Определение работоспособности человека в теплозащитной спецодежде Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

------------------------------- © В.Н. Михайлова, О.И. Юшкова,

2011

В.Н. Михайлова, О.И. Юшкова

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЧЕЛОВЕКА В ТЕПЛОЗАЩИТНОЙ СПЕЦОДЕЖДЕ

Приведен анализ работоспособности человека в теплозащитных костюмах с различной массой. Работоспособность определялась по уровню энеготрат, частоте сердечных сокращений, по максимальной мышечной работоспособности и по показателям центральной нервной системы^

Ключевые слова: теплозащитныге средства индивидуальной защитыы физическая нагрузка, работоспособность.

Лоддержание теплового равновесия в организме при работе на холоде является основой сохранения высокой работоспособности и создания безопасных условий труда. Это осуществляется с помощью использования теплозащитных средств индивидуальной защиты (СИЗ).

Известно, что слишком высокая теплоизоляция одежды имеет свои недостатки. В частности повышение теплового сопротивления одежды может увеличивать массу комплекта, что создает дополнительную нагрузку на организм человека и снижает работоспособность.

Для решения поставленной задачи исследования проводились в соответствии с ГОСТ 12.4.061-79 «Метод определения работоспособности человека в средствах индивидуальной защиты» [1]. Работоспособность определялась по уровню энерготрат, частоте сердечных сокращений (ЧСС), величинам силы, выносливости мышц правой и левой руки, показателям центральной нервной системы (ЦНС): концентрации внимания и скорости восприятия световых и звуковых сигналов. Сущность метода заключалась в установлении влияния СИЗ на работоспособность путем исследования функционального состояния человека, выполняющего дозированную физическую нагрузку в СИЗ и без них. Сравнивались изменения физиологических показателей при работе средней тяжести в различных по весу зимних костюмах. Вес костюма (куртки и брюки) «Амулет» достигал 3 кг 850 г, «Вьюга -Эстра» - 5кг 350 г.

Температура в микроклиматической камере составляла (-3,0 ±

1,0 °С) при исследовании костюма «Амулет» и (-5,0 ± 1,0°С) при использовании «Вьюга -Экстра», что соответствовало теплоощу-щению «комфортно». Исследуемые лица опрашивались по поводу общих теплоощущений (То) по семибалльной шкале, соответственно: жарко, тепло, слегка тепло, комфорт, слегка прохладно, прохладно, холодно.

Дозированная физическая нагрузка осуществлялась путем проведения стептеста (восхождения на ступеньку). До начала эксперимента и после его прекращения (выхода из микроклиматической камеры) у наблюдаемых лиц измерялось артериальное давление, сила и выносливость мышц правой и левой руки, определялась концентрация внимания по тесту Ландольта, скорость восприятия световых и звуковых сигналов. Исследования включали физиологическую характеристику функционального состояния сердечнососудистой системы, нервно-мышечного аппарата и центральной нервной системы (ЦНС).

Состояние сердечно-сосудистой системы (ССС) оценивали по показателям частоты сердечных сокращений, систолического и диастолического артериального давления (АДс и АДд), которые определялись с помощью прибора «Электроника» и электронного тонометра.

Для оценки функциональных возможностей системы кровообращения и состояния адаптации у работающих рассчитывался индекс функциональных изменений (ИФИ). ИФИ рассчитывался по набору физиологических показателей, связанных между собой уравнением регрессии:

ИФИ = 0.011ЧСС+0. 014АДс+0.008АДд+0.014В+0.009МТ --0.009Р-0.27

где ЧСС - частота сердечных сокращений (уд./мин.), АДс и АДд -систолическое и диастолическое артериальное давление (мм рт.ст.), В -возраст ( года), МТ - масса тела ( кг), Р - рост ( см).

Для оценки состояния нервно-мышечной системы (НМС) применен метод динамометрии, т.е. оценка мышечной силы и выносливости - времени, в течение которого может поддерживаться дозированное усилие. Показатель максимальной мышечной работоспособности (ММР) был рассчитан как произведение силы мышц на их выносливость, который использован в качестве интегрального динамометрического показателя.

Изучение состояния центральной нервной системы (ЦНС) является необходимым потому, что обследуемые средства индивидуальной защиты используются при горных работах, связанных с возможностью травматизма, когда от работающих требуется поддержание профессионально значимых функций ЦНС на достаточно высоком уровне. В связи с этим представлялось целесообразным изучить и дать оценку состояния функции внимания и развития утомления в высших отделах ЦНС. Для оценки концентрации внимания использовалась таблица с кольцами Ландольта. Суть обследования заключалась в вычёркивании колец с определённым расположением разрыва. Определялось время выполнения теста, количество допущенных при этом ошибок и рассчитывалась скорость переработки информации (бит/сек) по формуле [2]:

S =(358,8 - 2,807 х п)/Т

где п - число допущенных ошибок, Т - время выполнения задания в сек.

Для оценки функционального состояния высших отделов центральной нервной системы проводилось изучение времени реакции на различные раздражители (свет и звук) методом простой хро-норефлексометрии. Время рефлекторных реакций является высокочувствительным показателем действия на организм работающих производственных условий, режима труда и отдыха и т.д., а изменение его величины непосредственно отражает сдвиг в основных нервных процессах - процессах возбуждения и торможения [3]. Исследования проводились с помощью хронорефлек-сометрического блока прибора «Барьер». Световой или звуковой раздражитель подавался при одном исследовании 16 раз через разные промежутки времени.

Полученные материалы обработаны методом вариационной статистики с расчетом средней величины, ошибки и достоверных изменений (при условии 95 % достоверности различий средних величин).

Работоспособность у лиц первой группы (без СИЗ) возрастала при выполнении 1-й физической нагрузки на 33,1 % и 2-й - на 30,2 % от исходного, и в абсолютных значениях составляла 92,0 ± 2,0 и

90,0 ± 1,03 уд/мин, соответственно. В периоды отдыха происходило практически полное восстановление ЧСС. По окончании эксперимента значение ЧСС даже снижалось на 4,8 % по сравнению с исходным уровнем, изменения статистически недостоверны (р <

0,05). В этой серии исследований (без СИЗ) рассчитанные значения энерготрат достигали при выполнении первой физической нагрузки

114,80 Вт/м2 (99,0 ккал/час) и второй нагрузки - 107,0 Вт/м2 (92,24 ккал/час). Эти величины позволили отнести тяжесть физической нагрузки к категории 11а (средней тяжести) и 1а (легкой работе).

Другая картина наблюдалась в серии экспериментов с использованием костюма «Амулет». В этом случае возрастание ЧСС во время выполнения первой физической нагрузки было выражено в большей степени, т.е. на 46,3 %. Восстановление ЧСС в период отдыха не происходило, величина ЧСС оставалась статистически значимо (р < 0,001) выше по сравнению с фоном и составляла 78,50 ± 1,50 уд/мин. В конце 2-го рабочего периода ЧСС достигала 87,8 ± 2,96 уд/мин, что превышало исходный уровень на 31,0 %. Десятиминутный отдых не позволил восстановить частоту ЧСС до фоновых значений. И только по окончании эксперимента наблюдалось снижение ЧСС практически до исходного уровня. Энерготраты при работе в костюме «Амулет» составляли 127,8 Вт/м2 (110,17 ккал/час) и 101,28 Вт/м2 (87,3 ккал/час) и соответствовали работе средней тяжести категорий Иа-Иб при первой физической нагрузке и легкой работе и работе средней тяжести категорий 1б-11а при второй.

Анализ результатов исследований добровольцев, одетых в костюм «Вьюга-Экстра», выявил наибольшие изменения ЧСС по сравнению с контрольной группой (без СИЗ). Возрастание ЧСС составляло 56,5 % в случае выполнения первой нагрузки, и в абсолютных значениях ЧСС равнялась 108,0 ± 1,43 уд/мин. Во время первого периода отдыха ЧСС оставалась высокой 101,0 ± 5,33 уд/мин, т.е. на 46,4 % превышала исходный уровень. При выполнении второй физической нагрузки значения ЧСС были на том же уровне (101,1 ± 1,10 уд/мин) и только 2-ой период отдыха привел к снижению показателя. По окончании эксперимента ЧСС возвращалась к фоновому значению и составляла 70,3 ± 0,77 уд/мин. Энерготраты при выполнении 1-й физической нагрузки в костюме «Вьюга-Экстра» соответствовали работе средней тяжести категории 11б и тяжелой работе категории III, т.к. составляли

Динамика изменения ЧСС в ходе выполнения эксперимента

153.80 Вт/м2 (132,59 ккал/час) и при выполнении второй нагрузки -средней тяжести категории 11б (135,90 Вт/м2 или 117,15 ккал/час). Полученные результаты свидетельствуют о более высоком уровне рабочего напряжения организма при использовании костюма «Вьюга-Экстра», весом 5 кг 300 г по сравнению с костюмом «Амулет», весом 3 кг 850 г и работой без СИЗ, т.е. контрольной группой. Иными словами, работа в костюме большего веса повышает физическую нагрузку, что находит отражение в величинах энерготрат и частоты сердечных сокращений.

Индивидуальный анализ сердечного ритма проводился по четырем типам реакций согласно методике Кручининой Л.А. с соавт.

[4], т.е. по величине средней частоты сердечных сокращений (ЧССср) и среднеквадратическому отклонению (а). При адекватно сформированном ответе на нагрузку возникала вегетативная реакция в виде стабилизации ритма и возрастании ЧСС (I оптимальный тип), что наблюдалось у добровольцев при выполнении работы без СИЗ. У испытуемых, одетых в костюм «Вьюга - Экстра», наблюдались неблагоприятные реакции сердечного ритма (III тип) в период отдыха после первой физической нагрузки. ЧСС оставалась повышенной по сравнению с исходным значением и составляла соответственно: 101,0 ± 5,33 уд/мин вместо 69,0 ± 0,26 уд/мин, величина а в этом случае достигала 16,0 при фоновом значении 0,77. Таким образом, тяжелые физические нагрузки, создаваемые использованием зимнего костюма «Вьюга- Экстра», вызывали появление нехарактерных реакций сердечного ритма, которое рассматривается как наличие признаков утомления и снижение работоспособности.

По литературным данным известно, что величина ИФИ обратно пропорциональна адаптационному потенциалу, т.е. чем выше адаптационные возможности системы кровообращения, тем меньше значение ИФИ [5]. Сравнительный анализ исходных величин ИФИ у добровольцев, выполняющих работу средней тяжести без СИЗ (1 группа), показал, что у этих лиц ИФИ составил 2,58 балла в фоновых исследованиях и 2,52 в конце эксперимента. Полученные результаты указывают на достаточные функциональные возможности системы кровообращения и удовлетворительную адаптацию, т.к. соответствуют величинам ИФИ не превышающим 2,59 балла

[5].

При работе в зимнем костюме «Амулет» ИФИ возрастал на 6,0 % по сравнению с исходными значениями и достигал 2,65 балла, что соответствует состоянию функционального напряжения. Были отмечены высокие величины ИФИ (2,94 балла) в конце эксперимента, которые находились на верхней границе класса функционального напряжения при использовании костюма «Вьюга-Экстра». По-видимому, речь идет о формировании функционального состояния со сниженными возможностями сердечнососудистой системы и неудовлетворительной адаптацией.

Результаты динамометрии представлены в табл. 1 и 2. Как видно из таблиц исходные значения мышечной силы и выносливости существенно не различались у лиц без СИЗ (1 группа) и в различных типах спецодежды (Амулет- 2 группа, Вьюга-Экстра - 3 группа).

Изменения динамометрических показателей в конце эксперимента по сравнению с фоном были наиболее выражены в опытах с использованием костюма «Вьюга -Экстра», т.е. наиболее тяжелого по весу костюма. Однако, мышечная сила правой руки практически оставалась на исходном уровне, как в опыте без использования СИЗ, так и в случаях использования зимних костюмов. Известно, что показатель мышечной силы не всегда отражает степень развивающегося утомления в отличие от более информативных показателей выносливости к статическому усилию и максимальной мышечной работоспособности (ММР).

Х9Х

Таблица 1

Показатели силы, выносливости и ММР правой руки у испытуемых

Показатели Статистические показатели Без СИЗ В костюме «Амулет» В костюме «Вьюга-Экстра»

Фон Окончание эксперимента Сдвиг, % Фон Окончание экс-пери-мента Сдвиг,% Фон Окончание экс-пери-мента Сдвиг,%

Сила М 50,63 51,18 1,1 51,79 53,60 3,5 49,53 50,40 1,8

±т 1,31 1,41 1,82 1,48 1,74 2,16

Р > 0,05 > 0,05 > 0,05

% 100,0 101,1 100,0 103,5 100,0 101,8

Выносли- вость М 31,80 29,82 -6,2 32,21 25,40 -21,1 32,93 24,0 -27,1

±т 2,44 2,44 4,95 2,66 3,66 1,78

Р > 0,05 > 0,05 > 0,05

% 100,0 93,8 100,0 78,9 100,0 72,9

ММР М 1608,0 1526,1 -5,1 1579,4 1383,8 -13,4 1628,0 1191,3 -26,8

±т 166,8 173,0 168,9 197,9 191,0 186,2

Р > 0,05 > 0,05 < 0,05

% 100,0 94,9 100,0 86,3 100,0 73,2

По результатам исследований выносливость правой руки незначительно снижалась к концу эксперимента по сравнению с исходным значением у лиц 1 группы (6,2 %), существенно - у лиц 2-й группы (21,1 %) и 3-й группы (27,1 %). Более выраженные изменения наблюдались в показателе ММР правой руки, которые достигали 27,8 % при работе в костюме «Вьюга -Экстра».

Аналогичная динамика отмечалась и в показателях динамометрии левой руки (табл. 2). Величины ММР и выносливости к статическому усилию снижались у испытуемых 3-й группы, соответственно на 23,6 % (р < 0,05) и 20,0 % (р < 0,05) по сравнению с началом эксперимента, у добровольцев 2-ой группы на 14,8 % (р < 0,05) и 17,2 % (р > 0,05), у лиц 1-й группы - на 5,4 %(р > 0,05) и 7,8 % (р > 0,05).

Таким образом, вес спецодежды повышает физическую нагрузку работающих, что находит отражение в снижении динамометрических показателей, более выраженном у лиц, работающих в спецодежде с большей массой.

Функциональное состояние центральной нервной системы (ЦНС) оценивалось по результатам хронорефлексометрии и корректурного теста с кольцами Ландольта. Данные результатов исследований представлены в табл. 3. Анализ полученных материалов не выявил различий в исходных уровнях психофизиологических показателей у добровольцев при выполнении работы средней тяжести. Исключение составляет более низкое значение латентного периода простой зрительно-моторной реакции (ЛПЗМР) в фоновых исследованиях при работе в костюме «Вьюга - Экстра». Однако, учитывая проведение сравнительной оценки функций ЦНС по величине сдвига показателей при работе в различных типах спецодежды, различия исходных значений не имеют большого значения. Изучение скорости восприятия световых сигналов показало, что ЛПЗМР незначительно возрастал у лиц 1-й группы (на 5,5 % от исходного), несколько снижался у лиц 2-й группы и статистически достоверно (р < 0,05) увеличивался у добровольцев 3-й группы. Динамика изменений латентного периода простой слухо-моторной реакции была выражена незначительно.

Изучение функции внимания проводилось по двум характеристикам: эффективности и надежности, при этом первый

1164

Таблица 2

Показатели силы, выносливости и ММР левой руки у испытуемых

Показатели Стати-стиче-ские показатели Без СИЗ В костюме «Амулет» В костюме «Вьюга-Экстра»

Фон Окончание экс-пери-мента Сдвиг, % Фон Окончание экс-пери-мента Сдвиг,% Фон Окончание экс-пери-мента Сдвиг,%

Сила М 50,0 49,90 -1,2 52,14 53,12 1,9 51,98 49,38 -5,0

±т 2,20 1,59 1,31 2,13 1,48 2,10

Р > 0,05 > 0,05 > 0,05

% 100,0 99,8 100,0 101,9 100,0 95,0

Выносли- вость М 25,81 23,80 -7,8 30,10 24,93 -17,2 31,98 25,58 -20,0

±т 2,90 2,29 2,55 1,66 2,31 2,09

Р > 0,05 > 0,05 < 0,05

% 100,0 92,2 100,0 82,8 100,0 80,0

ММР М 1300,2 1230,0 -5,4 1550,4 1321,3 -14,8 1652,3 1249,1 -23,6

±т 165,0 145,0 219,2 172,3 215,1 199,0

Р > 0,05 < 0,05 < 0,05

% 100,0 94,6 100,0 85,2 100,0 76,4

Таблица 3

Изменение латентного периода простой зрительно- и слухо-моторной реакций

Показатели Статистические показатели Без СИЗ В костюме «Амулет» В костюме «Вьюга-Экстра»

Фон Оконча- ние экспери- мента Сдвиг,% Фон Окончание экспери- мента Сдвиг, % Фон Окончание экспери- мента Сдви г,%

Латентный период зрительномоторной реакции М 275,0 290,1 5,5 281,2 260,4 -7,5 230,2 270,3 17,4

±т 7,06 6,92 17,12 10,13 11,21 7,15

Р > 0,05 > 0,05 < 0,05

% 100,0 105,5 100,0 92,5 100,0 117,4

Латентный период слу-хо-моторнои реакции М 175,3 180,0 2,8 177,1 170,2 -4,0 160,1 162,3 1,2

±т 113,03 12,06 8,84 7,08 6,59 8,21

Р > 0,05 > 0,05 > 0,05

% 100,0 102,8 100,0 96,0 100,0 101,2

показатель отражал интегральную величину успешности выполнения теста, второй - количество ошибок при тестировании. Исследования показали, что в динамике работы концентрация внимания (по объему воспринимаемой информации) снижалась к концу опыта в большей степени у испытуемых, одетых в зимние костюмы «Вьюга -Экстра» ( табл. 4). Так, сдвиг показателя по сравнению с исходным уровнем составил у лиц, работающих в костюме «Вьюга -Экстра» (-15.1 %), в костюме «Амулет»- (-9,1 %) и без СИЗ (-3,8 %).

Основными критериями надежной деятельности человека в процессе труда является безошибочная и безотказная его работа, которая не приводит к остановке и повреждению оборудования, исключает возможность возникновения аварийных ситуаций. Надежная деятельность человека зависит в значительной степени от функционального состояния организма человека. Нами для количественной оценки состояния надежности функции внимания использованы результаты совершенных ошибок при проведении соответствующего тестирования. Малое число совершенных ошибочных действий указывает на высокий уровень надежности изучаемой функции. В табл. 4 представлены результаты исследования состояния надежности функции внимания. Как видно, сдвиг показателей совершенных ошибок к концу эксперимента по сравнению с его началом выше в группе испытуемых, работающих в костюме «Вьюга -Экстра», в отличие от контрольной группы и добровольцев, одетых в костюм «Амулет». Таким образом, изучение функционального состояния ЦНС у человека при работе средней тяжести в зимней спецодежде различного веса свидетельствует о развитии к концу эксперимента процессов торможения в ЦНС и появления признаков утомления, которое в большей степени выражено у испытуемых, одетых в более тяжелый по весу костюм «Вьюга -Экстра».

Из анализа данных литературы становится очевидным, что при выполнении физической работы ЧСС зависит не только от ее величины, но и от степени перегревания организма. Поэтому оценка тяжести физической работы при использовании различных СИЗ будет корректной только при учете влияния термического состояния организма на ЧСС. В связи с этим, проводилась оценка теплового состояния испытуемых по характеру теплоощущений.

991

Таблица 4

Изменение концентрации внимания

Показатели Статистические показатели Без СИЗ В костюме «Амулет» В костюме «Вьюга-Экстра»

Фон Окончание экс-пери-мента Сдвиг,% Фон Окончание экспери- мента Сдвиг, % Фон Окончание экспери- мента Сдвиг, %

Эффектив- ность бит/сек М 1,83 1,76 -3,8 1,87 1,70 -9,1 1,79 1,52 -15,1

±т 0,05 0,06 0,05 0,04 0,06 0,04

Р > 0,05 > 0,05 < 0,05

% 100,0 96,2 100,0 90,9 100,0 84,9

Надежность (кол-во ошибок) М 12,21 13,10 8,3 15,50 14,56 6,7 10,1 14,2 40,0

±т 1,08 1,19 0,89 0,88 0.70 1,31

Р > 0,05 > 0,05 < 0,05

% 100,0 108,3 100,0 106,7 100,0 140,0

134

Температура в микроклиматической камере составляла (-3,0 ±

1,0 °С) при исследовании костюма «Амулет» и (-5,0 ± 1,0°С) при использовании «Вьюга -Экстра», что соответствовало теплоощу-щению «комфортно». Следовательно, изменения всех физиологических показателей при одной и той же дозированной работе средней тяжести обусловлены физической нагрузкой создаваемой применением СИЗ различного веса.

Результаты исследований показали, что энерготраты в опытах по оценке зимнего костюма «Вьюга -Экстра» выше, чем при использовании костюма «Амулет» и рабочей деятельности без СИЗ. Они соответствовали работе средней тяжести категории Пб и тяжелой категории III. У работающих этой группы наблюдались неблагоприятные реакции сердечного ритма, сниженные возможности системы кровообращения, выраженное уменьшение динамометрических показателей к концу эксперимента. Изучение состояния ЦНС выявило снижение эффективности и надежности функции внимания, уменьшение скорости восприятия световых и звуковых сигналов, что указывает на появление признаков утомления. Это обусловлено повышенной физической нагрузкой лиц, работающих в спецодежде «Вьюга -Экстра», имеющей более высокий вес по сравнению с костюмом «Амулет».

------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.ГОСТ 12.4.061-79 ССБТ. Метод определения работоспособности человека в средствах индивидуальной защиты.

2. ТочиловК.С. Практикум по физиологии труда. - Л.: Наука, 1970. -200 с.

3.Кощеев В.С. Физиология и гигиена индивидуальной защиты человека от холода. - М.: Медицина, 1981.- 287 с.

4.Кручинина Л.А., Самко Н.Н., Семина Т.П., Величкина С.В. Оценка функционального состояния человека в условиях напряженной целенаправленной деятельности по показателям работы сердца// Целенаправленная деятельность человека: Сб. научн. трудов. - М., 1991.- С. 125-134.

5. Оптимизация функционального состояния организма в физкультурнооздоровительном центре промышленного предприятия: Метод. реком.- М.: Минздрав РСФСР, 1988,- 23 с. [ДГСга

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------

Михайлова В.Н. - кандидат технических наук, доцент,

Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, [email protected]

Юшкова О.И. - профессор, доктор технических наук, НИИ медицины труда РАМН.