 |
Методы исследования внешнего дыхания и газообмена
|
|
|
|
При переходе от покоя к работе в состоянии дыхательной системы наступает ряд изменений, обусловленных необходимостью удовлетворения возникающей при работе потребности в повышенном количестве кислорода и удаления из организма избытка углекислоты.
Функциональное состояние дыхательного аппарата может характеризоваться как качественными (ритм), так и количественными (частота, глубина дыхания, минутный объем дыхания, жизненная емкость легких) показателями.
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) состоит из дыхательного объема, т. е. объема воздуха, вдыхаемого и выдыхаемого при каждом дыхательном цикле (обычно около 500 мл), резервного (дополнительного) объема вдоха - объема воздуха, поступающего в легкие при максимальном (после спокойного) вдоха (около 1500 мл) и резервного объема воздуха - объем воздуха, который можно максимально выдохнуть после спокойного выдоха (около 1500 мл).
Таблица 1. Коэффициент для приведения объемагаза к системе BTPS
| Температура вдыхаемого воздуха, оС | Коэффициент | Температура вдыхаемого воздуха, °С | Коэффициент |
| 1,128 | 1,096 | ||
| 1,123 | 1,091 | ||
| 1,117 | 1,085 | ||
| 1,113 | 1,080 | ||
| 1,108 | 1,075 | ||
| 1,102 |
ЖЕЛ не является показателем функциональной способности аппарата внешнего дыхания. Величина ЖЕЛ зависит в основном от пола, возраста и роста. Однако в гигиене труда определение этого показателя можно осуществлять при сравнительной оценке оптимальности рабочих поз. Так, если ЖЕЛ в свободном вертикальном положении принять за 100 %, то при сгибании туловища вперед она будет составлять 88,5 %, а при сгибании назад - 75 %.
На величину ЖЕЛ оказывает влияние интенсивность физической работы: незначительная нагрузка увеличивает ЖЕЛ, тяжелая - снижает ее. Последнее связано с активным выдохом, участие в котором принимают мышцы, уменьшающие объем грудной клетки. Определение ЖЕЛ может использоваться также для оценки уровня физической работоспособности человека.
|
|
|
Определение ЖЕЛ проводится с помощью сухого или водного спирометра. Перед проведением измерения на нос исследуемого накладывается зажим. После максимально глубокого вдоха производится максимально глубокий выдох в мундштук. Выдох не должен быть форсированным (чрезвычайно быстрым), его время исследователем не ограничивается. Измерение производят 3-5 раз до получения близких результатов, из которых учитывается максимальный.
Более точные данные получаются при графической регистрации ЖЕЛ на спирографах различных систем. Исследования на них проводят, как и на спирометрах. Для получения более точных и сравнимых результатов измеренный объем выдохнутого воздуха необходимо привести к тем условиям, которые имелись в легких, т. е. учитывать температуру тела, окружающее давление и полное насыщение водяными парами, или BTPS (Body, Temperature, Pressure, Satyrated). Для упрощения расчетов следует умножить ЖЕЛ на поправочный коэффициент (табл. 3.1).
Помимо абсолютного значения, ЖЕЛ выражают также в процентах к нормативам, разработанным с учетом пола, возраста и роста человека. Для расчета должной ЖЕЛ (ДЖЕЛ) имеются специальные номограммы и расчетные формулы. Для мужчин 25-60 лет ДЖЕЛ (в литрах) рассчитывается по формуле:
ДЖЕЛм. = 0,052 • Р - 0,019 • В - 3,76,
где Р - рост, см; В - возраст, годы.
Считается, что фактическая ЖЕЛ соответствует должной, если она отклоняется от нее не более чем на ±15 %.
Минутный объем дыхания (МОД), или легочная вентиляция, - объем воздуха, который вентилируется в легких за 1 мин для обеспечения организма необходимым количеством кислорода и выведения углекислого газа. Практически МОД обычно рассчитывают по объему воздуха, выдохнутого испытуемым за определенное время (3-5 мин), с последующим делением его на число минут. Если дыхание равномерное, то МОД является произведением глубины дыхания на его частоту. Если оно неравномерное, то МОД равен сумме всех дыхательных объемов за минуту. Величина МОД зависит от потребности организма в кислороде и степени утилизации вентилируемого воздуха, т. е. количества кислорода, поглощаемого из определенного объема воздуха.
|
|
|
МОД в стационарных условиях определяется путем измерения объема выдыхаемого за известный промежуток времени воздуха при помощи газового счетчика или газовых часов (влажные и сухие). В зависимости от конструкции прибора используется маска с резиновой прокладкой, плотно прижимаемой к лицу, или загубник; в последнем случае на нос испытуемому накладывается зажим. Преимущество использования загубника заключается в значительном уменьшении "мертвого пространства". Загубник (или маска) гофрированным шлангом соединяется с газовыми часами. Перед началом опыта записывают показания счетчика, а маску (или загубник) для дезинфекции обрабатывают спиртом. По разности показателей до и после опыта рассчитывают МОД.
При невозможности расположения газомера рядом с испытуемым (отсутствие постоянного рабочего места, работа на высоте и т. д.) для определения МОД используют специальные мешки Дугласа, которые изготовлены из прорезиненной ткани. Они могут фиксироваться на спине рабочего. Мешок снабжен гофрированным шлангом, соединенным с маской, которая имеет дыхательный клапан, обеспечивающий разделение вдыхаемого и выдыхаемого (в мешок Дугласа) воздуха.
При исследовании легочной вентиляции по методу Дугласа забор выдыхаемого воздуха в мешок в соответствии с задачами исследования осуществляется в течение 3-5 мин (время фиксируется по секундомеру). После опыта мешок Дугласа соединяют с газомером и воздух, содержащийся в нем, пропускают через газомер. Разделив полученный объем воздуха на количество минут (время отбора), рассчитывают МОД.
Полученные объемные величины легочной вентиляции необходимо привести к стационарному состоянию (т.е. воздух без примеси водяных паров, температура 0° и давление 760 мм рт.ст.) 'по формуле:
|
|
|
B - f
Vo = V---------------
760(1 -at}
где Vo - величина МОД, приведенная к стандартному состоянию, л; V - величина легочной вентиляции в минуту, полученная в опыте, л; а - коэффициент, равный 0,00367; t - температура воздуха в момент опыта, oC; В - атмосферное давление в момент опыта, мм рт.ст.; f - упругость водяного пара, насыщающего пространство при данной температуре, мм рт.ст.
Величина МОД в покое у мужчин составляет 5-7 л, у женщин несколько меньше (на 20-25%). При выполнении физической работы (за исключением локальной) с преобладанием динамического компонента существует практически прямая зависимость между интенсивностью нагрузки и величиной МОД. Это позволяет в ряде случаев классифицировать тяжесть труда по величине МОД. Так, легкая работа - МОД до 12 л/мин, средняя - до 20 л/мин, тяжелая - до 36 л/мин и очень тяжелая - свыше 36 л/мин.
Частота дыхания (количество дыхательных движений за 1 мин) определяется путем визуального наблюдения за дыхательными экскурсиями грудной клетки, однако в производственных условиях это не всегда осуществимо. Указанный метод не позволяет также качественно охарактеризовать дыхание, т. е. определить его ритм. С целью устранения указанных недостатков можно использовать различные приборы, которые позволяют получить графическую запись дыхательных движений. В стационарных условиях (фиксированное рабочее место) используют спирограф или пневмограф. Их наиболее простая конструкция состоит из манжеты аппарата для измерения артериального давления, соединенной резиновой трубкой с капсулой Марея. Манжета укрепляется в области нижней части грудной клетки испытуемого. Затем через тройник система заполняется воздухом и герметизируется. Запись производится на кимографе или через пьезодатчик на чернильном самописце.
Иногда по условиям технологического процесса трудовая деятельность испытуемого связана с постоянным перемещением или осуществляется в особых условиях (монтажные работы на высоте). В этом случае применяется телеметрическая аппаратура («Спорт»). На груди испытуемого фиксируется датчик, который представляет собой резиновую трубку, наполненную электропроводящим порошком (графитом). При движении грудной клетки изменяется диаметр трубки, а, следовательно, и электрическое сопротивление графита, которое фиксируется передатчиком, закрепленным на поясе испытуемого. Приемник, настроенный на частоты передатчика, трансформирует его сигналами на осциллографе или чернильном самописце.
|
|
|
Однако при физической работе с участием мышц корпуса информативность названных выше методик ограничена, так как пневмограммы отражают не только экскурсию грудной клетки, но и артефакты от мышечных напряжений, причем последние бывают столь велики, что полностью маскируют дыхательные движения.
Глубина дыхания определяется как частное от деления МОД (в миллиметрах) на число дыхании в 1 мин.
Измерение газообмена часто бывает необходимо для определения величины энерготрат при выполнении различных видов трудовой деятельности. Во-первых, величина энерготрат может служить мерой тяжести (только для физических работ с преобладанием динамического компонента) труда; во-вторых, быть информативным показателем для оценки рациональности трудового процесса (например, энерготрат до и после внедрения оздоровительных мероприятий). Рост величины энерготрат при неизменной производительности труда служит достаточно важным признаком развития утомления. Кроме того, величины энерготрат следует использовать при оценке производственного микроклимата, нормировании и организации труда.
Существует несколько методов определения величины энерготрат человека. Среди них в гигиене труда наиболее широко используется метод непрямой калориметрии, который включает в себя обязательное измерение газообмена. Под газообменом понимают процессы поглощения организмом кислорода из вдыхаемого воздуха и выделение углекислого газа.
Для определения углекислого газа и кислорода в выдыхаемом воздухе используют газоанализаторы, которые могут быть физическими и химическими. В химических газоанализаторах применяют метод избирательного поглощения углекислого газа и кислорода различными химическими соединениями с последующим определением их объемов. Физические газоанализаторы используют физические свойства газов; они подразделяются на электрические, магнитные и др.
Измерив тем или иным способом количество потребленного кислорода и выделенного углекислого газа, рассчитывают дыхательный коэффициент (СО2/О2). По его величине определяют калорический эквивалент кислорода, умножив который на количество потребленного кислорода, получают величину энерготрат.
Для ориентировочного расчета величины энерготрат можно использовать следующие формулы:
для региональной работы - Е (кДж) = 4,18 (-0,52 + 0,17 МОД);
для локальной работы - Е(кДж) = 4,18 (1,27 + 0,04 МОД);
коэффициент 4,18 служит для перевода килокалорий в килоджоули.
|
|
|
