Работоспособность человека начинает падать при температуре воздуха – БЖД – Стр 7

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

megalektsii.ru

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

1Карпинская МАОУ СОШ №16

1МАОУ СОШ №16

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке “Файлы работы” в формате PDF

Введение

Каждый из нас прекрасно понимает, насколько важен комфортный микроклимат в помещении, где мы находимся. А если быть еще точнее, то важен не умозрительный комфорт, которому нет определений, а отсутствие наших мыслей о том, что в помещении душно или же холодно, что само по себе отвлекает наше внимание от эффективного выполнения работы и учебы. С научной точи зрения микроклимат – это совокупность физических факторов внутренней среды помещений, оказывающие влияние на теплорегуляцию и здоровье человека. Микроклиматическими показателями являются: температура, влажность и скорость движения воздуха. Так как в течение учебного года ученикам приходится больше времени проводить в школе, то не маловажную роль играет состояние микроклимата в учебных кабинетах. Поэтому я решила исследовать такие показатели микроклимата, как влажность и температура в учебных кабинетах нашей школы.

Цель моей работы: Исследовать влажность и температуру воздуха в школе и узнать, как они влияют на здоровье человека.

Задачи:

1. Изучить физические основы теплорегуляции человека и выяснить как влажность и температура воздуха влияет на самочувствие человека.

2. Научиться использовать цифровую лабораторию для измерения влажности воздуха и температуры окружающей среды.

3. Измерить влажность и температуру воздуха в кабинетах школы.

4. Узнать, как влияет температура на влажность воздуха в классе.

5. Сравнить полученные данные с санитарно-гигиеническими нормами.

6. Экспериментально показать методы изменения влажности воздуха и улучшения качества жизни человека.

Объект исследования: микроклимат учебных классов школы.

Предмет исследования: влияние влажности и температуры воздуха на жизнедеятельность человека.

Методы работы: изучение литературы, наблюдения, проведение экспериментальных исследований с использованием цифровой лаборатории, сравнение и анализ полученных данных.

Гипотеза исследования: Чем лучше микроклимат внутри помещения, тем лучше мы себя в нем чувствуем. Это зависит от температуры и влажности. Температура напрямую зависит от влажности и наоборот.

Практическая значимость моего исследования заключается в сформулированных способах регулирования влажности воздуха.

Актуальность нашего исследования заключается в том, что в последние годы среди учащихся школ высокий процент простудных заболеваний, а низкая влажность и температура вызывает быстрое испарение и высыхание слизистой оболочки носа, гортани, легких, что приводит к простудным и другим заболеваниям. Высокая влажность и температура также вызывает некоторые негативные явления в организме человека, например, нарушается теплообмен организма с окружающей средой, что приводит к перегреву тела.

1. Теоретическая часть

1.1. Теоретические основы влажности воздуха

Атмосферный воздух, который нас окружает представляет собой смесь различных газов и водяного пара. Важное значение для человека наряду с температурой и давлением атмосферы имеет количество в ней водяных паров.

От влажности зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи человека. А испарение влаги имеет большое значение для поддержания температуры тела постоянной.

В зависимости от количества паров, находящихся при данной температуре в атмосфере, воздух бывает различной степени влажности. Абсолютная влажность воздуха (f) — это количество водяного пара, фактически содержащегося в 1 м³ воздуха. Определяется как отношение массы содержащегося в воздухе водяного пара к объёму влажного воздуха.

С одной сто­ро­ны, аб­со­лют­ная влаж­ность воз­ду­ха яв­ля­ет­ся по­нят­ной и удоб­ной ве­ли­чи­ной, т. к. дает пред­став­ле­ние о кон­крет­ном со­дер­жа­нии воды в воз­ду­хе по массе, с дру­гой сто­ро­ны, эта ве­ли­чи­на неудоб­на с точки зре­ния вос­при­им­чи­во­сти влаж­но­сти жи­вы­ми ор­га­низ­ма­ми. Ока­зы­ва­ет­ся, на­при­мер, че­ло­век ощу­ща­ет не мас­со­вое со­дер­жа­ние воды в воз­ду­хе, а имен­но ее со­дер­жа­ние от­но­си­тель­но мак­си­маль­но воз­мож­но­го зна­че­ния. Чтобы судить о степени влажности воздуха, важно знать, близок или далёк водяной пар, находящийся в воздухе, от состояния насыщения. Для этого вводят понятие относительной влажности. Относительная влажность воздуха (φ) — это отношение его текущей абсолютной влажности к максимальной абсолютной влажности при данной температуре. Она также определяется как отношение парциального давления водяного пара в газе к равновесному давлению насыщенного пара. Относительная влажность обычно выражается в процентах.

1.2 Температура

Не менее важна для человека и температура среды его обитания. Человек способен продолжительно и эффективно функционировать лишь в довольно узком диапазоне температур окружающей среды. Средняя температура тела человека – 36,5 °С. Даже незначительные отклонения от этой температуры в ту или другую сторону приводят к ухудшению самочувствия человека. Обмен веществ, постоянно происходящий в теле человека, приводит к выделению тепла. Процессы регулирования тепловыделений для поддержания постоянной температуры тела человека называются терморегуляцией. Для нормального теплообмена, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду. Нарушение теплового баланса может привести к перегреву либо к переохлаждению организма и, как следствие, к потере трудоспособности, быстрой утомляемости. Если температура окружающей среды высокая, возникает риск гипертермии (перегрева). В таких случаях система терморегуляции человека увеличивает теплоотдачу за счет испарения влаги, вырабатываемой потовыми железами. Кроме этого осуществляется перераспределение кровотока от внутренних органов к внешней поверхности тела. И наоборот, когда температура окружающей среды заметно и продолжительно опускается, организм включает механизмы терморегуляции, которые уменьшают потери тепла и увеличивают теплопродукцию.

К таким механизмам относятся:

Дрожание — быстрое непроизвольное сокращение мышц, в процессе которого выделяется тепло для согрева внутренних органов.

Отток крови от внешней, охлажденной поверхности тела. Такой отток не позволяет крови отдавать тепло, необходимое для работы внутренних органов. Этот эффект проявляется, в частности, как замерзание пальцев рук и ног.

Гусиная кожа — мурашки, которые вызываются напряжением микромыщц, отвечающих за положение волосков на коже. У человека это наследие предков является классическим атавизмом, но у наших прародителей эти мышцы поднимали шерсть, увеличивая высоту волосяного покрова. Это удерживало воздух у кожи, который как теплоизолятор уменьшал тепловые потери.

Однако возможности терморегуляции не безграничны, и при дальнейшем устойчивом понижении температуры среды возникает риск различных нарушений в функционировании организма, развиваются симптомы гипотермии (переохлаждения), появляется дискомфорт, чувство «замерзания».

1.3 Влияние температуры на влажность в помещении и на здоровье человека

Тепловые ощущение и переносимость температур во внешней среде во многом зависит от влажности и скорости окружающего воздуха. При низком влагосодержании воздуха, характерном для холодного периода, возрастает отдача тепла человеком за счет интенсивного испарения влаги с поверхности тела, высыхают поверхности слизистых оболочек дыхательных путей, что способствует прониканию болезнетворных микроорганизмов в органы дыхания, восприимчивости организма к простуде и другим заболеваниям. Воздух с очень низким содержанием водяного пара также оказывает неблагоприятное воздействие на кожу человека – она становится сухой, шероховатой и может растрескиваться от натяжения. Очень сухой воздух обычно бывает зимой в теплых помещениях. Нижняя граница влажности составляет около 20%. При более низких значениях влажности существенно возрастает дискомфорт и опасность заболевания ринитами и фарингитами у людей, постоянно находящихся в условиях пониженной влажности воздуха в помещении. Чем больше влажность воздуха, тем меньше испаряется пота в единицу времени и тем быстрее наступает перегрев организма. Высокая влажность в сочетании с высокой температурой – более 30 градусов по Цельсию, имеет неблагоприятное воздействие на физиологические процессы теплообмена в организме, т.к. при этом почти вся выделяемая теплота отдается в окружающую среду при испарении пота. При повышении влажности пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова, что не обеспечивает необходимой теплоотдачи, а изнуряет и обезвоживает организм. Вместе с потом организм теряет значительное количество минеральных солей, микроэлементов и водорастворимых витаминов. Установлено, что при температуре воздуха более 25 С° работоспособность человека начинает падать. Длительное воздействие высокой температуры особенно в сочетании с повышенной влажностью может привести к значительному накоплению теплоты в организме и развитию перегревания организма выше допустимого уровня – гипертермии – состоянию, при котором температура тела поднимается до 38…39С°. Возникает так называемый тепловой удар, требующий медицинского вмешательства.

При наружной температуре, приближенной к температуре человеческого тела (около 36,6 градусов), организм предпринимает целый ряд изменений, чтобы помочь себе сохранить здоровье. Это и повышенное потоотделение, изменение частоты и глубины кровообращения, дыхания, а также повышение других показателей, с помощью которых организм предпринимает попытки охладить себя. Однако потоотделение помогает понизить температуру тела только в том случае, если влага, которая выделяется через кожу, активно испаряется, что при повышенной влажности затруднительно.

1. Исследовательская часть

Существуют различные приборы для измерения влажности воздуха, такие как гигрометр и психрометр.

Для своих измерений я использовала специальный цифровой датчик влажности, который предназначен для регистрации относительной влажности воздуха из комплекта цифровых лабораторий. Он предназначен для работы при температуре от +15°C до +35°C и относительной влажности окружающего воздуха до 90% при 25°C. Пользоваться им очень просто. Он показывает количество влаги в процентном соотношении. Для измерения температуры использовала датчик температуры.

2.1 Исследование выделительной и терморегуляторной функция кожи

Кожа играет огромную роль в охлаждении тела. Потоотделение предохраняет организм от перегрева, так как при испарении влаги с поверхности тела тепло отдается в окружающую среду, происходит его охлаждение.

Цель эксперимента: исследовать терморегуляторную и выделительную функцию кожи, выявить зависимость интенсивности потоотделения от температуры окружающей среды.

Порядок проведения эксперимента:

• Начинаем регистрацию данных. Показания датчика будут отображаться на экране в виде графика.

• Наденем пакет с датчиками на кисть руки и закрепим его в области запястья с помощью резинового кольца или шнурка.

• Запишем данные в течение 2-3 минут.

• Остановим регистрацию и сохраним данные опыта.

• Снимем пакет с ладони и извлечём датчики.

• Возьмем другой пакет и снова соберем установку и выполним новый опыт (с теми же параметрами).

• Начнем регистрацию данных. Показания датчика будут отображаться на экране в виде графика.

• Включим лампу и приблизим ее к пакету.

• Запишем данные в течение 2-3 минут.

• Остановим регистрацию и сохраним полученные результаты.

Вывод: В ходе первого опыта было обнаружено, что температура и влажность в пакете повышается из-за отсутствия теплообмена с окружающей средой. (Приложение №1) Во втором опыте влажность увеличивается быстрее и достигает более высокого значения, чем в первом, так как от лампы исходит дополнительное тепло. Поэтому для нормального теплообмена, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду.

2.2 Исследование условий испарения

Одним из способов увеличения скорости испарения является движение воздуха – ветер.

Цель эксперимента: исследовать, как движение воздуха влияет на скорость испарения.

Порядок проведения эксперимента:

• Начинаем регистрацию данных. Показания датчика будут отображаться на экране в виде графика.

• Измерим температуру тела. Запишем данные в течение 2-3 минут.

• Остановим регистрацию и сохраним данные опыта.

• Начнём обдув и убедимся, что температура изменяется. Показания датчика будут отображаться на экране в виде графика.

• Прислоним датчик к влажной одежде (коже). Запишем данные в течение 2-3 минут.

• Начнём обдув датчика и убедимся в понижении температуры.

• Затем обдув прекратим и зафиксируем рост температуры

• Остановим регистрацию и сохраним полученные результаты.

Вывод: движение воздуха увеличивает скорость испарения, тело теряет энергию. (Приложение №2)

Скорость воздушного потока влияет на самочувствие людей: при сильном сквозняке влага интенсивно испаряется с тела и человек может замерзнуть и простудиться даже при высокой температуре воздуха.

2.3 Исследование влияния проветривания на температуру и влажность внутри помещения

Подвижность воздуха оказывает существенное влияние на состояние внутренней среды помещения: распределение температур и влажности по объему помещения, наличие застойных зон и т.д. Влияние подвижности воздуха на комфортное состояние человека необходимо рассматривать в совокупности с температурой и влажностью воздушной среды помещения. Согласно данным GISMETEO температура за окном – 19˚C. Мы измерили относительную влажность воздуха в классе до проветривания и после. Результаты измерений занесем в таблицу.

Цель эксперимента: исследовать влияние проветривания на микроклимат внутри класса.

Порядок проведения эксперимента:

• Начинаем регистрацию данных. Показания датчика будут отображаться на экране в виде графика.

• Измерим температуру и влажность в помещении до начала проветривания.

• Проветрим кабинет в течение 10 мин.

• Измерим температуру и влажность в помещении после окончания проветривания.

• Оценим, насколько изменилось наше самочувствие в помещении после проведения проветривания.

Вывод: в результате эксперимента температура в классе незначительно понизилась, влажность увеличивается. Опытным путем мы убедились в том, что микроклимат улучшается. Хотя во время морозов воздух становится более сухим, тем не менее, проветривание выполняет еще одну важную функцию. За счет поступления свежего воздуха внутри помещения существенно снижается концентрация вредных веществ, что благотворно влияет на наше здоровье.

2.4 Определение влажности и температуры воздуха в помещениях школы

Так как в течение учебного года ученикам приходится больше времени проводить в школе, то не маловажную роль играет состояние температуры и влажности в учебных кабинетах. Измерения проводились в предметных кабинетах физики, математики, химии (на втором этаже) и в кабинете биологии (на первом)

Цель работы: Определить температуру и влажность воздуха в разных учебных кабинетах и исходя из полученных данных, выяснить, отвечает ли санитарным нормам условия наших кабинетов

По результатам работы были сделаны основные выводы:

1. Во всех кабинетах влажность воздуха понижена и не соответствует нормам.

2. К концу смены влажность воздуха в кабинетах повышается.

3. Средняя температура воздуха соответствует норме.

4. С началом отопительного сезона относительная влажность значительно понижается до недопустимых значений, что в целом способствует обезвоживанию организма в результате теплоотдачи способом испарения. У людей, находящихся в таких условиях, будет ощущаться повышенная жажда и сухость слизистых оболочек, а значит, увеличивается риск простудных и других заболеваний.

Для улучшения состояния влажности в кабинетах я рекомендую:

1. Опрыскивание. С помощью этого простого и действенного метода можно увеличить влажность воздуха.

2. Увеличить в кабинетах количество зеленых насаждений. Листья зеленых растений испаряют воду и способствуют повышению влажности воздуха, а это улучшает самочувствие людей.

3. Устанавливать резервуары с водой между ребер радиатора

4. Применять электрические увлажнители воздуха. Он разбрызгивает маленькие капельки воды, которые сразу рассеиваются в воздухе, не оседая на растения, мебель, ковры, растения.

5. Чаще делать влажную уборку.

2.5 Изучение уровня заболеваемости учащихся школы

Современный образ жизни вынуждает нас основную часть времени проводить в «четырех стенах». Особенно в холодный период, наиболее вероятный для различных заболеваний. Поэтому создание благоприятных для здоровья условий в помещении крайне важно. Поддержание нормальной влажности воздуха снижает риск простудных (и не только) заболеваний в разы! Статистические данные уровня заболеваемости учащихся школы за 2015.г. приведены в таблице.

Остальные: 4 грипп,2 пневмония

Выводы: Из данных таблицы видно, что уровень простудных заболеваний выше именно в тот период, когда используется центральное отопление и, возможно, одной из причин роста заболеваемости является низкий уровень влажности воздуха в помещении.

Заключение

Рассмотрев поставленные мною вопросы, я пришла к выводу, что для оптимального теплообмена человеческого организма при температуре 20-25°С наиболее благоприятна относительная влажность порядка 50%. При более высокой температуре предпочтительна влажность около 25%. Поэтому, вооружившись знаниями, в наших силах создать комфортную и здоровую обстановку в школе.

Использование Цифровой лаборатории при исследованиях в данном проекте позволило мне получить не только знания в области естественных наук, но и опыт работы с интересной, современной техникой и компьютерными программами, получить возможность заниматься исследовательской деятельностью, не ограниченной темой конкретного урока и самостоятельно проанализировать и представить полученные данные исследований. Возможности исследований по теме проекта не ограничиваются экспериментами, предложенными и выбранными в работе.

В дальнейшем можно изучить относительную влажность и измерить температуру воздуха в разные времена года и т.д.

Список интернет ресурсов

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D1%82%D0%BD%D0%BE%D1%81%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B2%D0%BB%D0%B0%D0%B6%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0

3. http://www.axiomaj.ru/svoboda_-_zdravo_zhit/komfortnyj_mikroklimat.html

4. http://membra.ru/science/homeostasis/

5. http://www.polymedia.ru/oborudovanie/tsifrovye-laboratorii/

6. http://physbook.ru/

Приложение №1

Графики исследования выделительной и

терморегуляторной функции кожи

Приложение №2

Графикиисследования условий испарения

Просмотров работы: 4705

school-science.ru

Глава 4 РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА В УСЛОВИЯХ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

Глава 4

При проведении натурных исследований на кораблях в Индийском океане В.Ф. Коневым, В.Е. Кулаковым (1970) отмечено, что при переходе в низкие широты физическая выносливость и работоспособность матросов снижаются. При этом выносливость к статическому мышечному усилию у матросов, работающих в машинном отделении, падает на 46,5 % (за вре-мяплавания), а у остальных – всего лишь на 7,5 %[Жер-девГ.М., 1971].

По данным Е.Б. Науменко (1995), умственная работоспособность при деятельности в тропической зоне ухудшается на 35 %, физическая работоспособность – на 30 %. При переброске воинских подразделений из Лондона в Сингапур у солдат скорость марша в первые дни снизилась на 10 % [Hehane R., 1967]. Э. Адольф (1952) установил, что в пустыне человек проходит втрое меньшее расстояние в жаркое дневное время, чем в прохладное.

По данным А.Н. Кольцова, А.В. Чунтула (1982), летчику при управлении самолетом на посадке после перелета в район с жарким климатом приходится делать значительно больше движений, чем в условиях умеренного климата.

По мнению авторов, увеличение количества движений при работе органами управления отражает процесс адаптации к факторам жаркого климата. Через 6-7дней после перелета качество посадки не отличалось от таковой в условиях умеренного климата.

Следует отметить, что до сих пор отсутствует единое мнение о характере влияния высоких температур на направленность изменений психофизиологических функций и работоспособность оператора. Г.В. Гладощук и соавт. (1959), Е.М.Крутова (1966) отмечали при высокой температуре снижение чувствительности зрительного и слухового анализаторов, скорости сенсомоторной реакции на звук и свет, значительный рост ошибок при решении умственных задач. По данным же Н.П. Савенко (1955), при воздействии высоких температур окружающей среды возрастает чувствительность зрительного и слухового анализаторов, ускоряется зрительно-моторнаяи акусти-ко-моторнаяреакция, улучшается умственная работоспособность человека. В исследованиях И.Б. Крамаренко (1967) высо-

Рис. 16. Влияние высоких температур окружающей среды на тест «время реакций на звук», на ректальную температуру (t) и средневзвешенную температуру кожи (tk) [Ажаев А.Н. и др., 1988].

кая температура окружающей среды (40 °С) способствовала повышению физической работоспособности. В аналогичных условиях Г.А. Гончарук (1958), С.М.Городинский и соавт. (1973) отмечали снижение мышечной выносливости и силы, а также ускорение физического утомления.

Результаты исследований А.Н. Ажаева, В.И. Зорилэ, А.Н. Кольцова (1988) показали, что скорость простой сенсомотор-нойреакции на звук достоверно понижается только при температуре окружающей среды 45 и 50 °С (рис. 16). В этих условиях ректальная температура достигает 38,1±0,08 и 38,8±0,11 °С, а средневзвешенная температура кожи – 37,11±0,26 и 38,27±0,16 °С соответственно. Потеря массы тела составляла примерно 1,5 кг за 5 ч пребывания испытуемых в термокамере. При температуре окружающей среды 40СС время простой сенсомоторной реакции было таким же, как и в условиях теплового комфорта (20 °С). В этом случае ректальная температура не превышала 37,8±0,07 °С, а средневзвешенная температура кожи – 36,4±0,2 °С. Однако при температуре окружающей среды 35 °С была выявлена тенденция к замедлению скорости простой сенсомоторной реакции, что позволило А.Н.Ажаеву и соавт. (1988) предположить наличие фазных измененийнеко-торыхпсихофизиологических функций при действии высоких температур, характеризующихся первичным замедлением сенсомоторной реакции и последующим ускорением, а затем-опятьзамедлением, причем более значительным, чем внача-левоздействия высокой температуры.

E.C. Paulton, D.McKerslake (1965), установили, что деятель-

ность летчиков при кратковременном (20 мин.) пребывании в кабине с температурой 45 °С более эффективна, чем при 25 °С.

Авторы интерпретируют свои данные с позиций активационной теории. По их мнению, первоначальное возрастание температуры кожи и снижение ректальной температуры создают условия для оптимальной деятельности. После адаптации кожных рецепторов и начального повышения температуры тела этот уровень снижается, что сопровождается ухудшением психомоторных реакций. С дальнейшим повышением температуры тела

инаступлением теплового дискомфорта уровень оптимальной активности вновь возрастает. И, наконец, в заключительной стадии перегревания с резким увеличением температуры тела

ивнешней тепловой нагрузки работоспособность летчика прогрессивно ухудшается.

По данным А.Н. Ажаева и соавт. (1988), максимальное мышечное усилие после статической мышечной нагрузки становится достоверно меньше на 11 – 18 % при температуре окружающей среды 45 и 50 °С, начиная со 2-гои1-гочаса воздействия.

При температуре окружающей среды 45 и 50 °С максимальное мышечное усилие снижается, когда средневзвешенная температура кожи достигает 36,9±0,14 и 37,1±0,11 °С, ректальная температура – 37,75±0,06 и 37,35±0,13 °С, а дефицит массы тела

-0,8 и 0,5 % соответственно. При температуре окружаю-щейсреды 40 °С, когда температура тела 37,8±0,07 °С,досто-верногоснижения мышечной силы не наблюдается.Темпера-туракожи около 37 °С и выше была только в исследованиях при температуре окружающей среды 45 и 50 °С. Эти данные А.Н.Ажаева и соавт. (1988) позволяют предполагать, что изменение мышечной силы обусловлено влиянием внешней тепловой нагрузки на тепловое состояние «оболочки» с последующей импульсацией с терморецепторов кожи на центры терморегуляции.

Отечественными и зарубежными авторами неоднократно предпринимались попытки оценить работоспособность рабочих горячих цехов при высокой температуре окружающей среды. Н.Г. Карнаух (1977) отмечал, что при температуре воздуха 28 °С и выполнении работ средней тяжести удлиняется время реакции на световые и звуковые сигналы, а при 30 и 32 °С снижаются скорость восприятия и переработки информации, а также объем и распределение внимания. С повышением температуры воздуха на рабочих местах ткацкого производства, по данным Т.В. Тетеревникова и соавт. (1978), производительность труда работающих снижается при 31 °С на 7 %, а при 35 °С -на16 %. У горнорабочих, выполняющих легкую работу вусло-вияхвысокой влажности воздуха, производительность труда снижалась при температуре свыше 28 °С, а при тяжелойрабо-те

-при 26 °С [Шахбазян Г.Х., 1968].

Установлено, что при повышенной температуре окружающей среды происходит ускорение устного счета и решения

Рис. 17. Влияние эффективной температуры окружающей среды на производительность труда специалистов операторского профиля

[Mackworth N.H., 1950].

1 — тест на слежение; 2 — телеграфный тест; 3 — множительный умственныйтест.

арифметических задач. Однако при этом допускается много ошибок [Еремин А.В. и др., 1966; Grether W.F., 1973].

По данным R.T.Wilkinson и

соавт. (1964), эффективность выполнения теста с цифровыми таблицами снижалась с ростом температуры тела, тогда как количество ошибок при опознавании звуковых сигналов и время реакции на них, наоборот, сокращалось. Наи-

более отчетливо проявлялась эта разница при температуре тела 38,5 °С. Следует отметить, что у обследуемых при температуре тела 37,5 °С время реакции на звуковые сигналы возрастало, а скорость выполнения операций с цифровыми таблицами увеличивалась.

При температуре тела выше 38 °С ухудшаются показатели сложной реакции с выбором качества управления в режиме слежения [Curley M.D., Hawkins R.N., 1983]. Эти показатели работоспособности не меняются при эффективной температуре окружающей среды до 27,5 °С (рис. 17). Ухудшается качество ра-ботыпри эффективной температуре выше 29,5 °С [Hancock P.A., Pierce J.O., 1984].

M.H.Mackworth (1950) отмечает, что при эффективной температуре окружающей среды 27-30°С в условиях сухого воздуха работоспособность человека стабильна. При 35 °С обследуемые уже не могут качественно выполнять психологические тесты.

При высокой влажности воздуха работоспособность существенно снижается при 29 °С. В связи с этим M.H.Mackworth считает, что критическим диапазоном температуры для неакклиматизированных лиц можно считать эффективную температуру 27-30°С, за пределами которой ухудшается деятельность оператора. Под влиянием высокой температуры окружающей среды в наибольшей степени изменяется качество слежения за объектами и в наименьшей – показателиумствен-нойработоспособности. Ухудшение умственной работоспособ-

Рис. 18. Влияние эффективной температуры окружающей среды на качество работы радиотелеграфистов различной квалификации [Mackworth N.H., 1950].

1 — средняя; 2 — хорошая; 3 — высокая квалификация.

ности наблюдается лишь при значительном перегревании организма оператора.

Выполнение телеграфного теста занимает промежуточное положение между вышеназванными методиками. Б. Метц (1973) при изучении качества приема сигналов Морзе в условиях высоких температур окружающей среды установил, что при температуре воздуха 35 °С (относительная влажность 60 %, эффективная температура 31 °С) количество ошибок достига-ет30 %, а при 41 °С(относитель-наявлажность 52 %, эффективная температура 36 °С) – 80%.

Неблагоприятно действие высокой температуры на деятельность специалистов, характеризующуюся влиянием на внимание, точность

координации движений, скорость реакции и принятие решений, и тем сильнее, чем в большей мере сами производственные операции требуют отвлечения внимания, быстрого темпа работы или значительного физического напряжения. Качество выполняемой работы при высокой температуре окружающей среды зависит от квалификации специалистов (рис. 18).

Высококвалифицированные специалисты, как правило, совершают мало ошибок, и работа у них сопровождается меньшим напряжением физиологических функций.

Воздействие высокой температуры окружающей среды на работоспособность проявляется в меньшей степени, если обследуемые сознательно прилагают максимальные усилия для того, чтобы выполнить работу с хорошим качеством. Работоспособность при высокой мотивации обследуемых оказывается более высокой, чем при низкой [Mackworth N.H., 1950]. Усталость и снижение интереса к «надоевшей» задаче усиливают отрицательное влияние высокой температуры на деятельность оператора.

На работоспособность оператора могут влиять такие субъективные факторы, как ощущение теплового дискомфорта, сон-

ливость, отвлечение внимания из-запрофузного потоотделе-

ния с головы и лица [Grether W.F., 1973].

Исследования, проведенные M.V.Blockley и соавт. (1954) на летном тренажере, показали, что качество пилотирования по приборам изменяется при повышении ректальной температуры на 0,8-1°С. Особенно оно снижается при выдерживании заданной высоты и скорости полета [Larsson E. et al., 1973], а также при заходе на посадку и выполнении сложных заданий с отвлечением внимания [Jampietro P.E. et al., 1972].

А.Н. Ажаев, В.И. Зорилэ, А.Н. Кольцов (1988) наблюдали ухудшение качества одномерного слежения, начиная с температуры окружающей среды 35 °С (относительная влажность 20 %) на 5-мчасу пребывания испытуемых в термокамере. При этом ректальная температура достигала 37,6±0,05 °С, а средневзвешенная температура кожи – 35,5±0,08 °С. Снижение качества слежения наиболее отчетливо наблюдалось при температуре окружающей среды 45 и 50 °С, когда ректальная температура повышалась до 38,1±0,08 и 38,5±0,09 °С на4-5-мчасу эксперимента соответственно.

Следовательно, вышеприведенные данные свидетельствуют о различной чувствительности психофизиологических функций и работоспособности оператора к действию температурного фактора. По мнению E.C. Paulton, D.McKerslake (1965), различ-

ные по сложности психологические задачи имеют свой уровень оптимального состояния процессов возбуждения нервной системы, при котором они будут выполнены наиболее эффективно. Высокая температура окружающей среды может вызвать в корковой части температурного анализатора состояние возбуждения, иррадиирующее в области, ответственные за зрительную, моторную и слуховую функцию. В этом случае, очевидно, повышается зрительная и слуховая чувствительность и ускоряется зрительно- и акустико-моторнаяреакция. При более интенсивных воздействиях высокими температурами(45-50°С) в очаге возбуждения могут возникать тормозныепро-цессы,понижающие чувствительность анализаторов и увеличивающие время сенсомоторных реакций. Смена состояния возбуждения торможением в центральной части анализатора, очевидно, служит показателем снижения возможности организма к поддержанию постоянства своей внутренней температуры (термостабильное состояние «сердцевины»). Это предположение подтверждается тем фактом, что уменьшение времениакустико-моторнойреакции проявлялось при относительно небольшой силе воздействия (40 °С) и почти никогда не наблюдалось при сильных тепловых воздействиях (50 °С).

Качество слежения ухудшается, начиная с температуры окружающей среды 35 °С при выполнении дополнительной работы. По мнению W.F. Grether (1973), P. Marcus (1975), воз-

действие высокими температурами может ускорять простые

реакции и замедлять сложные. По данным N.H. Mackworth (1950), высокая температура понижает способность к переключению внимания, точность движений при ускорении темпа работы. В исследованиях А.Н. Ажаева и соавт. (1988, 1992) при одновременном слежении и переключении внимания на дополнительную работу показатели работоспособности менялись, даже если не было сдвигов психофизиологических функций (время сенсомоторной реакции, мышечное усилие, статическая мышечная выносливость).

Снижение качества слежения и ряда психофизиологических функций при сравнительно небольшом повышении ректальной температуры (37,35-37,8°С) свидетельствует о том, что в изменении ряда показателей психофизиологическихфун-кцийосновную роль играет влияние внешней тепловойнагруз-кина температуру «оболочки». Снижение мышечной силы и, следовательно, физической работоспособности, очевидно, происходит при больших влагопотерях.

Глава 5

ПРЕДЕЛ

ПЕРЕНОСИМОСТИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

Толерантность человека к высокой температуре – это его способность выдерживать воздействие высоких уровней конвекционного, кондукционного и радиационного тепла в течение определенного времени.

Между величинами температуры воздуха (30-200°С) и возможным временем их переносимости (часы, минуты, секунды) существует корреляционная связь: чем выше температура окружающей среды, тем меньше переносимое время пребывания в этих условиях, и наоборот.

На степень переносимости высокой температуры воздуха оказывают влияние интенсивность физической нагрузки, уровень влажности воздуха, характер одежды и др.

Прежде всего целесообразно рассмотреть переносимость высоких температур и лимитирующие пределы при температуре воздуха в натурных условиях (в пустыне, джунглях) – от комфортных температур до 58 °С в тени (Ливия, Иран). Более высокий диапазон температуры (50-100°С) характерен исключительно для искусственных производственных условий при работе таких специалистов, как пожарники, летчики, спасатели, специалисты горячих производств.

Лимитирующими показателями для разных уровней температур являются дискомфортное теплоощущение, ограничение возможности выполнения физической нагрузки, опасность теплового удара, необходимость использования защитной одежды и, наконец, возникновение болевого ощущения вследствие воздействия высокой температуры.

Характеристиками теплового состояния служат такие показатели, как теплонакопление в организме, средняя температура тела, ректальная, ауральная, оральная температура, средневзвешенная температура кожных покровов и др.

Предел переносимости высоких температур оценивается предельной величиной накопленного в организме тепла, превышение которого ведет к резкому нарушению субъективного состояния, физиологических констант и появлению опасности возникновения теплового коллапса и теплового удара.

При тепловом ударе прежде всего появляются функциональные расстройства органов кровообращения и ЦНС. Наиболее

характерными признаками его являются общая слабость, чувство тяжести в голове, головокружение, стук в висках, головная боль, поташнивание, шум в ушах, последующая потеря сознания со значительным повышением температуры тела и признаками нарушения сердечной деятельности и дыхания, появлением цианоза, расширением зрачков и наступлением коматозного состояния.

В настоящее время метод определения накопления тепла в организме человека требует определенных расчетов. Поэтому о предельном теплонакоплении судят по реакциям организма, свидетельствующим о развитии преколлаптоидного состояния, и критериям теплового состояния организма (ректальная и оральная температура, средняя температура тела).

Показатели теплового состояния человека используются для установления предела переносимости высокой температуры человеком. Критериями переносимости высокой температуры служат определенные количественные характеристики теплонакопления в организме, температуры тела, частоты сердечных сокращений, работоспособности и качественные оценки поведенческих реакций человека, его внешнего вида (выражение лица, цвет кожи).

По данным А.А.. Дороднициной, Е.Я. Шепелева (1960), А.Н.

Ажаева (1979), W.V. Blockley и соавт. (1954), переносимые величины теплонакопления в организме человека варьируют в пределах 377-1055кДж или209-586кДж/м2 тела человека. В среднем эта величина составляет, по данным W.V.Blockley и соавт., в покое – 230 кДж/м2, при легкой работе – 320 кДж/м2; по данным А.А.Дороднициной и Е.Я.Шепелева, в покое-252±43кДж/м2. Исследования различных авторов указывают на значительные различия в величинах накопленного тепла в организме (табл. 8).

Как видно из табл. 8, величина теплонакопления, рассчитанная по средней температуре тела с учетом массы тела и теплоемкости тканей организма [Бартон А., Эдхолм О., 1957], особенно с учетом изменений температуры скелетных мышц [Wortz E.C. et al., 1967], весьма значительна и составляет в среднем 421 кДж/м2 по сравнению с 304 кДж/м2, полученной при расчете другими методами.

Особо следует подчеркнуть, что при работе человека для расчета теплонакопления требуется учитывать степень физического напряжения, в результате которого температура мышц по сравнению с другими тканями повышается с опережающим темпом.

В зависимости от интенсивности физической работы изменяется и температура мышц. По данным E.Aikas и соавт. (1962), Е.С. Wortz и соавт. (1967) и др., при легкой работе температу-•раскелетных мышц повышается на 3 °С, при работе средней тяжести — на 4 °С и при тяжелой – на 6 °С. Учитывая, что

Таблица 8

Предельно переносимые величины накопления тепла в организме человека

скелетные мышцы составляют 42-50% всей массы тела человека, при расчетах суммарное теплонакопление будет значительно больше, чем в покое при одной и той же температуре тела.

Очевидно, что при физической работе температура мышц никогда не приближается к температуре крови, которая, как известно, играет основную роль в сдвигах физиологических функций при нагревании организма и определяет предел переносимости высокой температуры, воздействуя на рецепторный аппарат и центры терморегуляции.

Другая причина несовпадения данных, касающихся величин предельно накопленного тепла в организме, заключается в том, что исследователи рассчитывали среднюю температуру тела на основании постоянных коэффициентов смешивания.

Условно считается, что при оптимальной температуре окружающей среды в поверхностных тканях аккумулируется примерно 20 % образующегося тепла (кожа, подкожная клетчат-ка),остальная часть – в различных органах, тканевой жидко-

сти, крови. Поэтому для расчетов теплосодержания важно знать не только тепло, накопленное в «сердцевине», но и тепло на поверхности тела. Для этих расчетов используют среднюю температуру тела. Если теплосодержание поверхности тела находится в пределах указанных выше величин, то среднюю температуру тела рассчитывают в основном по коэффициентам смешивания, предложенным А. Бартоном и О. Эдхолмом (0,3 для температуры кожи и 0,7 для ректальной температуры) или

J.D. Hardy, E.F. Du Bois (0,2 для температуры кожи и 0,8 для ректальной температуры). По мнению некоторых исследователей, значительное накопление тепла в организме, видимо, можно объяснить применением названных выше коэффициентов смешивания в условиях высокой температуры среды для расчетов средней температуры тела (особенно если температура кожи превышает температуру тела).

Многие исследователи считают, что при изменении температуры окружающей среды количество тепла на поверхности тела непостоянно. Так, по данным J.D. Hardy, E.F. Du Bois (1938), J. Colin и соавт. (1966), при 35 и 50 °С коэффициенты для температуры кожи составляют соответственно 0,2 и 0,1. В условиях же низких температур окружающей среды они возрастают. По данным S.D.Livingstone (1968), при температуре окружающей среды 20 °С для расчета накопленного тепла обнаженного человека необходимо брать коэффициенты смешивания для температуры кожи 0,4, а по данным П.В. Рамзаева (1960), Р.Ф. Афанасьевой, С.Г. Окуневой (1971), при температуре ниже 20 °С – коэффициенты 0,5-0,6(табл. 9).

Как видно из табл. 9, некоторые исследователи при снижении температуры окружающей среды предлагают увеличивать коэффициент смешивания для температуры «оболочки», а при ее повышении – его снижать. Аналогичные данные были получены и в наших исследованиях (рис. 19). При высокой температуре окружающей среды со снижением теплоизоляции поверхностных тканей до 0,1-0,05кло (1 кло = 0,155 м2К/Вт) коэффициенты смешивания для температуры кожи уменьшались до 0,1 и ниже. При низких же температурах при повышении теплоизоляции поверхностных тканей до0,4—0,5кло они возрастали (до 0,4). В условиях теплового комфорта, когда теплоизоляция поверхностных тканей находилась в пределах 0,3- 0,35 кло, коэффициенты смешивания для температуры «оболочки» составляли0,20-0,25.

Величины коэффициентов смешивания зависят не только от микроклимата, но и от физического напряжения и многих других факторов. В литературе нет четких критериев, позволяющих определять указанные коэффициенты при изменении деятельности человека. Поэтому была предпринята попытка рассчитать эти коэффициенты по данным, характеризующим тепловой обмен.

Таблица 9

Коэффициенты смешивания для температуры тела («сердцевины») и температуры поверхности тела («оболочки»), по данным разных исследователей

Врезультате исследований, проведенных в различных условиях микроклимата (в диапазоне температур окружающей среды от – 40 до +70 °С), выявлена высокая степень корреляции коэффициентов смешивания для кожной и ректальной температуры с теплоизоляцией тканей поверхности тела и внутренним градиентом температуры. На основании полученной корреляционной зависимости изменений коэффициентов смешивания от теплоизоляции поверхностных тканей и внутреннего градиента был составлен график (рис. 20).

Внаших исследованиях установлено, что величина накопленного тепла, рассчитанная по коррелятивной зависимости между коэффициентами смешивания для температуры кожи и теплоизоляцией тканей, значительно ниже (в среднем на 26 %), чем определяемая по формуле А. Бартона и О. Эдхолма.

Причина несовпадения данных о предельном накоплении тепла в организме заключается еще и в том, что температуру тела измеряли в областях, не отражающих полностью теплового состояния «сердцевины». Известно, что под термином «температура тела» понимают температуру внутренней среды

организма и тканей различных органов, которая далеко не везде одинакова. По-видимому,для определения температуры «сердцевины» необходимо знать температуру во многих точках, как и при определении средневзвешенной температуры поверхности тела. Однако у живого организма без хирургического вмешательства подобное измерение провести невозможно и приходится измерять температуру тела только в доступных точках, а именно: в подмышечной впадине, под языком, в прямой кишке, ушном канале и полости желудка.

Известно, что температура слизистой оболочки желудка зависит от фазы пищеварения. Поэтому показания температуры в полости желудка значительно различаются по времени суток. По данным В.И. Кричагина (1966) и др., при высокой температуре окружающей среды температура тела, измеренная в подмышечной впадине, не отражает теплового состояния «сердцевины». В настоящее время исследователи в условиях

высоких температур измеряют ее чаще всего под языком или в прямой кишке.

Известно, что предложенный Бартоном метод расчета средней температуры тела основан на измерении средневзвешенной температуры кожи и температуры в прямой кишке. Поэтому большинство исследователей измеряют ректальную температуру [Городинский С.М. и др., 1976; Афанасьева Р.Ф., 1977].

Установленные в наших исследованиях пределы накопления тепла в организме примерно совпадают с данными, приведенными А.А. Дороднициной и Е.Я. Шепелевым (1960), J.F.Hall, J. W.Polte (1960) и др.

Это, видимо, объясняется тем, что оральная температура для расчета теплосодержания организма была близка к уровню средней температуры тела.

Пределы накопления тепла в наших исследованиях устанавливали у обследуемых в состоянии относительного покоя и в условиях небольшой влажности воздуха. Известно, что физическая нагрузка и высокая влажность окружающего воздуха сказываются на переносимости высокой температуры. При физической работе в процесс теплоотдачи в большой степени вовлекаются дыхательные пути и быстрее включается физическая терморегуляция. С.М. Городинский, Г.В. Бавро и соавт. (1968) показали, что предел повышения температуры тела может быть выше при физической работе, чем в условиях покоя. Кроме того, они полагают, что чем интенсивнее физическая работа, тем выше степень переносимости накопленного тепла в организме. Высокая влажность воздуха снижает пере-

носимость перегревания организма [Смирнов А.А., Аксенов М.Д., 1960].

А.Г. Антоновым и соавт. (1998) проводилось прогнозирование длительности физической работы при воздействии высокой температуры путем создания математической модели в отягощающих условиях.

В наших исследованиях в отдельных экспериментах, когда обследуемые находились в условиях высокой температуры в паронепроницаемом костюме, предел переносимости наступал при накоплении тепла в организме 230±7 кДж/м2 поверхности тела. В обычной одежде у тех же обследуемых он наблюдался при накоплении тепла 327±11 кДж/м2 поверхности тела.

Предел переносимости высокой температуры окружающей среды, выраженный в величинах теплонакопления в организме, является основополагающим, однако он рассчитан теоретически, с учетом средней температуры тела, его массы и теплоемкости тканей.

Многие исследователи о предельном теплонакоплении в организме судят ориентировочно по температуре тела, артериальному давлению и частоте сердечных сокращений [Моисеев Н.Я., Разинкин СМ., 1997, и др.]. Большинство авторов приводят в качестве критерия предела переносимости температуру тела 3939,5 °С и частоту сердечных сокращений 120-140уд/мин в покое

[Blockley W.V. et al., 1954; Webb P.W., 1961; Jampietro P.F., 1971], а при физической работе – 40-40,5°C и120-160уд/мин со-

ответственно [Jampietro P.F. et al., 1966; Liethaed C.S., 1961; Tiedt N., Gottschalk K., 1967; Wyndham C.H. et al., 1970; Walters J.D., Bell C.R., 1974]. При работе в помещениях с высокой температу-ройвоздуха допустимы повышение температуры тела до 38,5 °С и потеря массы тела до 1 кг/ч [Givoni В., 1963]. Комитетэкспер-товВОЗ рекомендует считать предельно допустимыми частоту сердечных сокращений 160 уд/мин и температуру тела 38 °С [Шахбазян Г.Х., 1968].

Кроме температуры тела и частоты сердечных сокращений, критериями переносимости служат самочувствие, а также внешний вид человека, отражающий глубокие объективные сдвиги в организме.

Были обследованы военнослужащие английского ВМФ с целью выявления симптомов надвигающегося теплового коллапса и теплового удара, т.е. в условиях, соответствующих предельному теплонакоплению. Исследования проводились в термокамере при 83 °С по сухому и при 41 °С по влажному термометру. Тепловые экспозиции в зависимости от поведенческих реакций, самочувствия, а также температуры под языком или в слуховом канале (выше 39 °С) и частоты сердечных сокращений (200 уд/мин и выше) варьировали от 2 до

80 мин).

Субъективные признаки, предшествующие наступлению теплового коллапса [Walters J.D., Bell C.R., 1974],

представлены ниже.

Наряду с поведенческими реакциями предшественниками наступающего теплового коллапса, показателями предела переносимости жары являются характерные жалобы на плохое самочувствие.

По данным S.Sakurada, J.R.S.Hales (1998), эндотоксины гастроэнтерального происхождения при тепловом стрессе препятствуют развитию устойчивости к высокой температуре.

При тепловом ударе процент Т-хелперов,Т-инактивиро-ванных лимфоцитов существенно снижается. В то же время уровеньТ-супрессоров,естественных киллеров значительно увеличивается [Hammami M.M., Buchania A., Shail E. et al., 1998].

Накопление тепла в организме и неблагоприятные субъективные ощущения ограничивают время пребывания человека в условиях высоких температур окружающей среды. При низкой влажности воздуха люди могут переносить достаточно высокую температуру окружающей среды, достигающую 70-120°С и более (табл. 10).

Повышение влажности воздуха значительно снижает время переносимости высоких температур окружающей среды (табл. 11).

Когда высокая температура окружающей среды сочетается с высокой влажностью воздуха, то пот испаряется с трудом. Состояние человека может довольно быстро достигнуть кри-

Таблица 10

Предельное время переносимости высоких температур при низкой влажности воздуха, мин

тического предела перегревания, особенно при 100 % относительной влажности. В жарком сухом воздухе человек может довольно длительно выполнять легкую физическую работу при температуре окружающей среды 35-40°С, но если относительная влажность близка к 100 %, не выдерживает более1-2ч.

Напряженная физическая работа, связанная с большим теплообразованием в организме, при высокой температуре окружающей среды, сочетающейся со значительной влажностью и неподвижностью воздуха, ставит организм и его механизмы терморегуляции в трудные условия. При этом продолжительность работы значительно сокращается.

Таким образом, приспособление к высокой температуре человека, одетого в легкую одежду, при умственной работе или легкой физической работе возможно при температуре окружающей среды примерно 35 °С, относительной влажности 10-50% и при 30 °С и относительной влажности70-100%. При выполнении физической работы или работы, связанной со значительнымнервно-эмоциональнымнапряжением, температура воздуха должна быть ниже на3-5°С.

Табл ица 11

Время пребывания человека в условиях высоких температур окружаю-щейсреды при скорости движения воздуха0,1—0,2м/с и влажности 15— 20 и70—75% [Смирнов А.А., 1961], мин

Лимитирующими показателями для разных уровней температур являются дискомфортное теплоощущение, ограничение возможности выполнения физической и умственной работы, опасность развития теплового удара, болевые ощущения, необходимость применения защитной одежды в условиях высоких температур.

Основным показателем предела переносимости служит теплонакопление в организме, которое рассчитывают по-разному.Это объясняется неодинаковым подходом авторов к определению средней температуры тела.

Имеется целый комплекс субъективных признаков, предшествующих наступлению теплового коллапса, из которых главными являются усталость, изнурение, головокружение, отсутствие мотивации к операторской деятельности.

studfiles.net