對(duì)高溫高濕低氧環(huán)境的初步

對(duì)高溫高濕低氧環(huán)境的初步研究摘要室內(nèi)的通風(fēng)要滿足人體對(duì)氧氣的需求來(lái)維持人體內(nèi)的新陳代謝，而在一些特殊的環(huán)境中如煤礦深度作業(yè)時(shí)，高溫高濕的工作環(huán)境中由于氧含量降低而形成了一個(gè)低氧熱環(huán)境，但是人體的劇烈活動(dòng)使新陳代謝卻在加快，盡管人體可以通過(guò)調(diào)節(jié)來(lái)適應(yīng)外界低氧條件和自身發(fā)生的變化，但這種調(diào)節(jié)也是有限度的。人體對(duì)環(huán)境的適應(yīng)與自身以及周圍環(huán)境的溫度，濕度，空氣流速，空氣的質(zhì)量品質(zhì)等眾多因素有關(guān)系。本文提出從高溫高濕環(huán)境中的含氧量來(lái)考慮，并結(jié)合人體的自我調(diào)節(jié)，對(duì)環(huán)境進(jìn)行一個(gè)綜合的評(píng)價(jià)。關(guān)鍵詞新陳代謝高溫高濕低氧環(huán)境含氧量1引言研究室內(nèi)空氣環(huán)境品質(zhì)發(fā)現(xiàn)，在一些極端工作的環(huán)境中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)低氧的情況，例如煤礦工人在井下作業(yè)時(shí)，由于通風(fēng)條件不完善，工作區(qū)形成了高溫高濕的低氧環(huán)境。專用船因?yàn)槠涔ぷ魈攸c(diǎn)內(nèi)部環(huán)境也是一個(gè)高溫高濕低氧的環(huán)境，隊(duì)員吃住和工作都在艙室內(nèi)。在這些低氧的環(huán)境中，工作人員從事著這樣那樣的勞動(dòng)，人體的新陳代謝加快，需氧量增加，而周圍工作區(qū)域卻形成了一個(gè)低氧環(huán)境。溫度較高，濕度較大，含氧量較低，空氣流速小的環(huán)境會(huì)引起人體的身體不適，頭昏，燥熱。長(zhǎng)期處于這種環(huán)境中人體的體力下降，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)因?yàn)槿毖醵柝?。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和法律法規(guī)的不斷健全，針對(duì)一些特殊的工作環(huán)境，國(guó)家相繼出臺(tái)了一系列作業(yè)安全實(shí)施辦法來(lái)保護(hù)在惡劣工作環(huán)境中的勞動(dòng)者的權(quán)益，保護(hù)勞動(dòng)者的身體健康。但還有一些不完善的地方，例如對(duì)于不同極端工作環(huán)境中的氧氣的含量沒(méi)有明確的界定，在如何評(píng)價(jià)高溫高濕低氧環(huán)境對(duì)人體健康的影響，如何評(píng)價(jià)在高溫高濕環(huán)境中，氧含量的減少對(duì)勞動(dòng)者忍耐度的影響方面還沒(méi)有相關(guān)的規(guī)定。因此這些方面仍值得深入研究。2高溫高濕低氧環(huán)境所涉及的各個(gè)方面2.1人體對(duì)氧氣的需求空氣的成分以氮?dú)?、氧氣為主，還含有少量的稀有氣體、二氧化碳、水蒸氣及其他氣體雜質(zhì)?？諝獾某煞质潜容^固定的，按體積分?jǐn)?shù)計(jì)算，大約是氮?dú)?8％，氧氣21％，稀有氣體0.94％，二氧化碳0.03％，其他氣體和雜質(zhì)0.03％。如果按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算，氮?dú)?5.3％，氧氣23.1％?？諝庵袑?duì)人類呼吸具有重要性的成分是O2，N2和水。人體是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，通過(guò)呼吸機(jī)體不斷地從外界攝取氧氣，并將二氧化碳排出體外，以維持機(jī)體新陳代謝和其他功能活動(dòng)所必需的基本生理活動(dòng)過(guò)程。醫(yī)學(xué)上，將不明顯費(fèi)力的呼吸稱為平靜呼吸,在這種情況下機(jī)體的新陳代謝水平較低。而當(dāng)機(jī)體處于運(yùn)動(dòng)或勞動(dòng)狀態(tài)時(shí)，新陳代謝水平大大提高，就必須進(jìn)行用力呼吸。人體能量代謝率M與耗氧量VO2成正比，它們間的關(guān)系如下：式中——呼吸商，人體產(chǎn)量與同時(shí)間內(nèi)耗氧量之比（）；——人體的表面積，。一般可按Dubois公式計(jì)算：（——體重，；——身高，呼吸商，與營(yíng)養(yǎng)成分，活動(dòng)強(qiáng)度等有關(guān)，美國(guó)，日本靜坐人體一般取=0.83；我國(guó)人體可取=0.85。2.2低氧環(huán)境國(guó)內(nèi)外對(duì)于低氧環(huán)境的研究在工業(yè)燃燒、醫(yī)學(xué)研究、體育訓(xùn)練、動(dòng)植物細(xì)菌微生物的培養(yǎng)等方面都有了一定的探索。在這些低氧環(huán)境中，與人密切相關(guān)的研究大多針對(duì)在高原地區(qū)的低氧環(huán)境。2004年8月在青海省召開(kāi)的第六屆國(guó)際高原醫(yī)學(xué)和低氧生理學(xué)術(shù)大會(huì)上制定的《慢性高原病青海診斷標(biāo)準(zhǔn)》中，將高原界定為海拔2500m以上地區(qū)。高原氣候環(huán)境主要表現(xiàn)為低氣壓、低氧分壓、寒冷干燥與多風(fēng)、日照時(shí)間長(zhǎng)、紫外線輻射強(qiáng)等特點(diǎn)。在這些環(huán)境特點(diǎn)中，以低氣壓和低氧分壓對(duì)人體的影響最為重要。在海平面，大氣壓為101kPa(760mmHg)，大氣氧分壓為21kPa(159mmHg)，由于大氣壓是各種氣體分壓的總和，所以當(dāng)大氣壓發(fā)生變化后，雖然氧氣的分壓也將隨之發(fā)生變化，但是氧氣的體積分?jǐn)?shù)仍約為21%。高于海平面的地區(qū)，大氣壓和大氣氧分壓均將隨著海拔的升高而逐漸下降。當(dāng)海拔升高到3000m時(shí)，大氣壓下降至70.7kPa(530mmHg)，氧分壓降至15.5kPa(116mmHg)，相當(dāng)于海平面的70％左右，當(dāng)海拔上升4000m時(shí)，大氣壓只有62.4kPa(468mmHg)，大氣氧分壓降為13.1kPa(98mmHg)，僅為海平面的62％左右。科研和實(shí)踐證明，通過(guò)高原低氧環(huán)境對(duì)運(yùn)動(dòng)員神經(jīng)、心血管、呼吸、內(nèi)分泌等系統(tǒng)的刺激，可以使運(yùn)動(dòng)員機(jī)體對(duì)氧的吸收、運(yùn)送和利用等方面的能力得到增強(qiáng)。但是過(guò)低的氧分壓力也會(huì)對(duì)人體造成危害，所以體育運(yùn)動(dòng)員經(jīng)常在中等海拔高度地區(qū)進(jìn)行訓(xùn)練。在平原地區(qū)，有的極端工作環(huán)境或者實(shí)驗(yàn)環(huán)境中壓力稍高于當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫?，空氣氧氣含量由于種種原因降低了，這也形成了一個(gè)低氧的環(huán)境。相對(duì)于高原的低壓低氧環(huán)境，這是高壓低氧環(huán)境。例如人們?yōu)榱藛渭儗で蟮脱鯒l件創(chuàng)建的一些低氧環(huán)境：在平原地區(qū)創(chuàng)造的人工低氧訓(xùn)練房，氧氣體積濃度一般為15%左右（相當(dāng)于海拔2500m）；全自動(dòng)簡(jiǎn)易型低氧飼養(yǎng)倉(cāng)，倉(cāng)內(nèi)的氧氣體積濃度控制在10%0.2%的范圍內(nèi)。這些環(huán)境的氧氣體積濃度都是可以得到控制的。而在像煤礦井下深度作業(yè)的極端工作環(huán)境中，由于通風(fēng)條件受到限制形成的高溫高濕高壓的低氧工作環(huán)境，氧氣的含量不易控制，也和眾多環(huán)境與人體因素有關(guān)。目前對(duì)于這方面的研究還不多。2.3高溫高濕的低氧熱環(huán)境2.3.1存在高溫高濕的場(chǎng)合及其特點(diǎn)極端熱環(huán)境是指人體所處的高溫高濕環(huán)境，人或者不能在這種環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間工作，或不能長(zhǎng)期有效地工作。我國(guó)已將《高溫作業(yè)分級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)作為我國(guó)特有的勞動(dòng)安全衛(wèi)生分級(jí)管理標(biāo)準(zhǔn)，適用于評(píng)價(jià)與劃分高溫作業(yè)環(huán)境熱強(qiáng)度及其等級(jí)。高溫高濕的極端熱的工作環(huán)境主要出現(xiàn)在以下場(chǎng)合：在鍋爐房或鍋爐間作業(yè)；灼熱或其他金屬塊壓軋及鍛造作業(yè)；鋼鐵或其他金屬類物料的加熱或熔煉作業(yè)；蒸汽火車，輪船機(jī)房作業(yè)；井下的煤礦作業(yè)等工作環(huán)境中。這些環(huán)境的特點(diǎn)如下：1.環(huán)境的溫度高，濕度大，一般為高溫高濕的環(huán)境；2.空氣流速??；3.室內(nèi)環(huán)境的含氧濃度低，體積分?jǐn)?shù)小于21%。從人體本身考慮，對(duì)這種環(huán)境的適應(yīng)性也與許多因素有關(guān)：1.衣服的穿著；2.人體的健康程度；3.飲食和生活習(xí)慣；4.人體的活動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2.3.2相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究為對(duì)高溫高濕低氧的極端環(huán)境的評(píng)價(jià)提供研究基礎(chǔ)，進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量，實(shí)驗(yàn)是在天津大學(xué)環(huán)境學(xué)院實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，環(huán)境艙的溫度可以控制在30、32、34、36、38、40℃，濕度可以控制在40%、60%、80%，氧氣體積分?jǐn)?shù)約21%左右。以每20分鐘為一組，分別記錄受試人員的體溫、心率等值的變化。當(dāng)受試者身體產(chǎn)生極其不適的瞬時(shí)，再記錄體溫、心率等值。圖1對(duì)受測(cè)人員的新陳代謝在不同溫濕度與忍耐時(shí)間的關(guān)系a.60%濕度不同溫度的變化情況b.80%濕度不同溫度的變化情況a.60%濕度不同溫度的變化情況b.80%濕度不同溫度的變化情況從圖1很明顯看到在濕度一定的條件下，溫度升高，人體的新陳代謝負(fù)荷增加，耗氧量增加，忍耐時(shí)間減少。a和b相比較，b中由于濕度由60%增加到80%，新陳代謝負(fù)荷增加，忍耐時(shí)間減少，耗氧量增加。這就說(shuō)明了溫度和濕度都會(huì)影響人體的新陳代謝，高溫高濕的環(huán)境會(huì)使人體代謝增加，從而使耗氧量增加。心率是指單位時(shí)間內(nèi)心臟搏動(dòng)的次數(shù)。醫(yī)學(xué)研究表明在低氧的環(huán)境中心臟運(yùn)動(dòng)加快，表現(xiàn)為代償性心率加快。受測(cè)人員的心率測(cè)試結(jié)果如下：圖2不同溫濕度及勞動(dòng)強(qiáng)度下受測(cè)者的心率變化情況a．36a．36℃80%中等體力勞動(dòng)心率變化曲線b．36℃80%重體力勞動(dòng)心率變化曲線c．38c．38℃40%重體力勞動(dòng)心率變化曲線d.38℃60%中度體力勞動(dòng)心率變化曲線e．40e．40℃60%重體力勞動(dòng)心率變化曲線f．40℃80%輕體力勞動(dòng)心率變化曲線h．40h．40℃80%重體力勞動(dòng)心率變化曲線g．40℃80%中度體力勞動(dòng)心率變化曲線以上的幾組數(shù)據(jù)顯示：由于受測(cè)人員自身健康狀況及適應(yīng)能力的不同，在高溫高濕的熱環(huán)境中的心率變化不完全相同，但是變化趨勢(shì)相似。即在很短的時(shí)間內(nèi)心率有明顯的增加，也就說(shuō)明了耗氧量增加。周圍的環(huán)境溫濕度越高，從事的勞動(dòng)強(qiáng)度越大，反映心率變化的曲線就越陡，耗氧量就越大，而且它并不是近似于直線的，隨著時(shí)間的增加，上面的結(jié)果中都有變緩的表現(xiàn)，這是因?yàn)槿梭w的自我調(diào)節(jié)能力在起作用。隨著溫度濕度的增加這種調(diào)節(jié)現(xiàn)象越來(lái)越不明顯。當(dāng)個(gè)體的調(diào)節(jié)不能適應(yīng)外界環(huán)境的變化時(shí)，人就會(huì)感覺(jué)到缺氧，呼吸急促。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)在高溫高濕環(huán)境受測(cè)的人員進(jìn)行了主觀感受的問(wèn)卷調(diào)查，結(jié)果顯示經(jīng)過(guò)在極端環(huán)境倉(cāng)的實(shí)驗(yàn)，80%的受測(cè)人員都有缺氧的感覺(jué)。3.高溫高濕低氧環(huán)境的理論分析人體所需要的氧氣的含量與室內(nèi)的溫度濕度都有很大的關(guān)系，溫度升高人體的新陳代謝加快，呼吸深度增加，呼吸增強(qiáng)，所需要的氧氣就增加。由于人體是一個(gè)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)的機(jī)體，溫度升高而室內(nèi)的氧氣的體積分?jǐn)?shù)不變的時(shí)候，人體通過(guò)增加呼吸的運(yùn)動(dòng)的深度和頻率，改變肺的通氣量來(lái)適應(yīng)。這也就解釋了為什么當(dāng)溫度升高時(shí),我們感覺(jué)到缺氧而呼吸局促的原因。上述實(shí)驗(yàn)是在氧體積分?jǐn)?shù)約為21%情況下進(jìn)行的，受測(cè)人員已經(jīng)有缺氧的感覺(jué)了，在實(shí)際的工作環(huán)境中，工作人員在氧氣的體積分?jǐn)?shù)要低于21%的高溫高濕的環(huán)境中工作。因此在這種環(huán)境條件下，人體的忍耐時(shí)間將會(huì)減少，心率的變化也會(huì)更明顯。如果在溫濕度過(guò)高，氧氣含量過(guò)低的惡劣環(huán)境中，人體是無(wú)法進(jìn)行正常工作的。所以當(dāng)溫濕度達(dá)到一定的程度后，氧氣的含量下降到多少能被人體接受，或者在低氧環(huán)境中，溫濕度達(dá)到怎樣的一個(gè)程度，才不會(huì)對(duì)人體有危害，這就成為值得思考的問(wèn)題。將溫度、濕度、含氧量將這三個(gè)因素作為評(píng)價(jià)低氧熱環(huán)境的指標(biāo)?？梢源_立溫濕度和含氧量之間的一個(gè)關(guān)系，作為評(píng)價(jià)極端工作環(huán)境的依據(jù)。4研究意義與思考由于缺乏一個(gè)人體在低氧熱環(huán)境中的反應(yīng)情況的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法衡量大量人力工作的高溫高濕低氧熱環(huán)境。因此對(duì)環(huán)境的溫濕度和含氧量以及人體的自我調(diào)節(jié)能力綜合起來(lái)對(duì)低氧熱環(huán)境進(jìn)行綜合的評(píng)價(jià)是很有必要的。對(duì)人體處于這種低氧熱環(huán)境的生理反應(yīng)和適應(yīng)性反應(yīng)做必要的基礎(chǔ)研究；從勞動(dòng)保護(hù)和安全的角度，就創(chuàng)造安全可靠的環(huán)境來(lái)滿足安全勞動(dòng)的要求進(jìn)行必要的研究，以求獲取基礎(chǔ)的資料，為改善勞動(dòng)條件提供理論依據(jù)。在一些突發(fā)事件形成的環(huán)境中，例如火災(zāi)發(fā)生現(xiàn)場(chǎng)，由于氧氣燃燒使空氣溫度升高而含氧量減少，形成高溫的低氧熱環(huán)境。對(duì)這種環(huán)境特點(diǎn)的研究將為更好地完成消防和救護(hù)工作，保障公民生命安全提供理論基礎(chǔ)。在高溫高濕低氧熱環(huán)境中，所涉及的與人體有關(guān)的其他環(huán)境因素眾多，其中還包括環(huán)境的空氣流速，氣流組織形式，空氣中所含的污染氣體的種類和含量等。空氣流速增加，可以加強(qiáng)對(duì)流換熱，改善熱環(huán)境。這些問(wèn)題還需要進(jìn)一步的研究和探討，為勞動(dòng)者工作條件的改變提供更為深刻和廣泛的理論基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)[1].勞動(dòng)工作業(yè)環(huán)境測(cè)定實(shí)施辦法行政院勞工委員會(huì)八十一年二月十四日臺(tái)八十一勞安三字第○二六九九號(hào)令發(fā)布[2]邱一華,彭聿平,生理學(xué).北京科學(xué)出版,2004[3]T.C.魯,J.F.傅爾頓,《醫(yī)學(xué)生理學(xué)和生物物理學(xué)》翻譯組譯校.醫(yī)生生理學(xué)和生物物理學(xué).北京科學(xué)出版社,1978[4]成建國(guó).高原低氧環(huán)境與心律失常西藏醫(yī)藥雜志2005年第26卷第3期(總第84期)：2-5[5]方勇,紀(jì)慧君.高原訓(xùn)練的作用冰雪運(yùn)動(dòng)ClaimWinterSports2001年3月第1期:41-43[6]馮新為.病理生理學(xué)(高等醫(yī)藥院校教材)．北京：人民衛(wèi)生出版社，1987[7].BobbyR.Davis,AGuidetoPreventingHeatStress[M],DivisionofOccupationalSafetyandHealthN.C.DepartmentofLabor4W.EdentonSt.Raleigh,NC27601-1092[8].Internationalunionofoperatingengineers,Internationalenvironmentaltechnologyandtrainingcenter[Z