Физиологические основы нормирования микроклимата (тепловое состояние человека, классификация, критерии оценки)
Система терморегуляции, наиболее поздно возникшая в эволюционном развитии человека, приобрела характер подсистемы, использовав для осуществления своей функции многочисленные компоненты других гомеостатических регулирующих систем. Система терморегуляции не может функционировать в организме изолированно от других гомеостатических систем. При действии высоких и низких температур имеет место интеграция системы терморегуляции с другими функциональными системами: сердечно-сосудистой, нервной, дыхательной, эндокринной и др. Степень участия последних, порядок их включения определяется величиной термической нагрузки на человека.
Функциональное состояние человека, обусловленное его теплообменом с окружающей средой, характеризующееся содержанием и распределением тепла в глубоких («ядро») и поверхностных («оболочка») тканях организма, а также степенью напряжения механизмов терморегуляции, принято обозначать как тепловое состояние.
На основе анализов результатов собственных исследований, данных отечественных и зарубежных авторов определены наиболее информативные и адекватные показатели теплового состояния, которыми являются: температура кожи (средневзвешенная и локальная (tк)), температура «ядра» тела (tт), средняя температура тела ( 
т), изменение теплосодержания в организме (Δ Qт.с.), величина влагопотерь (Δ Р), изменение частоты сердечных сокращений (D ЧСС), теплоощущение (То).
В разработанных методических рекомендациях [10] представлены классификация теплового состояния и метод его оценки в целях обоснования гигиенических требований к микроклимату рабочих мест, а также мерам профилактики охлаждения и перегревания работающих.
Тепловое состояние человека по степени напряжения реакций терморегуляции, влияния на показатели работоспособности и здоровья подразделяется на оптимальное, допустимое, предельно-допустимое, недопустимое.
Оптимальное тепловое состояние человека характеризуется отсутствием общих и/или локальных дискомфортных теплоощущений, минимальным напряжением механизмов терморегуляции, оцениваемым по показателям и критериям, представленным в табл. 1, и является предпосылкой длительного сохранения высокой работоспособности.
Допустимое тепловое состояние человека характеризуется незначительными общими и/или локальными дискомфортными теплоощущениями, сохранением термостабильности организма в течение всей рабочей смены при умеренном напряжении механизмов терморегуляции, оцениваемом по показателям и критериям, представленным в табл. 2 и табл. 3. При этом может быть временное (в течение рабочей смены) снижение работоспособности, но не нарушается здоровье (в течение всего периода трудовой деятельности).
Предельно-допустимое тепловое состояние человека характеризуется выраженными общими и/или локальными дискомфортными теплоощущениями, значительным напряжением механизмов терморегуляции, оцениваемым по показателям и критериям, представленным в табл. 4-6. Оно не гарантирует сохранение термического гомеостаза и здоровья, ограничивает работоспособность.
Недопустимым является тепловое состояние, характеризующееся чрезмерным напряжением механизмов терморегуляции (граничные значения показателей которого выше или ниже указанных в табл. 4-6), приводящим к нарушению состояния здоровья.
В целях нормирования микроклимата в производственных помещениях применительно к 8-часовой рабочей смене используются показатели и критерии, приведенные в табл. 1-3, то есть в этом случае микроклиматические условия должны обеспечивать тепловое состояние работающих на оптимальном или допустимом уровне. При разработке мероприятий по предупреждению перегревания и переохлаждения организма человека могут быть использованы показатели и критерии, приведенные в табл. 4-6, с условием, что регламентируется время непрерывного воздействия термической нагрузки, а средневзвешенные во времени величины показателей за рабочую смену не превысят верхнюю или нижнюю границу, указанные соответственно в табл. 2 и в табл. 3.
В табл. 7 и 8 приведены некоторые показатели терморегуляторных реакций, соответствующие субъективному отказу от пребывания в охлаждающей или нагревающей среде.
Таблица 1
Критерии оптимального теплового состояния человека1
| Показатель теплового состояния человека | Энерготраты, Вт/м2 (ккал/м2 · ч) | ||||
| 69 (60) | 87 (75) | 113 (97) | 145 (125) | 177 (153) | |
| 1. Температура тела, ректальная, tp, °C. | 37,1 – 37,2 | 37,2 – 37,3 | 37,3 – 37,5 | 37,4 – 37,6 | 37,5 – 37,7 |
| 2. Средневзвешенная температура кожи2, к, °C. | 32,5 – 33,5 | 32,1 – 32,8 | 31,6 – 32,5 | 30,9 – 32,0 | 30,2 – 31,4 |
| 3. Средняя температура тела2, т, °C. | 35,3 – 35,8 | 35,3 – 35,8 | 35,3 – 35,8 | 35,3 – 35,8 | 35,3 – 35,8 |
| 4. Изменение теплосодержания2, Δ Qтс, кДж/кг (ккал/кг). | + 0,87 (+ 0,2) | ||||
| 5. Увеличение частоты сердечных сокращений2, Δ ЧСС, уд/мин. | До 6 | 7 - 10 | 11 - 18 | 19 - 25 | 26 – 32 |
| 6. Влагопотери, Δ Р, г/ч. | До 80 | До 100 | До 120 | До 150 | До 180 |
| 7. Теплоощущения2, То, баллы. | 4,0 | 4,0 | 4,0 | 4,0 | 4,0 |
| 8. Разность между температурой кожи груди и стопы, (tкг – tкс), °C. | 2 - 4 | 2 - 4 | Не характерна |
1По отношению к другим уровням энерготрат, критерии теплового состояния могут быть определены интерполяцией.
2Наиболее значимые показатели.
Таблица 2
Критерии допустимого теплового состояния человека (верхняя граница)3
| Показатель теплового состояния человека | Энерготраты, Вт/м2 (ккал/м2 · ч) | ||||
| 69 (60) | 87 (75) | 113 (97) | 145 (125) | 177 (153) | |
| 1. Температура тела, ректальная, tp, °C. | 37,3 | 37,4 | 37,5 | 37,6 | 37,7 |
| 2. Средневзвешенная температура кожи4, к, °C. | 33,8 | 33,6 | 33,4 | 33,2 | 33,0 |
| 3. Средняя температура тела4, т, °C. | 36,3 | 36,3 | 36,3 | 36,3 | 36,3 |
| 4. Изменение теплосодержания4, Δ Qтс, кДж/кг (ккал/кг). | 2,60 (0,62) | 2,60 (0,62) | 2,60 (0,62) | 2,60 (0,62) | 2,60 (0,62) |
| 5. Увеличение частоты сердечных сокращений4, Δ ЧСС, уд/мин. | |||||
| 6. Влагопотери, Δ Р, г/ч. | |||||
| 7. Теплоощущения4, То, баллы. | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 |
| 8. Разность между температурой кожи груди и стопы, (tкг – tкс), °C. | Не характерна |
3Снижение работоспособности: возможно снижение выносливости мышц кистей к статической нагрузке до 10%, удлинение латентного периода простой зрительно-моторной реакции до 7%.
4Наиболее значимые показатели.
Таблица 3
Критерии допустимого теплового состояния человека (нижняя граница)5
| Показатель теплового состояния человека | Энерготраты, Вт/м2 (ккал/м2 · ч) | ||||||
| 69 (60) | 87 (75) | 113 (97) | 145 (125) | 177 (153) | |||
| 1. Температура тела, ректальная, tp, °C. | 37,0 | 37,4 | 37,5 | 37,6 | 37,7 | ||
| 2. Средневзвешенная температура кожи6, к, °C. | 32,0 | 33,6 | 33,4 | 33,2 | 33,0 | ||
| 3. Средняя температура тела6, т, °C. | 34,9 | 36,3 | 36,3 | 36,3 | 36,3 | ||
| 4. Изменение теплосодержания6, Δ Qтс, кДж/кг (ккал/кг). | 2,72 (0,65) | 2,72 (0,65) | 2,72 (0,65) | 2,72 (0,65) | 2,72 (0,65) | ||
| 5. Увеличение частоты сердечных сокращений6, Δ ЧСС, уд/мин. | |||||||
| 6. Влагопотери, Δ Р, г/ч. | Не характерны | ||||||
| 7. Теплоощущения6, То, баллы. | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | ||
| 8. Разность между температурой кожи груди и стопы, (tкг – tкс), °C. | 6,0 | 6,0 | Не характерна | ||||
| 9. Температура тыла кисти6, tгк, °C. | 25,0 | 24,5 | 24,0 | 23,5 | 23,0 | ||
| 10. Температура тыла стопы6, tтс, °C. | 28,0 | 27,5 | 27,0 | 26,5 | 26,0 | ||
5Снижение работоспособности: возможно снижение показателя координации движений до 10%.
6Наиболее значимые показатели.
Таблица 4
Критерии предельно-допустимого теплового состояния человека (верхняя граница)7,
для продолжительности не более трех часов за рабочую смену
| Показатель теплового состояния человека | Энерготраты, Вт/м2 (ккал/м2 · ч) | ||||
| 69 (60) | 87 (75) | 113 (97) | 145 (125) | 177 (153) | |
| 1. Температура тела, ректальная, tp, °C. | 37,4 | 37,5 | 37,6 | 37,7 | 37,8 |
| 2. Средневзвешенная температура кожи8, к, °C. | 32,6 | 34,5 | 34,3 | 34,1 | 23,8 |
| 3. Средняя температура тела8, т, °C. | 36,7 | 36,7 | 36,7 | 36,7 | 36,7 |
| 4. Изменение теплосодержания8, Δ Qтс, кДж/кг (ккал/кг). | 4,00 (0,95) | 4,00 (0,95) | 4,00 (0,95) | 4,00 (0,95) | 4,00 (0,95) |
| 5. Увеличение частоты сердечных сокращений8, Δ ЧСС, уд/мин. | |||||
| 6. Влагопотери, Δ Р, г/ч. | |||||
| 7. Теплоощущения8, То, баллы. | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 3,0 | 6,0 |
7Снижение работоспособности: возможно снижение показателя координации движений до 20%.
8Наиболее значимые показатели.
Таблица 5
Критерии предельно-допустимого теплового состояния человека (верхняя граница)9,
для продолжительности не более одного часа за рабочую смену
| Показатель теплового состояния человека | Энерготраты, Вт/м2 (ккал/м2 · ч) | ||||
| 69 (60) | 87 (75) | 113 (97) | 145 (125) | 177 (153) | |
| 1. Температура тела, ректальная, tp, °C. | 37,5 | 37,6 | 37,7 | 37,8 | 37,9 |
| 2. Средневзвешенная температура кожи10, к, °C. | 35,4 | 35,4 | 35,4 | 35,4 | 35,4 |
| 3. Средняя температура тела10, т, °C. | 37,2 | 37,2 | 37,2 | 37,2 | 37,2 |
| 4. Изменение теплосодержания10, Δ Qтс, кДж/кг (ккал/кг). | 4,70 (1,12) | 4,70 (1,12) | 4,70 (1,12) | 4,70 (1,12) | 4,70 (1,12) |
| 5. Увеличение частоты сердечных сокращений10, Δ ЧСС, уд/мин. | |||||
| 6. Влагопотери, Δ Р, г/ч. | |||||
| 7. Теплоощущения10, То, баллы. | 7,0 | 7,0 | 7,0 | 7,0 | 7,0 |
9Снижение работоспособности: возможно снижение выносливости мышц кистей к статической нагрузке до 30%, удлинение латентного периода простой зрительно-моторной реакции до 15%.
10Наиболее значимые показатели.
Таблица 6
Критерии предельно-допустимого теплового состояния человека (нижняя граница)11,
для продолжительности не более трех часов за рабочую смену
| Показатель теплового состояния человека | Энерготраты, Вт/м2 (ккал/м2 · ч) | ||||||
| 69 (60) | 87 (75) | 113 (97) | 145 (125) | 177 (153) | |||
| 1. Температура тела, ректальная, tp, °C. | 36,9 | 37,1 | 37,2 | 37,5 | 37,7 | ||
| 2. Средневзвешенная температура кожи12, к, °C. | 31,0 | 30,5 | 29,5 | 28,5 | 27,5 | ||
| 3. Средняя температура тела12, т, °C. | 34,4 | 34,4 | 34,4 | 34,4 | 34,4 | ||
| 4. Изменение теплосодержания12, Δ Qтс, кДж/кг (ккал/кг). | 4,82 (1,15) | 4,82 (1,15) | 4,82 (1,15) | 4,82 (1,15) | 4,82 (1,15) | ||
| 5. Увеличение частоты сердечных сокращений12, Δ ЧСС, уд/мин. | |||||||
| 6. Влагопотери, Δ Р, г/ч. | Не характерны | ||||||
| 7. Теплоощущения12, То, баллы. | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | ||
| 8. Разность между температурой кожи груди и стопы, (tкг – tкс), °C. | Не характерна | ||||||
| 9. Температура тыла кисти12, tгк, °C. | 24,0 | 23,5 | 23,0 | 22,5 | 22,0 | ||
| 10. Температура тыла стопы12, tтс, °C. | 27,0 | 26,5 | 26,0 | 25,5 | 25,0 | ||
11Снижение работоспособности: возможно снижение показателя координации движений до 20%.
12Наиболее значимые показатели.
Таблица 7
Показатели теплового состояния человека, соответствующие субъективному отказу от пребывания в охлаждающей среде (в состоянии относительного физического покоя)
| Показатель | Плотность потока с поверхности тела, Вт/м2 | ||
| 124 ± 6,3 | 166 ± 13,0 | 227 ± 11,0 | |
| 1. Температура тела, ректальная, tр, °C. | 36,9 ± 0,10 | 37,0 ± 0,15 | 37,3 ± 0,15 |
2. Температура кожи, tк, °C:
| 25,8 ± 1,4 27,2 ± 2,0 19,0 ± 2,2 | 24,4 ± 1,2 36,1 ± 1,8 17,6 ± 1,9 | 21,9± 1,0 22,7 ± 2,6 16,1± 2,7 |
| 3. Коэффициент «смешивания» температуры «ядра» тела, Кт, °C. | 0,40 ± 0,01 | 0,59 ± 0,03 | 0,71 ± 0,10 |
| 4. Средняя температура тела, т, °C. | 30,2 | 31,8 | 32,8 |
| 5. Теплопродукция, Qм, Вт/м2. | (81 – 139) | (90 - 150) | (110 – 162) |
| 6. Дефицит тепла в организме, Δ Qтс, Вт/м2. | |||
| 7. Теплоизоляция тканей и организма, Кло. | 0,44 | 0,33 | 0,32 |
Таблица 8
Некоторые показатели теплового состояния лиц, соответствующие субъективному отказу от воздействия внешней термической нагрузки
(tв = 49,5 ± 0,4°C; φ = 17 ± 2%; tш = 50 ± 0,3°C; V = 0,15м/с; Qм = 129 Вт/м2)
| № | Показатель | Величина |
| 1. | Температура тела ректальная, tр, °C. | 37,7 - 37,8 |
| 2. | Изменение ректальной температуры, Δ tр, °C. | 0,58 - 0,68 |
| 3. | Средневзвешенная температура кожи, к ,°C. | 36,9 - 37,6 |
| 4. | Накопление тепла в организме, Δ Qтс, кДж/кг. | 7,76 - 7,86 |
| 5. | Частота сердечных сокращений, ЧСС, уд/мин. | 124 - 129 |
| 6. | Температурный градиент,  , °C. | 0,95 - 0,11 |
| 7. | Влагопотери, Δ Р, г/ч. | До 580 |