Wpływ zimnego środowiska na organizm człowieka


dr ANNA MARSZAŁEK
Centralny Instytut Ochrony Pracy
 Państwowy Instytut Badawczy
Wpływ
zimnego środowiska
na organizm człowieka
jest niewystarczająca, odruchowo uruchamiane
Środowisko zimne może powodować chło-
są procesy fizjologiczne.
W artykule omówiono reakcje człowieka na
dzenie całego ciała, prowadząc do hipotermii
Reakcje termoregulacyjne człowieka na
zimne środowisko z podziałem na ogólne
i dlatego w celu zmniejszenia strat ciepła,
chłodzenie ciała, początkowo obejmują skurcz
i lokalne jego oddziaływanie. Zwrócono uwagę
w tych warunkach należy stosować odzież
powierzchniowych naczyń krwionośnych, czego
na wielkość obciążenia cieplnego w zależności
ciepłochronną. W środowisku tym człowiek
wynikiem jest ograniczenie utraty ciepła.
od pory roku, intensywności pracy i miejsca
może doznawać także miejscowego stresu
jej wykonywania (otwarta przestrzeń lub
zimna, np. kończyn i twarzy, czasem prowa- Fizjologiczne podstawy równowagi cieplnej
pomieszczenie).
dzącego do odmrożenia skóry. w zimnie to zdolność organizmu do zatrzyma-
nia lub wzmożonego wytwarzania ciepła.
The influence of a cold environment on the
W 2007 r. na 5 245,4 tys. osób objętych spra-
human body
wozdawczością dotyczącą badań warunków pra- Zachowanie ciepła następuje przez ogranicze-
This article discusses human responses to a cold
nie ilości ciepła przenoszonego z wnętrza ciała
cy, w sektorze publicznym i prywatnym łącznie,
environment, depending on whether exposure
do kończyn [4]. W rezultacie wnętrze kończyn
stwierdzono 594 tys. przypadków wystąpienia
is general or local. The dependence of the level
i ich powierzchnia ochładza się, redukując gra-
zagrożenia czynnikami związanymi ze środowi-
of thermal strain on the season, work intensity
dient temperatury dla utraty ciepła. Odczucia
skiem pracy  wyrażonego w osobozagrożeniach,
and the place where it is done (outdoors or
cieplne są związane z temperaturą skóry. Zwę-
w tym zagrożenia środowiskiem zimnym doty-
indoors) is stressed.
żenie powierzchniowych naczyń krwionośnych
czyły 19,7 tys., tzn. 4,4% osobozagrożeń [3].
pozwala na zachowanie ciepła, ale obniżenie
temperatury skóry może być odczuwane jako
Reakcje organizmu człowieka
chłód lub zimno.
na zimne środowisko
Drugi proces  produkcja ciepła  zachodzi
Wstęp w tkankach metabolicznie aktywnych, głównie
Oddziaływanie zimnego środowiska może
w mięśniach. Wzmożone wytwarzanie ciepła
dotyczyć całego organizmu lub niektórych jego
Poniżej strefy komfortu cieplnego, w zakresie
w organizmie w wyniku procesów termoregula-
obszarów. W pierwszym przypadku jest to chło-
obszaru niskiej temperatury powietrza oraz pro-
cyjnych związane jest z termogenezą drżeniową
dzenie ciała w wyniku stosowania odzieży o nie-
mieniowania (przewidywana ocena średnia, PMV
i bezdrżeniową [5]. Pierwszy z tych procesów to
wystarczającej ciepłochronności. Lokalne działanie
<-2 [1]), znajduje się strefa warunków klimatycz-
mimowolny skurcz włókien mięśni szkieletowych,
zimnego środowiska to bezpośredni kontakt
nych, w odniesieniu do których równanie bilansu
powodujący zwiększenie metabolicznej produkcji
określonych partii ciała z zimnymi powierzchniami,
cieplnego, obliczone wyłącznie na podstawie
ciepła. Z kolei termogeneza bezdrżeniowa jest
a także chłodzenie nieosłoniętych obszarów skóry,
wymiany konwekcyjnej i przez promieniowanie,
bardziej długotrwałym mechanizmem wytwa-
głównie twarzy i rąk, wywołane ruchem powietrza.
ma wartość ujemną. Warunki te są określane jako
rzania ciepła, działającym poprzez współczulny
Do lokalnego oddziaływania zimnego środowiska
środowisko zimne, warunki stresu termicznego
układ nerwowy i hormony tarczycy.
należy także chłodzenie organizmu przez drogi
lub, biorąc pod uwagę obciążenie organizmu
Obydwa mechanizmy, czyli produkcji i za-
oddechowe oraz chłodzenie kończyn.
człowieka w tych warunkach, dyskomfort zimny
chowania ciepła, mają na celu utrzymanie
Stres zimna może powodować zwiększenie
ogólny.
homeostazy termicznej ustroju, a ich działanie
poziomu hormonów stresu i ciśnienia tętniczego
Uwzględniając wymianę ciepła z otoczeniem,
powoduje wiele wtórnych zmian czynnościowych
krwi oraz zmniejszenie krążenia krwi w obwodo-
można powiedzieć, że stres zimna związany jest
ze strony różnych narządów i układów. Należą
wych regionach skóry, co prowadzi do zwiększe-
z występowaniem warunków klimatycznych,
do nich przede wszystkim zmiany w objętości
nia oporności tkanek powierzchniowych.
w których wymiana ciepła między organizmem
i rozmieszczeniu płynów ustrojowych, zmiany
człowieka a otoczeniem jest taka sama lub za Reagując na zimne środowisko, człowiek
w czynnościach nerek i inne.
duża, aby utrzymać równowagę cieplną na wy- w pierwszej kolejności uruchamia reakcje beha- Organizm człowieka, podporządkowany pra-
starczającym poziomie, co może uniemożliwiać wioralne polegające na zastosowaniu odzieży
wu zachowania stałej temperatury wewnętrznej,
skompensowanie obciążenia fizjologicznego, ciepłochronnej lub przemieszcza się do ogrzewa- nie może oczywiście sprostać każdemu obciąże-
prowadząc do niedoboru cieplnego [2]. nych pomieszczeń. Gdy skuteczność tych działań niu ze strony środowiska. Skutki działania środo-
10 01/2009
01/2009
wiska zimnego należy ściśle wiązać z czasem jego i prędkości ruchu powietrza 4 ms-1 może nastąpić
Praca fizyczna w zimnym środowisku
oddziaływania. obniżenie temperatury skóry nawet o 4-6 oC,
Na stanowiskach pracy spotykamy dwa ro-
a temperatury wewnętrznej o 1 do 1,5 oC.
Efektywność termoregulacji w zimnym śro-
dzaje oddziaływania zimnego środowiska. Jedno
dowisku jest taka, że warunki, które wywołują
z nich to sezonowe oddziaływanie warunków zi-
W zależności od ilości utraconego ciepła
obniżenie temperatury wewnętrznej poniżej 36 oC
mowych podczas prac na otwartej przestrzeni,
i obniżenia temperatury wewnętrznej, zmniej-
można uznać za surowe, a poniżej 35 oC określane
drugie jest związane ze sztucznym środowiskiem
sza się zdolność do wykonywania wysiłku,
są jako hipotermia, która stwarza sytuację poten-
zimnym w pomieszczeniach, zgodnie z wyma-
wydłuża się czas reakcji, a siła skurczu mięśni
cjalnie niebezpieczną [6]. Tu również istnieją duże
ganiami procesu lub produktu, którego dotyczy.
zmniejsza się o ponad 50%.
rozbieżności międzyosobnicze. Drżenie mięśniowe
Praca na zewnątrz budynków jest wykonywana
o dużym nasileniu zachodzi jako próba utrzymania
zwykle, gdy pracownicy są zaadaptowani do tych
Obniżenie temperatury mięśni średnio o 10 oC
temperatury wewnętrznej na stałym poziomie.
warunków, bo oddziaływanie jest ciągłe, w pracy
zmniejsza aktywność wrzecionek mięśniowych,
Przy obniżaniu się temperatury wewnętrznej
i poza pracą, w czasie wolnym. Inne problemy
upośledza precyzję ruchu i utrudnia utrzymanie
mięśnie stają się sztywne, lepkość krwi zwiększa
stwarza praca wykonywana w zimnych pomiesz-
równowagi ciała. W takich warunkach osoby
się, co powoduje, że porusza się ona dość wolno.
czeniach. Taka praca jest wykonywana cały rok,
pracujące mogą popaść w stan apatii, zaburzeniu
Z tego powodu może nastąpić utrata informacji
niezależnie od warunków zewnętrznych, czyli
ulegają mechanizmy instynktu samozachowaw-
czuciowych i zaburzenia świadomości.
od pory roku. Tak więc, ekspozycja zawodowa
czego, co zagraża bezpieczeństwu.
Zimne środowisko oddziałuje na ciśnienie
w zimnych pomieszczeniach, poza okresem zimy,
Zimne środowisko wpływa na możliwość
tętnicze krwi. Jest ono funkcją pojemności mi-
może powodować większy stres cieplny [8].
wykonywania wysiłku, bowiem może dojść do
nutowej serca i ogólnego oporu obwodowego
W warunkach chłodu, poniżej strefy komfortu
obniżenia temperatury mięśni. Skutkiem tego
dla przepływu krwi przez naczynia krwionośne.
cieplnego (17-21 oC) podczas pracy fizycznej na
będzie zarówno zmniejszenie maksymalnej siły
Organizm dysponuje mechanizmem kontroli
otwartej przestrzeni bądz w pomieszczeniach,
mięśniowej, jak i zwiększenie czasu szczytowego
ciśnienia krwi, który reaguje na zmiany spowodo-
gdzie występują temperatury powietrza poni- napięcia i czasu relaksacji. Wówczas, więcej włó-
wane dystrybucją krwi, jednakże szybkie zmiany
żej zera, przy stosunkowo dużym przepływie
kien mięśniowych musi być zaangażowanych do
pozycji ciała, wysiłek lub warunki termiczne mogą
powietrza 3-4 ms-1 zachodzi duża utrata ciepła wykonania zadanej pracy. Oksa i in. opisują, że
wpłynąć na gwałtowne zmiany ciśnienia krwi,
i wychłodzenie organizmu [9]. W warunkach w założonych warunkach eksperymentalnych,
co może mieć dramatyczne konsekwencje dla
spoczynku, w temperaturze powietrza +10 oC bliskich warunkom rzeczywistym na stanowi-
organizmu, nawet powodując śmierć. Istnieją
dane literaturowe wskazujące, że szybkie zmia-
ny warunków ekspozycji mogą być szczególnie
niebezpieczne.
Gwałtowne zmiany wskazników funkcjonal-
nych krwi dotyczą też skórnego przepływu krwi.
Skórne naczynia krwionośne są pod kontrolą
nerwową, która jest zależna od temperatur skóry
i wnętrza ciała, a także od baroreceptorów. Eks-
pozycja na zimno powoduje skurcz naczyń krwio-
nośnych skóry i redystrybucję krwi we wnętrzu
ciała. Jeśli ekspozycja na zimno jest gwałtowna,
pojemność minutowa serca, objętość wyrzutowa
i ciśnienie tętnicze krwi mogą się zwiększyć.
Gdy ciało osoby narażonej na zimne środo-
wisko zaczyna się wychładzać, w szczególności
jego lokalne obszary, takie jak ręce, stopy, twarz,
wówczas mogą nastąpić uszkodzenia skóry. Ze
względu na naturę ekspozycji na zimne środo-
wisko, ważny jest czas jej trwania. Uszkodzenia
zimnem są dzielone na dwa rodzaje:
 odmrożenia, które zachodzą wówczas, gdy
chłodzenie osiąga poziom powodujący zamraża-
nie płynów tkankowych,
 uszkodzenia chłodem, powodujące zmniej-
szenie przepływu krwi, zachodzące w wyniku
zanurzenia stóp w wodzie lub w warunkach
działania powietrza o temperaturze 1-15 oC.
Do mniej poważnych skutków wychłodzenia
zaliczane są pęknięcia skóry, odmrożenia palców,
paluchów lub uszu.
Kontakt skóry z zimną powierzchnią może
powodować przyklejenie się jej i w związku z tym
zamarznięcie tkanki oraz jej uszkodzenie. Infor-
mację o zależnościach między czasem kontaktu
z różnymi rodzajami powierzchni a ich tempera-
turą zawiera PN-EN ISO 13732-3:2006 [7].
BP 01/2009 11
01/2009
Fot. Archiwum CIOP-PIB
środowiska zimnego zależeć będą od czasu jego
oddziaływania.
Wielkość stresu cieplnego zależy nie tylko od
warunków środowiska termicznego, ale też od
izolacyjności cieplnej odzieży i ciężkości wyko-
nywanej pracy. Przy takich samych warunkach
zewnętrznych różna powinna być ciepłochron-
ność odzieży przy wykonywaniu prac o różnej
intensywności.
Zimne środowisko wpływa na możliwość
wykonywania wysiłku, co jest spowodowane
obniżeniem temperatury mięśni. Skutkiem takiej
sytuacji będzie zarówno zmniejszenie maksymal-
nej siły mięśniowej, jak i siły skurczu mięśni.
Ważną sprawą, jeśli chodzi o narażenie na nie-
korzystne warunki zimnego środowiska jest pora
roku, w której praca jest wykonywana. Większe
narażenie występuje w okresie lata, gdy istnieje
konieczność wykonywania pracy w chłodniach
i mrozniach. Wówczas różnice między warunkami
w pomieszczeniach i na otwartej przestrzeni są
szczególnie duże, co jest bardziej dokuczliwe dla
organizmu niż podczas chłodnych pór roku.
PIŚMIENNICTWO
[1] PN-EN ISO 7730:2006 Ergonomia środowiska ter-
skach pracy, wykonywana była cykliczna praca, powiązania między temperaturą skóry i obciąże-
micznego  Analityczne wyznaczanie i interpretacja
komfortu termicznego z zastosowaniem obliczania
na zmianę, w warunkach termoneutralnych niem mięśniowym nie były istotne statystycznie.
wskazników PMV i PPD oraz kryteriów lokalnego komfortu
(25 oC) i w zimnym środowisku, przy tempera- Produkcja ciepła w wyniku aktywności mięśniowej
termicznego
turze powietrza 5 oC [10]. W takich warunkach
podczas prac ręcznych w odzieży o odpowiedniej
[2] PN-EN ISO 11079:2008 Ergonomia środowiska
stwierdzono wyższą aktywność mięśniową
izolacyjności cieplnej, zapobiegały wychłodzeniu
termicznego  Wyznaczanie i interpretacja stresu
(EMG) i większe zmęczenie niż w warunkach termicznego wynikającego z ekspozycji na środowisko
skóry i kończyn górnych. Autorzy cytowanej
zimne z uwzględnieniem wymaganej izolacyjności cieplnej
termoneutralnych.
pracy wskazują, że obciążenie mięśniowe było
odzieży (IREQ) oraz wpływu wychłodzenia miejscowego
Poza występowaniem zimnego środowiska
głównie związane z intensywnością powtarzanych
[3] Ocena stanu bezpieczeństwa i higieny pracy w 2007
w warunkach naturalnych, pracownicy często
ruchów.
roku. MPiPS, Warszawa, czerwiec 2008
są eksponowani na niskie temperatury otoczenia
Pracownicy zatrudnieni w przemyśle prze- [4] R. A. Rhoades, G. A. Tanner 1995. Medical physiology.
podczas pracy w chłodniach i mrozniach, gdzie Little, Brown and Company, Boston, New York, London
twórstwa mięsnego są eksponowani na wiele
trzeba wyładować, przenieść, zorganizować [5] H. Kaciuba-Uściłko Termoregulacja. W: W. Z. Traczyk,
zagrożeń zdrowia, wynikających z ekspozycji na
A. Trzebski Fizjologia człowieka z elementami fizjologii
i skontrolować przechowywane produkty. W celu
zimne środowisko i powtarzane monotypowe
stosowanej i klinicznej. Wydawnictwo Lekarskie PZWL,
określenia obciążenia cieplnego człowieka pod-
prace wykonywane rękami. Głównie z powodu Warszawa 2001
czas powtarzanej ekspozycji na zimne środowi-
tych właściwości środowiska pracy, dyskomfort [6] K. Parsons Human thermal environment. Taylor &
sko, Kim i in. przeprowadzili badania w warunkach
Francis, London and New York. 2003
związany z chłodem i zimnem w obszarze ramion
temperatury powietrza -25 oC, gdzie młode osoby
[7] PN-EN ISO 13732-3:2006. Ergonomia środowiska ter-
i kończyn jest powszechny w przemyśle prze-
micznego  Metody oceny reakcji człowieka na dotknięcie
wykonywały prace transportowe z następującymi
twórstwa mięsnego. Potwierdzeniem tego faktu
powierzchni  Część 3: Powierzchnie zimne
wariantami ładunków: 9 kg, 18 kg i bez obciążenia
są badania, w których wykazano, że zmęczenie
[8] Y. Tochihara 1998. Work in artificially cold environments.
[11]. Badani trzykrotnie wchodzili do zimnego
wyrażone w procentach, ból i dolegliwości mię- W: Holmer I. Kuklane K. (Wyd.) Problems with Cold Work.
pomieszczenia i wykonywali ustalone prace zwią-
NIWL, Solna, Sweden, Nr 1998:18, s. 13-15
śniowo-szkieletowe, w nieprzyjemnych, chłodnych
zane z przenoszeniem ciężarów. Wyniki badań
[9] B. Gwózdz Człowiek w środowisku wielkoprzemysło-
warunkach środowiska w przemyśle przetwórstwa
wym i elementy ergonomii. W: Traczyk W. Z., Trzebski A.
wykazały, że w końcowej fazie zimnej ekspozycji
mięsnego, były znacząco większe niż w warunkach
Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej
na niską temperaturę, średnie temperatury skóry
i klinicznej. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa
komfortowej temperatury otoczenia.
i ciała były wyższe w warunkach przenoszenia
2001
ładunków niż w warunkach bez obciążenia pracą.
[10] J. Oksa, M. B. Ducharme, H. Rintamaki 2002. Combined
Podsumowanie
effect of repetitive work and cold on muscle function and
Zimny stres zmniejszał się w wyniku zwiększonej
fatigue.  J. Appl. Physiol. 92: 354-361
produkcji ciepła podczas wykonywania wysiłku.
Środowisko zimne wpływa na wychłodzenie
[11] T. G. Kim, Y. Tochihara, M. I. Fujita, N. Hashiguchi 2007.
Osoby badane, przenosząc ładunki stwierdziły
całego ciała lub działa lokalnie na odkryte części
Physiological responses and performance of loading
mniejsze odczucia zimna. Dodatkowo wykazano,
skóry (twarz, ręce). W celu zmniejszenia strat
work in a severely cold environment.  Int. J. Industrial
że precyzja prac manualnych zmniejszała się, gdy Ergonomics 37:725-732
ciepła należy stosować odzież ciepłochronną.
przenoszone masy były większe. [12] E. Sormunen, J. Oksa, T. Pienimki, S. Rissanen, H.
Przy dużej intensywności oddziaływania zimna
Rintamki. 2006 Muscular and cold strain of female work-
W warunkach nieco cieplejszych, w chłodniach,
mogą wystąpić lokalne uszkodzenia skóry
ers in meatpacking work.  Int. J. Industrial Ergonomics
E. Sormunen i in. przeprowadzili badania wśród
w postaci pęknięć lub odmrożeń. Skutki działania 36: 713-720
kobiet wykonujących prace związane z paczko-
waniem mięsa w pomieszczeniach o temperaturze
Publikacja przygotowana na podstawie wyników uzyskanych w ramach I etapu programu wielolet-
powietrza 4-10 oC [12]. Wyniki tych badań wyka-
niego pn.  Poprawa bezpieczeństwa i warunków pracy dofinansowywanego w latach 2008-2010
zały, że praca w chłodnym pomieszczeniu wpły-
w zakresie zadań służb państwowych przez Ministerstwo Pracy i Polityki Społecznej. Główny koor-
wała na obniżenie temperatury skóry w obszarze
ramion, palców rąk i kończyn dolnych, jednakże dynator: Centralny Instytut Ochrony Pracy  Państwowy Instytut Badawczy.
12 01/2009
01/2009
Fot: Debbie Schiel


Wyszukiwarka