Психофизиологические и эргономические основы безопасности
Восприятие человеком среды обитания происходит благодаря наличию анализаторов – сложных функциональных систем организма, предназначенных для восприятия раздражителей и их обработки в ЦНС. Анализаторы бывают внешние и внутренние (рис. 1.2.3.). Внешние анализаторы осуществляют восприятие и анализ информации о явлениях окружающей среды. Внутренние анализаторы обеспечивают восприятие и анализ информации о состоянии внутренних органов, например, вестибулярный участвует в регуляции положения и движения тела в пространстве, в поддержании равновесия, мышечного тонуса; двигательный позволяет определять положение тела или его отдельных частей в пространстве, степень сокращения каждой мышцы; интероцептивный - участвует в поддержании постоянства внутренней среды организма (гомеостаза).
| 
|
|
Рис. 1.2.3. Виды анализаторов человека
Структура анализатора включает три отдела:
1. Периферический отдел – рецепторы, воспринимающие раздражение и преобразующие специфическую форму энергии в нервный импульс. Рецепторы, предназначенные для восприятия факторов внешней среды, называются экстерорецепторы. Рецепторы, предназначенные для восприятия изменений внутренней среды, называются интерорецепторы.
2. Проводниковый отдел - нервные пути передачи импульсов в головной мозг.
3. Центральный отдел – участок коры головного мозга, преобразующий полученное раздражение в определенное ощущение.
Защита человека от опасностей среды обитания заложена природой в его организме в форме безусловных и условных рефлексов. Рефлекс - это активная реакция организма на раздражение рецепторов, вызываемая посредством нервной системы.
Информация, поступающая посредством анализаторов, называется сенсорной, а процесс ее приема и первичной обработки – сенсорным восприятием. При оценке допустимости воздействия вредных факторов на организм человека исходят из психофизиологического закона субъективной количественной оценки раздражителя Вебера – Фехнера:
Величина ощущения изменяется пропорционально логарифму силы раздражителя
I = a1 · lg(Iр/Iо)+ a2,
где I – интенсивность ощущения, дБ;
Iр – уровень раздражителя;
Iо – пороговый ощутимый уровень раздражителя;
a1, a2 – коэффициенты конкретной сенсорной системы.
Для поддержания системы "человек - среда обитания" в безопасном состоянии необходимо согласовывать действия человека с элементами окружающей среды. Человек осуществляет непосредственную связь с окружающей средой при помощи органов чувств.
Органы чувств - это сложные сенсорные системы (анализаторы), включающие воспринимающие элементы (рецепторы), проводящие нервные пути и соответствующие отделы в головном мозге, в которых сигнал преобразуется в ощущение. Основной характеристикой анализатора является чувствительность, которая характеризуется величиной порога ощущения. Различают абсолютный и дифференциальный пороги ощущения.
Абсолютный порог ощущения - это минимальная сила раздражения, способная вызвать появление реакции.
Дифференциальный порог ощущения - это минимальная величина, на которую нужно изменить раздражение, чтобы вызвать изменение ответа.
Примерно 70-90% информации о внешнем мире человек получает через зрение. Орган зрения - глаз - обладает высокой чувствительностью. Изменение размера зрачка от 1,5 до 8 мм позволяет глазу менять чувствительность в сотни тысяч раз. При обеспечении безопасности необходимо учитывать время, требуемое для адаптации глаза. Приспособление зрительного анализатора к большей освещенности называется световой адаптацией. Она требует от 1-2 до 8-10 мин. Приспособление глаза к плохой освещенности (расширение зрачка и повышение чувствительности) называется темповой адаптацией и требует от 40 до 80 мин. В период адаптации глаз деятельность человека связана с определенной опасностью. Острота зрения зависит от освещенности, контрастности и других факторов. Ощущение, вызванное световым сигналом, сохраняется в глазу за счет инерции зрения до 0,3 сек. Инерция зрения порождает стробоскопический эффект - ощущение непрерывности движения при частоте смены изображения примерно 10 раз в секунду (кинематография), зрительное восприятие вращения колес автомобиля в обратном направлении и другие оптические иллюзии.
Стробоскопический эффект может быть опасным. Например, вследствие своей безинерционности опасную ситуацию могут создать газоразрядные лампы освещения. Колебания электрического напряжения создают колебания светового потока. Кажущаяся остановка вращающегося предмета наблюдается при равенстве частот вращения объекта и колебаний света. Когда частота вспышек света больше числа оборотов вращающегося предмета, создается иллюзия вращения в противоположную от реальности сторону.
С позиции безопасности должны учитываться все отклонения от нормы в восприятии цвета. К этим отклонениям относятся: цветовая слепота, дальтонизм и гемералопия ("куриная слепота"). Человек, страдающий цветовой слепотой, воспринимает все цвета как серые. Дальтонизм - частный случай цветовой слепоты. Дальтоники обычно не различают красный и зеленый цвета, а иногда желтый и фиолетовый. Им эти цвета кажутся серыми. Люди, страдающие дальтонизмом, не могут работать там, где в целях безопасности используются сигнальные цвета (например, водителями). Человек, страдающий гемералопией, теряет способность видеть при ослабленном (сумеречном, ночном) освещении. Цвета оказывают на человека различное психофизиологическое воздействие, что необходимо учитывать при обеспечении безопасности и в технической эстетике.
Кожа - сложный орган, выполняющий множество защитно-оборонительных функций. Она защищает кровь от проникновения в нее химических веществ, предотвращая отравление организма, исполняет роль регулятора температуры тела, охраняя организм от перегрева и переохлаждения. Кожа служит первым защитным барьером в момент прикосновения токоведущего проводника к телу. Обладая большим электрическим сопротивлением, достигающим иногда десятков тысяч Ом, кожа в первый момент препятствует прохождению электрического тока через внутренние органы, что позволяет включиться другим видам защиты организма. Функциональное нарушение 30-50% кожного покрова при отсутствии специальной медицинской помощи приводит к гибели человека.
На коже имеется примерно 500 тыс. точек - тактильных анализаторов, воспринимающих ощущения, возникающие при воздействии на кожную поверхность различных механических стимулов (прикосновение, давление). Кроме этого на коже имеются неравномерно распределенные анализаторы, воспринимающие боль, тепло и холод. Более высокая чувствительность на наиболее удаленных частях тела. Характерная особенность анализаторов - быстрое развитие адаптации (привыкания), т.е. исчезновение чувства прикосновения или давления. Время адаптации зависит от силы раздражителя, для различных участков тела оно колеблется от 2 до 20 с. Благодаря адаптации мы не чувствуем прикосновение одежды к телу.
Температурная чувствительность свойственна организмам, обладающим постоянной температурой тела, достигаемой терморегуляцией. В коже человека находятся два вида анализаторов температуры: одни реагируют только на холод, другие - только на тепло. Порог восприятия тепла и холода различен: например, тепловые точки различают разницу температуры в 0,2, а точки холода - в 0,4 °С. Время, необходимое для ощущения температуры, примерно равно 1.
Температурные анализаторы, защищая организм от перегрева и переохлаждения, помогают сохранять постоянную температуру тела. Запах может служить сигналом, предупреждающим об опасности. Всем известно, как опасны газы. Для распознавания опасных газов, не имеющих запаха, к ним добавляют специальные сильно пахнущие вещества - одоранты. Широко распространенных приборов для измерения силы запаха пока нет. Однако наш нос мгновенно чувствует даже самые малые доли пахучих веществ. Если на анализаторы попадает вещество, опасное для жизни или угрожающее здоровью человека (эфир, нашатырный спирт, хлороформ и т.д.), рефлекторно замедляется или кратковременно задерживается дыхание.
В физиологии и психологии принята четырехкомпонентная теория вкуса, согласно которой вкус имеет четыре основных вида: сладкий, соленый, кислый и горький. Все остальные вкусовые ощущения - комбинация основных видов. Вкус воспринимается специальными клеточными образованиями, находящимися в слизистой оболочке языка. Различительная чувствительность вкусового анализатора довольно груба, тем не менее вкусовые ощущения играют предупредительную роль в обеспечении безопасности.
В мышцах человека есть специальные рецепторы. Они посылают сигналы в мозг, сообщая, в каком состоянии находятся мышцы. В ответ мозг направляет импульсы, координирующие работу мышц. Мышечное чувство, учитывая воздействие гравитации, "работает" постоянно. Благодаря ему человек принимает более удобную позу. В определенной степени от удобного положения тела человека зависит его работоспособность, а в некоторых случаях - и безопасность.
Боль воспринимают любые анализаторы, если превышен верхний порог чувствительности, но есть и специальные рецепторы в слое кожи - болевые. Боль может быть опасной, например, при болевом шоке, который осложняет деятельность организма по самовосстановлению. Болевые ощущения вызывают оборонительные рефлексы, в частности рефлекс удаления от раздражителя. Под влиянием боли перестраивается работа всех систем организма.
Звуки доставляют человеку многочисленную информацию. Некоторые звуки исполняют роль сигналов, предупреждающих об опасности.
Вестибулярный аппарат человека - орган, обеспечивающий сохранение равновесия. Для ряда профессий состояние вестибулярного аппарата имеет особенно важное значение (моряки, летчики и т.д.).
На сенсорную систему человека воздействуют вибрации. Общие вибрации ухудшают остроту и сужают поле зрения, снижают светочувствительность глаз и нарушают вестибулярную функцию. Воздействие локальных вибраций снижает вибрационную, тактильную, температурную, болевую чувствительность.
Интенсивная вибрация при продолжительном воздействии приводит к серьезным изменениям деятельности всех систем организма и при определенных условиях может вызвать тяжелое заболевание - виброболезнь. Вибрация ощущается в диапазоне частот от 1 до 10 000 Гц. Наиболее высокая чувствительность - к частотам 200-250 Гц. При увеличении или уменьшении частоты вибрации чувствительность снижается.