СПОСОБ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ОХЛАЖДАЮЩЕГО МИКРОКЛИМАТА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 1998 года по МПК G01N33/48 

Изобретение относится к медицине, а именно к способам исследования условий жизнедеятельности человека и может быть использовано гигиенистами, физиологами труда и организаторами производств для углубленного изучения факторов охлаждающего микроклимата и разработки эффективных мероприятий по их оптимизации.

Известен способ изучения микроклимата и определения его влияния на организм путем измерения отдельных составляющих его факторов (температуры, относительной влажности, подвижности воздуха, теплового излучения) и сравнения их величины с имеющимися нормативами. Однако применение этого способа часто дает ошибки, поскольку данным способом не учитывается эффект комбинированного действия на организм факторов микроклимата.

Известен способ оценки влияния микроклимата и теплозащитных свойств одежды на организм по дебету кожно-легочных влагопотерь, являющихся основным показателем функционального состояния терморегуляторного аппарата человека. Величина этих влагопотерь у человека при воздействии нагревающего микроклимата определяется совместным влиянием теплообразования, вызванного мышечной нагрузкой, и сниженной теплоотдачи, обусловленной высокой температурой, влажностью, низкой подвижностью воздуха, ношением изолирующего костюма и т.д. При воздействии охлаждающего микроклимата величина кожно-легочных влагопотерь определяется совместным влиянием теплообразования, вызванного мышечной нагрузкой, и повышенной теплоотдачи, обусловленной низкой температурой, высокой влажностью, подвижностью воздуха, ношением одежды с низким теплоизоляционными свойствами и т.д. Известен также способ, с помощью которого можно предсказать общий дебет потоотделения в покое у хорошо физически тренированного и акклиматизированного испытуемого в течение непрерывного 4-часового периода в условиях внешней среды с известными физическими характеристиками. Эта величина, выражаемая в литрах за 4 ч, получила название "Предсказываемая четырехчасовая скорость потоотделения".

Однако эти способы тоже имеют существенные недостатки, снижающие точность получаемых результатов и ограничивающие область их применения: 1) кроме влагопотерь, обусловленных нагревающим, охлаждающим микроклиматом и теплозащитными свойствами одежды, данными способами учитываются и влагопотери, вызванные мышечной деятельностью, что является причиной их низкой точности; 2) возможно применение указанных способов только на человеке, находящемся в состоянии покоя, что на практике осуществимо лишь в лабораторных условиях и неприемлемо для исследований на производстве; это является причиной ограничения области применения способа.

Известен способ оценки влияния нагревающего микроклимата на организм человека, согласно которому кроме фактической величины кожно-легочных влагопотерь определяют категорию тяжести выполняемой работы, находят соответствующий этой работе нормируемый верхний допустимый уровень кожно-легочных влагопотерь и вычитают его из фактической величины кожно-легочных влагопотерь; по полученному остатку этих влагопотерь производят оценку влияния нагревающего микроклимата и теплозащитных свойств одежды на организм человека. Данный способ позволяет дать интегральную, объективную оценку влияния только нагревающего микроклимата и теплозащитных свойств одежды на организм человека при любых уровнях мышечной активности, что является причиной снижения области применения способа, поскольку им нельзя оценить влияние охлаждающих свойств окружающей среды.

Целью изобретения является расширение области применения за счет установления величины кожно-легочных влагопотерь, обеспечиваемых влиянием только охлаждающего микроклимата и теплозащитных свойств одежды.

Цель достигается тем, что известным способом нахождения кожно-легочных влагопотерь, заключающемся в определении за исследуемое время алгебраической суммы разностей веса тела испытуемого и количества им выпитой и выделенной жидкости, определяют фактическую величину кожно-легочных влагопотерь, по известной методике определяют категорию тяжести выполняемой работы, находятся соответствующий этой работе нормируемый нижний допустимый уровень кожно-легочных влагопотерь (имеет место в нормальных климатических условиях, т.е. в условиях, обеспечивающих тепловое равновесие организма человека), затем при изучении влияния охлаждающего микроклимата (фактические кожно-легочные влагопотери меньше нижнего уровня нормируемых допустимых для имеющейся величины энерготрат организма кожно-легочных влагопотерь) из нормируемого нижнего допустимого уровня кожно-легочных влагопотерь вычитают фактическую величину кожно-легочных влагопотерь и по полученному остатку этих влагопотерь производят оценку влияния охлаждающего микроклимата и теплозащитных свойств одежды на организм человека.

На основании известных нормативов допустимого теплового состояния человека при различной величине энерготрат организма в условиях нормального микроклимата составлена табл.1. Пользуясь этой таблицей, можно легко определить нормируемый нижний допустимый уровень кожно-легочных влагопотерь, который обеспечивается мышечной работой в нормальных микроклиматических условиях. В целях получения достоверных результатов, перед сопоставлением найденных в исследованиях фактических кожно-легочных влагопотерь с представленным в табл.1 нормативным материалом, первые необходимо разделить на средний вес в опытной группе исследуемых и умножить на 70, поскольку представленные в вышеуказанной таблице нормы кожно-легочных влагопотерь рассчитаны для человека массой 70 кг.

В целях удобства применения получаемых с помощью заявляемого способа данных в различного рода исследованиях микроклимата составлена следующая эмпирическая формула (I) расчета показателя влияния охлаждающего микроклимата и теплозащитных свойств носимой одежды на организм человека (П):
П = С•Б + 1, усл. ед.,(I)
где
П - показатель степени влияния охлаждающего микроклимата и теплозащитных свойств носимой одежды на организм человека;
С - коэффициент, равный величинам 0,0180; 0,0077; 0,0054; 0,0046 и 0,0036 соответственно для человека, находящегося в состоянии относительного покоя, при легких, умеренных, тяжелых и очень тяжелых работах;
Б - остаточная величина кожно-легочных влагопотерь, полученная при сопоставлении нормативных и фактических данных этих влагопотерь, г/ч.

При составлении формулы I условно приняты следующие положения: при П ≤ I отсутствует неблагоприятное влияние охлаждающего микроклимата и теплозащитных свойств носимой одежды на организм человека, а при П >I имеет место неблагоприятное воздействие охлаждающего микроклимата и теплозащитных свойств носимой одежды. При определении величины коэффициента С, отражающего в формуле I физиологическую стоимость кожно-легочных влагопотерь, исходили из данных литературы о том, что физиологическая стоимость кожно-легочных влагопотерь при охлаждающем микроклимате приблизительно в 10 раз выше физиологической стоимости этих влагопотерь при нагревающем микроклимате. Различие уровней физиологической стоимости кожно-легочных влагопотерь при охлаждающем и нагревающем микроклиматах изменяется с определенной закономерностью в ряду работ различной тяжести. Так, в состоянии относительного покоя, при легкой, умеренной, тяжелой и очень тяжелой работах физиологическая стоимость предельных величин кожно-легочных влагопотерь при охлаждающем и нагревающем микроклиматах отличается в 18; 7,7; 5,4; 4,6; и 3,6 раза соответственно. Поскольку в отношении оценки влияния нагревающего микроклимата величина коэффициента C принята равной 0,0010, то для характеристики охлаждающего микроклимата значения коэффициента C в состоянии относительного покоя, при легкой, умеренной, тяжелой и очень тяжелой работах должны быть равны величинам соответственно 0,0180; 0,0077; 0,0054; 0,0046 и 0,0036.

Таким образом, по установленной в исследованиях условий труда фактической величине мышечной нагрузки и энерготрат (по наибольшей величине одного из представленных в табл.1 критериев тяжести выполняемой мышечной работы), находят нормируемую нижнюю допустимую для нормальных климатических условий величину кожно-легочных влагопотерь, из которой вычитают фактическую величину кожно-легочных влагопотерь и по полученному остатку влагопотерь посредством формулы I производят оценку влияния охлаждающего микроклимата и теплозащитных свойств одежд на организм человека.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что находят нормируемый нижний допустимый уровень кожно-легочных влагопотерь и вычитают из него дебет фактических кожно-легочных влагопотерь, по полученному остатку кожно-легочных влагопотерь производят оценку влияния охлаждающего микроклимата на организм человека.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна". Известны технические решения, в которых для оценки влияния охлаждающего микроклимата и теплозащитных свойств одежды на человека применяют другие объективные показатели функционального состояния организма, например, температуру кожи (средневзвешенная температура кожи, градиент температуры кожи туловища и стоп), температуру тела. Однако теоретический анализ вопроса указывает на то, что показатели не могут служить точными критериями степени воздействия на организм охлаждающего микроклимата, поскольку в условиях данного микроклимата градиент температуры туловища и стоп коррелирует с теплоощущениями только в том случае, если исследуемые находятся в состоянии покоя или выполняют легкую работу; по этой же причине и средневзвешенная температура кожи, устанавливаемая путем измерения температуры кожи в нескольких определенных точках проксимальных и дистальных участков тела, при средних, тяжелых и очень тяжелых мышечных нагрузках, не может являться надежным критерием оценки влияния охлаждающего микроклимата и теплозащитных свойств носимой одежды на организм человека. Не может быть надежным показателем теплового состояния организма и температура тела, так как она зависит прежде всего от тяжести выполняемой работы и, являясь гомеостатической константой, мало зависит от воздействия охлаждающего микроклимата. При нормально функционирующей системе терморегуляции с ростом холодового воздействия на организм температура тела поддерживается на постоянном уровне, обеспечиваемом величиной мышечной нагрузки и механизмами непроизвольной химической терморегуляции.

Таким образом, в известных технических решениях не обеспечивается определение того уровня функциональных изменений в организме, который вызывается влиянием только охлаждающего микроклимата и теплозащитных свойств одежды. Определение такого уровня изменений в функциональном состоянии человека достигается в заявляемом техническом решении. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "cущественные отличия".

Апробация предлагаемого способа оценки влияния охлаждающего микроклимата и теплозащитных свойств одежды на 50 рабочих мужского и женского пола в 4 профессиях на Таджикском, Иркутском алюминиевых, Верхнесалдинском чугунолитейном заводах и Екатеринбугской макаронной фабрике в теплый (табл.2) и холодный (табл.3) периоды года показала работоспособность метода.

Из табл.2 видно, что по мере снижения среднесменной температуры воздуха от 18,5 до 10,9^oC при прочих равных факторах микроклимата и одинаковых теплозащитных свойствах носимой одежды (0,5 кло), неблагоприятное влияние охлаждающего микроклимата и теплозащитных свойств носимой одежды по показателю П достоверно увеличивается (P <0,001).

В целях адаптации получаемых с помощью заявляемого способа оценки влияния охлаждающего микроклимата на организм человека данных к имеющимся нормам оценки факторов охлаждающего микроклимата посредством проведенных производственных исследований (табл.2) определены значения П (показателя степени влияния охлаждающего микроклимата и теплозащитных свойств одежды на организм человека), которые соответствуют трем степеням вредности и опасности работ, регламентируемым Гигиеническими критериями оценки условий труда...

Средние величины П, их сигмальные отклонения и ошибки при 1, 2 и 3 степенях вредности работ составили соответственно: 1,052 усл.ед., 0,06 и ± 0,030; 1,142 усл.ед., 0,06 и ± 0,030; 1,225 усл.ед., 0,06 и ± 0,032. Статистический анализ полученного материала показал, что указанные средние величины П являются типичными для своих вариант, так как 95% всех случаев в исследуемых рядах находятся в пределах ±2 сигмы, следовательно, результаты, полученные при адаптации П к нормативным данным следует считать достоверными. В качестве критерия для адаптации П к Гигиеническим критериям оценки условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса была выбрана температура воздуха рабочей зоны производственных помещений, в которых на момент исследования не имелось источников лучистого тепла, существенных отличий по влажности, подвижности воздуха, и исследуемые рабочие были одеты в комплект легкой одежды с теплоизоляцией 0,5 кло. На основе полученных данных первой, второй и третьей степеням вредности работ соответствуют следующие диапазоны П для охлаждающего микроклимата: I степень 1,001 ^oC 1,100 усл.ед.; 2 степень 1,101 ^oC 1,200 усл.ед.;3 степень >1,200 усл.ед..

С учетом представленных нормативов П воздействие охлаждающего микроклимата у машинистов тестозакаточных установок соответствует 1-й степени вредности работ, у чистильщиков кремния - 2-й степени вредности работ, у шихтовщиков - 3-й степени вредности работ.

Применение заявляемого способа оценки влияния охлаждающего микроклимата на организм человека в условиях комбинированного воздействия климатообразующих факторов, обладающих охлаждающими, нагревающими и теплоизолирующими свойствами (табл.3) показало, что, несмотря на низкий уровень окружающих температур воздуха, характеризующих (согласно традиционным методам оценки микроклимата) вредность труда 2-3 степени, кожно-легочные влагопотери у рабочих превышали нижний допустимый уровень для имевшейся за время работы величины энерготрат по показателю минутного объема дыхания. Это свидетельствует об отсутствии напряжения системы терморегуляции, что подтверждает и субъективная оценка теплового состояния рабочих по семибалльной шкале Кричагина. Балл теплоощущений рабочих в среднем равен 3,8 ^oC 3,9, что характеризует их тепловое состояние как комфорт-прохладно. Удовлетворительное тепловое состояние исследуемых рабочих (табл.3) обусловлено, по-видимому, у шихтовщиков - значительными теплообразованиями от тяжести работы и использованием теплой одежды, а у электролизников - наличием положительного влияния тепловой одежды и локальных источников тепла от обслуживаемого технологического оборудования.

Таким образом, апробация заявляемого способа оценки влияния охлаждающего микроклимата на организм человека свидетельствует о том, что заявляемый способ по сравнению с существующими позволяет оценивать влияние охлаждающего микроклимата и теплозащитных свойств одежды с учетом комбинированного действия всех климатообразующих факторов при любых уровнях мышечной активности. Это обусловливает значительное расширение области применения способа в процессе изучения условий труда рабочих, подвергающихся воздействию охлаждающего микроклимата.

Использование: углубленное изучение факторов охлаждающего микроклимата и разработка мероприятий по их оптимизации. Цель: расширение области применения за счет установления величины кожно-легочных влагопотерь, обеспечиваемых влиянием только охлаждающего микроклимата и теплозащитных свойств одежды. Сущность: кроме определения фактической величины кожно-легочных влагопотерь и категории тяжести выполняемой работы, находят соответствующий этой работе нормируемый нижний допустимый уровень кожно-легочных влагопотерь и вычитают из него фактическую величину кожно-легочных влагопотерь; по полученному остатку этих влагопотерь производят оценку влияния охлаждающего микроклимата и теплозащитных свойств носимой одежды на организм человека. Положительный эффект: изобретение позволяет дать интегральную, объективную оценку влиянию охлаждающего микроклимата и теплозащитных свойств одежды на организм человека при любых уровнях мышечной активности, что обусловливает расширение области применения заявляемого способа. 3 табл.

Способ оценки влияния охлаждающего микроклимата на организм человека, заключающийся в определении кожно-легочных влагопотерь и категории тяжести выполняемой работы, отличающийся тем, что находят соответствующий нормируемый нижний допустимый уровень кожно-легочных влагопотерь, из которого вычитают дебит кожно-легочных влагопотерь, к уменьшенному в сто раз остатку этих влагопотерь прибавляют эмпирический коэффициент, равный 1, и при результате менее или равном 1 неблагоприятное влияние охлаждающего микроклимата отсутствует, а если результат больше 1 охлаждающий микроклимат действует небрагоприятно.