16.5. Влияние ультразвука на организм человека

В настоящее время ультразвук широко применяется в различных областях техники и промыш-ленности, в особенности для анализа и контроля: дефектоскопия, структурный анализ вещества, определение физико-химических свойств материалов и др.

Технологические процессы: очистка и обезжиривание де-талей, механическая обработка твердых и хрупких материалов, сварка, пайка, лужение, электролитические процессы, ускорение химических реакций и др. используют ультразвуковые колебания низкой частоты (НЧ) - от 18 до 30 кГц и высокой мощности - до 6-7 Вт/см2. Наиболее распространенными источниками ультразвука являются пьезо-электрические и магнитные преобразователи. Кроме того, в производственных условиях НЧ ультразвук нередко образуется при аэродинамических процессах: работа реактивных двигателей, газовых турбин, мощных пневмодвигателей и др.

Значительное распространение ультразвук получил в медицине для лечения заболеваний позвоночника, суставов, периферической нервной системы, а также для выполнения хирургических операций и диагностики заболеваний. Американскими учеными был разработан эффективный метод удаления опухолей головного мозга(2002 г), не поддающихся обычному хирургическому лечению. В его основе принцип, использующийся при удалении катаракты - дробление патологического образования фокусированным ультразвуком. Впервые разработан аппарат, способный создать в заданной точке ультразвуковые колебания необходимой интенсивности и при этом не повредить окружающие ткани. Источники ультразвука располагаются на черепе пациента и испускают относительно слабые колебания. Компьютер рассчитывает направление и интенсивность ультразвуковых импульсов таким образом, чтобы они только в опухоли сливались друг с другом и разрушали ткани.

Кроме того, врачи научились с помощью ультразвука выращивать утерянные зубы заново (2006 г). Как обнаружили исследователи из канадского университета Альберты, пульсирующий ультразвук низкой интенсивности стимулирует повторный рост выбитых и выпавших зубов. Медики разработали особую технологию - миниатюрную “систему на чипе”, обеспечивающую заживление зубной ткани. Благодаря беспроводному выполнению преобразователя ультразвука, микроскопическое устройство, укомплектованное биологически совместимыми материалами, помещается во рту пациента, не доставляя ему дискомфорта.

Интенсивно используется в течение трех десятилетий диагностический ультразвук во время беременности и при заболеваниях отдельных органов. Ультразвук, натыкаясь на препятствие в виде органов человека или плода, определяет их наличие и размеры.

Британские исследователи из Лестерского университета применили ультразвуковые технологии в автоматизированной установке, которая снимает мерки с клиента для пошива одежды по индивидуальному заказу. В установке источник ультразвука и шестьдесят сенсоров регистрируют сигналы, отраженные поверхностью тела.

Для этих целей в технике используются звуковые колебания высокой частоты (ВЧ) - от 500 кГц до 5 МГц и малой мощности - от 0,1 до 2,0 Вт/см2. Интенсивность применяемого терапевтического ультразвука чаще всего не превышает 0,2-0,4 Вт/см2; частота колебаний ультразвука, при-меняемая для диагностики, колеблется от 800 кГц до 20 МГц, интенсивность варьирует от 0,01 до 20 Вт/см2 и более.

Это только некоторые области применения ультразвука. Человек во всех случаях подвергается его воздействию. Как влияет ультразвук на организм человека? Вредно ли это?

Ультразвук - это механические колебания упругой среды, распространяющиеся в ней в виде переменных сжатий и разрежений; с частотой выше 16-20 кГц, не воспринимаемые человеческим ухом.

С увеличением частоты ультразвуковых колебаний увеличивается их по-глощение средой и уменьшается глубина проникновения в ткани человека. По-глощение ультразвука сопровождается нагреванием среды. Прохождение ультразвука в жидкости сопровождается эффектом кави-тации. Режим генерации ультразвука может быть непрерывным и импульсным.

Кроме общего воздействия на организм работающих через воздух, НЧ ультразвук оказывает локальное действие при соприкосновении с обрабатываемыми деталями и средами, в которых возбуждены ультразвуковые вибрации. В зоне наибольшего воздействия ультразвука в зависимости от вида оборудования находятся кисти рук. Локальное действие может быть по-стоянным (удержание инструмента при обрабатываемой детали при лужении, пайке) или временным (погрузка деталей в ванны, сварка и т. п).

Воздействие от мощных установок (6-7 Вт/см2) опасно, т. к. может приводить к поражению периферического нерв-ного и сосудистого аппарата в местах контакта (вегетативные полиневриты, нарезы пальцев, кистей и предплечья). Контактное воздействие ультразвука чаще всего имеет место в момент загрузки и выгрузки деталей из ультразву-ковых ванн. Трехминутное погружение пальцев в воду ванны с мощностью преобразо-вателя 1,5 кВт вызывает ощущение покалывания, иногда зуда, а спустя 5 мин. после прекращения действия ультразвука отмечается ощущение холода, чувство онемения пальцев. Вибрационная чувствительность резко снижается, болевая чувствительность у разных лиц при этом может быть либо повышен-ной, либо пониженной. Кратковременный систематический контакт с озвучен-ной средой длительностью 20-30 с и более на подобных установках уже мо-жет приводить к развитию явлений вегетативного полиневрита.

Последствия воздействия ультразвука на организм: функциональные изменения со стороны центральной и перифери-ческой нервной системы, сердечно-сосудистой системы, слухового и вестибу-лярного анализатора, эндокринные и гуморальные отклонения от нормы; головные боли с преимуществен-ной локализацией в фронто-назальной орбитальной и височной областях, чрез-мерно повышеннаяю утомляемость; чувство давления в ушах, неуверенность походки, головокружение; нарушение сна (сонливость днем); раздражительность, гиперакузия, гиперосмия, боязнь яркого света, повышение порогов возбуди-мости болевого; в условиях воздей-ствия интенсивного ультразвука, сопровождаемого шумом, - не-достаточность сосудистого тонуса (понижение артериального давления, гипо-тония), растормаживание кожно-сосудистых рефлексов в сочетании с яркой вазомоторной реакцией; общецеребральные нарушения; вегетативный полиневрит рук (реже и ног) разной степени (пастозность, акроцианоз пальцев, термоасимметрия, расстрой-ство чувствительности по типу перчаток или носков); по-вышение температуры тела и кожи, снижение уровня сахара в крови, эозинофилия. Степень выраженности патологиче-ских изменений зависит от интенсивности и длительности действия ультра-звука; контакт с озвучиваемой средой и наличие шума в спектре также ухуд-шают состояние здоровья.

По сравнению с ВЧ шумом ультразвук заметно слабее влия-ет на слуховую функцию, но вызывает более выраженные отклонения от нормы со стороны вестибулярной функции, болевой чувствительности и терморегуля-ции. Интенсивный ВЧ ультразвук при контакте с поверхностью тела вызывает в основном те же нарушения, что и НЧ.

Особое внимание следует уделить диагностическому ультразвуку. В обзоре Крускал “Диагностическая визуализация во время беременности” (2000 г) отмечается, что ультразвуковые волны имеют потенциал повреждающего воздействия на биологические ткани за счет нагревания и кавитации. Однако документированного подтверждения биологических эффектов ультразвука пока нет. Канадское общество акушеров и гинекологов в 1999 году в своем заявлении отметило, что не существует научных доказательств повреждающего воздействия диагностического ультразвука на развивающийся плод. Ранее предполагалось, что воздействие ультразвука может быть ассоциировано с низкой массой плода при рождении, дислексией, повышенной частотой лейкемии, солидными опухолями, задержкой обучаемости чтению и письму. Риск ультразвукового исследования состоит в основном в возможной гипердиагностике или вероятности пропущенной патологии.

Допустимые уровни звукового давления ультразвуковых установок сле-дует принимать согласно “Санитарным нормам и правилам при работе на про-мышленных ультразвуковых установках” за № 1733-77, ГОСТ 12. 1. 001-89, СанПиН 2. 2. 2/2. 1. 8. 582, которые даны для 1/3 октавных полос в диапазонечастот 1,25-100 кГц и составляют 80 - 110 дБ. При контактном действии уровень ультразвука не должен превышать 110 дБ. ГОСТом предусмотрены изменения ПДУ ультразвука при суммарном сокращении времени его воздействия (на 6 дБ при вре-мени воздействия 1. . . 4 часа в смену и 24 дБ при времени воздей-ствия 1. . . 5 мин).

В основе предупреждения вредного действия ультразвука лежат меры технологического характера: создание автоматического ультразвукового обо-рудования (для мойки тары, очистки деталей), установок с дистанци-онным управлением; переход на использование маломощного оборудования. В этом случае интенсивность ультразвука и шума уменьшается на 20-40 дБ (например, при ультразвуковой очистке деталей, пайке, сверле-нии и др).

При проектировании ультразвуковых установок целесообразно выбирать рабочие частоты, по воз-можности больше удаленные от слышимого диапазона частот (не ниже 22 кГц), чтобы избежать действия выраженного ВЧ шума.

Ультразвуковые установки с превышающими нормативы уровнямишума и ультра-звука следует оборудовать звукоизолирующими устройствами (кожухами, экранами) из листовой стали или дюраля, покрытого звукопоглощающими материалами (рубероидом, технической резиной, пластмассой, антивибритом, гетинаксом, противошумной мастикой). Звукоизолирующие укрытия ультразвуковых установок должны быть изолированы от пола резиновыми прокладками и не иметь щелей и отверстий.

Установки, генерирующие ко-лебания с общим уровнем 135 дБ, размещают в кабинах со звукоизо-ляцией. Для исключения воздействие ультразвука при контакте с жидкими и твердыми средами, необходимо выключение ультразвуковых преобразователей; применение специального рабочего инструмента с виброизолирующей рукояткой и защита рук резиновыми перчатками с хлопчатобумажной подкладкой. При повышенном уровне виброскорости в диапазоне частот от 8 до 2000 Гц на поверхно-стях ультразвуковых инструментов (паяльники, сварочные пистолеты и др) и приспособлений для фиксации деталей необходимо прибегать к демпфирующим покрытиям.

Уста-новки размещаются в изолированных помещениях; отделяются перегородками на всю высоту помещения; ограждаются в виде кабин, бок-сов, выгородок с целью снижения шума и ультразвука на рабочих местах до допустимых величин. ; работающим следует использовать средства индивидуальной защиты.

При применении ВЧ ультразвука мероприятия должны направлены на защиту рук работающих. При работе в жидкой среде в усло-виях лаборатории или при проведении подводного массажа в физиотерапевти-ческих кабинетах контакт с жидкостью должен быть полностью исключен. При дефектоскопии работающие должны избегать прикосновения рук с пьезоэлементом дефектоскопического оборудования.

Предприятие-изготовитель должно указывать в эксплуатационной доку-ментации производственного оборудования ультразвуковую характеристику - уровни звукового давления в третьоктавных полосах принятого диапазона ча-стот, измеряемые в контрольных точках вокруг оборудования; режим работы, при котором должно про-водиться определение характеристик ультразвука. Работающие с ультразвуковым оборудованием проходят инструктаж о характере действия ультразвука; мерах защиты; условиях безопасного обслуживания ультразвуковых установок.

Противопоказания к приему на работу: хронические заболевания центральной и периферической нервной систе-мы, невриты, полиневриты; неврозы общие и сосудистые; перенесенные травмы черепа (сотрясение мозга); обменные и эндокринные нарушения; лабиринтопатия и хронические заболевания органа слуха; стойкое снижение слуха любой этиологии; гипотоническая и гипертоническая болезнь. Периодические медосмотры следует проводить 1 раз в год с участием не-вропатолога, терапевта, отоларинголога; важно исследование вестибулярного аппарата.

Таким образом, ультразвук, с одной стороны, широко используется во многих областях экономики, с другой стороны, пока ещё недостаточно изучено его влияние на организм человека при терапевтическом применении. Пациенты клиник, проходящие диагностику заболеваний с помощью ультразвука, мало информированы о возможном вреде здоровью. Следует вести хотя бы просветительскую работу в этом направлении.

Б17.1Механические колебания – это повторяющееся движение, при котором тело

многократно проходит одно и то же положение в пространстве. Различают

периодические и непериодические колебания. Периодическими называют

колебания, при которых координата и другие характеристики тела описываются

периодическими функциями времени. Колеба́ния — повторяющийся в той или иной степени во времени процесс изменения состояний системы около точки равновесия. Например, при колебаниях маятника повторяются отклонения его в ту и другую сторону от вертикального положения; при колебаниях в электрическом колебательном контуре повторяются величина и направление тока, текущего через катушку. .Вибрация (лат. Vibratio — колебание, дрожание) — механические колебания. Вибрация — колебание твердых тел.

О вибрации также говорят в более узком смысле, подразумевая механические колебания, оказывающее ощутимое влияние на человека. В этом случае подразумевается частотный диапазон 1,6—1000 Гц. Понятие вибрация тесно связано с понятиями шум, инфразвук, звук. Воздействие на организм

Действие вибраций на человека различно. Оно зависит от того, вовлечён ли в неё весь организм или часть, от частоты, силы и продолжительности и пр.

Воздействие вибрации может ограничиться ощущением сотрясения (паллестезия) или привести к изменениям в нервной, сердечно-сосудистой, опорно-двигательной системах.

Но вибрация в небольшой степени и в небольших количествах оказывает положительное влияние на человека.

17.2 Попадающие в организм химические вещества и пыль приводят к нарушению здоровья лишь в том случае, если их концентрация превышает определённую для каждого вещества величину. Для ограничения неблагоприятного воздействия вредных веществ применяют гигиеническое нормирование, устанавливая их предельно допустимые концентрации (ПДК) в различных средах. ПДК вредного вещества - это такая концентрация, которая не может вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе контакта с веществом или в отдалённые сроки жизни настоящего и последующих поколений. Содержание вредных веществ в той или иной среде не должно превышать установленных ПДК. Предполагается, что на рабочих местах вредные вещества действуют до 41 часа в неделю в течение рабочего стажа, а в бытовых условиях – на протяжении всей жизни. Поэтому установлены ПДК для рабочей зоны и для населённых мест (ГН 2.2.5.1313-03 «ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны», ГН 2.1.6.1338-03 «ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест»).

В зависимости от значений ПДК вредные вещества подразделяют на чрезвычайно опасные (ртуть, свинец, озон, бенз(а)пирен), высокоопасные (оксиды азота, сероводород, марганец, хлор), умеренно опасные (ацетон, ксилол, метиловый спирт, сернистый ангидрид)и малоопасные (аммиак, скипидар, бензин, оксид углерода, этиловый спирт). Следует учитывать, что даже малоопасные вещества при длительном воздействии и повышенной концентрации могут привести к тяжёлым отравлениям.

Для веществ, проникающих через кожные покровы, устанавливается предельно допустимый уровень загрязнения кожи (мг/см2) в соответствии с СН № 4618-88.

Для окружающей среды токсическое действие веществ оценивается такими величинами, как ПДКс.с. - предельно допустимая среднесуточная концентрация вещества в атмосфере населённых мест, мг/м3; ПДКм.р. - максимальная разовая ПДК в атмосфере населённых мест, мг/м3. Величины этих концентраций определены списком № 3086-84, утверждённым МЗ России.

В качестве примера в табл. 4.9 приведены ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны ПДКр.з. и среднесуточные ПДКс.с. в воздухе населённых мест.

Таблица 4.9

Наименование вещества ПДКр.з., мг/м3 ПДКс.с, мг/м3

Оксид углерода 20 3

Диоксид азота 2 0,04

Свинец и его неорганические соединения 0,01 0,0017

Ртуть металлическая 0,01 0,0003

Бенз(а)пирен 0,00015 0,000001

Нормы качества воды приведены в СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» и ГН 2.1.5.1315-03 «ПДК химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования». При этом нормируется содержание плавающих примесей и взвешенных веществ, запах, привкус, окраска и температура, значение рН, состав и концентрации минеральных примесей и растворённого в воде кислорода, биологическая потребность воды в кислороде, ПДК вредных веществ и болезнетворных бактерий. Требования к качеству питьевой воды указаны в СанПиН 2.1.4.1074-01 «Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения».

Нормирование химического загрязнения почв осуществляется по предельно допустимым концентрациям. Это концентрация химического вещества (в мг/кг пахотного слоя абсолютно сухой почвы), которая не должна вызывать прямого или косвенного отрицательного влияния на соприкасающиеся с почвой среды и здоровье человека, а также на самоочищающую способность почвы.

ПДК в пищевых продуктах устанавливаются с учётом допустимой суточной дозы или суточного поступления, что обусловлено чрезвычайным разнообразием пищевого рациона и его химического состава. При этом используются органолептический, общегигиенический, технологический и токсикологический показатели вредности.

Кроме того, существуют допустимые уровни выделения вредных веществ из полимерных материалов в контактирующие с ними среды (вода, воздух, продукты питания). Устанавливаются также нормативы выделения опасных химических веществ, образующихся в результате термодеструкции различных материалов.