3.4. Определение влияния воздействия высоких температур на человека-оператора в интермиттирующем режиме

Данное направление исследований представляет научный и практический интерес. С научной точки зрения использование переменного выполнения работы в условиях высоких (50°С и 60°С) и комфортных (относительно дискомфортных температур – 33°С) могло бы объективизировать и более наглядно подтвердить или опровергнуть факт ухудшения качества выполнения деятельности в условиях воздействия высоких температур. С практической точки зрения в реальной авиационной практике наиболее часто встречается именно такой режим тепловой нагрузки на летный состав.

Исследования выполнены с участием 10 испытателей, проведено 3 серии исследований. В первой серии испытатели работали 3-кратно по 30 минут при температуре 24°С и 60°С, во второй – по 40 минут при 33°С и 50°С, в третьей – по 40 минут при 24°С и 33°С.

Результаты выполненных исследований суммированы на рис. 3.12.

Рисунок 3.12 – Динамика изменения средневзвешенной температуры кожи (Т_к), ректальной температуры тела (Т_р) и качества управления на тренажере (Σк) при интермиттирующем воздействии высоких температур различной направленности

На рисунке видно, что несмотря на относительно линейный прирост ректальной температуры во время работы при 24–60°С и 33–50°С и отсутствие такового при 24–33°С, динамика изменения качества деятельности практически полностью повторяет динамику изменения средневзвешенной температуры кожи. Так, переход из кабины, в которой поддерживались относительно комфортные условия, в условия тепловой нагрузки, равные 60°С, на фоне прироста средневзвешенной температуры кожи отмечается ухудшение точности пилотирования тренажером. После окончания выполнения деятельности в условиях 60°С и перехода в кабину, в которой температурные условия соответствовали 24°С, снижение температуры кожи сопровождалось практически полным восстановлением качества операторской деятельности. Ректальная температура после перегревания при 60°С в относительно комфортных условиях в течение 10–12 минут нарастала и затем в последующий 20-минутный период наблюдения снижалась до финальных значений пребывания в условиях воздействия высоких температур. Все сказанное свидетельствует о том, что и в этой серии исследований не подтвердилась зависимость точности выполнения операторской деятельности от уровня прироста ректальной температуры.

Исследования, выполненные при переменном режиме воздействия температур в диапазоне 33–50°С и 24–33°С привели к неожиданным результатам. В частности, материалы, полученные в обеих сериях исследования, свидетельствуют о том, что важна не конкретная цифра прироста температуры кожных покровов, а вектор изменения кожных температур.

Так, при переходе из комфортных условий в условия, соответствующие 50°С, качество деятельности как и в предшествующей серии исследований при 60°С повторяет динамику изменения средневзвешенной температуры кожи. Однако, если в предшествующей серии в 24°С последняя практически восстанавливалась до исходного уровня, то во второй серии при 33°С температура кожи не снижалась ниже 35°С, а работоспособность нормализовалась и даже улучшалась по сравнению с фоновыми данными.

Таким образом, результаты выполненных исследований подтвердили значимость изменения температуры кожных покровов для качественного выполнения операторской деятельности. При этом применительно к реальным условиям риск снижения точности пилотирования летчиком в большей степени вероятен при снижении и заходе на посадку, когда отмечается рост температуры в кабине летательного аппарата и, соответственно, температуры кожных покровов.

Глава 4. Установление дифференцированных нормативов температуры воздуха для кабин летательных аппаратов

Вопросы гигиенического нормирования факторов окружающей среды занимают ведущее место в профилактической медицине (Измеров Н. Ф., Капцов В. А., 1993, Измеров Н. Ф., Саноцкий И. В., 1976, Карнаух Н. Г., Шабленко С. М., 1983, Terano T., 1982).

В качестве основных методологических подходов при разработке гигиенических регламентов факторов производственной среды гигиенисты опираются на следующие принципы (Власов В. В. 1994, Кустов В. В., Тиунов Л. А., 1975, Методические рекомендации, 1983):

• пороговость действия всех факторов при соответствующих критериях вредности;

• установление безопасных уровней воздействия;

• ориентация на медицинские показатели, а не на техническую достижимость или экономическую целесообразность установления гигиенических нормативов;

• законодательный характер гигиенических нормативов.

Наряду с названными подходами, при разработке гигиенических нормативов применительно к конкретным физическим или химическим факторам производственной среды используются также специфические методические принципы, обусловленные особыми свойствами нормируемого фактора.

Так, при гигиеническом нормировании микроклимата производственных помещений основными принципами являются:

• оценка метеорологических условий по абсолютным величинам температуры, относительной влажности и подвижности воздуха (принцип раздельного нормирования компонентов микроклимата);

• оценка воздействия на организм человека комбинации метеофакторов с учетом категории тяжести выполняемой работы, и на этой основе установление допустимых пределов параметров микроклимата для легкой, средней тяжести и тяжелой работы;

• учет адаптации и акклиматизации человека к климатическим условиям и сезонам года, что обуславливает дифференцированность переходного и теплого периодов года.

Наличие существенных особенностей, отличающих объекты военной техники от промышленных предприятий, а также характер учебно-боевой работы личного состава Вооруженных Сил, требует творческого подхода в применении общих принципов гигиенического нормирования физических и химических факторов, определяющих условия обитаемости военно-технических объектов. В полной мере это относится и к микроклимату, как одному из ведущих факторов обитаемости.

В свете сказанного, специалистами военной гигиены сформулированы положения о динамическом, дифференцированном, многоуровневом, комплексном нормировании факторов обитаемости (Медведев В. И., 1974).

Динамическое нормирование предполагает определение величины нормируемого показателя в зависимости от длительности воздействия фактора, частоты воздействия, соотношения интервалов действия с длительностью периодов отсутствия воздействий и так далее.

Дифференцированное нормирование учитывает особенности и сложность психофизиологической структуры деятельности, режимов труда, а также специфические требования, предъявляемые к конкретной деятельности военных специалистов.

Многоуровневое нормирование осуществляется на основе критериев, определяющих допустимые изменения гомеостатического регулирования в организме человека-оператора и предполагает разработку допустимых, оптимальных, предельно допустимых и предельно переносимых нормативов.

Определение понятий оптимальных, предельно допустимых и предельно переносимых значений факторов внешней среды (гигиенических норм) содержится в ГОСТе 21035–75.

В настоящее время успешно развивается и совершенствуется также принцип комплексного нормирования факторов обитаемости военной техники. Это относится, прежде всего, к факторам внешней среды, обладающим однонаправленным действием на организм, совместное действие которых приводит к изменению вредного влияния каждого из них.

Кроме названных, разработка нормативов предполагает учет специфики назначения, эксплуатационные характеристики, способы и условия использования образцов военной техники, а также возможностей человека в системе «человек – машина» и особенностей условий труда военных специалистов.

Решающим условием для осуществления нормирования является выбор критериев, которые позволяют разграничить уровни воздействия нормируемых факторов.

К ним в первую очередь относятся (Ломов О. П., 1989, Садиков Г. Н., Азонова Е. К., 1982, Jampietro P. E., 1972 352, Vanggaard L., 1977):

• показатели, характеризующие уровень напряжения функциональных систем организма и степень опасности для здоровья;

• показатели, характеризующие влияние факторов среды на психофизиологическое состояние человека и его возможности выполнять целенаправленную деятельность;

• субъективные ощущения специалиста.

4.1. Обзор литературы

Актуальность защиты членов экипажей от неблагоприятных температурных воздействий в кабинах летательных аппаратов появилась практически с возникновением авиации. Первоначально эта проблема, как справедливо отмечает А. Н. Ажаев (1979), решалась главным образом путем изыскания средств защиты летчика от низких температур, ветра и атмосферных осадков. Однако совершенствование авиационной техники, быстрый рост скорости и практического потолка самолетов, создание герметических кабин выдвинуло на первый план вопросы разработки средств индивидуальной и коллективной защиты летных экипажей и пассажиров от экстремальных воздействий факторов обитаемости в кабинах ЛА. Возникла необходимость обоснования гигиенических нормативов для основных физических и химических факторов, воздействующих на человека в полете, в том числе температурного режима. Для ЛА военного назначения они содержатся в таких нормативно-технических документах, как «Общие технические требования ВВС 1986 года к объектам авиационной техники» (ОТТ ВВС-86), часть 8, «Требования к средствам жизнеобеспечения, спасения и защиты экипажей летательных аппаратов» и также в ГОСТе 21952–76 «Система “человек – машина”. Микроклимат на рабочем месте оператора. Предельно допустимые значения». В обоих документах требования к температуре воздуха в кабинах ЛА сводятся к необходимости поддержания уровня температуры в пределах 20 ± 5°С (293 ± 5°К). При этом экипажу должна быть обеспечена возможность устанавливать температуру воздуха в кабинах (в зоне нахождения людей) на любом значении от 15 до 25°C с последующим автоматическим поддержанием ее на заданном уровне. Отклонение температуры воздуха от заданной не должно превышать ±3°С независимо от режима полета и режима работы двигателей. Необходимо отметить, что требования к температурному режиму в кабинах ЛА представлены вне зависимости от продолжительности полетов, используемых комплектов полетной одежды и спецснаряжения, без учета уровня эмоционального стресса, испытываемого членами летных экипажей и характера выполняемого ими полетного задания. Данные требования не учитывают также степень напряжения физиологических систем терморегуляции у членов летных экипажей как в диапазоне регламентируемых температур, так и за его пределами в течение различных временных интервалов с учетом комбинированного действия других факторов полета. Это не позволяет судить об опасности температурных флюктуаций, возникающих при неустановившихся режимах полета, в случаях отказов бортовых систем кондиционирования воздуха в процессе полета и в других обстоятельствах. Все вышесказанное дает основания для заключения, что существующие гигиенические нормативы температурного режима в кабинах ЛА нуждаются в уточнении.

Имеющиеся немногочисленные материалы об опыте нормирования температур в кабинах ЛА за рубежом также свидетельствуют о целесообразности более гибкого подхода к решению этой проблемы. Так, например, военный стандарт США (Military specifcation, 1971) в качестве регламентируемого параметра рассматривает среднюю температуру в кабине, уровень которой должен составлять 21,1°С (70°F). При переходных режимах в течение до 30 минут допускается средняя температура 26,7°С (80°F). Датчик температуры в кабине должен быть рассчитан на диапазон температур от 4,4 до 32,2°С (от 40 до 90°F), при этом в установившемся режиме регуляторы должны поддерживать заданную среднюю температуру в отсеке в пределах ±1,7°С (±3°F). Разность температур в двух точках замкнутого объема, занимаемого сидящим персоналом, не должна отклоняться более чем на 2,8°С (5°F) от средней температуры в кабине. Температура в зонах временного пребывания членов экипажа не должна отклоняться более, чем на 5,56°С (10°F) от средней температуры в кабине. Скорость воздушных потоков в зоне размещения экипажа или пассажиров не должна превышать 1,52 м/с (300 футов/мин).

Таким образом, отличительной чертой температурных требований, изложенных в данном документе, является прежде всего их дифференциация в зависимости от режима полета и наличие допусков существенных отклонений температурного уровня от оптимума, ограниченных временными пределами.

Другой особенностью является более широкий диапазон регулируемых температур (от 4 до 32°С), а также достаточно узкие пределы допустимых отклонений при автоматическом регулировании заданного уровня температуры (±1,7°С). Выполнение этих требований обеспечивает возможность выбора летным составом такого температурного режима в кабине, который был бы наиболее оптимальным с учетом характера и длительности полета, а также экипировки членов экипажа.

Британские нормы летной годности гражданских самолетов в качестве параметра, характеризующего температурный режим в кабинах самолетов принимают температуру, определяемую шаровым термометром и зависящую от температурного излучения окружающих поверхностей, температуры воздуха, солнечной радиации и конвекционной теплопередачи. Этот документ предъявляет требования, чтобы при полете в нормальных условиях члены экипажа могли бы выбирать и поддерживать температуру в пределах от +15 до +30°С. Минимальный уровень температуры допускается +5°С. Для высоких уровней температуры, возникновение которых возможно при неполадках в системе кондиционирования воздуха, даются температурно-временные зависимости, регламентирующие максимально допустимые пределы времени экстремальных температурных воздействий.

Таким образом, учитывая особенности значений факторов среды обитания в кабинах летательных аппаратов, не всегда соответствующих нормативным уровням, можно заключить, что совершенствование температурных требований к кабинам летательных аппаратов предполагает разработку многоуровневых, дифференцированных нормативов.

В настоящее время предлагается определять следующие значения факторов внешней среды на рабочем месте специалиста-оператора военного профиля:

• оптимальное – обеспечивающее оптимальную динамику работоспособности оператора, хорошее самочувствие и сохранение его здоровья;

• предельно допустимое – обеспечивающее в течение определенного интервала времени заданную работоспособность и сохранение здоровья, но вызывающее у человека-оператора неприятные субъективные ощущения и функциональные изменения, не выходящие за пределы физиологической нормы;

• предельно переносимое – значение фактора, которое приводит к снижению работоспособности человека-оператора и вызывает функциональные изменения, выходящие за пределы физиологической нормы, но не ведущие к патологическим нарушениям.

Применительно к задаче нормирования температурного фактора один из ведущих специалистов авиационной медицины А. Н. Ажаев (1979) предлагает подход, в котором содержатся элементы всех вышеизложенных точек зрения. Автор предлагает считать оптимальными такие условия, при которых не требуется включения компенсаторно-приспособительных механизмов терморегуляции. Допустимыми предполагается считать такие условия, при которых наблюдается определенное напряжение механизмов гомеостатического регулирования температуры тела, однако отсутствуют изменения работоспособности и явления кумуляции при повторном действии, а также опасность для здоровья. Предельно допустимыми условиями автор считает такие, при которых значительное напряжение компенсаторно-приспособительных механизмов не обеспечивает полного приспособления организма к воздействию внешней среды. При этом наступает снижение работоспособности, но нет опасности для здоровья и не происходит кумуляции при повторных воздействиях. Кроме того, он выделяет еще критические (предельно переносимые) условия, которые характеризуются срывом физиологической терморегуляции, снижением работоспособности и возникновением опасности для здоровья при длительном или повторном действии неблагоприятных температур.

Аналогичным образом Ю. И. Приемский (1978) предлагает установить три уровня гигиенических нормативов: оптимальный, допустимый (эксплуатационный) и предельно допустимый. В качестве основных автор предлагает использовать оптимальные и допустимые температуры, как не требующие регламентирования по времени, при этом:

• оптимальными являются такие тепловые воздействия, при которых изменение теплосодержания в организме человека не превышает 50 кДж/м², и не происходит заметного напряжения терморегуляторных реакций;

• допустимыми можно признать такие тепловые воздействия при которых изменение теплосодержания в организме за счет изменения температуры тканей оболочки тела не превышает 100 кДж/м², а также не происходит нарушения психофизиологических функций и работоспособности оператора при умеренном напряжении физиологических механизмов терморегуляции;

• предельно допустимыми являются такие тепловые воздействия, при которых изменение теплосодержания в периферических тканях организма составляет от 110 до 170 кДж/м² при выраженном напряжении терморегуляторных механизмов, и имеет место умеренное изменение психофизиологических функций, лежащих в основе операторской деятельности, но сама деятельность не нарушена;

• предельно переносимые – это такие тепловые воздействия, которые, несмотря на максимальное напряжение физиологических механизмов терморегуляции, вызывают накопление тепла в организме свыше 170 кДж/м² с повышением температуры как «оболочки», так и сердцевины тела. При этом происходит нарушение качества профессиональной деятельности оператора и возникает угроза патологического состояния на фоне резко выраженного ухудшения самочувствия.

В целом, считая правомочными приведенные точки зрения на уровни воздействующих на летчика температур, мы исходили прежде всего из того факта, что они не должны снижать показатели работоспособности и переносимости пилотажных перегрузок и кроме того минимизировать ухудшение функционального состояния при повторных нагрузках.

В качестве исходной посылки нами рассматривается также несколько уровней интенсивности микроклиматических факторов среды обитания:

• оптимальный, гарантирующий сохранение здоровья и работоспособность летчика при неограниченном времени воздействия;

• допустимый, обеспечивающий сохранение здоровья и работоспособность при условии многократного или непрерывного действия факторов в течение определенного времени;