Медицина труда и промышленная экология

(НИИ медицины труда РАН и Роспотребнадзор)

2003 г., № 2, стр. 25-31

ISSN 0016-9919, https://www.journal-irioh.ru/jour

УДК 623.459.6

С.А. Фаустов, К.А. Андреев

Разработка режима труда и отдыха при использовании тяжелых средств индивидуальной защиты органов дыхания

Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт охраны труда

Приведены данные о влиянии противогазов с высоким сопротивлением дыханию на функциональное состояние испытуемых, выполнявших физическую и операторскую нагрузку. Показано, что работу в тяжелых противогазах в состоянии выполнить лица, имеющие высокую общую физическую работоспособность (PWC₁₇₀ более 3,0 Вт/кг массы тела), следовательно, только для них возможна разработка режима труда и отдыха. Реальные объемные скорости вдоха и выдоха при физической нагрузке в противогазе оказались больше, чем принятая в отечественных стандартах величина 30 л/мин, при которой определяется сопротивление средств индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) воздушному потоку.

Ключевые слова: средство индивидуальной защиты органов дыхания, сопротивление воздушному потоку, физическая нагрузка, операторская нагрузка, функциональное состояние, предельная объемная скорость вдоха и выдоха.

стр. 26

Во многих случаях ликвидация аварий и катастроф, а также некоторые штатные ситуации требуют применения так называемых тяжелых СИЗОД. Помимо своего основного назначения - защищать от ингаляционного воздействия опасных и вредных производственных факторов, такие средства оказывают на человека неблагоприятное влияние, снижая его работоспособность. Главной причиной снижения работоспособности является сопротивление дыханию, приводящее к усилению работы дыхательных мышц и их более выраженному утомлению. ГОСТ 12.4.041-89 [3] содержит требование разрабатывать специальные режимы труда и отдыха при использовании СИЗОД с сопротивлением более 100 Па на вдохе и 70 Па на выдохе. В соответствии с указаниями [6], под режимами труда и отдыха понимают продолжительность и порядок чередования периодов работы и отдыха в течение какого-то времени.

Целью настоящей работы явилось определение возможности разработки внутрисменного режима труда и отдыха для лиц, применяющих противогазы с сопротивлением на вдохе 246 и 274 Па и на выдохе 127 Па.

Критериями для этого служили изменения функционального состояния испытуемых, свидетельствующие о наличии и сохранении адаптации к работе в противогазе с высоким сопротивлением дыханию, ее напряжении и срыве. В основу режима труда и отдыха положены общая продолжительность работы и чередование периодов физической и операторской нагрузок, которые не вызывают чрезмерного напряжения адаптации функциональных систем организма испытуемых. Использован испытательный комплекс "МАСКА-2", предназначенный для оценки влияния СИЗОД на человека. Комплекс позволяет получить сведения о состоянии сердечно-сосудистой, дыхательной, центральной нервной систем, нервно-мышечного аппарата рук, в том числе при физической нагрузке.

Испытания проведены на шести молодых мужчинах (21-23 года), не имеющих отклонений в состоянии здоровья. Предварительно был проведен инструктаж по применению противогазов, методам испытаний и определены значения физической работоспособности испытуемых. В качестве показателя общей физической работоспособности применен тест РWC₁₇₀ [5], свидетельствующий о способности к выполнению внешней механической работы той или иной мощности при частоте сокращений сердца в 170 уд./мин. По результатам тестирования были выявлены 2 группы испытуемых: группа А. с более высоким уровнем общей физической работоспособности (РWC₁₇₀ более 3,0 Вт/кг массы тела) - 4 человека, и группа Б. с более низким уровнем общей физической работоспособности (РWC₁₇₀ менее 3,0 Вт/кг массы тела) - 2 человека.

Процедура испытаний соответствовала требованиям ГОСТ 12.4.061-88 "Метод определения работоспособности человека в средствах индивидуальной защиты" [2]. Испытуемым с помощью велоэргометра задавалась физическая нагрузка, чередовавшаяся с операторской нагрузкой. Физическая нагрузка выполнялась 15 мин, затем следовала операторская в течение 5-6 мин, затем снова физическая. Общая продолжительность опыта составляла 3-3,5 ч. В день с каждым испытуемым проводился 1 опыт. Опытам предшествовало обучение, во время которого показатели состояния организма регистрировались, но не брались в расчет при статистической обработке материала. Каждый испытуемый получал нагрузку из расчета 1 и 2 Вт на 1 кг массы тела. При этом такие нагрузки задавались при работе без противогаза, в противогазе с сопротивлением 246 Па и в противогазе с сопротивлением 274 Па (по 2 опыта). Чтобы избежать эффекта тренировки, последовательность опытов была случайной.

До начала опыта и во время физической нагрузки снимались следующие показатели:

- частота сокращений сердца;

- ритмокардиограмма с расчетом индекса напряжения по Р.М. Баевскому [1];

- минутный объем дыхания;

- предельная объемная скорость вдоха;

- отношение продолжительности выдоха к продолжительности вдоха.

Эти же показатели снимались во время операторской нагрузки, которая состояла в предъявлении световых сигналов на рефлексометре. Дополнительно определялись: критическая частота слияния световых мельканий (КЧСМ), максимальная сила мышц кисти (обычно правой) и время удержания статического усилия в 50% от максимальной силы мышц (выносливость). В начале и конце каждого опыта испытуемый заполнял стандартную анкету-опросник теста САН (самочувствие - активность - настроение) [4]. Результаты испытаний были обработаны общепринятыми методами вариационной статистики.

стр. 27.

Все 4 испытуемые группы А (с более высоким уровнем физической работоспособности) выполнили испытания в объеме, соответствующем требованиям ГОСТа [2].

Из двух испытуемых группы Б один выполнил опыты без СИЗОД с нагрузкой 1 Вт/ кг и в противогазе с сопротивлением 274 Па с нагрузкой 1 и 2 Вт/кг. В связи с резким ухудшением самочувствия после опыта в противогазе с нагрузкой 2 Вт/кг он отказался от дальнейших опытов с жалобами на появление следов крови в моче, как это бывает у малотренированных людей после чрезмерных физических нагрузок. Другой испытуемый группы Б удовлетворительно перенес опыты без СИЗОД, но на первом же часе опыта в противогазе с сопротивлением 246 Па при нагрузке 1 Вт/кг заявил о непереносимости сопротивления дыханию и невозможности дальнейшего участия в испытаниях.

В табл. 1-2 представлены средние данные о функциональном состоянии испытателей. У испытуемых группы А использование противогаза с более низким сопротивлением не вызывало существенного напряжения функциональных систем организма. Частота сокращений сердца при нагрузке 1 Вт/кг была в среднем даже ниже, чем без СИЗОД. Мало менялся индекс напряжения, говорящий об уровне напряжения адаптационных механизмов. Минутный объем дыхания адекватно отражал уровень физической нагрузки. В среднем за все время опытов показатель отношения времени выдоха к времени вдоха оставался не

Таблица 1.

Влияние СИЗОД на функциональное состояние испытуемых. Средние данные за все опыты. Группа А.

Таблица 2.

Влияние СИЗОД на функциональное состояние испытуемых. Средние данные за все опыты. Группа Б.

стр. 28.

ниже единицы, то есть продолжительность выдоха была не меньше продолжительности вдоха. Вместе с тем при использовании противогаза с более высоким сопротивлением. особенно при нагрузке 2 Вт/кг, в среднем отмечен рост напряжения адаптационных механизмов по индексу напряжения. Данные состояния центральной нервной системы и нервно-мышечного аппарата рук (время реакции, КЧСМ, сила и выносливость мышц кисти) свидетельствовали об отсутствии сколько-нибудь выраженной разницы при применении разных противогазов, без них и при неодинаковых уровнях физической нагрузки.

У представителя группы Б физическая нагрузка с применением противогаза с сопротивлением 274 Па вызвала более выраженные сдвиги в сердечно-сосудистой системе. Частота сокращений сердца достигла 118,3 уд./мин, а индекс напряжения оказался при максимальной нагрузке в противогазе намного выше, чем при той же нагрузке без противогаза. Продолжительность выдоха на протяжении всех опытов при физической нагрузке была меньше

Таблица 3.

Изменения функционального состояния испытуемых группы А. Нагрузка 2 Вт/кг в противогазе с сопротивлением 274 Па. Средние данные за каждый час.

Таблица 4.

Изменения функционального состояния испытуемых группы Б. Нагрузка 2 Вт/кг в противогазе с со противлением 274 Па. Средние данные за каждый час.

стр. 29.

продолжительности вдоха. Это свидетельствовало о необходимости форсировать выдох за счет дополнительной работы дыхательных мышц, чтобы обеспечить требуемый уровень газообмена. Наиболее высокая физическая нагрузка сопровождалась наименьшей выносливостью мышц кисти. Эти данные говорят о менее удовлетворительной адаптации к нагрузке, вызванной применением противогаза с высоким сопротивлением дыханию, у представителя группы Б.

В табл. 3-4 представлены изменения функционального состояния испытателей на протяжении опытов с максимальной нагрузкой. Представители группы А продемонстрировали высокий уровень адаптации. Частота сокращений сердца во время физической нагрузки на протяжении опыта либо очень мало менялась, либо даже уменьшалась. Во время операторской нагрузки частота сокращений сердца возвращалась к уровню, близкому к исходному. От первого к третьему часу физической нагрузки снижался индекс напряжения, а индекс напряжения при операторской нагрузке в противогазах в течение опыта приближался к исходному. Вообще показатели функционального состояния во время операторской нагрузки у представителей группы А немногим отличались от исходного уровня (в покое). Состояние центральной нервной системы (время реакции, КЧСМ) менялось мало. Сила мышц кисти также мало изменялась на протяжении опытов, однако было обнаружено заметное снижение выносливости мышц кисти по сравнению с исходным.

Данные, полученные у группы Б, отличаются от данных группы А. Частота сокращений сердца во время операторской нагрузки на протяжении всего опыта не достигала исходного уровня, а при физической нагрузке была в среднем за каждый час выше, чем у испытуемых группы А. Не возвращалось к исходному уровню и значение индекса напряжения. Во время физической нагрузки испытуемому приходилось форсировать выдох (отношение продолжительности выдоха к продолжительности вдоха меньше единицы). Нагрузка 2 Вт/кг в противогазе с более высоким сопротивлением оказалась чрезмерной: индекс напряжения во время операторской нагрузки на третьем часе опыта стал расти, что свидетельствовало о росте напряжения адаптационных

Таблица 5.

Результаты определения самочувствия, активности, настроения. Средние данные по всем опытам, по результатам самооценки.

* - в момент отказа на первом часе опыта.

стр. 30.

механизмов. Как уже говорилось, за этим последовал срыв адаптации, выразившийся в появлении следов крови в моче.

Таким образом, изучение функционального состояния двух групп испытуемых показало, что у лиц с более высоким уровнем общей физической работоспособности применение противогазов с высоким сопротивлением дыханию сопровождалось удовлетворительной адаптацией к физическим нагрузкам, а у испытуемых с более низким уровнем общей физической работоспособности вызывало существенное напряжение адаптации вплоть до срыва.

Субъективная оценка своего состояния испытуемыми приведена в табл. 5. Тест САН позволяет оценить свое состояние в баллах от 1 до 7. Из таблицы видно, что группа А высоко оценивала свое самочувствие, которое мало менялось, активность и настроение практически не менялись. Оценка представителей группы Б оказалась ниже. Особенно низкие уровни самочувствия и настроения оказались у испытуемого Х в момент отказа от продолжения опыта.

Таким образом, проведенные исследования продемонстрировали удовлетворительный уровень адаптации к работе в тяжелых СИЗОД у лиц с более высоким значением физической работоспособности (PWC₁₇₀ более 3,0 Вт/кг). Испытуемые с более низкой общей физической работоспособностью оказались не в состоянии применять такие СИЗОД при физической нагрузке. Это означает, что они не должны допускаться к работе в тяжелых СИЗОД, а разработка режимов труда и отдыха может проводиться только для людей, показавших высокие результаты тестирования физической работоспособности (максимальное потребление кислорода, РWC₁₇₀, гарвардский степ-тест или другие подобные испытания).

В основу разработанного режима труда и отдыха положено чередование физической нагрузки в тяжелых СИЗОД с периодами отдыха, близкое к тому, что было в проведенных опытах: 15 мин физической нагрузки, 5 мин отдыха, опять физическая нагрузка, опять отдых, как этого требует ГОСТ [2]. Общая продолжительность применения тяжелых СИЗОД должна составлять 3 ч за рабочий день. Это справедливо для работы в условиях температуры окружающего воздуха, не превышающей +20 °С. Чем выше температура воздуха, тем большее напряжение адаптационных механизмов может вызвать физическая работа. Поэтому при повышенных температурах время отдыха следует увеличивать.

Анализ полученных физиологических данных показал также, что минутный объем дыхания испытуемых не превышал 30 л/мин расхода воздуха, принятого в отечественных стандартах для определения сопротивления дыханию СИЗОД и их элементов. Вместе с тем предельная объемная скорость вдоха достигала в среднем 1,5 л/с, или 90 л/мин, а в отдельных опытах 2,0 л/с, или 120 л/мин. Предельная объемная скорость выдоха при этом была еще выше, поскольку продолжительность выдоха во многих опытах оказалась меньше продолжительности вдоха. Это означает, что разработку нормативов сопротивления дыханию и тестирование по этому показателю необходимо проводить и при более высоких расходах воздуха, чем 30 л/мин.

Выводы. 1. Разработка режимов труда и отдыха при применении тяжелых средств индивидуальной защиты органов дыхания возможна только для лиц, имеющих высокие показатели общей физической работоспособности (PWC₁₇₀ более 3,0 Вт/ кг массы тела). Лица с низким уровнем общей физической работоспособности оказываются не в состоянии переносить нагрузки в тяжелых СИЗОД и не должны допускаться к их применению. 2. Разработку нормативов сопротивления дыханию и тестирование по этому показателю следует проводить не только для расхода воздушного потока в 30 л/мин, но и для более высоких расходов (120 л/мин и более), отражающих реальные предельные объемные скорости вдоха и выдоха.

Список литературы

1. Баевский Р.М. Прогнозирование состояния на грани нормы и патологии. - М.: Медицина, 1979.

2. ГОСТ 12.4.061-88. "ССБТ. Метод определения работоспособности человека в средствах индивидуальной защиты".

3. ГОСТ 12.4.041-89. "ССБТ. СИЗОД филь трующие. Общие технические требования"

4. Доскин В.А., Лаврентьева Н.А., Мирошников М.П., Шарай В.В. // Вопросы психологии 1973. — № 6. - C. 141-145.

5. Карпман В.Л., Белоцерковский З.Б., Гудков И.А. Исследования физической работоспособности человека. М.: ФиС, 1974.

стр. 31.

6. Физиологические принципы разработки режимов труда и отдыха / Под ред. В.И. Медведева. — Л.: Hayкa, 1984.

Поступила 25.09.01

SUMMARY: The authors present data concerning influence of gas-masks with higer respiratory resistance on functional state of subjects performing physical and operator tasks. Finding are that only individuals with high general capacity for work (PWC over 3.0 W/kg of body weight) could perform tasks in heavy gas-masks, therefore only for them the specification of work and rest schedule is possible. Real flow rates for inspiration and expiration under physical load in gas-mask occurred exceeding the value (30 l/min) that is accepted in national standards and servers for calculating the indi- vidual respiratory protective means resistance to air flow.