Негативні фактори та їх вплив на людину

Размещено на http://www.allbest.ru/

103

1. НЕГАТИВНІ ФАКТОРИ ТА ЇХ ВПЛИВ НА ЛЮДИНУ

1.1 Класифікація негативних факторів у системі «людина -- середовище її існування»

Людина живе, постійно обмінюючись енергією з оточуючим її середовищем, беручи участь у кругообігу речовини в біосфері. У процесі еволюції людський організм пристосувався до екстремальних кліматичних умов -- низьких температур півночі, високих температур екваторіальної зони, до життя в сухій пустелі й на вологих болотах. У природних умовах людина стикається з енергією сонячної радіації, рухом повітря, зсувами земної кори. Енергетичний вплив на незахищену людину, яка потрапила в шторм чи смерч, зону землетрусу, діючого вулкана або грозу, може перевищити допустимий для людського організму рівень і загрожувати її життю. Рівні енергії природного походження залишаються майже незмінними. Сучасні технології й технічні засоби дають змогу певною мірою знизити їх небезпечний вплив, однак складність прогнозування природних процесів і змін у біосфері, брак знань про їх природу створюють труднощі в забезпеченні нормальної життєдіяльності людини в системі «людина -- природне середовище».

Поява техногенних джерел теплової та електричної енергії, вивільнення ядерної енергії, освоєння родовищ нафти й газу та спорудженням протяжних комунікацій створили небезпеку різноманітних негативних впливів на людину й середовище її існування. Енергетичний рівень техногенних негативних впливів зростає, так само, як зростає й неконтрольований вихід енергії в техногенному середовищі, що є причиною збільшення кількості травм, професійних захворювань і загибелі людей.

Негативні фактори, що впливають на людей, поділяють на природні й антропогенні -- викликані діяльністю людини. Наприклад, пил у повітрі з'являється в результаті виверження вулканів, вітрової ерозії ґрунту, водночас величезна кількість шкідливих домішок викидається промисловими підприємствами.

Своєю чергою, небезпечні, шкідливі й уражаючи фактори за природою дії поділяють на фізичні, хімічні, біологічні й психофізичні.

До фізичних небезпечних, шкідливих та уражаючих факторів належать:

машини та механізми, що рухаються, рухливі частини устаткування, хиткі конструкції та природні утворення;

гострі й падаючі предмети;

підвищення та зниження температури повітря й оточуючих поверхонь;

підвищена запиленість і загазованість повітря;

високий рівень шуму, інфразвуку, ультразвуку, вібрації;

підвищений або знижений барометричний тиск;

підвищений рівень іонізуючого випромінювання;

надто висока напруга в мережі, що може замкнутися на тіло людини;

підвищений рівень електромагнітного випромінювання, ультрафіолетової та інфрачервоної радіації;

недостатність і зниження контрастності освітлення;

підвищена яскравість, пульсація світлового потоку.

До хімічних небезпечних, шкідливих та уражаючих факторів належать: агресивні речовини, що використовуються в технологічних процесах; промислові отрути та отруйні речовини (сильнодіючі отруйні речовини -- СДОР), отрутохімікати; засоби захисту рослин; мінеральні добрива; лікарські засоби, що застосовуються не за призначенням; бойові отруйні речовини.

Хімічно небезпечні, шкідливі та уражаючи фактори поділяють за характером впливу на організм людини й шляхами проникнення в організм.

Біологічно небезпечними й шкідливими факторами є:

патогенні мікроорганізми (бактерії, віруси, особливі види мікроорганізмів: спірохети й рикетсії, гриби), а також продукти їх життєдіяльності -- токсини;

рослини, що містять небезпечні речовини;

заражені патогенними мікроорганізмами та хворі тварини.

Біологічне забруднення довкілля виникає в результаті аварій на підприємствах біотехнології, очисних спорудах, недостатньо очищеного устаткування промислових і побутових стоків.

Психофізіологічні небезпечні фактори -- це фактори, зумовлені особливостями характеру та організації праці, параметрів устаткування, яким обладнане робоче місце. Вони можуть впливати на функціональний стан організму людини, її самопочуття, емоційну та інтелектуальну сфери й призводити до стійкого зниження працездатності й порушення стану здоров'я.

За характером дії психофізіологічні небезпечні й шкідливі виробничі фактори поділяють на фізичні (статичні й динамічні) та нервово-психічні перевантаження: розумове перенапруження, перенапруження аналізаторів, монотонність праці, емоційні перевантаження.

Небезпечні й шкідливі фактори за природою своєї дії водночас можуть належати до різних груп.

Назвемо принципи нормування небезпечних, шкідливих та уражаючих факторів.

Нормування -- це визначення кількісних показників факторів оточуючого середовища, що характеризують безпечні рівні їх впливу на стан здоров'я й умови життя населення. Нормативи не можна встановити довільно, їх розробляють на основі докладного й всебічного вивчення взаємодії організму з відповідними чинниками навколишнього середовища. Дотримання на практиці нормативів сприяє створенню комфортних умов праці, побуту й відпочинку, зниженню захворюваності, збільшенню довголіття та працездатності всіх членів суспільства.

В основу нормування покладено принципи збереження сталості внутрішнього середовища організму (гомеостазу) й забезпечення його єдності з довкіллям, залежності реакцій організму від інтенсивності та тривалості впливу факторів навколишнього середовища, пороговості проявів несприятливих дій.

Під час обґрунтування нормативів використовується комплекс фізіологічних, біохімічних, фізико-математичних та інших методів дослідження для виявлення початкових ознак шкідливого впливу факторів на організм. Особливу увагу приділяють вивченню віддалених ефектів: онкогенного, мутагенного, алергенного впливу на статеві залози, ембріони й потомство, що розвивається. Остаточну апробацію нормативів здійснюють під час їх використання на практиці шляхом вивчення стану здоров'я людей, які контактують з нормованим фактором. Існують методи обліку комбінованої дії комплексу шкідливих факторів. Залежно від нормованого фактора навколишнього середовища розрізняють: гранично допустимі концентрації (ГДК); допустимі залишкові кількості (ДЗК); гранично допустимі рівні (ГДР); орієнтовно безпечні рівні впливу (ОБРВ); гранично допустимі викиди (ГДВ); гранично допустимі скиди (ГДС) тощо.

Гранично допустимий рівень фактора (ГДР) -- це той максимальний рівень впливу, який за постійної дії впродовж усього робочого стажу не викликає біологічних змін адаптаційно-компенсаторних можливостей, психологічних порушень у людини та її потомства.

Нормативи є складовою частиною санітарного законодавства та основою попереджувального й поточного санітарного нагляду, а також служать критерієм ефективності оздоровчих заходів, що розробляються й здійснюються з метою створення безпечного середовища існування.

1.2 Небезпечні хімічні речовини оточуючого середовища

Для організму людини різноманітність хімічних речовин має неоднозначне значення. Одні з них індиферентні, тобто не впливають на організм, другі -- шкідливо діють на нього, треті мають виражену біологічну активність, наприклад, будівельні матеріали чи компоненти живого організму, або складова частина хімічних регуляторів фізіологічних функцій: ферменти, пігменти, вітаміни. Останні отримали назву біологічно активних, або біогенних елементів. Усі біогенні елементи залежно від їх відсоткового вмісту в організмі людини поділяються на три групи:

макроелементи -- кисень, вуглець, водень, азот, хлор, сірка, фосфор, кальцій, натрій, магній, вміст яких в організмі людини становить 10-3 % і більше;

мікроелементи -- йод, мідь, кобальт, цинк, платина, молібден, марганець та інші, вміст яких в організмі -- 10-3--10-12 %;

слідові елементи, які знаходяться в організмі людини в кількості, що не перевищує 10-12 %.

Якісний і кількісний вміст хімічних елементів визначається природою організму, при цьому внутрішнє й зовнішнє середовище є єдиною, цілісною системою, що перебуває в динамічній рівновазі з оточуючим середовищем.

Слід зазначити, що фізіологічні можливості процесів урівноважування внутрішнього середовища організму з постійно мінливим зовнішнім середовищем обмежені. Втрата рівноваги, що виявляється у порушенні процесів життєдіяльності чи розвитку хвороби, може наставати у разі впливу надзвичайного за величиною або характером фактора зовнішнього середовища. Такі ситуації можуть мати місце на певних територіях унаслідок природного нерівномірного розподілу хімічних елементів у біосфері: атмосфері, гідросфері та літосфері.

Тут надлишок або брак певних хімічних елементів спостерігається в місцевій флорі й фауні. Такі території отримали назву «біогеохімічні провінції», а специфічні захворювання населення, що спостерігаються там, назвали геохімічними. Наприклад, якщо виявляється, що в ґрунті недостатньо такого хімічного елемента, як йод, то зниження його вмісту спостерігається в рослинах, які ростуть на цих ґрунтах, а також в організмах тварин, що харчуються цими рослинами. У результаті у харчових продуктах як рослинного, так і тваринного походження бракує йоду.

Хімічний склад ґрунтових і підземних вод відбиває хімічний склад ґрунту. У разі недостатньої кількості йоду в ґрунті його бракує й у питній воді. Йод відрізняється високою леткістю. У разі зниженого його вмісту в ґрунті, його концентрація в атмосферному повітрі також знижена. Таким чином, у біогеохімічній провінції, бідній на йод, організм людини постійно недоотримує його з їжею, водою й повітрям. Наслідком цього є поширення серед населення геохімічного захворювання -- ендемічного зоба.

У біогеохімічній провінції, що є бідною на фтор, за його вмісту у воді джерел водопостачання 0,4 мг/л і менше, спостерігається підвищена захворюваність на карієс зубів.

Існують й інші біогеохімічні провінції, наприклад ті, де бракує міді, кальцію, марганцю, кобальту, але є надлишок свинцю, урану, молібдену, марганцю та інших елементів.

Неоднорідна на різних територіях природна геохімічна обстановка, що визначає надходження в організм людини хімічних речовин з їжею, повітрям, водою за рахунок резорбції через шкіру, значною мірою може змінюватися в результаті діяльності людини. З'явилося таке поняття, як «антропогенні хімічні фактори середовища існування». Вони виникають як у результаті цілеспрямованої діяльності людини, так і внаслідок зростання народонаселення, концентрації його у великих містах, хімізації всіх галузей промисловості, сільського господарства, транспорту й побуту.

Безмежні можливості хімії зумовили застосування замість природних синтетичних і штучних матеріалів. У зв'язку з цим постійно зростає рівень забруднення довкілля:

атмосфери -- унаслідок промислових викидів, вихлопних газів автотранспорту, продуктів спалювання палива й пального;

повітря робочої зони -- через недостатню герметизацію, вентиляцію, механізацію та автоматизацію виробничих процесів;

повітря житлових приміщень -- унаслідок деструкції полімерів, лаків, фарб, мастик та інших засобів;

питної води -- у результаті скидання стічних вод і вимивання опадами шкідливих домішок з атмосфери;

продуктів харчування -- через нераціональне застосування гербіцидів, пестицидів і добрив у результаті використання нових видів упаковки й тари, неправильної годівлі худоби новими видами синтетичних кормів;

одягу -- у зв'язку з виготовленням його із синтетичних волокон;

іграшок, побутових предметів -- у зв'язку з їх виготовленням з використанням синтетичних матеріалів і фарб.

Усе це призводить до виникнення неадекватної процесам життєдіяльності хімічної обстановки, шкідливої для здоров'я, а іноді й життя людей. За таких умов проблема охорони довкілля й захист населення від небезпечного впливу шкідливих хімічних факторів стає вкрай актуальною.

Важко протистояти надходженню різноманітних хімічних речовин до навколишнього середовища й організму людини. Але його можна кількісно обмежити дозами, за яких шкідливі речовини стають індиферентними як для організму людини, так і біосфери в цілому.

Широкий розвиток хімізації зумовив застосування в промисловості й сільському господарстві величезної кількості хімічних речовин у вигляді сировини, допоміжних, проміжних, побічних продуктів і відходів виробництва. Ті хімічні речовини, що, проникаючи в організм навіть у невеликих кількостях, викликають у ньому порушення нормальної життєдіяльності, називають шкідливими. Шкідливі речовини, чи промислові отрути, у вигляді пари, газів, пилу є в багатьох галузях промисловості. Наприклад, у повітрі шахт є шкідливі гази (оксиди азоту та вуглецю), їх джерело -- підривні роботи. У металургійній промисловості, крім здавна відомих оксиду вуглецю й сірчистого газу з'являються нові токсичні речовини -- рідкісні метали, які застосовують у ливарному виробництві для одержання різних сплавів (вольфрам, молібден, хром, берилій, літій тощо). У металообробній промисловості поширені процеси травлення металів кислотами, гальванічне покриття, ціанування, кадміювання, азотування, покриття фарбами, за яких можливе виділення в повітря шкідливих газів і пари органічних розчинників. Значним джерелом шкідливих речовин у навколишньому середовищі є хімічна промисловість -- основна хімія, коксохімія, промисловість, що призначена для виробництва синтетичних смол, фарб, пластмас, каучуку, синтетичних волокон. У сільському господарстві головним джерелом шкідливих речовин є застосування отрутохімікатів.

За ступенем небезпечного впливу на організм людини шкідливі речовини поділяють на чотири класи: 1 -- надзвичайно небезпечні; 2 -- сильно небезпечні; 3 -- помірно небезпечні; 4 -- слабо небезпечні. Під час визначення класу небезпеки критеріями є ГДК, середня смертельна токсодоза, середня смертельна концентрація. Визначення здійснюються за показником, значення якого відповідає найвищому класу небезпеки.

Токсична дія отруйних речовин різноманітна, однак встановлено низку загальних закономірностей щодо шляхів надходження їх в організм, сорбції, розподілу й перетворення в організмі, виділення з нього, а також характеру дії згідно з їх хімічною структурою й фізичними властивостями.

Шкідливі речовини можуть надходити до організму чотирма шляхами: через легені під час дихання, через шлунково-кишковий тракт з їжею та водою, через неушкоджену шкіру шляхом резорбції, а також через ін'єкції та рани.

Надходження шкідливих речовин через органи дихання є основним і найнебезпечнішим. Поверхня легеневих альвеол за середнього їх розширення (тобто за спокійного, рівного дихання) становить 90--100 м2, товщина ж альвеолярної стінки коливається від 0,001 до 0,004 мм. Завдяки цьому у легенях створюються найсприятливіші умови для проникнення газів, пари, пилу безпосередньо у кров. Надходять хімічні речовини в кров шляхом дифузії унаслідок різниці парціального тиску газів або пари у повітрі та крові.

Розподіл і перетворення шкідливої речовини в організмі залежить від її хімічної активності. Розрізняють групу так званих нереагуючих газів, які через свою низьку хімічну активність в організмі не розподіляються на складові елементи або розподіляються дуже повільно, внаслідок чого вони досить швидко накопичуються у крові. До них належать пара всіх вуглеводнів ароматичного й жирного рядів та їх похідні.

Іншу групу становлять реагуючі речовини. Вони легко розчиняються в рідинах організму й беруть участь у хімічних процесах. До них належать, наприклад, аміак, сірчистий газ, оксиди азоту.

Спершу насичення крові шкідливими речовинами відбувається швидко унаслідок великої різниці парціального тиску, потім воно сповільнюється й за рівноваги парціального тиску газів або парів в альвеолярному повітрі й крові насичення припиняється. Після вивезення потерпілого із забрудненої зони починається десорбція газів і пари та видалення їх через легені. Десорбція відбувається на основі законів дифузії.

Небезпека отруєння пилоподібними речовинами не менша, ніж паро- та газоподібними. Ступінь отруєння при цьому залежить від розчинності твердої хімічної речовини. Якщо вона добре розчиняється у воді та жирах, то всмоктується вже в верхніх дихальних шляхах, наприклад, у порожнині носа (речовини наркотичної дії). Зі збільшенням обсягу легеневого подиху й швидкості кровообігу хімічні речовини сорбуються швидше. Таким чином, під час виконання фізичної роботи або перебування в умовах підвищеної температури повітря отруєння настає значно швидше.

Надходження шкідливих речовин через шлунково-кишковий тракт можливе з їжею та водою, а також через забруднені руки. Класичним прикладом інкорпорації в організм отрути може бути свинець. Це м'який метал, який легко стирається, забруднює руки, погано змивається водою й під час вживання їжі чи паління безперешкодно проникає в організм. Через шлунково-кишковий тракт хімічним речовинам потрапити в кров складніше, бо він має меншу, порівняно з легенями, поверхню, й тут виявляється особливість усмоктування: найкраще всмоктуються речовини, добре розчинні в жирах. Однак у шлунково-кишковому тракті токсичні речовини під впливом ферментів можуть перетворитися на ще більш несприятливі для організму форми. Наприклад, з'єднання свинцю, що погано розчиняються у воді, добре розчиняються в шлунковому соку й тому легко всмоктуються. Шкідливі речовини усмоктуються в шлунку і значною мірою в тонкому кишечнику. Переважна більшість хімічних речовин, що надійшли до організму через шлунково-кишковий тракт, потрапляє через систему ворітної вени в печінку, де затримується й певною мірою знешкоджується.

Через неушкоджену шкіру (епідерміс, потові й сальні залози, волосяні мішечки) можуть проникати шкідливі речовини, добре розчинні в жирах і ліпоїдах, наприклад, значна частина лікарських препаратів, речовини нафталінового ряду тощо. Ступінь проникнення хімічних речовин через шкіру залежить від їх розчинності у шарах, поверхні зіткнення зі шкірою, обсягу й швидкості кровотоку в ній. Наприклад, під час роботи в умовах підвищеної температури повітря, коли кровообіг у шкірі підсилюється, кількість отруєнь через шкіру збільшується. Велике значення при цьому мають консистенція та леткість речовини: рідкі леткі речовини швидко випаровуються з поверхні шкіри й не встигають усмоктуватися; найбільш небезпечні маслянисті мало леткі речовини. Вони тривалий час затримуються на шкірі, що зумовлює їх резорбцію.

Знання шляхів проникнення шкідливих речовин в організм визначає заходи профілактики отруєнь.

Шкідливі хімічні речовини, що надійшли в організм, зазнають різноманітних перетворень. Майже всі органічні речовини вступають у різні хімічні реакції такі, як окислення, відновлення, гідроліз, дезамінування, метилування, ацетилування, утворення парних з'єднань з деякими кислотами. Не перетворюються тільки хімічно інертні речовини, наприклад, бензин, що виділяється з організму в незмінному вигляді.

Неорганічні хімічні речовини також зазнають в організмі різноманітних змін. Для них характерна здатність відкладатися в якому-небудь органі, проте найчастіше вони накопичуються в кістках, утворюючи депо. До таких речовин належать свинець і фтор. Деякі неорганічні речовини окисляються, наприклад, нітрити -- у нітрати, сульфіди -- у сульфати.

Результатом перетворення отрут в організмі здебільшого є їх знешкодження. Однак існують винятки, й у результаті перетворення формуються ще більш токсичні речовини. Наприклад, метиловий спирт окислюється до формальдегіду й мурашиної кислоти, які є дуже токсичними.

Знання процесів перетворення хімічних речовин в організмі дає можливість вручатися в ці процеси, щоб попередити порушенню процесів життєдіяльності.

Важливе значення для безпеки існування організму має співвідношення між надходженням шкідливої речовини в організм й її виділенням. Якщо виділення речовини та її перетворення в організмі відбувається повільніше, ніж надходження, то вона накопичується в організмі й може тривалий час діяти на органи й тканини. Такими типовими речовинами є свинець, ртуть, фтор. Речовини, добре розчинні у воді й крові, повільно накопичуються й також само повільно виділяються з організму; леткі органічні речовини (бензин, бензол) швидко поглинаються й швидко виділяються, не накопичуючись в організмі (рис. 2.1).

Нині у зв'язку з розвитком промисловості й наростанням процесів урбанізації створюються умови надходження в організм людини одночасно кількох шкідливих хімічних речовин. У зв'язку з цим з'явилося таке поняття, як комбінована дія хімічних речовин на організм.

Можливі три основних типи комбінованої дії хімічних речовин: синергізм, коли одна речовина посилює дію іншої, антагонізм, коли одна речовина послабляє дію іншої, та сумація, чи адитивна дія, коли дія речовин у комбінації сумується. Токсикологічні дослідження свідчать, що переважно промислові отрути в комбінації діють за типом сумації, тобто дія їх інтегрується. Це важливо враховувати під час оцінювання якості повітряного середовища. Наприклад, якщо в повітрі є пара двох речовин, для яких встановлено ГДК 0,1 мг/л для кожного, то в комбінації вони справлятимуть такий самий вплив на організм, як 0,2 мг/л кожної з них окремо.

Для оцінювання повітряного середовища за умови комбінованої дії хімічних речовин запропоновано формулу:

де А1, А2, А3 -- виявлені в повітрі концентрації шкідливих речовин 1, 2, 3;

х1, х2, х3 -- гранично допустимі концентрації речовин 1, 2, 3.

Якщо сума в лівій частині рівняння більша одиниці, то стан повітряного середовища оцінюють як незадовільний.

Можливість адитивної дії хімічних речовин у комбінації враховують під час оцінювання повітряного середовища й проектування промислових підприємств.

Яка ж межа вмісту хімічних речовин у довколишньому середовищі, які кількісні границі цієї межі для безпеки життєдіяльності? Саме з огляду на це й виникло поняття гранично допустимих концентрацій (ГДК).

Згідно з визначенням, гранично допустимою концентрацією хімічної сполуки в навколишньому середовищі називають таку її максимальну концентрацію, за впливу якої на організм періодично чи впродовж усього життя прямо або опосередковано через екологічні системи, а також через можливий економічний збиток не виникає соматичних або психічних захворювань прихованих або тимчасово компенсованих, а також будь-яких змін у стані здоров'я, що виходять за межі пристосувальних фізіологічних коливань, які виявляють сучасні методи досліджень відразу чи у віддалений термін життя теперішнього й наступних поколінь.

Рис..1. Динаміка насичення крові парами під час дихання:

бензолу -- 1 і бензину -- 2. Т -- час, С -- концентрація

вібрація шум звук радіоактивний

Гранично допустимі концентрації у вигляді санітарних нормативів є юридичною основою для проектування, будівництва й експлуатації промислових підприємств, планування й забудови житла, створення та застосування індивідуальних засобів захисту.

Обґрунтуванню гранично допустимих концентрацій повинна приділятися велика увага, дослідження мають бути виконані ретельно, адже найменші помилки можуть призвести або до втрати здоров'я, або до значних економічних збитків.

Згадаємо відомий парадокс Гадамера: «Отрут як таких не існує». Зазвичай причиною отруєння є кількість речовини, яка надає їй за певних умовах якісно нових властивостей. Тут доречно нагадати відомі слова Парацельса: «Усе є отрутою, ніщо не позбавлене токсичності, одна лише доза робить отруту непомітною». На думку токсикологів, отрутою називають хімічний компонент середовища існування, який надходить в організм у кількості (зрідка -- в якості), що не відповідає вродженим і набутим властивостям організму, й тому є несумісним з життям. Отрути можуть справляти на організм як загально токсичну, так і специфічну дію: сенсибілізуючу (викликає надмірно підвищену чутливість), бластомогенну (призводить до утворення пухлин), гонадотропну (впливає на статеві залози), ембріотропну (діє на зародок і плід), тератогенну (викликає виродливість), мутагенну (дія на генетичний апарат). Отрути можуть викликати як гострі, так і хронічні отруєння.

Гострі отруєння мають переважно побутовий, а хронічні -- професійний характер. Гостре отруєння -- це отруєння, за якого симптомокомплекс розвивається за одноразового надходження в організм великої кількості шкідливої речовини .

Хронічним називають отруєння, що виникає поступово за повторного чи багаторазового надходження шкідливої речовини в організм у відносно невеликих кількостях.

Під час встановлення гранично допустимих концентрацій хімічних речовин у оточуючому середовищі вирішують такі завдання:

здійснюють розробку методик виявлення та кількісного визначення шкідливого хімічного компонента й встановлюють його фізико-хімічні властивості;

попередньо оцінюють токсичність й встановлюють орієнтовно безпечний рівень впливу токсичної речовини;

здійснюють моделювання взаємодії організму з досліджуваною хімічною речовиною й вивчення реакції організму на її вплив; якісне й кількісне оцінювання реакції організму; обґрунтування щодо рекомендації ГДК, а також інших заходів, спрямованих на попередження захворювань і підтримку оптимального самопочуття людини;

організують впровадження ГДК у практику й перевірку її ефективності на підставі вивчення стану здоров'я й самопочуття осіб, які контактують з досліджуваною хімічною речовиною.

Виходячи з поставлених завдань, стає очевидним, що організація такого різнобічного дослідження вимагає великих матеріальних витрат і залучення широкого кола фахівців різного профілю: хіміків, токсикологів, біохіміків, гістологів, лікарів, економістів.

Важливе значення під час з'ясування токсичності будь-якого компонента навколишнього середовища має вивчення його фізико-хімічних властивостей, що дає змогу за наявними у розпорядженні хіміків і токсикологів формулами розрахувати параметри, що дають первісні уявлення про токсичність речовини й можуть бути використані на стадії розробки технологічного процесу дослідної установки.

Наступним етапом дослідження є визначення токсичності речовини шляхом впливу на лабораторних тварин у одноразових дослідах для вивчення гострої дії речовини й під час повторного її введення різними шляхами для вивчення можливості хронічного отруєння.

У токсикологічних експериментах переважно використовують лабораторних тварин, реакція яких на вплив хімічних речовин найбільш близька до реакції організму людини. Зазвичай використовують не менше двох видів таких тварин. Найчастіше це білі миші, білі пацюки, кішки, кролики, морські свинки та ін. Важливе значення має вартісний чинник: більші тварини коштують дорожче. Якщо врахувати, що для повного обґрунтування ГДК хоча б в одному середовищі (наприклад, у повітрі робочої зони) потрібно близько 4000 тварин, стає зрозумілою вартість досліджень.

Під час моделювання на лабораторних тваринах взаємодії хімічної речовини з організмом мають на меті:

1) виявити можливості гострого отруєння;

2) якщо отруєння виникло, з'ясувати його симптоми й клінічну картину загибелі тварин;

3) шляхом дослідження трупів загиблих тварин визначити критичні органи ураження речовиною;

4) встановити параметри гострої токсичної дії речовини за різних шляхів надходження в організм: середньо-смертельної токсичної дози (токсодози) (LD50), середньо-смертельної концентрації (LCt50), порога гострої дії (PCt50). При цьому досліджують усі можливі шляхи надходження речовини в організм. Отримані значення параметрів необхідні для уточнення орієнтовного рівня впливу, що розраховується раніше аналітичними методами.

Одним з найважливіших етапів дослідження є визначення порога гострої дії речовини на організм. Величина цього показника токсичності дає можливість з'ясувати ймовірність гострого отруєння речовиною та ступінь її небезпеки за різних умов. Поріг гострої дії необхідно знати для вибору концентрацій під час моделювання хронічного отруєння.

Поріг гострої дії -- це та найменша концентрація хімічної речовини, що викликає статистично достовірні зміни в організмі у разі одноразового впливу. Знаючи поріг гострої дії, можна визначити зону гострої дії та коефіцієнт можливості інгаляційного отруєння.

Важливим є встановлення здатності речовини акумулюватися в організмі у разі повторного впливу. Кумуляцію вивчають за такого шляху введення речовини в організм тварин, який є найбільш характерним в умовах контакту людини з певною отрутою.

Вивчають також здатність токсичної речовини проникати через неушкоджену шкіру та наявність резорбтивної дії.

Головною характеристикою токсичної речовини є поріг її хронічної дії та характер впливу у разі повторного надходження в організм. Поріг хронічної дії -- це та мінімальна концентрація, що за хронічного впливу викликає істотні (достовірні) зміни в організмі лабораторних тварин. Поріг хронічної дії є основним показником під час встановлення ГДК хімічної речовини.

Специфічним параметром небезпеки речовини є коефіцієнт запасу -- це величина, на яку потрібно розділити поріг хронічної дії, щоб забезпечити повну безпеку речовини. Величина коефіцієнта запасу залежить від ступеня токсичності речовини, здатності до кумуляції, наявності специфічних видів дії й може коливатися від 2 до 20.

Рекомендовану ГДК, обґрунтовану експериментальним шляхом, корегують під час вивчення стану здоров'я персоналу та населення загалом і тільки після цього приймають як державний стандарт.

Таким чином, гранично допустима концентрація -- це щонайбільша концентрація шкідливих речовин, що впливає на здоров'я людини. Визначають її лікарі-гігієністи на підставі даних експериментальних досліджень над тваринами, а також спостережень за станом здоров'я людей, які зазнають впливу шкідливих речовин.

ГДК шкідливих речовин, що забруднюють повітряне середовище, регламентують відповідними документами.

Для атмосферного повітря введено гранично допустиму максимальну разову концентрацію шкідливих речовин ГДРК. Разову концентрацію визначають за пробами, відібраними впродовж 20 хвилин.

Для деяких шкідливих речовин установлено норматив середньо змінних ГДК, а для повітря населених пунктів -- середньодобових ГДКсд. Завдяки уведенню цих нормативів контролюють вміст у повітрі речовин, що накопичують свій шкідливий вплив на людину.

1.3 Фізично небезпечні фактори -- вібрація, шум, інфразвук та ультразвук

Коливання -- це багаторазове повторення однакових або майже однакових процесів, які супроводжують більшість природних явищ і явищ, зумовлених людською діяльністю.

Механічні коливання -- це періодично повторювані, обертальні чи зворотно-поступальні рухи. Це теплові коливання атомів, биття серця, коливання моста під ногами, землі від проїжджаючого поруч потяга.

Будь-який процес механічних коливань можна звести до одного чи кількох гармонічних синусоїдальних коливань. Основними параметрами гармонічного коливання є: амплітуда -- щонайбільше відхилення коливальної системи від положення рівноваги; період коливань -- час одного повного коливання; частота коливань -- кількість повних коливань за одиницю часу.

Усі види техніки, що мають вузли, які рухаються, створюють механічні коливання. Збільшення швидкості дії й потужності техніки призвело до різкого підвищення їх рівня, який називали вібрацією. Вібрація -- це малі механічні коливання, що виникають у пружних тілах під впливом змінних сил. Так, електродвигун передає на фундамент вібрацію, викликану неврівноваженим ротором. Ідеально врівноважити елементи механізмів майже неможливо, тому в механізмах з обертовими частинами майже завжди виникає вібрація. Вібрація поширюється землею у вигляді пружних хвиль і викликає коливання будинків і споруд.

Вібрація машин може призводити до порушення функціонування техніки й викликати серйозні аварії. Встановлено, що вібрація є причиною 80 % аварій у машинах, зокрема, вона призводить до нагромадження втомлюючих ефектів у металах, появи тріщин.

Під час вивчення впливу вібрації на людину, її тіло розглядають як складну динамічну систему. Численні дослідження свідчать, що ця динамічна система змінюється залежно від пози людини, її стану -- розслабленості, напруженості та інших чинників. Для такої системи існують небезпечні, резонансні частоти, й якщо зовнішні сили впливають на людину з частотами, близькими чи рівними резонансним, то різко зростає амплітуда коливань як усього тіла, так і окремих його органів.

Для тіла людини в сидячому положенні резонанс настає за частоти 4--6 Гц, для голови -- 20--30 Гц, для очних яблук 60--90 Гц. За цих частот інтенсивна вібрація може призвести до травми хребта й кісткової тканини, порушення зору, а у вагітних жінок викликати передчасні пологи.

Коливання викликають у тканинах організму перемінне механічне напруження. Зміни напруження вловлюються безліччю рецепторів і трансформуються в енергію біоелектричних і біохімічних процесів. Інформацію про вібрацію, що діє на людину, сприймає особливий орган чуттів -- вестибулярний апарат.

Вестибулярний апарат розташований у скроневій кістці черепа й складається з переддвір'я та напівкружних каналів, розташованих у взаємно перпендикулярних площинах. Вестибулярний апарат аналізує положення і переміщення голови в просторі, активізацію тонусу м'язів і підтримку рівноваги тіла. У переддвір'ї та напівкружних каналах є рецептори й ендолімфа (рідина, що заповнює канали та переддвір'я). Під час переміщення тіла й рухів голови ендолімфа робить неоднаковий тиск на чуттєві клітини. Оскільки напівкружні канали розташовуються в трьох взаємно перпендикулярних площинах, то за будь-якого переміщення тіла й голови збуджуються нервові клітини різних відділів вестибулярного апарата. Нервові волокна, що йдуть від рецепторів вестибулярного апарата, утворюють вестибулярний нерв, який приєднується до слухового нерва і йде в кінцевий мозок. У відповідній ділянці кори головного мозку в скроневій частині аналізуються сигнали від рецепторів вестибулярного апарата й приймається рішення щодо включення тих чи тих м'язів у роботу для відповідного розташування тіла відносно вектора дії гравітаційного поля.

Надмірне збудження рецепторів виявляється в так званих «повітряній» чи «морській» хворобах.

Якщо на людину діють вібрації широкого спектру, вестибулярний апарат може надсилати до центральної нервової системи помилкову інформацію. Це пов'язано з особливостями гідродинамічного пристрою вестибулярного апарата, що не пристосувався під час біологічної еволюції до функціонування в умовах високочастотних коливань. Така помилкова інформація викликає у деяких людей стан закачування, дезорганізує роботу багатьох систем організму, що необхідно враховувати у разі професійної підготовки.

Вплив вібрації на організм людини визначають рівнем віброшвидкості та віброприскорення, діапазоном діючих частот, індивідуальними особливостями людини. За нульовий рівень віброшвидкості беруть величину 5·10-8 м/с, а за нульовий рівень коливального прискорення -- 3·10-4 м/с2, які розраховані за порогом чутливості організму.

За способом впливу на людину вібрацію поділяють на загальну, що передається через опорні поверхні на тіло людини, яка сидить чи стоїть, і локальну, що передається через руки людини. Тривалий вплив вібрацій призводить до вібраційної хвороби, що є доволі поширеною серед професійних захворювань. Зауважимо, що розрізняють чотири стадії перебігу вібраційної хвороби залежно від ступеня ураження.

На першій, початковій стадії, симптоми незначні: слабо виражений біль у руках, зниження порогу вібраційної чутливості, спазм капілярів, біль у м'язах плечового пояса.

На другій стадії посилюється біль у верхніх кінцівках, спостерігається розлад чутливості, знижується температура тіла, синіє шкіра кистей рук і з'являється пітливість. За умови усунення вібрації на першій і другій стадіях лікування є ефективним і зміни зворотні. Третя й четверта стадії характеризуються інтенсивним болем і різким зниженням температури кистей рук. Відзначають зміни з боку нервової, ендокринної, а також судинної систем. Порушення набувають генералізованого характеру, спостерігаються спазми мозкових судин і судин серця. У хворих з'являються запаморочення, головний і загрудинний біль, зміни мають стійкий характер і зазвичай є незворотними.

Віброзахист людини -- це складна проблема біомеханіки. Під час розробки методів віброзахисту необхідно враховувати емоційний стан людини, напруженість роботи й ступінь її стомлюваності.

Основним заходом захисту від вібрації є віброізоляція джерела коливань. Прикладом можуть бути автомобільні й вагонні ресори. Віброактивні агрегати встановлюють на віброізоляторах (пружинах, пружних прокладках, пневматичних або гідравлічних пристроях), що захищають фундамент від впливу механічних коливань.

Санітарні норми й правила регламентують гранично допустимі рівні вібрації, заходи для її зниження, профілактику та лікування. Санітарні правила передбачають обмеження тривалості контакту людини з вібронебезпечним устаткуванням.

Біологічну активність вібрації використовують з лікувальною метою. Відомо, що фактори, які діють на живі об'єкти, викликають, залежно від інтенсивності дії, протилежні за значенням явища: стимулюють біопроцеси або їх пригнічують. Правильно дозовані вібрації певних частот не тільки не шкідливі, й, навпаки, збільшують активність життєво важливих процесів в організмі. За короткочасної дії вібрації спостерігається зниження больової чутливості. Спеціальний вібромасажер знімає м'язову втому й сприяє прискоренню відбудовних нервово-м'язових процесів у спортсменів.

Механічні коливання в пружних середовищах викликають поширення в них пружних хвиль, які називають акустичними коливаннями.

Енергія від джерела коливань передається часткам середовища. У процесі поширення хвилі частинки середовища втягуються у коливальний рух з частотою, що дорівнює частоті коливань джерела, із запізненням по фазі, що залежить від відстані до джерела й швидкості поширення хвилі. Відстань між двома найближчими об'ємами середовища, що коливаються в одній фазі, називають довжиною хвилі. Довжина хвилі -- це шлях, пройдений хвилею за час, рівний періоду коливань.

Пружні хвилі з частотами 16--20 000 Гц у газах, рідинах і твердих тілах називають звуковими хвилями. Швидкість звуку в повітрі за нормальних умов cтановить 330 м/с, у воді -- 1400, у сталі -- 5 000 м/с. Звуки, які сприймаються людиною, розрізняють за висотою та голосністю. Висоту звуку визначають частотою коливань: що більше частота коливань, то вищий звук. Голосність звуку визначають його інтенсивністю й виражають у Вт/м2. Однак суб'єктивно оцінювана голосність (фізіологічна характеристика звуку) зростає набагато повільніше, ніж інтенсивність (фізична характеристика) звукових хвиль. У разі зростання інтенсивності звуку в геометричній прогресії сприймана голосність підвищується приблизно лінійно. Тому звичайно рівень голосності L виражають у логарифмічній шкалі L = 10Ig(1/10), де 1 і 10 -- діючий та умовно прийнятий за основу рівень інтенсивності, що дорівнює 10-12 Вт/м2 і оцінюється як поріг чутливості людського вуха за частоти звуку 1000 Гц (людське вухо найбільш чутливе до частот 1000--4000 Гц). За цією шкалою кожний наступний ступінь звукової енергії (рівня подразнення) більший попереднього в 10 разів. Якщо інтенсивність звуку більша в 10, 100, 1000 разів, то за логарифмічною шкалою це відповідає збільшенню голосності (рівня сприйняття) на 1, 2, 3 одиниці. Одиницю виміру голосності в логарифмічній шкалі називають децибелом (дБ). Вона приблизно відповідає мінімальному зростанню сили звуку, що розрізняє вухо.

Для порівняння зазначимо, що середній рівень голосності мови становить 60 дБ, а двигун літака на відстані 25 м створює шум у 120 дБ.

Мінімальну інтенсивність звукової хвилі, що викликає відчуття звуку, називають порогом чутності. У різних людей він неоднаковий і залежить від частоти звуку.

Інтенсивність звуку, за якої у вусі виникають такі відчуття, як тиск і біль, називають порогом болючого відчуття. Зазвичай порогом болючого відчуття вважають інтенсивність звуку 100 Вт/м2, що відповідає 140 дБ.

Шум -- це сукупність звуків різної частоти й інтенсивності, що безладно змінюються в часі. Для нормального існування людині потрібен шум у 10--20 дБ. Такий шум створює листя у лісі. Розвиток техніки й промислового виробництва супроводжується підвищенням рівня шуму. В умовах виробництва дія шуму на організм людини часто поєднується з іншими негативними впливами: токсичними речовинами, перепадами температури, вібрацією тощо.

До фізичних характеристик шуму належать: частота, звуковий тиск, рівень звукового тиску.

За частотним діапазоном шуми поділяють на низькочастотні -- до 350 Гц, середньочастотні -- 350--800 Гц і високочастотні -- вище 800 Гц.

За характером спектра шуми бувають широкосмугові, з безперервним спектром, і тональні. У останніх у спектрі розрізняють тони.

За тимчасовими характеристиками шуми поділяються на постійні, переривчасті, імпульсні та коливальні в часі.

Звуковий тиск (Р) -- це середній за часом надлишковий тиск на перешкоду, яка перетинає шлях хвилі. На порозі чутності людське вухо сприймає за частоти 1000 Гц звуковий тиск P0 = 2·10-5 Па. На порозі больового відчуття звуковий тиск досягає 2·102 Па. Для практичних цілей зручною характеристикою звуку є величина, вимірювана в децибелах, -- рівень звукового тиску. Рівень звукового тиску N -- це виражене за логарифмічною шкалою відношення величини певного звукового тиску Р до граничному тиску Р0:

N = 20 Lg(P/P0).

Для оцінювання фізіологічного впливу шуму на людину використовують величини, які називають голосністю та рівнем голосності. Поріг чутності змінюється із частотою звуку: він зменшується зі збільшенням частоти від 16 до 4000 Гц, а потім зростає із збільшенням частоти до 20 000 Гц. Наприклад, звук, що створює рівень тиску у 20 дБ на частоті 1000 Гц, має таку саму голосність, як і звук у 50 дБ на частоті 125 Гц. Тому звук одного рівня голосності на різних частотах має не однакову інтенсивність.

Джерела шуму різноманітні. Це -- літаки, двигуни внутрішнього згорання, пневматичні інструменти, генератори звукових коливань музичних інструментів тощо.

Шум шкідливо впливає на організм людини, особливо на її нервову систему, що призводить до перевтоми й виснаження клітин головного мозку. Під впливом шуму виникає безсоння, швидко розвивається втомлюваність, знижуються увага та працездатність. Тривала дія шуму на людину призводить до гіпертонічної хвороби.

Шум викликає перевтому слуху й може зумовити зниження його остроти, так звану туговухість.

Так, короткочасний вплив рівня 120 дБ (шум двигуна) не призводить до незворотних наслідків, а тривалий вплив шуму 80--90 дБ може викликати професійну глухоту.

Туговухість -- це стійке зниження слуху, що утрудняє сприйняття мови оточуючих у звичайних умовах. Оцінювання стану слуху здійснюють за допомогою аудіометрії. Її проводять за допомогою спеціального апарата -- аудіометра. Зниження слуху на 10 дБ людина майже не відчуває, серйозне ослаблення розбірливості мови й втрата здатності чути слабкі, але важливі для спілкування звукові сигнали, настає у разі зниження слуху на 20 дБ.

Якщо методами аудіометрії встановлено, що в процесі професійної діяльності у людини знизився слух у діяльності мовного діапазону на 11 дБ, то настає факт професійного захворювання -- зниження слуху. Найчастіше зниження слуху розвивається впродовж 5--7 років перевтоми слуху.

Рівень шуму нормують санітарні норми й державні стандарти й він не повинен перевищувати допустимих значень.

Пружні хвилі з частотою менше 16 Гц називають інфразвуком. Медичні дослідження свідчать про те, що інфразвукові коливання є небезпечними для людини. Невидимі й нечутні хвилі викликають у неї почуття глибокої пригніченості й непояснимого страху. Особливо небезпечний інфразвук із частотою близько 8 Гц через його можливий резонансний збіг з ритмом біострумів. Інфразвук шкідливий за будь-яких умов. Слабкий інфразвук діє на внутрішнє вухо й спричиняє симптоми морської хвороби, сильний -- викликає вібрацію внутрішніх органів, що призводить до їх ушкодження й навіть до зупинки серця. За коливань середньої інтенсивності 110--150 дБ спостерігаються внутрішні розлади органів травлення та мозку з різними наслідками: непритомністю, загальною слабкістю тощо. Інфразвук середньої сили може спричинити сліпоту.

Наймогутнішими джерелами інфразвуку є реактивні двигуни. Двигуни внутрішнього згорання також генерують інфразвук. Природні джерела інфразвуку -- дія вітру й хвиль на різноманітні природні об'єкти та споруди.

У звичайних умовах міського й виробничого середовища рівні інфразвуку невеликі, але навіть слабкий інфразвук від транспорту входить у загальне шумове тло міста та є однією з причин нервової втоми жителів великих міст.

Рівень інфразвуку в умовах міського середовища й на робочих місцях має відповідати санітарним нормам.

Пружні коливання з частотою понад 16 000 Гц називають ультразвуком. Потужні ультразвукові коливання низької частоти 18--30 кГц і високої інтенсивності використовують у виробництві для очищення деталей, зварювання, паяння, свердління, а слабкі -- у дефектоскопії, діагностиці, для дослідних цілей.

Під впливом ультразвукових коливань у тканинах організму відбуваються складні процеси: коливання частинок тканини з великою частотою, які за незначної інтенсивності ультразвуку можна розглядати як мікромасаж; утворення внутрішнього тканинного тепла в результаті тертя частинок між собою, розширення кровоносних судин і посилення кровообігу; прискорення біохімічних реакцій та подразнення нервових закінчень.

Ці властивості ультразвуку використовуються в ультразвуковій терапії на частотах 800--1000 кГц за невисокої інтенсивності 80--90 дБ, що поліпшує обмін речовин і постачання крові у тканини.

Що більше частота ультразвуку, то більше він поглинається в повітрі. Низькочастотні технологічні ультразвукові хвилі справляють на людей акустичний вплив через повітря.

Поширюючись у біологічних середовищах, ультразвук поглинається й перетворює акустичну енергію в теплову.

Підвищення інтенсивності ультразвуку й збільшення тривалості його впливу можуть призвести до надмірного нагрівання біологічних структур і їх ушкодження, що супроводжується функціональним порушенням нервової, серцево-судинної та ендокринної систем, зміною в складі крові. Ультразвук здатний розривати молекулярні зв'язки. Відомо, що при цьому молекула води розпадається на радикали, наприклад ОН- і Н+. У такий самий спосіб ультразвук розщеплює високомолекулярні з'єднання. Уражаюча дія ультразвуку має місце за інтенсивності вище 120 дБ.

Потрапляючи у середовище, в якому поширюється ультразвук, людина зазнає його впливу. При цьому уражається периферична нервова система й суглоби в місцях контакту, порушується капілярний кровообіг у кистях рук, знижується больова чутливість. Встановлено, що ультразвукові коливання, проникаючи в організм, можуть спричинити серйозні місцеві зміни в тканинах -- запалення, крововиливи, некроз (загибель клітин і тканин). Ступінь ураження залежить від інтенсивності й тривалості дії ультразвуку, а також наявності інших негативних чинників.

Слід зазначити, що шум і вібрація підсилюють токсичний ефект промислових отрут. Наприклад, одночасна дія етанолу та ультразвуку призводить до посилення його несприятливого впливу на центральну нервову систему.

Існування людини в будь-якому середовищі пов'язане з впливом на неї та це середовище електромагнітних полів. Під час тертя діелектриків на їх поверхні з'являються надлишкові заряди, наприклад, на сухих руках накопичуються електричні заряди, що створюють потенціал близько 500 В. Земна куля заряджена негативно, між поверхнею Землі та верхніми шарами атмосфери різниця потенціалів становить понад 400 000 В. Це електростатичне поле створює між двома рівнями, що відстоять на зріст людини різницю потенціалів майже у 200 В. Однак людина цього не відчуває, бо добре проводить електричний струм і всі частинки її тіла мають один потенціал.

Рухаючись, хмари під дією тертя заряджаються. Різні частини грозової хмари несуть заряди неоднакових знаків. Найчастіше її нижні шари заряджені негативно, а верхні -- позитивно. Якщо хмари зближуються різнойменно зарядженими частинками, між ними виникає електричний розряд -- блискавка. Проходячи над Землею, грозова хмара створює на її поверхні великі наведені заряди. Різниця потенціалів між хмарою та Землею досягає величезних значень, що вимірюються сотнями мільйонів вольт, і в повітрі виникає сильне електричне поле. За сприятливих умов буває пробій. Блискавка іноді уражає людей і спричиняє пожежі.

Заряди значною мірою накопичуються на вістрях або тілах, які є близькими до них за формою. Поблизу цих вістрів утворюються високо напружені електричні поля. Саме тому блискавки потрапляють у високі об'єкти (вежі, дерева та ін.), отже, людині небезпечно перебувати на відкритому просторі під час грози поблизу дерев, що стоять окремо, або високих металевих предметів. Блискавки є також причиною майже половини всіх аварій у лініях електропередач. Для захисту будинків і різних споруд від статичної атмосферної електрики застосовують блискавковідводи. Це високий металевий стрижень із загостреним кінцем чи у вигляді мітли й тонких металевих лозин. Стрижень має проходити вздовж стіни будинка й внизу з'єднуватися з мідною пластиною, яку закопують у землю. Якщо на захищеному об'єкті хмарою наводиться заряд, він стікає через вістря блискавковідводу у землю, зменшуючи небезпеку влучання блискавки. Якщо ж розряд усе таки виникне, то блискавка потрапить у блискавковідвід і піде також у землю, не завдавши шкоди споруді.

Поряд з природними статичними електричними полями в умовах техносфери й у побуті людина зазнає впливу штучних статичних електричних полів.

Виникнення штучних статичних електричних полів зумовлене зростаючим застосуванням предметів домашнього побуту (іграшок, взуття, одягу, елементів інтер'єрів житлових і громадських споруд, деталей виробничого устаткування, апаратури, інструментів, деталей машин тощо), які зроблені з різних синтетичних полімерних матеріалів, що є діелектриками.

Під час тертя діелектриків у результаті поділу зарядів на їх поверхні можуть з'являтися значні не скомпенсовані позитивні чи негативні заряди. Величина заряду залежить від виду діелектрика. Особливо сильно, електризується поліетилен.

Електричні поля від надлишкових зарядів на предметах, одязі, тілі людини є причиною великого навантаження на її нервову систему. Дослідження свідчать, що найбільш чутливі до електростатичних полів центральна нервова й серцево-судинна системи організму. Встановлено, що для поліпшення самопочуття людини корисно знімати надлишковий електростатичний заряд шляхом заземлення або ходіння босоніж.