環(huán)境振動(dòng)對(duì)人體的影響

1、文章編號(hào):10061355(2004)03002204環(huán)境振動(dòng)對(duì)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(dòng)模型在有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上討論了環(huán)境振動(dòng)對(duì)人體的影響及人體對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)的舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并分析了相關(guān)的主要因素。關(guān)鍵詞:振動(dòng)與波環(huán)境振動(dòng)人體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中圖分類號(hào):TB53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AEffectsofEnvironmentalVibrationonMONGShuangZHUYuan2qing(Seis

2、mologicalBureauofShanghaiShanghai200062)Abstract:Thispaperintroducedthemechanicalvibrationmodelofhumanbodydiscussedef2fectsofenvironmentvibrationonmanthecriterionofevaluatinghumanresponsetovibrationbasedonISOanalyzedthei

3、mptantfacts.Keywds:vibrationwaveenvironmentalvibrationhumanbodycriterionofevaluation收稿日期:2004201207作者簡(jiǎn)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(cè)技術(shù)及振動(dòng)研究。引言我們的生存環(huán)境中振動(dòng)無(wú)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(dòng)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(dòng)源。猶

4、如聲音是由于聲帶的振動(dòng)消化是由于胃腸的蠕動(dòng)呼吸是由于肺葉的扇動(dòng)血液的輸送是由于心臟的搏動(dòng)等可以說(shuō)人類的生命和生存都離不開(kāi)振動(dòng)。但是這些環(huán)境中的振動(dòng)也在時(shí)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(dòng)造成的疾病統(tǒng)稱為“振動(dòng)病”。甚至振動(dòng)對(duì)樹(shù)木也會(huì)造成危害。美國(guó)一些高速公路兩旁的樹(shù)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(wú)數(shù)汽車對(duì)地面引起的頻繁振動(dòng)從而破壞了樹(shù)木根系與土壤的結(jié)合造成了樹(shù)木的死亡。環(huán)境

5、振動(dòng)已經(jīng)成為一種不容忽視的公害之一本文在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上從人體機(jī)械振動(dòng)模型出發(fā)進(jìn)一步闡述了環(huán)境振動(dòng)對(duì)人體的影響并且分析了各種重要因素。1人體機(jī)械振動(dòng)模型及對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)1.1人體機(jī)械振動(dòng)模型人體的結(jié)構(gòu)及特性決定了它既是一個(gè)生物系統(tǒng)也可被視為一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)。人作為一個(gè)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(guò)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(dòng)模型及各部位的固有頻率1.2人體對(duì)激勵(lì)頻率的響應(yīng)根據(jù)人體平坐與站立在垂直振動(dòng)的平臺(tái)上時(shí)顯示的機(jī)械阻抗頻率低于2Hz時(shí)人體可視為一個(gè)純質(zhì)量單元。人體平坐狀態(tài)時(shí)第一次諧振發(fā)生在4～6Hz段人體站立時(shí)響應(yīng)峰值出現(xiàn)在5～12Hz段。阻抗數(shù)值以及其相角為計(jì)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(dòng)4～2004年6月噪聲與振動(dòng)控制第3期?19952005TsinghuaTongfangOp

7、ticalDiscCo.Ltd.Allrightsreserved.通過(guò)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(duì)振動(dòng)的感受有一個(gè)振幅和頻率的范圍當(dāng)振幅和頻率在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)人體才能感覺(jué)得到振動(dòng)。振動(dòng)頻率低于10Hz時(shí)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(dòng)、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(gè)半規(guī)管、橢圓囊和球囊后三者成為前庭器官是人體對(duì)自身運(yùn)

8、動(dòng)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(dòng)時(shí)速度的變化———包括正、負(fù)加速度———會(huì)刺激三個(gè)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(duì)關(guān)系的改變時(shí)就會(huì)刺激球囊中的感受細(xì)胞這些刺激引起的神經(jīng)沖動(dòng)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(dòng)1000Hz以上則表皮感受器官是最敏感的感受振動(dòng)感受器。人體通過(guò)這些感受器最靈敏地感受各種不同頻率的振動(dòng)。由于物理振動(dòng)模

9、型隨著受觀測(cè)者不可預(yù)知的狀態(tài)及動(dòng)機(jī)不同而不同而與受觀測(cè)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(jì)具有一定的限制。個(gè)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(dòng)時(shí)引起的病理效應(yīng)以長(zhǎng)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(dòng)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(zhǎng)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(dòng)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(dòng)時(shí)人體心血管、呼吸、消化、神經(jīng)及感知覺(jué)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(duì)視力、平衡能力、反應(yīng)時(shí)間和協(xié)調(diào)能力的影響。除了人體感受到振動(dòng)以外人體經(jīng)受振動(dòng)后還發(fā)生各種不良的生理反應(yīng)。例如:經(jīng)受振動(dòng)后感到不舒服、煩躁不安、疲勞等。頻率在30Hz左右的振動(dòng)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(dòng)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(dòng)使前庭器官受刺激。中等振幅的全身性振動(dòng)由前庭器官傳遞發(fā)生惡心、眩暈和運(yùn)動(dòng)疾病等不良反應(yīng)。較大振幅的振動(dòng)發(fā)生病理的影響。振動(dòng)頻率與對(duì)人體產(chǎn)生的影響之間的關(guān)系可參見(jiàn)表2。表2各種頻段的振動(dòng)對(duì)人體產(chǎn)生的影響激振頻率(Hz)對(duì)人體生理機(jī)能的影響1Hz超低頻振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)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(dòng)無(wú)法控制10～20引起肌肉緊張、眼睛發(fā)脹、咽喉痛、語(yǔ)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(dòng)主要因素3.1振動(dòng)頻率振動(dòng)對(duì)人體的不良影響中頻率起著主要作用不同頻率的振動(dòng)所引起的感受和病變特征是不同的。人體能感知的振動(dòng)頻率范圍是1～1000Hz對(duì)于環(huán)境振動(dòng)人們所關(guān)心的是人體反應(yīng)特別敏感的1～80Hz的振動(dòng)這主要是由于各種組織的共振頻率集中在這個(gè)范圍。站立的人對(duì)4～8Hz的振動(dòng)最為敏

13、感躺臥的人對(duì)1～2Hz的振動(dòng)最為敏感。3.2振動(dòng)強(qiáng)度當(dāng)頻率一定時(shí)振動(dòng)幅度越大對(duì)機(jī)體的影響越大。振動(dòng)強(qiáng)度以人體對(duì)振動(dòng)的感受程度來(lái)評(píng)價(jià)。目前國(guó)際上通用加速度參數(shù)來(lái)表示振動(dòng)的強(qiáng)度加速度常用La來(lái)表示其定義類似于聲壓級(jí)如某一加速度的有效值為a(ms2)其加速度級(jí)La=20lgaa0(dB)其中參考加速度a0=106(ms2)一般人剛剛感覺(jué)到的垂直振動(dòng)為103(ms2)對(duì)應(yīng)60dB不可忍耐的加速度是5101(ms2)對(duì)應(yīng)114dB。以分貝為單位的

14、振動(dòng)加速度級(jí)代替振動(dòng)加速度對(duì)于振動(dòng)測(cè)量、運(yùn)算和表達(dá)帶來(lái)很大方便。3.3暴露時(shí)間暴露時(shí)間是指機(jī)械振動(dòng)作用于身體的持續(xù)時(shí)間。振動(dòng)的時(shí)間特性可分為穩(wěn)態(tài)振動(dòng)、間歇振動(dòng)和沖擊振動(dòng)穩(wěn)態(tài)振動(dòng)的強(qiáng)度是不隨時(shí)間變化的振動(dòng)。間歇振動(dòng)是指時(shí)有時(shí)無(wú)的振動(dòng)如汽車駛過(guò)而引起的公路振動(dòng)等。靠沖擊力作功的機(jī)械如鍛錘、打樁機(jī)等產(chǎn)生的振動(dòng)稱之為沖擊振動(dòng)沖擊振動(dòng)的時(shí)間越短振幅越大則對(duì)機(jī)體的作用也越強(qiáng)。人體無(wú)論受到哪種振動(dòng)作用接觸振動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)肌體的不良影響越大。3.4工作