Совершенствование методов оценки экспозиции глубокоподземных физических факторов (обзор литературы)

Введение. Добыча полезных ископаемых ведется на все большей глубине. Однако мало известно о дифференцированном влиянии физических факторов в зависимости от глубины шахт. Heping Xie [1] сформулировала концепцию подземной медицины, изучающую влияние на человека глубокоподземных факторов. Целью концепции подземной медицины является изучение здоровья человека при работе на различных подземных глубинах [2]. В мире созданы подземные лаборатории, которые изучают подземную среду на разной глубине в зависимости от параметров температуры, радиации, давления воздуха, а также влияние этих факторов на здоровье человека, в том числе психологических изменений, гомеостаза и биоритмов организма на больших глубинах; изучение связи между психологическим здоровьем человека и глубиной, факторами среды и временем работы в подземном пространстве, изучение физиологических особенностей организма в зависимости от подземной среды.

Мало изучены глубокоподземные факторы (радиация, давление воздуха), которые могут повлиять на здоровье людей, работающих в глубоких шахтах [3]. Некоторые исследования [4] показали, что клетки прокариот и эукариот, находящиеся в условиях низких уровней фонового излучения, проявляют реакцию на стресс, которая проявляется в изменениях роста клеток, активности ферментов и чувствительности к факторам, вызывающим генетические повреждения; однако лежащие в основе механизмы не ясны.

Актуальной задачей в современных условиях является изучение условий труда в глубоких шахтах, так как при работе в шахтах с увеличением глубины шахты происходит увеличение температуры воздуха и горных пород, влажности воздуха, атмосферного давления, снижение дозы γ-излучения.

Необходимо совершенствование методов оценки экспозиции физических факторов в глубоких шахтах, разработка и научно-гигиеническое обоснование комплекса медико-профилактических мероприятий в зависимости от глубины подземных шахт.

Цель исследования. Изучить по данным отечественных и зарубежных литературных источников глубокоподземные физические факторы и методы оценки экспозиции физических факторов у подземных рабочих в зависимости от глубины шахты.

Материалы и методы. Проведен поиск литературы с использованием соответствующих ключевых слов, в поисковых системах PubMed, по базам данных Scopus, Web of Science, Medline, The Cochrane Library, EMBASE, Global Health, CyberLeninka, РИНЦ за период 2000–2024 гг. Поиск осуществлялся по ключевым словам: подземная медицина, нагревающий микроклимат, физические факторы, глубокоподземные факторы. В основу исследования легли работы отечественных и зарубежных авторов. Применен метод аналитического обзора публикаций. Были включены проспективные исследования условий труда и состояния здоровья работающих в глубоких шахтах. Из 200 первоначально выявленных статей были отобраны 27 полнотекстовых материалов, удовлетворяющих вышеуказанным критериям. Не учитывались статьи, изучающие работу на поверхности шахт, а также обзорные статьи.

Результаты. Мало изучены факторы окружающей среды, влияющие на здоровье людей, которые работают в глубоких шахтах. При гигиеническом анализе параметров микроклимата на подземных рабочих местах показана целесообразность учета величины геотермической ступени и глубины разработки шахты [5]. В работе [6] были изучены параметры окружающей среды: давление воздуха, относительная влажность, температура, суммарная мощность дозы гамма-излучения и концентрация CO2. Давление воздуха, относительная влажность, концентрация CO₂ и температура повышались с увеличением глубины шахты, в то время как суммарная мощность дозы гамма-излучения снижалась. Основными источниками тепла в металлорудных шахтах являются автокомпрессия воздуха, теплота породы (геотермальный градиент), тепло от техники, притока воды, взрывных работ, трения обрушающейся породы, трубопроводов и др. [7].

Концентрация кислорода в глубоких шахтах не изменяется благодаря вентилированию воздуха [8].

Низкий фоновый уровень радиации может вызвать реакцию на стресс и повлиять на органеллы клеток, вызвать окислительный стресс, изменить защитные способности и метаболизм клеток. Исследования показывают, что работа на большой глубине оказывает вредное воздействие на здоровье человека. Сотрудники, работающие в глубоких шахтах, испытывают дискомфорт, вызванный высокой температурой и влажностью, эти показатели увеличиваются с глубиной. У работников выявлены усталость и нарушения сна. Негативное воздействие подземных факторов (DUGE) на здоровье человека авторы связывают с изменениями в метаболизме определенных аминокислот, возникновении окислительного стресса [9].

С увеличением глубины шахты отмечается снижение дозы γ-излучения более чем в 2 раза и увеличение концентрации радона в глубоких шахтах [10].

В настоящее время угольные шахты достигли глубины 1500 м, рудные шахты 2500 м, золотые рудники до 4350 м, а глубина разработки нефти и газа составляет около 7500 м. При изучении психического состояния работающих под землей установлено, что факторы нагревающего микроклимата (повышенная температура и влажность) были наиболее часто воспринимаемыми неблагоприятными факторами в глубоких подземных пространствах [11]. Курение усиливало негативное воздействие производственных факторов. Более половины шахтеров, работающих под землей, курят [12].

В условиях теплового стресса важное значение имеет совершенствование методов оценки экспозиции нагревающего микроклимата. В исследовании [13] изучалось влияние многократного кратковременного периодического воздействия тепла на шахтеров. Было показано, что у шахтеров температура тела часто меняется и превышает предельный уровень в 38 °C несколько раз за смену. Авторы исследования отметили, что температура тела превышала 38 °C 5 раз за смену в среднем на 26 минут. Методология в данном исследовании включала: анкетирование, проводимое для оценки симптомов теплового напряжения, взятие образцов мочи до и после смены для оценки состояния обезвоживания, путем измерения удельного веса мочи с помощью рефрактометра, измерения температуры тела с помощью датчиков, используемых при приеме внутрь. Испытуемым вводили проглатываемые датчики примерно за 1 час до спуска под землю. Измерения частоты сердечных сокращений анализировали с помощью программируемых нагрудных устройств, относительную влажность определяли с помощью портативных датчиков, которые крепились к каске испытуемых. Все физиологические показатели измерялись с интервалом в 20 секунд, а условия окружающей среды – с интервалом от 20 до 30 секунд в течение всей смены испытуемого. Обнаружение одного симптома, свидетельствующего о тепловом напряжении, было выявлено за 67 % рабочих смен, два симптома обнаружены за 33 % смен, три или более симптома – за 22 % смен. Испытуемые сообщали о наличии заболеваний, связанных с нагревающим микроклиматом, а также о различных сочетаниях проявлений теплового стресса: теплового удара, теплового истощения, судорог, обмороков. Из проб мочи до и после смены 62,5 % проб мочи до смены имели удельный вес выше 1,020, характеризующего обезвоживание организма. По мнению авторов, необходимы дальнейшие исследования, чтобы оценить, влияют ли длительные повышенные температуры тела по сравнению с прерывистыми, повторяющимися повышениями температуры на здоровье и производительность работников одинаковым образом, а также влияет ли кратковременное воздействие температур, значительно превышающих порог температуры тела 38 °C, на здоровье работников.

Различия в частоте теплового истощения в зависимости от глубины залегания шахты представлены в статье [14]. Случаи теплового истощения у шахтеров, работающих на глубине ниже 1200 м, по сравнению с шахтерами, работающими на глубине выше 1200 м, были в 3,17 раза чаще. Частота тепловых ударов увеличивалась в теплый период и на большой глубине.

У работников, занятых в глубоких шахтах, вследствие теплового истощения отмечается повышенный травматизм [15].

При работе в условиях нагревающего микроклимата важное значение имеют управленческие решения: работодатели должны информировать работников о рисках работы в таких условиях, устраивать регулярные перерывы, знакомить сотрудников с методами самоконтроля уровня обезвоживания [16].

При изучении труда операторов горнодобывающих машин, работающих в глубоких медных шахтах, было установлено, что средние значения ЧСС в подгруппе без кондиционеров были значительно выше, чем в подгруппе с кондиционерами. Были выявлены преимущества использования горнодобывающих машин с кондиционированием воздуха для снижения воздействия нагревающего микроклимата на работающих [17].

В техническом отчете Всемирной организации здравоохранения отмечается, что при длительном ежедневном воздействии тяжелой работы и / или жары температура тела не должна превышать 38 °C¹.

Американская конференция государственных специалистов по промышленной гигиене (ACGIH) сформулировала пороговое значение термического напряжения, предназначенное для предотвращения достижения температуры тела большинства рабочих составляющее 38 °C².

Международная организация по стандартизации (ISO) разработала стандарты измерения и мониторинга теплового воздействия с целью предотвращения превышения температуры тела выше 38 °C³.

В исследовании теплового стресса у проходчиков на рудных шахтах установлены физиологические признаки теплового перенапряжения, при этом у 51 % работников средняя температура тела в течение 10 минут подряд превышала 38 °C [18].

По данным [19], температура выше 26 °С, влажность от 85 до 98 %, повышенное барометрическое давление от 800 до 850 мм рт. ст., характерные для глубоких рудных шахт, ухудшают условия труда работников и снижают производительность труда. Кроме того, неблагоприятные метеорологические условия в горных выработках приводят к перегреву организма работающих, нарушению функционирования органов дыхания и снижению иммунитета. Показатели, характеризующие тепловой стресс у работников при добыче золота, были установлены в работе [20].

При работе в глубоких шахтах с увеличением глубины шахт возрастает риск возникновения профессионального заболевания, связанного с интенсивным тепловым воздействием нагревающего производственного микроклимата (тепловой удар, тепловой обморок, тепловая судорога, тепловое обезвоживание) [21][22], изменения психофизиологических реакций у работников [23–25].

У работающих глубоко под землей шахтеров установлены специфические процессы метаболизма аминокислот, выработка возбуждающих нейромедиаторов нарушения сна и бодрствования. Разница в качестве сна у работников в зависимости от глубины шахты может быть связана с усилением метаболизма, повышением уровня возбуждающих нейромедиаторов и активацией провоспалительных процессов. Установлены биомаркеры нарушений: L-фенилаланин, L-тирозин и L-глутамин и другие [26].

Обсуждение. В результате анализа статей, соответствующим критериям отбора было установлено, что источниками тепла в подземных шахтах являются: автокомпрессия воздуха, теплота породы (геотермальный градиент), тепло от техники, притока воды, взрывных работ, трения обрушающейся породы, трубопроводов и др. Повышенная температура воздуха и горных пород могут стать причиной теплового стресса у работающих, риск возникновения которого возрастает с увеличением глубины шахты. Случаи теплового истощения у шахтеров, работающих на глубине ниже 1200 м, по сравнению с шахтерами, работающими на глубине выше 1200 м, были в 3,17 раз чаще. Показана необходимость комплексного изучения параметров окружающей среды в шахтах, которые могут оказать неблагоприятное влияние на работающих: давление воздуха, относительная влажность, температура, суммарная мощность дозы гамма-излучения и др. Анализ статей показал, что работа на большой глубине оказывает вредное воздействие на здоровье человека. Сотрудники, работающие в глубоких шахтах, испытывают дискомфорт, вызванный высокой температурой и влажностью, эти показатели увеличиваются с глубиной. У работников выявлены усталость и нарушения сна.

Для предупреждения теплового истощения работающих рекомендован физиологический мониторинг, включающий контроль внутренней температуры тела, частоту сердечных сокращений^4,5,6,7, а также измерение удельного веса мочи до и после смены [13][18].

Нагревающий микроклимат обусловливает напряжение различных функциональных систем человека и приводит к нарушению состояния здоровья, снижению работоспособности и производительности труда [27].

Заключение. При работе в шахтах с увеличением глубины увеличивается температура воздуха и горных пород, влажность воздуха, атмосферное давление, уменьшается мощность дозы γ-излучения. В отечественной и зарубежной научной литературе достаточно убедительных доказательств того, что риск возникновения теплового стресса у работающих возрастает с увеличением глубины шахты. Мало изучены глубокоподземные факторы (радиация, давление воздуха), которые могут повлиять на здоровье людей, работающих в глубоких шахтах.

В целях предупреждения заболеваний, обусловленных воздействием глубокоподземных факторов, необходимо совершенствование методов оценки экспозиции физических факторов, дифференцированный подход к медико-профилактическим мероприятиям в зависимости от глубины подземных шахт.