Особливості аналізаторів як органів безпеки життєдіяльності

Зоровий аналізатор

Зір – це біологічний процес, який забезпечує сприйняття форми, розмірів, кольорів предметів, що оточують нас, орієнтування серед них. Функція зору не тільки у сприйнятті світлового проміння. Ним ми користуємося для визначення відстані, об'ємності предметів, наочного сприйняття навколишнього середо­вища.

Орган зору несе найбільше навантаження. Це зумовлено читанням, письмом, переглядом телепрограм та інших видів отримання інформації і роботи. В системі “людина – виробниче середовище” вважається, що до 80% всієї інформації поступає через зоровий аналізатор, біля 19%, через слуховий і лише 1% через тактильний.

Відчуття в зоровому аналізаторі виникають при дії електромагнітних хвиль в межах 380...780 нм. Людина розрізняє 7 основних кольорів і до 150 відтінків. основні кольори: фіолетовий – довжина хвилі (нм) 380…450, синій – 450...480, блакитний – 480...500, зелений – 500...560, жовтий – 560...590, помаранчевий – 590...620, червоний – 620...780. Колірність зображення використовується для сигналізації попередження небезпеки. Згідно з ДеСТ 12.04.026–76 встановлено 4 сигнальних кольори: червоний – безпосередня небезпека, жовтий – попередження, зелений – робити саме так, синій – вказівка. Колір являється психологічним фактором. Зелений колір – заспокійливий, червоний – збуджуючий, жовтий – стимулює роботу мозку, фіолетовий – підвищує витривалість, помаранчевий – піднімає настрій.

Око людини безпосередньо реагує на яскравість об'єкта, яка є відношенням сили світла до площі поверхні, що світиться. Вимірюється в канделах на квадратний метр (кд/м²) або в нітах на квадратний сантиметр (нт/см²). Гігієнічною нормою є яскравість. При яскравості понад 30000 нт виникає ефект осліплення. Діапазон чутливості ока від 10 ⁶ до10⁶ нт. Зоровий аналізатор має найдовшу величину адаптації. Світлова адаптація триває 8…10 хв. При адаптації у темряві чутливість ока досягає оптимального рівня за 30…50 хв.

Чутливість, яка викликана світловими сигналами, протягом певного часу залишається сталою попри зникнення сигналу. Зоровий слід після світлового подразнення може триматися від 1...2 с до декількох хвилин. Причому через 0,5…1,5 с з'являється негативний образ, тобто світлі поверхні здаються темними і навпаки. Якщо сигнал кольоровий – образ забарвлений в додатковий колір (який дає з основним білий колір). Наприклад: для червоного кольору – додатковий синьо-зелений, помаранчевого – додатковий синій; жовтого – темно-синій.

Інерція зору викликає стробоскопічний ефект, що при певних умовах освітлення може викликати мниме уявлення постійного діючого світлового подразника. Критична частота блимання, коли сигнал сприймається як безперервний, знаходиться в межах 12...25 Гц. Наприклад, миготіння кадрів кіноплівки з частотою 24 кадри за секунду із-за інерції зорового аналізатора сприймається як суцільна безперервна картина.

При сприйнятті об'єктів у двовимірному та тривимірному просторі розрізняють поле зору та глибинний зір. Бінокулярне поле зору по горизонталі – 120...160°, по вертикалі вгору –55...60°, вниз – 65...72°. При сприйнятті кольору поле зору звужується. Зона оптимальної видимості становить: вгору – 25°, вниз – 35°, праворуч та ліворуч – по 32°. Глибинний зір пов'язаний із сприйняттям простору. Помилка оцінки віддаленості об'єктів (на відстані до 30 м) складає 12% відстані.

Середня тривалість зорових фіксацій для розв'язання найпоширеніших задач має наступну величину: читання літер – 0,31 с, пошук умовних знаків – 0,3 с, фіксація стану індикаторів (горить – не горить) – 0,28 с, сприйняття умовних знаків – 0,04 с. Середня тривалість пошукових рухів ока – 0,025 с.

Слуховий аналізатор

Слух – вид чутливості, який забезпечує сприйняття звукових коливань. Його значення неоціненне у психічному розвитку повноцінної особистості. Завдяки слуху пізнається звукова частина навколишнього середовища. Без звуку неможливі мовні спілкування між людь­ми, музика, спів тощо.

Завдяки слуху, люди спроможні визначити напрям звуку і за ним – його джерело. Ця властивість дозволяє орієнтуватися в просторі на місцевості, розрізня­ти, хто говорить. Слух разом з іншими видами чутливості попереджає про небезпеку. Часто звук застосовується для попередження небезпеки в умовах недостатньої видимості об’єкта управління (звуковий сигнал автомобіля, гудок потягу) або при катастрофах, стихійних лихах, воєнних діях (сирена).

Людина сприймає звук за допомогою чутливого психофізіологічного віддзеркалення. Звукове поле сприймається як двовимірний простір в координатах – інтенсивності звуку та його частоти.

Людина сприймає звуки з частотою коливань від 16 до 20 000 за секунду. З віком сприйняття високих частот знижується. Знижується сприймання звуку і при дії звуків великої сили, високих і особливо низьких частот.

Слуховий аналізатор неоднаково сприймає звуки різних частот. Звуки низької частоти людина сприймає як не дуже гучні, порівняно зі звуками більш високої частоти такої ж інтенсивності. Слуховий аналізатор здатен фіксувати навіть незначні зміни частоти вхідного звукового сигналу, тобто володіє вибірністю, яка залежить від рів­ня звукового тиску, частоти і тривалості звукового сигналу Мінімально по­мітні розрізнення складають 2...3 Гц і мають місце на частотах не менш 10 Гц, для частот більше 10 Гц мінімально помітні розрізнення складають біля 0,3% частоти звукового сигналу. Вибірність підвищується на рівнях голос­ності 30 дБ і більш та тривалості звучання, що перевищує 0,1 с.

Просторова локалізація джерела звуку можлива завдяки сприйняттю звуків одночасно двома вухами (бінауральний слух). Бінауральний слух від моноурального відрізняється більш високою абсолютною чутливістю, перешкодостійкістю, роздільною здатністю при диференціюванні змін висоти і гучності тональних сигналів і більшою можливістю визначення просторового розташування джерела звуку.

Просторове визначення джерела звуку здійснюється за рахунок:

а) різниці в часі приходу сигналів на праве і ліве вухо. Різниця в 30…40 мс створює враження зміщення джерела на 2…3° у бік вуха, в яке сигнал приходить раніше;

б) зсуву фази сигналів, що поступають на різні вуха. Бінауральна фазова чутливість найбільш виражена для f = 200…250 Гц,у бік більш високих і більш низьких частот погіршується, при 2000…3000 Гц – практично відсутня. Різниця фаз 180° відповідає зсуву джерела звуку на 90°;

в) різниці інтенсивності сигналів, що приходять до правого і лівого вуха.

Чутність, тобто можливість виявлення звукового сигналу залежить від тривалості його звучання. Для виявлення звуковий сигнал повинен тривати не менше 0,1 с.

В управлінні використовуються мовні сигнали для передач інформації або команд управління між операторами. Важливою умовою сприй­няття мови є розрізнення тривалості та інтенсивності окремих звуків і їх комбінацій. Середній час тривалості мовлення голосного звуку дорівнює близько 0,36 с, приголосної 0,02...0,03 с. Відчування і розуміння мовних пові­домлень суттєво залежить від темпу їх передачі, наявності інтервалів між словами і фразами. Оптимальним вважається темп 120 слів/хв.

Таблиця 6.2 – Співвідношення в шкалі голосності

Рівень голосності (звуку) , дБ	Інтенсивність звуку, Вт/м2	Звуковий тиск, Н/м2	Зразок характеру звуку
	10-12	2,0·10-5	Поріг чутності
	10-11	6,3·10-5	Серцеві тони через стетоскоп
	10-10	2,0·10-4	Розмова пошепки
	10-8	2,0·10-3	Звичайна розмова
	10-6	2,0·10-2	Шум на вулиці
	10-5	6,3·10-2	Голосна розмова
	10-4	2,0·10-1	Репродуктор при максимальній гучності
	10-3	6,3·10-1	Шум у потязі метро
	10-2		Автомобільна сирена
	10-1	6,3	Шум авіамотора
			Шум реактивного літака
			Біль

Вплив шуму на розбірливість залежить від співвідношення рівнів шуму і мови. Для задовільного сприйняття мови її рівень повинен перевищувати шум приблизно на 6 дБ.

Розпізнання мовних сигналів залежить від довжини слова. Односкладові слова розпізнаються в 13% випадків, шестискладові в 41%. Це пояснюється наявністю в складних словах великої кількості визначальних ознак. Мовне повідомлення сприймається при темпі мови до 160 слів на хвилину. Оптимальний темп - 120 сл./хв.

Шкірний аналізатор

Шкіра сприймає відчуття, які виникають при дії різних подразників на поверхню шкіри. Почуття болю, холоду, тепла, зміщень, вібрацій – це основні види сигналів від дії зовнішніх небезпечних факторів, які визначають реакцію організму людини на них.

Тактильна та вібраційна чутливість. Тактильна чутливість – це відчуття, яке виникає під час дії на поверхню шкіри будь-яких механічних чинників (дотик, тиск, тертя), які викликають деформацію шкіри. Відчуття виникає тільки на момент деформації. Абсолютний поріг тактильного відчуття визначається мі­німальним тиском на поверхню шкіри, при якому з’являється ледве помітне від­чуття дотику. Найбільш розвинена чутливість на дистальних (віддалених) частинах тіла. Приблизні пороги відчуття: для кінчика пальця руки – 3 г/мм²; на тильному боці пальця – 5 г/мм², на тильному боці кисті – 12 г/мм²; на животі – 26 г/мм², на п'ятці – 250 г/мм². Поріг розрізнення в середнь­ому дорівнює приблизно 0,07 вихідної величини тиску. Часова межа тактильного відчуття становить менше 0,1 с. Особливістю тактильного аналізатора є швидке зменшення відчуття торкання чи тиску. Час адаптації знаходиться у межах 2...20 с. Тактильні відчуття формують у людини цілісне уявлення про навколишній світ, що зумовлює її здатність до предметної діяльності.

Вібраційне відчуття обумовлено тими ж рецеп­торами, що і тактильне, тому топографія розподілу вібраційного відчуття на поверхні тіла аналогічна.

Шкідливий вплив вібрацій на людину полягає в їх локальній дратівливій і ушкоджувальній дії на тканини і рецептори, що містяться в них. Оскільки ці рецептори пов'язані з центральною нервовою системою, їх рефлекторна дія впливає на різні системи організму. При низьких частотах механічних коливань (до 10 Гц), вібрації охоплюють весь організм незалежно від розташування їх джерела. Систематична дія низькочастотних вібрацій найбільше вражає м'язи людини. При дії високочастотних вібрацій зона їх розповсюдження обмежується місцем контакту, що викликає зміни в стінках кровоносних судин і приводить до порушення судинної системи.

Вібрація відчувається в діапазоні частот від 1 до 10 000 Гц. Найвища чутливість до частот від 200 до 250 Гц. В цьому випадку амплітуда вібрації мінімальна і дорівнює 1 мкм. При збільшенні або зменшенні частоти вібрації чутливість знижується.

Дія загальної вібрації з частотою від 4…27 Гц пов'язана з явищем резонансу (збільшенням амплітуди коливань окремих органів тіла людини). Тому дія цих частот має найбільш негативні наслідки. Резонансні частоти окремих частин тіла: очі – 22...27, горло – 6... 12, грудна клітка – 2...12, ноги, руки – 2...8, голова – 8...27, обличчя та щелепи – 4... 27, поперекова частина хребта – 4...14, живіт – 4...12.

Вібрації впливають на сенсорну систему. Загальні вібрації погіршують гостроту і звужують поле зору, знижують світлочутливість очей і порушують вестибулярну функцію. Дія локальних вібрацій знижує вібраційну, тактильну, температурну, больову і м’язову чутливість. Інтенсивна вібрація при тривалій дії приводить до серйозних змін діяльності всіх систем організму і, за певних умов, може викликати важке захворювання – віброхворобу.

Больова чутливість. Больові відчуття виникають не тільки при перевищенні верхньої абсолютної межі чутливості. Вільні нервові закінчення в епітеліальному шарі шкіри є спеціалізованими больовими рецепторами. Цей вид чутливості обумовлений впли­вом на поверхню шкіри механічних, теплових, хімічних, електричних та інших подразників. Між тактильними та больовими рецепторами існують складні співвідношення. Вони проявляються в тому, що найменша щільність больових рецепторів припадає на ті ділянки шкіри, котрі найбільш насичені тактильними рецепторами, і навпаки. Протиріччя зумовлене різними функціями рецепторів в житті організму. Больові відчуття викликають оборонні рефлекси, зокрема, рефлекс віддалення від подразника. Тактильна чутливість пов'язана з орієнтувальними рефлексами, зокрема, викликає рефлекс зближення з подразником.

Біологічний сенс болю полягає в тому, що він, як сигнал небезпеки, мобілізує організм на боротьбу за самозбереження. Під впливом больового сигналу перебудовується робота всіх систем організму і підвищується його реактивність. Поріг больової чутливості шкіри живота – 20 г/мм², кінців пальців – 300 г/мм².

За одиницю болі прийнято 1 DOL, що складає 0,06 Вт/см². Верхня межа болю виникає при 10,5 DOL, що дорівнює питомій потужності у 0,86 Вт/см².

При відчутті болю спостерігається майже пряма залежність між відчуттям та інтенсивністю подразнення в діапазоні до порога чутливості. Це означає, що для больового аналізатора закон Вебера–Фехнера не діє.

Температурна чутливість. Цей тип чутливості властивий теплокровним організмам. Температурна чутливість забезпечується двома типами рецепторів. Одні реагують тільки на холод, інші – лише на тепло. Абсолютна межа температурної чутливості для теплових рецепторів – 0,2°С, для холодних – 0,4°С. Диференціальна межа – близько 1°С. Температура шкіри дещо нижча за температуру тіла і відмінна для окремих ділянок: на лобі – 34...35°С, обличчі – 20...25°С, животі – 34°С, ногах – 25...27°С. Се­редня температура вільних від одягу ділянок шкіри 30...32°С. При замерзанні, по температурі окремих ділянок тіла, визначають ступінь переохолодження організму.

Діапазон температурного відчуття складає від 10 до 44,5⁰С. При менших температурах теплові та інші волокна блокуються (на цьому базується один із видів знеболювання), а при більших – відчуття “гаряче” змінюється відчуттям болю.

Температурний аналізатор важливий для нормальної життєдіяльності людини з двох напрямків.

ü по-перше, це інформація про тепловий стан навколишнього середовища і предметів, з якими людина має контакт. У разі перевищення порогів “холодно” і “гаряче” організм виконує відповідні захисні дії, щоб убезпечитися від можливих обморожень або опіків;

ü по-друге, дані про тепловий стан організму, дозволяють підтримувати у нормі його гомеостатичну функцію – сталу температуру у 36,6⁰С. Терморегуляція організму здійснюється за рахунок потовиділення і зміною просвіту підшкірних судин (почервоніння та збліднення шкіри).

Рухова чутливість

Кінестетична чутливість дає можливість людині керувати захисними пристроями, ручками, кнопками, педалями тощо. М'язове відчуття, враховуючи дію гравітації, “працює” постійно. Завдяки ньому людина приймає більш зручну позу. Певною мірою від зручного положення тіла людини залежить його працездатність, а в деяких випадках – і безпека.

Оптимальні зусилля: для ручок – 20...40 Η; для кнопок, тумблерів, перемикачів – 1400...1600 Η; для педалей ніг – 20...50 Η; для важелів ручного керування – 120...160 Н. Діапазон швидкостей, що розвиваються завдяки рухам рук, становить 0,0001...80 м/с, найчастіше використовуються швидкості 0,05...3 м/с. Вертикальні рухи рука здійснює швидше, ніж горизонтальні. Рухи до себе здійснюються швидше, ніж від себе. Руховий аналізатор можна значно покращити шляхом тренувань.

Нюх

Запахи обумовлені дією летких пахучих речовин на рецептори слизової оболонки носової порожнини. Особлива якість запаху обумовлена наявністю в молекулі подразника особливих атомних угрупувань (ефірної, фенолової, альдегідної). При змішуванні речовин може виникати новий запах, якість якого залежить від концентрації і складу початкових речовин. Запахи можуть класифікуватися по пахучих речовинах, що викликають якісно різні суб'єктивні враження.

Шведський ботанік Лінней виділяв 7 основних запахів: ароматичні (червона гвоздика), бальзамові (лілія), амброзіальні (мускус), цибульні (часник), псячі (валеріана), відштовхуючі (деякі комахи), нудотні (падаль).

Цваардемакер виділяв 9 основних класів: запахи ефірні (ацетон), ароматичні (гвоздика), бальзамові (ваніль), амбромускусні (мускус), часникові (сірководень), пригорілі (бензол), каприлові (сирий), осоружні (запах клопів), нудотні (скатол).

Стереохімічна теорія нюху (греч. stereos – просторовий) розроблена британським вченим Дж. Еймуром в 1964 г. Згідно неї нюх залежить від взаємодії молекул пахучої речовини з мембраною нюхової клітини, яка визначається як формою молекул, так і наявністю в ній певних функціональних груп. Молекула нюхового пігменту нюхової клітки переходить в збуджений стан під дією молекули пахучої речовини, яка потрапляє в певну рецепторну “лунку”, що коливається на мембрані нюхової клітини. В даній теорії виділяється сім первинних запахів — камфароподібний, квітковий, мускусний, м'ятний, ефірний, гнильний і гострий, всі інші – є змішаними і складаються з декількох первинних. Різний ступінь стимуляції рецепторів дає змогу розрізняти біля 10000 запахів. Було припущено, що молекули, що приводять до сприйняття камфароподібного запаху, мають форму кулі, з квітковим ­– диска з ручкою.

Але існують речовини, які через маленьку величину (наприклад, синильна кислота, яка складається лише з трьох атомів — HCN, озон, сірководень) повинні вкладатися в будь-який рецептор. Проте, синильна кислота пахне гірким мигдалем. Крім того, є молекули, що мають схожу просторову структуру, але пахнуть по різному (наприклад, ефіри оцтової кислоти – пропілацетат, бутилацетат і амілацетат). Тому в альтернативній теорії Л. Тьюрін запах інтерпретується як налаштування на різні частоти коливань молекул.

Нюхова чутливість – здатність відчувати і сприймати пахучі речовини як запахи. Хімічні речовини, поширювані у вигляді пари, газу або пилу потрапляють в порожнину носа, де взаємодіють з відповідними рецепторами. Залежно від об'єктивних умов (температура і вологість) і функціонального стану організму (наприклад, добових коливань – вдень чутливість менша ніж вранці і увечері) і цілеспрямованості діяльності інтенсивність нюху, для визначення якого звичайно використовується дев'ятибальна шкалу, може коливатися в достатньо широких межах. Зокрема, істотно посилюється під час вагітності. При значному за часом контакті пахучих речовин із слизовою оболонкою носа відбувається адаптація, що приводить до зниження чутливості. Повна адаптація до одного запаху не виключає чутливості до інших. Одночасна дія декількох пахучих речовин може приводити до їх змішування, взаємної нейтралізації, витісненню одного запаху іншим, появі нового запаху. Послідовна зміна запахів, що приводить до збільшення чутливості до одного запаху після дії іншого, використовується в парфумерії.

Нюховий аналізатор для людини, в порівнянні із зоровим та слуховим, має другорядне значення, тому що запахи дуже рідко несуть інформацію про небезпеки. Але не треба принижувати його роль. Добре відомо, що саме через ніс ми відчуваємо характерні запахи: витоку газу, несвіжих продуктів і відходів, хімічних речовин тощо, тобто отримуємо сигнал про можливу небезпеку. Якщо на аналізатори потрапляє речовина, небезпечна для життя або яка є загрозою здоров'ю людини (ефір, нашатирний спирт, хлороформ тощо), рефлекторно сповільнюється або короткочасно затримується дихання.

Нюх може використовуватись людиною при знаходженні різних відхилень у технологічних процесах, визначенні якості продукції. Зміна усталених запахів – це сигнал про якісь зміни, попередження про потенційну небезпеку. Недарма кажуть: “Нюхом відчуваю, що тут щось не те!” Втрата нюху проявляється в неможливості відчувати запахи речовин у повітрі (вони можуть виявитися небезпечними для здоров'я), впізнавати зіпсовану їжу. Для працівників парфумерної, харчової промисловості, сфери харчування втрата нюху може стати причиною зміни професії.

Абсолютна межа нюху у людини вимірюється частинками міліграма речовини на літр повітря. Диференціальна межа становить в середньому 38%.

Особливістю нюхового аналізатора є залежність сили відчуття від швидкості проходження повітря через носові пазухи. При зростанні швидкості (людина принюхується) більшість повітря проходить через верхній хід, де розташовано нюхові рецептори.

Для нюхового аналізатора характерна адаптація, тобто процес “звикання” до запаху. При тривалій дії сильного запаху диференціальна чутливість майже зникає і для поновлення відчуття необхідно суттєво збільшити концентрацію подразника.

Смак

Життєва роль смакових відчуттів, як і нюхових, менша, ніж зорових і слухових. Але вони мають велике значення в безпеці існування людини. При допомозі смакового аналізатора визначається вид та якість речовин, що попадає в середину людини через ротовий отвір. В основному це їжа, напої, медикаменти. Смак спожитих раніше речовин запам’ятовується. Це дає змогу рефлекторно відрізнити за незнайомим смаковим відчуттям нову речовину або інгредієнт їжі. Невідповідність смаку споживаного компоненту до смаку, який людина відчувала раніше при його вживанні, викликає пересторогу або реакцію відторгнення. Таким чином смаковий аналізатор надає інформацію про небезпеку речовин, що надходять в організм зовні.

Тим, хто потрапив в екстремальну ситуацію можна скористатися рекомендацією йогів: пробуючи незнайому їжу, постарайтеся якомога довше тримати її в роті, поволі пережовуючи і прислухаючись до своїх відчуттів. Якщо з'явиться явне бажання проковтнути, тоді спробуйте ризикнути.

За теорією розрізняють 4 основних смакових відчуття: солодкого, гіркого, кислого і солоного (рис.6.6). Інші смаки результат змішування в певних пропорціях 3 з 4 можливих первинних смаків. Треба пам’ятати, що рецептори язика збуджуються тільки у випадку, коли на них діє розчинена речовина.

Смаковий аналізатор у порівнянні з розглянутими раніше, досить грубий. Концентрація речовини, що відповідає нижньому порогу відчуття в 10⁵ разів більша ніж у нюхового аналізатора. Диференціальна чутливість теж низька і складає в середньому 20%. Смаковий аналізатор характеризується високою латентністю. Особливо затримка реакції на подразнення дуже довго зберігається після припинення дії подразника. Відновлення смакового сприйняття після закінчення дії подразника закінчується через 10...15 хвилин.

Найвищу чутливість смаковий аналізатор проявляє при температурі речовини 37⁰С. Зменшення або збільшення температури веде до спаду чутливості. При температурі 0⁰С чутливість майже зникає

Лекція 3