CC BY
10
А. С. Шафранова, Т. С. Шахназарян
Значение величин сопротивления вдоху и выдоху в противопылевых респираторах
Можно считать общепризнанным фактом, что до настоящего времени не имеется противопылевых респираторов, которые при условиях систематической и длительной эксплуатации на производстве в достаточной степени удовлетворяют рабочих. Жалоба на затруднение дыхания является одной из основных при пользовании респираторами.
Нормативы сопротивления вдоху и выдоху в противогазах уже давно разработаны и берутся за основу при конструировании их. Но в отношении противопылевых респираторов эти нормативы нуждаются в проверке и уточнении.
Необходимость различного подхода к оценке роли сопротивления дыханию в противогазах и противопылевых респираторах обусловливается некоторыми особенностями последних. Среди этих особенностей решающую роль играет непрерывное нарастание сопротивления вдоху при фильтрации пылевых частиц и конструктивные особенности полумаски.
Почти во всех противопылевых респираторах, выпускаемых в настоящее время, коробка фильтра и выдыхательные клапаны располагаются на самой полумаске, имеющей незначительные габариты.
Вопросы о допустимых размерах, расположении и относительной значимости отдельных деталей респираторов являются весьма существенными и до сих пор решаются в различных вариантах. В одних — преимущественное внимание направлено на уменьшение сопротивления выдоху (ПРБ-1), в других — на удобство расположения и длительность запыления фильтров (Ф-45, Ф-46 и др.).
Установлено, что к сопротивлению на выдох организм приспособляется значительно труднее, чем к сопротивлению на вдох. Но на основе этого общего принципа еще нельзя ответить на ряд детальных практических вопросов: о физиологической значимости тех небольших сопротивлений выдоху, которые создаются в противопылевых респираторах, о допустимой величине этого сопротивления и т. п.
В связи с этим от ряда предприятий, конструирующих и изготовляющих противопылевые респираторы, к нам поступают запросы, является ли ощутимым такое незначительное изменение сопротивления выдоху, которое обусловливается, например, заменой одного выдыхательного клапана ШМ-1 (сопротивление 7—7,5 мм водяного столба) двумя такими же (общее сопротивление 3—3,5 мм водяного столба), и при каком сопротивлении вдоху следует производить смену фильтра.
Цель настоящей работы и заключалась в установлении физиологически допустимых величин сопротивления вдоху и выдоху при различных условиях эксплуатации противопылевых респираторов. Сообщаемые выводы сделаны на основании свыше 200 лабораторных наблюдений и последующей их проверки на производстве. Изучались и сопоставлялись некоторые реакции организма при сопротивлениях выдоху в 3,5 и 7,5 мм водяного столба и при постепенно нарастающих сопротивлениях вдоху в пределах 4—50 мм водяного столба.
Нарастание сопротивления вдоху достигалось путем постепенного уменьшения поверхности фильтра.
Наблюдения проводились в условиях легкой физической работы (при величине легочной вентиляции 7—9 л в минуту) и более тяжелой (легочная вентиляция — 25 л в минуту).
Режим наблюдений был рассчитан на то, чтобы длительность непрерывного пребывания в респираторе соответствовала той, которая чаще всего имеет место в условиях производства.
При легкой физической работе (вышивание, вязание и т. п.) соблюдался следующий порядок наблюдений: 1) получасовой отдых без респиратора, 2) двухчасовая работа в респираторе и 3) отдых в сидячем положении без респиратора вплоть до восстановления первоначальных величин некоторых физиологических показателей.
При более тяжелой физической работе (подъем и спуск со ступеньки высотой 20 см при скорости 20 циклов в минуту) режим был тот же, но двухчасовой период пребывания в респираторе состоял из ряда отрезков непосредственной работы, чередовавшейся с отдыхом от этой работы.
Длительность отрезков была подобрана специально с таким расче-том, чтобы задание предъявляло примерно одинаковые запросы к орга- П
низму (с учетом его индивидуальных отличий), о чем мы судили по ча стоте пульса, числу дыханий, легочной вентиляции и длительности восстановительного периода.
Исследовались следующие показатели: частота пульса, объем легочной вентиляции, частота и амплитуда дыхательных движений, соотношение длительности вдоха и выдоха, нарушения дыхательного ритма и изменения записи в отдельных фазах дыхания; кроме того, определялось процентное содержание ССЬ в пространстве под маской при обоих вариантах сопротивления выдоху.
Методика всех этих определений была общепринятая.
Самочувствие наблюдаемых учитывалось в течение всех наблюдений, которые были поставлены так, чтобы испытуемые не знали о вносимых изменениях.
В дальнейшем изложении мы не приводим данных по динамике пульса и легочной вентиляции, так как в условиях наших наблюдений эти показатели менялись в связи с характером выполняемой работы, н» не отражали влияния исследуемых сопротивлений дыханию.
Частота дыхания обнаружила у всех наблюдаемых однотипные изменения; поэтому мы ограничиваемся изложением типовых средних данных, наблюдавшихся у одного из них (табл. 1).
Таблица 1
Сопротивление фильтра Сопротивление выдоху в мм Количество дыханий в минуту
я н о О о га восстановительный период (без респиратора)
в мм водяного столба водяного столба о. о к а. о с н 1-я минута 2-я минута 5-я минута 7-я минута 10-я минута
Без 7.5 18,3 24,8 19,4 17,1 16,7 17,7 16,3
фильтра 3,5 18,3 25,7 21,7 20 18,8 18,5 18,5
7,5 17,7 24 17,5 17,5 17,4 17,1 17,5
3,5 17,8 25,4 20,3 18,6 18,2 17,6 18
21 7,5 17,5 25,4 22,1 18,9 19,6 17 17,6
3,5 18,5 26,7 22,3 19,3 18,5 18,5 18,5
30 , 75 7,5 3,5 17,4 18,2 25,1 26 22 21,3 21,3 18,1 17,4 18,7 17,6 17.4 17,6 18,5
48—50 7,5 3,5 15,6 16,6 23 24 19 22 17,8 20,3 17,3 18 16,3 17,9 16,4 18
Из табл. 1 видно количество дыханий в минуту при различных сопротивлениях вдоху и при двух вариантах сопротивления выдоху. Отмечается некоторое урежение числа дыханий при сопротивлении выдоху в 7,5 мм; это соотношение распространяется и на первые минуты восстановительного периода.
Более полное представление о влиянии рассматриваемых сопротивлений в респираторе на весь дыхательный процесс можно получить при
Покой
Работа
/
Щ[ШШЩ
|||||||||||||||И|||||||||||||||||||||||||[|||М||||||||||||||||||||||1111111111|111111|111111И1||
Рис. 1. Барограммы при сопротивлении вдоху (в фильтре) 4 мм водяного столба а, б—сопротивление выдыхательного клапана 3,5 мм водяного столба; в, г сопротивление выдыхательного клапана 7,5 мм водяного столба
сопоставлении типовых барограмм, полученных в условиях относительного покоя и физической работы средней тяжести при различных сопротивлениях фильтра и при сопротивлении выдоху в 3—3,5 мм (2 выдыхательных клапана ШМ-1) и 7,5 мм водяного столба (один выдыхатель-иый клапан ШМ-1).
п
штат
"'им..............
Ш1ПГ
.........................................................................................
Ра бота
м'шншиншишшшшннштмщит
р^см^мм^ь
и\1\1
и
\м
................................................
Рис. 2. Барограммы при сопротивлении вдоху (в фильтре) 16,7 мм водяного столба
а, б— сопротивление выдыхательного клапана 3,5 мм водяного столба; в, г—сопротивление выдыхательного клапана 7,5 мм водяного столба
При выяснении допустимых сопротивлений фильтра мы ориентируемся на барограммы, полученные при одной и той же работе средней тяжести.
Как видно из рис. 1, при сопротивлении фильтра в 4 мм водяного столба данная разница в сопротивлениях выдоху уже оказывает некоторое влияние на характер барограммы (более значительная величина амплитуды при 7,5 мм водяного столба). В большинстве случаев эта разница уже ощущается наблюдаемыми, заявляющими: «трудно дышать»,
«этот респиратор хуже» и т. п.; однако препятствия к дальнейшему продолжению работы при этом не отмечается.
При сопротивлениях фильтра в 15—16 мм водяного столба (рис. 2) разница в сопротивлениях выдоху отражается на барограмме уже значительно резче: при 7,5 мм отмечается большее повышение амплитуды дыхания, чем при 3,5 мм, и появляются изменения в конфигурации кри-
Болыпинство наблюдаемых отказывается от дальнейшей работы в распираторе,. ссылаясь на затруднение дыхания и на усталость; восстановительный период затягивается на 5—8 минут; при 3,5 мм это еще не имеет места.
При дальнейшем повышении сопротивления фильтра (до 22—30 мм водяного столба ) (рис. 3), изменения в субъективных заявлениях и в характере записи наблюдается уже при обоих вариантах сопротивления выдоху. В барограммах отмечается зубчатость в фазе не только выдоха, но и вдоха, неравномерность амплитуд, отдельные нарушения ритма дыхания.
Заявления наблюдаемых: «трудно дышать», «трудно работать» поступают раньше; при этом отмечается нарушение ритма рабочих движений.
Восстановительный период затягивается в обоих случаях.
Из табл. 2 можно видеть, как изменяется соотношение длительности фаз при непрерывно нарастающем сопротивлении вдоху в противо-пылевом респираторе.
Таблица 2
Респиратор Сопротивление фильтра (в мм>
Показатели без фильтра 4 21 30,7 48- -50
покой работа покой работа покой работа покой работа покой работа
Средняя длительность вдоха 1,25 1,15 1,19 1,17 1,35 1,28 1,45 1,29 1,53 1,26
Средняя длительность выдоха ..... 1,81 1,4 1,96 1,36 2,1 1,41 2,17 1,46 2,44 1,4
Средняя длительность цикла 3,04 2,55 3,5 2,5 3,45 2,69 3,62 2,75 3,97 2,66
Отношение длительности выдоха к длительности вдоха 1,47 1,22 1,65 1,2 1,61 1,1 1,49 1,13 1,59 1,1
Физиологическая закономерность изменения этих соотношений в условиях работы начинает заметно нарушаться при достижении только таких относительно высоких сопротивлений фильтра, как 45—50 мм водяного столба.
Это свидетельствует о довольно широком диапазоне физиологической приспособляемости организма к данным условиям; те усилия, которыми это достигается, отражаются на самочувствии наблюдаемых и видны в изменениях барограмм значительно раньше.
вой, особенно в фазе выдоха.
а ^
Рис. 3. Барограммы при работе, сопротивлении вдоху (в фильтре) 22—30,7 мм водяного столба
в—сопротивление выдыхательного клапана 3,5 мм водяного столба; б— сопротивление выдыхательного клапана 7,5 мм водяного столба
В табл. 3 приводим типичные данные по отдельным дням наблюдения в отношении процентного содержания СОг в пространстве под маской в условиях работы средней тяжести и в пределах изучаемых сопротивлений вдоху и выдоху.
Таблица 3
Дата наблюдения Сопротивление фильтра в мм водяного столба Сопротивление выдоху 3,5 мм водяного столба при содержании С02 Дата наблюдения Сопротивление фильтра в мм водяного столба Сопротивление выдоху 7,5 мм водяного столба при содержании со2
до работы в конце работы до работы в конце работы
19.Х Без фильтра 0,35 0,33 7.XII 22 0,22 0,44
26.Х 4 0,53 0,45 12.XII 30,75 0,58 0,53
13.Х11 30,7 0,3 0,42 13.Х11 30,75 0,46 0,31
15.Х11 30,7 0,41 0,24 16.ХН 50 0,34 0,3
Отсюда видно, что рассматриваемые изменения в величине сопротивления выдоху и вдоху не оказывают заметного закономерного влияния на процентное содержание СО2 под маской. Поэтому можно предположить, что в отмеченных нами изменениях механизма дыхания состав воздуха под маской не играет ведущей роли.
Выводы, сделанные на основании лабораторных наблюдений, были проверены и подтверждены на некоторых производствах в условиях значительной запыленности воздуха.
»
Выводы
1. Уменьшение в противопылевых респираторах сопротивления выдоху на такие незначительные величины, как 3—4 мм водяного столба, уже благоприятно отражаются на механизме дыхания, на самочувствии наблюдаемого и повышает приспособляемость организма к нарастанию сопротивления вдоху. Это влияние особенно заметно в условиях более тяжелой работы и, следовательно, при увеличении фактического сопротивления дыханию.
Уменьшение сопротивления выдоху в респираторах может быть достигнуто либо увеличением количества выдыхательных клапанов, либо соответствующими изменениями их конструкции.
2. Как лабораторные наблюдения, так и проверка на предприятиях показали, что в условиях работы средней тяжести нарушение приспособляемости организма к нарастанию сопротивлений в фильтре наблюдается, когда последнее достигает 20—25 мм водяного столба, если в то же время сопротивление выдоху в респираторе равно 3—3,5 мм водяного столба. Если же оно достигает 7—7,5 мм водяного столба, показатель предельно допустимого сопротивления фильтра снижается до 15—16 мм водяного столба.
Устанавливая показатели для смены фильтра, мы руководствуемся следующими соображениями.
Ввиду того что приспособляемость отдельных людей к сопротивлению дыхания может быть различна, а работа может оказаться физически более тяжелой, следует рекомендовать в качестве общей предельной величины сопротивление фильтра 15 мм водяного столба.
Сроки смены фильтра устанавливаются на местах в зависимости от конкретных условий работы. Сопротивления определяются на фильтре, вынутом из респиратора.
