Інститут медицини праці АМН України

Кашуба Микола Олексійович

УДК 613.63/65-477:616-057

Професійне здоров’я електрозварників в Україні

і шляхи його покращення

14.02.01 – гігієна

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора медичних наук

Київ – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті медицини праці АМН України

Науковий консультант: академік НАН і АМН України, доктор медичних наук, професор Кундієв Юрій Ілліч, Інститут медицини праці АМН України, директор.

Офіційні опоненти:

Доктор біологічних наук, професор Антомонов Михайло Юрійович, Інститут гігієни і медичної екології ім. О.М. Марзеєва АМН України, завідувач відділом медичної інформатики;

Доктор медичних наук, старший науковий співробітник Мухін Володимир В’ячеславович, Науково-дослідний інститут медико-екологічних проблем Донбасу та вугільної промисловості (м. Донецьк) МОЗ України, директор інституту;

Доктор медичних наук, старший науковий співробітник Вищипан Віталій Пилипович, Український науково-дослідний інститут промислової медицини МОЗ України, заступник директора з наукової роботи.

Провідна установа: Національний медичний університет ім. О.О.Богомольця МОЗ України, м. Київ, кафедра пропедевтики гігієни та радіаційної гігієни.

Захист відбудеться 29 березня 2007 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .554.01 в Інституті медицини праці АМН України (01033, м. Київ, вул. Саксаганського, 75).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту медицини праці АМН України (01033, м. Київ, вул. Саксаганського, 75).

Автореферат розісланий 23 лютого 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради А.В.Степаненко

Загальна характеристика роботи

Актуальність проблеми. Металовиробництво та металообробка є важливими видами промислового виробництва в економічно розвинених країнах світу. При цьому зварювання складає близько 50 % всіх видів металообробних робіт, в яких задіяні значні людські ресурси.

Сьогодні існує велика кількість наукових праць (Горбань Л.Н., Краснюк Е.П. и соавт., 1998; Лиман А.Д., Горбань Л.Н., 1999; Лубянова И.П., 1998, 1999; Супрун С.А., Горбань Л.Н. и соавт., 2002), які вказують на шкідливу дію виробничих факторів зварювального виробництва на організм електрозварників. Значна кількість робіт (Решетюк А.Л., 1990; Лубянова И.П., 1998; Чепурных А.Я., Вознесенский Н.К., 1999; Винницкая Т.Е., Любченко П.Н., 2000; Дроздов И.В. и соавт, 2003) присвячена вивченню захворюваності та смертності електрозварників металів. Також існують роботи, пов’язані з вивченням дії зварювальних аерозолів на темпи старіння організму зварників (Ахаладзе Н.Г. и соавт., 1992; Иванов А.А., 1992; Горбань Л.Н., Кучерук Т.К., Лубянова И.П., 1994; Кучерук Т.К., Лубянова И.П., 1995; Винницкая Т.Е., Любченко П.Н., 2000).

Аналіз робіт показав наявність суттєвих розбіжностей в оцінці впливу факторів зварювального виробництва на характер та рівень захворюваності і смертності електрозварників, також існують певні невідповідності в оцінках їх біологічного віку. Значною мірою це викликано розмаїттям діючих шкідливих факторів виробничого середовища, пов’язаним із застосуванням різних технологій зварювання, режимів роботи зварювального обладнання, використанням різних методологічних підходів до вивчення проблеми тощо. Все це породжує складнощі в оцінці стану здоров’я електрозварників.

У більшості наукових публікацій приділяється увага вивченню впливу шкідливих факторів виробництва при зварюванні нержавіючих марок сталі та кольорових металів, що пояснюється вмістом у зварювальних аерозолях значної кількості шкідливих речовин – Mn, Cr, Ni, Al, інших кольорових металів та їх окислів, газових компонентів аерозолів – NO2, CO, HF, а також інших речовин. Водночас вивченню впливу факторів виробництва по зварюванню чорних металів приділено значно менше уваги в силу того, що залізо довго вважали нетоксичним елементом. Однак існує ряд публікацій (Лубянова И.П., 1990; Лубянова И.П., Кучерук Т.К., 1995, 2000; Кундиев Ю.И. и соавт, 2000; Кундиев Ю.И., Лубянова И.П.. 2002; Jenkins R.R., 1993; Baer D.M. et al., 1994; Ascherio A. et al., 1994; Salonen J.T. et al., 1995; Sempos C.T., 1996; Lagiou T.A., 1998; deValk B., Marx J.J.; 1999; Horwitz L.D., 1999; Fox C.J. et al., 2002; Doherty M.J., 2004), які вказують на здатність заліза викликати різноманітні і в ряді випадків не до кінця вивчені патологічні процеси в організмі людини. В той же час у зв’язку з недостатньою кількістю епідеміологічних досліджень гальмується процес вивчення впливу зварювальних аерозолів чорних металів, основну масу яких складає залізо та його сполуки, на захворюваність та смертність електрозварників, тощо.

У доступних нам джерелах інформації не виявлено робіт, в яких проведені комплексні дослідження глибоко пов’язаних між собою таких показників здоров’я, як біологічний вік, захворюваність та смертність електрозварників ручного дугового та напівавтоматичного зварювання чорних металів. Разом з тим на необхідність таких робіт вказують результати досліджень біологічного віку електрозварників чорних металів (Кучерук Т.К., Лубянова И.П., 1995, 2000; Brody J.A. et al., 1998), які свідчать про значні вікові зміни в їх організмі.

Біологічний вік людини є важливим критерієм кількісної оцінки здоров’я на донозологічному рівні. Це робить його важливим та чутливим інструментом, особливо в тих випадках, коли прояви дії професійно шкідливих факторів виробництва не є яскраво вираженими, мало відомі або їх вплив на організм носить не диференційований характер. За таких обставин біологічний вік робітника дозволяє виявити дію такого фактору і є своєрідним маркером його впливу.

В гігієнічному аспекті комплексне вивчення біологічного віку, захворюваності та смертності електрозварників ручного дугового та напівавтоматичного зварювання чорних металів дозволить оцінити з різних позицій різноманітний характер дії зварювальних аерозолів та розробити на донозологічному етапі низку заходів з профілактики захворюваності, в тому числі і професійної, що дозволить уникнути значних соціальних та економічних втрат.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках планової науково-дослідної роботи Інституту медицини праці АМН України „Вдосконалити оцінку ризику та систему реєстрації професійного раку у робітників канцеронебезпечних підприємств України з метою обгрунтування профілактичних заходів” (№ держреєстрації 0104U003079). Здобувач є співвиконавцем теми.

Мета дослідження – дослідити вплив зварювальних аерозолів на рівень захворюваності, смертності та величину біологічного віку електрозварників напівавтоматичного та ручного зварювання чорних металів і вдосконалити на цій основі донозологічні підходи до оцінки стану здоров’я робітників.

Завдання дослідження:

1. Дати санітарно-гігієнічну оцінку умовам праці електрозварників ручного дугового та напівавтоматичного зварювання чорних металів. Провести гравіметричні та коніметричні дослідження зварювальних аерозолів, встановити проникну здатність різних фракцій пилу в органи дихання людини. Оцінити величину пилового навантаження електрозварників напівавтоматичного та ручного дугового зварювання. Дослідити зв’язок між окремими фракціями пилу та патологією окремих ділянок органів дихання.

2. Провести скринінгову оцінку хвилинного об’єму дихання електрозварників, на основі отриманих результатів розробити, з використанням математичного моделювання, методологічні підходи до оцінки пилового навантаження на органи дихання з урахуванням індивідуальних особливостей організму та важкості і напруженості виконуваної роботи. Дослідити зв’язок пилового навантаження електрозварників напівавтоматичного та ручного дугового зварювання з величиною біологічного віку.

3. Провести аналіз захворюваності електрозварників ручного дугового та напівавтоматичного зварювання чорних металів підприємств окремих регіонів України, дослідити особливості формування загальної та кардіореспіраторної патології у робітників з різним стажем роботи і побудувати на основі отриманих результатів математичні моделі зміни частоти патології робітників зі зростанням стажу роботи.

4. Встановити основні особливості динаміки смертності чоловічої частини працездатного населення. Провести порівняльні дослідження смертності електрозварників ручного дугового та напівавтоматичного зварювання чорних металів і населення регіонів, де вони проживають. Дослідити зв’язок між рівнем захворюваності та смертності електрозварників.

5. Провести оцінку біологічного віку електрозварників напівавтоматичного та ручного дугового зварювання чорних металів. Дослідити зв’язок між біологічним віком та частотою захворюваності електрозварників, для чого розробити методологічні підходи до оцінки індивідуального та суспільного здоров’я, створити математичні моделі оцінки загального та парціального біологічного віку. Розробити методологічні підходи для оцінки передбачуваної тривалості майбутнього життя електрозварників чорних металів за величиною їх біологічного віку та провести її визначення у досліджуваних вибірках.

6. Розробити спосіб оцінки та дослідити вплив факторів зварювального виробництва на темпи вікових змін шкіри електрозварників, порівняти загальні темпи старіння організму та темпи старіння шкіри. Обґрунтувати та запропонувати заходи профілактики професійних пилових захворювань у електрозварників.

Об’єкт дослідження: закономірності впливу зварювальних аерозолів, антропометричних даних та важкості праці електрозварників на показники їх здоров’я (захворюваність, смертність та біологічний вік).

Предмет дослідження: умови праці (фізико-хімічні властивості зварювальних аерозолів, важкість праці, мікроклімат) працівників електрозварювального виробництва (електрозварники ручного, напівавтоматичного зварювання чорних металів), робітники інших пилонебезпечних професій, показники захворюваності електрозварників та робітників інших професій, показники смертності електрозварників чорних металів, їх біологічний вік.

Методи дослідження: гігієнічні – для оцінки дози та рівня впливу чинників виробничого середовища на працюючих, визначення дисперсного складу аерозолів; санітарно-статистичні – для вивчення динаміки захворюваності та смертності у працівників досліджуваних виробництв; математичні – для створення математичних моделей та розрахунку біологічного віку, пилового навантаження, передбачуваної тривалості майбутнього життя.

Наукова новизна одержаних результатів. Встановлено нові закономірності зв’язку між величиною біологічного віку, захворюваністю, смертністю електрозварників напівавтоматичного та ручного дугового зварювання і їх умовами праці та стажем роботи.

Отримано нові дані про динаміку та характер темпів старіння окремих органів і систем, а також в цілому організму електрозварників напівавтоматичного та ручного дугового зварювання чорних металів. Встановлено зв’язок між загальним і кардіореспіраторним біологічним віком та рівнем загальної захворюваності, дихальної і серцево-судинної систем. Створено нові моделі для оцінки загального та кардіореспіраторного біологічного віку.

Вперше доведено, що парціальний (кардіореспіраторний) біологічний вік електрозварників напівавтоматичного та ручного дугового зварювання є більш адекватним, ніж загальний біологічний вік, способом оцінки впливу зварювальних аерозолів на темпи старіння кардіореспіраторної системи.

Вперше вивчено залежність між загальним біологічним віком та передбачуваною тривалістю майбутнього життя електрозварників напівавтоматичного та ручного дугового зварювання чорних металів і запропоновано проведення на цій основі оцінки ризику для їх здоров’я.

Вперше встановлено роль окремих фракцій пилу у формуванні величини пилового навантаження у верхніх дихальних шляхах, трахеобронхіальній ділянці та легенях. Розширено уявлення про особливості затримки різних фракцій аерозолю окремими ділянками органів дихання електрозварників напівавтоматичного та ручного дугового зварювання чорних металів.

Поглиблено уявлення про інтегральний вплив окремих індивідуальних антропометричних і вікових показників та важкості праці на величину пилового навантаження електрозварників напівавтоматичного та ручного зварювання чорних металів.

Встановлено поступове зниження адаптаційних резервів організму електрозварників напівавтоматичного та ручного дугового зварювання чорних металів, яке проявляється спочатку більш вираженим на початку стажу роботи зростанням парціального (кардіореспіраторного), а потім загального біологічного віку з наступним почерговим зростанням захворюваності кардіореспіраторної системи та інших органів і систем.

Встановлено, що рівень загальної смертності та від хвороб органів дихання і серцево-судинної системи електрозварників напівавтоматичного та ручного дугового зварювання чорних металів зі стажем роботи понад 20 років вищий, ніж у населення досліджуваних регіонів аналогічного віку, і залежить від стажу роботи та пилового навантаження. Найбільша відмінність у рівні смертності електрозварників порівняно з населенням спостерігається від хвороб органів дихання та серцево-судинної системи.

Практичне значення одержаних результатів. Оцінка стану здоров’я на основі запропонованих моделей біологічного віку дозволяє проводити науково обґрунтований професійний добір осіб, які поступають на роботу в умовах шкідливого впливу зварювальних аерозолів на організм робітника, та розробляти на донозологічному рівні профілактичні заходи по охороні здоров’я працюючих.

Розроблений спосіб оцінки передбачуваної тривалості майбутнього життя електрозварників напівавтоматичного та ручного зварювання чорних металів дозволяє оцінювати стан наявних трудових ресурсів, проводити своєчасні заходи для їх оздоровлення та поповнення.

Запропоновано спосіб визначення фізичних параметрів мікрочастинок газопилового середовища (деклараційний патент на винахід 47675 А, деклараційний патент на винахід 68094 А) та визначення біологічного віку шкіри людини (патент на винахід 74955).

Створена та реалізована в Інтернет проекті програма для визначення біологічного віку людини (свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № ) дає можливість практичним лікарям визначати через Інтернет в онлайн режимі біологічний вік обстежуваних по запропонованих біомаркерах.

Запропоновано систему профілактичних заходів, розроблених на основі концепції донозологічної оцінки стану здоров’я електрозварників.

Запропоновані математичні моделі та рішення дозволяють об’єднати в єдине ціле існуючі підходи до оцінки індивідуального і суспільного здоров’я, які можна використовувати для визначення фізичних можливостей і вікової працездатності робітників, рішення питань припинення трудової діяльності, встановлення необхідності професійної переорієнтації, пов’язаної зі старінням, оцінки трудових ресурсів окремих трудових колективів або окремих вікових груп популяції, що вивчається.

Результати досліджень впроваджено в роботу Тернопільської обласної та інших санепідемстанцій, а також санепідемстанцій Кременецького району та м. Тернополя, у навчальний процес на кафедрі гігієни та екології людини і на кафедрі нормальної фізіології Тернопільського державного медичного університету імені І.Я.Горбачевського, на кафедрах гігієни та екології, фізіології Буковинського державного медичного університету.

Встановлена залежність між величиною пилового навантаження та темпами старіння організму електрозварника може використовуватись для прогнозування вікових змін у робітників за існуючих концентрацій аерозолів у повітрі робочої зони.

Затверджені методичні рекомендації „Використання математичних моделей для оцінки стану здоров’я працюючих за умов комбінованого впливу несприятливих виробничих факторів, які включають багатокомпонентні аерозолі”.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто проведено патентно-інформаційний пошук, проаналізовано наукову літературу з досліджуваної проблеми, особисто визначено напрямки та об’єкти досліджень, сформовано групи спостереження, підібрано адекватні до поставленої мети методи дослідження. Особисто проведено аналіз захворюваності та частоти патології в досліджуваних групах, аналіз смертності електрозварників та населення, проведено математичний аналіз впливу факторів оточуючого середовища на біологічний вік та смертність населення.

Особисто проведено визначення концентрації пилу, який вдихається та видихається, аналіз дисперсного складу різних фракцій пилу, вагові концентрації та дисперсний склад пилу, що осів на окремих ділянках органів дихання. Зроблено винаходи на способи проведення коніметричних досліджень пилу та визначення біологічного віку шкіри.

Побудовано математичні моделі для визначення загального та парціального біологічного віку електрозварників,

Розроблено способи оцінки індивідуального належного хвилинного об’єму дихання, побудовано математичні моделі для оцінки пилового навантаження, визначення пилового навантаження та передбачуваної тривалості майбутнього життя.

Створено алгоритм програми визначення біологічного віку людини, спосіб визначення біологічного віку шкіри людини.

Розроблено способи визначення передбачуваної тривалості майбутнього життя та підходи до оцінки ризику на основі даних про величину біологічного віку.

Автором самостійно опрацьовано матеріал дослідження, проведено його статистичну та математичну обробку, аналіз і узагальнення отриманих даних, сформульовано висновки, написано та проілюстровано всі розділи дисертації.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи оприлюднено на науково-практичних конференціях „Актуальні питання гігієни та екологічної безпеки України” (Київ, 2003, 2005), XIV з`їзді гігієністів України „Гігієнічна наука та практика на рубежі століть” (Дніпропетровськ, 2004), VIII з`їзді Всеукраїнського лікарського товариства (Івано-Франківськ, 2005), XLVIII підсумковій науково-практичній конференції „Здобутки клінічної та експериментальної медицини” (Тернопіль, 2005), науково-практичних конференціях „Довкілля і здоров`я” (Тернопіль, 2003, 2006).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковано в 31 науковій праці, з них 21 – у наукових фахових виданнях, рекомендованих ВАК України, 7 – у матеріалах конференції та з’їздів, 1 патент на винахід, 2 деклараційних патенти на винахід України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 407 сторінках комп’ютерного друку (основний обсяг становить 317 сторінок) і складається із вступу, 8 розділів, висновків, списку використаних джерел літератури (всього 471 бібліографічний опис), додатків. Робота ілюстрована 18 таблицями та 86 рисунками.

Основний зміст роботи

Матеріали і методи дослідження. Оцінка смертності електрозварників Житомирського заводу металоконструкцій, Тернопільського комбайнового заводу та підприємств Кременецького району проводилась шляхом аналізу поіменних списків 127547 померлих чоловіків цих регіонів за період з 1998 року по 2003 рік. Аналіз захворюваності проводився за результатами поглиблених медичних оглядів 423 електрозварників Житомирського заводу металоконструкцій, Тернопільського комбайнового заводу та Калинівського машинобудівельного об’єднання, проведених працівниками Інституту медицини праці АМН України за період 1986-1988 роки. Аналіз захворюваності серед 312 електрозварників Тернопільського комбайнового заводу та підприємств Кременецького району за період 1998 – 2003 роки проводився за даними періодичних медичних оглядів. Дослідження біологічного віку 598 електрозварників проводили на підприємствах Тернопільської області (Тернопільський комбайновий завод, Кременецький завод порошкової металургії, Кремгаз, Кременецьке будівельно-монтажне підприємство ПМК-4).

Для оцінки забрудненості повітря виробничих приміщень зварювальними аерозолями було проаналізовано 2970 проб, проведено оцінку важкості праці у 132 електрозварників. Проведено 137 досліджень концентрацій та 471 дослідження дисперсного складу пилу, який вдихався та видихався з окремих ділянок дихальних шляхів. Визначення хвилинного об’єму дихання проведено у 197 досліджуваних.

Для відбору проб пилу, що вдихається та видихається з різних ділянок органів дихання, було використано прилад для визначення поглинутої дози пилу (Кашуба Н.А. и соавт, 1990).

Аеродинамічний діаметр пилових частинок визначали за допомогою підйомної піпетки ПП1 ЛІОТ за швидкістю седиментації пилових частинок в рідині (Коузов П.А., Скрябина Л.Я., 1983).

Для визначення вагової концентрації фракції пилу розрахунковим методом застосовували запропонований нами перерахунковий коефіцієнт форми для зварювальних аерозолів.

На основі результатів дослідження розрахунковим методом визначали концентрацію та дисперсний склад пилу, що осів у дихальних шляхах та легенях.

Концентрацію СО2, який видихається з органів дихання, вимірювали методом газової хроматографії.

Для визначення загального об’єму анатомічного мертвого простору органів дихання використовували формулу Бора:

Ve*Fe=Vd*Fi+Va*Fa; Vd+Va=Vt; Vd=Vt*((Fe-Fa)/(Fi-Fa)),

де V – об’єм; F – концентрація СО2; e – видих; d – мертвий простір; a – альвеолярний; i – вдих; t – дихальний.

Розмір ротоглотки визначали методом „ковтка” – як величину подвоєного об’єму одного ковтка води.

Розмір носоглотки – за формулою:

VМПр = VМПн + Vг,

де VМПр – об’єм мертвого простору при диханні ротом; VМПн – об’єм мертвого простору при диханні носом; Vг – об’єм глотки.

При проведенні масових обстежень об’єм анатомічного мертвого простору (АМП) електрозварників чоловіків визначали з урахування їх антропометричних даних за рівнянням множинної лінійної регресії: АМП = -417,981+1,873*x+3,361*y, де х – ріст, у – вага.

З метою стандартизації отриманих результатів досліджень при проведенні вимірювань пиломірами дотримувались єдиних правил відбору проб.

Для проведення мікроскопічних досліджень шматочки фільтру, на якому були частинки аерозолю, розташовували на камері Горяєва, яку, в свою чергу, поміщали в широкогорлу колбу, на дні якої знаходився ацетон. При нагріванні колби пари ацетону розчиняли фільтр, перетворюючи його в прозору плівку. Розмір частинок визначали за допомогою масштабної лінійки.

Величину пилового навантаження (ПН) в кг визначали за формулою

ПН=((0,103*е0,194*х1)*(2,342+(0,024*Р)+(0,089*В))/(0,103*е0,194*х2)/1000)*Т* (РФ/1000000)*(Квд-1/Квид)),

де: Т – час дії пилового фактору; РФ – концентрація респірабельної фракції пилу; Квд – перерахунковий коефіцієнт між респірабельною фракцією пилу і концентрацією пилу, що вдихається; Квид – перерахунковий коефіцієнт між респірабельною фракцією пилу і концентрацією пилу, що видихається; Р – ріст досліджуваного; В – вага досліджуваного; х1 – частота дихання при фізичному навантаженні; х2 – частота дихання в спокої.

Для визначення біологічного віку побудовано ряд математичних моделей, які відображають як низку можливих методологічних підходів до оцінки біологічного віку, так і особливості старіння організму.

Визначення передбачуваної тривалості майбутнього життя (ПТМЖ) проводили за формулою:

Ex=-22,237-9,384*Ap*(T iBV /Tmax-1), де Аp – величина, що відображає сукупний адитивний і експоненціальний вплив факторів зовнішнього середовища та біологічної компоненти, T iBV –фактичний біологічний вік, Tmax – максимальний термін життя людини – 113 років.

Ортостатичну пробу з вимірюванням частоти пульсу проводили за загальноприйнятою методикою. Систолічний та діастолічний артеріальні тиски вимірювали за загальноприйнятою методикою приладом “Digital blood pressure monitor” Model UA-602. Гостроту слуху вимірювали аудіометром моделі МА – 3Р. Об’єм акомодації оцінювали в см за графіком вікових змін акомодаційної здатності за Дондером, життєву ємність легень – крильчастим спірометром моделі ССП. Для вимірювань температури та відносної вологості повітря у виробничих приміщеннях застосовували аспіраційний психрометр Ассмана. Швидкість руху повітря реєстрували за допомогою анемометра АСО-3. Усього виконано понад 224 комплексних вимірів мікроклімату.

Статистичну обробку матеріалів проводили за допомогою програмних середовищ SPSS 10.0, Statistica 6.0, Excel. Аналіз отриманих результатів проводили із застосуванням статистичних методів дослідження.

Значення середньої, її стандартної похибки, стандартного відхилення, асиметрії явищ проводили засобами описуючої статистики програмного пакету SPSS 10.0. Перевірку на нормальність розподілу – за допомогою теста Колмогорова-Смірнова. Порівняння двох незалежних виборок проводилось за допомогою t-теста для незалежних виборок (тест Стьюдента). Для порівняння виборок, які не підпорядковуються нормальному розподілу, використовували U-тест Манна-Уітні за критерієм ХІ-квадрат (як приватний випадок для більше ніж двох перемінних – тест Фрідмана), Уілкоксона – для двох залежних виборок, однофакторний дисперсійний аналіз – для більше двох незалежних виборок та Колмогорова-Смірнова. Для визначення міри відмінності порівнюваних вибірок – тест за критерієм ХІ-квадрат. Дослідження характеру та сили зв’язку між явищами проводили шляхом визначення величини парної кореляції (за Пірсоном), рангової кореляції (за Спірменом), парціальної кореляції. В дослідженнях широко застосовували регресійний аналіз (проста лінійна регресія, множинна лінійна регресія, порядкова регресія, метод найменших квадратів). Вплив кількох незалежних перемінних на одну або кілька залежних досліджували за допомогою дисперсійного аналізу (одномірного багатофакторного та багатомірного аналізу). Для виявлення дії комплексів факторів, які породжують зв’язки між досліджуваними явищами, застосовували факторний аналіз. З метою виявлення схожих за проявами випадків проводили їх кластерний аналіз. Для дослідження впливу кількох нелінійних незалежних перемінних на залежну перемінну використовували алгоритми, реалізовані в програмному пакеті Statistica Neural Network.

Результати досліджень та їх обговорення

Характеристика умов праці електрозварників. Електрозварювальне виробництво на підприємствах, де проводили дослідження, має ряд спільних особливостей, що визначають умови праці електрозварників.

Основним видом робіт, що виконуються, є ручне зварювання електродами марки АНО-6 та напівавтоматичне зварювання в середовищі вуглекислого газу чорних металів.

Виконувані електрозварювальні роботи характеризуються певним фізичним навантаженням. Статичні та динамічні фізичні навантаження при ручному та напівавтоматичному зварюванні викликають у електрозварників перенапруження нервової та кістково-м’язової систем організму. Статичні навантаження в основному пов’язані з утримуванням зварювальних інструментів та вимушеним положенням тіла. Проведення хронометражу роботи електрозварників напівавтоматичного зварювання показало, що, не дивлячись на механізацію процесу подачі деталей, існує значна частка ручної праці. В середньому з урахуванням вищевказаних особливостей виробництва статичне навантаження коливається в межах, які не перевищують 10000 кгс, що відповідає 1 класу умов праці. За проведеним хронометражем ручне електрозварювання супроводжувалось статичним зусиллям, направленим на утримування зварювального електротримача (11900-14700 кгс), що дало підстави віднести виконувану роботу за статичним навантаженням до 1 класу умов праці. За сенсорним напруженням праця, що виконується на напівавтоматах, є допустимою (тривалість спостереження від часу зміни в електрозварників коливалась у межах 35-50 %) і відноситься до 2 класу умов праці. У робітників, які проводять ручне електрозварювання, за тривалістю спостереження (50-60 %) та виконанням точних рухів з безперервним контролем за зоною зварювання, виконувана робота за сенсорним напруженням відноситься до 3 класу 1 ступеня.

Важкість праці електрозварника ручного зварювання оцінюється як 3 клас (шкідливий і небезпечний) першого ступеня (за рахунок незручної і вимушеної пози).

Важкість праці електрозварників автоматичного та напівавтоматичного зварювання відповідає середньому фізичному навантаженню (2 клас). Напруженість характеризується інтелектуальними та сенсорними навантаженнями і оцінюється як 3 клас 1 ступеня.

На електрозварників, які виконують ручне зварювання деталей та вузлів, а також на тих, які працюють на постах напівавтоматичного та автоматичного зварювання, діяли близькі за складом та концентрацією аерозолі. Для підприємств характерне багаторазове перевищення ГДК частинок аерозолів (тверда складова зварювальних аерозолів – ТСЗА) та газів (газова складова зварювальних аерозолів – ГСЗА). В середньому за весь період спостереження по кожному з показників умови праці відносяться до 3 класу 2 ступеня.

В цілому умови праці на підприємстві – до 3 класу (3 ступінь), як такі, що створюють підвищену небезпеку розвитку професійних захворювань і захворюваності з тимчасовою втратою працездатності.

Характеристика зварювальних аерозолів та особливості їх впливу на організм електрозварників ручного та напівавтоматичного зварювання чорних металів. Однією з особливостей електрозварювальних робіт є використання електрозварниками захисних масок під час зварювання. Дослідження показали, що при загальній максимально-разовій концентрації аерозолів у повітрі робочої зони 69±0,06 мг/м3 у просторі під маскою концентрація аерозолю складає лише 38,6±0,05 мг/м3. Зменшення концентрації відбувається перш за все за рахунок крупнодисперсних пилових частинок. Це пов’язано з тим, що пилові частинки великих розмірів, маси і відповідно інерційної здатності мають інші аеродинамічні характеристики, ніж частинки з малою масою, що різко знижує їх здатність проникати в підмасковий простір і потрапляти в органи дихання.

Різними аеродинамічними властивостями пилових частинок та фізіологічними особливостями процесу дихання пояснюється також відмінність вагових концентрацій аерозолів у підмасковому просторі і тих, що вдихаються, – 38,6±0,05 та 23,5±0,03 мг/м3 відповідно. Все це суттєво впливає на величину реального пилового навантаження і потребує певної корекції в його розрахунках.

Однією з важливих фізичних характеристик аерозолів є будова та дисперсний склад частинок ТСЗА, які в значній мірі визначають характер та локалізацію патологічного процесу в органах дихання.

Різні аеродинамічні властивості неоднакових за розміром частинок мають різну седиментаційну здатність, що суттєво впливає на дисперсний склад аерозолів, залежно від відстані до джерела викиду. Зміни дисперсного складу, в свою чергу, впливають на співвідношення твердої та газової складової зварювальних аерозолів. Характерним є те, що горизонтальний та вертикальний градієнти концентрації ТСЗА та ГСЗА міняються по різному. Таким чином, на робітників різних професій, які працюють в цеху, діють різні за своїм дисперсним складом аерозолі. Однак всі без виключення робітники зварювального цеху підпадають під вплив дрібнодисперсної фракції пилу та ГСЗА.

На робітників, які виконують допоміжні роботи при зварюванні і в основному знаходяться на відстані 5-8 м від джерела аерозолю, додатково діють частинки з аеродинамічним діаметром від 5 до 20 мкм, а на електрозварників, крім цього, – також і частинки розміром понад 20 мкм. Зрозуміло, що такий розподіл на фракції носить досить умовний характер, однак він в достатній мірі відображає основні закономірності дії твердої складової зварювальних аерозолів на робітників.

На основі замірів дисперсного складу та вагових концентрацій аерозолю, який вдихався та видихався з різних ділянок органів дихання, нами було розраховано дисперсний склад та вагові концентрації пилових частинок, які осіли на цих ділянках. Дослідженнями встановлено, що маса різних фракцій пилу по різному розподіляється по окремих ділянках органів дихання (рис. 1).

З рисунку видно, що у загальному витаючому пилу найбільшу масу мають фракції з діаметром частинок (Ds) в діапазоні 20-10 мкм, у пилу, що вдихається, – з Ds 12-4,5 мкм. Для пилу, який осів у роті та глотці, максимальну масу складають фракції з Ds =10,4-12,3 мкм, в дихальних шляхах (гортань, трахея, бронхи) – Ds=4,6-6,5 мкм, в альвеолах – Ds=0,3-0,6 мкм.

Загальна маса пилу, який осів в органах дихання, складає 18,4 % від загального витаючого та 54,1 % від того, що вдихається.

Рис. 1. Маса різних фракцій аерозолю повітря робочої зони, аерозолю, що вдихався, та аерозолю, що осів в окремих ділянках органів дихання.

Розрахунки показали, що маса пилу, який осів в органах дихання, розподіляється по окремих ділянках органів дихання не рівномірно. В носоглотці затримується 47,9 % маси пилу, в гортані, трахеї та бронхах – 45,4в альвеолах – 6,7 %. Ще більша нерівномірність розподілу маси пилу спостерігається при розрахунку на одиницю об’єму органа. В гортані, трахеї та бронхах в одиниці їх об’єму осідає по масі в 2,1 рази менше пилу, ніж у роті та глотці, в альвеолах – у 57 разів менше, ніж у роті та глотці, і в 27 разів менше, ніж в гортані, трахеї та бронхах. Ця обставина свідчить не лише про більшу захищеність легенів від пилу за рахунок вище розташованих ділянок, які відіграють роль своєрідних фільтрів, а й про те, що у випадку зниження фільтраційної здатності дихальних шляхів різко зростатиме ПН на легені.

Нами встановлено, що фракції пилу по різному розподіляються по окремих ділянках органів дихання (рис. 2).

Рис. 2. Розподіл (у %) маси різних фракцій пилу по окремих ділянках органів дихання.

Так, у роті та носоглотці ефективно затримуються частинки Ds не менше 12,3 мкм. Однак в незначній мірі у ній можуть затримуватись і значно менші частинки Ds до 1 мкм. Гортань, трахея, бронхи ефективно “фільтрують” частинки з Ds не менше 1,35 мкм. У цілому цей „фільтр” працює в досить широкому діапазоні – від 18 до 0,25 мкм. Частинки з Ds <0,25 мкм практично без перешкоди проникають в альвеоли і там затримуються.

Пилове навантаження як міра інтенсивності впливу зварювальних аерозолів на організм електрозварника та особливості його оцінки.

Хвилинний об’єм дихання – один із важливих показників, необхідних для визначення величини пилового навантаження. Цей показник залежно від віку, статі, антропометричних даних та величини фізичного навантаження коливається в значних межах і суттєво впливає на величину пилового навантаження.

З метою побудови моделі, яка відображає залежність хвилинного об’єму дихання (ХОД) від антропометричних даних людини, нами були проведені дослідження залежності величини індивідуального хвилинного об’єму дихання в стані спокою від росту і ваги досліджуваної особи. На основі одержаних результатів було побудовано рівняння лінійної множинної регресії:

НХОДіс=2,342+(-0,024*Р)+(0,089*В),

де НХОДіс – належний (для даного індивіда) хвилинний об’єм дихання в спокої; Р – ріст; В – вага.

Відомо, що зростання фізичного навантаження суттєво впливає на хвилинний об’єм дихання. Так, при зростанні частоти дихання з 18 до 27 разів на хвилину хвилинний об’єм дихання зростає в 4-6 разів. При цьому, в силу зростання швидкості повітряного потоку, зростає не лише величина поглинутої дози пилу, але і характер розподілу частинок різних розмірів по окремих ділянках органів дихання.

Встановлено, що залежність хвилинного об’єму дихання від частоти дихання носить експоненціальний характер і описується рівнянням
ХОД=0,103 ехр (0,194 х), де х – частота дихання.

Враховуючи те, що хвилинний об’єм дихання залежить як від індивідуальних особливостей організму робітника, так і від величини фізичного навантаження, доцільно визначати належну індивідуальну величину хвилинного об’єму дихання (НХОДін) при виконанні фізичного навантаження, яке оцінюється за частотою дихання, згідно формули НХОДін=ХОДн*НХОДіс/ХОДс.

При проведенні епідеміологічних досліджень запропоновані моделі було використано для визначення величин ХОД за показниками росту, ваги, віку та фізичного навантаження, що, в свою чергу, дало можливість оцінювати величину індивідуального пилового навантаження за певний період часу за запропонованою нами формулою

ПН=((0,103*е0,194*х1)*(2,342+(0,024*Р)+(0,089*В))/(0,103*е0,194*х2)/1000)*Т* (РФ/1000000)*(Квд-1/Квид)).

У випадку, коли необхідно враховувати також вплив віку на належний хвилинний об’єм дихання, нами запропоновано математичні моделі для визначення НХОД для осіб різних вікових категорій.

Аналіз математичних моделей показує, що в значній мірі величина пилового навантаження залежить від частоти дихання, яка відображає інтенсивність фізичного навантаження. Так, при зростанні частоти дихання в 3-4 рази величина пилового навантаження зростатиме щонайменше на 2-3 порядки. Дослідження показали, що збільшення ХОД лише в 1,5 раза призводить до зростання маси пилу, що осідає в органах дихання, у 3-8 разів.

Тому, одним із ефективних засобів зниження пилового навантаження є зниження важкості праці електрозварників.

Дослідженнями встановлено, що існує тісний зв’язок між розподілом маси пилу по окремих ділянках органів дихання та частотою патології цих ділянок (рис. ).

Рис. 3. Розподіл (у % від загальної величини) пилових частинок по окремих ділянках органів дихання та за частотою патології цих ділянок.

Привертає увагу та обставина, що у кожної наступної, нижче розташованої ділянки органів дихання зростає чутливість до дії пилу. Так, при незначній, порівняно з іншими ділянками дихальних шляхів, частці пилу, що осів в альвеолах, на легені припадає доволі високий відсоток випадків патології від їх загальної кількості.

Разом з тим встановлено, що найбільшу загальну поверхню мають частинки, які осіли в альвеолах, і найменшу – у верхніх дихальних шляхах.

Наявність таких протилежних за своїм напрямком залежностей, на нашу думку, пояснюється різними механізмами реакції окремих ділянок органів дихання на дію пилу, а також свідчить про зростання чутливості глибше розташованих ділянок органів дихання до маси пилових частинок в силу зростання хімічної активності останніх, пов’язаної зі значним зростанням загальної поверхні частинок.

Захворюваність електрозварників ручного та напівавтоматичного зварювання чорних металів. Аналіз результатів періодичних медичних оглядів на ТКЗ в 2001-2004 рр. показав, що існує ряд факторів, які по різному впливають на рівень захворюваності електрозварників та робітників не пилових професій. Встановлено достовірну відмінність у частоті патології електрозварників та робітників інших професій зі стажем роботи понад 3 роки. При елімінації ЗОД достовірна відмінність у частоті патології спостерігалась у робітників зі стажем понад 5 років. Аналогічна ситуація була виявлена при елімінації частоти патології ССС. Отже, на початку стажу перш за все має місце більш висока чутливість ОД та ССС до дії шкідливих факторів електрозварювального виробництва, однак в подальшому також спостерігається зростання впливу шкідливих факторів на організм в цілому. Останнє є свідченням наростаючого впливу шкідливих факторів на загальні процеси в організмі, які тим чи іншим чином пов’язані з темпами старіння організму.

Дисперсійний аналіз не встановив значимого впливу стажу на частоту ЗОД (р>0,05). На нашу думку, це пояснюється тим, що, очевидно, крім стажу роботи, існують інші фактори, які визначають інтенсивність впливу шкідливих чинників на організм робітників. Разом з тим виявлено значимий вплив пилового навантаження на частоту ЗОД (р<0,01).

Аналіз результатів поглиблених медичних оглядів ТКЗ, ЖЗМК, КМО, проведених науковцями Інституту медицини праці АМН України, показав, що існує достовірна відмінність (p<0,05) у частоті патології ССС, ОД та органів ШКТ між стажовими групами 0-4, 5-9, 10-14 та 15-19 років. Виключення складають інші захворювання, де р>0,05. У старших вікових, а також стажових групах достовірної відмінності у рівні захворюваності не знайдено (р>0,05).

Подальші дослідження показали, що в старших групах, у зв’язку з виникненням виражених форм захворювань і, перш за все, серцево-судинної патології та ОД, відбувається найбільш активне „оздоровлення” робітників шляхом міграції в безпечні умови праці або звільнення з роботи за станом здоров’я. У групах зі стажем 0-14 років рівень міграції становив 43,6 %, а в групах зі стажем 15 і більше років – 82,7 %. Очевидно, за таких обставин оцінка впливу шкідливого фактора на організм людини за сумарною величиною пилового навантаження буде не лише коректнішою, але й дозволить за характером цієї залежності врахувати вплив „оздоровлення” на неї.

З метою виявлення впливу процесу селекції хворих на частоту патології в стажових групах була побудована модель регресії поліномінального типу, яка відображала вплив віку, стажу та селекції на частоту патології органів дихання. Ступінь апроксимації моделі до фактичних даних складає 98,7 %. При вилученні з моделі компоненти селекції на графіку зникає спад частоти патології органів дихання в старших стажових групах.

Факторний аналіз результатів медичних оглядів показав, що вік є головним фактором, який об’єднує всі види патології. Стаж, який має тісну кореляцію (r=0,78) з віком, утворює другу групу, однак сила зв’язку з різними видами патології виражена значно менше, за виключенням патології органів дихання, де коефіцієнт кореляції r=0,81. Все це свідчить про те, що при вивченні впливу шкідливих факторів на організм людини групи, сформовані за стажем чи величиною пилового навантаження, повинні бути стандартизовані також за віком.

Якщо абстрагуватись від вище наведених факторів, які впливають на характер залежності частоти патології та захворюваності, то їх залежність від стажу можна описати запропонованими нами відповідними рівняннями

; де y(t) – частота патології, v(t) – захворюваність, x0 – кількість здорових.

У нашому випадку частота патології, розрахована за даним рівнянням, має наступне графічне зображення, в якому еліміновано вплив „оздоровлення” (рис. 4).

Рис. 4. Частота патології у електрозварників відповідно до математичної моделі.

Смертність електрозварників ручного дугового та напівавтоматичного зварювання чорних металів. Встановлено, що в економічно розвинених країнах з високим рівнем соціального захисту рівень смертності чоловіків і жінок нижчий, ніж в країнах з низьким рівнем соціального захисту. В усіх випадках рівень смертності чоловіків вище рівня смертності жіночої частини населення. Це особливо характерно на віковому відрізку другої половини трудової діяльності та на початку пенсійного віку (40-75 років). Також характерно, що в цьому віковому діапазоні відхилення рівня смертності чоловіків у різних країнах від середнього значення значно більші, ніж у жінок. При цьому особливо високі рівні смертності чоловіків у країнах з низьким рівнем соціального захисту.

Таким чином, наслідки несприятливої дії факторів зовнішнього середовища різної інтенсивності і, перш за все, шкідливих виробничих факторів на організм чоловіків починають виявлятися у віці близько 40 років, коли стаж роботи в середньому складає 10-20 років.

Очевидно, можна припустити, що високий