В.Г. Маймулов,   Б.С. Доброборский,   Е.Н. Кадыскина

 

Исследование проблемы объективной количественной оценки экологической обстановки и ее решение с использованием показателя эргоемкость 

 

     Анализ существующих способов оценки экологической обстановки, основанных на сравнении  физико-химических  параметров экологической обстановки с предельно-допустимыми значениями показал, что этот путь не только не обеспечивает  экологическую безопасность как людей, так и всего остального животного и растительного мира, но и дает искаженную информацию об экологической обстановке.

      В качестве примера можно привести  документ "Гигиенические тpебования к pучным инстpументам и оpганизации pабот. Санитаpные пpавила и ноpмы СанПиH 2.2.2.540-96", в котором, в частности, не предусмотрена зависимость предельно-допустимых уровней вибрации  от температуры окружающего воздуха, в результате чего в районах крайнего севера, где температура воздуха   достигает значений -30 - -40 град.С имеются случаи вибрационных заболеваний при эксплуатации ручных инструментов, полностью соответствующих этим нормам и в документах которых отсутствуют  какие-либо рекомендации по ограничениям их эксплуатации в  условиях низких температур [   1    ]. 

      Кроме того, в этом же документе для интегральной количественной оценки одновременно воздействия на организм человека различных физико-химических факторов предусмотрены специальные таблицы: "Кpитеpии для установления бальной оценки пpоизводственных фактоpов пpоизводственной обста­новки",, в соответствии с которыми экологическая обстановка оценивается в баллах, ничем не обоснованных метрологически и позволяющих их трактовать по своему усмотрению, например показатель «неудобная поза». 

    Разработанные к настоящему времени нормативные документы, регламентирующие параметры экологической обстановки, в основном ориентированы  на человека, поэтому возможность их применения для всех остальных обитателей флоры и фауны, имеющих огромный разброс требований к окружающей среде, практически   исключена.

     Основными причинами такого положения следует считать следующие:

1.             Невозможностью нормировать все возможные варианты взаимных сочетаний одновременно присутствующих показателей окружающей обстановки, число которых практически бесконечно;

2.             Несоизмеримостью между собой различных физических и химических фaкторов, а также различных вызываемых ими функциональных сдвигов.

           Тем не менее эти  проблемы в определенной степени были решены в результате разработки в 1996 году нового способа количественной оценки одновременного воздействия на организм человека различных нагрузок путем использования в качестве критерия времени восстановления функциональных сдвигов после снятия нагрузки [1, 2].    При этом были предложены новые гигиенические и эргономические показатели: эргоемкость и удельная эргоемкость.  Однако этот способ ориентирован только для человека  и не может быть непосредственно использован для оценки воздействия параметров окружающей среды на другие виды  флоры и фауны.

           Целью настоящих исследований является разработка методов количественной оценки воздействия параметров экологической обстановки, принцип которых основан на использовании показателей эргоемкость и удельная эргоемкость, применительно  к любым живым организмам.

           Как указано в [1], показатели эргоемкость и удельная эргоемкость имеют следующие определения:

        

 

       Удельная эpгоемкость определяется из следующего выpажения:

       Причем для определения эргоемкости проводится сравнительный анализ и анализ закономерностей изменения функциональных сдвигов организма человека до и после воздействия на него нагрузок любого характера, как физического, так и психологического.

       Следует отметить, что применение для количественной оценки функциональных сдвигов значений эргоемкости одновременно решается и проблема соизмеримости как собственно функциональных сдвигов, так и различных параметров экологической обстановки, так как в качестве критерия величины функциональных сдвигов используется критерий времени их восстановления. 

       Проведенные нами исследования возможности использования этих показателей для оценки экологической обстановки показали следующее:

1.           Поскольку организм человека не имеет принципиальных отличий от других представителей флоры и фауны, применение показателей эргоемкость и удельная эргоемкость для количественной оценки воздействия параметров экологической обстановки вполне возможно отдельно для каждого вида с учетом специфики их требований  к условиям существования.

2.           Как  следует из определения, приведенного выше, величина эргоемкости представляет собой время восстановления функциональных сдвигов после снятия нагрузки, поэтому принципиальным вопросом для количественной оценки воздействия на различные виды живых организмов  параметров экологической обстановки является определение условий, при которых должно происходить восстановления этих функциональных  сдвигов. 

3.           Огромный разброс биологических параметров различных видов живых организмов и их требований к параметрам экологической обстановки приводит к  соответствующему разбросу их функциональных сдвигов.

4.           Полная количественная оценка экологической обстановки возможна лишь при соответствующем наличии  информации о видах живых организмов, обитающих в исследуемом регионе.

 

         Несмотря на то, что экологическая обстановка характеризуется сотнями и тысячами разнообразных параметров, необходимо отметить, что для исследуемого региона присущая ему экологическая обстановка достаточно постоянна или меняется достаточно медленно.

         Таким образом,  экологическая обстановка региона может быть представлена  в виде совокупности присущих ей физико-химических свойств.  

         С другой стороны, живые организмы, обитающие в исследуемом регионе достаточно долго, в той или иной степени адаптировались к этим  параметрам. Однако степень этой адаптации весьма различна, в связи с чем различна и степень устойчивости существования вида  при определенных вероятностях величины,  характера и длительности изменений экологической обстановки.

          Проведенные нами теоретические, а также  экспериментальные  исследования  показали, что независимо от вида нагрузки общая закономерность изменений любых функциональных сдвигов и закономерность их восстановления имеет вид, представленный на рис.1.[4, 5]: 

 

Рис.1. Общая закономерность функционального сдвига при воздействии

                              непериодической (одиночной) нагрузки и его восстановлении.

 

         В таблице 1 приводятся некоторые данные из экспериментов по исследованиям закономерностей изменения частоты сердечных сокращений человека при периодических сочетаниях нагрузок и отдыха , выполняемых с помощью велоэргометра типа  Kettler.

 

                                                                                                                                          Таблица 1.

Исследования изменения частоты сердечных сокращений при периодических сочетаниях нагрузок и отдыха 

      

Как видно из таблицы 1,  по мере накопления усталости скорость изменения частоты сердечных сокращений возрастает, а время восстановления увеличивается.

        В результате большого числа аналогичных экспериментов были получены кривые, показанные на рисунке 1.

       Аналогичным образом изменяются функциональные сдвиги в организмах животных и растений при отклонениях параметров экологической обстановки от той, к  которым они адаптированы, и при возвращении этих параметров к исходным значениям.

      Поскольку организмы животных и растений каждого вида, обитающих в исследуемом регионе, значительно отличаются друг от друга практически по всем параметрам, и,  кроме того, также имеются существенные различия и между особями внутри видов, для количественной оценки  этих различий нами был проведен анализ закономерности распределения функциональных сдвигов при воздействиях различных параметров    экологической обстановки.

       В общем случае разброс этих значений подчиняется нормальному закону распределения плотности вероятностей и имеет вид, представленный на рисунке 2.

 

        Как видно из рисунка 2,  различные функциональные сдвиги имеют различные распределения плотностей вероятности. 

         Применительно для организма человека значения функциональных сдвигов могут быть определены и в виде их абсолютных значений, выраженных в значениях эргоемкости с помощью указанного выше способа.

        Для всего остального животного и растительного мира параметр эргоемкость может быть использован только в том случае, если будут точно и однозначно определены значения экологических показателей, при которых должен происходить процесс восстановления функциональных сдвигов.

         Проведенные исследования в этой области показали следующее:

          Поскольку различные виды животного и растительного мира имеют  совершенно разные,  часто несовместимые, требования к экологической обстановке,  не представляется возможным создать  одну или несколько эталонных экологических обстановок.

           Например, если некоторый  вид картофеля высаживается в Псковской области, где  высаживается и капуста, также высаживается и в Ростовской области, где высаживается и кукуруза, то ни одну из них нельзя принять за эталонные, так как в них обитают разные виды флоры и фауны.

           Единственно возможным для решения этого вопроса представлявляется  определение оптимальных условий экологической обстановки для каждого вида отдельно и использование условий этой обстановки при определении времени восстановления функциональных сдвигов, то есть эргоемкости, вызванных параметрами исследуемой   экологической обстановки.

          Таким образом, для количественной оценки экологической обстановки необходимо:   

1.      Определить оптимальное значение параметров экологической обстановки для каждого вида, обитающего в исследуемом регионе;

2.      Определить эргоемкости видов, обитающих в исследуемой экологической обстановке путем измерения времени восстановления функциональных сдвигов, вызванных этой обстановкой,  в условиях, определенных в п.1.

3.      Количественная оценка экологической обстановки при этом будет собой представлять перечень значений эргоемкостей видов, обитающих в исследуемом регионе.

 

         Методика определения условий оптимальной экологической обстановки для каждого вида должна предусматривать определение таких параметров экологической обстановки, при которых обеспечивается максимальная продолжительность жизни особей.

         Эта задача может быть решена  путем структурного анализа функциональных сдвигов по значениям времени их восстановления при использовании метода стробирования (пробных нагрузок) [ 3, 4 ].  Устанавливая и устраняя каждый раз причины наиболее медленного восстановления функционального сдвига, в конечном итоге методом последовательных приближений определятся  параметры экологической обстановки, соответствующие ее оптимальным значениям.

         Таким образом, количественная оценка экологической обстановки должна быть представлена в виде набора среднестатистических значений эргоемкостей всех видов животного и растительного мира исследуемого региона, вычисленных путем измерений времени восстановления функциональных сдвигов, вызванных параметрами этой экологической обстановки в условиях оптимальной экологической обстановки для каждого вида.

       Практическая реализация предложенного способа объективной количественной оценки экологической обстановки может быть успешно решена путем создания базы данных для структуры эргоемкостей различных видов, необходимой для постепенного уточнения параметров оптимальной экологической обстановки для каждого вида, и базы данных   эргоемкостей всех видов флоры и фауны. 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Бутковская З.М., Доброборский Б.С., Кадыскина Е.Н.  К  вопросу  применения  нового  эргономического     показателя    “Эргоемкость”     при      гигиенической     оценке    и   сертификации   ручного  инструмента. // Гигиена труда и промышленная экология. 1998.    №11, с.12-15. 
2. Доброборский Б.С., Кадыскина Е.Н. Способ оценки величины воздействия на организм человека различных нагрузок. // Патент RU № 2159576.  Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки». 27.11.2000. №33.,с.123.
3. Доброборский Б.С., Кадыскина Е.Н., Нехорошев А.С. Структурный анализ эргоемкости систем «человек-машина».
4. Маймулов В.Г., Доброборский Б.С., Кадыскина Е.Н., Мишкич И.А. О количественной оценке функциональных сдвигов организма человека при экспресс-анализе величины эргоемкости технических изделий с использованием метода стробирования.
5. Сорокин Г.А. Оценка функциональных состояний человека при определении оптимального темпа двигательной деятельности. // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Л. 1984. 23с.