Вибрация. Основные виды вибрации. Биологическое воздействие вибрации на организм

Содержание
Что такое вибрация?
Основные виды вибрации
Биологическое воздействие вибрации на организм

Что такое вибрация?
Вибрация — это физический фактор, действие которого определяется передачей человеку механической энергии от источника колебаний; основными характеристиками вибрации являются амплитуда смещения, скорость и ускорение.

Основные виды вибрации:
Общепринятым является деление вибраций на общие и местные.
Общая вибрация — это колебание всего тела, передающееся с рабочего места.
Локальная вибрация (местная вибрация) — это приложение колебаний только к ограниченному участку поверхности организма.
На производстве распространены оба вида вибрации: локальная — через руки (чаще всего при работе с ручными машинами), общая (по всему телу) — при положении сидя или стоя на рабочем месте (у машины и технологического оборудования). Все виды вибрации, действующие на производстве, объединяются термином «производственная вибрация».

Вибрация автомобилей, средств транспорта и самоходной техники, рабочих мест водителей имеет преимущественно низкочастотный характер, отличается высокими уровнями интенсивности в октавах 1—8 Гц. Вибрация автомобиля и автомобильной техники зависит от скорости передвижения, типа сиденья, амортизирующих систем, степени изношенности машины и покрытия дорог.
Вибрация рабочих мест технологического оборудования имеет средне- и высокочастотный характер спектров с максимумом интенсивности в октавах 20—63 Гц.
Ручные машины, особенно ударного, ударно-поворотного и ударно-вращательного действия, получили широкое распространение в различных отраслях народного хозяйства (строительстве, машиностроении, авиации, лесной и горнорудной промышленности). Изучение условий труда работающих на этих машинах показало, что выполнение многообразных трудовых операций сопровождается наряду с воздействием вибрации значительным физическим напряжением. Рабочие удерживают в руках машины весом до 15 кг, прикладывая при этом дополнительные усилия нажима на рукоятку инструмента в 10—40 кг. Неудобные рабочие позы, различные усилия нажима на инструмент создают значительное статическое напряжение мышц плеча и плечевого пояса, что усугубляет неблагоприятное воздействие вибрации.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИИ НА ОРГАНИЗМ
Для стоящего на вибрирующей поверхности человека имеются два резо­нансных пика на частотах 5 – 12 Гц и 17 – 25 Гц, для сидящего – на частотах 4 – 6 Гц. Для головы резонансные частоты лежат в области 20 – 30 Гц. В этом диапазоне частот амплитуда колебаний головы может превышать амплитуду колебаний плеч в три раза. Для лежащего человека область резонансных час­тот находится в интервале 3 – 3,5 Гц. Одной из наиболее важных колебатель­ных систем является совокупность грудной клетки и брюшной полости. Колебания в этой системе возникают в положении стоя. Колебания внутренних органов этих полостей обнаруживают резонанс на частотах 3 – 3,5 Гц. Мак­симальная амплитуда колебаний брюшной стенки наблюдается на частотах от 7 до 8 Гц, а передней стенки грудной клетки – от 7 до 11 Гц.
При увеличении частоты колебаний происходит ослабление ее передачи по телу человека. В положении стоя и сидя величина ослабления в костях таза увеличивается на 9 дБ на октаву изменения частоты, на груди и на голове – 12 дБ, на плече – 12 – 14 дБ. Эти данные не распространяются на резонансные частоты, при воздействии которых происходит не ослабление, а увеличение колебательной скорости. В условиях передачи через руку при силе нажима 10 кг ослабление вибрации на тыле кисти происходит с накло­ном 2,5 дБ на октаву, а на голове – с наклоном 16 дБ на октаву.

Рука человека может быть представлена эквивалентной системой, состоя­щей из сосредоточенных масс упругостей и сопротивлений. Коэффициенты, характеризующие упругость массы и колебательные потери руки, зависят главным образом от степени напряженности мышц руки и позы работающего. На рукоятке ручной машины в условиях работы с ней имеется один мак­симум – в области ниже 5 Гц и второй интенсивный максимум – в области частот 30 – 40 Гц, что соответствует резонансу системы «эффективная масса руки» (примерно 1 кг) и упругости мягких тканей внутренней стороны кисти.
Механическая система прямой руки человека имеет резонанс в области частот 30 – 60 Гц. При передаче колебаний от ладони к тыльной стороне кисти амплитуда колебаний при неизменной частоте 40 – 50 Гц уменьшается на 35 – 65 %. На участках между кистью и локтем, локтем и плечом проис­ходит дальнейшее ослабление колебаний. Наибольшее затухание наблюдает­ся в плечевом суставе и на голове. С увеличением силы нажима на рукоятку наблюдается пропорциональное возрастание проводимости вибрации на плече, составляющее 1,2 дБ на удвоение силы нажима для частоты 8 Гц, около 3 дБ – для частоты 16 Гц и 4 – 5 дБ – для частот 32 – 125 Гц. При увеличении силы нажима на инструмент человеком не только будет получе­но большое количество колебательной энергии в связи с увеличением вход­ного механического импеданса, но воздействие вибрации распространится на большую рецептивную зону.
Особенности воздействия производственной вибрации определяются час­тотным спектром и распределением в его пределах максимальных уровней энергии колебания.

Локальная вибрация малой интенсивности может оказывать благоприятное воздействие на организм человека, восстанавливая трофические изменения, улучшая функциональное состояние центральной нервной системы, ускоряя заживление ран и т.п. При увеличении интенсивности колебаний и длитель­ности их воздействия возникают изменения, приводящие в ряде случаев к развитию профессиональной патологии – вибрационной болезни. Наиболь­ший удельный вес (распространение) имеет патология, в этиопатогенезе ко­торой существенную роль играет местная (локальная) вибрация.
Согласно разработанной в нашей стране концепции, признанной в ряде стран Восточной Европы и Японии, вибрационная болезнь считается про­фессиональным заболеванием всего организма.
В Западной Европе и США в качестве профессионального заболевания, вызванного воздействием локальной вибрации, рассматривают главным об­разом синдром, связанный с побелением пальцев рук. Эти сосудистые нару­шения имеют различные названия, например феномен «мертвых», белых пальцев или синдром Рейно профессионального происхождения, травмати­ческая вазоспастическая болезнь; более позднее название – вызванные виб­рацией белые пальцы (VWF). Однако клиническая симптоматика вибраци­онных нарушений не исчерпывается сосудистыми поражениями, она вклю­чает и невротические расстройства, что постепенно начинают признавать и за рубежом.

Во многих странах широко применяется классификация вибрационного синдрома, разработанная W. Taylor и P. Pelmear (1974). Согласно этой клас­сификации, выраженность вибрационных нарушений – побеление пальцев (IV стадии) оценивается в зависимости от числа вовлеченных в патологиче­ский процесс фаланг, частоты приступов побеления с учетом того, насколь­ко они мешают трудовой деятельности и отдыху.
В 1983 г. Rigby и Cornish предложили более полную систему оценки нару­шений от локальной вибрации. Авторы выделили 4 категории: к I категории отнесено чувство онемения и (или) покалывания (не поддающееся объекти­визации), ко II категории – эпизодическое побеление пальцев рук, степень которого оценивается по специальной цифровой шкале, к III категории – акроцианоз, постоянная циркуляторная недостаточность с ухудшением чувствительности, к IV категории – некроз тканей каких-либо фаланг пальцев. Кроме стадии и количественной оценки степени побеления пальцев, указы­вается одна из пяти категорий нарушения трудоспособности.
На IV Международном симпозиуме по локальной вибрации (1986 г.) была представлена модификация классификации W. Taylor – P. Pelmear, где па­раллельно с сосудистыми выделены и неврологические стадии, в основу ус­тановления которых заложено снижение тактильной чувствительности и тактильной пространственной разрешающей способности. Мышечные и ко­стно-суставные нарушения в зарубежных классификациях не учитываются.

В нашей стране используется иной подход к оценке вибрационных нару­шений. Разработанная впервые в мире Е.Ц. Андреевой-Галаниной и соавт. (1956) классификация вибрационных нарушений – вибрационной болезни как самостоятельной нозологической формы, позволяющая выделить комп­лекс наиболее часто встречающихся синдромов, в настоящее время сущест­венно развита.
Утвержденная в 1985 г. Минздравом СССР «Классификация вибрационной бо­лезни от воздействия локальной вибрации» устанавливает 3 степени выражен­ности заболевания:
– начальные проявления (I степень);
– умеренно выраженные проявления (II степень);
– выраженные (III степень) проявления.

Каждая степень характеризуется определенными синдромами (периферический ангиодистонический, вегетативно-сенсорной полинейропатии и т.п.), причем при I степени отмечаются лишь нарушения в руках (сосудистые и сенсорные), при II и III степенях нарушения носят более генерализованный характер.
Помимо перифериче­ских сосудистых и сенсорных расстройств, рассматриваются дистрофические нарушения опорно-двигательного аппарата рук и плечевого пояса, нарушения мозгового кровообращения и синдром энцефалополинейропатии. Классификация позволяет оценить трудоспособность в зависимости от характера наблюдаемых синдромов.
В 1982 г. отечественными учеными разработана классификация вибраци­онной болезни от воздействия общей вибрации, в основу которой положен синдромный принцип, при этом учтен низкочастотный характер вибрации, хорошо распространяющейся по телу человека и вовлекающий в процесс вестибулярный анализатор.
В классификации выделяются начальные (I сте­пень), умеренно выраженные (II степень) и выраженные (III степень) про­явления вибрационной болезни от общих вибраций. В клинической картине вибрационной болезни ведущими являются церебрально-периферический ангиодистонический синдром и синдром вегетативно-сенсорной полинейропатии в сочетании с синдромом полирадикулонейропатии, вторичным пояснично-крестцовым синдромом (вследствие остеохондроза поясничного от­дела позвоночника).

Вибрационная болезнь, вызванная воздействием общей вибрации и толчков, наблюдаемая у операторов транспортных и транспортно-технологических средств, характеризуется синдромом вестибулопатии, который проявляется главным образом вестибуловегетативными расстройст­вами – головокружением, головной болью, тошнотой, рвотой, адинамией, брадикардией и др. Весьма характерны также дегенеративно-дистрофиче­ские изменения со стороны опорно-двигательного аппарата.

Особое место в клинике вибрационной болезни занимает патология со стороны опорнодвигательного аппарата. Воздействие общей вибрации при­водит к прямому микротравмирующему действию на позвоночник вслед­ствие значительных аксиальных нагрузок на межпозвоночные диски, кото­рые ведут себя как фильтры низких частот, являясь линейными даже в слу­чае локальных перегрузок в позвоночно-двигательном сегменте в результате перенапряжения познотонических мышц. Воздействие внешних и внутрен­них нагрузок на позвоночник приводит к дегенерации диска.
Локализация дегенеративных изменений в одном и том же отделе позво­ночника и значительная частота поясничных остеохондрозов у лиц вибро-опасных профессий позволяет предложить прямую связь данных изменений с патологией вибрационного генеза. Отмечено, что отчетливо выраженные остеофиты, как правило, локализуются на нижних краях I и II грудного и поясничного позвонков, а также на верхних краях II, III и IV поясничных позвонков.
Следует признать, что дегенеративные изменения позвоночного столба наряду с изменениями такого же порядка других отделов скелета у работаю­щих обнаруживаются нередко вне связи с неврологической симптоматикой. При этом диагностируемые на рентгенограммах патологические изменения костной структуры подчас являются единственными и сравнительно ранни­ми признаками вибрационной болезни.
Другим важным моментом является акселерирующее влияние вибрации на темпы естественных инволютивных процессов, поэтому обнаружение де­генеративных изменений, степень выраженности которых больше, чем сле­дует ожидать для возраста обследуемых, может свидетельствовать о наличии остеопатии, обусловленной вибрационным фактором.
В основе патогенеза вибрационной болезни лежит сложный механизм нервно-рефлекторных и нейрогуморальных нарушений, которые приводят к развитию застойного возбуждения с последующим стойким изменением как в рецепторном аппарате, так и в различных отделах нервной системы. Не­благоприятное влияние вибрации на организм человека характеризуется ло­кальным действием на ткани и заложенные в них многочисленные экстеро- и интерорецепторы (прямой микротравмирующий эффект) и опосредованно через центральную нервную систему на различные системы и органы. Важ­ную роль играют вторичные расстройства в результате нарушения трофики, вызванного сосудистой дисфункцией.

Клиническая симптоматика вибрационной болезни, обусловленная ло­кальной или общей вибрацией, складывается из нейрососудистых наруше­ний, поражений нервно-мышечной системы, опорно-двигательного аппара­та, изменений обмена веществ и др.
Существенное значение для патогенеза вибрационной болезни имеют как специфические, так и неспецифические реакции общего типа, отражающие адаптационно-компенсаторные реакции организма. Многолетнее изучение данной патологии позволило установить различные варианты ее течения с преимущественным проявлением нейрососудистых расстройств или патоло­гии опорно-двигательного аппарата.
Выраженность клинической симптоматики определяется в первую оче­редь спектральными и амплитудными параметрами вибрации и тем, в каких условиях это воздействие происходит. Так, воздействие низкочастотной виб­рации приводит к развитию вибрационной патологии с превалированием поражений нервно-мышечной системы, опорно-двигательного аппарата и менее выраженным сосудистым компонентом. Например, такая форма на­блюдается у формовщиков, бурильщиков и др. Средне- и высокочастотная вибрация вызывает различные по степени выраженности сосудистые, нерв- но-мышечные, костно-суставные и другие нарушения. При работе со шли­фовальными машинами и другими источниками высокочастотной вибрации возникают в основном сосудистые нарушения.
В результате влияния интенсивной локальной вибрации вначале возника­ют функциональные, а затем дистрофические изменения в рецепторном ап­парате и переваскулярных нервных сплетениях мелких сосудов в области верхних конечностей. Постепенно в процесс вовлекаются и другие отделы периферической и центральной нервной системы.
Повреждающее действие вибрации вызывает снижение функции гомеостатического регулирования тканевого метаболизма. Наступает также мест­ное повреждение интимы сосудов. Повышается активность щелочной фосфатазы крови, изменяется соотношение содержания нуклеиновых кислот – РНК и ДНК, снижается активность сукцинатдегидрогеназы.
Важную роль в инициировании приступа побеления пальцев играет воз­действие холода, вызывающее рефлекторное, опосредованное симпатиче­ской системой сужение сосудов. В пользу этой гипотезы свидетельствуют результаты гистологического изучения тканей пальцев рук, показавшие, что наряду с другими нарушениями в этих случаях имеет место выраженная ги­пертрофия мышц сосудистой стенки.

Усугубляет нарушение микроциркуляции и проницаемости сосудов кис­лородный дисбаланс. Исследование различных звеньев патогенеза вибраци­онной болезни (нейрогуморальных, микроциркуляторных, гормональных, фер­ментативных) позволяет предположить, что изменение тканевого метаболиз­ма и развитие дистрофических процессов связаны с наличием нарушений как местных ферментных систем, так и центральных рефлекторных влияний на тканевый обмен.
Дефицит кислорода способствует также развитию трофических наруше­ний в дистальных отделах верхних конечностей, в частности возникновению миофиброзов, артрозов и периатрозов, образованию кист, эностозов, сниже­нию минерального компонента костной ткани. Страдает капиллярное и прекапиллярное кровообращение в пальцах рук, а в последующем изменяется тонус крупных сосудов (артерий и вен) на предплечьях и плече, что клини­чески проявляется в виде ангиодистонического (или ангиоспастического) синдрома.
Определенное значение в патогенезе вибрационной болезни имеют изме­нения в свертывающей системе крови, способствующие нарушению микро­циркуляции и прогрессированию процесса. Наряду с указанным большое влияние на развитие периферических гемодинамических нарушений оказы­вает изменение механизмов вегетативно-сосудистой регуляции, связанное с измененным функционированием высших вегетативных центров и ретику­лярной формации ствола головного мозга, а также периферических вегета­тивных ганглиев.
Сосудистые нарушения при вибрационной болезни имеют тенденцию к генерализации, что в выраженных случаях может привести к постепенному развитию хронической недостаточности мозгового кровообращения.
Отмечаются также изменения функции гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы; нарушается соотношение вазоактивных веществ ренин-ангиотензинальдостероновой системы, появляются сдвиги в соотношении гормонов гипофизарно-тиреоидного комплекса, изменения в содержании циклических нуклеотидов и повышение в крови уровня простагландинов, сдвиги в кальций-магниевом обмене и т.д. В отдельных случаях вибрацион­ной болезни наблюдается изменение иммунологических показателей; при тя­желых формах вибрационной патологии отмечено нарушение функциональ­ной активности Т- и В-лимфоцитов.

Установлено, что развитие периферической полинейропатии сопровож­дается изменением активности холинэстеразы в мышцах. Расстройства дви­гательной функции, возникающие под воздействием локальной вибрации, обусловлены как нарушением координирующих влияний коркового отдела анализатора на периферию, так и непосредственным поражением мышц.
При работе с тяжелым пневматическим инструментом, когда имеет место значительное напряжение верхних конечностей, часто наблюдаются миофасцикулиты, миозиты мышц плечевого пояса, тендомиозит предплечья.
Нередко обнаруживаются деструктивно-дистрофические процессы в костно-сус­тавном аппарате.
Таким образом, в генезе вибрационной болезни от воздействия локальной вибрации играют роль как местное повреждение тканевых структур, обеспе­чивающих гомеостатическое регулирование тканевого метаболизма, так и на­рушение центральных (гуморальных и нейрорефлекторных) механизмов ре­гуляции периферического кровообращения, способствующее усугублению патологического процесса.
Что касается патогенеза вибрационной болезни от воздействия общих вибраций, то он остается до настоящего времени недостаточно изученным. Обобщенная клинико-физиологическая картина действия общей вибрации позволяет высказать гипотезу о механизме прямого микротравмирующего дей­ствия вибрации на опорно-двигательный аппарат, вестибулообусловленные и экстравестибулярные реакции. Частота и степень выраженности нарушений зависят от физических характеристик вибрации, эргономических параметров рабочего места, медико-биологических параметров человека-оператора.
Как известно, вибрационная болезнь отличается от общей вибрации полиморфностью, а наблюдаемые ранние периферические и церебральные ве­гетативно-сосудистые нарушения при этом нередко носят неспецифический функциональный характер.

По современным представлениям, патогенетический механизм формиро­вания вибрационных нарушений от воздействия общей вибрации является сложным процессом, состоящим из трех основных взаимосвязанных этапов.
Первый этап – рецепторные изменения, характеризующиеся дисфункцией вестибулярного аппарата, и связанные с ними функциональные нарушения вестибулосоматических, вестибуловегетативных, вестибулосенсорных реакций.
Второй этап – дегенеративно-дистрофические нарушения позвоночника (остеохондроз), возникающие при наличии экзогенных и эндогенных фак­торов, и связанные с ними явления декомпенсации трофической системы.
Третий этап – потеря адаптационных способностей органами равновесия и связанные с этим нарушения функционального состояния оптовестибуло- спинального комплекса вследствие патологической вестибулоафферентации.

На основании клинических, функциональных и экспериментальных ис­следований установлено, что одним из патогенетических механизмов вибра­ционной болезни наряду с нервно-рефлекторными нарушениями являются повышение венозного сопротивления, изменение венозного оттока, приво­дящего к венозному полнокровию, увеличение фильтрации жидкости и сни­жение питания тканей с развитием в дальнейшем периферического ангио- дистонического синдрома. Низкочастотная вибрация ведет к изменению морфологического состава крови: эритроцитопении, лейкоцитозу; имеет место снижение уровня гемо­глобина.

Отмечено влияние общей вибрации на обменные процессы, проявляю­щиеся в изменении углеводного обмена; биохимических показателей крови, характеризующих нарушения белкового и ферментативного, а также витамин­ного и холестеринового обмена. Наблюдаются нарушения окислительно-вос­становительных процессов, проявляющиеся в снижении активности цитохромоксидазы, креатинкиназы, в повышении концентрации молочной кислоты крови, изменении показателей азотистого обмена, в снижении альбумин- глобулинового коэффициента, в изменении активности коагулирующих и антисвертывающих факторов крови.
Установлено изменение минералкортикоидной функции: понижение концентрации ионов натрия в крови, повышение экскреции солей натрия и снижение солей колия. Имеет место нарушение деятельности эндокринной системы: нарушает­ся нейрогуморальная и гормональная регуляция функций, проявляющаяся в изменениях показателей гистамин-серотонина, содержания гидрокортизона, 17-оксикортикостероидов, катехоламинов