Влияние освещения на организм человека

Поток световой энергии, излучаемой от рассматриваемой поверхности по направлению к глазу, проходит через роговую оболочку, зрачок, хру­сталик и достигает сетчатой оболочки, состоящей из трех слоев нейро­нов. Каждый нейрон первого слоя, находящегося на границе пигментно­го слоя оболочки, заканчивается одним или несколькими светочувстви­тельными элементами — палочками или колбочками. В центре сетчатой оболочки преобладают колбочку, на периферии — палочки.

Лучистый поток, достигший нейронов, расположенных на границе пигментного слоя сетчатой оболочки, частично поглощается молекулами светочувствительного вещества, содержащегося в палочках и колбочках. Остальную же часть лучистой энергии задерживают пигментные клетки, защищая тем самым светочувствительные элементы и содержащиеся в них светочувствительное вещество от чрезмерного воздействия на них лучистой энергии.

Важным фактором формирования зрительного ощущения является не только неодинаковое расположение палочек и колбочек на сетчатой оболочке глаза, но и различная чувствительность к свету содержащегося в них светочувствительного вещества.

Высокая чувствительность содержащегося в палочках родопсина (зрительного пурпура) обусловливает функционирование палочек при низкой яркости, а следовательно, при незначительном световом раздра­жении, и обеспечивает главным образом общую зрительную ориентацию в пространстве. Меньшая чувствительность свойственна йодопсину колбочек, деятельность которых проявляется лишь при высокой яркости рассматриваемых предметов и тем самым при значительном световом раздражении. При световом раздражении колбочек в отличие от раз­дражения палочек глаз различают цвета, мелкие детали рассматривае­мых предметов.

Преобладающая деятельность палочек или колбочек при световом раздражении зависит не только от яркости рассматриваемых поверхно­стей, но и от спектрального состава падающего на глаз потока. Так, родопсин палочек обладает более высокой, чем йодопсин колбочек, чув­ствительностью к коротковолновой части видимого участка спектра и более низкой - к длинноволновой. Наиболее высока чувствительность йодопсина к излучению с l = 556 нм, родопсина – с l = 505 нм.

В основе светового раздражения глаза лежит диссоциация молекул светочувствительного вещества (родопсина, йодопсина) на ионы, проис­ходящая вследствие поглощения фотонов от светящей или освещаемой поверхности светочувствительными элементами глаза, и возникновение в волокнах зрительного нерва импульсов токов действия, передающихся коре головного мозга. При этом исключительно важное биологическое значение приобретает обратимый характер процессов, происходящих при световом раздражении. Полнота обратимой реакции в свою очередь обеспечивается тем, что соответственно интенсивности диссоциации мо­лекул светочувствительного вещества молекулы восстановителя поступают из пигментного слоя в светочувствительные клетки.

По существующим представлениям, восстановитель светочувстви­тельного вещества поступает в светочувствительные клетки в виде отри­цательных ионов. Благодаря отрицательному электрическому заряду, создающемуся в эпителиальном слое, отрицательные ионы восстановителя вызывают в пигменте эпителиального слоя ак­тивное перемещение положительных ионов распада свето­чувствительного вещества к наружному членику светочувствительного прибора. Отрицательные ионы распада устремляются к внутреннему членику и к первому синапсу волокна зрительного нерва. Происходящее здесь накопление отрицательных ионов, их количествен­ное содержание обусловливают разность потенциалов сетчатки глаза и коры головного мозга и возникновение вследствие этого импульсов то­ков действия вдоль зрительного нерва.

Частота этих импульсов, а следовательно, и объем светового ощу­щения находятся в прямой зависимости, с одной стороны, от светового потока, падающего на сетчатую оболочку глаза, т. е. от яркости осве­щаемой (светящей) поверхности, с другой - от содержания молекул светочувствительного вещества в сетчатой оболочке глаза и возникаю­щего при их распаде числа ионов.

Завершается сложный процесс формирования светового ощущения поступлением импульсов токов действия в корковую область зрительно­го анализатора. Чем больше частота импульсов, т. е. чем выше яркость поверхности рассматриваемого предмета, тем сильнее выражено зри­тельное ощущение. Однако уже при яркости сверх 0, 1 нт повышение зрительного ощущения отстает от роста яркости рассматриваемой по­верхности. Так, восстановление светочувствительного вещества в палоч­ках (родопсин) существенно отстает от распада этого вещества. От­стает, следовательно, и частота импульсов и вместе с ней падает интен­сивность светового раздражения. Поэтому и рост зрительного ощущения в таких условиях отстает от роста яркости рассматриваемой поверхно­сти. При дальнейшем увеличении яркости (порядка 10 нт ) концентрация молекул родопсина становится незначительной; уменьшается вследствие этого и участие палочек в зрительном процессе.

При малой яркости происходит восстановление некоторого количе­ства светочувствительного вещества также и в колбочках. В этом существенную роль играют чувствительность содержащегося в них йодопсина. Значительным становится участие колбочек в зрительном процессе при яркости сверх 0, 1 нт.

Особенно резко проявляется недостаточность процессов восстанов­ления того или другого светочувствительного вещества при часто сме­няющейся яркости рассматриваемых поверхностей (деталь и фон), ког­да отдельный период между рассматриванием поверхности большей яр­кости и рассматриванием поверхности меньшей яркости настолько мал, что молекулы распада светочувствительного вещества не успевают пол­ностью восстановиться.

К функциям зрительного анализатора, играющим наиболее важную роль в трудовом процессе, относятся: контрастная чувствительность, острота зрения, быстрота различения деталей, устойчивость ясного ви­дения, цветовая чувствительность.

В зрительном различении рассматриваемых предметов решающая роль принадлежит контрастной чувствительности глаза, т. е. способности глаза различать яркость смежных поверхностей. Установлена зависимость контрастной чувствительности от условий освещения рассматриваемой детали и яркости, к которой глаз предварительно адаптировался.

Максимальная контрастная чувствительность обеспечивается яр­костью фона в пределах 100—3200 нт. За пределами этих ве­личин контрастная чувствительность понижается. Кроме яркости, на контрастную чувствительность влияют и другие свойства рассматри­ваемых поверхностей, и, прежде всего их размеры. Так, различение поверхностей неодинаковой яркости по мере уменьшения их размеров ухудшается или совсем исчезает.

Наименьший угловой размер между двумя простейшими деталями (кружки, точки, черточки и т. п.), при которых они различаются как отдельные друг от друга, определяют так называемую разрешающую силу глаза. Способность глаза различать эти детали носит, как извест­но, название остроты зрения, которая измеряется обратной величиной наименьшего углового размера между двумя рассматриваемыми деталя­ми. За единицу остроты зрения принимают разрешающую силу в 1 ми­нуту, т. е. способность глаза различать две точки с угловым размером 1 минута.

В производственных условиях наряду с другими факторами боль­шое влияние на остроту зрения оказывает освещенность. С ростом осве­щенности растет и острота зрения - сначала быстро, затем медленно, достигая своего критического максимума при освещенности порядка 50—75 лк на белом фоне, при различении наиболее контрастных дета­лей черного цвета.

При менее резком контрасте (серые и желтые детали на белом фоне) острота зрения с повышением освещенности при повышении яр­кости фона продолжает нарастать.

В производственных условиях большое значение приобретает воз­можность различать детали в наикратчайший период. Это обеспечивает­ся быстротой различения деталей (скорость зрительного вос­приятия).

Увеличение освещенности обеспечивает наименьшее время различе­ния деталей. При этом важно отметить, что в то время как за предела­ми 50—75 лк улучшение остроты зрения не наступает, быстрота различения деталей продолжает нарастать даже при освещенности порядка 1000 – 1200 лк и более.

Возникшее зритель­ное впечатление, однако, не всегда удерживается в течение всего периода рассматривания детали. Четкое изображение рас­сматриваемого предмета глаз в состоянии сохра­нить лишь в течение какой-то части общего времени, затрачиваемого на данную зрительную работу. Функцию эту, т. е. способность глаза удер­живать отчетливое изображение рассматриваемой детали, называют устойчивостью ясного видения. Состояние этой функции определяют в виде отношения времени ясного видения к общему вре­мени рассматривания детали. Устойчивость ясного видения изменяется и в связи с работой, и в связи с освещенностью; с увеличением освещен­ности резко повышается время ясного видения.

При выполнении трудовых операций, обычно связанных с различной яркостью рабочей поверхности и детали, периодически происходит пере­ключение зрительного аппарата с одной яркости на другую, приспособ­ление его каждый раз к иным условиям распределения яркостей, к иным их величинам. Происходящий при этом процесс зрительной адаптации имеет очень важное значение для эффективности зри­тельной работы и производительности труда.

Различают адаптацию к большим яркостям (световая адаптация) и к малым яркостям (темновая адаптация). Общей их чертой является установление некоего уровня соотношения распада и восстановления светочувствительного вещества, устойчивого ритма и характера токов действия в волокнах зрительного нерва и устойчивого функционального состояния зрительного анализатора. Однако в связи с тем, что в каждом на этих случаев участвуют различные светочувствительные элементы зрительного аппарата (палочки, колбочки), разные светочувствительные вещества (родопсин, йодопсин), характер адаптации к высо­кой или низкой яркости оказывается раз­личным.

Процесс темновой адаптации протекает длительно, причем наибольший рост проис­ходит в течение первых 30 минут, макси­мум чувствительности достигается через 50 - 60 минут. Значительно быстрее проте­кает световая адаптация, т. е. приспособле­ние зрительного аппарата при переводе глаз от малой яркости к большой.

После адаптации к темноте даже не­большие яркости появившихся в поле зре­ния поверхностей вызывают ослепление. Это наблюдается до тех пор, пока колбочки еще не защищены черным пигментом. Снижение чувствительности происходит почти полно­стью уже в первую минуту и заканчивается примерно через 10 минут.

В производственных условиях, в случаях неравномерного распреде­ления яркости рабочей поверхности, наличия резких теней оба вида адаптации происходят в настолько короткие отрезки времени, что пол­ное восстановление функций не наступает. Примером таких условий мо­жет служить обработка нагретых деталей (ковка, прокатка и пр.), когда яркость обрабатываемой детали оказывается во много раз выше яркости окружающих поверхностей, на которые по характеру трудового процесса часто переключается глаз работающего

3.3. Влияние вибраций на организм человека

Вибрация при воздействии на человека является фактором высокой биологической активности.

Вибрация — это механические колебания материальных точек или тел. Простейшим видом вибрации является гармоническое колебание.

Она характеризуется амплитудой и частотой, из которых выводят скорость и ускорение. Виброускорение, или виброперегрузка, — это максимальное изменение скорости колебаний в единицу времени, обычно выражается в см/с². В практике авиационной и космической медицины чаще применяют единицы ускорения, кратные ускорению свободного падения q. Частота вибрации — число колебаний в единицу времени, измеряется в герцах. Важным параметром вибрации является ее интенсивность, или амплитуда. Если вибрация представляет собой простое синусоидальное колебание около неподвижной точки, то ее амплитуда определяется как максимальное отклонение от этой позиции (измеряется в миллиметрах).

Вертикальная вибрация распространяется по оси Х, перпендикулярной к опорной поверхности; горизонтальная – по оси Y, от спины к груди; горизонтальная по оси Z, от правого плеча к левому.

Вибрация может передаваться человеку непосредственно при прикосновении к вибрирующим предметам и через промежуточные среды достаточной плотности (жидкость, твердые тела). Она может воздействовать на человека непосредственно через опорные поверхности и через некоторые вторичные контактные предметы. Опосредованные воздействия вибрации проявляются в вибрации приборов и их стрелок, что затрудняет считывание показаний.

По мере удаления от места приложения вибрации интенсивность ее обычно ослабевает. Однако при воздействии вибрации некоторых частот ин­тенсивность ее может возрастать на определенных участках тела вслед­ствие резонансных явлений, обусловленных наличием определенной соб­ственной частоты колебаний разных частей тела. Например, колебания головы человека, стоящего на виброплатформе, значительно возрастают на частотах от 4 до 8 гц и в диапазоне частот 20—30 гц.

Характер изменений, возникающих под влиянием вибрации, пере­дающейся на руки, находится в зависимости от спектрального состава ее. Преобладание высокочастотных составляющих в спектре обуслов­ливает в качестве специфического раздражителя, развитие сосудистых нарушений, а также местных расстройств кожной чувствительности при незначительных изменениях мышечной системы. Наличие в спектре преимущественно низких частот в связи с микротравматизацией пери­ферической нервной системы вызывает трофические нарушения и, кроме костно-суставной патологии, приводит, как правило, к изменениям в мышцах при отсутствии или слабой выраженности сосудистых нару­шений.

Человек может воспринимать вибрацию любым участком тела с помощью специальных виброрецепторов. Наиболее высокой вибраци­онной чувствительностью, определяемой с помощью специаль­ного прибора (паллестезиометра), обладает кожа ладонной поверхности концевых фаланг пальцев рук. Наибольшая чувствительность наблю­дается к вибрации с частотами 100—250 Гц, причем в дневное время чувствительность выражена в большей степени, чем утром и вечером. При воздействии вибрации преимущественно высокочастотного характе­ра наблюдается снижение вибрационной чувствительности, особенно на частоте вибрационного раздражителя.

Под влиянием вибрации может существенно изменяться и боле­вая чувствительность, которую измеряют с помощью альгези-метра.

Воздействие вибрации может приводить к уменьшению и других ви­дов кожной чувствительности - дискриминационной, тактильной, терми­ческой.

Следует отметить, что изменение вибрационной и тактильной чув­ствительности пальцев рук может наблюдаться не только под влиянием вибрации ручных инструментов, но и при воздействии вибрации рабо­чего места.

Одним из характерных признаков вибрационной болезни, возникаю­щей под влиянием высокочастотной вибрации, передаваемой на руки, является изменение тонуса капилляров кожи. При этом возможны спазм или атония капилляров, а также оба этих состояния одновременно на разных участках капилляров.

О склонности капилляров к спазму судят по резкому побледнению кожи пальцев под влиянием 2 - З- минутного контакта с холодной водой или куском льда. Об этом же может свидетельствовать и сохранение более 10 секунд бледности кожного покрова кисти на участке, подвер­гавшемся давлению в течение 5 секунд (симптом «белого пятна»). Покраснение или цианоз кистей опущенных рук говорит о склон­ности капилляров к атонии. Иногда удается регистрировать понижение капиллярного давления в пальцах рук. Наблюдается снижение перифе­рического сопротивления, часто устанавливают гипотонию, реже — ги­пертонию. Иногда в начальной стадии вибрационной болезни отмечается гипотония, сменяющаяся в выраженных случаях гипертонией. В связи с сосудистыми нарушениями нередко наблюдается гипотермия кожи.

Секреторные нарушения обычно выражаются в усиленной потливости, реже в сухости кожи ладоней.

Нарушение трофики, возникающее преимущественно при воздействии низкочастотной вибрации, раньше всего проявляется в стер­тости кожного рисунка, утолщении и деформации ногтей, а иногда, на­оборот, в истончении и уплощении их. Пальцы становятся малоподвиж­ными, деформируются, ногтевые фаланги могут утолщаться, придавая пальцам вид «барабанных палочек».

В некоторых случаях вследствие поражения периферических дви­гательных волокон развивается атрофия мелких мышц кистей и пле­чевого пояса, уменьшается мышечная сила. При работе с инструментами, генерирующими вибрации с превалированием низкочастотных составляющих в спектре, часто возникают изменения костно-суставного аппарата. В развитии этих пораже­ний большое значение имеет величина от­дачи инструмента — возвратного удара и противодействующего ему мышечного статического напряжения.

При воздействии вибрации эластич­ность суставных хрящей уменьшается вследствие длительного функционально­го перенапряжения их; вследствие этого суставы оказываются в меньшей степени защищенными от механического воздей­ствия. В луче-запястном суставе и мелких суставах запя­стья развиваются явления деформирую­щего остеоартроза. При этом движения пальцев затруднены, контуры суставов сглажены. Возможно также по­ражение локтевого, плечевого и грудино-ключичных суставов, а также позвоноч­ника (чаще в грудном отделе) в виде остеопороза и деформирующего спондилеза.

Структурным нарушениям в костях предшествуют изменения минерального и ферментативного обмена.

Чаще всего поражаются суставы с правой стороны в связи с боль­шей нагрузкой, приходящейся обычно на правую руку, однако возмож­ны двусторонние поражения, особенно локтевого сустава. Иногда встре­чаются осложнения в виде компрессионного перелома при асептиче­ском некрозе полулунной кости.

Некоторые изменения носят характер «профессиональных стигм», не оказывая влияния на функцию руки.

Выраженность костно-суставных поражений в значительной мере зависит от стажа работы с виброинструментами и интенсивности воздействующей вибрации.

Условиями, способствующими развитию вибрационной патологии, являются охлаждение и шум. Длительный контакт с холодными метал­лическими частями различных инструментов, особенно охлажденными деталями пневмоинструментов из-за адиабатического расширения сжа­того воздуха, охлаждающее действие струи отработанного воздуха на руки способствуют развитию спазма сосудов.

Большая выраженность вибрационной патологии наблюдается при одновременном с вибрацией воздействии шума, также оказывающего неблагоприятное влияние на центральную нервную и ряд других систем организма.

По клиническому течению различают начальную форму, средней тяжести и тяжелые формы вибрационной болезни, возникаю­щей при воздействии вибрации на руки. Начальная форма характе­ризуется преимущественно субъективными явлениями (боль, парестезия), сопровождающимися не резко выраженными сосудистыми наруше­ниями (гипотермия, умеренный акроцианоз, слабо положительная холодовая проба, симптом «белого пятна») и изменениями кожной чув­ствительности (гипоальгезия, повышение вибрационной чувствительно­сти, сменяющееся ее понижением). Возможны небольшие трофических изменения мышц плечевого пояса.

При форме средней тяжести боли усиливаются, нарушения кож­ной чувствительности стойкие, четко выраженные, наблюдаются на всех пальцах и даже предплечье. Сосудистые изменения наряду с общей тенденцией к спастическому состоянию проявляются в виде приступов спазма с побледнением пальцев («мертвые пальцы») и последующей синюшностью их вследствие пареза капилляров. Резко снижается тем­пература кожи кистей, наблюдается гипергидроз. Снижается мышечная сила, развиваются костно-суставные поражения. Отмечаются общие яв­ления в виде функционального расстройства центральной нервной систе­мы астенического и астено-невротического характера.

Тяжелые формы вибрационной болезни имеют несколько видов. При сирингомиелоподобной форме нарушения кожной чувствительности распространяются на область плечевого пояса, а иногда и грудной клетки. Они могут иметь диссоциированный характер (относительное сохранение одних видов чувствительности при нарушении других) и сопровождаться атрофией мышц не только кистей, но и плечевого пояса.

Амиотрофическая форма, кроме типичных нарушений чувствитель­ности, характеризуется постепенно прогрессирующей мышечной атро­фией рук, а иногда ног и плечевого пояса, развитием парезов. Эти фор­мы легко отличить от сходных заболеваний по отсутствию пирамидных симптомов.

К тяжелым случаям относят и выраженные церебро-сосудистые кри­зы, расстройства коронарного кровообращения вследствие генерализа­ции сосудистых нарушений.

При наличии начальной стадии вибрационной болезни у квалифици­рованных рабочих наряду с лечением рекомендуется перевод их на 2 ме­сяца на работу, не связанную с воздействием вибрации и охлаждения. Все изменения легкообратимы. При средней тяжести вибрационной болезни после лечения также необходимо временное отстранение их от работы, связанной с вибрацией и охлаждением. В случае малоэффективности этих мероприятий целесообразна перемена профессии с предоставле­нием профессиональной инвалидности на период переквалификации. Тяжелые формы вибрационной болезни, резко ограничивающие трудо­способность, всегда являются показанием к переводу работающих на профессиональную инвалидность.

Клиническая картина заболевания, вызванная воздействи­ем вибрации рабочего места, в значительной мере зависит от преобладания высоко- или низкочастотных составляющих в спектре ее.

Под влиянием вибрации рабочего места с преобладанием высоких частот в спектре вначале наблюдаются умеренно выраженные измене­ния периферических нервов и сосудов на ногах — нарушение чувстви­тельности в стопах и голенях, тенденция к спазму капилляров пальцев стоп с понижением температуры кожи, цианоз, ослабление пульсации периферических сосудов, боли в ногах без четкой локализации или в икроножных мышцах, особенно при давлении, быстро развивающаяся усталость во время ходьбы. Кроме того, наблюдается легкое кратковременное головокружение, быстрая утомляемость, периодически возникающая общая слабость, шум и чувство тяжести в голове.

При более выраженной форме заболевания превалируют симптомы, свидетельствующие о нарушении функции центральной нервной систе­мы: приступы головокружения, и стойкая головная боль, тремор паль­цев рук, выраженная общая слабость. Возникает чувство неперено­симости вибрации и вегетативная лабильность. Иногда наблюдается развитие поражений центральной нервной системы органического характера.

При воздействии вибрации рабочего места, характерной для транспортных средств с превалированием низких частот в спектре, наиболее характерны ишио-радикулиты как результат раздражения и сдавливания пояснично-крестцовых корешков вследствие травматизации костно-хрящевого и связочного аппарата позвоночника, что нередко обнару­живается рентгенографически. Возможно растяжение связок, на кото­рых упруго подвешены внутренние органы, например желудок и женские половые органы.

В результате интенсивных колебаний желудка нарушается процесс переваривания пищи, наблюдается раздражение слизистой оболочки желудка и создаются условия для возникновения гастрита. Развитие гастрита связывают также с нарушением функции вегетативной нервной системы под влиянием вибрации с высокочастотными составляю­щими спектра. Иногда наблюдают признаки раздражения нервного «солнечного» сплетения - солярит с приступами острой боли в подло­жечной области.

Возможны также расстройства функции вестибулярного анализа­тора, являющегося специализированным рецептором, воспринимающим колебания преимущественно низких частот и регулирующим положение тела в пространстве. В связи с этим наблюдается нарушение устойчивости равновесия при вертикальном положении тела.

Отрицательные влияния вибрации на организм снижаются путем применения демпфирующих устройств.