環(huán)境振動對人體的影響

1、文章編號:10061355(2004)03002204環(huán)境振動對人體的影響董霜朱元清(上海市地震局上海200062)摘要:介紹了人體機(jī)械振動模型在有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上討論了環(huán)境振動對人體的影響及人體對振動的響應(yīng)的舒適度評價標(biāo)準(zhǔn)并分析了相關(guān)的主要因素。關(guān)鍵詞:振動與波環(huán)境振動人體評價標(biāo)準(zhǔn)中圖分類號:TB53文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AEffectsofEnvironmentalVibrationonMONGShuangZHUYuan2qing(Seis

2、mologicalBureauofShanghaiShanghai200062)Abstract:Thispaperintroducedthemechanicalvibrationmodelofhumanbodydiscussedef2fectsofenvironmentvibrationonmanthecriterionofevaluatinghumanresponsetovibrationbasedonISOanalyzedthei

3、mptantfacts.Keywds:vibrationwaveenvironmentalvibrationhumanbodycriterionofevaluation收稿日期:2004201207作者簡介:董霜(1978)女河南省沈丘縣人在讀碩士生主要從事地震觀測技術(shù)及振動研究。引言我們的生存環(huán)境中振動無處不在工業(yè)工廠的生產(chǎn)以及建筑業(yè)施工都在產(chǎn)生振動從海洋的輪船到陸地的地下路面車輛到空中的航空飛機(jī)各種交通運(yùn)輸業(yè)更是人們熟悉的振動源。猶

4、如聲音是由于聲帶的振動消化是由于胃腸的蠕動呼吸是由于肺葉的扇動血液的輸送是由于心臟的搏動等可以說人類的生命和生存都離不開振動。但是這些環(huán)境中的振動也在時刻影響著人類的健康和生活與空氣污染一樣成為一種環(huán)境污染。醫(yī)學(xué)上把由于振動造成的疾病統(tǒng)稱為“振動病”。甚至振動對樹木也會造成危害。美國一些高速公路兩旁的樹木突然枯死科學(xué)家研究證實(shí)除了空氣污染因素外就是因?yàn)楣飞蠠o數(shù)汽車對地面引起的頻繁振動從而破壞了樹木根系與土壤的結(jié)合造成了樹木的死亡。環(huán)境

5、振動已經(jīng)成為一種不容忽視的公害之一本文在國際標(biāo)準(zhǔn)及國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上從人體機(jī)械振動模型出發(fā)進(jìn)一步闡述了環(huán)境振動對人體的影響并且分析了各種重要因素。1人體機(jī)械振動模型及對振動的響應(yīng)1.1人體機(jī)械振動模型人體的結(jié)構(gòu)及特性決定了它既是一個生物系統(tǒng)也可被視為一個機(jī)械系統(tǒng)。人作為一個機(jī)械系統(tǒng)是極為復(fù)雜的為更好的反應(yīng)其機(jī)械特性可以根據(jù)各自的生理特點(diǎn)將人體等效為質(zhì)量、彈簧、阻尼等機(jī)械元件組成的機(jī)械系統(tǒng)采用機(jī)械阻抗相等的方法進(jìn)行模擬并通過實(shí)驗(yàn)研究

6、得出各器官的固有頻率。圖1人體機(jī)械振動模型及各部位的固有頻率1.2人體對激勵頻率的響應(yīng)根據(jù)人體平坐與站立在垂直振動的平臺上時顯示的機(jī)械阻抗頻率低于2Hz時人體可視為一個純質(zhì)量單元。人體平坐狀態(tài)時第一次諧振發(fā)生在4～6Hz段人體站立時響應(yīng)峰值出現(xiàn)在5～12Hz段。阻抗數(shù)值以及其相角為計算整體的能量傳遞提供了依據(jù)。研究表明人體最敏感的頻率范圍為縱振動4～2004年6月噪聲與振動控制第3期?19952005TsinghuaTongfangOp

7、ticalDiscCo.Ltd.Allrightsreserved.通過人體的許多感受器官接收的如表皮中的末梢神經(jīng)、細(xì)胞組織中的環(huán)層小體、肌肉中的肌梭和高爾基腱梭以及前庭器官等。人體對振動的感受有一個振幅和頻率的范圍當(dāng)振幅和頻率在這個范圍內(nèi)時人體才能感覺得到振動。振動頻率低于10Hz時人體最敏感的器官是前庭器官前庭器官是協(xié)調(diào)運(yùn)動、維持人體平衡的內(nèi)耳神經(jīng)系統(tǒng)。(內(nèi)耳迷路中除耳蝸外還有三個半規(guī)管、橢圓囊和球囊后三者成為前庭器官是人體對自身運(yùn)

8、動狀態(tài)和頭在空間位置的感受器當(dāng)機(jī)體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或者直線變速運(yùn)動時速度的變化———包括正、負(fù)加速度———會刺激三個半規(guī)管或橢圓囊中的感受細(xì)胞當(dāng)頭的位置和地球引力的作用方向出現(xiàn)相對關(guān)系的改變時就會刺激球囊中的感受細(xì)胞這些刺激引起的神經(jīng)沖動沿第八腦神經(jīng)的前庭支傳向中樞引起相應(yīng)的感受或其他效應(yīng))10H以上肌肉深處的感受器官感受振動1000Hz以上則表皮感受器官是最敏感的感受振動感受器。人體通過這些感受器最靈敏地感受各種不同頻率的振動。由于物理振動模

9、型隨著受觀測者不可預(yù)知的狀態(tài)及動機(jī)不同而不同而與受觀測者的身體生理、心理反應(yīng)有關(guān)的生物參數(shù)使得特性統(tǒng)計具有一定的限制。個體情況可能與平均水平具有相當(dāng)大的差別。在病理方面人體受到全身振動時引起的病理效應(yīng)以長期坐姿操作的載重汽車、拖拉機(jī)、工程機(jī)械、裝卸機(jī)械的駕駛員所受乘座振動最為嚴(yán)重研究和調(diào)查表明他們中明顯地患有兩種職業(yè)病———脊柱損傷和胃病?！鞍资植　本褪且?yàn)殚L期使用風(fēng)鎬的工人其體內(nèi)器官受到大振幅的機(jī)械振動神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、肌肉和關(guān)節(jié)

10、系統(tǒng)受到危害而使新陳代謝發(fā)生變異的結(jié)果。其表現(xiàn)為頭暈?zāi)垦?、反?yīng)遲鈍、疲勞虛弱、機(jī)體失調(diào)等在生理方面全身受到振動時人體心血管、呼吸、消化、神經(jīng)及感知覺等系統(tǒng)都受到影響而有明顯變化。在心理反應(yīng)方面則主要表現(xiàn)為操作能力降低如對視力、平衡能力、反應(yīng)時間和協(xié)調(diào)能力的影響。除了人體感受到振動以外人體經(jīng)受振動后還發(fā)生各種不良的生理反應(yīng)。例如:經(jīng)受振動后感到不舒服、煩躁不安、疲勞等。頻率在30Hz左右的振動使得眼球發(fā)生共振結(jié)果使視力模糊降低了視力的敏銳

11、性從而大大削弱了人體完成各種工作的能力。頻率高而振幅小的振動主要作用于組織的神經(jīng)末梢頻率較低而振幅較大的振動使前庭器官受刺激。中等振幅的全身性振動由前庭器官傳遞發(fā)生惡心、眩暈和運(yùn)動疾病等不良反應(yīng)。較大振幅的振動發(fā)生病理的影響。振動頻率與對人體產(chǎn)生的影響之間的關(guān)系可參見表2。表2各種頻段的振動對人體產(chǎn)生的影響激振頻率(Hz)對人體生理機(jī)能的影響1Hz超低頻振動會產(chǎn)生運(yùn)動病引起暈船暈車等1～4干擾人的呼吸及神經(jīng)系統(tǒng)4～10引起人的胸口、肚子

12、疼、皮膚溫度急劇下降手指活動無法控制10～20引起肌肉緊張、眼睛發(fā)脹、咽喉痛、語言模糊及腦電波異常20～300引起手指血管和神經(jīng)損傷3影響人體的環(huán)境振動主要因素3.1振動頻率振動對人體的不良影響中頻率起著主要作用不同頻率的振動所引起的感受和病變特征是不同的。人體能感知的振動頻率范圍是1～1000Hz對于環(huán)境振動人們所關(guān)心的是人體反應(yīng)特別敏感的1～80Hz的振動這主要是由于各種組織的共振頻率集中在這個范圍。站立的人對4～8Hz的振動最為敏

13、感躺臥的人對1～2Hz的振動最為敏感。3.2振動強(qiáng)度當(dāng)頻率一定時振動幅度越大對機(jī)體的影響越大。振動強(qiáng)度以人體對振動的感受程度來評價。目前國際上通用加速度參數(shù)來表示振動的強(qiáng)度加速度常用La來表示其定義類似于聲壓級如某一加速度的有效值為a(ms2)其加速度級La=20lgaa0(dB)其中參考加速度a0=106(ms2)一般人剛剛感覺到的垂直振動為103(ms2)對應(yīng)60dB不可忍耐的加速度是5101(ms2)對應(yīng)114dB。以分貝為單位的

14、振動加速度級代替振動加速度對于振動測量、運(yùn)算和表達(dá)帶來很大方便。3.3暴露時間暴露時間是指機(jī)械振動作用于身體的持續(xù)時間。振動的時間特性可分為穩(wěn)態(tài)振動、間歇振動和沖擊振動穩(wěn)態(tài)振動的強(qiáng)度是不隨時間變化的振動。間歇振動是指時有時無的振動如汽車駛過而引起的公路振動等?？繘_擊力作功的機(jī)械如鍛錘、打樁機(jī)等產(chǎn)生的振動稱之為沖擊振動沖擊振動的時間越短振幅越大則對機(jī)體的作用也越強(qiáng)。人體無論受到哪種振動作用接觸振動的時間越長對肌體的不良影響越大。3.4工作