職業暴露

全身振動への職業暴露は、主に輸送中に発生しますが、一部の産業プロセスに関連して発生することもあります。 陸上、海上、航空輸送はすべて、不快感を引き起こしたり、活動を妨げたり、怪我の原因となる振動を発生させる可能性があります。 表 1 に、健康リスクに関連する可能性が最も高い環境をいくつか示します。

表 1. 全身振動の悪影響を警告することが適切な活動

トラクターの運転

装甲戦闘車両 (戦車など) および類似の車両

その他のオフロード車:

土工機械—ローダー、掘削機、ブルドーザー、グレーダー、

• スクレーパー、ダンパー、ローラー
• 森林機械
• 鉱山および採石設備
• フォークリフト

一部のトラック運転 (連結および非連結)

一部のバスと路面電車の運転

一部のヘリコプターと固定翼機の飛行

コンクリート製造機械の一部の労働者

一部の鉄道運転手

高速船舶の使用

いくつかのバイクに乗る

一部の車とバンの運転

いくつかのスポーツ活動

その他の産業機器

出典: Griffin 1990 から改作。 

土木機械、産業用トラック、農業用トラクターなどのオフロード車両では、深刻な振動や衝撃にさらされることが最も一般的です。

バイオダイナミック農法

すべての機械的構造と同様に、人体には、身体が最大の機械的応答を示す共振周波数があります。 振動に対する人間の反応は、単一の共振周波数だけでは説明できません。 体にはたくさんの共鳴があり、その共鳴周波数は人によって、また姿勢によって異なります。 身体の XNUMX つの機械的応答は、振動が身体を動かす方法を説明するためによく使用されます。 伝達率 & インピーダンス.

伝達率は、たとえばシートからヘッドに伝達される振動の割合を示します。 体の伝達率は、振動周波数、振動軸、および体の姿勢に大きく依存します。 シートの垂直方向の振動は、ヘッドのいくつかの軸で振動を引き起こします。 垂直方向の頭の動きの場合、伝達率はおよそ 3 ～ 10 Hz の範囲で最大になる傾向があります。

身体の機械的インピーダンスは、各周波数で身体を動かすために必要な力を示します。 インピーダンスは体重に依存しますが、人体の垂直インピーダンスは通常 5 Hz 程度で共振を示します。 この共振を含むボディの機械インピーダンスは、シートの振動の伝わり方に大きな影響を与えます。

急性効果

不快感

振動加速度による不快感は、振動周波数、振動方向、身体との接触点、振動暴露時間に依存します。 着席者の垂直方向の振動については、どの周波数によって引き起こされる振動の不快感も、振動の大きさに比例して増加します。振動が半分になると、振動の不快感も半分になる傾向があります。

振動によって生じる不快感は、適切な周波数の重み付け (以下を参照) を使用することによって予測され、不快感のセマンティック スケールによって記述されます。 振動による不快感に有効な制限はありません。許容できる不快感は、環境によって異なります。

建物の許容可能な振動の大きさは、振動知覚閾値に近いです。 建物の振動が人に及ぼす影響は、振動の周波数、方向、持続時間に加えて、建物の用途に依存すると考えられています。 建物の振動の評価に関するガイダンスは、建物の振動と衝撃の両方を評価するための手順を定義する英国規格 6472 (1992) などのさまざまな規格で示されています。

活動妨害

振動は、情報の取得（例、目による）、情報の出力（例、手や足の動きによる）、または入力と出力を関連付ける複雑な中枢プロセス（例、学習、記憶、意思決定）を損なう可能性があります。 全身振動の最大の影響は、入力プロセス (主に視覚) と出力プロセス (主に継続的な手の制御) にあります。

視覚および手動制御に対する振動の影響は、主に体の影響を受ける部分 (すなわち、目または手) の動きによって引き起こされます。 影響は、振動が目や手に伝わるのを減らすか、作業が外乱の影響を受けにくくする (例: ディスプレイのサイズを大きくする、コントロールの感度を下げる) ことによって減少する可能性があります。 多くの場合、ビジョンと手動制御に対する振動の影響は、タスクを再設計することで大幅に軽減できます。

単純な認知課題（単純な反応時間など）は、覚醒や動機の変化、または入出力プロセスへの直接的な影響を除いて、振動の影響を受けないようです。 これは、いくつかの複雑な認知タスクにも当てはまる場合があります。 ただし、実験的研究のまばらさと多様性は、振動の実際の重要な認知効果の可能性を排除するものではありません。 振動は疲労に影響を与える可能性がありますが、関連する科学的証拠はほとんどなく、国際規格 2631 (ISO 1974、1985) で提供されている「疲労による習熟限界の低下」の複雑な形式を裏付けるものはありません。

生理機能の変化

生理学的機能の変化は、被験者が実験室条件で新しい全身振動環境にさらされると発生します。 「驚愕反応」に典型的な変化 (例えば、心拍数の増加) は、暴露を続けるとすぐに正常化しますが、他の反応は徐々に進行または発達します。 後者は、軸、加速度の大きさ、振動の種類 (正弦波またはランダム) を含む振動のすべての特性、および概日リズムや被験者の特性などのさらなる変数に依存する可能性があります (Hasan 1970; Seidel を参照)。 1975; デュピュイとゼルレット 1986)。 振動は多くの場合、高い精神的負担、騒音、有害物質などの他の重要な要因と一緒に作用するため、フィールド条件下での生理機能の変化は、振動と直接関係がないことがよくあります。 生理的変化は、心理的反応 (不快感など) よりも影響を受けにくいことがよくあります。 持続的な生理学的変化に関する利用可能なすべてのデータを、全身振動の大きさと周波数に応じて最初の重要な出現に関して要約すると、0.7 m/s 付近に低い境界がある境界があります。² 1 ～ 10 Hz の rms、最大 30 m/s の立ち上がり² 100Hzでの実効値。 多くの動物実験が行われていますが、人間との関連性は疑わしいものです。

神経筋の変化

アクティブな自然な動きの間、モーター制御メカニズムは、筋肉、腱、および関節のセンサーからの追加のフィードバックによって常に調整されるフィードフォワード制御として機能します。 全身振動は、人体の受動的な人工運動を引き起こします。これは、移動によって引き起こされる自己誘導振動とは根本的に異なる状態です。 全身振動中のフィードフォワード制御の欠落は、神経筋系の正常な生理学的機能の最も明確な変化です。 自然な動き (随意運動の場合は 0.5 ～ 100 Hz、歩行運動の場合は 2 Hz 未満) と比較して、全身の振動 (8 ～ 4 Hz) に関連するより広い周波数範囲は、身体の反応を説明するのに役立つさらなる違いです。非常に低い周波数と高い周波数での神経筋制御メカニズム。

全身の振動と過渡的な加速度は、着座した人の表層背筋の筋電図 (EMG) に加速度に関連した交互の活動を引き起こし、緊張性収縮を維持する必要があります。 この活動は、反射的な性質のものであると考えられています。 通常、振動した被験者がリラックスした姿勢で座ると、完全に消えます。 筋肉活動のタイミングは、加速度の頻度と大きさによって異なります。 筋電図データは、6.5 から 8 Hz の周波数で、急激な上向きの変位の初期段階で、脊椎の筋肉の安定化が低下するため、脊椎負荷が増加する可能性があることを示唆しています。 全身振動による弱い EMG 活動にもかかわらず、振動曝露中の背中の筋肉の疲労は、全身振動のない通常の座位姿勢で観察される疲労を超える可能性があります。

腱反射は、10 Hz を超える周波数の正弦波全身振動にさらされている間、一時的に減少または消失することがあります。 全身振動にさらされた後の姿勢制御のわずかな変化は非常に変動的であり、そのメカニズムと実際の重要性は定かではありません。

心血管、呼吸器、内分泌および代謝の変化

振動にさらされている間に持続する観察された変化は、随意許容限界に近い振動の大きさでも中等度の肉体労働 (心拍数、血圧、酸素消費量の増加) 中の変化と比較されています。 換気の増加は、呼吸器系の空気の振動によって部分的に引き起こされます。 呼吸と代謝の変化は対応していない可能性があり、呼吸制御メカニズムの障害を示唆している可能性があります。 副腎皮質刺激ホルモン (ACTH) とカテコールアミンの変化については、さまざまな部分的に矛盾する結果が報告されています。

感覚および中枢神経の変化

全身振動による前庭機能の変化は、影響を受けた姿勢の調節に基づいて主張されていますが、姿勢は非常に複雑なシステムによって制御されており、前庭機能の乱れは他のメカニズムによって大幅に補償されます。 前庭機能の変化は、非常に低い周波数または全身の共鳴に近い周波数での暴露で重要になるようです。 前庭、視覚、および固有受容 (組織内で受けた刺激) 情報の間の感覚の不一致は、いくつかの人工運動環境に対する生理学的反応の根底にある重要なメカニズムであると考えられています。

騒音と全身振動への短期および長期の複合暴露による実験は、振動が聴覚に小さな相乗効果をもたらすことを示唆しているようです。 傾向として、4 または 5 Hz での全身振動の強度が高いほど、追加の一時的閾値シフト (TTS) が高くなります。 追加の TTS と露出時間の間に明らかな関係はありませんでした。 追加の TTS は、全身振動の量が多いほど増加するように見えました。

衝動的な垂直および水平振動は、脳の電位を呼び起こします。 人間の中枢神経系の機能の変化も、聴覚誘発脳電位を使用して検出されています (Seidel et al. 1992)。 効果は、他の環境要因 (例えば、ノイズ)、課題の難しさ、および被験者の内部状態 (例えば、覚醒、刺激に対する注意の程度) によって影響を受けました。

長期の影響

脊椎の健康リスク

疫学的研究では、全身の激しい振動に長年さらされている労働者 (例: トラクターや土工機械での作業) の脊椎の健康リスクが高いことが頻繁に示されています。 Seidel と Heide (1986)、Dupuis と Zerlett (1986)、および Bongers と Boshuizen (1990) によって、文献の批判的な調査が作成されました。 これらのレビューは、強い長期にわたる全身の振動が脊椎に悪影響を及ぼし、腰痛のリスクを高める可能性があると結論付けました. 後者は、椎骨と椎間板の一次変性変化の二次的な結果である可能性があります。 脊柱の腰部が最も頻繁に影響を受ける領域であることがわかり、胸部がそれに続きました。 何人かの著者によって報告された頸部の損傷率が高いのは、振動ではなく固定された好ましくない姿勢が原因のようですが、この仮説に対する決定的な証拠はありません。 背中の筋肉の機能を考慮し、筋肉の不足を発見した研究はごくわずかです。 いくつかの報告では、腰椎椎間板脱臼のリスクが著しく高いことが示されています。 いくつかの横断的研究で、Bongers と Boshuizen (1990) は、ドライバーとヘリコプター パイロットの腰痛が、同等の参照作業者よりも多いことを発見しました。 彼らは、専門的な車両の運転とヘリコプターの飛行は、腰痛と背中の障害の重要な危険因子であると結論付けました. クレーン運転手やトラクター運転手の間で、椎間板障害による障害年金受給や長期病欠の増加が見られた。

疫学研究における曝露条件に関するデータが不完全または欠落しているため、正確な曝露と影響の関係は得られていません。 既存のデータでは、脊椎の疾患を確実に予防するための無害レベル (すなわち、安全限界) を立証することはできません。 現在の国際規格 2631 (ISO 1985) の曝露限界以下またはそれに近い状態で何年も曝露すると、リスクがないわけではありません。 暴露期間の延長に伴う健康リスクの増加を示す調査結果もあるが、大多数の研究では選択プロセスにより関連性を検出することが困難になっている. したがって、用量効果関係は現在、疫学的調査によって確立することはできません。 理論的な考慮事項は、高い過渡現象にさらされている間に背骨に作用する高いピーク荷重の顕著な悪影響を示唆しています。 したがって、振動線量を計算するための「エネルギー等価」法 (国際規格 2631 (ISO 1985) など) の使用は、高いピーク加速度を含む全身振動への曝露には疑問があります。 振動周波数に依存する全身振動の異なる長期的影響は、疫学的研究から導き出されていません。 立っている労働者に 40 ～ 50 Hz の全身振動を足から加えると、足の骨の変性変化が起こりました。

一般に、被験者間の違いはほとんど無視されてきましたが、選択現象はそれらが非常に重要である可能性があることを示唆しています. 脊椎に対する全身振動の影響が性別に依存するかどうかを示す明確なデータはありません。

脊椎の変性疾患が職業病として一般に受け入れられているかどうかについては議論があります。 全身振動への暴露の結果として障害の信頼できる診断を可能にする特定の診断機能は知られていません。 非曝露集団における変性脊椎障害の有病率が高いことは、全身振動に曝露された個人における主に職業上の病因の仮定を妨げています。 振動によって引き起こされる歪みを修正する可能性のある個々の体質の危険因子は不明です。 職業病の認識の前提条件としての全身振動の最小強度および/または最小持続時間の使用は、個人の感受性に予想されるかなりの変動性を考慮に入れていません。

その他の健康リスク

疫学的研究によると、全身振動は、他の健康リスクに寄与する原因となる一連の要因の 2631 つの要因であることが示唆されています。 騒音、高い精神的負担、交替勤務は、健康障害に関連することが知られている重要な付随要因の例です。 他の身体系の障害に関する調査の結果は、多くの場合、発散しているか、病状の有病率が全身振動の大きさに逆説的に依存していることを示しています (つまり、強度が低いほど有害作用の有病率が高い)。 中枢神経系、筋骨格系、循環器系の特徴的な症状と病理学的変化の複合体が、コンクリートの振動圧縮に使用される機械の上に立ち、暴露限界を超えて全身振動にさらされた労働者に観察されています。 ISO 40 の 1966 Hz を超える周波数 (Rumjancev XNUMX)。 この複合体は「振動病」に指定されました。 多くの専門家によって拒絶されたが、同じ用語は、低周波全身振動への長期暴露によって引き起こされる漠然とした臨床像を記述するために時々使用されてきた.非特定の機能的文字。 利用可能なデータに基づいて、さまざまな生理学的システムが互いに独立して反応し、全身振動によって引き起こされる病状の指標となる症状はないと結論付けることができます。

神経系、前庭器官、聴覚。 40 Hz を超える周波数での激しい全身振動は、中枢神経系の損傷や障害を引き起こす可能性があります。 20 Hz 未満の周波数での全身振動の影響については、相反するデータが報告されています。 一部の研究のみで、頭痛や過敏性の増加などの非特異的な愁訴の増加が見られました。 全身振動に長期間さらされた後の脳波 (EEG) の障害は、ある著者によって主張され、他の著者によって否定されています。 いくつかの発表された結果は、前庭興奮性の低下と、めまいを含む他の前庭障害の発生率の増加と一致しています。 しかし、逆説的な強度効果関係が検出されたため、全身振動と中枢神経系または前庭系の変化との間に因果関係があるかどうかは疑わしいままです。

いくつかの研究では、全身の振動と騒音に長時間さらされた後、聴覚の永続的な閾値シフト (PTS) がさらに増加することが観察されています。 Schmidt (1987) は、農業の運転手と技術者を研究し、3 年後と 25 年後の永続的なしきい値の変化を比較しました。 彼は、国際規格 3 (ISO 4) による加重加速度が 6 m/s を超える場合、全身振動が 8、2631、1985、および 1.2 kHz でさらに大きな閾値シフトを引き起こす可能性があると結論付けました。² 80 デシベル (dBA) を超える同等レベルのノイズに同時にさらされる rms。

循環器系および消化器系。 循環障害の XNUMX つの主なグループが検出されており、全身振動にさらされた労働者の間で発生率が高くなります。

1. レイノー症候群など、全身振動の適用部位付近（すなわち、立っている労働者の足、または程度が低い場合はドライバーの手）の周辺障害
2. 足の静脈瘤、痔、精索静脈瘤
3. 虚血性心疾患および高血圧
4. 神経血管の変化。

これらの循環障害の罹患率は、振動曝露の大きさまたは持続時間と必ずしも相関していませんでした。 消化器系のさまざまな障害の有病率が高いことがしばしば観察されていますが、ほとんどすべての著者は、全身振動が原因の XNUMX つにすぎず、おそらく最も重要ではないことに同意しています.

女性の生殖器、妊娠、男性の泌尿生殖器系。 流産、月経障害、および体位異常 (子宮下降など) のリスクの増加は、全身振動への長期暴露に関連していると考えられてきました (Seidel および Heide 1986 を参照)。 これらの健康リスクのリスクを回避するための安全な暴露限界は、文献から導き出すことはできません。 個人の感受性とその時間的変化は、おそらくこれらの生物学的影響を同時に決定します。 利用可能な文献では、人体の振動が胎児に及ぼす有害な直接的影響は報告されていませんが、一部の動物研究では、全身の振動が胎児に影響を与える可能性があることが示唆されています。 妊娠への悪影響の閾値が不明であることは、職業被ばくを妥当な範囲で最小限に制限することを示唆しています。

男性の泌尿生殖器系の疾患の発生については、さまざまな結果が発表されています。 いくつかの研究では、前立腺炎の発生率が高いことが観察されました。 他の研究では、これらの発見を確認できませんでした。

規格

全身の振動によって引き起こされる障害を防ぐための正確な制限を提示することはできませんが、規格では振動の重大度を定量化する有用な方法が定義されています。 国際規格 2631 (ISO 1974、1985) は、「健康な人間の被験者の痛みの閾値 (または自発的許容の限界) と考えられるレベルの約半分に設定された」曝露限界 (図 1 を参照) を定義しています。 また、図 1 には、英国規格 6841 (BSI 1987b) から導き出された垂直振動の振動量値アクション レベルも示されています。 この規格は、部分的には、国際規格の改訂草案に似ています。

図 1. 全身振動に対する人間の反応の周波数依存性

振動ドーズ値は、測定された振動と同等に深刻な 6841 秒間の振動の大きさと考えることができます。 振動線量値は、XNUMX 乗の時間依存性を使用して、可能な限り短い衝撃から XNUMX 日にわたる振動までの曝露期間にわたる振動の重大度を累積します (例: BSI XNUMX)。

振動ドーズ値 = 

振動ドーズ値手順を使用して、振動と反復衝撃の両方の重大度を評価できます。 この 2631 乗の時間依存性は、ISO 2 の時間依存性よりも簡単に使用できます (図 XNUMX を参照)。

図 2. 全身振動に対する人間の反応の時間依存性

英国規格 6841 は、次のガイダンスを提供します。

振動ドーズ値が高いと、重度の不快感、痛み、怪我を引き起こします。 振動線量の値は、一般的な方法で、それらを引き起こした振動暴露の重大度も示します。 しかし、現在のところ、振動ドーズ値と怪我のリスクとの正確な関係について意見の一致はありません。 15 m/s の範囲の振動線量値を生成する振動の大きさと持続時間が知られています。^1.75 通常、深刻な不快感を引き起こします。 振動への曝露が増えると、怪我のリスクが高まると考えるのが妥当です (BSI 1987b)。

振動線量値が高い場合は、被ばくする人の健康状態を事前に考慮し、適切な安全対策を講じる必要があります。 日常的に被ばくしている人々の健康状態を定期的にチェックする必要性も考慮されるかもしれません。

振動線量値は、非常に変化しやすく複雑な被ばくを比較できる尺度を提供します。 組織は、振動線量値を使用して制限またはアクション レベルを指定できます。 たとえば、一部の国では、振動線量値は 15 m/s です。^1.75 は暫定的なアクション レベルとして使用されていますが、状況に応じて、振動や繰り返しの衝撃への暴露をより高い値またはより低い値に制限することが適切な場合があります。 現在の理解では、アクション レベルは、過度である可能性があるおおよその値を示すためにのみ使用されます。 図 2 は、15 m/s の振動ドーズ値に対応する二乗平均加速度を示しています。^1.75 24 秒から 2631 時間の露出の場合。 連続的な振動、断続的な振動、または繰り返される衝撃への暴露は、振動量の値を計算することによってアクション レベルと比較することができます。 振動や衝撃への暴露による健康への影響の可能性を考慮せずに、適切なアクション レベル (または ISO XNUMX の暴露限界) を超えることは賢明ではありません。

　 機械安全指令 欧州経済共同体は、技術の進歩と振動を低減する手段の利用可能性を考慮して、機械によって生成される振動に起因する危険が実行可能な最低レベルまで低減されるように、機械を設計および構築する必要があると述べています。 の 機械安全指令 (Council of the European Communities 1989) は、発生源での低減に加えて振動の低減を奨励しています (例: 適切な座席)。

ばく露の測定と評価

全身振動は、身体と振動源との間の界面で測定する必要があります。 座っている人の場合、これには被験者の坐骨結節の下の座面に加速度計を配置することが含まれます。 振動は、シートの背もたれ (背もたれと背もたれの間) や足と手で測定されることもあります (図 3 を参照)。

図 3. 着席者の振動曝露を測定するための軸

疫学的データだけでは、全身振動を評価して、さまざまなタイプの振動暴露による健康への相対的なリスクを予測する方法を定義するには不十分です。 生物力学的反応と主観的反応の理解と組み合わせた疫学的データの考察は、現在のガイダンスを提供するために使用されます。 振動運動の健康への影響が運動の周波数、方向、および持続時間に依存する方法は、現在、振動による不快感と同じまたは類似していると考えられています。 ただし、平均被ばくよりも総被ばくが重要であると想定されているため、線量測定は適切です。

現在の基準に従って測定された振動を評価することに加えて、周波数スペクトル、さまざまな軸での大きさ、および毎日および生涯の暴露期間を含む暴露のその他の特性を報告することをお勧めします。 他の有害な環境要因、特に座位姿勢の存在も考慮する必要があります。

防止

可能な限り、発生源での振動の低減が優先されます。 これには、地形の起伏を減らしたり、車両の移動速度を落としたりすることが含まれる場合があります。 オペレーターへの振動伝達を低減する他の方法では、振動環境の特性と身体への振動伝達経路を理解する必要があります。 たとえば、振動のマグニチュードは場所によって異なることが多く、一部の地域ではマグニチュードが低くなります。 表 2 に、考慮できる予防措置をいくつか示します。

表 2. 人が全身振動にさらされた場合に考慮すべき予防措置のまとめ

出典: Griffin 1990 から改作。

シートは振動を減衰するように設計できます。 ほとんどの座席は低周波数で共振を示します。その結果、床よりも座席に大きな垂直振動が発生します。 通常、高周波では振動が減衰します。 使用中、一般的な座席の共振周波数は 4 Hz の領域にあります。 共振時の増幅は、シートの減衰によって部分的に決まります。 シートクッションのダンピングの増加は、共振時の増幅を減少させる傾向がありますが、高周波数での伝達率を増加させます。 シート間の伝達率には大きなばらつきがあり、その結果、人が感じる振動に大きな違いが生じます。

特定のアプリケーションに対するシートの除振効率の単純な数値表示は、シート実効振幅伝達率 (SEAT) によって提供されます (Griffin 1990 を参照)。 100% を超える SEAT 値は、全体として、シートの振動が床の振動よりも悪いことを示します。 100% 未満の値は、シートが有用な減衰を提供したことを示します。 シートは、他の制約と互換性のある最小の SEAT 値を持つように設計する必要があります。

サスペンションシートのシートパン下に別体のサスペンション機構を装備。 一部のオフロード車、トラック、コーチで使用されるこれらのシートは、共振周波数が低く (約 2 Hz)、約 3 Hz を超える周波数で振動を減衰させることができます。 これらのシートの伝達率は通常、シート メーカーによって決定されますが、その除振効率は動作条件によって異なります。

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