CC BY
23
Л. Л. ШИК (Москва)
Терморегуляция человека при работе в различных метеорологических условиях1
Из физиологической лаборатории отдела промгигиены Института охраны труда
(зав. отделом 3. И. Израэльсон)
Оценка влияния на организм человека различных метеорологических условий и нахождение оптимальных комплексов метеорологических компонентов в сочетании с .различными типами рабочих процессов остается до настоящего времени одной из основных проблем гигиены труда. Критериями для решения этих вопросов являются, кроме самочувствия и работоспособности человека, также физиологические показатели, связанные с терморегуляцией.
При выполнении мышечной работы, помимо дополнительного теплообразования, в организме наступают изменения в соотношениях тепла, отдаваемого различными путями теплоотдачи, аналогичные (хотя и не тождественные) таковым в условиях повышения температуры воздуха. Действительно, если яри отсутствии значительной физической нагрузки теплообразование составляет в среднем 80—90 больших калорий в час, то при работе эта величина часто возрастает в несколько раз. ¡В одной и той же среде человек, не производящий работы, чувствует себя в условиях комфорта, а работающий может оказаться даже в условиях перегрева и уже во всяком случае явного дискомфорта. Роль потоотделения и пото-испарения при выполнении физической работы резко возрастает, как и при повышении температуры -среды.
Количественно эти соотношения до сих пор еще .недостаточно изучены, поэтому мы поставили перед собой задачу установления: количественных соотношений между изменениями теплообразования в организме человека и необходимыми для их компенсации изменениями внешних метеорологических условий. Практическое значение ■этого вопроса весьма велико, ибо, зная теплообразование человека ,при различной работе (для разных 'Профессий), мы могли бы обосновать и соответствующие гигиенические нормы.
В первой проведенной нами в этом направлении работе мы считали также необходимым специально выяснить, можно ли считать эту компенсацию полноценной, или, иными словами, установить, одинаковое ли физиологическое состояние ¡будет у человека, 'выполняющего в одном случае легкую работу при высокой температуре среды, а в другом—-тяжелую при соответственно пониженной внешней температуре '(работа Э. Я- Зак, Т. Ф. Кочеровой и М. И. Фонгауз).
Экспериментальная постановка этого- исследования была по возможности упрощена, а именно были, взяты лишь 2 легко сопоставимых комплекса метеорологических условий в обычных комнатных условиях—при температуре воз-, духа 20° и в тех же условиях, но при температуре 35°. Относительная влажность равнялась в первом случае 45—50%, во втором—30%. В обоих случаях температура стен почти не отличалась от температуры воздуха. Источников теплового излучения не было-. Опыты заключались в том, что испытуемые совершали строго дозированную работу в тех и других условиях в течение длительного времени. Обычно каждый опыт .продолжался 3 -часа, из которых 2 уходило на работу. Путем исследования газообмена все время устанавливалась величина теплообразования. Одновременно производились замеры кожной и ректальной температуры термоэлектрическим .методом и учитывалось потовыделение при помощи взвешивания.
1 Сводна-я статья во работам Э. И. Аршавской, Э. Я. Зак, Т. Ф. Кочеровой, М. И. ^Фонгауз и Л. Л. Шика.
Исследования 'показали, что можно подобрать работы такой интенсивности, при которой будут получаться, например, одинаковые-физиологические условия, несмотря на разную температуру среды. Так, тяжелая работа (около 250 больших калорий в час) при 20° - вызывает потовыделение около 250—300 г в час; 'совершенно такая же величина потовыделения получена при работе средней тяжести, характеризуемой теплообразованием порядка 175 кал/час, но при температуре 35°.
Можно подтвердить примерный! расчетом, основанным на литературных источниках, закономерность этих данных. Действительно, при 35° потерд тепла конвекцией и радиацией может быть практически приравнена к нулю, ибо, по нашим данным, температура кожи ири этом почти равна 35°. Таким образом,, единственно возможным путем теплоотдачи является в данном случае испарение. При работе же в условиях температуры в 20° теплоотдачу конвекцией и излучением можно принять в 70—80 ¡кал/час, т. е. она немногим превышает соответствующую величину в покое. Таким образом, потоотделение при 35° должно обеспечить потерю тепла на 70—80 кал больше, чем при 20°. В приведенном выше примере тяжелая работа, производимая при 20°, была связана с избыточным (по сравнению с работой средней тяжести при 35°) теплообразованием в 75 кал/час, т. с. как раз на ту величину, которая может быть отдана с помощью излучения и конвекции при 20°. Естественно поэтому, что эти 2 комплекса (тяжелая работа при 20° и легкая работа при 35°) вызвали почти одинаковое потовыделение.
Имеющийся в нашем распоряжении экспериментальный материал при дальнейшем его накоплении может лечь в основу установления количественных соотношений между тяжестью работы, с одной стороны, и охлаждающим эффектом среды —с другой.
Но являются ли эти условия физиологически действительно эквивалентными? Можем ли мы -сказать, ,что организм человека будет находиться в одинаковых условиях при работах разной тяжести, хота бы и «компенсированных» соответствующими изменениями метеорологических условий? В том, что это не так, убеждают нас данные, полученные при исследовании одной из функций центральной нервной системы. — чувствительности зрительного анализатора по отношению к электрическому току. Проведя на тех же подопытных, на которых была поставлена изложенная выше работа, многочисленное определение зрительной реобазы и хронаксии, указанные выше авторы получили данные, свидетельствующие о том, что при так называемых «эквивалентных» комплексах работы и внешних условий получаются вовсе не одинаковые изменения в этих показателях. Таким образом, 'соответствующие подобранные комбинации теплообразования в связи .с работой и внешних усло'вий для теплоотдачи (эквивалентны лишь в смысле выравнивания теплового баланса, но не ¡в смысле полной адекватности общего состояния организма человека в целом.
В то же время несомненно, что повышение теплопродукции и задержка тепла в организме при интенсивной мышечной работе могут вызвать в организме некоторые изменения, . аналогичные связанным с повышением температуры среды и не только в области терморегуляции. Примером являются исследованные нами изменения возбудимости дыхательного центра при работе в условиях различной температуры. Возбудимость дыхательного центра по отношению к его адекватному физиологическому раздражителю— к углекислоте— при высокой температуре повышается (Кочерова и Шик, Аршавсшя). То же имеет место и при работе (Аршавская). Соответствующим анализом можно показать, что одной из существенных причин этого повышения возбудимости является повышенная теплопродукция при работе; более того, снижением температуры среды при работе удавалось вернуть прежнюю возбудимость дыхательного центра (или по крайней мере приблизить ее к норме).
Размеры журнальной статьи не позволяют нам подробно остановиться на тех литературных и экспериментальных предпосылках, .которые побудили, нас положить в основу дальнейших экспериментов некоторые заведомо несовершенные, только ориентировочные, расчетные 'соображения. Ограничимся лишь их кратким изложением.
Потеря тепла человеческим организмом' конвекцией и излучением при большинстве видов работ не на много больше, чем в состоянии покоя, ибо она) .зависит от величины поверхности тела и, разности между температурой кожи и окружающей среды. Температура кожи при работе и в состоянии покоя редко дает значительную разницу. Таким- образом, почти все избыточное теплообразование, которое имеет место при работе, ложится дополнительной нагрузкой .на теплоотдачу испарением.
Если оставить в стороне увеличенную отдачу тепла 'за счет на грева выдыхаемого воздуха (это возрастание сравнительно невелико), то, естественно, встает следующий вопрос: можно ли ко-мпен-си'ровать увеличенную теплопродукцию при работе соответствующим снижением температуры воздуха ниже обычных норм, так, чтобы, несмотря на выполняемую физическую работу, потоотделение не было повышенным и соотношение путей теплоотдачи осталось обычным? Для ответа на этот вопрос необходимо заранее условиться относительно того, диапазона работ, которые мы имеем' в виду. Еще сравнительно1 недавно ,под тяжелыми работами подразумевались процессы, при которых теплообразование достигало 7—10 и даже более калорий в минуту. Тяжелыми часто называли лишь такие работы, при которых по мере их продолжения происходило прогрессивное возрастание легочной вентиляции и кислородного потребления и которые не могли совершаться непрерывно продолжительное время. Теперь, особенно в связи с громадным числом , механизированных предприятий и механизацией трудовых процессов, нам кажется правильным считать тяжелыми работы! с теплообразованием, уже в 250—350 кал/час. Сравнительно редко встречаются операции, связанные .с большим теплообразованием. Соответственно к категории работ средней тяжести могут быть отнесены работы с теплообразованием в 150—'250 кал/час.
Рассмотрим, можно ли путем снижения температуры окружающей среды добиться отдачи нормальных 75—80% всей теплопродукции при помощи конвекции и радиации либо [(что еще труднее) обеспечить такие условия, при которых потеря тепла испарением во время работы осталась бы такой же, мак и в состоянии покоя. Потери тепла конвекцией и радиацией в покое для нормально одетого человека можно принять при темп'ературе среды в 20° примерно в 60 ¡кал/час. Эта величина при работе в данных условиях может .несколько возрасти, скажем, до 80 кал/час, причем разница между температурой кожи и среды будет в* среднем порядка 12°. Чтобы при работе основное количество образующегося тепла удалялось из организма теми же путями (конвекцией и радиацией), необходимо соответственно увеличить температурный перепад «кожа — среда». Таким образом, тяжелая работа, связанная с теплообразованием в 3001 кал/час, потребовала' (бы по меньшей мере утроения разницы между температурой кожи и окружающей среды для того, нтобы предохранить организм от необходимости теря'ть большие количества тепла испарением'. Нетрудно, однако, видеть, что д№ того чтобы ¡утроить эту разницу, необходимо, было бы довести температуру среды до минус 5—10°. Но здесь на первый план легко могут выступить весьма неприятные явления местного охлаждения. В подтверждение этих соображений были поставлены специальные эксперименты для работы, связанной :с теплопродукцией в 200—250
¡и 300—350 кал/час. Мы могли убедиться в том., что при тяжелой работе и температуре Окружающего воздуха,1 даже в миду-с 3—5° у легко одетого человека все же наблюдается весьма значительное потоиспарение, достигающее 100—150 г в час, или 60—100 калорий в минуту. Следовательно, обычные представления о том, что всякое увеличение доли тепла:, теряемой при помощи испарения, свидетельствует о слишком высокой температуре среды, уже сейчас могут быть признаны неосновательными. Если оставаться .на этой точке зрения и считать, (что гигиенически правильным является установление таких температурных условий, при .которых не требовалось бы избыточного потоиспарения, то пришлось бы прибегать к столь ¡низким температурам, которые, быть может, безвредны и даже ком-фордаы при известных, строго ограниченных лабораторных исследованиях, но не могут явиться допустимыми при учете многообразных требований, предъявляемых жизнью к гигиеническому нормированию. Действительно, даже сохранение теплового баланса при .диз'ких (минусовых) температурах возДуха связано со следующими процессами:
1) При подобных температурах неизбежно будет увеличиваться разница между температурой крови, притекающей к кожным сосудам и оттекающей от кожи, что приведет к дальнейшему сужению „кожных сосудов-, крайне нежелательному при работе на холоде.
2) В отдельных органах могут создаваться условия для резкого переохлаждения.
3) При перерывах в работе теплопродукция сразу резко уменьшится, теплоотдача же останется резко повышенной; таким образом, условия окружающей среды окажутся совершенно недопустимыми.
4) Крайне редко можно встретить рабочее, помещение, где бы все рабочие выполняли операции, требующие значительных энергетических затрат, поэтому минусовые 'температуры окажутся уже абсолютно неприемлемыми для тех, кто не выполняет тяжелой работы.
5) Весьма низкие температуры часто ¡недопустимы и по характеру работы .(например, ручные -операции с металлом и т. п.).
Одновременно с этим надо указать, что, по всей вероятности, допустимые в- производственных условиях лраницьг низкой температуры- могут быть ниже, чем принято полагать. За это говорит, с одной сторрнъи, имеющийся практический опыт, а с- другой—специально поставленное нами исследование, показавшее, что легко одетый человек хор-о-шо чувствует себя, когда выполняет тяжелую работу -при температуре в 10, а часто и 5° тепла. Значение местных охлаждений, а в- связи с этим -и вопроса о рациональной одежде особенно ясно видно из следующего примера: у одного из испытуемых, работавшего при +5°, средняя потеря веса составляла почти 200 г в- час и сопровождалась хорошим теплоощущением, однако для этого требовалось, чтобц«^ испытуемого была теплая обувь. В случае же .замены ее лег^Щ®«тней) потоотделение практически почти прекращалось и появ;щ|Щь||Ьщущение холода, несмотря на то, что ректальная температура дШе несколько повышалась. Таким образом, при решении вопроса о допустимости границы низкой температуры нельзя базироваться только на одних общих данных и термобалансе человека, а необходимо учитывать ряд специфических физиологических условий.
В реальной производственной обстановке решение этих вопросов значительно затрудняется1 -тем, что чрезвычайно часто встречаются метеорологические комплексы, осложненные движением воздуха и наличием большого теплового облучения. Естественно, что стремле-
2 Гигиена и санитария, № 12
.ние полностью охватить разнообразные п;р о и зй о д'ств енны е случая в условиях .строго их лимитирующей лабораторной обстановки мало рационально, поэтому мы направляем дальнейшие наши исследования не только по пути точного лабораторного изучения количественных соотношений между отдельными факторами ;(что, конечно, необходимо), но и комплексного охвата типовых случаев непосредственно в производственных условиях.
Выводы
1. Путем лабораторных экспериментов установлена возможность, нахождения примерных эквивалентов охлаждающей силы среды и теплообразования! человека, т. е. устанавливается то необходимое-понижение температуры среды, при котором увеличение теплопродукции в процессе работы не вызывает дополнительного затруднения теплоотдачи.
2. И в лабораторной практике, и в Исследованиях на производстве необходимо обращать больше внимания на общее количество потоотделения как на суммарный показатель действия среды и работы.
3. Физиологическое действие повышенной теплопродукции и пониженной теплоотдачи можно до известной степени сравнивать, но они не являются тождественными.
4. Увеличение теплопродукции при работе позволяет пользоваться относительно низкими температурами дл» соответствующего повышения теплоиотери- ¡Однако полная компенсация здесь трудно достижима, потому что она лимитируется местными охлаждающими влияниями и рядом специфических моментов.
5. Необходима дальнейшая работа для уточнения физиологических предпо-сылок нормирования! -метеорологических условий применительно к разным видам работ.
Н. ЛОНДОН (Москва).-
Опыт установления эквивалента радиации и конвекционного тепла по вызываемому ими теплоощущению1
Из отдела промышленной гигиены Института охраны (труда дир. Т. И. Дмитрншен^
зав. отд. 3. И. Израэльсон)
Нормирование метеорологических условий горячих цехов крайне затруднено при отсутствии интегральных показателей состояния метеорологических условий температуры! воздуха и излучения, в связи с чем возникает необходимость \ разработки шкалы эквивалентных эффективных температур. Для зШй ''цели (а также для расчета отопления и вентиляции) прежде всего следует установить эквивалентное взаимоотношение ме^жду тепловым воздействием теплового излучения и температуры воздуха.
Целью настоящей работы являлось установление этого отношения для некоторых типовых случаев, имеющих практическое значение. , .
1 Работа проведена при участии О. В. Миловановой.
