Вибрация представляет собой сложное периодическое (или близкое к периодическому) механическое колебание. В биологии и медицине с вибрацией обычно связывают механическое колебательное движение тела, отдельных органов или тканей, возникающее под воздействием внешних факторов.
Естественным источником вибрации являются штормы, землетрясения. Искусственными - различные двигатели, транспортные средства, акустические системы, виброинструменты и т.д.
Частотный спектр вибрации охватывает инфразвуковые частоты - до 16 гц., звуковые - от 16 до 20000 Гц. и ультразвуковые - свыше 20000 Гц. Частота колебаний, способных вызвать у человека наибольшее специфическое вибрационное ощущение, обычно лежит в области до 8000 Гц..
Биологический эффект действия вибрации определяется локальной интенсивностью энергии колебаний, вызывающей в тканях переменные напряжения: сжатия и растяжения, сдвиг от естественной оси покоя, кручения и изгибы тканей и жидкостей. Вибрация облегчает циркуляцию жидкости, может вызывать распад молекул в клеточной протоплазме, интенсифицирует ферментативные реакции, увеличивает проницаемость клеточных мембран, способна вызывать перестройки в хромосомном аппарате клеток. Помимо этого вибрация может вызвать в целом организме перестройки многих функций за счет вовлечения в реакции ЦНС, вегетативной нервной и эндокринной систем.
При локальной вибрации, в первую очередь, страдает регуляция тонуса периферических кровеносных сосудов. Вибрационное раздражение гладкомышечных клеток сосудов приводит к ангиоспазмам и изменениям гемодинамики в области микроциркуляции. Раздражение околососудистых нервных сплетений приводит к нарушению трофики и вазомоторной координации, нарушается также пластичность лимфатического русла. При локальной вибрации возникают патологические изменения в нервно-мышечном аппарате: снижается электровозбудимость и лабильность мышц и периферических нервов, ослабляются рефлексы, нарушается двигательная координация. У людей, длительно работающих с виброинструментами, снижается сила, тонус и выносливость мышц, в мышцах возникают очаги уплотнения, болезненные тяжи, развиваются атрофии.
Общая вибрация вызывает аналогичные расстройства во всей двигательной сфере. Но при общей вибрации особенно сильно страдает ЦНС, так как она оказывается под влиянием мощных афферентных потоков с огромного количества механорецепторных структур. При этом снижается амплитуда ЭЭГ, наступает депрессия осритма, в коре головного мозга начинают преобладать тормозные процессы, нарушаются корково-подкорковые взаимоотношения, возникают вегетативные дисфункции. Клинически это выражается в утомлении, депрессии или раздражительности, головных болях и других расстройствах вплоть до развития устойчивых тяжелых неврозов.
Как механический фактор вибрация вызывает нарушения гидродинамического баланса в тканях и органах, увеличение общих энерготрат организма со сдвигами в окислительно-восстановительных процессах. Могут быть травмы внутренних органов из-за их смещения. Таким образом, при длительном воздействии вибрации у человека развивается вибрационная болезнь. Хроническое воздействие вибрации вызывает прогрессирующие изменения гистологические, гистохимические, биохимические в органах и тканях: отеки и кровоизлияния в головном и спинном мозге, дистрофические изменения нейронов, нервных стволов, дистрофические изменения в мышечной ткани и разрывы мышц, разрастание соединительной ткани, отеки, кровоизлияния и дистрофические изменения в паренхиматозных органах, нарушения морфологического и биохимического состава крови. В артериях находят изменения, подобные таковым при облитерирующем эндартериите. Возможны трофические изменения кожи и ее придатков, вплоть до развития гангрены пальцев. В костно-суставном аппарате развиваются остеопороз, деформирующий артроз, остеохондропатии, возможны асептические некрозы головок костей, уплотнения с отложением извести, остеофитоз.
Выделяют 4 стадии развития вибрационной болезни:
I-я: малосимптомная, начальная. Преобладают жалобы на незначительные боли и парестезии в руках с легкими расстройствами чувствительности;
II-я: стадия умеренно выраженных изменений в т.ч. и ЦНС.;
III-я: стадия выраженных вазомоторных и трофических изменений, заметные сдвиги в ЦНС.;
IV-я: стадия генерализованных нарушений, резко выраженных симптомов.
В ряде случаев имеет место сочетание отдельных синдромов или их переплетение:
1. Ангиодистонический синдром.
Наблюдается во всех стадиях. Характеризуется похолоданием, цианозом конечностей, парестезиями.
2. Ангиоспастический синдром.
Характеризуется приступами ангиоспазмов по типу "белых пальцев" и выраженными нарушениями чувствительности.
3. Синдром вегетативного полиневрита.
Преобладают парестезии, боли, нарушения чувствительности.
4. Синдром вегетомиофасцита.
Характеризуется выраженными дистрофическими изменениями в мышцах, других тканях, опорно-двигательном аппарате.
5. Синдром неврита.
Отмечаются избирательные амиотрофии в зоне соответствующего поражения нерва.
6. Диэнцефальный синдром.
Характеризуется приступами головокружений, часто на фоне астении.
Лечение вибрационной болезни основывается на комплексном подходе с использованием сосудорасширяющих, улучшающих микроциркуляцию, витаминных препаратов, массажа, других физиопроцедур, особенно гидротерапии. Показано санаторно-курортное лечение в области теплого климата
Для защиты от вибрации применяют следующие методы: снижение виброактивности машин; отстройка от резонансных частот; вибродем- пфирование; виброизоляция; виброгашение, а также индивидуальные средства защиты.
Снижение виброактивности машин (уменьшение Fm) достигается изменением технологического процесса, применением машин с такими кинематическими схемами, при которых динамические процессы, вызываемые ударами, ускорениями и т. п. были бы исключены или предельно снижены, например, заменой клепки сваркой; хорошей динамической и статической балансировкой механизмов, смазкой и чистотой обработки взаимодействующих поверхностей; применением кинематических зацеплений пониженной виброактивности, например, шевронных и косозубых зубчатых колес вместо прямозубых; заменой подшипников качения на подшипники скольжения; применением конструкционных материалов с повышенным внутренним трением.
Отстройка от резонансных частот заключается в изменении режимов работы машины и соответственно частоты возмущающей вибросилы; собственной частоты колебаний машины путем изменения жесткости системы с например установкой ребер жесткости или изменения массы системы (например путем закрепления на машине дополнительных масс).
Вибродемпфирование - это метод снижения вибрации путем усиления в конструкции процессов трения, рассеивающих колебательную энергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту при деформациях, возникающих в материалах, из которых изготовлена конструкция. Вибродемпфирование осуществляется нанесением на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение,- мягких покрытий (резина, пенопласт ПХВ-9, мастика ВД17-59, мастика «Анти-вибрит») и жестких (листовые пластмассы, стеклоизол, гидроизол, листы алюминия); применением поверхностного трения (например, прилегающих друг к другу пластин, как у рессор); установкой специальных демпферов.
Виброгашение (увеличение массы системы) осуществляют путем установки агрегатов на массивный фундамент. Виброгашение наиболее эффективно при средних и высоких частотах вибрации. Этот способ нашел широкое применение при установке тяжелого оборудования (молотов, прессов, вентиляторов, насосов и т. п.).
Повышение жесткости системы, например путем установки ребер жесткости. Этот способ эффективен только при низких частотах вибрации.
Виброизоляция заключается в уменьшении передачи колебаний от источника к защищаемому объекту при помощи устройств, помещаемых между ними. Для виброизоляции чаще всего применяют виброизолирующие опоры типа упругих прокладок, пружин или их сочетания. Эффективность виброизоляторов оценивают коэффициентом передачи КП, равным отношению амплитуды виброперемещения, виброскорости, виброускорения защищаемого объекта, или действующей на него силы к соответствующему параметру источника вибрации. Виброизоляция только в том случае снижает вибрацию, когда КП < 1. Чем меньше КП, тем эффективнее виброизоляция.
Профилактические меры по защите от вибраций заключаются в уменьшении их в источнике образования и на пути распространения, а также в применении индивидуальных средств защиты, проведении санитарных и организационных мероприятий.
Уменьшения вибрации в источнике возникновения достигают изменением технологического процесса с изготовлением деталей из капрона, резины, текстолита, своевременным проведением профилактических мероприятий и смазочных операций; центрированием и балансировкой деталей; уменьшением зазоров в сочленениях. Передачу колебаний на основание агрегата или конструкцию здания ослабляют посредством экранирования, что является одновременно средством борьбы и с шумом.
В качестве вибропоглощающих покрытий обычно используют мастики № 579, 580, типа БД-17 и простейшие конструкции (слои рубероида, проклеенные битумом или синтетическим клеем).
Если методы коллективной защиты не дают результата или их нерационально применять, то используют средства индивидуальной защиты. В качестве средств защиты от вибрации при работе с механизированным инструментом применяют антивибрационные рукавицы и специальную обувь. Антивибрационные полусапоги имеют многослойную резиновую подошву.
Длительность работы с вибрирующим инструментом не должна превышать 2/3 рабочей смены. Операции распределяют между работниками так, чтобы продолжительность непрерывного действия вибрации, включая микропаузы, не превышала 15...20 мин. Рекомендуется делать перерывы на 20 мин через 1...2ч после начала смены и на 30 мин через 2 ч после обеда.
Во время перерывов следует выполнять специальный комплекс гимнастических упражнений и гидропроцедуры - ванночки при температуре воды 38 °С, а также самомассаж конечностей.
Если вибрация машины превышает допустимое значение, то время контакта работающего с этой машиной ограничивают.
Для повышения защитных свойств организма, работоспособности и трудовой активности следует использовать специальные комплексы производственной гимнастики, витаминную профилактику (два раза в год комплекс витаминов С, В, никотиновую кислоту), спецпитание.