Горячая доля. Тяжёлый труд в нагревающей среде. Г. В. Федорович (№ 2, 2017)

Г.В. Федорович,

д.ф-м.н., технический директор ООО «НТМ-Защита»

г.Москва, Россия,

Е-mail: fedorgv@gmail.com

Реферат

Действующие в стране гигиенические нормативы выделяют тепловые характеристики рабочей среды (микроклимат) и тяжесть труда как два независимых фактора, определяющих условия труда. Реально воздействие того и другого фактора на организм работника нельзя рассматривать раздельно. Работник трудится (тяжело или нет) в определенных (комфортных или нет) микроклиматических условиях. В зависимости от них одна и та же тяжесть труда может оцениваться по-разному. Наоборот, одни и те же микроклиматические условия в зависимости от тяжести труда могут оцениваться по-разному.

Проведенный анализ физиологических эффектов тяжелого труда и нагревающего микроклимата на работника свидетельствует о напряжении одних и тех же функциональных систем организма, обеспечивающих как мышечную активность, так и температурный гомеостаз.

Обзор результатов оценки биологического возраста, полученных в гигиенических исследованиях различными методами, показал, что влияние неблагоприятных факторов производственной среды проявляется не только в развитии утомления, снижении адаптационно-компенсаторных возможностей организма, но и в ускорении темпа биологического старения. Тяжелый труд ведет к ускоренному старению и раннему появлению гериатрических заболеваний. Последнее позволило предложить концепцию нормирования тяжести труда в нагревающем микроклимате.

Численное моделирование гемодинамической реакция организма на тяжелый труд в нагревающей среде приводит к выводу о возможности мониторинга физиологических эффектов с помощью современных электронных средств контроля состояния сердечно-сосудистой системы. Они не создают помех для трудовой деятельности и доступны по цене и требуемым параметрам.

Ключевые слова: физическая нагрузка, условия окружающей среды, эргономические проблемы, мониторинг физиологического состояния.

Hard work in a heating environment

G.V.Fedorovitch

Ph.D., Technical director, NTM Ltd

Abstract

The hygienic standards our country identify the thermal characteristics of the working environment (microclimate) and the physical activity as two independent factors which determine the working conditions. Really, the impact of both factors on the worker's organism can not be considered separately. The worker is working (hard or not) in certain (comfortable or not) microclimatic conditions. Depending on them, the same physical activity can be assessed in different ways. On the contrary, the same microclimatic conditions can be evaluated in different ways, depending on the physical activity.

The analysis of the physiological effects of hard work and a heating environment on the worker testifies to the tension of the same functional systems of the organism, providing both muscular activity and temperature homeostasis.

A review of the results of estimating the biological age obtained in hygienic studies by various methods has shown that the influence of harmful occupational factors and heating environment is manifested not only in the development of fatigue, in the reduction of the adaptive-compensatory capabilities of the organism, but also in accelerating the rate of biological aging. Heavy work leads to accelerated aging and the early appearance of geriatric diseases. The latter made it possible to propose a concept for the normalization of the severity of labor in a heating microclimate.

Numerical modeling of the hemodynamic response of the body to hard work in a heating environment leads to the conclusion that it is possible to monitor physiological effects using advanced technologies. Wearable sensors, capable of continuous monitoring and recording of physiological responses, have been introduced to the market. The data obtained from the heart rate-recording wristwatches can also be stored, downloaded onto a computer, and analyzed at a later time.

Keywords: physical activity, environmental conditions, ergonomic problems, monitoring of the physiological state.

Введение

Федеральный закон ФЗ № 426 [1] (в ст.14) дает ясное определение вредных производственных факторов (далее – ВПФ) – это те условия труда, которые приводят к профессиональным заболеваниям (далее – ПЗ). Существует документ Минздрава – Перечень ПЗ [2] с указанием ВПФ, приводящим к этим заболеваниям. С начала этого года действуют новые Санитарно-эпидемиологические правила и нормы [3], которые регламентируют уровни ВПФ. В частности, много внимания в этом документе уделяется условиям освещенности, электромагнитным полям различных диапазонов частот и другим факторам, которые отсутствуют в Перечне Минздрава и, в соответствии с ФЗ № 426 считаться вредными не могут. Напротив, в этих СанПиН не упомянут такой важный ВПФ, как тяжесть труда, который в Перечне Минздрава занимает центральное место по его последствиям для здоровья (Разд. IV. Заболевания, связанные с физическими перегрузками и функциональным перенапряжением отдельных органов и систем).

Тяжесть труда оценивается при проведении СОУТ, однако Методика оценки [4] представляет собой перечень вполне случайных, не связанных друг с другом примеров эргономически неэффективных рабочих операций - неудобных поз, движений, перемещений и т.д. Понятие «работа» в строгом (физическом) смысле работой не является. Физические усилия, прикладываемые к объекту труда, смешиваются с «вынужденной» и «фиксированной» рабочими позами, причем определение последних имеет вид «Подобные позы встречаются … », т.е. используется не исчерпывающий список работ при фиксированной позе, а один из вариантов такой позы. Приведенные примеры путаницы и противоречий в НПА можно продолжать.

Важным обстоятельством является то, что, как правило, напряжение опорно-двигательного аппарата в процессе работы сочетается с другими неблагоприятными производственными факторами - вибрацией, перегревом организма и пр. Подобное сочетание оказывает существенное усугубляющее влияние на клиническую картину этой группы заболеваний, однако, никак не отражается в нормах по тяжести труда. Синергетические эффекты неблагоприятного воздействия тяжести труда и других ВПФ в действующих НПА не рассматриваются.

Реально работник трудится (тяжело или нет) в определенных (комфортных или нет) микроклиматических условиях. В зависимости от них один и тот же труд может оцениваться по-разному. И точно так же, по-разному могут расцениваться одни и те же микроклиматические условия в зависимости от тяжести труда. Раздельное рассмотрение этих факторов является следствием отсутствия единой концепции оценки. В том и другом случае нормируются разные характеристики, разрозненно описывающие отдельные стороны единого процесса труда в заданных внешних условиях. Такой подход противоречив изначально и более того – он нереализуем практически. Существующие методы фактического определения интенсивности метаболизма в покое и при выполнении физической нагрузки, такие как прямая калориметрия (измерение образующегося тепла), непрямая калориметрия (измерение потребления кислорода, образования углекислого газа), регистрация потовыделения, косвенные оценки уровня метаболизма через измерение частоты сердечного ритма и объема сердечного выброса, не дают возможности различать эффекты, обусловленные работой или термической нагрузкой внешней среды.

То же относится к расчетным оценкам (см. напр. [5], [6]) теплового состояния организма при выполнении работы с заданным уровнем энергозатрат. На этом пути удается определить параметры среды и характеристики одежды, необходимой для комфортного выполнения заданной работы [7], установить режим труда и отдыха, исключающий опасное нарастание теплосодержания в организме [8] и пр. В основе расчетов лежит совместный учет тяжести труда и эффектов нагревающего микроклимата, поэтому результаты синергетичны по своей природе. Этот подход лежит в основе логической структуры распространенных на Западе компьютерных программ (см.напр. [9], [10]), предназначенных для прогнозирования теплового и физического перенапряжения. Они изначально учитывают комплекс внешних параметров среды и тяжести труда.

В перечисленных работах в качестве «дозы» воздействия тяжёлых условий труда принят интегральный по времени удельный (отнесённый к весу тела) метаболический эквивалент физической активности (далее — МЕТ). Эта величина даёт стандартизированную метрику экспозиции, что подробно обсуждалось в предыдущей работе автора [11]. Таким образом, в области исследования, оценок и нормирования тяжести труда в нагревающей среде можно выделить проблему поиска и обоснования адекватных характеристик тяжести труда в заданных микроклиматических условиях, допускающих измерения в условиях реального производства, а также определение допустимого уровня МЕТ, т.е. нормы тяжести труда. Эта проблема упоминалась в работах автора [11] и [12], однако решения предложено не было.

1. Физиологические эффекты тяжелого труда и нагревающей среды.

Против раздельного подхода к изучению эффектов тяжелого труда и теплового воздействия окружающей среды на организм работника свидетельствует единство физиологических реакций организма на эти воздействия. Тяжелый труд в нагревающей среде приводит к напряжению функциональных систем организма, обеспечивающих как мышечную активность, так и температурный гомеостаз [13].

1.1. Клеточный уровень. Известны многочисленные данные о сопровождающих физические нагрузки изменениях биохимических показателей, выходящих за пределы физиологических колебаний, о наличии деструкции молекул белка в тканях и др. Перегрев организма приводит к нарушению процессов нейроэндокринной регуляции, водно-электролитного обмена, активации процессов перекисного окисления липидов, дестабилизации клеточных мембран, развитию гипоксических явлений в тканях и, как следствие этого – к изменению метаболизма, увеличению неспецифической резистентности организма.

Неспецифическая реакция организма на тепловое воздействие сопровождается выбросом катехоламинов, что вместе с тканевой гипоксией активирует биохимические реакции с низким КПД энергообмена и тем самым повышает образование метаболического тепла. Метаболические сдвиги сопровождаются активизацией синтеза нуклеиновых кислот и белков.

В результате интенсивного потоотделения, приводящего к потере солей и воды, увеличивается количество тромбоцитов в крови, растут вязкость крови и уровень холестерина в ней, что повышает вероятность тромбозов в мозговых артериях.

Все это формирует патологические реакции, проявляющиеся в нервно-психических расстройствах, поражениях сердечно-сосудистой системы, в том числе и сосудов головного мозга.

1.2. Системные сдвиги. При работе в нагревающей среде возникает напряжение в деятельности различных функциональных систем организма, обеспечивающих температурный гомеостаз. Эти системы входят в состав афферентного и эфферентного звеньев. Первое включает в себя тепловые рецепторы кожи, сосудов и отдельных органов связанные нервными путями с центром терморегуляции. Эфферентное звено составляют органы кровообращения и системы потоотделения. Рост кожного кровотока происходит за счет расширения сосудов кожи. Кровяное давление при этом поддерживается за счет повышения частоты сердечных сокращений (далее – ЧСС) и объема единичного выброса.

Потери воды при теплоотдаче испарением пота с поверхности кожи определяются как эндогенными механизмами выделения воды и солей, так и поведенческими реакциями – усилением жажды, уменьшением двигательной активности. Последнее ведет к снижению теплопродукции. При длительном воздействии нагревающей среды развиваются приспособительные реакции. В афферентном звене повышается порог чувствительности тепловых рецепторов кожи и укорачивается латентный период реакции потоотделительной системы.

Изменения метаболизма проявляются в работе кардиореспираторной системы. В ее функционировании при перенапряжении организма можно выделить три периода. В начальном периоде ЧСС увеличивается рефлекторно в результате усиления афферентных импульсаций с терморецепторов кожи, температура которой повышается. Температура внутренних частей тела в этот период не увеличивается. В дальнейшем, с началом роста температуры тела, устанавливается прямая зависимость между накоплением тепла в организме и приростом ЧСС. Увеличение ЧСС является первой реакцией сердечно-сосудистой системы на действие высокой температуры. Оно обеспечивает рост кровообращения, необходимого для усиления притока крови к работающим мышцам и к коже. Однако, увеличение ЧСС в первый период теплового воздействия не сопровождается увеличением сердечного выброса. Такая гемодинамическая реакция вскоре теряет свою эффективность, так как в этих условиях не может быть обеспечено длительное поддержание интенсивного периферического кровообращения за счет высокой ЧСС.

Табл.1 иллюстрирует, как различные факторы окружающей среды могут изменить ЧСС в покое и во время физической нагрузки с интенсивностью МЕТ ≈ 5ккал/час/кг.

Таблица 1

Изменение ЧСС при физической нагрузке

в зависимости от температуры ( t [^oC] ) и влажности (RH [%] ) воздуха.

ЧСС меняется почти втрое при переходе от покоя к нагрузке, а при изменении (при нагрузке) температуры воздуха от 21 ^oC до 35 ^oC , ЧСС изменилась на 25 уд/мин.

Кроме ЧСС меняются и другие показатели состояния сердечно-сосудистой системы:

· параметры ЭКГ,

· артериальное давление (систолическое, диастолическое, пульсовое),

· ударный объем кровотока,

· периферическое сопротивление.

Все это сопровождается ухудшением самочувствия, снижением работоспособности, производительности труда и может привести к нарушениям здоровья. Каждый из перечисленных показателей может быть использован для регистрации изменений метаболизма, связанных с тяжелым трудом в нагревающей среде. Регистрация ЧСС представляет собой наиболее простой и информативный метод определения состояния организма работника.

Характер и степень выраженности физиологических сдвигов (напряжение регулирующих и исполнительных систем организма) у рабочих «горячих» производств обусловлены как интенсивностью теплового воздействия, так и уровнем физической активности. Срыв термостабилизации, сопровождающийся снижением работоспособности, следует рассматривать в качестве главного физиологического критерия регламентации допустимой продолжительности тяжелого труда в конкретных микроклиматических условиях.

1.3. Заболеваемость работников. В литературе приводятся достаточно убедительные данные, свидетельствующие о влиянии физической активности и термических факторов производственной среды на заболеваемость работников. Сохранение температурного гомеостаза при тяжелом труде в нагревающей среде достигается за счет значительной нагрузки на системы терморегуляции и сердечно-сосудистую. Функциональные возможности последней практически ограничивают переносимость человеком теплового воздействия. Заболеваемость рабочих «горячих» цехов в разы выше заболеваемости рабочих, не подвергающихся постоянному неблагоприятному воздействию нагревающего микроклимата. Термическая нагрузка в основных цехах металлургического производства обуславливает (см. напр.[14]) до 37% всех болезней органов дыхания и 39 % заболеваний органов пищеварения. Учащаются заболевания сердечно-сосудистой системы, проявляющиеся в виде стойких миокардиопатий, нейроциркуляторных дистоний по гипертоническому типу [15]. Изменения миокарда выявляются у рабочих металлургических цехов, установлена более высокая заболеваемость артериальной гипертонией, частота и тяжесть которой повышается со стажем работы.

В [15] показано, что у металлургов и кузнецов средневзвешенная за рабочую смену ЧСС увеличивается на ≈ 40 уд/мин. Последующее сопоставление частоты болевших лиц, числа случаев и дней нетрудоспособности ведущих профессий горячих цехов с группами контроля выявило повышенную частоту заболеваний сердечно-сосудистой системы у первых. Наибольшее число случаев выявлено у работников со стажем более 20 лет. Повышение артериального давления явилось причиной временной нетрудоспособности в 80% случаев.

Среди рабочих «горячих» профессий уровень ишемической болезни сердца (далее – ИБС) в разы выше, чем у рабочих вспомогательных профессий. Из форм ИБС наиболее распространена стенокардия напряжения. Пограничная гипертония у рабочих со стажем до 5 лет и артериальная со стажем до 10 лет встречаются на порядок чаще у рабочих «горячих» профессий, чем у работающих в более благоприятных тепловых условиях. ИБС занимает первое место (более 50 %) из болезней кровообращения, приводящих к инвалидности. Далее идут: гипертоническая болезнь ( ≈ 14 % ) и хронические ревматические болезни сердца ( ≈ 13 % ). Напряжения в функциональном состоянии эндокринной системы регистрируется при стаже работы в горячих цехах до 5 лет. Они наблюдаются у рабочих и после окончания воздействия неблагоприятных условий труда.

Среди заболеваний органов пищеварения ведущее место занимает гастродуоденит с высоким уровнем кислотообразования и угнетением системы иммунитета на поздних стадиях развития заболевания. У рабочих горячих цехов на порядок чаще регистрируются заболевания печени, чем у тех, чьи условия труда не связаны с воздействием высоких внешних температур.

1.4. Ускоренное старение. У рабочих, труд которых связан со значительной тепловой и физической нагрузкой, наблюдается интенсивное протекание процессов биологического старения [16-20]. Выраженные изменения функционального состояния организма и ускорение темпов биологического старения наблюдается у работников при стаже более 15 лет. Обзор литературных данных об использовании различных методов оценки биологического возраста в гигиенических исследованиях приведен в [16]. Показано, что влияние неблагоприятных факторов производственной среды проявляется не только в развитии утомления, снижении адаптационно-компенсаторных возможностей организма, но и в ускорении темпа биологического старения.

Количественные характеристики темпа старения имеют существенную прогностическую ценность для оценки здоровья как отдельного человека, так и групп, подверженных тем или иным рискам, а также могут служить объективной мерой эффективности реабилитационных мероприятий (напр., - изменения образа жизни). Темпы старения сопряжены с понятием биологического возраста, предоставляющего возможность индивидуального подхода к решению вопросов оценки степени влияния ВПФ, обоснования необходимости изменения отдельных характеристик трудовой деятельности, применения различных методов оптимизации функционального состояния организма работающих.

Большинство отечественных авторов в своих исследованиях используют методику определения биологического возраста, разработанную в Институте геронтологии АМН СССР [17]. Биомаркеры, вошедшие в набор тестов для определения биологического возраста, характеризуются высокой корреляцией с возрастом, простотой определения, доступностью, безопасностью.

Исследования в группах диспансерного наблюдения демонстрируют отличия показателя биологического возраста в группах «здоровых» и «практически здоровых» — в среднем на 2 года, «практически здоровых» и «больных» — на 4,3 года, «здоровых» и «больных» — на 6 лет [21]. Близкие результаты приводятся в [22]. При воздействии ВПФ скорость старения возрастает: до 2 раз при малой среднегодовой интенсивности ВПФ, в 3–4 раза при умеренной и в 5–10 раз при высокой. В [19] показано, что работа металлургов в условиях сочетания повышенной температуры окружающей среды и физических нагрузок приводит к повышению риска заболевания в связи с повышением темпов старения

По данным специалистов НИИ медицины труда РАМН [18], результаты исследований биологического возраста работников металлургического производства титановых сплавов, трудовая деятельность которых осуществляется во вредных и опасных условиях (классы 3.3, 3.4, 4.0), указывают на их преждевременное старение. Наряду с этим, у рабочих соответствующих профессиональных групп (плавильщики, прокатчики, кузнецы) зарегистрировано наибольшее количество случаев хронических профессиональных заболеваний и высокий уровень общих заболеваний - ИБС, болезни артерий и вен, болезни костно-мышечной системы.

Оценка темпа биологического старения, проведенная в [17], дала основание сделать вывод о возможности и оправданности использования определения биологического возраста в качестве интегрального критерия донозологической диагностики. Долговременные наблюдения за работниками разных профессий в различных условиях производства доказали высокую информативность методик определения биологического возраста как для прогнозирования динамики состояния здоровья, так и для оценки эффективности осуществляемых оздоровительных реабилитационных мероприятий. Этот метод постановки диагноза принципиально ориентирован на количественную оценку состояния здоровья организма человека путем количественного определения степени его старения [17, 18]. Важным аспектом использования биологического возраста в медицинской практике является единообразная количественная оценка состояния здоровья при диспансеризации различных профессиональных групп.

В [21] использовался метод канонического дискриминантного анализа для обоснования интегрального показателя оценки функционального состояния организма. В этой оценке учитываются следующие показатели: систолическое и диастолическое артериальное давление, ЧСС, уровень гемоглобина и эритроцитов, а также такие расчетные показатели, как среднее артериальное давление, ударный объем сердца, минутный объем кровотока, уровень функционального состояния и индекс функциональных изменений, значения календарного и биологического возрастов.

1.5. Мониторинг ускоренного старения, обусловленного тяжелым трудом в нагревающей среде, можно использовать для ограничение уровня риска, связанного с общей тепловой нагрузкой на работника, трудящегося в нагревающем микроклимате. В качестве дозы ВПФ естественно принять, предложенное в [12] интегральное по времени t удельное (отнесенное к весу тела) энерговыделение MET(t), сопровождающее физическую активность:

(1)

Это целесообразно сделать еще и потому, что интеграл (1) входит в определение внутреннего (физиологического) времени организма, предложенного Дж. Райсом [22]. Последний ввел понятие «удельный метаболизм за время жизни» и определил его (с точностью до обозначений) формулой, аналогичной (1) :

(2)

где <MET>₀ – нормальный (фоновый) уровень метаболизма.

Величина τ используется в различных разделах биологии в качестве меры биологического возраста организма. Это количество энергии, приходящейся на единицу массы организма за некоторый интервал физического времени. Из такого определения следует, что суммарное за время жизни количество энергии, использованное единицей массы, определяет продолжительность жизн. Эта величина (так называемая константа Рубнера [23]), постоянна для каждого вида животных, стоящих на одном уровне эволюционного развития.

Предложенный в [12] принцип, ограничивающий уровень тяжести труда (в том числе и в нагревающей среде), может быть сформулирован следующим образом: Биологический возраст (2) к концу стажа работы, с тяжестью труда MET(t) не должен превосходить продолжительность жизни с нормальным (фоновым) уровнем метаболизма <MET>₀.

2. Моделирование гемодинамической реакция организма на тяжелый труд в нагревающей среде.

Сформулированная концепция мониторинга и ограничения ускоренного старения, обусловленного тяжелым трудом в нагревающей среде, представляется самодостаточную конструкцию. Однако, для смысловой полноты необходимо указать способы регулирования влияния ВПФ, снижения их до приемлемого уровня. В целях разработки мер профилактики риска важно установить взаимосвязи между уровнем физической активности, характеристиками перегревания работников и показателями функционального состояния организма.

Гемодинамические реакции представляют собой пример процесса, допускающего, при вполне общих предположениях, достаточно обоснованные количественные оценки. С другой стороны, они легко отслеживаются в процессе труда, что позволяет использовать их для оценки уровня метаболической активности организма.

2.1. Физическая активность сопровождается высвобождением в организме тепла. Даже при пиковых значениях КПД в условиях механической нагрузки, от 75 до 80 % энергии, эквивалентной совершаемой мышечной работе, высвобождается в форме тепла [6]. В состоянии покоя уровень метаболизма ≈ 300 мл О₂ в минуту соответствует тепловой нагрузке приблизительно в 90 ватт. В условиях стационарной и относительно устойчивой работы при потреблении кислорода ≈ 1 литр в минуту высвобождается около 350 Вт теплоты [11]. Даже работа с такой умеренной интенсивностью должна приводить к повышению температуры организма на ≈ 1 ^оС каждые 15 мин, если бы не существовало эффективных средств теплоотдачи. Реально, наиболее развитые в физическом отношении люди могут в течение нескольких часов производить теплоту в количестве, превышающем 1200 Вт, не подвергая себя опасностям перегрева.

Передача тепла во внешнюю среду с поверхности тела происходит путем конвекции окружающего воздушного слоя, теплового излучения и за счет испарения влаги. В условиях метеорологического комфорта теплоотдача излучением составляет в среднем 44—59%, конвекцией – 14—33%, испарением – 22—29%. При пониженной температуре окружающей среды удельный вес конвекционно-радиационных теплопотерь возрастает. В условиях повышенной температуры среды теплопотери конвекцией и излучением значительно уменьшаются, но увеличиваются доля за счет испарения пота. При температуре воздуха и ограждений, равной температуре тела, теплоотдача излучением и конвекцией практически теряет свое значение и единственным путем теплоотдачи становится испарение пота с кожи.

Физическая работа в нагревающей среде предъявляет различные требования к гемодинамике: между потребностями в усиленном кровоснабжении мышц (для выполнения работы) и кожи (для увеличения теплоотдачи) могут возникать «конкурентные отношения». Опираясь на различия в функциях и «адресатах», весь сердечный выброс (кровопоток) Q можно разделить на два слагаемых Q₁ , обеспечивающий передачу тепла из внутренних областей к коже, и Q₂ , обеспечивающий питание мышц (и других органов) кислородом: Q = Q₁+ Q₂ .

Если мощность выделения тепла мышцами и внутренними органами обозначить через W, то для его отвода потребуется поток Q₁ , определяемый из соотношения W = Q₁*С*∆t , где С – теплоемкость крови ( ≈ 1 ккал/литр), а ∆t – разница температур между внутренними органами и кожей. Последняя величина определяется многими факторами – температурой воздуха, интенсивностью теплового облучения, качеством одежды и пр. Как правило, при повышении температуры окружающей среды эта разница уменьшается. Она может быть вычислена на основе балансных соотношений для процессов теплообмена (см. напр. [7] [8]), в норме это ≈ 3,5 ^оС, но при интенсивной работе в нагревающей среде может упасть до 1 ^оС и менее [5].

Для оценки потока Q₂ следует иметь в виду, что энергетика организма обеспечивается кислородом. Объемная скорость потребления кислорода VO₂ определяет развиваемую мощность W = l*VO₂ , где l - энергетическая ценность кислорода (l = 0,332 Вт*мин/мл). Для оценки скорости потребления кислорода в гемодинамике используется закон Фика VQ₂ = Q₂*AVDQ₂ , где AVDQ₂ – артериовенозная разница по кислороду. Она пропорциональна разнице концентраций кислорода в артериальной и венозной крови. В норме это ≈ 40 мл/л.

Объединяя оценки Q₁ и Q₂ , получим для суммарного сердечного выброса соотношение

Q = Q₁ + Q₂ = W*[ (C*∆t)^-1 + (l*AVDQ₂)^-1] (3)

Проведем некоторые оценки. В средах с нормальными условиями при небольших физических нагрузках величина C*∆t ≈ 210 Вт*мин/л, l*AVDQ₂ ≈ 14 Вт*мин/л . В сумме (3) слагаемое Q₁ , описывающее теплопоток от внутренних органов к коже, на порядок меньше слагаемого Q₂ , определяющего снабжение мышц и внутренних органов кислородом. При базальном (в покое) уровне энерговыделения W ≈ 90 Вт, для величины сердечного выброса следует оценка Q ≈ 6 л/мин. По определению Q = HR*SV, где HR это ЧСС, SV – ударный объем сердечного сокращения. В норме SV ≈ 0,1 л, т.е. величина Q ≈ 6 л/мин обеспечивается при HR ≈ 60 уд/мин. Такое значение ЧСС характерно для спокойного поведения в среде с нормальными условиями (см. вышеТабл.1).

Если среда становится нагревающей, теплоотдача с кожи ухудшается и разница температур ∆t уменьшается до ≈ 1 ^оС . При этом слагаемое Q₁ в сумме (3) вырастает втрое и составит ≈ 0,2 от Q₂ . Соответствующая добавка к Q равна ≈ 1 л/мин. При постоянстве ударного объема это приводит к увеличению HR на ≈ 10 уд/мин . Результирующая оценка HR ≈ 70 уд/мин также соответствует наблюдаемым (см.Табл.1) значениям.

Столь же неплохо согласуются результаты оценок по формуле (3) для физической нагрузки. Возьмем для оценок ту же величину нагрузки МЕТ = 5 ккал/час/кг, что указана для данных Табл.1. По определению, это соответствует пятикратному (по сравнению с базальным) увеличению уровня энерговыделения, т.е. W ≈ 450 Вт. Известно, что физическая нагрузка ведет к увеличению ударного объема SV от полутора до двух раз, т.е можно принять SV ≈ 0,15 л. Одновременно, примерно вдвое, возрастает артериовенозная разница по кислороду AVDQ₂ ≈ 80 мл. Несмотря на то, что внешние условия остаются комфортными, величина разницы температур ∆t при физической нагрузке уменьшается до ≈ 1,5 ^оС. Эти величины влияющих параметров приводят к оценке суммарного сердечного выброса Q ≈ 450*(1/105 +1/26,5) л/мин ≈ 22 л/мин . С учетом возросшей величины SV, такой сердечный выброс соответствует ЧСС величиной HR ≈ 150 уд/мин. Это неплохо согласуется с приведенной в Табл.1 наблюдаемой величиной 160 уд/мин. При возрастании температуры воздуха до 35 ^оС разница температур ∆t уменьшается до ≈ 1^оС (см. выше), что ведет к росту оценки HR до ≈ 170 уд/мин. Как тенденция изменения ЧСС, так и ее количественная оценка также согласуется с данными Табл.1.

2.2. Важно отметить, что физическая нагрузка меняет соотношение между Q₁ и Q₂ . Величина Q₁ теперь составляет от четверти до трети величины Q₂ . Иными словами, на теплоотдачу от внутренних органов тратится количество крови, сопоставимое с тем, что и на обеспечение мышц кислородом. Кратное увеличение притока артериальной крови к внутренним органам для их охлаждения приводит к одновременному перенасыщению их тканей кислородом. Роль последнего в качестве катализатора старения отмечалась в предыдущей статье автора [12]. Действительно, практически для всех существующих теорий старения справедливо утверждение о том, что, с общей точки зрения, старение есть процесс исчерпания ресурсов, приводящий к прогрессивному ухудшению физиологических функций, потере жизнеспособности и увеличению уязвимости. Соответственно, скорость старения определяется скоростью исчерпания ресурсов, т.е. физической активностью индивида. В этом русле лежит свободнорадикальная гипотнза старения. Вкратце ее суть сводится к следующему.

То, что нехватка кислорода губительна для живого, известно давно, но оказывается опасен и его избыток. Сама по себе молекула кислорода и продукт ее полного восстановления (вода) не токсичны. Однако восстановление кислорода сопровождается образованием повреждающих клетки продуктов, т.н. активных форм кислорода – свободных радикалов. Повышенное содержание активных форм кислорода в организме приводит к разрушению клеток. Этот фактор приводит к ускоренному накоплению возрастных изменений. В соответствии со свободнорадикальной гипотнзой старения, возрастные изменения в клетках обусловливаются накоплением в них повреждений, вызываемых свободными радикалами – осколками молекул с неспаренными электронами и обладающих в результате этого повышенной химической активностью. Восстановление молекул кислорода является главным источником свободных радикалов. Их равновесный уровень сдвигается в сторону роста концентрации с повышением потребления кислорода и интенсивности обмена веществ..Далее запускается описанная выше цепочка: системные сдвиги, полиорганная недостаточность, повышение заболеваемости, ускоренное старение организма, инвалидность.

Заключение.

В работе с нескольких точек зрения продемонстрирована необходимость совместного рассмотрения воздействия двух ВПФ, которые сейчас принято рассматривать по отдельности – это тяжесть труда и нагревающий микроклимат. Такой вывод непосредственно следует, например, из определения ВПФ в ФЗ № 426 как такого фактора, который приводит к хроническому ПЗ. О единстве воздействия свидетельствует приведенный в работе перечень начальных признаков ПЗ на клеточном уровне и на уровне отдельных систем организма, развития их в форме заболеваний с временной утратой трудоспособности, а также собственно ПЗ, ведущих к инвалидности. Серьезным аргументом является то, что именно совместное действие этих ВПФ приводят к эффекту ускоренного старения организма, а это, в свою очередь, дает основания для нормирования их комплексного воздействия.

К тому же выводу приводит анализ динамики теплового состояния организма при физической нагрузке в нагревающей среде. Только при совместном рассмотрении процессов генерации тепла и его «сброса» в окружающую среду можно понять и количественно оценить самые элементарные реакции сердечно-сосудистой системы на тяжелый труд в нагревающем микроклимате. Физическая работа в нагревающей среде предъявляет противоречивые требования к гемодинамике. Растет потребность в кровоснабжении мышц (для выполнения работы) и кожи (для увеличения теплоотдачи). При работе в условиях нагревающего микроклимата кожный кровоток может составлять заметную долю общего. Кратное увеличение притока артериальной крови к внутренним органам для их охлаждения приводит к одновременному перенасыщению их тканей кислородом. Повышенное содержание активных форм кислорода в организме приводит к разрушению клеток. Далее запускается цепочка нарушений: системные сдвиги, полиорганная недостаточность, повышение заболеваемости, ускоренное старение организма, инвалидность.

В работе использовалась упрощенная схема для оценки эффектов. Большая часть параметров определялась эмпирически из данных наблюдений. Реально они могут быть оценены из известных соотношений теплового баланса в организме. Однако, даже такая упрощенная схема позволяет указать направления уточнения оценок и придать ей вполне практически значимую прогностическую ценность.

Физическая работа в нагревающей среде приводит к усилению практически всех метаблических процессов:

· частоты дыхания,

· потребления кислорода,

· частоты сердечных сокращений,

· внутренней температуры тела и температуры кожи;

· потери массы тела.

Эти процессы можно отслеживать и фиксировать, используя современные электронные средства контроля состояния сердечно-сосудистой системы, практически не создающие помех для трудовой деятельности. В настоящее время на рынке широко представлены датчики, способные вести непрерывный мониторинг и регистрацию физиологических реакций работника в режиме реального времени: наручные браслеты для записи сердечного ритма, шагомеры, датчики пота, термометры – все это доступно по цене и требуемому качеству. Выпускаются комплексные системы носимых физиологических сенсоров (LifeShirt, VivoMetrics, Ventura). Многие из них перешли из области исследовательской деятельности в область практического применения в медицинских целях (напр., Zephyr Bioharness). Эти устройства контролируют ЧСС, частоту дыхания, температуру кожи, ЭКГ, положение тела, темп и длительность ходьбы. Они производят революцию в деле мониторинга эффектов тяжелого труда в нагревающих условиях. Очевидное преимущество таких систем – немедленное использование данных наблюдений для предотвращения чрезмерных нагрузок. Данные могут быть сохранены, переданы в компьютер, сколь угодно полно проанализированы.

Литература:

1. Федеральный закон «О специальной оценке условий труда» № 426-ФЗ от 28.12.2013

2. Приказ Министерства здравоохранения и социального развития РФ от 27.04.2012 № 417н «Об утверждении перечня профессиональных заболеваний»

3. СанПин 2.2.4.3359-16 Санитарно-эпидемиологические правила и нормы «Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах»

4. Приказ Минтруда России от 24.01.2014 № 33н «Об утверждении Методики проведения СОУТ, Классификатора вредных и/или опасных производственных факторов, формы отчета о проведении СОУТ и инструкции по ее заполнению»

5. Тимофеева Е.И., Федорович Г.В. Экологический мониторинг параметров микроклимата. М., НТМ-Защита, 2007, 193 с.

6. Федорович Г.В. Рациональная эпидемиология профессиональных заболеваний. – Saarbrucken, Deutschland: Palmarium Academic Publishing , 2014 – 343 p.

Интернет-ресурсы:

http://elibrary.ru/item.asp?id=23256439

http://www.twirpx.com/file/1673605/

7. Кириллов В.Ф., Федорович Г.В. Расчет теплоизолирующих параметров одежды

для комфортной работы // Медицина труда и промышленная экология 2011, № 4 с.26-31.

8. Федорович Г.В. Параметры микроклимата, обеспечивающие комфортные условия труда // БиОТ - 2010 - № 1

9. Fanger, P. O. Thermal Comfort. McGraw-Hill, New York, NY.1970, 244 pp.

10. ISO 7730-84 (E). Moderate thermal environments – Determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort.

11. Федорович Г.В. Физиологические характеристики тяжести труда // БиОТ 2016, № 4

12. Федорович Г.В. Физиологические основания нормирования тяжести труда (дозовая концепция) // БиОТ – 2017 - № 1

13. Афанасьева Р.Ф. Эффекты воздействия микроклиматических параметров // в кн. Энциклопедия воздействия на организм человека опасных и вредных производственных факторов. Т.1, изд. Стандартов – М., 2004 г. – 455 с.

14. Шлейфман Ф.М., Карнаух Н.Г. Влияние нагревающего микроклимата на здоровье работающих. / / Врачебное дело. – 1986. - № 4. – С. 91-95.

15. Афанасьева Р.Ф., Бессонова Н.А., Бабаян М.А. и др. К обоснованию регламентации термической нагрузки среды на работающих в нагревающем микроклимате. / / Медицина труда и промышленная экология. – 2001 - № 2. – с. 30-34.

16. Н.С.Кутакова, Т.С.Шушкова, Т.В.Юдина Методология оценки темпов биологического старения в гигиенических исследованиях (обзор литературы) // Вестник РГМУ - 2 0 1 3 - № 5–6

17. Илющенко В.Г. Современные подходы к оценке биологического возраста человека // Валеология – 2003 - с.11–19.

18. Афанасьева Р.Ф., Прокопенко Л.В. Биологический возраст как критерий оценки условий труда (на примере производства титановых сплавов) // Мед. труда и промышленная экология. 2009. №2. С.1–5.

19. Шлейфман Ф.М., Ташкер И.Д., Лащук А.А. Функциональное состояние организма и биологическое старение работающих в условиях нагревающего микроклимата // Врачебное дело. 1990. №3. С.111–113.

20. Сорокин Г.А. Скорость старения — интегральный показатель гигиенического нормирования труда // в сб. Медицина на пороге XXI века. СПб – 2000 - с.158–159.

21. Шевкун И.Г. Гигиеническая оценка условий труда водителей пассажирского автотранспорта и меры профилактики (на примере Ростовской области): Автореф. дис. … канд. мед. наук. М., 2009.

22. Reiss J.O. The meaning of developmental time: A metric for comparative embryology // Amer. Natur. 1989. v. 134. № 2.

23. А. Ф. Алимов, Т. И. Казанцева Удельный метаболизм, продолжительность жизни и «константа Рубнера» для птиц // Ж-л общей биологии. т.69 – 2008 - № 5, с. 355–363