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