5.1. Механические колебания. Действие вибрации на организм человека

В процессе трудовой деятельности в быту, в природе человек постоянно подвергается воздействию механических колебаний.

Колебания – многократные повторения одинаковых или почти одинаковых процессов – сопровождают человека повсеместно от простейшего колебания маятника до электромагнитных колебаний световой волны.

Механические колебания – это периодически повторяющиеся движения, вращательные или возвратно-поступательные. Это колебания атомов, биение сердца, колебания моста под ногами, земли от движущегося транспорта.

Любой процесс механических колебаний можно свести к одному или нескольким гармоническим синусоидальным колебаниям, которые можно характеризовать амплитудой, равной максимальному отклонению от положения равновесия (м); скоростью колебаний (м/с); ускорением (м/с²) периода колебаний, равным времени одного полного колебания; частотой колебаний равной числу полных колебаний за единицу времени (Гц).

Все виды техники, имеющие движущие узлы, транспорт – создают механические колебания. Увеличение быстродействия и мощности техники привело к резкому возрастанию вибрации. Вибрация – это малые механические колебания, возникающие в упругих телах под воздействием переменных сил.

Вибрации обладают выраженным биологическим действием, которое зависит от частоты, интенсивности, направления и времени воздействия. Каждое колебание воспринимается организмом как толчок, в ответ, на который уже через 20 мс развивается компенсаторное напряжение мышц.

Систематическое продолжительное действие вибрации, превосходящей, предельно допустимые уровни, может вызвать в организме стойкие нарушения нормальных физиологических функций, объединяемые под общим названием «вибрационная болезнь». Чувствительность организма к вибрациям зависит от их частоты и интенсивности. Особенно вредны вибрации с частотами, близкими к частотам собственных колебаний организма и его отдельных органов. Резонансные частоты для всего тела, головы и органов брюшной полости составляют 6-12 Гц.

Вибрация, действующая на организм человека, подразделяется на общую и местную (локальную). Общая вибрация действует на весь организм человека, местная – на отдельные его участки (например, на руки). Однако такое разделение вибраций является в значительной степени условным, так как и местная вибрация в итоге влияет на весь организм. Информация о действующей на человека вибрации воспринимается особым органом чувств – вестибулярным аппаратом.

Вестибулярный аппарат располагается в височной кости черепа и состоит из преддверия и полукружных каналов, расположенных во взаимоперпендикулярных плоскостях. Вестибулярный аппарат обеспечивает анализ положений и перемещений головы в пространстве, активизацию тонуса мышц и поддержание равновесия тела. В преддверии и полукружных каналах имеются рецепторы и эндолимфа (жидкость, заполняющая каналы и преддверие). При перемещении тела и движениях головы эндолимфа оказывает неодинаковое давление на чувствительные клетки. Поскольку полукружные каналы располагаются в трех взаимоперпендикулярных плоскостях, то при любом перемещении тела и головы возбуждаются нервные клетки разных отделов вестибулярного аппарата. Нервные волокна, идущие от рецепторов вестибулярного аппарата, образуют вестибулярный нерв, который присоединяется к слуховому нерву и направляется в головной мозг. В соответствующем участке коры головного мозга в височной доле анализируется сигналы от рецепторов вестибулярного аппарата.

Наиболее чувствительны к воздействию общей вибрации нервная и сердечно-сосудистая системы. Наблюдается изменение сердечной деятельности, общее возбуждение (или торможение), изменение общего состояния (утомление, появление головных болей, сердцебиения, тошноты). Под влиянием интенсивной вибрации нарушается функциональное состояние сосудистой системы, в первую очередь на ногах, трофика мышц, возникает патология опорно-двигательного аппарата. Вибрационная болезнь сопровождается функциональными нарушениями деятельности высших отделов центральной нервной системы, которые протекают по типу астенических состояний (бессилие, психическая и физическая слабость).

К числу наиболее характерных проявлений при вибрационной болезни вызванной местной вибрацией, относятся болезненные симптомы со стороны нервно-сосудистой системы, воспалительные явления костно-суставного аппарата и мышечные изменения.

В начальной стадии болезни появляются своеобразные онемения пальцев кистей рук, их повышенная утомляемость, боли в руках, особенно после работы по ночам. Во время работы могут возникнуть спазмы в сосудах, судороги в пальцах и кистях. Проявляется повышенная чувствительность к охлаждению. При длительном воздействии высоких уровней вибрации, в частности низкочастотной, изменяется внешний вид кисти, утолщаются концевые фаланги пальцев. Во всех случаях заболеваний в той или иной степени имеют место мышечные изменения. Преимущественно страдает трофика мышц плечевого пояса. При этом в мышцах появляются болезненные утолщения.

Костно-суставные изменения чаще развиваются в кистях, лучезапястных суставах и реже в локтевых и плечевых суставах.

В случаях, когда общая или местная вибрация действует на рабочего в сочетании со значительными физическими нагрузками и вынужденными положениями тела, могут возникнуть изменения тела в виде демпфирующего остеохондроза. Так же воздействие и местной и общей вибрации на организм человека способствует возникновению функциональных нарушений со стороны внутренних органов: пищевода, кишечника, пищеварительных желез.

Виброболезнь относится к группе профзаболеваний, эффективное лечение которых возможно лишь на ранних стадиях, причём восстановление нарушенных функций протекает очень медленно, а в особо тяжёлых случаях в организме наступают необратимые изменения, приводящие к инвалидности.

Источниками местных вибраций, передающимися через руки работающих, являются различные механизированные инструменты и рукоятки управления машинами. Величина местной вибрации при работе этих видов оборудования характеризуется широким, почти сплошным спектром частот и изменяющимися во времени уровнями колебательной виброскорости. В частности, спектры пневматических ручных машин характеризуются наличием высокого уровня низко- и среднечастотных составляющих и более плавным спадом скорости в области высоких частот.

Источниками общей вибрации являются транспортное, транспортно-технологическое и технологическое оборудование. К машинам, которые генерируют транспортные вибрации относятся автосамосвалы, бульдозеры, тягачи, скреперы и погрузочно-доставочные машины.

Транспортно-технологические вибрации при ограниченном перемещении ходовой части по рабочей площадке (экскаваторы, погрузочные машины и буровые станки). Технологические вибрации делят на два типа «а» и «в». Источником технологических вибраций типа «а» являются стационарные машины и оборудование, а типа «в» — рабочие места работников умственного труда и персонала, не занимающегося физическим трудом.