Физиологические характеристики человека

 

Анализаторы.Для поддержания системы "человек - производство" в безопасном состоянии необходим постоянный прием и анализ информации о характеристиках внешней среды и внутренних систем организма, согласованность действий человека с элементами среды. Человек осуществляет непосредственную связь с окружающей средой при помощи анализаторов - подсистем центральной нервной системы (ЦНС), обеспечивающих прием и анализ информационных сигналов. Информация, поступающая через анализаторы, называется сенсорной (от лат. sensus – чувство, ощущение), а процесс ее приема и первичной переработки - сенсорным восприятием.

Функциональная схема анализатора представлена на рис. 2.10.

 

 

Рис. 2.10. Функциональная схема анализатора

 

Сигналы воспринимаются рецепторами, находящимися в органах чувств, либо во внутренних системах и органах. Проводящие нервные пути соединяют рецепторы с соответствующими зонами головного мозга.

В зависимости от принимаемых сигналов анализаторы делятся на внешние и внутренние.

Внешние:зрительный (рецептор – глаз); слуховой (рецептор – ухо); тактильный, болевой, температурный (рецепторы кожи); обонятельный (рецептор в носовой полости); вкусовой (рецепторы на поверхности языка и неба).

Внутренние: анализатор давления; кинестатический (рецепторы в мышцах и сухожилиях; вестибулярный; специальные, расположенные во внутренних органах и полости тела.

Основной характеристикой анализатора является чувствительность- это способность живого организма воспринимать действие раздражителей, находящихся во внешней или внутренней среде. Она определяется величиной порога ощущения - чем ниже порог, тем выше чувствительность. Различают абсолютную и дифференциальную чувствительность и, соответственно, абсолютный и дифференциальный порог ощущения.

Абсолютный порог чувствительности - это минимальная сила раздражения, способная вызвать появление реакции.

Дифференциальный порог чувствительности - это минимальная величина, на которую нужно изменить раздражение, чтобы вызвать изменения ощущения. Психофизиологическими опытами установлено, что величина ощущений изменяется медленнее, чем сила раздражителя. Интенсивность ощущений выражается психофизиологическим законом Вебера-Фехнера, приближенно выражающимся формулой:

 

E = k lg J + C, (2.1)

 

где Е - интенсивность ощущений;

J - интенсивность раздражителя;

k и С - константы.

Время, проходящее от начала воздействия раздражителя до появления ощущений, называют латентным периодом.

Величина латентного периода (сек) для различных анализаторов следующая:

тактильный (прикосновение)………………………….0,09 –0,22

слуховой (звук)………………………………………….0,12 – 0,18

зрительный (свет)……………………………………… 0,15 – 0,22

обонятельный (запах)…………………………………..0,31 - 0,39

температурный (тепло, холод)……………………….…0,28 - 1,60

вестибулярный аппарат (при вращении) ……………..0,40

болевой (рана)……………………………………………0,13 – 0,89

Каждому типу анализаторов, в зависимости от времени действия, присуща адаптация (привыкание) и сенсибилизация (повышение чувствительности).

Функционирование разных анализаторов существенно изменяется под влиянием неблагоприятных условий (температура, вибрации, перегрузки, невесомость, утомление и др.).

Чтобы обеспечить надежность деятельности человека при приеме и анализе сигналов в любых условиях, рекомендуется использовать не абсолютные и дифференциальные пороги чувствительности анализаторов, а оперативные, характеризующие оптимальную различимость сигналов (обычно в 10 – 15 раз выше абсолютных и дифференциальных).

Зрительный анализатор.90% информации о внешнем мире человек получает через зрительный анализатор. Прием и анализ информации происходит в световом диапазоне электромагнитных волн – 380 – 760 нм. Цветовое ощущение вызывается действием световых волн различной длины. Система зрения человека состоит из двух глаз, зрительного - нервного пути (нейроны) и центра в зрительной зоне затылочной области коры больших полушарий мозга.

Глаз различает семь основных цветов и более сотни оттенков.

Поле зрения состоит из центральной области бинокулярного зрения, обеспечивающего стереоскопичность изображения. Его границы у отдельных индивидуумов зависят от анатомических факторов (расстояния между зрачками). Оно охватывает угол 120 – 180^о по горизонтали, по вертикали вверх 55 – 60^о и вниз 65 – 72^о. Опознание взаимного расположения и форм объектов возможно на границах: вверх – 25, вниз – 35, вправо и влево – по 32^о от оси зрения. В поле бинокулярного зрения предметы обнаруживаются, но не распознаются. Точное распознание предмета и восприятие сигнала возможно только в поле зрения размером 3^о от оси во все стороны.

Чувствительность к яркостному контрастуявляется основным показателем зрения. Его порог (наименьшая воспринимаемая яркость) зависит от среднего уровня яркости в поле зрения и ее равномерности. Оптимальный порог существует при естественном освещении.

Острота зрения или минимальная способность раздельного восприятия - это способность различать и воспринимать раздельно мелкие детали. Она характеризуется минимальным углом, под которым две точки видны как раздельные. Острота зрения зависит от освещенности, контрастности, формы объекта и других факторов. При оптимальной освещенности (100 - 700 люкс) порог разрешения составляет от 1^о до 5 мин. Зависит от тех же условий, что и контрастное восприятие, и от угла зрения.

Цветовосприятие или хроматическое зрительное восприятие является способностью различать цвета предметов. Цветовое зрение - это одновременно физическое, физиологическое и психологическое явление, которые заключаются в способности глаза реагировать на воздействие излучений различной длины волны в специфическом восприятии этих излучений. Различаются ахроматические цвета(белый, состоящий из всех видимых длин волн, а также серый и черный) и хроматические цвета (включает семь простых цветов спектра).

Различные заболевания зрения или центральной нервной системы могут приводить к цветовой слепоте. Цветовое зрение обладает способностью меняться под воздействием применяемых химических веществ. Так, например, употребление табака приводит к дефектам цветоощущения в красно-зеленой зоне, адреналин усиливает чувствительность к зеленому цвету, ослабляет чувствительность к красному и оранжевому, антибиотики приводят к дефектам цветоощущения в синей, а затем зеленой зоне; кофеин, кофе, кока-кола ослабляют чувствительность к синему, усиливают красный цвет; наркологические анальгетики: опиум, морфин - приводят к дефекту в красно-зеленой зоне, усилению видения синего цвета.

Слуховой анализатор.С помощью звукового сигнала человек получает 10 % информации.

Слуховой анализатор способен:

- быть готовым к восприятию информации в любой момент времени;

- воспринимать звуки в широком диапазоне частот и выделять необходимые;

- устанавливать со значительной точностью место расположения звукового источника.

return false">ссылка скрыта

Наиболее часто звуковые сигналы применяются для сосредоточения внимания человека (предупреждение об опасности).

С физической точки зрения звук представляет собой механические колебания упругих тел и акустические колебания при движении частиц твердой, газообразной или жидкой среды относительно занимаемого ими положения равновесия, способные восприниматься органами слуха. Частоты слышимого звука, находящиеся в диапазоне от 16 до 20000 Гц, т.е. выше верхнего предела восприятия для человека с нормальным слухом, называются ультразвуком, а звук в диапазоне ниже 16 Гц - инфразвуком.

Основными параметрами звуковых сигналов (колебаний) являются:

– интенсивность (амплитуда) - громкость;

– частота и форма, выражаются как высота и тембр.

Интенсивность (сила) звука (Вт/м²) определяется плотностью звуковой энергии и возникающим при этом давлением, Па.

Для характеристики величин, определяющих восприятие звука, как правило, используется не интенсивность звука (J) и звуковое давление Р, а их отношения к пороговым значениям (J_о = 10^-12 Вт / м² или Р_о = 2·10^-5 Па). В качестве таких относительных единиц используют децибелы (дБ).

 

L= 10 lg (J / J_o) = 20 Lg (P / P_o), (2.2)

 

где J и Р – соответственно интенсивность и уровень звукового давления.

Интенсивность звука уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния; при удвоении расстояния (J) снижается на 6 дБ. Пользоваться шкалой децибел удобно, так как весь звуковой диапазон укладывается в шкалу 140 дБ.

Шум может мешать восприятию речи (эффект "маскировки"), вызывать раздражение, ослаблять внимание, способствовать увеличению выделения гормонов, следствием чего является снижение производительности, утомление и другие нарушения здоровья, не относящиеся непосредственно к воздействию на органы слуха (например, физиологическое воздействие шума вызывает нарушение сна и стрессовые реакции). Поэтому по рекомендации Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), для сохранения процесса восстановления слуха, уровень звука не должен превышать 35 дБ(А).

Для характеристик шума используют понятия:нижний предел чувствительности - порог слышимости на различных частотах - наименьший уровень звука, ощущаемый слуховым анализатором; верхний предел слышимости - порог болевого ощущения, при котором барабанные перепонки ощущают болевой эффект, составляющий 130 - 140 дБ.

Слышимость а следовательно, и обнаруживаемость звукового сигнала зависит от длительности его звучания. Сигнал должен длиться не менее 0,1 с. Важным условием восприятия является различие длительности и интенсивности отдельных звуков и их комбинаций. Восприятие речевых сообщений зависит от темпа их передачи и наличия интервалов между словами и фразами. Оптимальным считается темп 120 слов / мин. Интенсивность речевых сигналов должна превышать интенсивность шумов на

6,5 дБ.

Кожный анализатор.На коже расположены рецепторы для восприятия прикосновения, боли, тепла, холода, вибрации. Количество различных рецепторов на каждом участке кожи различно. Так, плотность размещения рецепторов на тыльной стороне кисти составляет: болевых – 188, осязательных – 144, холодовых – 7 и тепловых – 0,5 на см² поверхности; на грудной клетке соответственно – 196; 29,9 и 0,3.

Тактильный анализаторвоспринимает ощущения, возникающие при действии на кожную поверхность различных механических стимулов (прикосновение, давление). Абсолютный порог тактильной чувствительности определяется по тому минимальному давлению предмета на кожную поверхность, которое производит едва заметное ощущение прикосновения.

Примерные пороги ощущения: для кончиков пальцев руки - 3, на тыльной стороне пальца - 5, на тыльной стороне кисти - 12, на животе - 26 и на пятке - 250. Порог различения в среднем равен примерно 0,07 исходной величины давления. Наиболее высоко развита чувствительность на дистальных частях тела. Примерные пороги ощущений: для кончиков пальцев руки – 3 г/мм²; на тыльной стороне пальца – 5 г/мм²; на тыльной стороне кисти – 12 г/мм²; на пятке – 250 г/мм².

Тактильный анализатор обладает высокой способностью к пространственной локализации. Временной порог тактильной чувствительности - менее 0,1 с. Характерной особенностью тактильного анализатора является быстрое развитие адаптации, т.е. исчезновение чувства прикосновения или давления. Время адаптации зависит от силы раздражителя и для различных участков тела изменяется в пределах (2 ÷ 20) с. При ритмических прикосновениях к коже каждое из них воспринимается как раздельное, пока не достигает критической частоты в (5 ÷20) Гц.

Вибрационная чувствительностьобусловлена теми же рецепторами, что и тактильная. Вибрация высокой интенсивности при продолжительном воздействии приводит к серьезным изменениям деятельности всех систем организма и при определенных условиях может вызывать тяжелые заболевания. При небольшой интенсивности и длительности воздействия вибрация может быть полезна: уменьшает утомляемость, повышает обмен веществ, увеличивает мышечную силу. Диапазон ощущений вибрации высок: от 1 до 12000 Гц. Наиболее высока чувствительность к частоте

(200-250) Гц. При ее увеличении и уменьшении вибрационная чувствительность снижается. Пороги вибрационной чувствительности различны для различных участков тела. Наибольшей чувствительностью обладают участки тела, которые более удалены от жизненно важных органов (например, кисти рук).

Болевая чувствительность. Этот вид чувствительности обусловлен воздействием на поверхность кожи механических, тепловых, электрических и других раздражителей. В эпителиальном слое кожи имеются свободные нервные окончания, которые являются специализированными болевыми рецепторами. Между тактильными и болевыми рецепторами существуют противоречивые отношения. Проявляются они в том, что наименьшая плотность болевых рецепторов приходится на те участки кожи, которые наиболее богаты тактильными рецепторами, и наоборот. Противоречие обусловлено различием функций рецепторов в жизни организма. Болевые ощущения вызывают оборонительные рефлексы, в том числе, рефлекс удаления от раздражителя. Тактильная чувствительность интимно связана с ориентировочными рефлексами, в частности, это вызывает рефлекс сближения с раздражителем.

Биологический смысл боли в том, что она, являясь сигналом опасности, мобилизует организм на борьбу за самосохранение. Под влиянием болевого сигнала перестраивается работа всех систем организма и повышается его реактивность.

Порог болевой чувствительности кожи живота составляет 20, а кончиков пальцев - 300 г/мм². Латентный период составляет около 370 мс, а критическая частота слияния дискретных болевых раздражителей ~3 Гц. В области боли основной психофизический закон не действует. Здесь наблюдается почти прямая зависимость между ощущением и раздражением в диапазоне до порога чувствительности.

Температурная чувствительность свойственна организмам, обладающим постоянной температурой тела, обеспечиваемой внутренней терморегуляцией. Температура кожи несколько ниже температуры тела и различна для отдельных участков (на лбу, например, 34-35; на лице 20-25; на животе – 34; на стопах ног – 25-27) ^оС. Средняя температура свободных от одежды участков кожи равна (30-32) ^оС.

В коже человека обнаружено два рода рецепторов. Одни реагируют только на холод, другие - только на тепло. Пространственные пороги зависят от стимулирующих факторов: при контактном воздействии, например, ощущение возникает уже на площади в 1 мм², при лучевом - начиная с 700 мм². Латентный период температурного ощущения равен примерно 250 мс. Абсолютный порог температурной области чувствительности определяется по минимальному ощущаемому изменению температуры участков кожи относительно физиологического нуля, т.е. собственной температуры данной области кожи. Для тепловых рецепторов он равен примерно 0,2 ^оС, для холодных - 0,4 ^оС. Порог различительной чувствительности - около 1 ^оС.

Кинестатический анализатор обеспечивает ощущение положений и движений тела и его частей. Имеется три вида рецепторов, воспринимающих:

1. Растяжение мышц и их расслабление – "мускульные веретена".

2. Сокращения мышц - сухожилия.

3. Положение суставов.

Возможности двигательного аппарата должны учитываться при конструировании защитных устройств и органов управления. Сила сокращения мышц колеблется от 450 до 650 Н, а при соответствующей тренировке может достигать 900 Н. Сила сжатия, в среднем равная 500 Н, а правой и левой руки 450 Н и может быть увеличена в 2 и более раз. Ниже приведены значения оптимальных усилий на органы управления.

Диапазон скоростей, развиваемых движущимися руками человека, находится в пределах (0,01 – 8000) см/с. Наиболее часто используют скорости порядка (5 – 800) см/с. Скорость зависит от направления движения: вертикальное движение рукой осуществляется быстрее, чем горизонтальное; движение к себе совершается быстрее, чем от себя. Скорость движения больше сверху вниз, чем снизу вверх; вперед-назад, чем вправо-влево; слева направо для правой руки и справа налево для левой. Вращательные движения в 1,5 раз быстрее поступательных.

 

Органы управления	Величина усилий, Н
Для рукояток
оптимальные	20-40
максимальные
Для кнопок, тумблеров, переключателей:
легкого типа	1400-1600
тяжелого типа	6000-12000
Для ножных педалей управления:
используемых периодически	до 300
используемых часто	10-50
Для рычагов ручного управления машиной:
используемых редко	120-160
используемых часто	20-40

Обонятельный анализаторможет воспринимать до 400 наименований запахов. Рецепторы расположены на площади около 2,5 см² слизистой оболочки носовой полости.

Условиями восприятия запахов являются: летучесть вещества (выделение его молекул в свободном виде); растворимость вещества в жирах; движение воздуха для его распространения.

Абсолютный порог обоняния у человека измеряется долями миллиграмма вещества на литр воздуха (10^-2 мг/л). Но дифференциальный порог- в среднем 38 %. Запахи могут сигнализировать человеку о нарушениях в ходе технологических процессов и об опасностях.

Осязательный (вкусовой) анализатор. В физиологии и психологии распространена четырехкомпонентная теория вкуса, согласно которой существует четыре вида элементарных вкусовых ощущений: сладкого, горького, кислого и соленого. Все остальные вкусовые ощущения представляют их комбинации. Абсолютные пороги вкусового анализатора, выраженные в величинах концентраций раствора, примерно в 10 000 раз выше, чем обонятельного.

Вкусовые и обонятельные ощущения отражают не только свойства веществ, но и состояние самого организма. Различительная чувствительность вкусового анализатора довольно груба, в среднем она составляет 20%. Восстановление вкусовой чувствительности после воздействия различных раздражителей заканчивается через 10 – 15 мин. Под влиянием практической деятельности и специальных знаний чувствительность вкусового и обонятельного анализаторов может быть существенно развита.

Органическая чувствительность.Мозг человека получает информацию не только от окружающей среды, но и от самого организма. Чувствительные нервные аппараты имеются во всех внутренних органах, в них под влиянием внешних условий возникают определенные ощущения, которые порождают сигналы, вызывающие регуляцию деятельности внутренних органов. Перечисленные анализаторы функционируют в сложном взаимодействии. Ядром всего механизма взаимодействия анализаторов является рефлекторный путь: постоянные и временные нервные связи между их мозговыми окончаниями. В процессе развития человека на основе взаимодействия анализаторов формируются функциональные системы, являющиеся механизмом перцептивных действий.

Структура этих систем определяется условиями деятельности и жизни человека. Если человек попадает в необычные для него условия, то возможно возникновение конфликта между сложившимися функциональными системами и новыми требованиями. Чтобы предотвратить подобные нарушения, необходимо перестроить сложившиеся функциональные системы или формировать новые путем соответствующих тренировок. Это обстоятельство следует иметь в виду при создании безопасности систем.

В реальных условиях производства на каждый анализатор человека действуют одновременно несколько раздражителей, которые оказывают влияние на всю систему анализаторов. Следовательно, нужно учитывать не только возможности анализатора, но и те условия, в которых будет работать человек. Известно, что сильный шум изменяет чувствительность зрения. Чувствительность зрительного аппарата снижается при действии некоторых запахов, температуры, вибрации.

Определяя оптимальные условия функционирования, необходимо учитывать всю систему раздражителей, действующих на все анализаторы человека. Это требование на практике не всегда может быть реализовано полностью. Однако следует подчеркнуть важную методологическую направленность этого вопроса, сводящуюся к требованию в комплексе учитывать факторы окружающей среды.