CC BY
8
ПРИМЕНЕНИЕ РАДИАЦИОННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ДЛЯ ПРОФИЛАКТИКИ ПЕРЕГРЕВАНИЯ
Кандидат медицинских 1?аук А. Е. Малышева
Из Института гигиены труда и профессиональных заболеваний АМН СССР
Профилактика перегреваний в горячих цехах металлургической, машиностроительной и других отраслей промышленности основывается преимущественно на двух компонентах физической терморегуляции человека: конвекции и испарении. На улучшение теплоотдачи конвекцией и испарением, например, направлено такое широко распространенное и вполне оправдавшее себя мероприятие, как воздушное душирова-ние во всех его видах. Однако совершенно еще недостаточно в санитарной практике используются возможности, создаваемые третьим компонентом физической терморегуляции — теплоотдачей посредством излучения, несмотря на то, что теплоотдача излучением (в комфортных условиях) по своему удельному весу занимает первое место. Причина такого положения, как нам кажется, лежит, с одной стороны, в недостаточной изученности процессов радиационного теплообмена человека с окружающей средой и, с другой стороны, — в конструктивно-технических трудностях по применению установок радиационного охлаждения в конкретных производственных условиях.
В экспериментальных исследованиях по изучению радиационного теплообмена человека с окружающей средой, проводившихся в течение ряда лет с 1940 г. в лаборатории промышленного микроклимата Института гигиены труда и профессиональных заболеваний АМН СССР (А. А. Летавет, А. Е. Малышева), а также в исследованиях по радиационному охлаждению, проводившихся в Ленинграде А. Д. Слонимом с сотрудниками (А. Г. Понугаева, Э. И. Брандт, О. И. Марголина), Н. Ф. Галаниным и 3. А. Яшумовой, были установлены основные биофизические и физиологические закономерности радиационного охлаждения.
В работах А. Е. Малышевой, Я- Л. Литвака, В. С. Фрейдлина, Г. X. Шахбазяна и Ф. М. Шлейфман были сделаны попытки в лабораторных условиях применить радиационное охлаждение в качестве возможного гигиенического мероприятия при воздействии источников длинноволновой инфракрасной радиации. Однако при этих исследованиях в качестве источников радиационного охлаждения применялись охлажденные экраны с относительно небольшой поверхностью, в результате чего охлаждение носило преимущественно местный характер. Исследования производили в условиях обычной комфортной температуры воздуха при соответствующей нерегулируемой температуре ограждений. Таким образом, условия этих опытов были довольно отдалены от реальной производственной обстановки и не позволяли еще делать каких-либо выводов об эффективности и условиях использования радиационного охлаждения в качестве оздоровительного мероприятия, направленного на профилактику перегревов.
Для решения вопроса об эффективности и основных условиях применения охлажденных поверхностей при высокой температуре воздуха и излучении от нагретых ограждений (с целью предупреждения перегревов) нами были проведены специальные исследования в экспериментальной камере с известной степенью приближения к возможным производственным условиям. Экспериментальная метеорологическая камера объемом 5,3 м3 имела 6 ограждающих поверхностей, каждую из которых при помощи нагретой или охлажденной воды или охлажденного рассола можно было нагревать или охлаждать в достаточно широком диапазоне температур (от — 5° до 50°).
Для определения влагопотерь человека испарением в камере были установлены диференциальные гидростатические весы (системы А. П. Бружеса, М. А. Колосова и В. П. Гранилыцикова), отградуиро-панные для наших опытов с чувствительностью в 1 г. Камера была также оборудована термоэлектрической установкой на 12 термопар для измерения температуры кожи, слизистой носа и одежды исследуемых лиц, а также стен и воздуха камеры.
Изучение физиологических реакций человека в столь необычных условиях, когда на него одновременно воздействуют высокая температура воздуха, нагретые поверхности и поверхности, имеющие низкую температуру, было необходимо не только для решения практических гигиенических задач, но и представляло самостоятельный теоретический интерес.
Всего были проведены две серии исследований: первая — на трех исследуемых лицах (48 опытов) в состоянии покоя и вторая — на двух исследуемых лицах (31 опыт) при выполнении физической работы средней тяжести. При этом у всех исследуемых измеряли температуру тела, температуру кожи на различных участках тела и температуру слизистой носа, исследовали дыхательный газообмен, определяли величину влагопотерь, оптическую хронаксию и подсчитывали пульс. В течение всего исследования проводили наблюдение за общим самочувствием исследуемых лиц и отмечали их теплоощущения. Длительность всех исследований была 90 минут.
I. Исследования в состоянии покоя
Исследования были проведены при следующих вариантах температуры воздуха и температуры ограждений в камере:
1) температура воздуха и всех ограждений в камере (стены, пол. потолок) 40°;
2) температура воздуха 40°, температура одной стены, обращенной к лицу исследуемого, 14°, остальных стен, пола и потолка 40°;
3) температура воздуха 40°, температура одной стены, обращенной к лицу исследуемого, 1°, остальных стен, пола и потолка 40°;
4) температура воздуха 40°, температура всех ограждений 14°;
5) контрольные опыты: температура воздуха и всех ограждений 22е.
Относительная влажность воздуха во всех опытах была в пределах
от 40 до 60%.
Естественно, что из указанных вариантов наиболее неблагоприятные условия для терморегуляции организма создавались при варианте с температурой воздуха и ограждений 40°. В этих условиях теплоотдача конвекцией и излучением была полностью исключена; имело место даже небольшое конвекционное и радиационное нагревание. Сохранение в течение некоторого времени теплового баланса с нормальной температурой тела могло происходить исключительно за счет весьма энергичного испарения пота, что вело к нарушению теплового баланса организма. Так, температура тела повышалась у исследуемых лиц на 0,3—0,7°, но не превышала 37,3°. Температура кожи как на открытых, так и на закрытых участках тела повышалась на 1,5—2,5° и колебалась у разных лиц и на различных участках тела в пределах от 35,3° до 35,7° в зависимости от интенсивности потоотделения. Температура слизистой носа повышалась на 2—2,5° и в среднем равнялась 36,5°. У большинства исследуемых наблюдалось небольшое учащение пульса (на 5—6 ударов в минуту) и только у одного — на 18 ударов в минуту. Влагопотери увеличились по сравнению с контрольными опытами в 5'/г раз и в среднем равнялись 265 г в час. При этом у отдельных лиц влагопотери достигали 346 г. Исследование газообмена показало некоторое повышение потребления кислорода у разных лиц в пределах от 4 до 27% при
абсолютных значениях потребления кислорода от 265 до 387 мл в минуту.
Для выявления сдвигов в функциональном состоянии центральной нервной системы производилось исследование функционального состояния зрительного анализатора путем определения чувствительности глаза к электрическому раздражению. В 86% всех исследований наблюдалось повышение порога чувствительности к электрическому раздражению. У разных лиц это повышение составляло от 11 до 87% по отношению к исходной величине.
Исследуемые в 71% всех ответов оценивали свои теплоощущения как «жарко» и «очень жарко» и в 29% как «тепло».
В следующих вариантах (варианты 2 , 3, 4) было применено радиационное охлаждение при сохранении той же температуры воздуха в камере (40°). Во всех без исключения исследованиях этой группы произошло улучшение физиологических показателей состояния организма. Лучший охлаждающий эффект дал вариант исследования с температурой всех ограждений в 14°. Близкие к нему результаты дал вариант с охлаждением одной стены до 1°. Даже вариант второй, с охлаждением всего однбй стены до 14°, дал заметное улучшение состояния исследуемых.
Температура кожи, измеренная на различных открытых и закрытых участках тела, а также и температура слизистой носа в исследованиях с радиационным охлаждением дали отчетливое снижение по сравнению с исследованиями при температуре воздуха и стен в 40°. В варианте с температурой воздуха 40° и температурой всех ограждений 14° температура кожи на закрытых участках тела (грудь, спина) была ниже на 1,3°, чем в исследованиях без охлаждения, и равнялась 34,4°; на открытых участках (лоб, кисть) температура была ниже на 0,4—1° и равнялась 34,6—34,9°. Температура слизистой оболочки носа была ниже на 1° и равнялась 35,5°.
Вариант с охлаждением только одной стены до 1° при температуре других ограждений и воздуха 40° дал результаты, довольно близкие к изложенным. Однако в большинстве случаев температура кожи и слизистой носа в этой группе исследований все же не достигала вполне уровня контрольных исследований при комфортной температуре.
Полученные данные представлены в табл. 1, где приведены средние показатели для всех 3 исследуемых, так как индивидуальные отличия по отдельным исследованиям оказались очень незначительными.
. Т а б л и ц а 1
Температура кожи и слизистой носа при радиационном охлаждении
Варианты исследований Лоб Кисть Грудь Спина | Слизистая носа
I 35,6° 35,3° 35,7° 35,7° 36,5°
11 34,9° 34,9° 35,2° 35,6° 36,5°
III 34,1° 34,7° 34.3° 34,8° 36,3°
IV 34,6° 34,9°. 34.4° 34,4° 35,5°
V 34,1° 33° 34,6° 33,7° 34,1°
Температура тела исследуемых при радиационном охлаждении почти не изменялась: колебания ее у разных лиц были в пределах ± 0,3°, в то время как без охлаждения она всегда повышалась на 0,3—0,7°.
Существенных изменений в частоте пульса также не наблюдалось, колебания не превышали ± 8 ударов в минуту. . Характеристика влагопотерь исследуемых для разных вариантов исследований представлена в табл. 2.
Таблица 2
Влагопотери при радиационном охлаждении (в г за час)
Варианты исследований Влагопотери
всего испарение остаток влаги в одежде
I 266 174 92
11 247 181 66
III 182 169 13
IV 75 75 0
V 55 55 0
Как видно из табл. 2, влагопотери в условиях радиационного охлаждения при сохранении той же высокой температуры воздуха (40°) значительно снижаются. Так, достаточно снижения температуры одной из стен до 14°, чтобы влагопотери уже уменьшились на 19 г в час. При снижении температуры одной стены до 1° уменьшение влагопотери достигает 84 г в час, а при охлаждении всех ограждений до 14°— 191 г в час. В последнем случае влагопотери уже только на 20 г превышают влагопотери в комфортных условиях (при контрольных исследованиях).
Показательными являются также величины содержания влаги в одежде, полученные путем взвешивания одежды до и после опыта.
Во всех трех вариантах с применением охлаждаемых поверхностей существенных и закономерных изменений в химической терморегуляции обнаружено не было. Во время пребывания в камере наблюдались лишь небольшие колебания в потреблении кислорода в сторону понижения или повышения (в среднем ± 10%) но сравнению с данными до исследования в камере.
Исследование функционального состояния зрительного анализатора показало, что величина порога чувствительности глаза к электрическому раздражению при наличии радиационного охлаждения у различных исследуемых были такими же, как в комфортных условиях, обнаруживая колебания в пределах ± 10%. Таким образом, наблюдавшееся в исследованиях с высокой температурой воздуха и ограждений повышение порога чувствительности, достигавшее у отдельных исследуемых 87% в течение всего исследования, при радиационном охлаждении было снято. Лишь в группе исследований с охлаждением одной стены сохранилось некоторое повышение порога чувствительности.
При применении радиационного охлаждения произошли резкие сдвиги в теплоощущениях исследуемых. Если при температуре воздуха и ограждений в камере, равной 40°, исследуемые в 71% оценивали свои ощущения как «жарко» и «очень жарко» и в 29% как «тепло», то уже при снижении температуры одной стены до 14° в 74% была оценка «тепло» и только в 26% —«жарко». При температуре одной стены в Г оценки «тепло» составляли 86%. «жарко» — 7% и «комфорт» — 7%. При температуре всех ограждений 14° оценок «жарко» не было совсем, оценки «тепло» составляли 71% и «комфорт» — 29%.
Проведенные исследования показали, что применение радиационного охлаждения в условиях высокой температуры воздуха и окружающих
ограждений может быть весьма эффективным средством для создания более благоприятных условий для организма.
Особо следует отметить значение варианта исследований с охлаждением одной стены до 1°: в условиях конвекционного нагревания за счет высокой температуры воздуха и радиационного нагревания в пространстве в 5/в полного телесного угла (10,4 стерадиана) охлаждение до 1° в пространстве лишь '/в полного телесного угла (2,1 стерадиана) обеспечило значительную нормализацию физиологических показателей состояния организма, хотя и не создало вполне комфортных условий.
II. Исследования при выполнении физической работы 1
Представлялось весьма важным проведение исследований с применением радиационного охлаждения в условиях высокой температуры воздуха и ограждений при выполнении физической работы. Естественно, можно было ожидать, что сдвиги в терморегуляторных функциях организма, наблюдавшиеся в состоянии покоя, при выполнении мышечной работы станут более значительными и потребуется радиационное охлаждение большей силы, чтобы их ликвидировать или смягчить.
Работа, которая выполнялась исследуемыми в камере, была средней гяжести с теплопродуцией в 250—300 больших калорий в час, и производилась на генераторе, служившем в качестве эргометра. Исследуемый, следя за стрелкой вольтметра, вращал ручки генератора: делая 55 оборотов в минуту, он удерживал стрелку вольтметра на отметке 3,2 V Работа продолжалась в течение часа.
В первом варианте исследований температура воздуха и всех ограждений равнялась 40°.
Во втором варианте было применено охлаждение до 1° двух стен, расположенных спереди и сзади исследуемого. Воздух в камере, а также две остальные стены, пол и потолок имели температуру 40°. В третьем варианте исследования с выполнением той же работы производились в условиях температуры воздуха и ограждений 22°.
При выполнении работы в условиях температуры воздуха и всех ограждений 40° у двух исследуемых лиц наблюдалось выраженное нарушение терморегуляции: после часа работы температура тела у первого исследуемого повышалась до 38,2°, а у второго — до 37,5°.
Применение радиационного охлаждения в указанном варианте оказалось в высшей степени эффективным: температура тела у обоих исследуемых держалась на уровне контрольных исследований (у первого 37,1°, у второго —36,5°).
Изменения в температуре кожи и слизистой носа для данной серии исследований показаны в табл. 3.
Таблица 3
Температура кожи и слизистой носа при выполнении физической работы
Варианты исследований Лоб Кисть Грудь Спина Слизистая оболочка
I 35,4° 34,9° 35,6° 36,1° 36,1°
II 33,4° 33° 32,6° 34,5° 34,5"
III 32° 32,2° 32,8° 33,6° 33,8°
Как видно из табл. 3, при применении радиационного охлаждения температура кожи как на открытых, так и на закрытых участках тела была на 1,6—3° ниже, чем при высокой температуре воздуха и ограж-
1 В работе принимала участие В. К- Кузьмина.
дений, и достигла значений (32,6—34,5°), принимаемых обычно за норму. При сравнении с данными контрольных исследований необходимо иметь в виду, что во время работы в результате появМшейся испарины температура кожи снижалась в среднем на 1° по сравнению с температурой до начала работы.
Весьма показательными являются данные о влагопотерях при выполнении физической работы (табл. 4).
Таблица 4
Влагопотери при выполнении физической работы (г/час)
Варианты исследований Суммарные влагопотери В том числе
влагопотери испарением остаток вла-I и в одежде
I 722 443 279
11 379 370 9
III 247 227 20
Как показывает табл. 4, работа в условиях высокой температуры воздуха и ограждений ведет к повышению влагопотерь по сравнению с работой в контрольных условиях почти в 3 раза, причем влагопотери достигают чрезвычайно высокой величины — 722 г в час. Применение радиационного охлаждения снижает эту величину почти в 2 раза.
Потребление кислорода определялось в основном мышечной работой и как при радиационном охлаждении, так и при работе в условиях высокой температуры воздуха и ограждений не обнаруживало закономерных отклонений по сравнению с контрольными исследованиями. В разных исследованиях потребление кислорода колебалось в пределах от 876 до 1100 см3 в минуту. Исследование чувствительности глаза к электрическому раздражению обнаруживало существенный рост порога как при работе в контрольных условиях, так и в условиях высокой температуры (на 28—65%). Работа же в условиях радиационного охлаждения или вовсе не давала повышения порога чувствительности (второй исследуемый), или же давала лишь незначительное повышение.
При работе в условиях высокой температуры воздуха и ограждений исследуемые оценивали свои ощущения как «очень жарко» и «жарко», жаловались на сильную усталость- во время работы, часто сбивались с установленного темпа. Внешне они выглядели утомленными, лица были гиперемированы, пот обильно выделялся и стекал с поверхности кожи.
В условиях радиационного охлаждения исследуемые при входе в камеру оценивали свои ощущения как «комфорт», а при работе — как «жарко», однако усталость была значительно меньше, чем в предыдущей группе исследований; исследуемые работали в заданном ритме, одежда их была сухая. Во время работы в контрольных условиях (22°) теплоощущения оценивались как «тепло», а иногда как «жарко»; к концу работы отмечалась некоторая усталость.
Учащение пульса при работе в условиях радиационного охлаждения было таким же, как при работе в контрольных условиях, т. е. определялось в основном выполняемой работой и не превышало 100 ударов в минуту.
Таким образом, серия исследований при выполнении физической работы также показала высокую эффективность радиационного охлаждения для обеспечения благоприятных условий терморегуляции челове-
ка. В связи со значительно увеличивающейся величиной теплопродукции, вызванной работой, потребовалось создание условий для соответственного увеличения теплоотдачи излучением. Такие условия были достигнуты увеличением площади охлаждения в 2 раза, что соответствовало в данных условиях величине телесного угла в 4,2 стерадиана.
Наши экспериментальные исследования позволяют сделать вывод о возможности практического применения в условиях производства различных устройств по радиационному охлаждению с целью профилактики перегревания организма. Такого рода устройства в виде охлаждаемых экранов могут устанавливаться как на местах отдыха рабочих, так и непосредственно в рабочей зоне, где это позволяют производственные условия.
Настоящие исследования еще недостаточны для установления гигиенических нормативов радиационного охлаждения. При выборе параметров радиационного охлаждения (температуры поверхности и зависящей от охлаждаемой поверхности величины телесного угла) необходимо исходить в основном из температуры воздуха в помещении, наличия поверхностей, имеющих высокую температуру, и уровня теплопродукции человека при выполнении им физической работы.
Применение радиационного охлаждения для борьбы с перегреванием организма в горячих цехах может оказаться в некоторых случаях более экономичным, чем охлаждение больших объемов воздуха в установках для кондиционирования воздуха
Поступила 3/V 1955 г.
•Ь -к
К ФИЗИОЛОГИЧЕСКОМУ ОБОСНОВАНИЮ НОРМИРОВАНИЯ УЧЕБНОЙ НАГРУЗКИ ШКОЛЬНИКОВ
Кандидат медицинских наук Ю. М. Прагу севич Из кафедры детских болезней Центрального института усовершенствования врачей
Физиологическое обоснование нормирования учебной нагрузки школьника является чрезвычайно важным и актуальным вопросом для советской школы. Несмотря на общепризнанную перегрузку школьников учебными занятиями в классе и дома, до сих пор нет научно обоснованных возрастных норм учебной нагрузки. Заниматься этим вопросом прежде всего должны специалисты по возрастной физиологии и школьной гигиене, так как только они могут его научно решить со строго объективных физиологических позиций.
Для нормальной деятельности головного мозга ребенка необходимо, чтобы кора больших полушарий, подкорковые и нижележащие отделы центральной нервной системы находились в состоянии оптимальной возбудимости. При этом условии кора больших полушарий отвечает на
1 Вопрос о применении радиационного охлаждения в условиях производства не исчерпывается, кенечно, только экономическими выгодами по сравнению с мерами по снижению температуры воздуха или с душирующими установками. Остается еще не исследованным ряд других вопросов, в частности, о влиянии на организм местного охлаждения, о взаимозаменяемости с физиологической точки зрения разных путей теплоотдачи организма: излучения, конвекции, прямого проведения, испарения влаги с поверхности тела. Поскольку каждый из этих видов теплоотдачи специфичен при одинаковом общем эффекте охлаждения (если судить только по величинам снижения температуры тела) эти пути теплоотдачи могут быть далеко не равноценными в общем влиянии на организм. Эта сторона вопроса требует дальнейших глубоких исследований. Ред.
