Термические негативные факторы

Термические факторы характеризуются показателями температуры, влажности и скорости движения воздуха. Термическое воздействие окружающей среды на человека обеспечивает жизненно важные процессы в организме, но в случае дискомфортных условий может существенно снижать работоспособность и приводить к опасным для жизни и здоровья последствиям (тепловым и солнечным ударам, ожогам, обморожениям и т.п.).

Температура является наиболее существенным термическим фактором воздействия на человека. Её воздействие обуславливает скорость обменных процессов в организме. Комфортными условиями для здоровья человека считается температура 18 - 22°С, при которой обеспечивается нормальный теплообмен. Негативные последствия возникают при повышении температуры выше 36°С. Под воздействием солнца, высокой температуры и влажности возможен перегрев организма, сопровождающийся солнечным или тепловым ударом.

Солнечный удар – состояние, возникающее вследствие сильного перегрева головы, в результате чего расширяются кровеносные сосуды мозга, происходит прилив крови к голове. Первыми признаками солнечного удара является покраснение лица и сильная головная боль. Могут проявляться и другие симптомы: тошнота, головокружение, шум в ушах, потемнение в глазах, рвота, потеря сознания.

Тепловой удар – состояние общего перегрева организма. Главной причиной перегрева является нарушение терморегуляции организма (в случае физического перенапряжения, обезвоживания организма, нарушения функции потовых желез). Первыми признаками теплового удара являются вялость, головная боль, покраснение лица, повышение температуры тела до 40°С, головокружение. Если причины не устранить, тепловой удар может сопровождаться потоотделением, бледностью, синюшностью кожных покровов, судорогами, нарушением сердцебиения, остановкой дыхания.

При кратковременном воздействии на человека высоких температур возможны ожоги. Ожог – это повреждение тканей, вызванное воздействием термических факторов различного происхождения (огонь, горячие предметы, горячий воздух или жидкость), химические вещества, электрический ток, солнечные лучи, ионизирующее излучение.

В зависимости от происхождения, различают ожоги термические, химические и лучевые. По внешним признакам термические ожоги подразделяют на 4 степени:

I – отёк и покраснение верхнего слоя кожи, болевые ощущения;

II – возникновение пузырей на коже, отмирание ороговевшего и гладкого слоя эпидермиса;

III – некроз эпидермиса, омертвение кожи, поражение её глубоких слоёв, мышц, тканей, кровотечение;

IV – некроз (отмирание) кожи и мягких тканей, мышц, сухожилий и костей.

По степени тяжести ожоги могут быть лёгкие, средней тяжести, тяжёлые и крайне тяжёлые. Степень тяжести ожогов определяется не только глубиной поражения кожи, но и площадью поверхности ожогов и наличием ожогов дыхательных путей. Ожоги большой площади вызывают специфические изменения всего организма и классифицируются как ожоговая болезнь. При тяжёлых ожогах, свыше 8 – 10%, при поверхностных ожогах, свыше 10 – 15% поверхности тела развивается ожоговый шок.

Низкие температуры при переохлаждении приводят к замерзанию или гипотермии. Гипотермия возникает, когда организм не может компенсировать теплоотдачу.

Замерзания могут проявляться в лёгкой, средней и тяжёлой формах. При лёгкой форме человек становится вялым, дыхание замедляется, пульс падает до 48 – 54 ударов, температура – до 32 - 34°С. При замерзании средней степени пострадавшие не могут самостоятельно передвигаться. При этом пульс падает до 40 – 48 ударов, а температура тела до 30 - 32°С. При тяжёлой степени замерзания человек теряет сознание, пульс едва ощущается, температура тела 27 - 29°С, возникает сердечная аритмия. Под воздействием холода не только тормозятся жизненные процессы в организме, но и функции нервной системы в целом. Смерть наступает задолго до того, как застынет тело.

Различают четыре степени обморожения:

I – кожа бледнеет, снижается её чувствительность, после согревания становится сине-красной, появляется отёк, затем зуд и постепенное шелушение;

II – на коже образуются отёки и волдыри, наполненные жидкостью, сопровождается болью, повышением температуры, лихорадкой;

III – возникает некроз кожи, тромбоз сосудов и повреждение тканей на разной глубине, возникают волдыри тёмно-бурого цвета, появляется сильная боль, потливость, лихорадка, потеря сознания;

IV – омертвение всех слоёв ткани, в том числе и костей, возникают волдыри с тёмной жидкостью, обмороженная зона чернеет, мумифицируется, изменяется состав крови, происходят тяжёлые изменения в функционировании организма.

Влажность важный показатель окружающей среды, воздействующий на организм человека. Наиболее благоприятные параметры относительной влажности 30 – 60 %. Большая влажность способствует перегреванию организма человека при высоких температурах и усиливает переохлаждение при низких температурах воздуха, вызывая негативные последствия. Низкая влажность может привести к обезвоживанию организма.

При высокой температуре большая влажность препятствует выведению тепла из организма, что приводит к его перегреванию. Одновременно влажный воздух имеет высокую теплопроводность (теплопроводность воды почти в 27 раз выше теплопроводности воздуха). Поэтому при высокой относительной влажности воздуха (свыше 60%) и низкой температуре тепло очень быстро поглощается окружающей средой и приводит к переохлаждению организма.

Высокой теплопроводностью воды обусловлена опасность долгого пребывания в ней человека. Так, продолжительность безопасного пребывания человека в воде с температурой 10°С составляет 20 – 40 минут, а при температуре 2 – 3°С переохлаждение наступает за 10 – 15 минут. На снижение теплоотдачи организма существенно влияет одежда, физическое состояние человека и др.

Ветреная погода ускоряет отдачу тепла. Оптимальная скорость движения воздуха для организма человека составляет, не более 0,1 м/сек. При высокой температуре движение воздуха создаёт более благоприятные условия для функционирования организма, а при низкой температуре способствует дополнительному переохлаждению.

2.3. Радиационные негативные факторы (ионизирующие излучения)

Радиационный фактор постоянно воздействует на человека и все живые организмы. Он обусловлен негативным воздействием различных видов высокоэнергетических излучений (ядерных и других видов ионизирующих излучений (ИИ) как природного, так и антропогенного происхождения).

В зависимости от энергии фотонов (квантов) их подразделяют на ионизирующие и неионизирующие излучения.

Ионизирующимизлучением называется излучение, взаимодействие которого с веществом создаёт в нём ионы с разными зарядами. Различают корпускулярное и фотонное ионизирующее излучение.

Корпускулярное ИИ – это поток элементарных частиц с массой покоя, отличной от нуля, образующийся при радиоактивном распаде, ядерных реакциях или генерирующийся на ускорителях. К нему относятся: α - и β - частицы, нейтроны (n), протоны (p) и др.

α- излучения – это поток частиц, являющихся ядрами атома гелия, β – излучения – это поток электронов или позитронов.

Нейтронное излучение – нейтральные элементарные частицы. Поскольку нейтроны не имеют электрического заряда, при прохождении через вещество они взаимодействуют только с ядрами атомов. В результате этих процессов образуются заряженные частицы (ядра отдачи, протоны, нейтроны), или γ – излучения, вызывающие ионизацию.

Фотонное излучение – поток электромагнитных волн, распространяющихся в вакууме с постоянной скоростью 300000 км/с. К нему относятся γ – излучения и рентгеновские излучения.

Излучения характеризуются по ионизирующей и проникающей способности.

Ионизирующая способность излучения определяется числом пар ионов, образованных частицей в единице объёма массы среды или на единицу длины пути.

Проникающая способность излучений определяется величиной пробега. Пробегом называют путь, пройденный частицей в веществе до полной её остановки.

α - частицы обладают наибольшей ионизирующей способностью и наименьшей проникающей способностью. Длина пробега этих частиц в воздухе составляет несколько сантиметров, а в мягкой биологической ткани – несколько десятков микрон.

β – излучения обладают изначально меньшей ионизирующей и большей проникающей способностью. Максимальный пробег достигает нескольких метров при большой энергии.

Наименьшей ионизирующей способностью и наибольшей проникающей способностью обладают фотонные излучения.

Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц — ядер гелия-4. Альфа-частицы, рождающиеся при радиоактивном распаде, могут быть легко остановлены листом бумаги. Бета-излучение — это поток электронов, возникающих при бета-распаде; для защиты от бета-частиц достаточно алюминиевой пластины толщиной в несколько миллиметров. Гамма-излучение обладает гораздо большей проникающей способностью, поскольку состоит из высокоэнергичных фотонов, не обладающих зарядом; для защиты эффективны тяжёлые элементы (свинец и т. д.), поглощающие фотоны в слое толщиной несколько см. Проникающая способность всех видов ионизирующего излучения зависит от энергии.

Все источники ИИ подразделяются на природные и техногенные. К природным относятся космические и земные недра, которые создают природное излучение (природный радиационный фон)

К техногенным, относятся источники, созданные для использования излучения или побочный продукт некоторых видов деятельности. Например, приборы технологического контроля, рентгеновское или другое медицинское оборудование и др.

Основную долю излучения люди получают от природных источников. Излучения, обусловленные рассеянными в биосфере искусственными радионуклидами, создаёт искусственный радиационный фон, который в настоящее время по земному шару добавляет к природному только 1-3%.

К природным источникам земного происхождения относятся излучения радиоактивных веществ, содержащихся в породах, грунте, строительных материалах, воздухе, воде. Установлено, что природный радиоактивный фон на 85% формируется за счёт радиоактивных веществ, находящихся в земной коре (уран, торий и их производные).

Количественной характеристикой источника ионизирующего излучения является активность, выражающаяся числом радиоактивных преобразований за единицу времени.

В международной системе (СИ) за единицу активности принято одно ядерное преобразование (распад) в секунду – беккерель (Бк). Внесистемная единица – кюри (Кu) – активность такого количества радионуклидов, в котором происходит 37 млрд распадов за 1 сек. Кюри приравнивается активности 1 г радия.

Степень действия ионизирующего излучения в любой среде зависит от величины поглощённой энергии излучения и оценивается дозой облучения.

Различают экспозиционную, поглощённую и эквивалентную дозы облучения.

Экспозиционная доза характеризует ионизирующую способность воздуха при γ и рентгеновском излучении. За единицу дозы в СИ принят кулон на 1 кг (Кл/кг) – доза облучения, при которой в 1 кг сухого воздуха образуются ионы, несущие электрический заряд одного знака 1 кулон. Внесистемная – рентген (Р) – такая доза γ – облучения, под воздействием которой в 1см³ воздуха образуется 2,08 млрд пар ионов.

Поглощённая доза характеризует энергию ионизирующего излучения, поглощённого единицей массы облучённого вещества. Единица – Грей (Гр); в СИ – 1 кг вещества поглощает энергию в 1 Дж (Дж/кг). Внесистемная единица – Рад. 1 Рад = 0,01 Дж/кг. 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 Рад. Рад – это такая поглощённая доза, при которой 1 г вещества поглощает энергию в 100 эргов, независимо от вида энергии ионизирующего излучения. (1 эрг равен работе силы в 1 дин при перемещении точки приложения силы на расстояние 1 см в направлении действия силы. 1 эрг = 10ˉ7 Дж).

Эквивалентная доза облучения определяет биологическое воздействие разных видов ионизирующего излучения на организм человека и служит для оценки радиационной опасности. В СИ измеряется в Зивертах (Зв). Зиверт соответствует поглощённой дозе в 1 Дж/кг (для рентгеновского и γ - излучения). Внесистемная единица – бэр (биологический эквивалент рентгена). 1 Зв = 100 бэр. При исключении попадания радиоактивной пыли в организм можно считать, что 1 бэр = 1 Рад = 1 р.

Биологическое действие ионизирующих излучений. Под воздействием ИИ на организм человека в тканях могут происходить сложные физические и биологические процессы. В результате ионизации живых тканей происходит разрыв молекулярных связей и изменение химической структуры различных веществ, что в свою очередь приводит к гибели клеток.

Опасность воздействия ИИ на организм человека обусловлена их специфическими особенностями, основными из которых являются:

· органы чувств человека не реагируют на ИИ;

· ИИ при взаимодействии с живым организмом проявляют высокую активность физико-химических и биологических процессов;

· Малые дозы облучения могут накапливаться в организме (кумулятивный эффект);

· Излучение влияет не только на конкретный живой организм, но и на его потомство (генетический эффект);

· Различные органы и системы тела имеют неодинаковую чувствительность к ИИ.

Механизмы взаимодействия ИИ с веществом обусловлены процессами передачи энергии орбитальным электронам атомов. Некоторые виды излучений (α – частицы, нейтроны) могут проникать в ядра атомов, вызывая ядерные реакции. Процессы передачи энергии атомам (молекулам) вещества почти мгновенны и завершаются ионизацией среды – образованием позитивных и негативных зарядов (ионов).

Механизмы взаимодействия ИИ с веществом зависят от вида и энергии излучения, от плотности среды. Эти свойства ИИ определяют глубину их прохождения сквозь среду и возможность ионизации атомов (молекул) вещества.

Установлено, что взаимодействие ионизирующих излучений с биологическими объектами (веществом клетки), содержащими воду, происходит в три этапа.

На первом этапе излучения воздействуют на сложные макромолекулярные образования, ионизируя и возбуждая их. При поглощённой дозе 10 Гр (1000 Рад) в клетке возникает до 3 ∙ 10⁶ ионизированных молекул. На эти процессы прямого воздействия используется до 80 % поглощённой энергии.

Физическая суть этого этапа воздействия заключается в выбивании электронов из молекул воды и образовании так называемых молекулярных ионов, несущих позитивный и негативный заряд:

Н₂О→ Н₂О+ + еˉ

Н₂О + еˉ→ Н₂Оˉ

Молекулярные ионы воды нестойкие и распадаются с образованием радикалов Н+, ОН, Н, ОНˉ. Считается, что основной эффект лучевого воздействия обусловлен радикалами Н, ОН и НО₂. Радикал НО₂, обладающий высокой окислительной способностью, образуется в процессе облучения воды в присутствии кислорода: Н + О₂ → НО₂. Этим объясняется кислородный эффект, возникающий в условиях снижения концентрации кислорода в период облучения и приводящий к уменьшению действия ионизирующих излучений на живой организм.

Этап взаимодействия ионизирующих излучений с биологическим объектом называют физической стадией лучевого воздействия.

Второй этап взаимодействия ИИ с биологическими объектами включает процессы химического взаимодействия радикалов белков, нуклеиновых кислот и липидов с водой, кислородом, радикалами воды и био молекулами, вследствие которых образуются органические перекиси, быстро протекающие реакции окисления, возникает множество изменённых молекул. Это этап физико-химического взаимодействия.

Третий этап взаимодействия обусловлен освобождением ферментов из клеточных органелл со сменой их активности, под воздействием которых происходит распад высокомолекулярных компонентов клеток, в том числе нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) и белков. Это биохимический этап.

Следующие этапы развития лучевого поражения проявляются в смене наследственных структур (мутаций) жизненно важных органов.

Чувствительность клеток различных органов в значительной мере зависит от скорости обменных процессов, которые в них протекают. Наибольшему воздействию подвержены клетки красного костного мозга, щитовидная железа, лёгкие, внутренние органы, т.е. органы, обладающие высокой скоростью деления клеток.

По степени чувствительности организма к ИИ (уязвимости) органы человека (критические органы) принято разделять на три группы.

Таблица 4

Установлено, что последствия воздействия на организм человека, тяжесть поражений и утрата трудоспособности в результате воздействия ИИ зависит от дозы облучения и его длительности. Кратковременное облучение дозой, свыше 1 Гр может привести к лучевой болезни и других поражений различной степени тяжести.

Ионизирующая радиация при воздействии на организм человека может вызвать два вида эффектов:

· лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.;

· злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни.

Острые поражения развиваются при однократном равномерном гамма облучении всего тела в поглощённой дозе выше 0,25 Гр. При дозе 0,25-0,5 Гр могут наблюдаться временные изменения в крови, которые быстро нормализуются. При дозе облучения 0,5-1,5 Гр. Возникает чувство усталости, менее чем у 10% облучённых может наблюдаться рвота, умеренные изменения в крови.

При дозе 1,5-2,0 Гр. (100-200 р), наблюдается лёгкая форма лучевой болезни, которая проявляется продолжительной лимфопенией, в 30-50 случаев – рвота в первые сутки после облучения. Смертельные исходы не регистрируются.

Лучевая болезнь средней тяжести возникает при дозе 2,5-4,0 Гр. (200-400 р), почти у всех облученных в первые сутки наблюдается тошнота, рвота, резко снижается содержание лейкоцитов в крови, появляются подкожные кровоизлияния, в 20% возможен смертельный исход через 2-6 недель после облучения.

Тяжёлая форма лучевой болезни развивается при дозе 4,0-6,0 Гр. (400-600р), 50% облучённых погибает в течение первого месяца.

Крайне тяжёлая форма лучевой болезни развивается при дозах облучения выше 6,0 Гр. (600 р), которая почти в 100% случаев заканчивается смертью вследствие кровоизлияния или инфекционных заболеваний. Приведённые данные относятся к случаям, когда отсутствует лечение. В настоящее время имеется ряд противолучевых средств, которые при комплексном лечении позволяют исключить летальный исход при дозах около 10 Гр.

Хроническая лучевая болезнь может развиваться при непрерывном или повторяющемся облучении в дозах, существенно ниже тех, которые вызывают острую лучевую болезнь. Наиболее характерными признаками хронической лучевой болезни являются изменения в крови, ряд симптомов со стороны нервной системы, локальные поражения кожи, поражения хрусталика, снижение иммунореактивности организма.

Степень воздействия радиации зависит от того, является облучение внешним или внутренним. Внутреннее облучение приводит к высоким локальным дозам радиации. Кальций, радий, стронций и другие накапливаются в костях, изотопы йода вызывают повреждение щитовидной железы, редкоземельные элементы – преимущественно опухоли печени. Равномерно распределяются изотопы цезия, рубидия, вызывая угнетение кроветворения, опухоли мягких тканей. Наиболее опасным из природных источников радиации является газ радон и продукты его распада (¾ годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы облучения населения от земных источников).

Способность вызывать отдаленные последствия – лейкозы, злокачественные образования, раннее старение – одно из коварных свойств ионизирующего излучения.

Гигиеническая регламентация ионизирующего излучения осуществляется нормами радиационной безопасности и гигиеническими нормативами.

Источники ионизирующего излучения могут быть закрытыми и открытыми.

Закрытыми называются источники ионизирующего излучения, конструкция которых исключает проникновение радиоактивных веществ в окружающую среду при соответствующих условиях эксплуатации. Это гамма-установки различного предназначения; нейтронные, бета и гамма-излучатели; рентгеновские аппараты и ускорители заряженных частиц. Во время работы с закрытыми источниками ионизирующего излучения персонал может подвергнуться только внешнему облучению.

Основными принципами обеспечения радиационной безопасности во время работы с закрытыми источниками ионизирующего излучения являются:

· снижение мощности источников излучения до минимально возможных величин (защита количеством);

· сокращение времени работы персонала с источником излучения до минимально возможных величин (защита временем);

· максимально возможное увеличение расстояния от источников излучения до людей (защита расстоянием);

· экранирование источников излучения материалами, поглощающими излучение (защита экраном).

Открытыми называются такие источники ионизирующего излучения, при использовании которых возможно попадание радиоактивных веществ в окружающую среду. При этом может происходить не только внешнее, но и внутреннее облучение человека.

Основными принципами защиты во время работы с открытыми источниками ионизирующего излучения являются:

· обязательное использование принципов защиты, применяющихся при работе с открытыми источниками излучения;

· герметизация и изоляция процессов, которые могут стать источником поступления радиоактивных веществ в окружающую среду;

· выполнение планирующих (организационных) мероприятий;

· применение санитарно-технических мероприятий и использование специальных защитных материалов;

· использование методов индивидуальной защиты, личной гигиены и санитарная обработка персонала;

· очистка от радиоактивного загрязнения поверхностей, аппаратуры и средств индивидуальной защиты;

· использование радиопротекторов (биологическая защита).

Первые шаги в решении проблемы радиационной безопасности были сделаны с началом образования (1921) во многих развитых странах национальных комитетов по защите от ионизирующих излучений.

Однако только в 1934 году Международная комиссия по защите от рентгеновского излучения и радия (МКРЗ, созданная в 1928 г.) впервые рекомендовала национальным комитетам и правительствам принять за предельно допустимую дозу (ПДД) 200 мР/с (1200 мР/нед) для лиц, работающих с источниками излучения.

Следующий этап обоснования допустимых доз облучения был обусловлен новыми данными научных исследований об отдалённых последствиях ионизирующих облучений, а также появлением высоковольтных рентгеновских установок. Это явилось основанием для принятия в 1948 г. решения МКРЗ о снижении ПДД в 4 раза (50 мР/с). В этом же году в рекомендациях МКРЗ по радиационной безопасности впервые было введено понятие о «критичных органах» - органах тела, облучение которых может причинить наибольший вред всему организму. К ним были отнесены кожа, кроветворные ткани, гонады и хрусталик глаза.

Исходя из генетической опасности ионизирующих излучений, в конце 1958 года МКРЗ, а в 1959 году Международный конгресс радиологов приняли решение об утверждении новых ПДД облучения, которые получили всеобщее признание и нашли отражение в решениях национальных комитетов по радиационной защите.

Таким образом, с 1934 по 1959 годы ПДД были трижды пересмотрены и снижены в 12 раз. В следующие десятилетия продолжалось уточнение отдельных нормативных положений по радиационной безопасности, которые нашли отражение в публикациях МКРЗ 1966, 1969, 1971 и 1977 годов.

На основании этих материалов и результатов исследований учёных бывшего СССР в 1969 году были разработаны «Нормы радиационной безопасности» (НРБ-69), пересматривавшиеся в 1976 году и после аварии на ЧАЭС в 1987 году.

Важным этапом в решении проблемы национальной радиационной безопасности в Украине было принятие Закона «Об использовании ядерной энергии и радиационной безопасности Украины» и «Норм радиационной безопасности Украины» (НРБУ – 97). Это основные нормативные акты, устанавливающие приоритет радиационной безопасности населения и окружающей среды в Украине. В этих актах реализованы рекомендации МКРЗ и основные принципы радиационной безопасности, суть которых сводится к следующему:

· не превышение установленной граничной дозы облучения;

· исключение любого необоснованного облучения;

· снижение дозы облучения до возможно низкого уровня.

Нормативными актами по вопросам радиационной безопасности определены основные принципы государственной политики в сфере использования ядерной энергии и радиационной защиты, права граждан и компетенция органов власти и другие важные меры, обеспечивающие правовую ответственность за радиационную безопасность в Украине.

Ответственность за исполнение НРБУ – 97 возложена на физических и юридических лиц, независимо от форм собственности и подчинённости, которые используют, хранят, транспортируют и осуществляют захоронение источников ионизирующего излучения, а также руководителей и должностных лиц органов исполнительной власти.

В зависимости от возможных последствий ионизирующих излучений на организм человека НРБУ – 97 установлены следующие основные дозовые пределы облучения и допустимые уровни для трёх категорий облучаемых лиц:

· категория «А» – лица, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений;

· категория «Б» – лица, которые не работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию РВ и других источников излучения;

· категория «В» – население страны, области.