Тактильная, температурная, болевая чувствительность

 

Эти виды рецепции обеспечиваются рецепторами кожи.

Кожа является тем органом, который отделяет внутреннюю среду человека от внешней, надежно охраняя ее постоянство. Ощущения, обеспечиваемые кожей, создают связь с внешним миром. Посредством ocязания, или тактильных ощущений, человек узнает о трехмерных особенностях нашего окружения. терморецепция – это восприятие тепла и холода. чувство боли служит для распознавания потенциально опасных стимулов.

Снаружи кожа покрыта тонким слоем покровной ткани – эпидермисом, состоящим из нескольких слоев довольно мелких клеток, постоянно обновляемых. За эпидермисом следует собственно кожа – дерма. Здесь находятся многочисленные рецепторы, воспринимающие давление (прикосновение), холод и тепло, боль.

Первая функция кожи – механическая. Она предохраняет ткани от повреждений, высыхания, физических, химических и биологических воздействий и, как уже отмечалось, выполняет барьерную функцию.

Вторая функция кожи связана с процессом терморегуляции, благодаря которому сохраняется постоянная температура тела. В коже человека находятся два вида рецепторов: одни реагируют только на холод (около 250 тысяч), другие – только на тепло (около 30 тысяч). Температура кожи несколько ниже температуры тела и различна для отдельных участков: на лбу – 34...35 °С, на лице – 20...25 0С, на животе – 34 °С, стопах ног – 25...27 °С. Средняя температура свободных от одежды участков кожи 30...32 °С.

Пространственные пороги зависят от стимулирующих факторов: при контактном воздействии, например, ощущение возникает уже на площади в 1 мм2, при лучевом – начиная с 700 мм2. Латентный период температурного ощущения равен примерно 0,20 с. Абсолютный порог температурной чувствительности определяется по минимально ощущаемому изменению температуры участков кожи относительно физиологического нуля, т.е. собственной температуры данной области кожи, адаптировавшейся к внешней температуре. Физиологический нуль для различных областей кожи достигается при температурах среды между 12...18°С и 41...42 °С. Для тепловых рецепторов абсолютный порог составляет примерно 0,2 °С, для холодовых – 0,4 °С. Порог различительной чувствительности составляет примерно 1 °С.

Продолжительное ощущение тепла при температуре кожи выше 36 0С тем сильнее, чем выше эта температура. При температуре около 45 0С чувство тепла сменяется болью от горячего. пороговая плотность потока тепла, вызывающего болевое ощущение, составляет 88 Вт/м2.

Когда обширные области тела охлаждаются до температуры ниже 30 0С, возникает ощущение холода. боль от холода возникает при температуре кожи 17 °С и ниже. Если охлаждение идет очень медленно, человек может не заметить, как обширные участки кожи стали совсем холодными (при одновременной потере тепла телом), особенно, если его внимание отвлечено чем-то другим. Предположительно, этот фактор действует, когда человек простужается.

 

Терморегуляция

 

Функционирование организма человека требует протекания в нем химических и биохимических процессов в достаточно строгих температурных пределах (36,5…37,0 оС).

Приспособление организма человека к изменениям параметров состояния окружающей среды выражается в способности протекания в нем процессов терморегуляции.

терморегуляция – совокупность физиологических и химических процессов в организме человека, направленных на поддержание постоянства температуры тела.

В результате жизнедеятельности в организме человека постоянно образуется тепло. За один час его образуется столько, сколько требуется, чтобы вскипятить один литр холодной воды.

В 1780 г. Лавуазье установил, что дыхание и горение имеют единую природу. Через органы дыхания (легкие, дыхательные пути) в кровь человека поступает кислород, а наружу выделяется углекислый газ. Если вдыхаемый воздух содержит 21 % кислорода, то выдыхаемый – 16 %. В сутки в кровь поступает до 500 л кислорода и выделяется 400 л СО2. «Топливо», т.е. окисляемые вещества, взаимодействует с кислородом, потребляемым организмом из воздуха, и «сгорает» до образования сО2 и н2о:

Органические вещества (пища) +о2 → со2 +н2о + энергия.

Освобождаемая свободная энергия преобразуется в энергию АТФ (аденозинтрифосфата, молекулы которого являются носителями энергии), которая используется затем во всех физико-химических процессах, протекающих в живом организме, – процессах синтеза белков, нуклеиновых кислот, процессах транспорта веществ, в непосредственном движении, т.е. работе мышц.

Терморегуляция обеспечивает равновесие между количеством тепла, непрерывно образующимся в организме, и излишком тепла, непрерывно отдаваемым в окружающую среду, т.е. сохраняет тепловой баланс организма:

Qвыд = Qотд.

Теплообмен между человеком и окружающей его средой осуществляется с помощью следующих механизмов:

- за счетинфракрасного излучения, которое излучает или получает поверхность тела (R);

- теплоотдачей или теплоприходом за счет конвекции (С), т.е. через нагрев или охлаждение тела воздухом, омывающим поверхность тела;

- теплоотдачей (Е), обусловленной испарением влаги с поверхности кожи, слизистых оболочек верхних дыхательных путей, легких.

Qотд = ± R ± С – Е. (14)

В нормальных условиях при слабом движении воздуха человек в состоянии покоя теряет в результате тепловой радиации около 45 % всей вырабатываемой организмом тепловой энергии, конвекции – до 30 % и испарения – до 25 %. При этом свыше 80 % тепла отдается через кожу, примерно 13 % – через органы дыхания, около 7 % тепла расходуется на согревание принимаемой пищи, воды и вдыхаемого воздуха. В состоянии покоя организма и температуре воздуха 15 0С потоотделение незначительно и составляет примерно 30 мл за 1 ч. При высокой температуре (30 оС и выше), особенно при выполнении тяжелой физической работы, потоотделение может увеличиваться в десятки раз. Так, в горячих цехах при усиленной мышечной работе количество выделяемого пота 1…1,5 л/ч, на испарение которого затрачивается 2500…3800 кДж.

В целях обеспечения эффективного теплообмена между человеком и средой устанавливаются санитарно-гигиенические нормативы параметров микроклимата на рабочем месте, а именно:

1) температура воздуха;

2) скорость движения воздуха;

3) относительная влажность воздуха;

4) температура поверхностей.

Условия 1 и 2 определяют конвективный теплообмен; 1 и 3 – испарение пота; 4 – теплоизлучение. Нормативы на эти параметры устанавливаются дифференцированно в зависимости от степени тяжести выполняемой работы.

Установлены также предельно допустимые величины теплового облучения работающих.

Под тактильной чувствительностью понимают ощущение прикосновения и давления. В среднем на 1 см2 находится около 25 рецепторов. Абсолютный порог тактильной чувствительности определяется по тому минимальному давлению предмета на кожную поверхность, при котором наблюдается едва заметное ощущение прикосновения. Наиболее развита чувствительность на частях тела, наиболее удаленных от его оси. Характерной особенностью тактильного анализатора является быстрое развитие адаптации, то есть исчезновение чувства прикосновения или давления. Благодаря адаптации человек не чувствует прикосновения одежды к телу.

Ощущение боли воспринимается специальными рецепторами. Они рассеяны по всему нашему телу, на 1 см2 кожи приходится около 100 таких рецепторов. Чувство боли возникает в результате раздражения не только кожи, но и ряда внутренних органов. Часто единственным сигналом, предупреждающим о неблагополучии в состоянии того или другого внутреннего органа, является боль.

В отличие от других сенсорных систем боль дает мало сведений об окружающем нас мире, а скорее сообщает о внутренних опасностях, грозящих нашему телу. Если бы боль не предостерегала, то уже при самых обыденных действиях мы часто наносили бы себе повреждения. Биологический смысл боли в том, что, являясь сигналом опасности, она мобилизует организм на борьбу за самосохранение. Под влиянием болевого сигнала перестраивается работа всех систем организма и повышается его реактивность.

Болевые рецепторы не подчиняются закону Вебера-Фехнера. для них характерна линейная зависимость между интенсивностью воздействия и ощущением.

Обонятельный анализатор

 

Предназначен для восприятия человеком различных запахов, диапазон которых охватывает до 400 наименований. Рецепторы расположены на участке площадью около 2,5 см2 слизистой оболочки носовой полости.

Условиями восприятия запахов являются летучесть пахучего вещества, растворимость веществ в жирах, движение воздуха, содержащего молекулы пахучего вещества.

Абсолютный порог обоняния измеряется долями миллиграмма вещества на литр воздуха (мг/л). Запахи могут сигнализировать о нарушениях в ходе технологических процессов и об опасностях.

 

Вкусовой анализатор

 

В физиологии и психологии распространена четырехкомпонентная теория вкуса, согласно которой существует четыре вида элементарных вкусовых ощущений: сладкого, кислого, горького и соленого. Все остальные ощущения являются их комбинациями. Абсолютные пороги вкусового анализатора выражаются в величинах концентраций раствора, и они примерно в 10000 раз выше, чем обонятельного. Различительная чувствительность вкусового анализатора довольно груба, в среднем она составляет 20 %. Восстановление вкусовой чувствительности после воздействия различных раздражителей заканчивается через 10… 15 мин.

 

7. ЭРГОНОМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА

 

С точки зрения безопасности труда и создания комфортных условий для трудовой деятельности исключительно важным является комплексное изучение системы «человек – машина – производственная среда». С учетом того обстоятельства, что современное производство становится все более автоматизированным, на человека все в большей степени возлагаются функции управления и оператора. Организация рабочего места человека-оператора, комплексно учитывающая характер деятельности, условия труда, психофизиологические возможности и антропометрические характеристики человека, является предметом эргономики.

Термин «эргономика» [гр. еrgon – работа+ nomos – закон] имеет буквальное значение – изучение, измерение, организация труда.

Эргономика – это научная дисциплина, комплексно изучающая человека в конкретных условиях его деятельности в современном производстве.

Объект исследования эргономики – «человек – машина – производственная среда». В трудовом процессе все компоненты этой системы находятся в тесной взаимосвязи и влияют на безопасность, производительность, работоспособность, здоровье человека. Эргономические исследования и разработки заключаются в изучении человеко-машинных систем, а именно в исследовании характеристик человека, машины, окружающей среды, характера взаимодействия этих компонентов в конкретных условиях и организации производственной зоны, создании рабочих мест, машин, пультов управления, обеспечивающих максимальное удобство для человека, оптимальные условия взаимодействия с машиной и объектом управления.

Для того чтобы исключить отрицательные последствия взаимодействия внешней среды и организма, необходимо обеспечить определенные условия функционирования системы «человек – среда». Характеристики человека относительно постоянны. Элементы внешней среды поддаются регулированию в более широких пределах. Следовательно, решая вопросы безопасности системы «человек-среда», необходимо учитывать прежде всего особенности человека.

Человек в системах безопасности выполняет троякую роль:

- является объектом защиты;

- выступает средством обеспечения безопасности;

- сам может быть источником опасностей.

Таким образом, звенья системы «человек – среда» органически взаимосвязаны, и чтобы она функционировала эффективно и не приносила ущерба здоровью человека, необходимо обеспечить совместимость характеристик среды и человека. Изучением видов совместимости параметров среды с характеристиками человека и занимается эргономика.

7.1. Совместимость элементов системы «человек – среда »

 

Антропометрическая совместимость предполагает учет размеров тела человека, возможности обзора внешнего пространства, положения (позы) оператора в процессе работы. Сложность обеспечения этой совместимости заключается в том, что антропометрические показатели у людей разные. Сиденье, удовлетворяющее человека среднего роста, может оказаться крайне неудобным для человека низкого или очень высокого.

Здесь приведены некоторые общие рекомендации по рациональной организации рабочего места.

Известно, что (рис. 13, а, в) поза «стоя» требует больших энергетических затрат и менее устойчива из-за поднятого центра тяжести. Поэтому в этой позе быстрее наступает утомление.

Рабочая поза «сидя» (рис. 13, б, г) имеет целый ряд преимуществ: резко уменьшается высота центра тяжести над точкой опоры, благодаря чему возрастает устойчивость тела, значительно сокращаются энергетические затраты организма для поддержания такой позы, вследствие этого она является менее утомительной.

Рабочая поза выбрана правильно, если проекция общего центра тяжести лежит в пределах площади опоры. Если в процессе работы действует небольшая группа мышц, то предпочтительнее поза «сидя», при работе большой группы мышц – поза «стоя».

Всякая поза, проекция центра тяжести которой выходит за границы площади опоры, будет вызывать значительные мышечные усилия, т.е. статические напряжения (рис. 13, в, г). Длительные статические напряжения мышц могут вызвать быстрое утомление, снижение работоспособности, травматизм и профзаболевания, связанные с искривлением позвоночника, расширением вен и развитием плоскостопия.

Рис. 13. Схема биомеханического анализа рабочей позы при устойчивой (а, б) и неустойчивой (в, г) позах; а, в – стоя; б, г – сидя

При проектировании рабочего места необходимо учитывать следующее: если при прямой позe «сидя» мышечную работу принять равной единице, то при прямой позе «стоя» мышечная работа составляет 1,6, при наклонной позе «сидя» – 4, а при наклонной позе «стоя» – 10. Статичная поза утомительнее, чем динамическая.

Наиболее важными моментами, определяющими выбор рабочей позы, являются:

- применяемое усилие в процессе работы;

- степень подвижности рабочего, обусловленная характером и конкретным содержанием технологического процесса;

- величина рабочей зоны и отношение между антропометрическими характеристиками человека и пространственной организацией рабочих мест.

Пространство рабочего места, в котором осуществляются трудовые процессы, может быть разделено на рабочие зоны. Рабочая поза будет наименее утомительна только при условии, если рабочая зона сконструирована правильно.

Правильное конструирование рабочих зон определяется соответствием их с оптимальным полем зрения рабочего и определяется дугами, которые может описать рука, поворачивающаяся в плече или в локте на уровне рабочей поверхности (т.е. должны учитываться динамические антропометрические характеристики), a движением рук управляет мозг человека в соответствии с коррекцией глаз. Поэтому рабочую зону, удобную для действия обеих рук, нужно обязательно совмещать с зоной, удобной для охвата человеческим взором. На рис. 14 представлены структурные схемы рабочих зон: а– при позе «сидя» в горизонтальной плоскости; б – при позе «стоя» в вертикальной плоскости.

Рис. 14. Структурная схема рабочих зон

При производственном процессе каждая зона может быть оценена следующим образом.

Зона 1 является самой благоприятной, поскольку она наиболее применима для точных и мелких сборочных работ, в ней работают обе руки и хорошо осуществляется зрительный контроль. В случае оперативной работы в этой зоне следует разместить органы управления и индикаторы, которыми оператору придется пользоваться наиболее часто, интенсивно и быстро. Зоны 2 и 3 хорошо доступны для одной и мало доступны для другой руки, а зрительный контроль осложнен. В этих зонах удобно размещать инструменты и материалы, которые рабочий часто берет правой (левой) рукой, или органы управления, зрительный контроль за которыми не требуется постоянно. Зона 4 (запасная) – труднодоступная зона. в ней могут быть размещены инструменты и материалы, которые не поместились в зонах 2и 3. Зона 5 (зона 6) доступна только для правой (левой) руки, и поэтому здесь можно разместить инструменты и материалы, которые употребляются изредка (например, измерительные инструменты), или органы управления, которыми пользуются «не глядя».

В соответствии с рабочими зонами и антропометрическими данными проектируются рабочие места в любом производственном процессе и любые машины и механизмы, обслуживаемые человеком.

В современных условиях весьма актуальной стала проблема резкого роста «компьютерных» профессиональных заболеваний, что, по мнению специалистов, обусловлено прежде всего «плохой эргономикой» рабочих мест.

Заболевания, обусловленные травмой повторяющихся нагрузок (ТПН), включают болезни мышц, нервов и сухожилий руки. заболевания, обусловленные травмой повторяющихся нагрузок, представляют собой постепенно накапливающиеся недомогания. Легкая боль в руке, если ее вовремя не вылечить, может в конечном итоге привести к инвалидности. Среди причин заболеваний отметили следующие: слишком высоко расположенная клавиатура, неподходящее кресло и продолжительное время работы на компьютере. Специалисты полагают, что естественным положением кистей рук является вертикальное, как при рукопожатии, а вовсе не ладонью вниз, как при печатании на клавиатуре. Во многих местах стандартным оборудованием стали подзапястники – плоские или изогнутые пластины из мягкого материала, которые располагаются перед клавиатурой. Основное их предназначение – служить опорой для запястья во время пауз между ударами по клавишам. Если клавиатура располагается слишком высоко, эти приспособления могут принести больше вреда, чем пользы, поскольку работник часто опирается руками на подзапястник, вместо того чтобы скользить над клавиатурой.

Борьба с ТПН не ограничивается только эргономическим оснащением рабочего места оператора. Например, в новых моделях клавиатура разделена на две части, которые могут наклоняться относительно горизонтали.

Биофизическаясовместимость подразумевает создание такой окружающей среды, которая обеспечивает приемлемую работоспособность и нормальное физическое состояние человека. Эта задача соответствует и требованиям безопасности. Биофизическая совместимость учитывает требования к микроклимату производственных помещений, виброакустическим характеристикам среды, освещенности, электромагнитным излучениям и другим физическим параметрам.

Энергетическая совместимость предусматривает согласование органов управления машиной с оптимальными возможностями человека в отношении прилагаемых усилий, затрачиваемой мощности, скорости и точности движений, то есть соответствия управляющего воздействия на оборудование биомеханическим возможностям человека.

В процессе управления человек обязательно должен прилагать некоторые усилия, так как отсутствие их (что может быть, например, при кнопочном управлении) дезориентирует человека, лишает его уверенности в правильности своих действий, а излишние усилия приводят к биомеханической перегрузке. Например, для предотвращения дрожания руки и повышения точности движений требуется момент сопротивления рукоятки в пределах З...16,7 Н∙м. Форма и размеры органов управления должны быть согласованы с размерами и биомеханическими особенностями руки оператора. Органы управления могут быть ручными и ножными. Ножные органы управления используют тогда, когда требуются большие усилия и небольшая точность: включение — выключение, грубая регулировка напряжения или тока и т.п. При ручном управлении максимальные усилия прилагаются к рычагам, которые захватываются стоящим оператором на уровне плеча, а сидящим — на уровне локтя (рис. 15), поэтому органы управления, которые используются наиболее часто, следует располагать на высоте между локтем и плечом.

 

. а б

 

Рис. 15. Зона размещения органов управления: а – поза «стоя»; б – поза «сидя»

Оптимальные усилия на органы управления:

- для рукояток 20...40 Н (100 Н —максимальное);

- для кнопок, тумблеров, переключателей легкого типа 1400...1600 мН, тяжелого – 6...12 Н;

- для ножных педалей управления от 20...50 (используемых часто) до 300 Н (используемых редко);

- для рычажного управления от 20...40 (используемых часто) до 120... 160 Н (используемых редко).

Диапазон скоростей, развиваемых движущимися руками человека, находится в пределах 0,01...8000 см/с. Наиболее часто используются скорости порядка 5...800 см/с. Следует иметь в виду, что движения руки к себе более быстрые, но менее точные, тогда как от себя — более точные, но менее быстрые. Скорость движения в вертикальной плоскости больше, чем в горизонтальной; сверху вниз больше, чем снизу вверх; вперед-назад больше, чем вправо-влево; слева направо для правой руки больше, чем справа налево для левой. Вращательные движения в 1,5 раза быстрее поступательных.

Информационная совместимость имеет особое значение в обеспечении безопасности.

В сложных системах человек обычно непосредственно не управляет физическими процессами. Зачастую он удален от места их выполнения: объекты управления могут быть невидимы, неосязаемы, неслышимы. Человек видит показания приборов, экранов, мнемосхем, слышит сигналы, свидетельствующие о ходе процесса.Все эти устройства называют средствами отображения информации (СОИ). При необходимости работающий пользуется рычагами, ручками, кнопками, выключателями и другими органамиуправления, в совокупности образующими сенсомоторное поле. СОИ и сенсомоторные устройства – так называемая модель машины (комплекса). Через нее человек и осуществляет управление самыми сложными системами.

Очень часто причины человеческих ошибок кроются в конструктивных особенностях оборудования. Одна из них – недостаток информации о работе объекта. Другая, не менее распространенная – избыточная информация, которую оператор не может переработать. В таком случае он бессознательно отбрасывает какую-то ее часть, но именно она может оказаться самой важной. В таком случае оператор строит неверный сценарий аварии и предпринимает неверные действия. Особенно часто это случается на ранних стадиях аварии. Вот почему, например, системы безопасности ядерных реакторов проектируют так, чтобы в первые моменты после нештатных событий они действовали автоматически и не подчинялись командам человека – еще один пример реализации принципа «замены оператора».

Информационная совместимость предполагает соответствие информационной модели психофизиологическим возможностям человека: учет скорости двигательных (моторных) операций человека и его сенсорных реакций на различные виды раздражителей (световые, звуковые и др.) при выборе скорости работы машины и подачи сигналов.

Для того чтобы обеспечить информационную совместимость, необходимо знать характеристики сенсорных систем организма человека, которые рассмотрены ранее.

Технико-эстетическая совместимость заключается в обеспечении удовлетворенности человека процессом труда, общением с техникой, цветовым климатом. Поэтому для решения многочисленных технологических задач эргономика привлекает художников-конструкторов, дизайнеров.

Физиология труда и гигиена труда являются важными компонентами эргономики.

Физиология труда – это наука, изучающая изменения функционального состояния организма человека под влиянием трудовой деятельности и разрабатывающая физиологически обоснованные нормы (формы) организации трудового процесса, способствующие предупреждению утомления и поддержанию высокого уровня работоспособности.