Хотя люди обладают значительной способностью компенсировать естественный тепловой стресс, многие производственные условия и/или физическая активность подвергают рабочих тепловым нагрузкам, которые настолько чрезмерны, что угрожают их здоровью и производительности. В этой статье описаны различные методы, которые можно использовать для сведения к минимуму частоты тепловых нарушений и снижения тяжести случаев, когда они все же возникают. Вмешательства делятся на пять категорий: максимальное повышение устойчивости к жаре среди подвергшихся воздействию людей, обеспечение своевременного восполнения потерянной жидкости и электролитов, изменение методов работы для снижения тепловой нагрузки при физической нагрузке, инженерный контроль климатических условий и использование защитной одежды.
Факторы за пределами рабочего места, которые могут повлиять на термостойкость, не должны игнорироваться при оценке степени воздействия и, следовательно, при разработке превентивных стратегий. Например, общее физиологическое бремя и потенциальная восприимчивость к тепловым расстройствам будут намного выше, если тепловой стресс будет продолжаться в нерабочее время из-за работы на второй работе, напряженной деятельности в свободное время или проживания в постоянно жарких помещениях. Кроме того, состояние питания и гидратация могут отражать модели питания и питья, которые также могут меняться в зависимости от времени года или религиозных обрядов.
Максимальное повышение индивидуальной теплоустойчивости
Кандидаты на горячую работу должны быть в целом здоровы и иметь подходящие физические данные для выполнения работы. Ожирение и сердечно-сосудистые заболевания являются состояниями, которые увеличивают риски, и лицам с историей ранее необъяснимых или повторяющихся тепловых заболеваний не следует назначать задачи, связанные с тяжелым тепловым стрессом. Различные физические и физиологические характеристики, которые могут влиять на переносимость жары, обсуждаются ниже и делятся на две основные категории: врожденные характеристики, не зависящие от человека, такие как размер тела, пол, этническая принадлежность и возраст; и приобретенные характеристики, которые, по крайней мере частично, подлежат контролю и включают физическую форму, акклиматизацию к жаре, ожирение, заболевания и стресс, вызванный самим собой.
Работники должны быть проинформированы о характере теплового стресса и его неблагоприятных последствиях, а также о мерах защиты, предусмотренных на рабочем месте. Их следует учить тому, что переносимость жары в значительной степени зависит от питья достаточного количества воды и сбалансированного питания. Кроме того, рабочих следует информировать о признаках и симптомах тепловых расстройств, к которым относятся головокружение, обмороки, одышка, учащенное сердцебиение и сильная жажда. Они также должны изучить основы оказания первой помощи и узнать, куда звать на помощь, когда они распознают эти признаки у себя или других.
Руководству следует внедрить систему отчетности о происшествиях, связанных с жарой на работе. Возникновение тепловых нарушений более чем у одного человека или неоднократно у одного человека часто является предупреждением о серьезных надвигающихся неприятностях и указывает на необходимость немедленной оценки рабочей среды и пересмотра адекватности профилактических мер.
Черты человека, влияющие на адаптацию
Размеры кузова. Дети и очень маленькие взрослые сталкиваются с двумя потенциальными неудобствами при работе в жарких условиях. Во-первых, внешняя работа представляет большую относительную нагрузку для тела с небольшой мышечной массой, вызывая большее повышение температуры тела и более быстрое наступление утомления. Кроме того, более высокое отношение поверхности к массе у маленьких людей может быть недостатком в очень жарких условиях. Вместе эти факторы могут объяснить, почему мужчины с массой тела менее 50 кг оказались подвержены повышенному риску теплового удара при добыче полезных ископаемых.
Пол. Ранние лабораторные исследования на женщинах, по-видимому, показали, что они относительно нетерпимы к работе в жару по сравнению с мужчинами. Однако теперь мы понимаем, что почти все различия можно объяснить размерами тела, приобретенными уровнями физической подготовки и акклиматизацией к теплу. Тем не менее, существуют незначительные половые различия в механизмах рассеивания тепла: более высокая максимальная скорость потоотделения у мужчин может повысить устойчивость к чрезвычайно жаркой и сухой среде, в то время как женщины лучше способны подавлять избыточное потоотделение и, следовательно, сохранять воду тела и, следовательно, тепло в жарких и влажных средах. . Хотя менструальный цикл связан со сдвигом базальной температуры тела и слегка изменяет терморегуляторные реакции у женщин, эти физиологические изменения слишком малозаметны, чтобы влиять на толерантность к жаре и эффективность терморегуляции в реальных рабочих ситуациях.
Если сделать поправку на индивидуальное телосложение и физическую форму, мужчины и женщины по существу схожи в своей реакции на тепловой стресс и в своей способности акклиматизироваться для работы в жарких условиях. По этой причине отбор рабочих для горячей работы должен основываться на индивидуальном здоровье и физических возможностях, а не на половой принадлежности. Очень маленькие или малоподвижные особи любого пола плохо переносят работу в жару.
Влияние беременности на переносимость жары у женщин неясно, но измененные уровни гормонов и повышенные потребности плода в кровообращении у матери могут повышать ее предрасположенность к обморокам. Тяжелая материнская гипертермия (перегрев) из-за болезни, по-видимому, увеличивает частоту пороков развития плода, но нет никаких доказательств подобного эффекта от профессионального теплового стресса.
Этнос. Хотя различные этнические группы возникли в разных климатических условиях, существует мало свидетельств врожденных или генетических различий в реакции на тепловой стресс. Все люди функционируют как тропические животные; их способность жить и работать в различных температурных условиях отражает адаптацию через сложное поведение и развитие технологий. Кажущиеся этнические различия в реакции на тепловой стресс, вероятно, связаны с размерами тела, индивидуальной историей жизни и статусом питания, а не с врожденными чертами.
Возраст. У промышленного населения после 50 лет обычно наблюдается постепенное снижение толерантности к жаре. Имеются некоторые данные об обязательном возрастном снижении кожной вазодилатации (расширении полости кровеносных сосудов кожи) и максимальной скорости потоотделения, но в большинстве случаев изменение может быть связано с изменениями в образе жизни, которые снижают физическую активность и увеличивают накопление жира в организме. Возраст не влияет на толерантность к жаре или способность к акклиматизации, если человек поддерживает высокий уровень аэробной подготовки. Однако стареющее население подвержено увеличению частоты сердечно-сосудистых заболеваний или других патологий, которые могут ухудшить индивидуальную переносимость жары.
Физическая подготовка. Максимальная аэробная мощность (VO2 Макс), вероятно, является самым сильным фактором, определяющим способность человека выполнять длительную физическую работу в жарких условиях. Как отмечалось выше, ранние данные о групповых различиях в переносимости жары, которые объяснялись полом, расой или возрастом, в настоящее время рассматриваются как проявления аэробной способности и акклиматизации к жаре.
Индукция и поддержание высокой работоспособности требуют повторяющихся воздействий на кислородную транспортную систему организма посредством энергичных упражнений в течение не менее 30–40 минут 3–4 дня в неделю. В некоторых случаях деятельность на рабочем месте может обеспечить необходимую физическую подготовку, но большинство промышленных работ менее напряженны и требуют дополнительных занятий в виде регулярных программ упражнений для оптимальной физической формы.
Потеря аэробной способности (детренированность) происходит относительно медленно, поэтому выходные или отпуск продолжительностью 1-2 недели вызывают лишь минимальные изменения. Серьезное снижение аэробной способности чаще всего происходит в течение нескольких недель или месяцев, когда травма, хроническое заболевание или другой стресс заставляют человека изменить образ жизни.
Акклиматизация к теплу. Акклиматизация к работе в условиях жары может значительно повысить устойчивость человека к такому стрессу, так что задача, изначально не под силу неакклиматизированному человеку, может стать более легкой работой после периода постепенной адаптации. Лица с высоким уровнем физической подготовки, как правило, демонстрируют частичную акклиматизацию к теплу и способны завершить этот процесс быстрее и с меньшим напряжением, чем лица, ведущие малоподвижный образ жизни. Сезон также может повлиять на время, необходимое для акклиматизации; рабочие, нанятые летом, могут уже частично акклиматизироваться к жаре, в то время как нанятые зимой потребуют более длительного периода адаптации.
В большинстве случаев акклиматизация может быть вызвана постепенным введением рабочего в горячую работу. Например, новобранец может быть назначен на огневые работы только в утренние часы или на постепенно увеличивающиеся промежутки времени в течение первых нескольких дней. Такая акклиматизация на рабочем месте должна проходить под пристальным наблюдением опытного персонала; новый работник должен иметь постоянное разрешение уйти в более прохладные условия в любое время при появлении симптомов нетерпимости. Экстремальные условия могут потребовать формального протокола постепенного воздействия тепла, такого как тот, который используется для рабочих на золотых приисках в Южной Африке.
Поддержание полной акклиматизации к жаре требует работы на жаре три-четыре раза в неделю; более низкая частота или пассивное воздействие тепла имеют гораздо более слабый эффект и могут привести к постепенному снижению устойчивости к теплу. Однако выходные без работы не оказывают заметного влияния на акклиматизацию. Прекращение воздействия на 2-3 недели приведет к потере большей части акклиматизации, хотя некоторые из них будут сохраняться у людей, подвергающихся воздействию жаркой погоды и/или регулярных аэробных упражнений.
Ожирение. Высокое содержание жира в организме оказывает незначительное прямое влияние на терморегуляцию, так как тепловыделение на коже происходит через капилляры и потовые железы, которые расположены ближе к поверхности кожи, чем подкожный жировой слой кожи. Однако тучным людям мешает их избыточная масса тела, потому что каждое движение требует больших мышечных усилий и, следовательно, выделяет больше тепла, чем у худощавого человека. Кроме того, ожирение часто отражает малоподвижный образ жизни, что приводит к снижению аэробной способности и отсутствию акклиматизации к теплу.
Медицинские условия и другие стрессы. Переносимость жары рабочим в данный день может быть нарушена различными условиями. Примеры включают лихорадочное заболевание (температура тела выше нормальной), недавняя иммунизация или гастроэнтерит с сопутствующим нарушением водно-электролитного баланса. Кожные заболевания, такие как солнечные ожоги и сыпь, могут ограничивать способность выделять пот. Кроме того, восприимчивость к тепловому заболеванию может повышаться при приеме рецептурных препаратов, включая симпатомиметики, антихолинергические средства, диуретики, фенотиазины, циклические антидепрессанты и ингибиторы моноаминоксидазы.
Алкоголь – распространенная и серьезная проблема среди тех, кто работает в жару. Алкоголь не только ухудшает прием пищи и воды, но также действует как мочегонное средство (увеличивает мочеиспускание), а также вызывает беспокойство. Побочные эффекты алкоголя распространяются на много часов после приема. У алкоголиков, перенесших тепловой удар, уровень смертности намного выше, чем у неалкоголиков.
Пероральная замена воды и электролитов
Гидратация. Испарение пота является основным путем рассеивания тепла тела и становится единственно возможным механизмом охлаждения, когда температура воздуха превышает температуру тела. Потребность в воде не может быть снижена за счет обучения, а только за счет снижения тепловой нагрузки на рабочего. Потеря воды и регидратация человека широко изучались в последние годы, и в настоящее время доступно больше информации.
Человек массой 70 кг может потеть со скоростью от 1.5 до 2.0 л/ч неограниченно долго, а рабочий может терять несколько литров или до 10 % массы тела в течение дня в очень жаркой среде. Такая потеря приведет к потере трудоспособности, если хотя бы часть воды не будет заменена в течение рабочей смены. Однако, поскольку пик поглощения воды из кишечника во время работы составляет около 1.5 л/ч, более высокая скорость потоотделения приведет к кумулятивному обезвоживанию в течение дня.
Питье для утоления жажды недостаточно для поддержания водного баланса человека. Большинство людей не осознают жажду, пока не потеряют от 1 до 2 л воды в организме, а люди, сильно мотивированные к тяжелой работе, могут потерять от 3 до 4 л, прежде чем сильная жажда заставит их остановиться и выпить. Как это ни парадоксально, обезвоживание снижает способность поглощать воду из кишечника. Таким образом, работники горячих цехов должны быть осведомлены о важности питья достаточного количества воды во время работы и продолжения обильной регидратации в нерабочее время. Их также следует учить важности «прегидратации» — употребления большого количества воды непосредственно перед началом сильного теплового стресса, — поскольку тепло и физические упражнения не позволяют организму выводить избыток воды с мочой.
Менеджмент должен обеспечить свободный доступ к воде или другим подходящим напиткам, способствующим регидратации. Любое физическое или процедурное препятствие для питья будет способствовать «произвольному» обезвоживанию, которое предрасполагает к тепловому заболеванию. Следующие детали являются жизненно важной частью любой программы по поддержанию гидратации:
- Безопасная вкусная вода должна находиться в нескольких шагах от каждого рабочего или подаваться к рабочему каждый час — чаще в самых стрессовых условиях.
- Должны быть предусмотрены гигиенические стаканы для питья, так как практически невозможно восполнить недостаток воды из фонтана.
- Емкости с водой должны быть затенены или охлаждены до 15–20ºC (напитки со льдом не подходят, поскольку они, как правило, препятствуют потреблению).
Для улучшения восприятия воды можно использовать ароматизаторы. Однако напитки, которые популярны, потому что они «утоляют» жажду, не рекомендуются, так как они подавляют потребление до завершения регидратации. По этой причине лучше предлагать воду или разбавленные ароматизированные напитки и избегать газированных напитков, кофеина и напитков с высокой концентрацией сахара или соли.
Питание. Хотя пот является гипотоническим (более низкое содержание солей) по сравнению с сывороткой крови, высокая скорость потоотделения связана с постоянной потерей хлорида натрия и небольшого количества калия, которые необходимо восполнять ежедневно. Кроме того, работа в тепле ускоряет оборот микроэлементов, в том числе магния и цинка. Все эти необходимые элементы, как правило, должны быть получены из продуктов питания, поэтому работникам предприятий горячего питания следует рекомендовать хорошо сбалансированное питание и избегать замены шоколадных батончиков или закусок, в которых отсутствуют важные питательные компоненты. Некоторые диеты в промышленно развитых странах включают высокие уровни хлорида натрия, и у рабочих, соблюдающих такую диету, маловероятно развитие дефицита соли; но другие, более традиционные диеты могут не содержать достаточного количества соли. В некоторых случаях работодателю может быть необходимо предоставлять соленые закуски или другие дополнительные продукты в течение рабочей смены.
В промышленно развитых странах растет доступность «спортивных напитков» или «утоляющих жажду», которые содержат хлорид натрия, калий и углеводы. Жизненно важным компонентом любого напитка является вода, но электролитные напитки могут быть полезны людям, у которых уже развилась значительная дегидратация (потеря воды) в сочетании с истощением электролитов (потеря соли). Эти напитки, как правило, с высоким содержанием соли, и их следует смешивать с равным или большим объемом воды перед употреблением. Гораздо более экономичную смесь для пероральной регидратации можно приготовить по следующему рецепту: на один литр воды, пригодной для питья, добавить 40 г сахара (сахарозы) и 6 г соли (хлорида натрия). Рабочим не следует давать соляные таблетки, так как ими легко злоупотреблять, а передозировка приводит к желудочно-кишечным проблемам, повышенному диурезу и повышенной восприимчивости к тепловым заболеваниям.
Модифицированные методы работы
Общей целью изменения методов работы является снижение усредненного по времени воздействия теплового стресса и доведение его до допустимых пределов. Это может быть достигнуто за счет снижения физической нагрузки на отдельного работника или путем планирования соответствующих перерывов для термического восстановления. На практике максимальная усредненная по времени метаболическая теплопродукция фактически ограничивается примерно 350 Вт (5 ккал/мин), поскольку более тяжелая работа вызывает физическую усталость и потребность в соразмерных перерывах на отдых.
Уровни индивидуальных усилий можно снизить, сократив внешнюю работу, такую как поднятие тяжестей, и ограничив необходимое передвижение и статическое напряжение мышц, например, связанное с неудобной позой. Эти цели могут быть достигнуты за счет оптимизации планирования задач в соответствии с принципами эргономики, предоставления механических вспомогательных средств или распределения физических усилий между большим количеством работников.
Простейшая форма изменения расписания — позволить индивидуальному самостоятельному темпу. Промышленные рабочие, выполняющие знакомую работу в мягком климате, будут двигаться со скоростью, при которой ректальная температура составляет около 38°C; наложение теплового стресса заставляет их добровольно снижать темп работы или делать перерывы. Эта способность произвольно регулировать скорость работы, вероятно, зависит от осознания сердечно-сосудистого стресса и усталости. Люди не могут сознательно обнаруживать повышение внутренней температуры тела; скорее, они полагаются на температуру кожи и влажность кожи для оценки теплового дискомфорта.
Альтернативным подходом к изменению расписания является принятие предписанных циклов работы и отдыха, когда руководство определяет продолжительность каждого рабочего цикла, продолжительность перерывов для отдыха и ожидаемое количество повторений. Термическое восстановление занимает намного больше времени, чем период, необходимый для снижения частоты дыхания и частоты сердечных сокращений, вызванных работой: для снижения внутренней температуры до уровней покоя требуется от 30 до 40 минут в прохладной, сухой среде, и это занимает больше времени, если человек должен отдыхать в жарких условиях или при ношении защитной одежды. Если требуется постоянный уровень производства, то чередующиеся бригады рабочих должны последовательно назначаться на огневые работы с последующим восстановлением, причем последнее предполагает либо отдых, либо сидячие работы, выполняемые в прохладном месте.
Климат-Контроль
Если бы стоимость не имела значения, все проблемы с тепловым стрессом можно было бы решить путем применения инженерных технологий, позволяющих преобразовать враждебную рабочую среду в благоприятную. В зависимости от конкретных условий рабочего места и доступных ресурсов может использоваться широкий спектр методов. Традиционно жаркие производства можно разделить на две категории: в горячих и сухих процессах, таких как выплавка металлов и производство стекла, рабочие подвергаются воздействию очень горячего воздуха в сочетании с сильной лучистой тепловой нагрузкой, но такие процессы добавляют мало влаги в воздух. Напротив, тепло-влажные производства, такие как текстильные фабрики, производство бумаги и горнодобывающая промышленность, требуют менее экстремального нагрева, но создают очень высокую влажность из-за влажных процессов и выделяющегося пара.
Наиболее экономичные методы контроля окружающей среды обычно включают снижение теплопередачи от источника к окружающей среде. Горячий воздух может выбрасываться за пределы рабочей зоны и заменяться свежим воздухом. Горячие поверхности можно покрыть изоляцией или нанести отражающее покрытие для уменьшения тепловыделения, одновременно сохраняя тепло, необходимое для производственного процесса. Второй линией защиты является широкомасштабная вентиляция рабочей зоны для обеспечения сильного притока наружного воздуха. Самый дорогой вариант — кондиционер для охлаждения и осушения атмосферы на рабочем месте. Хотя снижение температуры воздуха не влияет на передачу лучистого тепла, оно помогает снизить температуру стен и других поверхностей, которые могут быть вторичными источниками конвективного и лучистого нагрева.
Когда общий контроль окружающей среды оказывается нецелесообразным или неэкономичным, можно улучшить температурные условия в местных рабочих зонах. Кондиционируемые помещения могут быть предусмотрены в пределах большего рабочего пространства, или отдельное рабочее место может быть обеспечено потоком прохладного воздуха («точечное охлаждение» или «воздушный душ»). Между рабочим и источником лучистого тепла может быть установлен местный или даже переносной отражающий экран. В качестве альтернативы, современные инженерные методы могут позволить построить удаленные системы для управления горячими процессами, чтобы рабочие не подвергались постоянному воздействию очень стрессовых тепловых сред.
Там, где рабочее место проветривается наружным воздухом или имеется ограниченная мощность кондиционера, температурные условия будут отражать климатические изменения, а внезапное повышение температуры и влажности наружного воздуха может привести к повышению теплового стресса до уровней, превышающих переносимость жары работниками. Например, весенняя жара может спровоцировать эпидемию теплового заболевания среди рабочих, которые еще не акклиматизировались к жаре, как летом. Поэтому руководству следует внедрить систему прогнозирования изменений теплового стресса, связанных с погодой, чтобы можно было принять своевременные меры предосторожности.
Защитная одежда
Работа в экстремальных тепловых условиях может потребовать индивидуальной теплозащиты в виде специальной одежды. Пассивная защита обеспечивается изолирующей и светоотражающей одеждой; только изоляция может защитить кожу от тепловых переходных процессов. Светоотражающие фартуки могут использоваться для защиты персонала, работающего лицом к ограниченному источнику излучения. Пожарные, которые должны иметь дело с очень горячим горящим топливом, носят костюмы, называемые «бункеры», которые сочетают в себе тяжелую изоляцию от горячего воздуха с алюминированной поверхностью для отражения лучистого тепла.
Другой формой пассивной защиты является ледяной жилет, который загружается слякотью или замороженными пакетами со льдом (или сухим льдом) и надевается поверх майки, чтобы предотвратить неприятное охлаждение кожи. Фазовый переход тающего льда поглощает часть метаболической и тепловой нагрузки окружающей среды с площади покрытия, но лед необходимо заменять через равные промежутки времени; чем больше тепловая нагрузка, тем чаще необходимо менять лед. Ледяные жилеты оказались наиболее полезными в глубоких шахтах, машинных отделениях кораблей и других очень жарких и влажных средах, где можно организовать доступ к морозильным камерам.
Активная теплозащита обеспечивается за счет одежды с воздушным или жидкостным охлаждением, закрывающей все тело или его часть, обычно туловище, а иногда и голову.
Воздушное охлаждение. Простейшие системы вентилируются окружающим, атмосферным воздухом или сжатым воздухом, охлаждаемым расширением или прохождением через вихревое устройство. Требуются большие объемы воздуха; минимальная скорость вентиляции для герметичного костюма составляет около 450 л/мин. Охлаждение воздуха теоретически может происходить за счет конвекции (изменение температуры) или испарения пота (изменение фазы). Однако эффективность конвекции ограничивается низкой удельной теплоемкостью воздуха и трудностью доставки его при низких температурах в жаркую среду. Таким образом, большинство предметов одежды с воздушным охлаждением работают за счет испарительного охлаждения. Рабочий испытывает умеренный тепловой стресс и сопутствующее обезвоживание, но способен регулировать температуру за счет естественного контроля скорости потоотделения. Воздушное охлаждение также повышает комфорт благодаря своей способности сушить нижнее белье. Недостатки включают (1) необходимость подключения субъекта к источнику воздуха, (2) объем одежды для распределения воздуха и (3) сложность доставки воздуха к конечностям.
Жидкостное охлаждение. Эти системы обеспечивают циркуляцию смеси воды и антифриза через сеть каналов или небольших трубок, а затем возвращают нагретую жидкость к радиатору, который отводит тепло, добавляемое при прохождении над телом. Скорость циркуляции жидкости обычно составляет порядка 1 л/мин. Радиатор может рассеивать тепловую энергию в окружающую среду за счет испарения, плавления, охлаждения или термоэлектрических процессов. Одежда с жидкостным охлаждением предлагает гораздо больший охлаждающий потенциал, чем воздушные системы. Костюм с полным покрытием, соединенный с соответствующим радиатором, может отводить все метаболическое тепло и поддерживать тепловой комфорт без необходимости потеть; такая система используется космонавтами, работающими вне своего космического корабля. Однако такой мощный механизм охлаждения требует какой-либо системы управления комфортом, которая обычно включает ручную настройку клапана, который отводит часть циркулирующей жидкости мимо радиатора. Системы с жидкостным охлаждением могут быть сконфигурированы как рюкзак для обеспечения непрерывного охлаждения во время работы.
Любое охлаждающее устройство, добавляющее вес и объем человеческому телу, конечно, может мешать выполнению ручной работы. Например, вес ледяного жилета значительно увеличивает метаболические затраты на передвижение и, следовательно, наиболее полезен для легкой физической работы, такой как несение вахты в жарких отсеках. Системы, которые привязывают рабочего к радиатору, непрактичны для многих видов работ. Прерывистое охлаждение может быть полезно, когда рабочие должны носить тяжелую защитную одежду (например, костюмы химзащиты) и не могут нести радиатор или быть привязанными во время работы. Снятие костюма перед каждым перерывом на отдых требует много времени и может быть связано с токсичным воздействием; в этих условиях проще заставить рабочих носить охлаждающую одежду, которая прикрепляется к радиатору только во время отдыха, что позволяет восстанавливать тепло в неприемлемых условиях.