже о том, что до сих пор мы не имеем для них и нормативов. Необходимость же восполнения этого пробела ощущается все сильнее.
В практике коммунальной гигиены приходится решать вопросы о причинах появления вибраций в жилых зданиях, предлагать способы и приемы борьбы с ними; в то же время мы не знаем, какие из них являются вредными или безвредными, какие вызывают только беспокойство и до каких минимальных пределов они должны быть снижены в целях создания оптимальных условий. Лишь по некоторой аналогии с действием так называемых местных промышленных вибраций создавалось представление и об общих. Но это, конечно, в достаточной мере искусственно хотя бы потому, что местная вибрация является особой формой воздействия и рабочий подвергается ей более короткое время в условиях иной настроенности нервной системы, иного фона, на котором протекает действие вибрационного раздражителя, чем при общей настроенности нервной системы в условиях отдыха или домашней работы. Поэтому без соответствующей поправки характер и величины биологических реакций, наблюдаемые при местной вибрации, не могут быть перенесены на общие, хотя некоторые из них и могут быть использованы при оценке последних.
Не только состояние организма и условия работы изменяют течение физиологических реакций, на них оказывают влияние и сами вибрации — их характер, режим, размерность и форма воздействия. Все эти факторы резко различаются в условиях производства и в бытовой обстановке. '
Источником вибрации в жилых зданиях являются заводские установки, испытательные стенды, городской транспорт и др. Наибольшее1 значение имеют мощные заводские агрегаты и особенно ударные маши1-' ны, радиус распространения вибраций которых может быть очень велик. Отсюда возникает волрос о необходимости установления разрывов между жилыми и заводскими зданиями, не предусмотренных действующими' ГОСТ, или же гашения вибраций на месте их образования. В коммунальной практике встречаются такие случаи, когда заводское оборудование с мощными моторами устанавливается у стен, примыкающих непосредственно к жилому зданию, а иногда и монтируются на них. При этом вибрации, распространяющиеся через конструкции зданий, являются предметом наибольших жалоб. Для того чтобы установить параметры таких вибраций, мы производим измерения их и, таким образом,, получаем возможность судить о физической стороне явления; влияние же их на организм до последних лет оставалось почти неизвестным. Единственным критерием суждения являлись жалобы без каких-либо объективных данных. Шкалы и единицы, предлагаемые зарубежными.
авторами, построенные на субъективном ощущении, не могут быть использованы как критерий для суждения о вредности или безвредности вибраций. В них не учтена реакция организма, в частности, адаптация его, состояние здоровья испытуемого, возраст и т. д. Научным сотрудником Ленинградского научно-исследовательского санитарно-гигиенического института Лебедевой недостатки этих шкал были достаточно убедительно показаны при экспериментальной проверке. Поэтому возникла необходимость изучить реакции организма на общие вибрации и на основании полученных данных установить предельные их величины. В настоящее время на основании наших исследований, а также исследований Лебедевой, Пушкина и др. можно сказать, что физиологические реакции и их выраженность неодинаковы на различные вибрации. Однако лишь в результате длительных исследований удастся получить исчерпывающий ответ о влиянии разнообразных по форме и частотным параметрам общих вибраций, встречающихся в коммунальной практике. Эти исследования должны быть целеустремленными и преследовать задачу последующего нормирования. Несомненно, нельзя подходить к оценке влияния вибраций апериодического характера (толчки) с тех же позиций, как и к оценке периодических. Толчкообразные колебания разной степени жесткости также требуют подбора различных реакций.
Ставя перед собой задачу изучить влияние общей вибрации на организм человека с целью разработать предельно допустимые величины их, мы с 1947 г. начали проводить экспериментальные работы на специальной виброплатформе (НИСГИ) с длиннопериодными колебаниями. Для выявления предельно допустимых величин высокочастотных вибраций мы воспользовались данными о реакциях организма, которые нами изучались с 1940 г.
Еще в 1946 г. мы указали, что восприятие высокочастотной вибрации осуществляется специализированными рецепторами, заложенными по всему кожному покрову, особенно в дистальных отделах конечностей. Благодаря этому создается ощущение вибрации и в абсолютном, и в диференциальном отношении. Нижняя частотная граница приходится на 15 Нг, верхняя — на 8 192 Нг, минимально различаемая амплитуда — от долей микрона до десятков микрон. Таким образом, к этому фактору чувствительность человека очень велика. К этому следует добавить, что адаптация, столь хорошо выраженная при кратковременной вибрации, при длительной не имеет места, наоборот, наблюдается сенсибилизация. Не учитывать приведенных обстоятельств при использовании «ощущения» для целей нормирования было бы неправильно.
Принимая во внимание чувствительность человека к вибрации больших частот, а также и реакции, возникающие на них, мы пытались установить предельно допустимые их величины. В качестве основной физиологической реакции мы взяли течение кожно-гальванического рефлекса, являющегося генерализованным вегетативным рефлексом, дающим представление о состоянии всей сензорно-вегетативной рефлекторной дуги.
В 1889 г. Тарханов установил наличие кожного тока, увеличивающегося от различного рода раздражителей. В 1892 г. Вартанов показал, что колебания кожного тока зависят от возбуждений, идущих из центральной нервной системы, которые поддерживаются периферическими раздражениями.
Биоэлектрические явления тесно связаны с процессами, происходящими во всех тканях и органах, но прежде всего связаны они с деятельностью центральной нервной системы, как подкорковых, так и корковых ее отделов. Поэтому вполне обоснованным является выбор этой реакции.
В настоящей работе мы делаем попытку установить предельные амплитуды для частот от 25 до 100 Нг, причем в эксперименте изучались реакции при амплитудах, превышавших пороговые в 2—5 раз.
При вибрационном раздражении разность потенциалов возрастает; в одних случаях это наступает через 2—3 секунды, в других несколько позднее — через 5—6 секунд.
Если раздражитель не превышает порогового более чем в 2 раза, то развивающиеся в последующем колебания разности потенциалов невелики и не превышают 1—3 тУ.
В продолжение пятиминутной вибрации кривая кожно-гальваниче-ской реакции с колебаниями держится на одном и том же уровне (рис. 1,а). Снятие раздражителя вызывает новое возрастание потенциалов. Усиление последних в начале и в конце вибрации может быть объяснено психическим моментом. Восстановление уровня кожно-гальва-нической реакции после вибрации, незначительно (превышающей пороговую, происходит через 3—5 минут. Иная картина наблюдается при вибрации большей интенсивности. Вибрация, превышающая пороговую в 3 раза, .вызывает колебание потенциалов, достигающее 5—6 тУ, причем уровень их не всегда сохраняется (рис. 1,6), восстановление происходит позднее. Дальнейшее повышение интенсивности вибрации вызывает все большее и большее колебание потенциалов (рис. 1,в и г), составляющее 10—20 тУ и более. Восстановление происходит через 15—30 минут и часто характеризуется резкими колебаниями потенциалов.
Усиление колебаний реактивных биотоков, а также время восстановления и характер восстановительной кривой могут быть приняты за исходные для суждения о реакции организма на вибрации.
В юношеском возрасте и у взрослых с различными расстройствами нервной системы отмечается резкая лабильность реактивных биотоков, равно как и в период их восстановления, аналогично тому, что имеет место в случае мощного вибрационного раздражения (рис. 1, г). Поэтому при разработке нормативов и то, и другое должно быть учтено.
Выводя предельно допустимые величины общей вибрации частотой 25—100 Нг, мы исходили из следующего: заметное усиление кожных потенциалов и удлинение времени восстановления наблюдаются в том случае, когда амплитуды вибрации превышают в 3 раза пороговые (рис. 1, б). Если принять во внимание длительность воздействия, следовательно, возможность кумуляции, различный возраст и состояние организма, особенно патологические процессы, предельные амплитуды должны быть значительно меньше тех, при которых наблюдается усиление кожно-гальванической реакции и возникает достаточно хорошее ощущение вибрации. Учтя это, мы сочли возможным считать допустимыми такие амплитуды, которые не превышают пороговые больше чем на 12—20%, при этом превышение должно быть тем меньше, чем больше данная частота частоты 50 Нг или чем она ее меньше (табл. 1). Тогда
в'и б р а ц и я Восстановление
е
ч
в
— ь-
\ а! ¡и л ✓V >>
и
1
1 /Л
\ Г* •г
1 1, 1
Рис. 1. Кожно-гальваническая реакция при вибрации
предельной для частоты 25 Нг и ближайших к ней будет амплитуда в 8 ¡X, для частоты 50 Нг и смежных с ней — 10 ¡х и частоты 100 Нг—
3,5 (а. .
Таблица 1. Предельно допустимые амплитуды общей вибрации
Частота в Hz Допустимые амплитуды В |1 Превышение пороговых амплитуд в %
25 8 12
50 10 20
100 и более 3,5 14
Сопоставляя предлагаемые нами предельно допустимые амплитуды для общих вибраций с установленными ранее для производственных — местных, мы видим, что к допустимой вибрации в жилых помещениях были предъявлены значительно более жесткие требования. Особенно большой разрыв имеется между предельными значениями амплитуд при частоте вибрации 25 Hz. Для местной вибрации допустимая амплитуда почти в 175 раз больше, чем для общей, а для вибрации 100 Hz — в 3 раза. Более жесткие требования к предельно допустимым величинам общей вибрации по сравнению с местной объясняются тем, что общей вибрации население подвергается значительно дольше, чем местной, и в те периоды, когда оно особенно нуждается в отдыхе. Кроме того, борьба с вибрацией, распространяющейся от промышленных объектов, значительно легче осуществима, чем с местной, воздействующей непосредственно на рабочего.
Это — первая попытка, насколько нам известно, объективного нормирования общих вибраций. Может быть, в ней имеются и недостатки, но она в значительной степени облегчает гигиеническую оценку вибрационного фактора в коммунальной гигиене. Что же касается предельно допустимых величин общей вибрации в промышленных зданиях, то это особый вопрос.
Значительно сложнее нормирование вибраций низких частот, к которым кожная поверхность мало чувствительна и которые воспринимаются больше как толчки.
Для биологической оценки их необходимо было подобрать такой тест, который был бы наиболее показательным, так как кожно-гальвани-ческая реакция в этом случае мало пригодна.
Еще в 1947 г., мы совместно с Зильбером, изучая одну из неадэк-ватных реакций на вибрационное воздействие, именно границы поля зрения, пришли к заключению, что адэкватным раздражителем для малых частот, повидимому, является вестибулярный аппарат органа слуха и что изменения в неадэкватном анализаторе обусловливаются внутри-центральными связями. Эти изменения в значительной мере зависят от параметров вибрации, времени ее действия, а также от тонуса нервной системы. Вполне понятно, что абсолютная реакция со стороны неадэкват-ных рецепторов менее выражена, чем реакция со стороны адэкватных. Отсюда естественно возникла необходимость изучения последних.
Вестибулярный прибор, как известно, является тем рецептором, который реагирует на изменяющееся ускорение. Возбуждение, соответственно характеру раздражения, может возникать в том или другом его отделе, только в различной степени выраженности. Основным фактором, обусловливающим реакцию отделов вестибулярного аппарата, является ускорение; однако состояние вегетативной нервной системы, психическая настроенность, фон и наличие патологических процессов могут вызвать изменения этой реактивности, понижая или повышая ее. Реакции со сто-
в
роны вестибулярного аппарата, обязанные колебаниям длинного периода, исчисляемого секундами и более, хорошо изучены физиологами и отоларингологами. Что же касается колебаний более короткого периода {0,3—0,25 секунды), то нами лишь в порядке рабочей гипотезы при проведении совместно с Зильбером исследований по влиянию вибраций на границы поля зрения высказывалась мысль о возможной реакции лабиринта и на них.
Надо было доказать, что вибрации крайней инфразвуковой области частот также являются адэкватным раздражителем для вестибулярного аппарата.
Известно, что на меняющееся ускорение вестибулярный аппарат отвечает рядом рефлексов соматического и вегетативного характера (рис. 2). Изучив течение этих рефлексов, при общей низкочастотной вибрации, мы получили бы возможность вывести заключение о воздействии вибрации этой области частот на лабиринт.
N vestí6ufa ris
Л но /У желудочно
А
(SarrepeSa)
—I Area acusnca | {Meùreocai ( ) / шЗа льбе)
^ н мозжечку через
волокна восходя щего пучка
Морзальныи
отдел /
/
Луги H центральной части серого Яешества мозга
Венгралдныо
^ отдел %
Сосудо- о. vagus Дшательши п. двигатель /рдота) ценгр rrigemi-S , ные центры nus
(пульс) (секреция
слтнь/s желез; вегетативные оеанции
\nuct.tPocfif.
мышце, Мышцы Мышцы пииа конечностей туловища лооиашание Отклонение.
падение
писв. Оротидополсжной
аддис. стороны vepej
I своей стороны) мдний apoâap/-восхедящий ный лучок
ПУТЬ I
» M Ы Ш Ц ЬГ ГРОЗ
// и с / а г
Рис. 2. Схема вестибулярных путей
Научным сотрудником института Лебедевой и клиническим ординатором кафедры ото-ларингологии Санитарно-гигиенического медицинского института Пушкиным на платформе НИСГИ было выполнено такое исследование. В проведенных ими сериях опытов с горизонтально-боковой вибрацией частотой 3 Нг и амплитудой 0,5 см на практически здоровых людях, без поражения внутренних органов и ЛОРорганов, им удалось установить ряд закономерностей. В качестве вестибулярного (дополнительного к вибрации) раздражителя применялась калорическая проба с водой температуры 17°, учитывалось время появления нистагма (его скрытый период) и его продолжительность. Во второй серии опытов применялась вращательная проба. Изучались кровяное давление, пульс и частота дыхания.
Проведенные опыты показали, что вибрация этих параметров действительно является адэкватным раздражителем для вестибулярного аппарата. Оказалось, что в результате ее действия выраженность вести-було-соматических реакций понижается, происходит укорочение времени нистагма при раздражении фронтального полукружного канала на 23,8 секунды и горизонтального — на 23,2 секунды. Скрытый период возбуждения также укорачивается (на 16,2—17,6 секунды), т. е. лаби-
ринт после вибрации на калорическое раздражение, а также на вращательную пробу реагирует раньше, чем до нее (табл. 2).
Таблица 2. Продолжительность и скрытый период калорического и послэ
вращательного нистагма
Фронтальный полукружный канал Горизонтальный полукружный канал
Исследуемая реакция до вибрации после вибрации среднее укорочение нистагма до вибрации после вибрации среднее укорочение нистагма
Калорический ни с т а г м
Продолжительность нистагма (средняя в секундах)...... Изменение скрытого периода (среднее в секундах) ...... 72.2 41.3 53,4 24,3 23,8 17,6 81,2 40,7 68,0 24,5 г 23,2 16,2
Послевращательный нистагм
Продолжительность нистагма (средняя в секундах) I..... 28,1 22,2 5,9 26,6 21,0 5,1
Это подтверждается и данными Крижанской, обнаружившей укорочение временного порога возбудимости, установленного ею методом хронаксии.
Параллельно с угнетением вестибуло-сомэтических рефлексов с полукружных каналов, выражающимся в укорочении времени послевраща-тельного и калорического нистагма, Пушкин наблюдал меньшую выраженность реакции отклонения и падения тела при пробе ОР (отолитовая реакция). Если до вибрации после вращения наблюдалось отклонение тела первой и второй степени, то после вибрации имелась нулевая и первая степень. Головокружение у большинства испытуемых становилось более легким и менее продолжительным, равно как и чувство падения, что должно быть поставлено в связь с изменением передачи импульсов с вестибулярных центров на кору головного мозга.
Лебедева исследовала состояние вестибуло-вегетативных рефлексов. Работами Воячека, Перекалина, Хилова и др. была установлена зависимость между раздражением вестибулярного аппарата и изменением кровяного давления, пульса и частоты дыхания. При этом обычно наблюдаются два типа реакции — повышение кровяного давления, сменяющееся быстрым падением и возвращением к норме, и падение кровяного давления с медленным возвращением к исходной величине.
Выше мы уже указывали, что характер и степень выраженности реакции находятся в зависимости от состояния вегетативной нервной системы, но не только ею определяется реактивность; в значительной мере она зависит и от состояния коры головного мозга. Кроме того, функция лабиринта сама по себе является в достаточной мере подвижной. Этот орган находится в функциональной связи со многими органами тела, которые в свою очередь оказывают влияние на функциональное состояние самого вестибулярного прибора. Отсюда понятно, какое значение приобретает знание реакции его на вибрационное раздражение» особенно с точки зрения возможного нормирования.
Опыты, проведенные Лебедевой, показали, что вестибулярный орган, находясь под воздействием вибрационного раздражения, изменяет свое функциональное состояние и оказывает влияние на течение вегетативных рефлексов, так же как это было отмечено Пушкиным в отношении вести-було-соматических реакций.
При воздействии вибрации частотой 3 Нг и амплитудой 0,5 см отмечалось усиление вестибуло-вегетативных рефлексов. При этом чаще происходило падение кровяного давления; максимальное при раздражении фронтального полукружного канала снижалось на 8 мм и горизонтального — на 9 мм, а минимальное давление — соответственно на 7,5 и на 13 мм. В ряде опытов и у отдельных испытуемых наблюдалось повышение максимального кровяного давления при раздражении фронтального полукружного канала на 11 мм и горизонтального — на 7 мм, а минимального— на 14 и 4 мм (табл. 3).
Таблица 3. Изменение кровяного давления и частоты пульса после
вибрации
Изучаемая реакция Фронтальный полукружный канал Горизонтальный полукружный канал
до вибрации после вибрации разница до вибрации после вибрации разница
Максимальное кровя-
ное давление в мм 114,0 106,0 — 8.0 115,0 106,0 — 9,0
Минимальное кровяное 102,0 113,0 +11,0 104,0 111,0 + 7,0
давление в мм . . . 70,0 62,5 — 7,5 72,0 59,0 —13,0
55,0 69,0 +14,0 60,0 61,0 + 4,0
Пульс (число ударов 67
в минуту)...... 68 62 — 6 57 —12
64 71 + 7 65 70 + 5
Таким образом, приведенные исследования доказывают наличие реакции вестибулярного аппарата на вибрационное раздражение. Можно считать, что вибрации взятых нами параметров являются достаточно мощным раздражителем. Об этом свидетельствуют не только абсолютные сдвиги в продолжительности и скрытом периоде нистагма, кровяном давлении и пульсе, но и время восстановления этих функций. После одной только калорической пробы кровяное давление восстанавливается значительно скорее, чем после калоризации и вибрации. Отсюда становится понятным стремление и необходимость нормирования последних, используя для осуществления этого разнообразные вестибуло-соматические и вестибуло-вегетативные реакции.
Дальнейшими исследованиями было показано также изменение в кожной рецепции — больше вибрационной и тактильной. Скрытый период возникновения болевого ощущения в одних случаях оказался укороченным, в других удлиненным, кожно-сосудистая реакция усиленной, в некоторых случаях извращенной. Все это говорит о том, что вибрации малой частоты являются раздражителем, вызывающим сдвиги во всем организме в целом.
Изучив и проанализировав вибрации на коммунальных объектах, мы пришли к заключению, что нормирование вибраций малых частот имеет особое значение для всех видов сухопутного и отчасти водного транспорта. Учитывая реакции организма, возникающие в результате раздражения лабиринта, и приняв во внимание пороговые величины последнего, мы попытались вывести предельные величины для вибрации малых ча-
2 Гигиена и санитария, № 10
9
стот применительно к сидящему человеку. В настоящее время мы можем их предложить для крайней инфразвуковой области (до 4 Hz). Сохранят ли они свое значение при больших частотах, сказать трудно, особенно принимая во внимание, что область частот 4—8 Hz является резонансной телу и его отдельным органам.
Мы полагали, что нормирование области частот до 4 Hz не должно проводиться так жестко, как это было сделано нами по отношению к частотам 25—200 Hz. Основанием для этого была сравнительная кратковременность действия подобных вибраций на человека и сложность борьбы с ними.
Амплитуды колебаний на различных видах транспорта при частотах 2—5 Hz достигают 10—13 мм и больше (Андреева-Галанина, Леушин, Лесгафт и др ).
Мы экспериментировали с амплитудой вибрации, в 2—2,5 раза меньшей, чем приведенная наименьшая. Как известно, пороговой величиной раздражения лабиринта прямолинейными ускорениями являются величины 4—20 см/сек2. В нашем случае ускорение составляло 180 см/сек2, т. е. превышало максимальную пороговую в 9 раз, а минимальную в 45. Для вибрации с периодом менее секунды приведенные пороговые величины являются явно завышенными. К сожалению, других величин мы не знаем и поэтому принуждены пользоваться теми, которые предлагаются для колебаний с периодами, исчисляемыми секундами и более. О завышении пороговых величин мы судили по отсутствию всего симптомокомплекса синдрома морской болезни у испытуемых при воздействии вибрации до 4 Hz и наличию только его отдельных симптомов.
Снижение амплитуды экспериментальной вибраций в 20 раз, т. е. до 0,025 см, не вызывает тех реакций, которые наблюдаются при действии вибрации амплитудой 0,5 см. Мы считаем правильным, учитывая сказанное ранее относительно значения возраста, состояния здоровья и т. д., снизить ее больше — до 0,02 см, т. е. в 25 раз. Ускорение в этом случае будет превышать минимальное пороговое всего лишь в IV2 раза, что при этой частоте не может считаться вредным даже при длительном действии.
Наши исследования в области установления предельно допустимых параметров общей вибрации только начаты. Допустимые величины вибраций высоких частот мы предлагаем для вертикальных колебаний, а низкочастотных — для горизонтальных и сидящего человека. Работы должны быть продолжены, предельные величины должны быть установлены и для других параметров вибраций инфразвуковой области частот и при различных положениях тела, а также для толчкообразных колебаний.
Возникает вопрос, насколько реальны в смысле осуществления на практике приводимые нами величины амплитуд. Практика борьбы с вибрациями в жилых и общественных зданиях показывает, что это вполне возможно и уже давно проводится в Ленинграде Леушиным. Что же касается длиннопериодных колебаний, то снижение их может быть осуществлено своевременным ремонтом мостовых, усовершенствованием их покрытия, а также изменением конструкций средств транспорта.
-А- * -Аг
