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42.熱與冷

章節編輯:  讓-雅克·福格


 

目錄 

數字和表格

對熱環境的生理反應
W.拉里·肯尼

熱應激和高溫工作的影響
博迪尼爾森

中暑
小川得雄

預防熱應激
莎拉·A·納內利

熱功的物理基礎
雅克馬爾謝爾

熱應激和熱應激指數的評估
肯尼斯 C. 帕森斯

     案例研究:熱指數:公式和定義

通過衣服進行熱交換
沃特·A·洛滕斯

     公式和定義

寒冷環境和冷工作
Ingvar Holmér、Per-Ola Granberg 和 Goran Dahlstrom

在極端戶外條件下預防冷應激
雅克·比特爾和古斯塔夫·薩沃雷

冷指數和標準
英格瓦霍爾默

單擊下面的鏈接以在文章上下文中查看表格。

1. 血漿和汗液中的電解質濃度
2. 熱應激指數和允許暴露時間:計算
3. 熱應激指數值的解釋
4. 熱應力和應變標準的參考值
5. 使用心率評估熱應激的模型
6. WBGT 參考值
7. 高溫環境的工作實踐
8. SWreq指數的計算和評估方法:方程式
9. ISO 7933 (1989b) 中使用的術語說明
10. 四個工作階段的 WBGT 值
11. 使用 ISO 7933 進行分析評估的基本數據
12. 使用 ISO 7933 進行分析評估
13. 各種寒冷職業環境的氣溫
14. 無補償冷應激及相關反應的持續時間
15. 指示輕度和重度寒冷暴露的預期影響
16. 人體組織溫度與人體生理機能
17. 人類對冷卻的反應:對體溫過低的指示性反應
18. 對冷應激人員的健康建議
19. 暴露於寒冷的工人的調節計劃
20. 預防和緩解冷應激:策略
21. 與特定因素和設備相關的策略和措施
22. 寒冷的一般適應機制
23. 水溫低於15℃的天數
24. 各種寒冷職業環境的氣溫
25. 冷作分類示意圖
26. 代謝率水平分類
27. 服裝基本絕緣值示例
28. 手飾耐冷降溫的分類
29. 手飾接觸熱阻分類
30. 風寒指數、裸露肉的溫度和凍結時間
31. 風對裸露肉體的冷卻能力

人物

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星期三,三月16 2011 21:12

對熱環境的生理反應

人類一生都生活在一個非常小的、受到嚴密保護的體內溫度範圍內。 活細胞的最大耐受範圍從大約 0ºC(冰晶形成)到大約 45ºC(細胞內蛋白質的熱凝固); 然而,人類只能在非常短的時間內忍受低於 35ºC 或高於 41ºC 的內部溫度。 為了將內部溫度保持在這些限制範圍內,人們已經對急性熱應激產生了非常有效且在某些情況下專門的生理反應。 這些反應——旨在促進身體熱量的保存、產生或消除——涉及多個身體系統的精細控制協調。

人體熱平衡

到目前為止,傳遞給身體的最大熱源來自代謝熱的產生 (M). 即使在最高機械效率下,肌肉工作所涉及的能量中有 75% 到 80% 會以熱量的形式釋放出來。 休息時,代謝率為 300 毫升 O2 每分鐘產生大約 100 瓦的熱負荷。 在耗氧量為 1 升/分鐘的穩態工作期間,會產生大約 350 W 的熱量——減去任何與外部工作相關的能量 (W). 即使在如此輕度至中度的工作強度下,如果沒有有效的散熱方式,身體核心溫度也會每 15 分鐘升高約 1,200 攝氏度。 事實上,非常健康的人可以產生超過 1 W 的熱量並持續 3 到 1984 小時而不會造成熱損傷 (Gisolfi and Wenger XNUMX)。

也可以通過輻射從環境中獲取熱量 (R) 和對流 (C) 如果地球溫度(輻射熱的量度)和空氣(幹球)溫度分別超過皮膚溫度。 這些熱增益途徑通常相對於 M,並且當皮膚與空氣的熱梯度反轉時,實際上成為熱損失的途徑。 熱量散失的最後途徑——蒸發 (E)—通常也是最重要的,因為汗液蒸發的潛熱很高——大約 680 Wh/l 蒸發的汗液。 這些關係將在本章的其他地方討論。

在涼爽到熱中性條件下,熱量增加與熱量損失平衡,沒有熱量儲存,體溫平衡; 那是:

M-W ± R ± C-E = 0

然而,在更嚴重的高溫下:

分子量–寬度±R±C >E

並儲存熱量。 特別是繁重的工作(高能量消耗會增加 M-W), 過高的空氣溫度 (增加 遙控+遙控), 高濕度 (這限制了 E) 和穿厚衣服或相對不透水的衣服(這會阻礙汗液的有效蒸發)會造成這種情況。 最後,如果運動時間延長或水分不足, E 可能會因身體排汗能力有限(短時間 1 至 2 升/小時)而超過。

體溫及其控制

為了描述對熱和冷的生理反應,身體分為兩個部分——“核心”和“外殼”。 核心溫度 (Tc) 表示內部或深部體溫,可以通過口腔、直腸或在實驗室環境中在食道或鼓膜(鼓膜)上測量。 外殼的溫度由平均皮膚溫度表示(Tsk). 人體的平均溫度 (Tb) 在任何時候都是這些溫度之間的加權平衡,即

 

Tb = k Tc + (1– k) Tsk

其中加權因子 k 從大約 0.67 到 0.90 不等。

當面臨熱中性挑戰(熱或冷應激)時,身體會努力控制 Tc 通過生理調整,和 Tc 向大腦提供主要反饋以協調這種控制。 雖然局部和平均皮膚溫度對於提供感官輸入很重要, Tsk 溫度隨環境溫度變化很大,在熱中性條件下平均約為 33 ºC,在炎熱的繁重工作條件下達到 36 至 37 ºC。 在全身和局部暴露於寒冷時,它會顯著下降; 觸覺靈敏度發生在 15 到 20 ºC 之間,而手靈巧性的臨界溫度在 12 到 16 ºC 之間。 上下痛閾值 Tsk 分別約為 43 ºC 和 10 ºC。

精確測繪研究已將最大體溫調節控制位置定位在稱為視前/前下丘腦 (POAH) 的大腦區域。 在這個區域是對加熱(熱敏感神經元)和冷卻(冷敏感神經元)都有反應的神經細胞。 該區域通過自主神經系統接收有關體溫的傳入感覺信息並向皮膚、肌肉和其他參與溫度調節的器官發送傳出信號,從而控制體溫。 中樞神經系統的其他區域(下丘腦後部、網狀結構、腦橋、延髓和脊髓)與 POAH 形成上行和下行連接,並發揮多種輔助功能。

身體的控制系統類似於具有加熱和冷卻功能的房屋中的溫度恆溫控制。 當體溫升高到某個理論“設定點”溫度以上時,與冷卻(出汗、增加皮膚血流量)相關的效應器反應就會啟動。 當體溫低於設定點時,就會啟動熱增益反應(皮膚血流量減少、發抖)。 然而,與家庭供暖/製冷系統不同的是,人體體溫調節控制系統並不是簡單的開關係統,而是具有比例控制和變化率控制特性。 應當理解,“設定點溫度”僅存在於理論上,因此有助於形象化這些概念。 要全面了解與體溫調節設定點相關的機制,還有很多工作要做。

無論其基礎如何,設定點都是相對穩定的,並且不受工作或環境溫度的影響。 事實上,已知唯一改變設定點的劇烈擾動是參與發熱反應的一組內源性熱原。 身體為維持熱平衡而採用的效應器響應是響應“負載錯誤”而啟動和控制的,即體溫瞬時高於或低於設定點(圖 1)。 低於設定點的核心溫度會產生負負載誤差,導致熱量增加(皮膚顫抖、血管收縮)開始。 高於設定點的核心溫度會產生正負載誤差,導致熱損失效應器(皮膚血管擴張、出汗)被打開。 在每種情況下,由此產生的熱傳遞都會減少負載誤差,並有助於將體溫恢復到穩定狀態。

圖 1. 人體體溫調節模型。

HEA030F1

高溫下的溫度調節

如上所述,人類主要通過乾燥(輻射和對流)和蒸發方式的組合向環境散失熱量。 為了促進這種交換,兩個主要的效應系統被打開和調節——皮膚血管擴張和出汗。 雖然皮膚血管擴張通常會導致乾燥(輻射和對流)熱損失的小幅增加,但它的主要功能是將熱量從核心傳遞到皮膚(內部熱傳遞),而汗液的蒸發提供了一種非常有效的冷卻血液的方法使其返回深層身體組織(外部熱傳遞)。

皮膚血管擴張

從核心傳遞到皮膚的熱量是皮膚血流量 (SkBF)、核心和皮膚之間的溫度梯度以及血液比熱(每升血液略低於 4 kJ/°C)的函數血)。 在熱中性環境中休息時,皮膚的血流量約為 200 至 500 毫升/分鐘,僅佔心臟泵出的總血液(心輸出量)的 5% 至 10%。 由於 4ºC 之間的梯度 Tc (約 37ºC)和 Tsk (此條件下約33ºC),人體為維持生命而產生的代謝熱不斷地對流至皮膚散發。 相比之下,在高溫條件下的高強度工作等嚴重高熱條件下,核心到皮膚的熱梯度較小,所需的熱傳遞是通過 SkBF 的大幅增加來完成的。 在最大熱應激下,SkBF 可達到 7 至 8 l/min,約為心輸出量的三分之一 (Rowell 1983)。 這種高血流量是通過一種鮮為人知的人類獨有機制實現的,這種機制被稱為“主動血管擴張系統”。 主動血管舒張涉及從下丘腦到皮膚小動脈的交感神經信號,但神經遞質尚未確定。

如上所述,SkBF 主要響應於 Tc 並且,在較小程度上, Tsk. Tc 隨著肌肉工作的開始和代謝熱的產生開始,上升,一旦達到某個閾值 Tc 達到時,SkBF 也開始急劇增加。 這種基本的體溫調節關係也受到非熱因素的影響。 第二級控制至關重要,因為當整體心血管穩定性受到威脅時,它會修改 SkBF。 皮膚中的靜脈非常順應,並且很大一部分循環體積匯集在這些血管中。 這通過減慢毛細管循環以增加傳輸時間來幫助熱交換; 然而,這種匯集,再加上出汗導致的體液流失,也可能會降低血液回流到心臟的速度。 在工作期間影響 SkBF 的非熱因素包括直立姿勢、脫水和正壓呼吸(呼吸器使用)。 這些通過反射起作用,當心臟充盈壓降低並且位於大靜脈和右心房中的牽張感受器被卸載時,這些反射被打開,因此在長時間的有氧運動中以直立姿勢最為明顯。 這些反射的作用是維持動脈壓,並在工作時維持足夠的血液流向活躍的肌肉。 因此,任何給定時間點的 SkBF 水平代表體溫調節和非體溫調節反射反應的綜合效應。

需要增加流向皮膚的血液以幫助調節溫度,這極大地影響了心血管系統調節血壓的能力。 因此,整個心血管系統對熱應激的協調反應是必要的。 會發生哪些心血管調整以增加皮膚流量和體積? 在涼爽或熱中性條件下工作期間,增加心率 (HR) 可以很好地支持所需的心輸出量增加,因為每搏輸出量 (SV) 的進一步增加是最小的,超過最大運動強度的 40%。 在高溫下,HR 在任何給定的工作強度下都較高,作為對降低的中心血容量 (CBV) 和 SV 的補償。 在更高水平的工作中,達到最大心率,因此這種心動過速無法維持必要的心輸出量。 身體提供高 SkBF 的第二種方式是將血流從肝臟、腎臟和腸道等區域分配出去 (Rowell 1983)。 這种血流重定向可以為皮膚提供額外的 800 至 1,000 毫升血流,並有助於抵消外周血池的不利影響。

抑汗療程

人體體溫調節汗液由 2 至 4 百萬個不均勻分佈在體表的小汗腺分泌。 與傾向於聚集(在面部和手部以及中軸和生殖器區域)並將汗液分泌到毛囊中的大汗腺不同,小汗腺將汗液直接分泌到皮膚表面。 這種汗液無味、無色且相對較稀,因為它是血漿的超濾液。 因此,它具有高蒸發潛熱,非常適合其冷卻目的。

作為這種冷卻系統有效性的一個例子,一個人在 2.3 升/分鐘的氧氣消耗下工作會產生淨代謝熱(M-W) 約 640 W。在沒有出汗的情況下,體溫每 1 至 6 分鐘會以約 7°C 的速度升高。 每分鐘約16克汗液的高效蒸發(合理速率),熱量散失速率與產熱速率相匹配,身體核心溫度可保持在穩定狀態; 那是,

M–W±R±C–E = 0

小汗腺結構簡單,由盤繞的分泌部分、導管和皮膚毛孔組成。 每個腺體產生的汗液量取決於腺體的結構和功能,而總出汗率又取決於腺體的募集(活性汗腺密度)和汗腺輸出量。 有些人比其他人出汗更多的事實主要歸因於汗腺大小的差異(Sato 和 Sato 1983)。 熱適應是汗液產生的另一個主要決定因素。 隨著年齡的增長,出汗率降低並不是因為激活的外分泌腺減少,而是因為每個腺體的排汗量減少(Kenney 和 Fowler 1988)。 這種下降可能與伴隨衰老過程的結構和功能改變有關。

與血管運動信號一樣,對汗腺的神經衝動起源於 POAH,並通過腦幹下降。 支配腺體的纖維是交感神經膽鹼能纖維,這是人體中罕見的組合。 雖然乙酰膽鹼是主要的神經遞質,但腎上腺素能遞質(兒茶酚胺)也會刺激外分泌腺。

在許多方面,控制出汗類似於控制皮膚血流。 兩者俱有相似的起病特徵(閾值)和與增加的線性關係 Tc. 背部和胸部往往出汗較早,局部出汗率與 Tc 對於這些站點來說是最陡峭的。 與 SkBF 一樣,出汗會受到非熱因素的影響,例如水合不足和高滲透壓。 同樣值得注意的是一種稱為“多汗症”的現象,它發生在非常潮濕的環境中或經常被濕衣服覆蓋的皮膚區域。 這些皮膚區域,由於它們持續處於潮濕狀態,會減少出汗量。 這是一種防止持續脫水的保護機制,因為留在皮膚上而不是蒸發的汗水沒有冷卻功能。

如果出汗率足夠,蒸發冷卻最終取決於濕潤皮膚和周圍空氣之間的水蒸氣壓力梯度。 因此,高濕度和厚重或不透水的衣服會限制蒸發冷卻,而乾燥的空氣、身體周圍的空氣流動和極少的多孔衣服會促進蒸發。 另一方面,如果工作繁重且大量出汗,蒸發冷卻同樣會受到身體排汗能力的限制(最大約 1 至 2 升/小時)。

寒冷時的溫度調節

與熱相比,人類對冷的反應方式的一個重要區別是,行為在對冷的體溫調節反應中起著更大的作用。 例如,在寒冷的環境條件下,穿著合適的衣服並採取能夠最大程度地減少可用於熱損失的表面積(“擠在一起”)的姿勢比在炎熱的環境條件下重要得多。 第二個區別是激素在冷應激期間發揮的作用更大,包括增加兒茶酚胺(去甲腎上腺素和腎上腺素)和甲狀腺激素的分泌。

皮膚血管收縮

防止身體通過輻射和對流散失熱量的有效策略是增加外殼提供的有效隔熱效果。 在人類中,這是通過減少流向皮膚的血流量——即通過皮膚血管收縮來實現的。 四肢的皮膚血管收縮比軀幹更明顯。 與主動血管舒張一樣,皮膚血管收縮也受交感神經系統控制,並受 Tc,Tsk 和當地的溫度。

皮膚降溫對心率和血壓反應的影響因被降溫的身體區域以及寒冷是否嚴重到足以引起疼痛而異。 例如,當雙手浸入冷水中時,心率、收縮壓(SBP)和舒張壓(DBP)都會升高。 當面部變冷時,由於廣泛的交感神經反應,SBP 和 DBP 會增加; 然而,由於副交感神經反射,HR 會下降 (LeBlanc 1975)。 為了進一步混淆對寒冷的整體反應的複雜性,一個人對另一個人的反應存在廣泛的差異。 如果冷應激足以降低身體核心溫度,HR 可能會增加(由於交感神經激活)或減少(由於中心血容量增加)。

感興趣的特定情況被稱為 寒冷引起的血管舒張 (CIVD)。 當手放在冷水中時,SkBF 最初會降低以保存熱量。 隨著組織溫度下降,SkBF 矛盾地增加,再次減少,並重複這種循環模式。 有人提出 CIVD 有利於防止組織因冷凍而受損,但這尚未得到證實。 從機制上講,當寒冷的直接影響嚴重到足以減少神經傳遞時,可能會發生短暫的擴張,這會暫時超越寒冷對血管交感神經受體的影響(介導收縮效應)。

戰栗

隨著身體冷卻的進行,第二道防線開始顫抖。 顫抖是表層肌肉纖維的隨機不自主收縮,它不會限制熱量損失,反而會增加熱量產生。 由於這種收縮不產生任何功,因此會產生熱量。 一個休息的人在劇烈顫抖時可以增加他或她的代謝熱產生大約三到四倍,並且可以增加 Tc 降低 0.5ºC。 引發顫抖的信號主要來自皮膚,除了大腦的 POAH 區域外,下丘腦後部也在很大程度上參與其中。

儘管許多個體因素會導致發抖(以及一般的耐寒性),但一個重要因素是身體肥胖。 皮下脂肪很少(2 至 3 毫米厚)的人在 40ºC 15 分鐘和 20ºC 10 分鐘後開始發抖,而絕緣脂肪較多(11 毫米)的人在 15ºC 和 60 分鐘後可能根本不會發抖在 10ºC (LeBlanc 1975)。

 

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星期三,三月16 2011 21:33

熱應激和高溫下工作的影響

當一個人暴露在溫暖的環境條件下時,生理熱量損失機制會被激活以維持正常體溫。 身體與環境之間的熱通量取決於以下兩者之間的溫差:

  1. 周圍的空氣和物體,如牆壁、窗戶、天空等
  2. 人的表面溫度

 

人的體表溫度受生理機制調節,例如流向皮膚的血流變化,以及汗腺分泌的汗液蒸發。 此外,人可以更換衣服以改變與環境的熱交換。 環境條件越溫暖,周圍溫度與皮膚或衣服表面溫度之間的差異就越小。 這意味著與涼爽條件相比,在溫暖條件下通過對流和輻射進行的“乾熱交換”會減少。 在高於表面溫度的環境溫度下,熱量從周圍環境中獲得。 在這種情況下,這些額外的熱量連同代謝過程釋放的熱量必須通過汗液蒸發散失,以維持體溫。 因此,隨著環境溫度的升高,汗液的蒸髮變得越來越重要。 鑑於汗液蒸發的重要性,風速和空氣濕度(水蒸氣壓力)是炎熱條件下的關鍵環境因素也就不足為奇了。 如果濕度高,仍然會出汗,但蒸發會減少。 不能蒸發的汗水沒有降溫作用; 從體溫調節的角度來看,它會滴落並浪費掉。

人體含有大約 60% 的水,成人約 35 至 40 升。 體內大約三分之一的水,即細胞外液,分佈在細胞之間和血管系統(血漿)中。 身體水的其餘三分之二,即細胞內液,位於細胞內。 體內水室的組成和體積由荷爾蒙和神經機制非常精確地控制。 當體溫升高激活體溫調節中心時,皮膚表面的數百萬個汗腺會分泌汗液。 汗液中含有鹽分(NaCl、氯化鈉),但含量低於細胞外液。 因此,水和鹽都會流失,出汗後必須補充。

汗液流失的影響

在中性、舒適的環境條件下,少量水分會通過皮膚擴散而流失。 然而,在艱苦的工作和炎熱的條件下,活躍的汗腺會產生大量的汗液,在數小時內可達每小時 2 升以上。 即使僅流失體重的 1%(» 600 至 700 毫升)的汗水也會對工作能力產生可衡量的影響。 這可以通過心率 (HR) 的上升(身體水分每損失 40%,心率每分鐘增加約 1 次)和身體核心溫度的上升看出。 如果繼續工作,體溫會逐漸升高,可升至 XNUMXºC 左右; 在此溫度下,可能會導致中暑。 這部分是由於血管系統的液體流失(圖 XNUMX)。 血漿中水分的流失會減少充滿中央靜脈和心臟的血液量。 因此,每次心跳都會泵出較小的每搏輸出量。 結果,心輸出量(心臟每分鐘排出的血液量)趨於下降,並且心率必須增加以維持循環和血壓。

圖 1. 在 2°C 室溫下運動脫水 30 小時前後細胞外隔室 (ECW) 和細胞內隔室 (ICW) 中水的計算分佈。

HEA050F1

稱為壓力感受器反射系統的生理控制系統可在所有情況下保持心輸出量和血壓接近正常。 反射涉及心臟和動脈系統(主動脈和頸動脈)中的受體和傳感器,它們監測心臟和血管被充滿它們的血液拉伸的程度。 來自這些的衝動通過神經傳播到中樞神經系統,在脫水的情況下,從中樞神經系統進行調整會導致血管收縮,並減少流向內臟器官(肝臟、腸道、腎臟)和皮膚的血流。 以這種方式,可用的血流被重新分配以有利於工作肌肉和大腦的循環(Rowell 1986)。

嚴重脫水可能導致熱衰竭和循環衰竭; 在這種情況下,此人無法維持血壓,後果是昏厥。 熱衰竭的症狀是身體疲憊,通常伴有頭痛、頭暈和噁心。 熱衰竭的主要原因是血管系統失水引起的循環壓力。 血容量的下降導致反射減少到腸道和皮膚的循環。 皮膚血流量的減少加劇了這種情況,因為表面的熱量損失減少了,所以核心溫度進一步升高。 由於血壓下降和由此導致的大腦血流減少,受試者可能會暈倒。 躺著的姿勢可以改善心臟和大腦的血液供應,在降溫並喝點水後,人幾乎可以立即恢復健康。

如果導致熱衰竭的過程“失控”,就會發展為中暑。 皮膚循環的逐漸減少使溫度越來越高,這導致出汗減少,甚至停止,核心溫度更快上升,導致循環衰竭並可能導致死亡,或對身體造成不可逆轉的損害。腦。 血液變化(例如高滲透壓、低 pH 值、缺氧、紅細胞粘附、血管內凝血)和神經系統損傷是中暑患者的發現。 熱應激期間腸道血液供應減少會引起組織損傷,並且可能會釋放物質(內毒素),從而引起與中暑有關的發燒(Hales 和 Richards 1987)。 中暑是一種危及生命的急性急症,將在“熱病”一節中進一步討論。

與失水一起,出汗會導致電解質流失,主要是鈉(Na+) 和氯化物 (Cl - ), 但也有較小程度的鎂 (Mg++),鉀(K+) 等(見表 1)。 汗液中的鹽分少於體液部分。 這意味著它們在出汗後變得更咸。 增加的鹹味似乎通過影響血管平滑肌對循環產生特定影響,血管平滑肌控制血管開放的程度。 然而,幾位研究人員表明它會干擾出汗的能力,需要更高的體溫才能刺激汗腺——汗腺的敏感性會降低 (Nielsen 1984)。 如果汗液流失僅被水替代,這可能會導致體內氯化鈉含量低於正常狀態(低滲)。 由於神經和肌肉功能障礙,這會導致抽筋,這種情況在早期被稱為“礦工抽筋”或“司爐抽筋”。 可以通過在飲食中添加鹽來預防(喝啤酒是 1920 年代英國建議的預防措施!)。

表 1. 血漿和汗液中的電解質濃度

電解質及其他
物質

血漿濃度
配額(克每升)

汗液濃度
(克每升)

鈉(Na+)

3.5

0.2-1.5

鉀(K+)

0.15

0.15

鈣(Ca++)

0.1

少量

鎂(鎂++)

0.02

少量

氯化物(Cl - )

3.5

0.2-1.5

碳酸氫鹽(HCO3 - )

1.5

少量

蛋白質

70

0

脂肪、葡萄糖、小離子

15-20

少量

改編自 Vellar 1969。

皮膚循環和汗腺活動減少都會影響體溫調節和熱量損失,因此核心溫度會比完全水合狀態下增加更多。

在許多不同的行業中,工人都暴露在外部熱應力下——例如,鋼鐵廠、玻璃工業、造紙廠、麵包店、採礦業的工人。 煙囪清掃工和消防員也暴露在外部熱量中。 在車輛、船舶和飛機的密閉空間內工作的人也可能會中暑。 但是,必須注意的是,穿著防護服工作或穿著防水服從事艱苦工作的人,即使在適中和涼爽的環境溫度條件下,也可能成為熱衰竭的受害者。 熱應激的不利影響發生在核心溫度升高和大量出汗的情況下。

補液

喝足夠的水來補充汗液,可能會逆轉因汗液流失導致的脫水效果。 這通常發生在工作和鍛煉後的恢復期間。 然而,在炎熱環境中長時間工作期間,通過在活動期間飲水可以提高性能。 因此,常見的建議是口渴時喝水。

但是,這裡面有一些非常重要的問題。 一是飲水的衝動不足以代替同時發生的水分流失; 其次,補充大量缺水所需的時間很長,超過12小時。 最後,水從胃(儲存水的地方)流到發生吸收的腸(內臟)的速度是有限的。 該比率低於在炎熱條件下運動時觀察到的出汗率。

已經有大量關於各種飲料在長時間運動期間恢復運動員身體水分、電解質和碳水化合物儲存的研究。 主要研究結果如下:

    • 可以利用的液體量——即通過胃輸送到腸道的液體量——受到“胃排空率”的限制,“胃排空率”的最大值約為 1,000 毫升/小時。
    • 如果液體“高滲”(含有比血液濃度更高的離子/分子),則速度會減慢。 另一方面,“等滲流體”(含有與血液相同濃度、滲透壓的水和離子/分子)以與純水相同的速率通過。
    • 添加少量的鹽和糖會增加腸道吸收水分的速度(Maughan 1991)。

         

        考慮到這一點,您可以製作自己的“補液”或從大量商業產品中進行選擇。 通常,水和電解質平衡可通過隨餐飲水來恢復。 應鼓勵大量出汗的工人或運動員多喝水。 每升汗液中含有約 1 至 3 克 NaCl。 這意味著每天出汗超過 5 升可能會導致氯化鈉缺乏,除非飲食得到補充。

        還建議工人和運動員通過定期稱重來控制他們的水平衡——例如,在早上(在相同的時間和條件下)——並儘量保持恆定的體重。 然而,體重的變化並不一定反映缺水的程度。 水與糖原(肌肉中儲存的碳水化合物)化學結合,並在運動過程中使用糖原時釋放出來。 根據身體的糖原含量,體重可能會發生高達 1 公斤左右的變化。 “每天早上”的體重也顯示出由於水分含量的“生物學變化”而發生的變化——例如,在與月經週期相關的女性中,在經前階段可以保留多達 1 至 2 公斤的水分(“經前緊張”)。

        水和電解質的控制

        身體水室的容積——即細胞外液和細胞內液的容積——以及它們的電解質濃度通過液體和物質的攝入和流失之間的調節平衡保持非常恒定。

        水是從食物和液體的攝入中獲得的,有些是通過代謝過程釋放出來的,包括食物中脂肪和碳水化合物的燃燒。 水的流失發生在呼吸過程中從肺部發生,吸入的空氣在呼出之前從氣道的潮濕表面吸收肺部的水分。 在舒適的休息條件下,水也會通過少量的皮膚擴散。 然而,在出汗期間,水分會以超過 1 至 2 升/小時的速度流失數小時。 控制體內水分含量。 出汗增加的水分流失可通過飲水和減少尿液形成來補償,而多餘的水分則通過增加尿液量來排出。

        這種對水的攝入和排出的控制是通過自主神經系統和激素來實現的。 口渴會增加水的攝入,調節腎臟的失水; 尿量和電解質成分均得到控制。 控制機制中的傳感器位於心臟,響應血管系統的“充盈度”。 如果心臟充盈減少——例如,在出汗後——受體會將此信息發送到負責口渴感的大腦中樞,以及誘導抗利尿激素 (ADH) 釋放的區域垂體後葉。 這種激素可以減少尿量。

        同樣,生理機制通過腎臟中的過程控制體液的電解質成分。 食物含有營養素、礦物質、維生素和電解質。 在目前情況下,氯化鈉的攝入量是一個重要的問題。 膳食鈉的攝入量因飲食習慣而異,每天在 10 至 20 至 30 克之間。 這通常比需要的多得多,因此多餘的部分由腎臟排泄,由多種激素機制(血管緊張素、醛固酮、ANF 等)的作用控制,這些機制由大腦和腎臟中的滲透壓感受器的刺激控制, 響應主要是 Na 的滲透壓+ 和Cl - 分別存在於血液和腎臟的液體中。

        個體差異和種族差異

        男性和女性以及年輕人和老年人對熱的反應可能存在差異。 它們在某些可能影響傳熱的特性上有所不同,例如表面積、高度/重量比、絕緣皮膚脂肪層的厚度,以及產生功和熱量的物理能力(有氧能力 » 最大耗氧率)。 現有數據表明,老年人的耐熱性降低。 他們開始出汗的時間比年輕人晚,而老年人在熱暴露期間會出現皮膚血流量增加的反應。

        比較兩性後發現,女性比男性更能忍受濕熱。 在這種環境中,汗液蒸發減少,因此女性略大的表面積/質量面積可能對她們有利。 然而,在比較暴露於高溫的個體時,有氧能力是一個需要考慮的重要因素。 在實驗室條件下,如果受試者組具有相同的體力工作能力(“最大攝氧量”-VO最大2) 進行了測試——例如,年輕和年長的男性,或男性與女性(Pandolf 等人,1988 年)。 在這種情況下,某項工作任務(使用自行車測力計進行鍛煉)將導致循環系統承受相同的負荷——即相同的心率和相同的核心溫度升高——與年齡和性別無關。

        同樣的考慮也適用於族群之間的比較。 當考慮到體型和有氧能力的差異時,不能指出因種族而導致的顯著差異。 但在日常生活中,老年人的平均攝氧量確實較低2 最大 比年輕人和女性低 VO2 最大 高於同年齡段的男性。

        因此,當執行包含一定絕對工作率(例如,以瓦特為單位)的特定任務時,有氧能力較低的人會有較高的心率和體溫,並且不太能夠應對額外的壓力外部熱量,比具有更高 VO2 最大.

        出於職業健康和安全的目的,已經開發了許多熱應激指數。 在這些中,考慮了個體對熱量和工作的巨大反應差異,以及構建指數的特定熱環境。 這些將在本章的其他地方處理。

        反复暴露在高溫下的人即使在幾天后也會更好地忍受高溫。 他們變得適應了。 出汗率增加,由此產生的皮膚冷卻增加導致在相同條件下工作時核心溫度和心率降低。

        因此,預計會暴露在極端高溫下的人員(消防員、救援人員、軍事人員)的人工適應可能有助於減輕壓力。

        總而言之,一個人產生的熱量越多,散發的熱量就越多。 在炎熱的環境中,汗液的蒸發是熱量散失的限制因素。 出汗能力的個體差異是相當大的。 雖然有些人根本沒有汗腺,但在大多數情況下,經過體育鍛煉和反复暴露在高溫下,標準熱應激測試中產生的汗液量會增加。 熱應激會導致心率和核心溫度升高。 最大心率和/或大約 40ºC 的核心溫度設定了炎熱環境中工作表現的絕對生理極限 (Nielsen 1994)。

         

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        星期三,三月16 2011 21:39

        中暑

        環境溫度高、濕度大、劇烈運動或散熱不良等都可能引起多種熱障礙。 它們包括作為全身性疾病的熱暈厥、熱水腫、熱痙攣、熱衰竭和中暑,以及作為局部疾病的皮膚損傷。

        全身性疾病

        熱痙攣、熱衰竭和中暑具有重要的臨床意義。 這些全身性疾病發展的潛在機制是循環功能不全、水和電解質失衡和/或體溫過高(體溫過高)。 其中最嚴重的是中暑,如果不及時妥善治療,可能會導致死亡。

        兩個不同的人群有患熱病的風險,嬰兒除外。 第一個也是更大的人群是老年人,尤其是窮人和患有慢性疾病的人,例如糖尿病、肥胖、營養不良、充血性心力衰竭、慢性酒精中毒、癡呆和需要使用乾擾體溫調節的藥物。 處於熱病風險中的第二個人群包括嘗試長時間體力消耗或暴露於過度熱應激的健康個體。 除了先天性和後天性汗腺功能障礙外,使活躍的年輕人易患熱病的因素還包括身體素質差、適應環境不佳、工作效率低以及皮膚面積與體重的比例降低。

        熱暈厥

        暈厥是由於腦血流量減少而導致的短暫意識喪失,通常先是臉色蒼白、視力模糊、頭暈和噁心。 它可能發生在患有熱應激的人身上。 期限 熱塌陷 已被用作同義詞 熱暈厥. 這些症狀歸因於皮膚血管舒張、體位性血液淤積導致回流至心臟的靜脈減少以及心輸出量減少。 大多數暴露在高溫下的人會出現輕度脫水,這會增加熱暈厥的可能性。 患有心血管疾病或未適應環境的人容易發生熱衰竭。 受害者通常在仰臥後迅速恢復知覺。

        熱水腫

        輕度依賴性水腫——即手腳腫脹——可能會在未適應高溫環境的個體中出現。 它通常發生在女性身上,並隨著適應而消退。 將患者放在涼爽的地方後數小時內症狀會消退。

        熱痙攣

        長時間體力勞動導致大汗淋漓後,可能會出現熱痙攣。 由於高強度工作和疲勞,四肢和腹部肌肉會出現疼痛性痙攣,而體溫幾乎不會升高。 這些痙攣是由鹽分耗盡引起的,當長時間大量出汗導致水分流失時,用不含補充鹽分的白開水補充,並且血液中的鈉濃度已降至臨界水平以下。 熱痙攣本身是一種相對無害的疾病。 這些發作通常發生在能夠持續進行體力消耗的身體健康的人身上,並且曾經被稱為“礦工抽筋”或“甘蔗切割者抽筋”,因為它們經常發生在這些勞動者身上。

        熱痙攣的治療包括停止活動、在涼爽的地方休息以及補充液體和電解質。 至少 24 至 48 小時內應避免熱暴露。

        中暑

        熱衰竭是臨床上最常見的熱障礙。 它是由於大量出汗後嚴重脫水造成的。 它通常發生在其他方面健康的年輕人身上,他們進行長時間的體力消耗(勞累性中暑),例如馬拉松運動員、戶外運動運動員、新兵、煤礦工人和建築工人。 這種疾病的基本特徵是由於水和/或鹽耗竭導致的循環障礙。 它可能被認為是中暑的初期階段,如果不加以治療,最終可能會發展為中暑。 傳統上分為兩種:缺水熱衰竭和缺鹽熱衰竭; 但許多情況是兩種類型的混合。

        長時間大量出汗和飲水不足會導致缺水性熱衰竭。 由於汗液中鈉離子的濃度為每升 30 至 100 毫當量,低於血漿中的鈉離子濃度,大量汗液流失會導致水分不足(體內水分減少)和高鈉血症(血漿中鈉濃度升高)。 熱衰竭的特徵是口渴、虛弱、疲勞、頭暈、焦慮、少尿(尿少)、心動過速(心跳加快)和中度體溫過高(39ºC 或以上)。 脫水還會導致出汗活動減少、皮膚溫度升高、血漿蛋白和血漿鈉水平以及血細胞比容值(血細胞體積與血容量的比率)升高。

        治療包括讓受害人在涼爽的環境中以膝蓋抬起的斜躺姿勢休息,用涼爽的毛巾或海綿擦拭身體,並通過飲水或如果無法口服攝入,則通過靜脈輸液來補充體液流失。 應仔細監測水和鹽的補充量、體溫和體重。 飲水不應根據受害人的主觀口渴感來調節,尤其是在體液丟失時用白開水補充,因為血液的稀釋容易引起口渴消失和稀釋利尿,從而延緩體液平衡的恢復。 這種水分攝入不足的現象稱為自願性脫水。 此外,如下所述,無鹽水供應可能會使熱障礙複雜化。 超過體重 3% 的脫水應始終通過水和電解質替代來治療。

        鹽耗竭引起的熱衰竭是由於長時間大量出汗和補充水分以及鹽分不足造成的。 水土不服、吐瀉等促進其發生。 這種類型的熱衰竭通常在缺水後幾天發生。 這種情況最常見於久坐不動的老年人,他們經常喝大量的水來解渴。 頭痛、頭暈、虛弱、疲勞、噁心、嘔吐、腹瀉、厭食、肌肉痙攣和精神錯亂是常見的症狀。 在血液檢查中,注意到血漿容量減少、血細胞比容和血漿蛋白水平增加以及高鈣血症(血鈣過多)。

        早期發現和及時管理是必不可少的,後者包括讓患者在涼爽的房間內以斜躺姿勢休息,並提供水和電解質的補充。 應監測尿液的滲透壓或比重,以及血漿中的尿素、鈉和氯化物水平,還應記錄體溫、體重以及水和鹽的攝入量。 如果病情得到充分治療,受害者通常會在幾個小時內感覺良好並且康復而不會留下後遺症。 否則,很容易發展為中暑。

        心髒病

        中暑是一種嚴重的醫療緊急情況,可能導致死亡。 這是一種複雜的臨床病症,其中無法控制的高熱會導致組織損傷。 這種體溫升高最初是由熱負荷過大引起的嚴重熱淤血引起的,由此產生的高熱引起中樞神經系統功能障礙,包括正常體溫調節機制的失效,從而加速體溫升高。 中暑基本上有兩種形式:經典中暑和勞累性中暑。 前者發生在長期暴露於高溫環境下進行正常活動的非常年輕、年老、肥胖或不健康的個體,而後者尤其發生在進行體力活動的年輕、活躍的成年人中。 此外,還有一種混合形式的熱風爐呈現出與上述兩種形式一致的特徵。

        老年人,尤其是那些患有心血管疾病、糖尿病和酒精中毒等慢性疾病的老年人,以及服用某些藥物,尤其是精神藥物的老年人,是典型中暑的高危人群。 例如,在持續熱浪期間,據記錄,60 歲以上人口的死亡率是 60 歲及以下人口死亡率的十倍以上。 據報導,在麥加朝聖期間,穆斯林中老年人口的死亡率也同樣很高,發現混合形式的中暑很普遍。 除上述慢性疾病外,老年人易患中暑的因素包括熱感知能力下降、血管舒縮和催汗(出汗反射)對熱負荷變化的反應遲緩,以及熱適應能力下降。

        在炎熱潮濕的環境中劇烈工作或鍛煉的人患上勞累性熱病的風險很高,無論是熱衰竭還是中暑。 承受高身體壓力的運動員即使在環境不是很熱的情況下也會通過高速產生代謝熱而成為體溫過高的受害者,並因此經常患上熱應激病。 相對不健康的非運動員在這方面的風險較小,只要他們意識到自己的能力並相應地限制他們的運動。 然而,當他們為了樂趣而進行體育運動並且積極性和熱情高漲時,他們往往會嘗試以超出訓練強度的強度來鍛煉自己,並且可能會死於熱病(通常是熱衰竭)。 適應不良、飲水不足、著裝不當、飲酒和引起無汗症(出汗減少或出汗不足)的皮膚病,特別是痱子(見下文),都會加重症狀。

        兒童比成人更容易中暑或中暑。 它們每單位質量產生更多的代謝熱,並且由於產生汗液的能力相對較低,所以散熱能力較差。

        中暑的臨床特徵

        中暑由三個標准定義:

        1. 核心(深部)溫度通常超過 42ºC 的嚴重高熱
        2. 中樞神經系統紊亂
        3. 皮膚又熱又乾,出汗停止。

         

        符合這三位一體的標準,就容易診斷中暑。 然而,當這些標準之一缺失、模糊或被忽視時,它可能會被遺漏。 例如,除非立即正確測量核心溫度,否則可能無法識別嚴重的體溫過高; 或者,在勞累性中暑的早期階段,可能仍會持續出汗甚至大量出汗,皮膚可能會濕潤。

        中暑的起病通常是突然的,沒有先兆症狀,但部分即將中暑的患者可出現中樞神經系統紊亂的症狀和體徵。 它們包括頭痛、噁心、頭暈、虛弱、嗜睡、意識模糊、焦慮、迷失方向、冷漠、攻擊性和非理性行為、震顫、抽搐和抽搐。 一旦發生中暑,中樞神經系統的紊亂無處不在。 意識水平常常低落,最常見的是深度昏迷。 大多數情況下會發生癲癇發作,尤其是在身體健康的人身上。 小腦功能障礙的跡像很明顯並且可能持續存在。 經常看到尖尖的瞳孔。 一些倖存者可能會持續存在小腦性共濟失調(缺乏肌肉協調)、偏癱(身體一側癱瘓)、失語和情緒不穩定。

        經常發生嘔吐和腹瀉。 最初通常會出現呼吸急促(呼吸急促),脈搏可能微弱且快速。 低血壓是最常見的並發症之一,由顯著脫水、廣泛的外周血管擴張和心肌最終抑制引起。 嚴重者可出現急性腎功能衰竭,尤其是勞力性中暑。

        所有實質器官、皮膚(稱為瘀點)和嚴重情況下的胃腸道都會發生出血。 臨床出血表現包括黑便(深色、柏油樣糞便)、嘔血(吐血)、血尿(血尿)、咯血(吐血)、鼻出血(流鼻血)、紫癜(紫色斑點)、瘀斑(黑色和藍色斑點)和結膜出血。 血管內凝血很常見。 出血素質(出血傾向)通常與彌散性血管內凝血 (DIC) 有關。 DIC 主要發生在運動引起的中暑中,此時血漿的纖維蛋白溶解(凝塊溶解)活性增加。 另一方面,全身熱療會引起血小板計數減少、凝血酶原時間延長、凝血因子耗盡和纖維蛋白降解產物 (FDP) 水平升高。 有 DIC 和出血證據的患者俱有較高的核心溫度、較低的血壓、較低的動脈血 pH 值和 pOXNUMX2,少尿或無尿和休克的發生率更高,死亡率更高。

        休克也是一種常見的並發症。 它可歸因於外周循環衰竭,並因 DIC 而加重,這會導致微循環系統中的血塊擴散。

        中暑的治療

        中暑是一種醫療急症,需要及時診斷和快速積極的治療才能挽救患者的生命。 必須正確測量核心溫度:直腸或食道溫度應使用讀數高達 45ºC 的溫度計測量。 應避免測量口腔和腋窩溫度,因為它們可能與實際核心溫度有很大差異。

        治療措施的目的是通過減少熱負荷和促進皮膚散熱來降低體溫。 治療包括將患者轉移到安全、涼爽、陰涼和通風良好的地方,脫掉不必要的衣服,並搧風。 冷卻面部和頭部可能會促進有益的大腦冷卻。

        一些冷卻技術的效率受到質疑。 有人認為,將冷敷袋放在頸部、腹股溝和腋窩的主要血管上,將身體浸入冷水中或用冰毛巾覆蓋可能會促進顫抖和皮膚血管收縮,從而實際上阻礙冷卻效率。 傳統上,一旦患者被帶到醫療機構,就建議將浸泡在冰水浴中並結合劇烈的皮膚按摩以最大程度地減少皮膚血管收縮作為首選治療方法。 這種降溫方法有幾個缺點:由於需要輸氧和輸液以及持續監測血壓和心電圖而造成的護理困難,以及因昏迷者的嘔吐物和腹瀉而污染浴缸的衛生問題病人。 另一種方法是在患者身上噴冷霧,同時扇動以促進皮膚蒸發。 這種冷卻方法可以將核心溫度降低 0.03 至 0.06ºC/min。

        還應立即採取預防抽搐、抽搐和發抖的措施。 持續的心臟監測和血清電解質水平的測定以及動靜脈血氣分析是必不可少的,應及時開始在大約 10ºC 的相對較低溫度下靜脈輸注電解質溶液,同時進行控制氧療。 氣管插管以保護氣道、插入心臟導管以估計中心靜脈壓、放置胃管和插入導尿管也可能包括在其他推薦措施中。

        預防中暑

        為預防中暑,應考慮多種人為因素,例如適應環境、年齡、體型、一般健康狀況、水和鹽的攝入量、著裝、宗教信仰的特殊性和忽視或忽視的可能性,旨在促進公眾健康的法規。

        在炎熱環境中進行體力活動之前,應告知工人、運動員或朝聖者他們可能遇到的工作量和熱應激水平,以及中暑的風險。 建議在進行劇烈的身體活動和/或嚴重暴露風險之前進行一段時間的適應。 活動水平應與環境溫度相匹配,在一天中最熱的時段應避免或至少減少體力消耗。 在體力活動期間,必須自由飲水。 由於電解質會在汗液中流失,自願攝入水的機會可能會受到限制,從而延遲熱脫水的恢復,因此在大量出汗的情況下也應更換電解質。 適當的著裝也是一個重要措施。 由既吸水又透氣和透水汽的織物製成的衣服有利於散熱。

        皮膚疾病

        痱子 是最常見的與熱負荷相關的皮膚病。 當由於汗管阻塞而阻止汗液輸送到皮膚表面時,就會發生這種情況。 當無汗症(無法排汗)廣泛存在於體表並使患者易患中暑時,就會出現汗液瀦留綜合徵。

        痱子通常是由在炎熱潮濕的環境中進行體力消耗引起的; 受熱病; 通過使用濕敷布、繃帶、石膏模型或橡皮膏; 穿透氣性差的衣服。 粟粒疹按汗液瀦留的深淺可分為三型:結晶粟粒疹、紅粟粒疹和深粟粒疹。

        結晶粟粒疹是由皮膚角質層內或皮膚角質層下方的汗水滯留引起的,在那裡可以看到微小、透明、非炎症性水泡。 它們通常出現在嚴重曬傷後或發熱性疾病期間的“作物”中。 這種類型的痱子在其他方面沒有任何症狀,最不痛苦,並且在幾天內水泡破裂留下鱗屑時會自愈。

        當強烈的熱負荷導致長時間大量出汗時,就會出現紅痱子。 它是最常見的粟粒疹類型,其中汗液積聚在表皮中。 形成紅色丘疹、水皰或膿皰,並伴有燒灼感和瘙癢感(痱子)。 汗管在終端部分被堵塞。 塞子的產生歸因於常駐需氧細菌的作用,特別是球菌,當角質層被汗液水合時,球菌的數量會大大增加。 它們分泌一種毒素,該毒素會傷害汗管的角質上皮細胞並引發炎症反應,從而在汗管腔內形成管型。 白細胞的浸潤會產生完全阻礙汗液通過數週的嵌塞。

        在深粟粒疹中,汗液滯留在真皮中,並產生扁平的炎性丘疹、結節和膿腫,與紅痱子相比,瘙癢程度較低。 這種粟粒疹的發生通常局限於熱帶地區。 隨著炎症反應從皮膚上層向下延伸,在反復大量出汗後,它可能會從紅痱子開始逐步發展。

        熱帶無汗乏力. 這個詞在第二次世界大戰期間流行起來,當時部署到熱帶戰區的部隊患有熱疹和熱不耐症。 它是在炎熱潮濕的熱帶環境中遇到的汗液瀦留綜合症的一種形式。 以無汗、痱子樣皮疹為特徵,伴有心悸、脈搏增快、體溫過高、頭痛、虛弱等熱鬱症狀,逐漸至急進性不能耐熱體力活動。 它通常先於廣泛的粟粒疹。

        治療. 痱子和汗液瀦留綜合徵的初始和基本治療是將受影響的人轉移到涼爽的環境中。 冷水淋浴和輕柔地擦乾皮膚以及使用爐甘石洗劑可能會減輕患者的痛苦。 應用化學抑菌劑可有效防止微生物菌群的擴張,優於使用可能導致這些微生物產生耐藥性的抗生素。

        由於表皮更新,約 3 週後汗管中的嵌塞脫落。

         

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        星期三,三月16 2011 21:41

        預防熱應激

        儘管人類具有相當大的能力來補償自然發生的熱應激,但許多職業環​​境和/或身體活動使工人暴露於過高的熱負荷,以至於威脅到他們的健康和生產力。 在本文中,描述了多種技術,可用於最大限度地減少熱病的發生率,並在確實發生時減輕病例的嚴重程度。 干預措施分為五類:最大限度地提高暴露個體的耐熱性、確保及時補充丟失的液體和電解質、改變工作方式以減少勞累性熱負荷、氣候條件的工程控制以及防護服的使用。

        在評估暴露程度和製定預防策略時,不應忽視工作場所以外可能影響熱耐受性的因素。 例如,如果熱應激在下班時間通過兼職工作、劇烈的休閒活動或住在持續炎熱的宿舍中持續存在,則總體生理負擔和熱病的潛在易感性將高得多。 此外,營養狀況和水合作用可能反映飲食模式,這也可能隨著季節或宗教儀式而改變。

        最大化個體耐熱性

        熱門行業的候選人應身體健康,並具有適合所從事工作的身體素質。 肥胖和心血管疾病會增加風險,有不明原因或反復中暑病史的個人不應被分配到涉及嚴重熱應激的任務。 下文討論了可能影響耐熱性的各種身體和生理特徵,這些特徵分為兩大類: 個人無法控制的固有特徵,例如體型、性別、種族和年齡; 和獲得性特徵,這些特徵至少部分受到控制,包括身體健康、熱適應、肥胖、醫療條件和自我誘發的壓力。

        應告知工人熱應激的性質及其不利影響以及工作場所提供的保護措施。 應該告訴他們耐熱性在很大程度上取決於喝足夠的水和均衡的飲食。 此外,應告知工人熱病的體徵和症狀,包括頭暈、虛弱、呼吸困難、心悸和極度口渴。 他們還應該學習急救的基本知識,以及當他們在自己或他人身上發現這些跡象時應該去哪裡尋求幫助。

        管理層應實施報告工作中高溫相關事件的系統。 不止一個人出現熱障礙——或者在一個人身上反復出現——通常是嚴重即將發生的麻煩的警告,表明需要立即評估工作環境並審查預防措施的充分性。

        影響適應的人類特徵

        車身尺寸。 兒童和非常小的成年人在炎熱環境中工作面臨兩個潛在的不利條件。 首先,對於肌肉質量較小的身體來說,外部強加的工作代表了更大的相對負荷,導致核心體溫升高更大,疲勞發作更快。 此外,在極熱的條件下,小個子較高的表面質量比可能是一個劣勢。 這些因素共同解釋了為什麼體重低於 50 公斤的男性被發現在深部採礦活動中患熱病的風險增加。

        性別。 早期對女性的實驗室研究似乎表明,與男性相比,她們相對不能忍受高溫工作。 然而,我們現在認識到,幾乎所有的差異都可以用體型、獲得的身體健康水平和熱適應來解釋。 然而,散熱機制存在細微的性別差異:男性較高的最大出汗率可能會增強對極熱、乾燥環境的耐受性,而女性則能夠更好地抑製過度出汗,從而保存體內水分,從而在炎熱、潮濕的環境中保持熱量. 儘管月經週期與基礎體溫的變化有關,並略微改變女性的體溫調節反應,但這些生理調節過於微妙,無法影響實際工作情況下的耐熱性和體溫調節效率。

        如果考慮到個人的體格和健康狀況,男性和女性在對熱應激的反應以及在炎熱條件下適應工作的能力方面基本上是相似的。 出於這個原因,選擇熱門工作的工人應該基於個人健康和身體能力,而不是性別。 非常小或久坐不動的人,無論男女,都會對高溫工作表現出較差的耐受性。

        懷孕對女性耐熱性的影響尚不清楚,但荷爾蒙水平的改變和胎兒對母親循環需求的增加可能會增加她對昏厥的易感性。 由於疾病導致的嚴重產婦體溫過高(過熱)似乎會增加胎兒畸形的發生率,但沒有證據表明職業熱應激會產生類似的影響。

        種族。 儘管不同的種族起源於不同的氣候,但幾乎沒有證據表明對熱應激的反應存在固有或遺傳差異。 所有人類似乎都像熱帶動物一樣運作; 他們在一系列熱條件下生活和工作的能力反映了通過複雜行為和技術發展的適應能力。 看起來種族對熱應激反應的差異可能與體型、個人生活史和營養狀況有關,而不是與內在特徵有關。

        年齡。 工業人口在 50 歲後通常表現出耐熱性逐漸下降。有一些證據表明,皮膚血管舒張(皮膚血管腔變寬)和最大出汗率隨年齡增長而必然下降,但大多數人變化可歸因於生活方式的改變,減少了體力活動並增加了體內脂肪的積累。 如果個體保持高水平的有氧調節,年齡似乎不會損害耐熱性或適應能力。 然而,老齡化人口易患心血管疾病或其他可能損害個體耐熱性的病症。

        身體素質。 最大有氧能力(VO2 最大) 可能是個人在炎熱條件下進行持續體力勞動能力的最強單一決定因素。 如上所述,由於性別、種族或年齡而導致的耐熱性群體差異的早期發現現在被視為有氧能力和熱適應的表現。

        高工作能力的誘導和維持需要通過至少 30 至 40 分鐘、每週 3 至 4 天的劇烈運動對身體的氧氣輸送系統進行反復挑戰。 在某些情況下,工作中的活動可能會提供必要的體能訓練,但大多數工業工作並不那麼費力,需要通過定期鍛煉計劃進行補充,以達到最佳健康狀態。

        有氧能力的喪失(去訓練)相對緩慢,因此週末或 1 到 2 週的假期只會造成很小的變化。 當受傷、慢性疾病或其他壓力導致個人改變生活方式時,有氧能力的嚴重下降更有可能在數周至數月內發生。

        熱適應。 適應高溫工作可以極大地提高人類對這種壓力的耐受性,因此最初超出未適應環境的人能力的任務在經過一段時間的逐漸調整後可能會變得更容易完成。 身體健康水平高的人通常表現出部分熱適應,並且能夠比久坐不動的人更快、更輕鬆地完成這一過程。 季節也可能影響適應環境所需的時間; 夏季招聘的工人可能已經部分適應了熱環境,而冬季招聘的工人則需要更長的適應期。

        在大多數情況下,可以通過逐漸將工人引入熱門任務來誘導適應。 例如,新員工可能只在早上被分配到高溫作業,或者在頭幾天的時間段逐漸增加。 這種工作適應應在有經驗的人員的密切監督下進行; 新員工應獲得長期許可,可以在出現不耐受症狀時隨時撤離到涼爽的環境中。 極端條件可能需要正式的漸進式熱暴露協議,例如南非金礦工人使用的協議。

        保持完全熱適應需要每週暴露在高溫下工作三到四次; 較低的頻率或被動暴露於熱的影響要弱得多,並且可能會導致耐熱性逐漸下降。 然而,週末下班對適應環境沒有明顯影響。 停止接觸 2 到 3 週會導致大部分適應能力喪失,儘管暴露在炎熱天氣和/或定期有氧運動中的人會保留一些適應能力。

        肥胖。 高體脂含量對體溫調節幾乎沒有直接影響,因為皮膚的散熱涉及毛細血管和汗腺,它們比皮膚的皮下脂肪層更靠近皮膚表面。 然而,肥胖的人由於體重過重而受到阻礙,因為每一次運動都需要更大的肌肉力量,因此比瘦人產生更多的熱量。 此外,肥胖通常反映了一種不活躍的生活方式,導致有氧能力降低和缺乏熱適應。

        醫療條件和其他壓力。 工人在某一天的耐熱性可能會受到各種條件的影響。 例子包括發熱性疾病(高於正常體溫)、最近的免疫接種或伴有液體和電解質平衡紊亂的胃腸炎。 曬傷和皮疹等皮膚狀況可能會限制排汗能力。 此外,處方藥可能會增加熱病的易感性,包括擬交感神經藥、抗膽鹼能藥、利尿劑、吩噻嗪、環狀抗抑鬱藥和單胺氧化酶抑製劑。

        在炎熱的環境中工作的人,酗酒是一個普遍而嚴重的問題。 酒精不僅會影響食物和水的攝入,還會起到利尿劑的作用(增加排尿量)以及乾擾判斷力。 酒精的不利影響會在攝入後延長數小時。 中暑的酗酒者死亡率遠高於非酗酒者。

        口服補充水和電解質

        水合。 汗液蒸發是人體散熱的主要途徑,是氣溫超過體溫時唯一可能的降溫機制。 用水量不能通過培訓來減少,只能通過降低工人的熱負荷來減少。 近年來,人們對人體失水和再水化進行了廣泛研究,現在可以獲得更多信息。

        一個體重 70 公斤的人可以無限期地以 1.5 到 2.0 升/小時的速度出汗,在極熱的環境中,工人一天可能會失去幾升或高達體重的 10%。 除非在輪班期間至少更換了部分水,否則這種損失將導致喪失能力。 然而,由於在工作期間從腸道吸收的水分達到約 1.5 升/小時的峰值,較高的出汗率會導致全天累積脫水。

        飲水解渴不足以讓一個人保持充足的水分。 大多數人在失去 1 至 2 升體內水分後才意識到口渴,而那些積極從事艱苦工作的人可能會損失 3 至 4 升,然後才會因強烈的口渴迫使他們停下來喝水。 矛盾的是,脫水會降低從腸道吸收水分的能力。 因此,必須對熱門行業的工人進行教育,讓他們了解在工作期間喝足夠的水以及在下班時間繼續大量補充水分的重要性。 他們還應該被教導“預補水”的價值——在嚴重熱應激開始之前立即喝大量的水——因為熱量和運動會阻止身體排出尿液中多餘的水分。

        管理人員必須提供方便的水或其他促進補液的適當飲料。 飲酒的任何身體或程序障礙都會鼓勵“自願”脫水,從而導致中暑。 以下細節是任何水合作用維護計劃的重要組成部分:

        • 安全、可口的水必須位於每個工人的幾步之內,或者每小時為工人提供一次——在最緊張的條件下更頻繁地提供。
        • 應提供衛生飲水杯,因為幾乎不可能從飲水機中補充水分。
        • 水容器必須遮蔽或冷卻至 15 至 20ºC(冰鎮飲料不理想,因為它們往往會抑制攝入)。

         

        調味劑可用於改善水的接受性。 但是,不推薦因“解渴”而廣受歡迎的飲料,因為它們會在補液完成之前抑制攝入。 出於這個原因,最好提供水或稀釋的調味飲料,並避免碳酸化、咖啡因和含高濃度糖或鹽的飲料。

        營養。 雖然與血清相比,汗液是低滲的(含鹽量較低),但高出汗率會導致氯化鈉和少量鉀的持續流失,這些鉀必須每天補充。 此外,在高溫下工作會加速鎂和鋅等微量元素的更新。 所有這些基本元素通常都應從食物中獲取,因此應鼓勵從事熱門行業的工人均衡膳食,避免用缺乏重要營養成分的糖果棒或零食代替。 工業化國家的一些飲食中含有高濃度的氯化鈉,採用這種飲食的工人不太可能出現鹽缺乏症; 但其他更傳統的飲食可能含鹽不足。 在某些情況下,雇主可能需要在輪班期間提供鹹味小吃或其他輔助食品。

        工業化國家發現含有氯化鈉、鉀和碳水化合物的“運動飲料”或“解渴劑”越來越多。 任何飲料的重要成分都是水,但電解質飲料可能對已經嚴重脫水(失水)並伴有電解質耗竭(失鹽)的人有用。 這些飲料通常含鹽量高,飲用前應與等量或更多量的水混合。 可以根據以下配方製作更經濟的口服補液混合物:在適合飲用的一升水中加入 40 克糖(蔗糖)和 6 克鹽(氯化鈉)。 不應給工人服用鹽片,因為它們很容易被濫用,過量會導致腸胃問題、尿量增加和更容易患熱病。

        修改後的工作實踐

        修改工作實踐的共同目標是降低時間平均熱應激暴露並將其控制在可接受的範圍內。 這可以通過減少強加給單個工人的體力工作量或通過安排適當的休息時間進行熱恢復來實現。 在實踐中,最大時間平均代謝熱產生實際上被限制在大約 350 W(5 kcal/min),因為更努力的工作會導致身體疲勞和需要相應的休息時間。

        可以通過減少舉重等外部工作,以及限制所需的運動和靜態肌肉緊張(例如與尷尬姿勢相關的肌肉緊張)來降低個人努力水平。 這些目標可以通過根據人體工程學原理優化任務設計、提供機械輔助或將體力勞動分配給更多工人來實現。

        最簡單的時間表修改形式是允許個人自行調整進度。 在溫和的氣候下執行熟悉的任務的工業工人將以產生約 38°C 的直腸溫度的速度調整自己的速度; 強加的熱應激使他們自願減慢工作速度或休息。 這種自願調整工作率的能力可能取決於對心血管壓力和疲勞的認識。 人類無法有意識地檢測到核心體溫的升高; 相反,他們依靠皮膚溫度和皮膚濕度來評估熱不適。

        另一種修改時間表的方法是採用規定的工作休息週期,其中管理層指定每次工作的持續時間、休息時間的長度和預期的重複次數。 熱恢復比降低呼吸頻率和工作引起的心率所需的時間長得多:將核心溫度降低到靜息水平需要在涼爽、乾燥的環境中 30 到 40 分鐘,如果人必須在炎熱的條件下休息或穿著防護服時。 如果需要穩定的生產水平,則必須依次分配一組工人輪流進行高溫作業,然後進行恢復,後者涉及在涼爽的地方進行休息或久坐不動的任務。

        溫控服務

        如果成本不是問題,所有熱應力問題都可以通過應用工程技術將惡劣的工作環境轉變為好客的環境來解決。 根據工作場所的具體條件和可用資源,可以使用各種各樣的技術。 傳統上,高溫行業可分為兩類:在熱幹工藝中,如金屬冶煉和玻璃生產,工人暴露在非常熱的空氣中,加上強烈的輻射熱負荷,但這些工藝對空氣的濕度增加很少。 相比之下,紡織廠、造紙和採礦等溫暖潮濕的行業涉及較少的極端加熱,但由於潮濕過程和逸出的蒸汽而產生非常高的濕度。

        最經濟的環境控制技術通常涉及減少從熱源到環境的熱傳遞。 可將熱空氣排放到工作區外,並用新鮮空氣代替。 熱表面可以覆蓋絕緣材料或反射塗層以減少熱量排放,同時保存工業過程所需的熱量。 第二道防線是工作區域的大規模通風,以提供強勁的室外空氣流動。 最昂貴的選擇是空調,用於冷卻和乾燥工作場所的氣氛。 雖然降低空氣溫度不會影響輻射熱的傳輸,但它確實有助於降低可能是對流和輻射加熱次要來源的牆壁和其他表面的溫度。

        當整體環境控制被證明不切實際或不經濟時,可以改善局部工作區域的熱條件。 可以在較大的工作空間內提供空調外殼,或者可以為特定的工作站提供冷空氣流(“點冷”或“風淋”)。 可以在工人和輻射熱源之間插入局部甚至便攜式反射屏蔽。 或者,現代工程技術可能允許構建遠程系統來控制熱過程,這樣工人就不必經常暴露在高壓力的熱環境中。

        在工作場所與室外空氣通風或空調能力有限的地方,熱條件會反映氣候變化,室外空氣溫度和濕度的突然增加可能會使熱應激升高到超過工人耐熱能力的水平。 例如,春天的熱浪可能會在尚未像夏季那樣適應熱環境的工人中引發熱病流行。 因此,管理層應該實施一個系統來預測與天氣有關的熱應激變化,以便及時採取預防措施。

        防護服

        在極端高溫條件下工作可能需要以專門服裝的形式提供個人熱保護。 絕緣和反光服裝提供被動保護; 絕緣本身可以緩衝皮膚免受熱瞬變的影響。 反光圍裙可用於保護面對有限輻射源工作的人員。 必須應對極熱燃料火災的消防員穿著稱為“掩體”的防護服,這種防護服結合了防熱空氣的厚重絕緣材料和反射輻射熱的鍍鋁表面。

        另一種被動保護形式是冰背心,它裝有冰雪或冷凍的冰袋(或乾冰),穿在汗衫外面以防止皮膚不舒服。 融化的冰的相變吸收了覆蓋區域的部分代謝和環境熱負荷,但必須定期更換冰; 熱負荷越大,更換冰塊的頻率就越高。 事實證明,冰背心在深礦、船舶機艙和其他可以安排使用冷凍機的非常炎熱、潮濕的環境中最有用。

        主動熱保護由覆蓋整個身體或部分身體(通常是軀幹,有時是頭部)的風冷或液冷服裝提供。

        空氣冷卻。 最簡單的系統使用周圍環境空氣或通過膨脹或通過渦流裝置冷卻的壓縮空氣進行通風。 需要大量空氣; 密封服的最小通風率約為 450 升/分鐘。 空氣冷卻理論上可以通過對流(溫度變化)或汗液蒸發(相變)發生。 然而,對流的有效性受到空氣比熱低以及難以在炎熱環境中以低溫輸送空氣的限制。 因此,大多數風冷服裝都是通過蒸發冷卻來工作的。 工人經歷中度熱應激和隨之而來的脫水,但能夠通過自然控制出汗率來調節體溫。 空氣冷卻還可以通過乾燥內衣來提高舒適度。 缺點包括 (1) 需要將主體連接到空氣源,(2) 大量的空氣分配服裝和 (3) 向四肢輸送空氣的困難。

        液體冷卻。 這些系統通過通道或小管網絡循環水-防凍劑混合物,然後將加熱的液體返回到散熱器,散熱器去除在通過身體時增加的熱量。 液體循環率通常約為 1 l/min。 散熱器可以通過蒸發、熔化、製冷或熱電過程將熱能散發到環境中。 液冷服裝比空氣系統提供更大的冷卻潛力。 與足夠的散熱片相連的全覆蓋防護服可以去除所有代謝熱並保持熱舒適,而無需出汗; 在航天器外工作的宇航員使用這樣的系統。 然而,這種強大的冷卻機制需要某種類型的舒適控制系統,該系統通常涉及手動設置閥門,將部分循環液體分流通過散熱器。 液冷系統可以配置為背包,以在工作期間提供持續冷卻。

        當然,任何會增加人體重量和體積的冷卻設備都可能會干擾手頭的工作。 例如,冰背心的重量會顯著增加運動的新陳代謝成本,因此最適合輕體力工作,例如在熱室中站崗。 將工人拴在散熱器上的系統對於許多類型的工作來說都是不切實際的。 當工人​​必須穿著厚重的防護服(例如化學防護服)並且在工作時不能攜帶散熱器或被拴住時,間歇冷卻可能很有用。 每次休息時脫下防護服非常耗時,而且可能會接觸有毒物質; 在這些條件下,更簡單的做法是讓工人穿上冷卻服,僅在休息時將其連接到散熱器上,以便在其他不可接受的條件下進行熱恢復。

         

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        星期三,三月16 2011 21:45

        熱功的物理基礎

        熱交換

        人體通過多種途徑與其環境進行熱交換:與其接觸的表面傳導、與周圍空氣的對流和蒸發以及與鄰近表面的輻射。

        傳導性

        傳導是兩個接觸的固體之間的熱傳遞。 在皮膚和衣服、鞋類、壓力點(座椅、把手)、工具等之間觀察到這種交換。 實際上,在熱平衡的數學計算中,這種通過傳導產生的熱流被間接近似為等於如果這些表面不與其他材料接觸則將發生的對流和輻射產生的熱流的量。

        對流

        對流是皮膚與周圍空氣之間的熱傳遞。 如果皮膚溫度, tsk,以攝氏度 (°C) 為單位,高於空氣溫度 (ta), 與皮膚接觸的空氣被加熱並因此上升。 因此在身體表面建立了稱為自然對流的空氣循環。 如果環境空氣以一定速度通過皮膚,這種交換會變得更大:對流變得強制。 通過對流交換的熱流, C, 單位為瓦特每平方米 (W/m2), 可以估計為:

        C = hc F氯乙烯 (tsk - ta)

        哪裡 hc 是對流係數 (W/°C m2),這是兩者之間差異的函數 tskta 在自然對流和空氣速度的情況下 Va (以 m/s 為單位)強制對流; F氯乙烯 是衣服減少對流熱交換的因素。

        輻射

        每個物體都會發出電磁輻射,其強度是其絕對溫度的四次方的函數 T (以開爾文度為單位—K)。 溫度可能在 30 至 35°C(303 至 308K)之間的皮膚會發出這種處於紅外線區域的輻射。 此外,它還接收相鄰表面發出的輻射。 輻射交換的熱流, R (以瓦特/米2), 身體與其周圍環境之間的關係可用以下表達式描述:

        其中:

        s 是輻射的通用常數 (5.67 × 10-8 W/m2 K4)

        e 是皮膚的發射率,對於紅外輻射,它等於 0.97 並且與波長無關,對於太陽輻射,對於白人受試者的皮膚約為 0.5,對於黑人受試者的皮膚約為 0.85

        AR/AD 是身體表面參與交換的比例,其數量級為 0.66、0.70 或 0.77,具體取決於受試者是蹲下、坐著還是站立

        F克拉 是衣服減少輻射熱交換的因素

        Tsk (以 K 為單位)是平均皮膚溫度

        Tr (以 K 為單位)是環境的平均輻射溫度——也就是說,大直徑黑墊球體的均勻溫度,該球體將圍繞物體並與其交換與真實環境相同的熱量。

        該表達式可以用與對流交換相同類型的簡化方程代替:

        R=hr (AR/AD) F克拉 (tsk - tr)

        哪裡 hr 是輻射交換係數 (W/°C m2).

        蒸發

        每個潮濕的表面上都有一層充滿水蒸氣的空氣。 如果大氣本身不飽和,水蒸氣就會從這一層擴散到大氣中。 然後,通過在冷卻的濕表面吸收蒸發熱(每克水 0.674 瓦特小時),該層往往會再生。 如果皮膚完全被汗水覆蓋,蒸發量最大(E最大) 並且僅取決於環境條件,根據以下表達式:

        E最大 =小時e F聚氯乙烯 (Psk, s -Pa)

        其中:

        he 是蒸發交換係數 (W/m2千帕)

        Psk, s 是皮膚溫度下水蒸氣的飽和壓力(以 kPa 表示)

        Pa 是環境水蒸氣分壓(以 kPa 表示)

        F聚氯乙烯 是因衣物蒸發而減少交換的因素。

        服裝保溫

        在計算由對流、輻射和蒸發引起的熱流時,會使用一個校正因子,以便將衣服考慮在內。 在棉質服裝的情況下,兩個減少因素 F氯乙烯F克拉 可由以下因素決定:

        Fcl = 1/(1+(小時c+hr)Icl)

        其中:

        hc 是對流交換係數

        hr 是輻射交換係數

        Icl 是有效的隔熱(m2/W) 的服裝。

        關於通過蒸發減少傳熱,修正係數 F聚氯乙烯 由以下表達式給出:

        F聚氯乙烯 = 1 /(1+2.22hc Icl)

        服裝的保溫性 Icl 以米表示2/W 或克洛。 1 clo 的絕緣對應於 0.155 m2/W 並由例如普通的城鎮服裝(襯衫、領帶、褲子、夾克等)提供。

        ISO 標準 9920 (1994) 給出了不同服裝組合所提供的隔熱性能。 對於在熱暴露條件下反射熱量或限制蒸汽滲透性或在冷應力條件下吸收和絕緣的特殊防護服,必須使用單獨的修正係數。 然而,迄今為止,這個問題仍然知之甚少,數學預測仍然非常近似。

        工作情況基本參數評估

        如上所述,通過對流、輻射和蒸發進行的熱交換是四個氣候參數的函數——氣溫 ta 以 °C 為單位,空氣的濕度以其蒸汽分壓表示 Pa 以 kPa 為單位,平均輻射溫度 tr 在 °C 和空氣速度 Va 以米/秒為單位。 測量這些環境物理參數的設備和方法是 ISO 標準 7726 (1985) 的主題,該標準描述了要使用的不同類型的傳感器,指定了它們的測量範圍和精度,並推薦了某些測量程序。 本節總結了該標準的部分數據,特別參考了最常見的器具和設備的使用條件。

        氣溫

        氣溫(ta) 必須獨立於任何熱輻射進行測量; 測量精度在 0.2 至 10ºC 範圍內應為 ±30ºC,在該範圍外應為 ±0.5°C。

        市場上有許多類型的溫度計。 水銀溫度計是最常見的。 它們的優點是準確性,前提是它們最初已被正確校準。 它們的主要缺點是響應時間長和缺乏自動記錄能力。 另一方面,電子溫度計通常具有非常短的響應時間(5 秒到 1 分鐘),但可能存在校準問題。

        無論何種類型的溫度計,都必須保護傳感器免受輻射。 這通常由圍繞傳感器的閃亮鋁製空心圓柱體來確保。 這種保護由乾濕表確保,這將在下一節中提到。

        水蒸氣分壓

        空氣的濕度可以用四種不同的方式表徵:

        1. 的 露點溫度: 空氣必須冷卻到飽和濕度的溫度(td, 攝氏度)

        2. 的 水蒸氣分壓: 由於水蒸氣引起的大氣壓分數(Pa, 千帕)

        3.相對濕度 (右),由表達式給出:

        RH = 100·Pa/PS,ta

        其中 PS,ta 是與空氣溫度相關的飽和蒸氣壓

        4. 的 濕球溫度 (tw),這是防輻射濕套筒達到的最低溫度,周圍空氣以超過 2 m/s 的速度通風。

        所有這些值都在數學上聯繫在一起。

        飽和水蒸氣壓 P英石 在任何溫度下 t 是(誰)給的:

        而水蒸氣的分壓與溫度的關係是:

        Pa = P.小號,大號 - (噸a - tw)/15

        哪裡 P小號,大號 是濕球溫度下的飽和蒸氣壓。

        濕度圖(圖 1)允許組合所有這些值。 它包括:

        圖 1. 濕度圖。

        HEA010F1

        • ,詳見 y 軸,水蒸氣分壓的刻度 Pa, 以 kPa 表示
        • ,詳見 x axis, 空氣溫度的刻度
        • 恆定相對濕度曲線
        • 恆定濕球溫度的斜直線。
        • 實踐中最常用的濕度參數是:
        • 相對濕度,通過濕度計或更專業的電子設備測量
        • 用乾濕表測量的濕球溫度; 由此推導出水蒸氣的分壓,這是分析熱平衡時最常用的參數

         

        推薦的測量範圍和精度為 0.5 至 6 kPa 和 ±0.15 kPa。 對於濕球溫度的測量,範圍從 0 到 36ºC,精度與空氣溫度相同。 至於測量相對濕度的濕度計,範圍從 0 到 100%,精度為 ±5%。

        平均輻射溫度

        平均輻射溫度(tr) 之前已定義; 它可以通過三種不同的方式確定:

        1.從黑球溫度計測得的溫度

        2. 從沿三個垂直軸測量的平面輻射​​溫度

        3. 通過計算,綜合不同輻射源的影響。

        這裡只回顧第一種技術。

        黑球溫度計由一個熱探頭組成,其敏感元件放置在一個完全封閉的球體的中心,該球體由導熱良好的金屬(銅)製成,並塗成亞光黑色以具有係數紅外區的吸收率接近 1.0。 球體位於工作場所,並通過對流和輻射進行交換。 地球溫度(tg) 然後取決於平均輻射溫度、空氣溫度和空氣速度。

        對於直徑為 15 厘米的標準黑球,輻射的平均溫度可以根據球的溫度根據以下表達式計算:

        在實踐中,必須強調需要通過仔細地重新塗上亞光黑色來保持球體的發射率接近 1.0。

        這種類型的地球儀的主要限制是它的響應時間長(大約 20 到 30 分鐘,取決於使用的​​地球儀類型和環境條件)。 只有在這段時間內輻射條件恆定時,測量才有效,而在工業環境中並非總是如此; 這樣測量就不准確了。 這些響應時間適用於直徑為 15 厘米的球體,使用普通水銀溫度計。 如果使用熱容量較小的傳感器或如果球體的直徑減小,它們會更短。 因此必須修改上面的等式以考慮這種直徑差異。

        WBGT 指數直接使用黑球的溫度。 然後必須使用直徑為 15 厘米的地球儀。 另一方面,其他指標使用平均輻射溫度。 然後可以選擇較小的球體以減少響應時間,前提是修改上面的方程式以將其考慮在內。 ISO 標準 7726 (1985) 允許 ±2ºC 的測量精度 tr 在 10 和 40ºC 之間,以及超出該範圍的 ±5ºC。

        風速

        必須在不考慮氣流方向的情況下測量氣流速度。 否則,必須在三個垂直軸上進行測量(x,yz) 和通過矢量求和計算的全局速度:

        ISO 標準 7726 推薦的測量範圍從 0.05 擴展到 2 m/s。要求的精度為 5%。 它應該測量為 1 或 3 分鐘的平均值。

        測量風速的器具有兩類:帶葉片的風速計和熱風速計。

        葉片風速計

        測量是通過計算葉片在一定時間內轉動的圈數來進行的。 以這種方式,以不連續的方式獲得該時間段內的平均速度。 這些風速計有兩個主要缺點:

        1. 它們的方向性很強,必須嚴格按照氣流方向進行定向。 當這不明確或未知時,必須在三個方向上以直角進行測量。
        2. 測量範圍從大約 0.3 m/s 擴展到 10 m/s。 這種對低速度的限制很重要,例如,在分析熱舒適情況時,通常建議不應超過 0.25 m/s 的速度。 雖然測量範圍可以擴展到 10 m/s 以上,但它幾乎不會低於 0.3 甚至 0.5 m/s,這極大地限制了在接近舒適的環境中使用的可能性,其中最大允許速度為 0.5 甚至 0.25 m/s秒。

        熱線風速計

        這些設備實際上是對葉片風速計的補充,因為它們的動態範圍基本上從 0 擴展到 1 m/s。 它們是在一個空間點提供瞬時速度估計的器具:因此有必要使用時間和空間的平均值。 這些器具通常也非常有方向性,上面的評論也適用。 最後,只有當器具的溫度達到待評估環境的​​溫度時,測量才正確。

         

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        星期三,三月16 2011 22:04

        熱應激和熱應激指數的評估

        當一個人的環境(氣溫、輻射溫度、濕度和氣流速度)、衣服和活動相互作用導致體溫升高的趨勢時,就會發生熱應激。 然後身體的體溫調節系統會做出反應以增加熱量損失。 這種反應可能是強大而有效的,但它也會對身體產生壓力,導致不適並最終導致熱病甚至死亡。 因此,評估高溫環境以確保工人的健康和安全非常重要。

        熱應力指數為評估熱環境和預測身體可能的熱應變提供了工具。 基於熱應力指數的極限值將表明該應變何時可能變得不可接受。

        熱應激的機制已廣為人知,熱環境的工作實踐也已確立。 其中包括了解熱應激的警告信號、適應程序和換水。 然而,仍有許多人傷亡,這些教訓似乎必須重新吸取。

        1964 年,Leithead 和 Lind 描述了一項廣泛的調查並得出結論,熱障礙的發生是由於以下三個原因中的一個或多個:

        1. 存在脫水或不適應環境等因素
        2. 監管機構或處於危險中的個人對高溫的危險缺乏正確的認識
        3. 導致暴露於非常高的熱應激的意外或不可預見的情況。

         

        他們得出結論,許多死亡可歸因於忽視和缺乏考慮,即使確實發生了疾病,如果能夠滿足正確和及時的補救治療的所有要求,也可以做很多事情。

        熱應激指數

        熱應激指數是一個單一的數字,它綜合了六個基本參數在任何人體熱環境中的影響,因此它的值會隨著暴露在熱環境中的人所經歷的熱應變而變化。 指標值(測量或計算)可用於設計或工作實踐以建立安全限值。 許多研究都在確定最終的熱應激指數,並討論了哪個是最好的。 例如,Goldman (1988) 提出了 32 個熱應力指數,全世界使用的指數可能至少是這個數字的兩倍。 許多指標並未考慮所有六個基本參數,儘管在應用中都必須考慮它們。 索引的使用將取決於個人情況,因此會產生這麼多。 一些指數在理論上是不充分的,但可以根據特定行業的經驗對特定應用進行論證。

        Kerslake (1972) 指出,“環境因素組合的方式可能不言自明,必須取決於暴露於環境因素的受試者的特性,但目前使用的熱應激指數都沒有正式考慮到這一點”。 最近標準化的激增(例如,ISO 7933 (1989b) 和 ISO 7243 (1989a))導致在全球範圍內採用類似指數的壓力。 但是,有必要獲得使用任何新指數的經驗。

        大多數熱應激指數直接或間接地認為身體的主要壓力是由於出汗造成的。 例如,維持熱平衡和體內溫度所需的出汗越多,身體承受的壓力就越大。 對於代表人體熱環境並預測熱應變的熱應激指標,需要一種機制來估計出汗的人在炎熱環境中散失熱量的能力。

        當人們主要通過出汗來維持體內溫度時,與汗液蒸發到環境中相關的指數是有用的。 這些條件通常被認為是在 規定區 (世界衛生組織 1969 年)。 因此,深部體溫保持相對恆定,而心率和出汗率隨著熱應激而上升。 在規定區上限(ULPZ),體溫調節不足以維持熱平衡,體溫升高。 這被稱為 環境驅動區 (世界衛生組織 1969 年)。 在此區域中,蓄熱與體內溫度升高有關,可用作確定允許暴露時間的指標(例如,基於“核心”溫度 38 °C 的預測安全限值;見圖 1)。

        圖 1. 在 2°C 室溫下運動脫水 30 小時前後細胞外隔室 (ECW) 和細胞內隔室 (ICW) 中水的計算分佈。

        HEA080F1

        熱應激指數可以方便地分類為 理性的,經驗的 or 直接. 理性指數基於涉及熱平衡方程的計算; 經驗指數基於建立人類受試者生理反應(例如,出汗)的方程式; 直接指數基於用於模擬人體反應的儀器的測量值(通常是溫度)。 最具影響力和廣泛使用的熱應激指數如下所述。

        理性指數

        熱應激指數 (HSI)

        熱應激指數是維持熱平衡所需的蒸發率(EREQ) 到環境中可以達到的最大蒸發量 (E最大), 以百分比表示 (Belding and Hatch 1955)。 表 1 中提供了方程式。

         


        表 1. 用於計算熱應力指數 (HSI) 和允許暴露時間 (AET) 的公式

         

         

         

         

        衣服

        赤身裸體

        (1)輻射損耗(R)

         

        對於

        4.4

        7.3

        (2) 對流損失(C)

         

        對於

        4.6

        7.6

         

        (3)最大蒸發損失()

         

        (上限390 )

         

        對於

        7.0

        11.7

         

        (4) 所需蒸發損失()

         

         

         

         

        (5)熱應激指數(HSI)

         

         

         

         

        (6) 允許曝光時間(AET)

         

         

         

        其中: M = 新陳代謝能力; = 空氣溫度; = 輻射溫度; = 蒸汽分壓;  v = 空氣速度 


                                 

         

        HSI 因此,作為一個指數,它與壓力有關,主要是在身體出汗方面,其值在 0 到 100 之間。在 HSI = 100,所需的蒸發量是可以達到的最大值,因此代表了規定區域的上限。 為了 HSI>100,有體熱儲存,允許暴露時間按核心溫度升高 1.8 ºC(蓄熱 264 kJ)計算。 為了 HSI0 有輕微的冷應變——例如,當工人從熱應變中恢復時(見表 2)。

        表 2. 熱應激指數 (HSI) 值的解釋

        HSI

        八小時暴露的影響

        - 20

        輕度冷應變(例如從熱暴露中恢復)。

        0

        無熱應變

        10-30

        輕度至中度熱應變。 對體力工作影響不大,但可能對技術工作產生影響

        40-60

        除非身體健康,否則嚴重的熱應變會對健康造成威脅。 需要適應環境

        70-90

        非常嚴重的熱應變。 人員應通過體檢選拔。 確保足夠的水和鹽攝入量

        100

        適合適應環境的年輕男性每天可承受的最大壓力

        多於 100

        暴露時間受深部體溫升高的限制

        上限為 390 W/m2 被分配給 E最大 (1 升/小時的出汗率,被視為保持超過 8 小時的最大出汗率)。 對衣服(長袖襯衫和長褲)的影響做出簡單假設,並假設皮膚溫度恆定在 35ºC。

        熱應力指數 (ITS)

        Givoni (1963, 1976) 提供了熱應力指數,它是熱應力指數的改進版本。 一項重要的改進是認識到並非所有的汗水都會蒸發。 (參見“I. Index of thermal stress”中的 案例研究:熱指數.)

        所需出汗率

        HSI 和 ITS 的進一步理論和實踐發展是所需的出汗率(SWREQ) 指數 (Vogt et al. 1981)。 該指數根據改進的熱平衡方程計算熱平衡所需的出汗,但最重要的是,還通過比較人類生理上可能和可接受的需求,提供了一種實用的計算解釋方法。

        對該指數的廣泛討論以及實驗室和工業評估 (CEC 1988) 使其被接受為國際標準 ISO 7933 (1989b)。 觀察到的和預測的工人反應之間的差異導致在其被採納為擬議的歐洲標準 (prEN-12515) 時包含了關於通過服裝評估脫水和蒸發熱傳遞方法的警告說明。 (參見“II. 所需的出汗率” 案例研究:熱指數.)

        SW的解讀REQ

        參考值——根據什麼是可接受的,或者人們可以達到什麼——用於提供對計算值的實際解釋(見表 3)。

        表 3. 熱應力和應變標準的參考值 (ISO 7933, 1989b)

        標準

        未適應環境的受試者

        水土不服的科目

         

        警告

        危險

        警告

        危險

        最大皮膚濕度

        w最大

        0.85

        0.85

        1.0

        1.0

        最大出汗率

        休息(M 65 Wm - 2 )

        SW最大 Wm - 2 gh - 1

        100

        150

        200

        300

         

        260

        390

        520

        780

        做功(M≥65 Wm - 2 )

        SW最大 Wm - 2 gh - 1

        200

        250

        300

        400

         

        520

        650

        780

        1,040

        最大蓄熱

        Q最大

        呼呼 - 2

        50

        60

        50

        60

        最大失水

        D最大

        呼呼 - 2 g

        1,000

        1,250

        1,500

        2,000

         

        2,600

        3,250

        3,900

        5,200

         

        首先,皮膚濕潤度的預測(Wp), 蒸發率 (Ep) 和出汗率 (SWp) 製成。 本質上,如果能夠實現所要求的計算,那麼這些就是預測值(例如, SWp = 軟件REQ). 如果不能達到,可以取最大值(例如, SWp=SW最大). 決策流程圖中給出了更多詳細信息(見圖 2)。

        圖 2. 決策流程圖  (所需的出汗率)。

        HEA080F2

        如果人能夠達到所需的出汗率,並且不會導致不可接受的水分流失,則 8 小時輪班的熱暴露不受限制。 如果不是,持續時間限制的曝光 (DLE) 計算如下:

        时间 Ep = E.REQSWp = D.最大/8, 然後 刪除= 480 分鐘和 SWREQ 可作為熱應激指標。 如果以上都不滿足,那麼:

        數據處理能力1 = 60Q最大/( EREQ - Ep)

        數據處理能力2 = 60D最大/SWp

        數據處理能力 是較低的 數據處理能力1和 數據處理能力2. 更詳細的信息在 ISO 7933 (1989b) 中給出。

        其他理性指標

        SWREQ index 和 ISO 7933 (1989) 提供了基於熱平衡方程的最複雜的理性方法,它們是重大進步。 可以用這種方法進行更多的開發; 然而,另一種方法是使用熱模型。 本質上,新有效溫度 (ET*) 和標準有效溫度 (SET) 提供了基於人體體溫調節雙節點模型的指數(Nishi 和 Gagge,1977 年)。 Givoni 和 Goldman (1972, 1973) 也提供了評估熱應激的經驗預測模型。

        經驗指標

        有效溫度和校正有效溫度

        有效溫度指數(Houghton 和 Yaglou 1923)最初是為了提供一種確定空氣溫度和濕度對舒適度的相對影響的方法而建立的。 三名受試者通過在兩個氣候室之間行走來判斷哪個氣候室更溫暖。 使用空氣溫度和濕度(以及後來的其他參數)的不同組合,確定了相同舒適度的線。 產生了直接印象,因此記錄了瞬態響應。 這具有過分強調低溫下濕度的影響而低估高溫下濕度的影響(與穩態響應相比)。 雖然最初是一個舒適指數,但在 ET 諾模圖中使用黑球溫度代替幹球溫度提供了校正有效溫度 (CET) (Bedford 1940)。 Macpherson (1960) 報告的研究表明,CET 預測了平均輻射溫度升高的生理效應。 ET 和 CET 現在很少用作舒適指數,但已用作熱應激指數。 Bedford (1940) 提出 CET 作為溫暖指數,“合理效率”的上限為 34ºC,耐受性的上限為 38.6ºC。 然而,進一步的調查表明,ET 在用作熱應激指標時存在嚴重的缺點,這導致了預測四小時出汗率 (P4SR) 指數。

        預計四小時出汗率

        預測四小時出汗率 (P4SR) 指數由 McArdle 等人在倫敦建立。 (1947) 並在新加坡評估了 Macpherson (7) 總結的 1960 年工作。 這是健康、適應環境的年輕人在海軍交戰期間在給槍支裝彈藥時暴露在環境中 4 小時所分泌的汗液量。 總結六項基本參數作用的單一數字(指標值)是特定人群的排汗量,但應作為指標值使用,不能作為個體人群排汗量的指標。興趣。

        人們承認,在規定區域之外(例如,P4SR>5 l) 出汗率不是應變的良好指標。 調整 P4SR 列線圖(圖 3)以嘗試解決這一問題。 P4SR 似乎在派生它的條件下有用; 然而,服裝的影響過於簡單化,它作為蓄熱指數最有用。 麥卡德爾等人。 (1947) 提出了 4 l 的 P4.5SR 限制,在這種限制下,任何適合的、適應環境的年輕人都不會喪失能力。

        圖 3. 預測“預測的 4 小時出汗率”(P4SR) 的列線圖。

        HEA080F3

        心率預測作為指標

        Fuller 和 Brouha (1966) 提出了一個簡單的指數,該指數基於以每分鐘心跳為單位的心率 (HR) 預測。 最初制定的與以 BTU/h 為單位的代謝率和以 mmHg 為單位的蒸氣分壓的關係提供了一個簡單的心率預測 (T + p),因此 T + p 索引。

        Givoni 和 Goldman (1973) 還提供了心率隨時間變化的方程式,以及對受試者適應程度的修正,如下所示 案例研究”熱指數 在“IV. 心率”。

        NIOSH (1986)(來自 Brouha 1960 和 Fuller 和 Smith 1980、1981)描述了一種工作和恢復心率的方法。 在工作週期後的恢復期間或在工作日的特定時間測量體溫和脈搏率。 在工作週期結束時,工人坐在凳子上,測量口腔溫度並記錄以下三個脈搏率:

        P1— 脈率從 30 秒計數到 1 分鐘

        P2— 脈搏頻率從 1.5 到 2 分鐘

        P3— 脈搏頻率從 2.5 到 3 分鐘

        熱應變的最終標準是口腔溫度為 37.5 ºC。

        If P3≤90 bpm 和 P3 - P1 = 10 bpm,這表明工作水平很高,但體溫幾乎沒有升高。 如果 P3>90 bpm 和 P3 - P110 bpm,壓力(熱量 + 工作)太高,需要採取行動重新設計工作。

        沃格特等人。 (1981) 和 ISO 9886 (1992) 提供了一個使用心率評估熱環境的模型(表 4):

        表 4. 使用心率評估熱應激的模型

        總心率

        活動水平

        HR0

        休息(熱中性)

        HR0 + 人力資源M

        工作

        HR0 + 人力資源S

        靜態運動

        HR0 + 人力資源t

        熱應變

        HR0 + 人力資源N

        情緒(心理)

        HR0 + 人力資源e

        剩餘的

        基於 Vogt 等人。 (1981) 和 ISO 9886 (1992)。

        熱應變的分量(可能的熱應力指數)可以從下式計算:

        HRt = HRr - HR0

        哪裡 HRr 是恢復後的心率和 HR0 是熱中性環境中的靜息心率。

        直接熱應力指數

        濕球地球溫度指數

        濕球地球溫度 (WBGT) 指數是迄今為止全世界使用最廣泛的指數。 它是在美國海軍對訓練期間熱傷亡的調查中開發的(Yaglou 和 Minard 1957),作為更繁瑣的校正有效溫度 (CET) 的近似值,經過修改以考慮綠色軍服的太陽能吸收率。

        WBGT 限值用於指示新兵何時可以訓練。 結果發現,通過使用 WBGT 指數而不是單獨使用氣溫,由於停止高溫訓練而導致的高溫傷亡和時間損失都減少了。 WBGT 指數被 NIOSH (1972)、ACGIH (1990) 和 ISO 7243 (1989a) 採用,至今仍在提議中。 ISO 7243 (1989a) 基於 WBGT 指數,提供了一種易於在高溫環境中使用的方法,可提供“快速”診斷。 標準中提供了測量儀器的規格,以及適應環境或未適應環境的人的 WBGT 限值(見表 5)。 例如,對於在 0.6 clo 環境下靜息適應環境的人,限值是 33ºC WBGT。 ISO 7243 (1989a) 和 NIOSH 1972 中提供的限制幾乎相同。 WBGT 指數的計算在隨附的第 V 節中給出 案例研究:熱量指數。

        表 5. ISO 7243 (1989a) 的 WBGT 參考值

        代謝率 M (Wm - 2 )

        WBGT的參考價值

         

        適應環境的人
        熱量 (°C)

        不適應的人
        熱量 (°C)

        0.靜息M≤65

        33

         

        32

         

        1. 65M≤130

        30

         

        29

         

        2. 130M≤200

        28

         

        26

         
         

        沒有明顯的空氣流動

        可感知的空氣流動

        沒有明顯的空氣流動

        可感知的空氣流動

        3. 200M260

        25

        26

        22

        23

        4.M>260

        23

        25

        18

        20

        注意:給出的值是根據相關人員的最高直腸溫度 38°C 確定的。

        該指數的簡單性和有影響力的機構的使用使其被廣泛接受。 與所有直接指數一樣,它在模擬人體反應時也有局限性,在實際應用中應謹慎使用。 可以購買確定 WBGT 指數的便攜式儀器(例如,Olesen 1985)。

        生理熱暴露極限 (PHEL)

        Dasler (1974, 1977) 根據對超過不允許應變的任何兩個生理極限(來自實驗數據)的預測提供了 WBGT 極限值。 限制由下式給出:

        PHEL=(17.25×108 - 12.97M×106+ 18.61M2 ×103WBGT - 5.36

        因此,該指數在環境驅動區(見圖 4)中使用 WBGT 直接指數,該區域可能發生蓄熱。

        濕球溫度 (WGT) 指數

        大小合適的濕黑球的溫度可以作為熱應力的指標。 原理是它同時受到干燥和蒸發熱傳遞的影響,就像一個出汗的人,然後可以根據經驗將溫度用作熱應激指標。 Olesen (1985) 將 WGT 描述為直徑為 2.5 英寸(63.5 毫米)的黑色球體上覆蓋著濕黑布的溫度。 暴露約 10 至 15 分鐘後達到平衡時讀取溫度。 NIOSH (1986) 將 Botsball (Botsford 1971) 描述為最簡單和最容易閱讀的工具。 它是一個 3 英寸(76.2 毫米)的銅球,上面覆蓋著一塊黑布,保持 100% 濕潤,來自自給水水庫。 溫度計的傳感元件位於球體的中心,溫度在(顏色編碼的)刻度盤上讀取。

        將 WGT 與 WBGT 聯繫起來的一個簡單方程式是:

         

        WBGT = 工作組 + 2 攝氏度

        對於中等輻射熱和濕度的條件(NIOSH 1986),但當然這種關係不能適用於廣泛的條件。

        牛津指數

        Lind (1957) 提出了一個簡單、直接的指數,用於儲存受限的熱暴露,並基於吸氣濕球溫度的加權總和 (Twb) 和乾球溫度 (Tdb):

        WD = 0.85 Twb + 0.15 Tdb

        礦山救援隊允許的暴露時間基於該指數。 它適用廣泛,但不適用於有顯著熱輻射的地方。

        高溫環境的工作實踐

        NIOSH (1986) 全面描述了高溫環境下的工作實踐,包括預防性醫療實踐。 ISO CD 12894 (1993) 中提供了對暴露於炎熱或寒冷環境的個人進行醫療監督的建議。 應該永遠記住,這是一項基本人權,1985 年 赫爾辛基宣言, 在可能的情況下,人們可以在不需要解釋的情況下退出任何極端環境。 在確實發生接觸的地方,明確的工作實踐將大大提高安全性。

        環境人體工程學和工業衛生學中的一個合理原則是,如果可能,應從源頭上減少環境壓力源。 NIOSH(1986)將控制方法分為五種類型。 這些在表 6 中列出。

        表 6. 高溫環境的工作實踐

        A. 工程控制

        1.減少熱源

        遠離工人或降低溫度。 並不總是可行的。

        2.對流熱控制

        改變空氣溫度和空氣流動。 局部冷卻器可能會有用。

        3.輻射熱控制

        降低表面溫度或在輻射源和工人之間放置反射屏。 改變表面的發射率。 使用僅在需要進入時才打開的門。

        4.蒸發熱控制

        增加空氣流動,降低水蒸氣壓。 使用風扇或空調。 弄濕衣服並向整個人吹氣。

        B. 工作和衛生習慣
        和行政控制

        1. 限制曝光時間和/或
        溫度

        在一天和一年的涼爽時間執行工作。 提供涼爽的地方供休息和恢復。 額外的人員,工人可以自由中斷工作,增加飲水量。

        2.減少代謝熱負荷

        機械化。 重新設計工作。 減少工作時間。 增加勞動力。

        3.增強耐受時間

        熱適應程序。 保持工人身體健康。 確保補充失水並在必要時保持電解質平衡。

        4. 健康與安全培訓

        主管接受過識別中暑症狀和急救方面的培訓。 向所有人員提供有關個人預防措施、防護設備使用和非職業因素(例如酒精)影響的基本說明。 使用“好友”系統。 應制定治療應急計劃。

        5. 熱不耐受篩查

        既往熱病史。 身體不適應。

        C. 高溫警報程序

        1.春季建立高溫警報
        委員會(工業醫師
        或護士、工業衛生員,
        安全工程師,運營
        工程師,高級經理)

        安排培訓課程。 給主管的備忘錄,以檢查飲水機等。檢查設施、做法、準備情況等。

        2.在預測中發布高溫警報
        炎熱的天氣法術

        推遲非緊急任務。 增加工人,增加休息。 提醒工人喝酒。 改善工作習慣。

        D. 輔助降溫和防護服

        如果無法改變工人、工作或環境並且熱應力仍然超出限制,請使用。 個人應充分適應熱環境,並在使用和穿著防護服方面接受過良好培訓。 例如水冷服裝、風冷服裝、冰袋背心和濕外衣。

        E.性能下降

        必須記住,穿著可防止有毒物質的防護服會增加熱應激。 所有衣服都會干擾活動並可能降低性能(例如,降低接收感官信息的能力,從而損害聽力和視力)。

        資料來源:NIOSH 1986。

        對所謂的 NBC(核生化)防護服進行了大量軍事研究。 在炎熱的環境中,脫掉衣服是不可能的,工作習慣非常重要。 類似的問題也發生在核電站的工人身上。 使工人快速降溫以便他們能夠再次工作的方法包括用水擦拭衣服的外表面並在其上吹乾空氣。 其他技術包括主動冷卻裝置和用於冷卻身體局部區域的方法。 將軍用服裝技術轉移到工業環境是一項新的創新,但眾所周知,適當的工作實踐可以大大降低風險。

         

        表 7. ISO 7933 (1989b) 指標和評估方法的計算公式

        用於自然對流

        or  ,對於近似值或當值超出導出方程式的限制時。

        ____________________________________________________________________________________

        表 8. ISO 7933 (1989b) 中使用的術語說明

        符號

        術語

        單位

        通過輻射參與熱交換的皮膚表面部分

        ND

        C

        通過對流在皮膚上進行熱交換  

        Wm - 2

        呼吸對流散熱

        Wm - 2

        E

        皮膚表面蒸發產生的熱流

        Wm - 2

        皮膚完全濕潤時所能達到的最大蒸發率

        Wm - 2

        熱平衡所需的蒸發

        Wm - 2

        呼吸蒸發熱損失

        Wm - 2

        皮膚發射率 (0.97)

        ND

        衣服顯熱交換的折減係數

        ND

        潛熱交換折減係數

        ND

        受試者穿衣服與未穿衣服的表面積之比

        ND

        對流傳熱係數

        蒸發傳熱係數

        輻射傳熱係數

        服裝基本乾式保溫

        K

        通過傳導在皮膚上進行熱交換

        Wm - 2

        M

        新陳代謝能力

        Wm - 2

        蒸氣分壓

        千帕

        皮膚溫度下的飽和蒸氣壓

        千帕

        R

        通過輻射在皮膚上進行熱交換

        Wm - 2

        空氣和衣服限制層的總蒸發阻力

        所需排汗率下的蒸發效率

        ND

        熱平衡所需的出汗率

        Wm - 2

        Stefan-Boltzman常數, 

        氣溫

        平均輻射溫度

        平均皮膚溫度

        靜止物體的空氣速度

        相對空氣速度

        W

        機械功率

        Wm - 2

        皮膚濕潤度

        ND

        需要皮膚濕潤度

        ND

        ND = 無量綱。

        高溫環境的工作實踐

        NIOSH (1986) 全面描述了高溫環境下的工作實踐,包括預防性醫療實踐。 ISO CD 12894 (1993) 中提供了對暴露於炎熱或寒冷環境的個人進行醫療監督的建議。 應該永遠記住,這是一項基本人權,1985 年赫爾辛基宣言, 在可能的情況下,人們可以在不需要解釋的情況下退出任何極端環境。 在確實發生接觸的地方,明確的工作實踐將大大提高安全性。

        環境人體工程學和工業衛生學中的一個合理原則是,如果可能,應從源頭上減少環境壓力源。 NIOSH(1986)將控制方法分為五種類型。 這些列於表 7 中。軍方對所謂的 NBC(核生化)防護服進行了大量研究。 在炎熱的環境中,脫掉衣服是不可能的,工作習慣非常重要。 類似的問題也發生在核電站的工人身上。 使工人快速降溫以便他們能夠再次工作的方法包括用水擦拭衣服的外表面並在上面吹乾空氣。 其他技術包括主動冷卻裝置和用於冷卻身體局部區域的方法。 將軍用服裝技術轉移到工業環境是一項新的創新,但眾所周知,適當的工作實踐可以大大降低風險。

        使用 ISO 標準評估熱環境

        以下假設示例演示了 ISO 標準如何用於評估熱環境(Parsons 1993):

        鋼鐵廠的工人分四個階段進行工作。 他們穿上衣服,在炎熱的輻射環境中進行 1 小時的輕度工作。 他們休息 1 小時,然後在避免輻射熱的情況下進行相同的光照工作 30 小時。 然後,他們在炎熱的輻射環境中進行 XNUMX 分鐘的適度體力活動。

        ISO 7243 提供了一種使用 WBGT 指數監測環境的簡單方法。 如果計算出的 WBGT 水平低於標準中給出的 WBGT 參考值,則無需採取進一步措施。 如果水平超過參考值(表 6),則必須減輕工人的壓力。 這可以通過工程控制和工作實踐來實現。 補充或替代行動是根據 ISO 7933 進行分析評估。

        工作的 WBGT 值如表 9 所示,並根據 ISO 7243 和 ISO 7726 中給出的規范進行測量。與工作的四個階段相關的環境和個人因素如表 10 所示。

        表 9. 四個工作階段的 WBGT 值 (°C)

        工作階段(分鐘)

        WBGT = WBGTANK + 2 世界銀行ABD + WBGThd

        WBGT 參考

        0-60

        25

        30

        60-90

        23

        33

        90-150

        23

        30

        150-180

        30

        28

         

        表 10. 使用 ISO 7933 進行分析評估的基本數據

        工作階段(分鐘)

        ta (°C)

        tr (°C)

        Pa (千帕)

        v

        (小姐 - 1 )

        CLO

        (關閉)

        法案

        (Wm - 2 )

        0-60

        30

        50

        3

        0.15

        0.6

        100

        60-90

        30

        30

        3

        0.05

        0.6

        58

        90-150

        30

        30

        3

        0.20

        0.6

        100

        150-180

        30

        60

        3

        0.30

        1.0

        150

         

        可以看出,對於部分工作,WBGT 值超過了參考值。 結論是需要更詳細的分析。

        ISO 7933 中介紹的分析評估方法是使用表 10 中提供的數據和標準附件中列出的計算機程序執行的。 表 11 中列出了在警報級別方面適應環境的工人的結果。

        表 11. 使用 ISO 7933 的分析評估

        工作階段
        (分鐘)

        預測值

        時間長度
        有限
        曝光
        (分鐘)

        原因
        限制

         

        tsk (°C)

        寬(檢測不到)

        短波(高 - 1 )

         

        0-60

        35.5

        0.93

        553

        423

        失水

        60-90

        34.6

        0.30

        83

        480

        沒有限制

        90-150

        34.6

        0.57

        213

        480

        沒有限制

        150-180

        35.7

        1.00

        566

        45

        體溫

        整體

        -

        0.82

        382

        480

        沒有限制

         

        因此,一項總體評估預測,適合這項工作的未適應環境的工人可以進行 8 小時輪班,而不會承受不可接受的(熱)生理壓力。 如果需要更高的準確性,或者要對個別工人進行評估,那麼 ISO 8996 和 ISO 9920 將提供有關代謝熱產生和服裝絕緣的詳細信息。 ISO 9886 描述了測量工人生理壓力的方法,可用於為特定勞動力設計和評估環境。 在此示例中,將關注平均皮膚溫度、內部體溫、心率和質量損失。 ISO CD 12894 提供了調查的醫學監督指南。

         

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        週四,三月17 2011 00:35

        通過衣服進行熱交換

        為了在更冷或更熱的條件下生存和工作,必須通過衣服以及人工加熱或冷卻來提供皮膚表面溫暖的氣候。 了解通過衣服進行熱交換的機制對於設計最有效的極端溫度下工作的服裝套裝是必要的。

        服裝傳熱機制

        服裝保溫的性質

        通過衣服的熱傳遞,或者相反的衣服的絕緣,在很大程度上取決於困在衣服里和衣服上的空氣。 服裝由任何一種能抓住空氣層的材料組成,作為第一個近似值。 該陳述是近似的,因為某些材料屬性仍然相關。 這些與織物的機械結構(例如抗風性和纖維支撐厚織物的能力)以及纖維的固有特性(例如,熱輻射的吸收和反射、水蒸氣的吸收、汗液的芯吸)有關). 對於不太極端的環境條件,各種纖維類型的優點往往被高估了。

        空氣層和空氣運動

        提供隔熱的是空氣,尤其是靜止空氣,這表明厚空氣層有利於隔熱。 這是事實,但空氣層的厚度在物理上是有限的。 空氣層是通過氣體分子粘附到任何表面,通過第二層分子與第一層分子的內聚,等等形成的。 然而,後續層之間的結合力越來越小,結果即使是微小的外部空氣運動也會移動外部分子。 在安靜的空氣中,空氣層的厚度可能高達 12 毫米,但在劇烈的空氣運動中,如在暴風雨中,厚度會減少到不到 1 毫米。 一般來說,厚度和空氣運動之間存在平方根關係(見 “公式和定義”). 確切的功能取決於表面的大小和形狀。

        靜止和流動空氣的熱傳導

        無論材料的形狀如何,靜止的空氣都充當絕緣層,其導電率是恆定的。 空氣層的擾動導致有效厚度的損失; 這不僅包括由風引起的干擾,還包括由衣服穿著者的運動引起的干擾——身體的位移(風的一個組成部分)和身體部位的運動。 自然對流增加了這種效果。 有關顯示空氣速度對空氣層絕緣能力影響的圖表,請參見圖 1。

        圖 1. 氣流速度對空氣層絕緣能力的影響。

        HEA020F1

        輻射傳熱

        輻射是傳熱的另一個重要機制。 每個表面都輻射熱量,並吸收從其他表面輻射的熱量。 輻射熱流量與兩個熱交換錶面之間的溫差大致成正比。 表面之間的衣服層會通過攔截能量流來干擾輻射熱傳遞; 衣服將達到大約兩個表面溫度的平均值的溫度,將它們之間的溫差一分為二,因此輻射流減少了兩倍。 隨著攔截層數的增加,傳熱速率降低。

        因此,多層可有效減少輻射熱傳遞。 在棉絮和纖維羊毛中,輻射被分佈的纖維而不是織物層攔截。 纖維材料的密度(或者更確切地說,每單位織物體積的纖維材料的總表面積)是此類纖維羊毛內的輻射傳輸的關鍵參數。 對於給定的重量,細纖維比粗纖維提供更多的表面積。

        織物絕緣

        由於封閉空氣和輻射傳輸的電導率,織物電導率對於各種厚度和粘合度的織物實際上是一個常數。 因此隔熱與厚度成正比。

        空氣和織物的耐蒸汽性

        空氣層還會阻礙蒸發的汗液從潮濕的皮膚擴散到環境中。 該阻力大致與整套服裝的厚度成正比。 對於織物,耐蒸汽性取決於封閉的空氣和結構的密度。 在真正的織物中,高密度和大厚度永遠不會在一起。 由於這一限制,可以估算不含薄膜或塗層的織物的空氣當量(見圖 8)。 塗層織物或層壓到薄膜上的織物可能具有不可預知的耐蒸汽性,這應通過測量來確定。

        圖 2. 無塗層織物的厚度與耐蒸汽性 (deq) 之間的關係。

        HEA020F2

        從織物和空氣層到服裝

        多層面料

        從傳熱機制得出的一些重要結論是,高隔熱性的衣服一定很厚,多層薄層的服裝可能會獲得高隔熱性,寬鬆版型比緊身版型提供更多的隔熱性,並且隔熱性有下限, 由附著在皮膚上的空氣層設定。

        在寒冷天氣的服裝中,僅使用薄織物通常很難獲得厚度。 一種解決方案是通過將兩個薄殼織物安裝到棉絮上來製作厚織物。 擊球的目的是創造空氣層並儘可能保持內部空氣靜止。 厚面料也有一個缺點:層數越多,衣服越硬,運動受限。

        服裝品種

        服裝合奏的絕緣性在很大程度上取決於服裝的設計。 影響絕緣的設計參數是層數、孔徑、貼合度、絕緣在身體和裸露皮膚上的分佈。 一些材料特性,如透氣性、反射率和塗層也很重要。 此外,風和活動會改變絕緣。 是否有可能為了預測穿著者的舒適度和耐受性而對服裝進行充分的描述? 基於不同的技術,已經進行了各種嘗試。 大多數對整體整體隔熱的估計都是針對室內整體的靜態條件(無運動,無風)進行的,因為可用數據是從熱人體模型中獲得的(McCullough、Jones 和 Huck 1985)。 對人類受試者的測量很費力,而且結果差異很大。 自 1980 世紀 1982 年代中期以來,已經開發並使用了可靠的移動人體模型(Olesen 等人,1985 年;Nielsen、Olesen 和 Fanger,XNUMX 年)。 此外,改進的測量技術允許更準確的人體實驗。 仍然沒有完全克服的一個問題是在評估中適當地包括汗液蒸發。 出汗的人體模型很少見,而且沒有一個具有真實的身體出汗率分佈。 人類流汗很現實,但並不一致。

        服裝絕緣的定義

        服裝保溫(Icl 以米為單位2K/W) 對於穩態條件,沒有輻射源或服裝中的冷凝,定義為 “公式和定義。” 經常 I 以單位 clo 表示(不是標準的國際單位)。 一克羅等於 0.155 m2千瓦。 使用單位 clo 隱含地表示它與整個身體有關,因此包括暴露的身體部位的熱傳遞。

        I 被運動和風修改,如前所述,校正後的結果稱為 合成絕緣. 這是一個經常使用但未被普遍接受的術語。

        衣服在身體上的分佈

        來自身體的總熱傳遞包括通過暴露的皮膚(通常是頭部和手)傳遞的熱量和通過衣服傳遞的熱量。 本質絕緣 (見 “公式和定義”) 是在總皮膚面積上計算的,而不僅僅是覆蓋的部分。 裸露的皮膚比覆蓋的皮膚傳遞更多的熱量,因此對內在絕緣有深遠的影響。 增加風速會增強這種效果。 圖 3 顯示了由於身體形狀的曲率(外層比內層效果差)、暴露的身體部位(熱傳遞的額外途徑)和風速增加(隔熱性降低,特別是暴露的皮膚),固有絕緣性如何連續下降(Lotens 1989). 對於厚合奏,絕緣性的降低是顯著的。

        圖 3. 固有絕緣,因為它受身體曲率、裸露皮膚和風速的影響。

        HEA020F3

        典型的整體厚度和覆蓋範圍

        顯然,絕緣厚度和皮膚覆蓋率都是熱損失的重要決定因素。 在現實生活中,這兩者是相關的,因為冬季服裝不僅比夏季服裝更厚,而且覆蓋的身體比例也更大。 圖 4 展示了這些影響如何共同導致衣服厚度(表示為每單位衣服面積的絕緣材料體積)和絕緣之間幾乎呈線性關係(Lotens 1989)。 下限由相鄰空氣的隔熱設置,上限由衣服的可用性設置。 均勻分佈可能在寒冷中提供最好的絕緣,但在四肢上承受太大的重量和體積是不切實際的。 因此,重點通常放在軀幹上,局部皮膚對寒冷的敏感性適應了這種做法。 四肢在控制人體熱平衡方面起著重要作用,而四肢的高絕緣性限制了這一調節的有效性。

        圖 4. 衣服厚度和身體分佈導致的總絕緣。

        HEA020F4

        衣物通風

        服裝整體中的滯留空氣層會受到運動和風的影響,但程度與相鄰的空氣層不同。 風在衣服中產生通風,因為空氣會穿透織物並通過孔隙,而運動會增加內部循環。 Havenith、Heus 和 Lotens (1990) 發現,在衣服內部,運動是比相鄰空氣層更強的因素。 然而,該結論取決於織物的透氣性。 對於高透氣性織物,風的通風是相當重要的。 Lotens (1993) 表明通風可以表示為有效風速和空氣滲透率的函數。

        服裝絕緣和蒸汽阻力的估計

        衣服絕緣的物理估計

        服裝整體的厚度提供了絕緣的初步估計。 整體的典型電導率為 0.08 W/mK。 平均厚度為 20 毫米時,這會導致 Icl 0.25 米2K/W,或 1.6 克羅。 然而,寬鬆的部分,如褲子或袖子,具有更高的電導率,大約為 0.15,而緊密包裹的衣服層的電導率為 0.04,Burton 和 Edholm(4 年)報導的著名的每英寸 1955 克羅).

        表中的估計

        其他方法使用服裝項目的表值。 這些項目之前已經在人體模型上測量過。 一個正在研究的整體必須被分成它的組成部分,並且必須在表中查找這些組成部分。 錯誤選擇列表中最相似的服裝項目可能會導致錯誤。 為了獲得整體的固有絕緣,必須將單個絕緣值放入求和方程中(McCullough、Jones 和 Huck 1985)。

        服裝表面積係數

        為了計算總絕緣, fcl 必須估計(參見“公式和定義”). 一個實際的實驗估計是測量衣服表面積,對重疊部分進行校正,然後除以總皮膚面積(DuBois 和 DuBois 1916)。 來自各種研究的其他估計表明 fcl 隨固有絕緣線性增加。

        耐蒸汽性的估計

        對於一件衣服來說,耐蒸汽性是空氣層和衣服層的阻力之和。 通常身體的層數不同,最好的估計是面積加權平均值,包括暴露的皮膚。

        相對蒸氣阻力

        蒸發阻力的使用頻率低於 I,因為很少測量 Ccl Pcl) 可用。 Woodcock (1962) 通過定義水蒸氣滲透指數避免了這個問題 im 作為比率 IR, 與單個空氣層的相同比率有關(後一個比率幾乎是常數,稱為濕度常數 S,0.0165 K/Pa,2.34 Km3/克或 2.2 K/托); im= I/(R·S). 典型值 im 對於非塗層服裝,根據人體模型確定,為 0.3 至 0.4(McCullough、Jones 和 Tamura 1989)。 值 im 對於織物複合材料及其附近的空氣,可以在濕熱板設備上相對簡單地測量,但該值實際上取決於設備上的氣流和安裝它的機櫃的反射率。 比值外推 RI 有時會嘗試對穿衣服的人進行從織物到服裝套裝的測量(DIN 7943-2 1992)。 這是一個技術上複雜的問題。 一個原因是 R 僅與對流部分成正比 I,因此必須對輻射傳熱進行仔細修正。 另一個原因是織物複合材料和服裝套裝之間的滯留空氣可能不同。 事實上,蒸汽擴散和傳熱可以分開處理更好。

        鉸接模型的估計

        比上述方法更複雜的模型可用於計算絕緣和水蒸氣阻力。 這些模型根據許多身體部位的物理定律計算局部絕緣,並將它們整合到整個人體形狀的固有絕緣中。 為此,人體形狀近似為圓柱體(圖 )。 McCullough、Jones 和 Tamura (1989) 的模型需要整體中所有層的服裝數據,按身體部分指定。 Lotens 和 Havenith (1991) 的 CLOMAN 模型需要較少的輸入值。 這些模型具有相似的準確性,優於任何其他提到的方法,但實驗確定除外。 不幸的是,這些模型不可避免地比廣泛接受的標準所期望的更複雜。

        圖 5. 圓柱體中人體形狀的表達。

        HEA020F5

        活動和風的影響

        Lotens 和 Havenith (1991) 還根據文獻數據對因活動和風引起的絕緣和蒸汽阻力進行了修改。 坐著時的隔熱性比站著時低,對於高隔熱性的衣服,這種影響更大。 然而,運動比姿勢更能降低絕緣性,這取決於運動的力度。 步行時雙臂和雙腿都會移動,並且比騎自行車時只有腿部移動時減少的幅度更大。 同樣在這種情況下,厚衣服套裝的減少幅度更大。 風對輕便衣物的絕緣影響最大,對厚重衣物影響較小。 這種影響可能與外殼織物的透氣性有關,對於寒冷天氣的裝備來說,透氣性通常較低。

        圖 8 顯示了風和運動對雨衣防蒸汽性能的一些典型影響。 關於運動或風效應的大小,文獻中沒有明確的一致意見。 一些標準(例如 ISO 7730 (1994))要求在應用於活躍人員或暴露於顯著空氣運動的人員時將合成絕緣作為輸入,這一事實強調了該主題的重要性。 這個要求經常被忽視。

        圖 6. 各種雨衣隨風和行走的蒸汽阻力降低。

        HEA020F6

        水分管理

        吸濕效果

        當織物可以像大多數天然纖維那樣吸收水蒸氣時,衣服就可以起到緩沖水蒸氣的作用。 這改變了從一種環境到另一種環境的瞬態過程中的熱傳遞。 當穿著不吸汗衣服的人從乾燥環境走到潮濕環境時,汗液的蒸發量會突然減少。 在吸濕性服裝中,織物會吸收水蒸氣,而蒸發量的變化只是漸進的。 同時,吸收過程會釋放織物中的熱量,從而提高其溫度。 這減少了皮膚的干熱傳遞。 在一階近似中,兩種效應相互抵消,使總熱傳遞保持不變。 與非吸濕性衣物的不同之處在於,從皮膚蒸發的變化更緩慢,汗液積聚的風險更小。

        蒸汽吸收能力

        織物的吸收能力取決於纖維類型和織物質量。 吸收質量大致與相對濕度成正比,但高於 90%。 吸收能力(稱為 恢復) 表示為在相對濕度為 100% 時,65 克乾纖維吸收的水蒸氣量。 面料可分為以下幾類:

          • 低吸收—腈綸、滌綸(每 1 克含 2 至 100 克)
          • 中間吸收—尼龍、棉、醋酸纖維(每 6 克含 9 至 100 克)
          • 高吸收—絲綢、亞麻、大麻、人造絲、黃麻、羊毛(每 11 克含 15 至 100 克)。

               

              吸水率

              織物中的保水性,經常與蒸汽吸收相混淆,遵循不同的規則。 游離水鬆散地結合在織物上,並沿著毛細管向側面擴散。 這稱為芯吸。 液體從一層轉移到另一層只發生在濕織物和壓力下。 衣服可能會被皮膚吸收的未蒸發(多餘)汗水弄濕。 織物的液體含量可能很高,稍後蒸發會對熱平衡構成威脅。 這通常發生在辛苦工作後的休息期間,被稱為 冷後. 織物保持液體的能力更多地與織物結構有關,而不是與纖維吸收能力有關,並且實際上通常足以吸收所有多餘的汗水。

              縮合

              蒸發的汗水在特定層凝結可能會弄濕衣服。 如果濕度高於當地允許的溫度,則會發生冷凝。 在寒冷的天氣裡,外層織物的內部通常會出現這種情況,在極端寒冷的情況下,甚至在更深的層中也會出現這種情況。 在發生冷凝的地方,水分會積聚,但溫度會升高,就像在吸收過程中一樣。 然而,冷凝和吸收之間的區別在於吸收是一個暫時的過程,而冷凝可能會持續很長時間。 冷凝過程中的潛熱傳遞可能會非常顯著地導致熱損失,這可能是合意的,也可能不是合意的。 水分的積累主要是一個缺點,因為不適和後冷的風險。 對於大量冷凝,液體可能會被輸送回皮膚,再次蒸發。 這個循環作為熱管工作,可能會大大降低內衣的絕緣性。

              動態模擬

              自 1900 年代初期以來,已經制定了許多標準和指數來對服裝和氣候進行分類。 這些幾乎無一例外地處理了穩態——氣候和工作保持足夠長的時間以使人產生恆定體溫的條件。 由於職業健康和工作條件的改善,這種類型的工作已變得很少見。 重點已轉移到惡劣環境的短期暴露,通常與防護服的災難管理有關。

              因此需要進行涉及服裝熱傳遞和穿著者熱應變的動態模擬(Gagge、Fobelets 和 Berglund 1986)。 可以通過運行特定場景的動態計算機模型來執行此類模擬。 迄今為止關於服裝的最複雜模型之一是 THDYN(Lotens 1993),它允許廣泛的服裝規格,並已更新以包括模擬人的個人特徵(圖 9)。 預計會有更多型號。 然而,需要進行擴展的實驗評估,運行此類模型是專家的工作,而不是聰明的外行。 基於傳熱傳質物理學的動態模型包括所有傳熱機制及其相互作用——蒸汽吸收、來自輻射源的熱量、冷凝、通風、水分積累等——適用於範圍廣泛的服裝套裝,包括民用、工作和防護服。

              圖 7. 動態熱模型的一般描述。

              HEA020F7

               

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              週一,三月21 2011 22:24

              寒冷環境和冷工作

              寒冷的環境是由導致比正常身體熱量損失更多的條件定義的。 在這種情況下,“正常”是指人們在舒適的、通常是室內條件下的日常生活中所經歷的,但這可能會因社會、經濟或自然氣候條件而有所不同。 就本文而言,氣溫低於 18 至 20ºC 的環境將被視為寒冷。

              冷加工包括不同氣候條件下的各種工業和職業活動(見表 1)。 在大多數國家/地區,食品行業需要在寒冷條件下工作——新鮮食品通常為 2 至 8ºC,冷凍食品通常低於 –25ºC。 在這種人工寒冷的環境中,條件相對明確,每天的暴露程度大致相同。

              表 1 各種寒冷職業環境的氣溫

              –120℃

              人體冷凍療法氣候室

              –90℃

              南極基地沃斯托克的最低溫度

              –55℃

              魚肉冷藏和冷凍、乾製產品的生產

              –40℃

              極地基地的“正常”溫度

              –28℃

              冷凍產品冷庫

              +2 至 +12 ºC

              新鮮營養產品的儲存、製備和運輸

              –50 至 –20 ºC

              加拿大北部和西伯利亞一月平均氣溫

              –20 至 –10 ºC

              加拿大南部、斯堪的納維亞北部、俄羅斯中部一月平均氣溫

              –10 至 0 ºC

              美國北部、斯堪的納維亞半島南部、中歐、中遠東部分地區、日本中部和北部的一月平均氣溫

              資料來源:根據 Holmér 1993 修改。

              在許多國家,季節性氣候變化意味著戶外工作和在沒有暖氣的建築物中工作的時間或長或短必須在寒冷的條件下進行。 地球上不同地點和工作類型之間的寒冷暴露可能有很大差異(見表 1)。 冷水是從事海上工作等人員遇到的另一種危險。 本文涉及對冷應激的反應和預防措施。 根據最近採用的國際標準評估冷應激和可接受溫度限制的方法將在本章其他地方討論。

              寒冷壓力和寒冷工作

              冷應激可能以多種不同形式存在,影響全身熱平衡以及四肢、皮膚和肺部的局部熱平衡。 冷應激的類型和性質在本章的其他地方進行了廣泛描述。 處理冷應激的自然方法是通過行為行動——尤其是改變和調整衣服。 足夠的保護可防止冷卻。 但是,保護本身可能會導致不必要的不​​利影響。 該問題如圖 1 所示。

              圖 1. 冷效應示例。

              HEA090F1

              全身或身體部位的冷卻會導致不適、感覺和神經肌肉功能受損,並最終導致冷損傷。 寒冷的不適往往是對行為行動的強烈刺激,從而減少或消除這種影響。 通過穿上防寒服、鞋類、手套和頭盔來防止降溫會影響工人的活動性和靈巧性。 從運動和運動變得受限和更加疲憊的意義上說,存在“保護成本”。 持續需要調整設備以保持高水平的保護需要注意和判斷,並且可能會影響警惕性和反應時間等因素。 人體工程學研究最重要的目標之一是在保持防寒的同時提高服裝的功能性。

               

               

               

               

              因此,在寒冷中工作的影響必須分為:

              • 組織冷卻的影響
              • 保護措施的影響(“保護成本”)。

               

              暴露於寒冷時,行為措施會降低冷卻效果,並最終維持正常的熱平衡和舒適度。 措施不足會引起體溫調節、生理補償反應(血管收縮和顫抖)。 行為和生理調整的綜合作用決定了給定冷應激的最終效果。

              在以下部分中將描述這些影響。 它們分為急性效應(在數分鐘或數小時內發生)、長期效應(數天甚至數年)和其他效應(與降溫反應無直接關係) 本身). 表 2 列出了與冷暴露持續時間相關的反應示例。 自然,反應的類型及其強度在很大程度上取決於壓力水平。 然而,長時間暴露(數天或更長時間)幾乎不會達到短時間內可以達到的極端水平。

              表 2. 無補償冷應激持續時間和相關反應

              Time

              生理作用

              心理作用

              吸氣喘息
              換氣過度
              心率升高
              外周血管收縮
              血壓升高

              皮膚感覺、不適

              分鐘

              組織冷卻
              肢體冷卻
              神經肌肉退化
              戰栗
              接觸和對流霜凍

              性能下降
              局部冷卻引起的疼痛

              開放時間

              體力勞動能力受損
              低溫
              冷傷

              精神功能受損

              天/月

              非冰凍傷
              馴化

              習慣
              減少不適

              年份

              慢性組織效應(?)

               

               

              冷卻的急性影響

              冷應激最明顯和直接的影響是皮膚和上呼吸道立即降溫。 熱感受器做出反應並啟動一系列體溫調節反應。 反應的類型和程度主要取決於冷卻的類型和強度。 如前所述,外周血管收縮和顫抖是主要的防禦機制。 兩者都有助於保持體溫和核心溫度,但會損害心血管和神經肌肉功能。

              然而,冷暴露的心理影響也會以一種複雜且部分未知的方式改變生理反應。 寒冷的環境會讓人分心,因為它需要更多的腦力來應對新的壓力因素(避免降溫、採取保護措施等)。 另一方面,寒冷也會引起興奮,因為壓力水平的增加會增加交感神經活動,從而增加行動準備。 在正常情況下,人們只使用其能力的一小部分,從而為意外或苛刻的情況保留了大量的緩衝能力。

              冷感和熱舒適

              在 20 到 26ºC 的工作溫度下,大多數人在從事非常輕的久坐工作時(辦公室工作在 70 W/m2) 穿著合適的衣服(絕緣值在 0.6 和 1.0 clo 之間)。 在這種狀態下,在沒有任何局部熱失衡(如氣流)的情況下,人們處於熱舒適狀態。 這些條件在 ISO 7730 等標準中有詳細的記錄和規定(參見章節 控制室內環境 參看 百科全書).

              人體對降溫的感知與全身熱平衡以及局部組織熱平衡密切相關。 當由於活動(代謝熱產生)和衣服的不適當匹配而無法維持身體熱平衡時,就會出現冷熱不適。 對於 +10 和 +30ºC 之間的溫度,可以通過 ISO 7730 中描述的 Fanger 舒適方程式預測人群中“寒冷不適”的程度。

              用於計算熱中性溫度的簡化且相當準確的公式 (t)的 對於普通人來說是:

               

              t = 33.5 – 3·Icl – (0.08 + 0.05·Icl)·M

              哪裡 M 是以 W/m 為單位測量的代謝熱2Icl 衣服的絕緣值以 clo 為單位測量。

              在 +10ºC 時所需的服裝絕緣值(clo 值)高於使用 IREQ 方法計算的值(計算的所需絕緣值)(ISO TR 11079, 1993)。 造成這種差異的原因是兩種方法中應用了不同的“舒適”標準。 ISO 7730 重點關注熱舒適性並允許大量出汗,而 ISO TR 11079 僅允許“控制”出汗在最低限度——寒冷時的必需品。 圖 2 根據上述等式和 IREQ 方法描述了服裝絕緣、活動水平(產熱)和氣溫之間的關係。 填充區域應代表由於不同級別的“舒適度”而導致所需服裝絕緣的預期變化。

              圖 2. 熱“舒適”的最佳溫度作為服裝和活動水平的函數().

              HEA090F2

              圖 2 中的信息僅作為建立最佳室內熱條件的指南。 對熱舒適和寒冷不適的感知存在相當大的個體差異。 這種差異源於服裝和活動模式的差異,但主觀偏好和習慣也有影響。

              特別是,當氣溫降至 20 至 22ºC 以下時,從事非常輕量、久坐不動的活動的人會越來越容易受到局部降溫的影響。 在這種情況下,空氣流速必須保持較低(低於 0.2 m/s),並且必須選擇額外的絕緣衣服來覆蓋敏感的身體部位(例如,頭部、頸部、背部和腳踝)。 在低於 20ºC 的溫度下坐著工作需要隔熱座椅和靠背,以減少由於衣服壓縮而導致的局部冷卻。

              當環境溫度低於 10ºC 時,舒適概念變得更難應用。 熱不對稱變得“正常”(例如,冷臉和吸入冷空氣)。 儘管有最佳的身體熱平衡,但這種不對稱可能會讓人感到不舒服,需要額外的熱量來消除。 與正常室內條件不同,寒冷時的熱舒適可能伴隨著輕微的溫暖感。 在使用 IREQ 指數評估冷應激時應記住這一點。

               

              性能

              寒冷暴露和相關的行為和生理反應會在不同的複雜程度對人類表現產生影響。 表 3 簡要概述了輕度和極端寒冷暴露可能會產生的不同類型的性能影響。

              表 3. 輕度和重度寒冷暴露的預期影響說明

              性能

              輕度冷暴露

              嚴寒暴露

              手動性能

              0 -

              - -

              肌肉表現

              0

              -

              有氧運動

              0

              -

              簡單反應時

              0

              -

              選擇反應時

              -

              - -

              跟踪、警惕

              0 -

              -

              認知、心理任務

              0 -

              - -

              0表示沒有影響; – 表示減值; ——表示嚴重減值; 0 – 表示矛盾的發現。

               

              在這種情況下,輕度暴露意味著沒有或可以忽略不計的身體核心冷卻以及皮膚和四肢的適度冷卻。 嚴重暴露會導致負熱平衡、核心溫度下降和四肢溫度的伴隨顯著降低。

              輕度和重度寒冷暴露的身體特徵在很大程度上取決於體內熱量產生(由於體力勞動)和熱量損失之間的平衡。 防護服和周圍的氣候條件決定了熱損失量。

              如前所述,寒冷會導致分心和降溫(圖 1)。 兩者都會對性能產生影響,儘管影響的大小因任務類型而異。

              行為和心理功能更容易受到分心效應的影響,而身體表現更容易受到冷卻的影響。 對寒冷暴露的生理和心理反應(注意力分散、喚醒)的複雜相互作用尚未完全了解,需要進一步的研究工作。

              表 4 顯示了報告的身體性能和身體溫度之間的關係。 據推測,身體機能高度依賴於組織溫度,並且當重要組織和器官部位的溫度下降時,身體機能會惡化。 通常,手的靈巧度主要取決於手指和手的溫度,以及正手的肌肉溫度。 總體肌肉活動受局部表面溫度的影響很小,但對肌肉溫度非常敏感。 由於其中一些溫度相互關聯(例如核心溫度和肌肉溫度),因此很難確定直接關係。

              表 4. 身體組織溫度對人體身體機能的重要性

              性能

              手/手指皮膚溫度

              平均皮膚溫度

              肌肉溫度

              核心溫度

              簡單的手冊

              -

              0

              -

              0

              複雜的手冊

              - -

              (-)

              - -

              -

              肌肉發達

              0

              0 -

              - -

              0 -

              有氧

              0

              0

              -

              - -

              0表示沒有影響; – 表示溫度降低造成的損害; ——表示嚴重減值; 0 – 表示矛盾的發現; (-) 表示可能有輕微影響。

               

              表 3 和表 4 中性能影響的概述必然非常示意性。 該信息應作為採取行動的信號,其中行動意味著對條件的詳細評估或採取預防措施。

              導致性能下降的一個重要因素是曝光時間。 受冷時間越長,對深層組織和神經肌肉功能的影響就越大。 另一方面,習慣和經驗等因素會改變不利影響並恢復部分錶現能力。

              手動性能

              手部功能非常容易受到寒冷的影響。 由於質量小和表面積大,手和手指在保持高組織溫度(30 至 35ºC)的同時會散發大量熱量。 因此,只有在內部產生大量熱量的情況下才能維持這種高溫,從而允許持續的高血流量流向四肢。

              穿著合適的護手霜可以減少寒冷時手部的熱量流失。 然而,適合寒冷天氣的好手飾意味著厚度和體積,因此會損害靈巧性和手動功能。 因此,不能通過被動措施來保持寒冷中的手動性能。 充其量,由於在功能性手具的選擇、工作行為和暴露方案之間取得平衡,性能的降低可能會受到限制。

              手和手指的功能在很大程度上取決於局部組織溫度(圖 3)。 當組織溫度下降幾度時,精細、細膩和快速的手指運動就會惡化。 隨著更深層次的冷卻和溫度下降,粗大的手部功能也會受損。 在手部皮膚溫度約為 15ºC 時發現手部功能顯著受損,並且在皮膚溫度約為 6 至 8ºC 時由於感覺和熱皮膚受體的功能受阻而出現嚴重損傷。 根據任務要求,可能需要測量手和手指上多個部位的皮膚溫度。 在某些暴露條件下,指尖的溫度可能比手背低十多度。

              圖 3. 手指靈活性與手指皮膚溫度之間的關係。

              HEA090F3

              圖 4 顯示了對手動功能的不同類型影響的臨界溫度。

              圖 4. 不同手/手指溫度水平對手動性能的估計總體影響。

              HEA090T4

              神經肌肉表現

              從圖 3 和圖 4 可以明顯看出,寒冷對肌肉功能和表現有顯著影響。 肌肉組織的冷卻會減少血流量並減慢神經過程,例如神經信號的傳遞和突觸功能。 此外,組織的粘度增加,導致運動過程中的內摩擦增加。

              肌肉溫度每降低 ºC,等長力輸出就會減少 2%。 肌肉溫度每降低 2ºC,動力輸出就會減少 4% 到 XNUMX%。 換句話說,降溫會降低肌肉的力量輸出,並對動態收縮產生更大的影響。

              體力勞動能力

              如前所述,肌肉性能在寒冷中會惡化。 隨著肌肉功能受損,體力勞動能力普遍受損。 有氧工作能力降低的一個促成因素是體循環的外周阻力增加。 顯著的血管收縮增加中央循環,最終導致冷利尿和血壓升高。 核心的冷卻也可能對心肌的收縮力有直接影響。

              以最大有氧能力衡量的工作能力每降低 ºC 核心溫度就會降低 5% 至 6%。 因此,作為最大容量降低和肌肉工作能量需求增加的實際結果,耐力可能會迅速惡化。

              其他冷效應

              體溫

              隨著溫度下降,身體表面受到的影響最大(也是最耐受的)。 當皮膚接觸極冷的金屬表面時,皮膚溫度可能會在幾秒鐘內降至 0ºC 以下。 同樣,在血管收縮和保護不良的情況下,手和手指的溫度可能每分鐘下降幾度。 在正常的皮膚溫度下,由於外周動靜脈分流,手臂和手被過度灌注。 這會產生溫暖並增強靈活性。 皮膚冷卻會關閉這些分流器,並將手腳的灌注減少至十分之一。 四肢佔體表面積的 50% 和體積的 30%。 血液回流通過伴隨動脈的深靜脈,從而根據逆流原理減少熱損失。

              腎上腺素能血管收縮不會發生在頭頸區域,在緊急情況下必須牢記這一點,以防止體溫過低。 一個光頭的人在零度以下的溫度下可能會失去 50% 或更多的靜息熱量。

              體溫過低(核心溫度下降)的發展需要持續高速率的全身熱損失(Maclean 和 Emslie-Smith,1977 年)。 熱量產生和熱量損失之間的平衡決定了最終的冷卻速度,無論是全身冷卻還是身體一部分的局部冷卻。 熱平衡條件可以根據IREQ指標進行分析和評估。 對人體突出部分(例如,手指、腳趾和耳朵)局部冷卻的顯著反應是狩獵現象(路易斯反應)。 在最初降至較低值後,手指溫度會升高幾度(圖 5)。 該反應以循環方式重複。 反應非常局部——在指尖比在根部更明顯。 它不在手中。 手掌上的反應很可能反映了供應手指的血流的溫度變化。 這種反應可以通過反复暴露(放大)來改變,但隨著全身冷卻而或多或少地被消除。

              圖 5. 冷誘導的手指血管擴張導致組織溫度週期性升高。

              HEA090F4

              身體的逐漸冷卻會導致許多生理和心理影響。 表 16 顯示了與不同核心溫度水平相關的一些典型反應。

              表 5. 人類對冷卻的反應:對不同程度低溫的指示性反應

              段落

              核心
              溫度
              (攝氏度)

              生理
              反應

              心理
              反應

              正常

              37

              36

              正常體溫

              血管收縮,手腳冰涼

              熱中性感覺

              不舒服

              輕度體溫過低

              35

              34

              33

              劇烈顫抖,工作能力下降

              疲勞

              跌跌撞撞

              判斷力受損、迷失方向、冷漠

              自覺和
              響應

              中度
              低溫

              32

              31

              30

              29

              肌肉僵硬

              微弱的呼吸

              沒有神經反射,心率緩慢且幾乎察覺不到

              進步
              無意識,
              幻覺

              意識雲

              昏昏欲睡

              嚴重
              低溫

              28

              27

              25

              心律失常(心房
              和/或心室)

              學生無反應
              輕、深肌腱和
              表面反射
              缺席

              因心室顫動或心搏停止而死亡

               

               

              心臟和循環

              前額和頭部的冷卻會引起收縮壓急劇升高,並最終導致心率加快。 將赤手放在非常冷的水中時,可能會看到類似的反應。 該反應持續時間較短,數秒或數分鐘後即可達到正常值或略微升高的值。

              身體熱量流失過多會導致外周血管收縮。 特別是,在瞬態階段,增加的外周阻力導致收縮壓升高和心率增加。 心臟做功比在正常溫度下進行類似活動要大,這是心絞痛患者經歷的一種痛苦現象。

              如前所述,更深的組織冷卻通常會減慢細胞和器官的生理過程。 冷卻會削弱神經支配過程並抑制心臟收縮。 收縮力降低,除了血管外周阻力增加外,心輸出量也降低。 然而,在中度和重度體溫過低的情況下,心血管功能會隨著新陳代謝的普遍減少而下降。

              肺和氣道

              健康人吸入中等量的寒冷、乾燥的空氣只會帶來有限的問題。 非常冷的空氣可能會引起不適,尤其是鼻呼吸。 非常冷的空氣的大量通風也可能導致上呼吸道粘膜的微炎症。

              隨著體溫過低的進展,肺功能隨著身體新陳代謝的普遍減少而同時受到抑制。

              功能方面(工作能力)

              在寒冷環境中發揮作用的一個基本要求是提供足夠的防冷保護。 但是,保護本身可能會嚴重干擾性能條件。 衣服的絆腳石效應是眾所周知的。 頭飾和頭盔會干擾言語和視覺,而手飾會損害手動功能。 雖然保護對於保持健康和舒適的工作條件是必要的,但必須充分認識到性能受損的後果。 任務需要更長的時間才能完成,並且需要付出更大的努力。

              包括靴子和頭飾在內的防寒服很容易重達 3 至 6 公斤。 這種重量增加了工作量,尤其是在門診工作期間。 此外,多層衣服中各層之間的摩擦會產生運動阻力。 靴子的重量應保持較低,因為腿部增加的重量對工作量的貢獻相對較大。

              工作組織、工作場所和設備應適應冷加工任務的具體要求。 必須為任務留出更多時間,並且需要經常休息以進行恢復和取暖。 儘管穿著笨重的衣服,但工作場所必須允許輕鬆移動。 同樣,設備的設計必須使其能夠由戴手套的手操作或在裸手的情況下進行絕緣。

              冷傷

              冷空氣造成的嚴重傷害在大多數情況下是可以預防的,並且在平民生活中只是偶爾發生。 另一方面,這些傷害在戰爭和災難中往往具有重大意義。 然而,許多工人在日常活動中冒著凍傷的風險。 惡劣氣候下的戶外工作(如在北極和亞北極地區——例如漁業、農業、建築、天然氣和石油勘探以及馴鹿放牧)以及在寒冷環境中進行的室內工作(如食品或倉儲行業)都可以有凍傷的危險。

              冷傷可能是全身性的,也可能是局部的。 局部損傷通常先於全身性低溫,構成臨床上不同的兩種實體:冷凍性冷損傷 (FCI) 和非冷凍性冷損傷 (NFCI)。

              冰凍傷

              病理生理学

              當熱量損失足以使組織真正凍結時,就會發生這種類型的局部損傷。 除了對細胞的直接低溫損傷外,血管損傷以及灌注減少和組織缺氧也是致病機制。

              皮膚血管的血管收縮在凍傷的起源中非常重要。 由於廣泛的動靜脈分流,手、腳、鼻子和耳朵等周圍結構在溫暖的環境中被過度灌注。 例如,只有大約十分之一的手部血液用於組織供氧。 其餘部分產生溫暖,從而促進靈活性。 即使核心溫度沒有任何下降,皮膚的局部冷卻也會阻塞這些分流器。

              為了在冷暴露期間​​保護四肢外周部分的活力,會發生間歇性冷誘導血管舒張 (CIVD)。 這种血管舒張是動靜脈吻合口打開的結果,每 5 到 10 分鐘發生一次。 這種現像是人類生理計劃的妥協,以保存熱量並間歇性地保持手腳的功能。 血管擴張被人感知為刺熱期。 隨著體溫降低,CIVD 變得不那麼明顯。 CIVD 程度的個體差異可能解釋了對局部冷損傷的不同易感性。 寒冷氣候下的原住民表現出更明顯的 CIVD。

              與細胞內和細胞外均發生冰結晶的活組織冷凍保存相反,臨床 FCI 的冷凍速度要慢得多,僅產生細胞外冰晶。 該過程是放熱過程,釋放熱量,因此組織溫度保持在冰點,直到凍結完成。

              隨著細胞外冰晶的生長,細胞外溶液凝結,導致該空間成為高滲環境,從而導致水從細胞內隔室被動擴散; 那水又結冰了。 這個過程一直進行到所有“可用的”水(沒有以其他方式與蛋白質、糖和其他分子結合)都已經結晶。 細胞脫水會改變蛋白質結構、膜脂和細胞 pH 值,導致與細胞存活不相容的破壞。 不同組織對 FCI 的抵抗力不同。 例如,皮膚比肌肉和神經更具抵抗力,這可能是表皮細胞內和細胞間含水量較小的結果。

              間接血液流變學因素的作用早先被解釋為類似於在非冷凍冷損傷中發現的作用。 然而,最近對動物的研究表明,在任何其他皮膚元素受損的跡象之前,冷凍會導緻小動脈、小靜脈和毛細血管內膜的損傷。 因此,很明顯,FCI 發病機制的流變學部分也是低溫生物學效應。

              當凍傷復溫時,水開始重新擴散到脫水細胞,導致細胞內腫脹。 解凍會引起最大的血管擴張,由於內皮(皮膚的內層)細胞損傷而導致水腫和水泡形成。 內皮細胞的破裂會暴露基底膜,從而引發血小板粘附並啟動凝血級聯反應。 下列血滯和血栓形成引起缺氧。

              由於暴露區域的熱量損失決定了凍傷的風險,因此風寒是這方面的一個重要因素,這不僅意味著吹來的風,還意味著空氣經過身體的任何運動。 在這種情況下,必須考慮跑步、滑雪、滑雪和乘坐敞篷車輛。 然而,只要環境溫度高於冰點,即使在高風速下,裸露的肉體也不會結冰。

              使用酒精和煙草產品以及營養不良和疲勞是 FCI 的誘發因素。 由於創傷後交感神經反應異常,先前的冷傷會增加隨後發生 FCI 的風險。

              徒手抓住冰冷的金屬會迅速造成凍傷。 大多數人都知道這一點,但往往沒有意識到處理過冷液體的風險。 由於蒸發熱損失與傳導損失相結合,冷卻至 –30ºC 的汽油幾乎會立即凍結暴露的肉體。 這種快速冷凍導致細胞外和細胞內結晶,主要在機械基礎上破壞細胞膜。 當液態丙烷直接灑在皮膚上時,會發生類似類型的 FCI。

              臨床圖片

              凍傷分為淺表凍傷和深部凍傷。 淺表損傷僅限於皮膚和直接位於皮下的皮下組織。 在大多數情況下,損傷位於鼻子、耳垂、手指和腳趾。 刺痛、刺痛通常是第一個徵兆。 皮膚的受影響部分變得蒼白或蠟白色。 它是麻木的,並且會在壓力下縮進,因為下面的組織是有活力和柔韌的。 當 FCI 延伸至深部損傷時,皮膚變白,呈大理石狀,觸感堅硬,一觸即粘。

              治療

              應立即處理凍傷,以防止淺表傷變成深傷。 盡量將受害者帶到室內; 以其他方式保護他或她免受風的影響,方法是通過同志的庇護所、風袋或其他類似的方式。 凍傷部位應該通過身體較溫暖部位的被動熱傳遞來解凍。 將溫暖的手放在臉上,將冰冷的手放在腋窩或腹股溝處。 由於凍傷的個體處於冷應激狀態並伴有外周血管收縮,因此溫暖的同伴是更好的治療師。 禁止用雪或羊毛圍巾按摩和摩擦凍傷部位。 這種機械處理只會加重傷害,因為組織中充滿了冰晶。 也不應考慮在營火或野營火爐前解凍。 這種熱量不會滲透到任何深度,並且由於該區域被部分麻醉,治療甚至可能導致燒傷。

              凍傷腳的疼痛信號在實際凍結髮生之前就消失了,因為神經傳導在大約 +8ºC 時消失了。 矛盾的是,一個人最後的感覺是什麼都感覺不到! 在需要步行疏散的極端條件下,應避免解凍。 用凍傷的腳走路似乎不會增加組織損失的風險,而凍傷的重新冷凍會增加最大程度的損失。

              凍傷的最佳治療方法是在 40 至 42ºC 的溫水中解凍。 解凍程序應在該水溫下繼續進行,直到感覺、顏色和組織柔軟度恢復。 由於靜脈淤滯,這種形式的解凍通常不會呈現粉紅色,而是呈現勃艮第色調。

              在野外條件下,必須意識到處理需要的不僅僅是局部解凍。 整個人都必須得到照顧,因為凍傷通常是體溫過低的第一個跡象。 多穿點衣服,喝些溫暖、有營養的飲料。 受害者通常是冷漠的,不得不被迫合作。 敦促受害者進行肌肉活動,例如用手臂撞擊身體兩側。 這種操作打開了四肢的外周動靜脈分流。

              當用被動傳熱解凍 20 到 30 分鐘沒有成功時,就會出現深度凍傷。 如果是這樣,受害者應該被送往最近的醫院。 然而,如果這樣的運送可能需要數小時,最好將傷者送入最近的房屋並用溫水解凍他或她的傷口。 完全解凍後,將患者抬高受傷部位臥床,並及時安排轉運至最近的醫院。

              快速復溫會產生中度至重度疼痛,患者通常需要鎮痛劑。 在最初的 6 至 18 小時內,毛細血管損傷會導致血清滲漏,並伴有局部腫脹和水皰形成。 水泡應保持完整,以防止感染。

              非凍傷

              病理生理学

              長時間暴露在冰點以上的寒冷和潮濕條件下,加上固定不動導致靜脈停滯是 NFCI 的先決條件。 脫水、食物不足、壓力、並發疾病或損傷以及疲勞是促成因素。 NFCI 幾乎只影響腿和腳。 這種類型的嚴重傷害在平民生活中很少見,但在戰時和災難中,它一直是並將永遠是一個嚴重的問題,最常見的原因是由於症狀的首次出現緩慢而模糊而沒有意識到這種情況。

              NFCI 可以在環境溫度低於體溫的任何條件下發生。 與 FCI 一樣,交感神經收縮纖維連同寒冷本身會引起長時間的血管收縮。 初始事件本質上是流變性的,類似於在缺血再灌注損傷中觀察到的事件。 除了低溫的持續時間之外,受害者的易感性似乎也很重要。

              由於缺血性損傷引起的病理變化影響許多組織。 肌肉退化、壞死、纖維化和萎縮; 骨骼顯示早期骨質疏鬆症。 特別令人感興趣的是對神經的影響,因為神經損傷會導致疼痛,長時間的感覺遲鈍和多汗症通常是這些損傷的後遺症。

              臨床圖片

              在非凍傷中,受害人意識到威脅性危險為時已晚,因為最初的症狀非常模糊。 腳變得又冷又腫。 他們感到沉重、木質和麻木。 腳呈現為冰涼、疼痛、柔軟,通常腳底起皺。 第一局部缺血階段持續數小時至數天。 隨後是 2 至 6 週的充血期,在此期間足部溫暖、脈搏跳動和水腫加重。 水皰和潰瘍並不少見,嚴重時會出現壞疽。

              治療

              治療首先是支持性的。 在工地上,應仔細擦乾腳,但要保持涼爽。 另一方面,全身要暖和。 應提供大量熱飲。 與凍傷相反,NFCI 永遠不應該被主動加熱。 只有當組織中存在冰晶時,才允許對局部冷傷進行溫水治療。 進一步的治療通常應該是保守的。 然而,發熱、彌散性血管內凝血跡象和受影響組織的液化需要手術干預,偶爾會以截肢告終。

              非凍傷是可以預防的。 應盡量減少曝光時間。 充分的足部護理很重要,及時擦乾足部,以及換成乾襪子的設施。 盡可能抬高雙腳休息和喝熱飲看似荒謬,但往往至關重要。

              低溫

              體溫過低是指體溫低於正常水平。 然而,從熱的角度來看,身體由兩個區域組成——外殼和核心。 前者是表面的,其溫度根據外部環境變化很大。 核心由更深的組織(例如,大腦、心臟和肺以及上腹部)組成,身體努力將核心溫度維持在 37 ± 2ºC。 當體溫調節受損並且核心溫度開始下降時,個體會遭受冷應激,但直到中心溫度達到 35ºC 時才被認為處於體溫過低狀態。 在 35 至 32ºC 之間,體溫過低屬於輕度; 32 到 28ºC 之間為中度,低於 28ºC 為重度(表 16)。

              降低核心溫度的生理效應

              當核心溫度開始下降時,強烈的血管收縮將血液從外殼重新引導至核心,從而阻止熱量從核心傳導至皮膚。 為了保持溫度,會引起顫抖,通常在肌肉張力增加之前。 最大程度的顫抖可以使新陳代謝率增加四到六倍,但隨著不自主收縮的波動,最終結果通常不會超過一倍。 心率、血壓、心輸出量和呼吸頻率增加。 血容量的集中導致以鈉和氯為主要成分的滲透壓利尿。

              早期體溫過低時的心房易激惹常誘發心房顫動。 在較低溫度下,心室期外收縮很常見。 死亡發生在 28ºC 或以下,最常見的原因是心室顫動; 心搏停止也可能隨之發生。

              體溫過低會抑制中樞神經系統。 疲倦和冷漠是核心溫度降低的早期跡象。 這種影響會損害判斷力,導致行為異常和共濟失調,並在 30 至 28ºC 之間導致嗜睡和昏迷。

              神經傳導速度隨溫度降低而降低。 構音障礙、笨拙和跌跌撞撞是這種現象的臨床表現。 寒冷還會影響肌肉和關節,影響體力活動。 它減慢了反應時間和協調性,並增加了錯誤的頻率。 即使在輕度體溫過低的情況下也能觀察到肌肉僵硬。 如果核心溫度低於 30ºC,則無法進行體育鍛煉。

              暴露於異常寒冷的環境是發生體溫過低的基本前提。 極端年齡是危險因素。 體溫調節功能受損的老年人,或肌肉質量和絕緣脂肪層減少的人,患體溫過低的風險更大。

              分類

              從實用的角度來看,低溫的以下細分是有用的(另見表 16):

                • 意外體溫過低
                • 急性浸入式低溫
                • 亞急性疲勞性低溫
                • 外傷時體溫過低
                • 亞臨床慢性低體溫症。

                         

                        急性浸入式低溫 當一個人掉進冷水中時就會發生。 水的導熱係數約為空氣的 25 倍。 冷應力變得如此之大,以至於儘管身體產生了最大的熱量,但核心溫度還是被迫降低了。 在受害者筋疲力盡之前體溫過低。

                        亞急性疲勞性低溫 寒冷環境中的任何工人以及山區的滑雪者、登山者和步行者都可能發生。 在這種體溫過低的情況下,只要有能量來源,肌肉活動就會維持體溫。 然而,低血糖會確保受害者處於危險之中。 即使是相對溫和的冷暴露也可能足以繼續冷卻並導致危險情況。

                        低溫 有重大創傷 是不祥之兆。 受傷的人通常無法保持體溫,輸注冷液和脫掉衣服可能會加劇熱量損失。 體溫過低的休克患者的死亡率比正常體溫的患者高得多。

                        亞臨床慢性低體溫 老年人經常遇到,通常與營養不良、衣著不當和行動不便有關。 酒精中毒、藥物濫用和慢性代謝疾病以及精神疾病是導致這種體溫過低的原因。

                        院前管理

                        患有體溫過低的工人的初級保健的主要原則是防止進一步的熱量損失。 應將有意識的受害者轉移到室內,或至少轉移到避難所。 脫掉濕衣服並儘量使人絕緣。 必須讓受害人保持臥位並蒙住頭部。

                        急性浸入式低溫患者需要的治療與亞急性疲勞性低溫患者所需的治療完全不同。 沉浸受害者通常處於更有利的境地。 核心溫度下降發生在身體變得疲憊之前很久,並且產生熱量的能力保持不變。 水和電解質平衡沒有紊亂。 因此,可以通過快速浸入浴中來治療這樣的個體。 如果沒有浴缸,請將患者的腳和手放入溫水中。 局部熱量打開動靜脈分流器,迅速增加四肢的血液循環並加強升溫過程。

                        另一方面,在疲勞性低體溫症中,受害者的情況要嚴重得多。 熱量儲備被消耗,電解質平衡紊亂,最重要的是,人脫水了。 受冷後立即開始冷利尿; 與寒冷和風的鬥爭誇大了出汗,但在寒冷乾燥的環境中不會感覺到這一點; 最後,受害者不會感到口渴。 由於存在誘發低血容量性休克的風險,決不能在野外快速復溫患有疲勞性低體溫症的患者。 通常,最好不要在野外或在送往醫院的途中主動給患者復溫。 在無法控制隨之而來的並發症的情況下,長期保持體溫過低的狀態遠好於熱情地為患者保暖。 必須輕柔地對待患者,以盡量減少可能發生心室顫動的風險。

                        即使是訓練有素的醫務人員也常常難以確定體溫過低的人是否還活著。 表面上的心血管衰竭實際上可能只是心輸出量下降。 通常需要至少一分鐘的觸診或聽診來檢測自發脈搏。

                        在現場很難決定是否實施心肺復蘇 (CPR)。 如果有任何生命跡象,CPR 是禁忌的。 過早地進行胸外按壓可能會誘發心室顫動。 然而,在有人目擊心臟驟停並且情況允許合理且連續地執行程序時,應立即啟動心肺復蘇術。

                        健康與寒冷

                        穿著合適的衣服和設備並在適合任務的組織中工作的健康人不會處於健康風險狀態,即使天氣非常寒冷。 生活在寒冷氣候地區長期暴露在寒冷中是否意味著健康風險是有爭議的。 對於有健康問題的人來說,情況就大不相同了,冷暴露可能是個問題。 在某些情況下,寒冷暴露或暴露於寒冷相關因素或寒冷與其他風險的組合會產生健康風險,尤其是在緊急情況或事故情況下。 在偏遠地區,當與主管溝通困難或不存在時,必須允許員工自己決定是否存在健康風險情況。 在這些情況下,他們必須採取必要的預防措施以確保情況安全或停止工作。

                        在北極地區,氣候和其他因素可能非常嚴酷,因此必須考慮其他因素。

                        傳染性疾病。 傳染病與感冒無關。 地方病發生在北極和亞北極地區。 個人的急性或慢性傳染病要求停止暴露於寒冷和艱苦的工作。

                        沒有發燒或一般症狀的普通感冒不會使在寒冷中工作有害。 然而,對於患有哮喘、支氣管炎或心血管疾病等並發症的人來說,情況就不同了,建議在寒冷季節在溫暖的室內工作。 這對於伴有發燒、劇烈咳嗽、肌肉疼痛和全身狀況受損的感冒也有效。

                        哮喘和支氣管炎多見於寒冷地區。 接觸冷空氣通常會使症狀惡化。 在寒冷季節更換藥物有時會減輕症狀。 使用藥用吸入器也可以幫助一些人。

                        患有哮喘或心血管疾病的人可能會對吸入冷空氣產生支氣管收縮和血管痙攣的反應。 已經證明,在寒冷氣候下進行數小時高強度訓練的運動員會出現哮喘症狀。 肺道廣泛降溫是否是主要解釋尚不清楚。 現在市場上有特殊的輕型面罩,它們確實提供了某種熱交換器功能,從而節約了能源和水分。

                        一種地方性的慢性病是“愛斯基摩肺病”,典型的情況是長期暴露在極端寒冷和艱苦工作中的愛斯基摩獵人和捕獵者。 進行性肺動脈高壓通常以右心衰竭告終。

                        心血管疾病。 暴露於寒冷對心血管系統的影響程度更高。 從交感神經末梢釋放的去甲腎上腺素會提高心輸出量和心率。 心絞痛引起的胸痛通常在寒冷的環境中加重。 暴露在寒冷中會增加梗死的風險,尤其是在艱苦的工作中。 寒冷會使血壓升高,並增加腦出血的風險。 因此,應警告處於危險中的個人,並減少他們在寒冷中從事艱苦工作的機會。

                        經常觀察到冬季死亡率增加。 原因之一可能是前面提到的心臟工作增加,導致敏感人群出現心律失常。 另一個觀察是在寒冷季節血細胞比容增加,導致血液粘度增加和流動阻力增加。 一個合理的解釋是,寒冷的天氣可能會使人們承受突然的、非常重的工作負荷,例如清雪、在深雪中行走、滑倒等。

                        代謝紊亂。 在世界上較寒冷的地區,糖尿病的發病率也較高。 即使是沒有並發症的糖尿病,尤其是在使用胰島素治療的情況下,也可能導致在更偏遠的地區無法進行寒冷的戶外工作。 早期外周動脈硬化使這些人對寒冷更加敏感,並增加了局部凍傷的風險。

                        甲狀腺功能受損的人由於缺乏產熱激素很容易出現體溫過低,而甲狀腺功能亢進的人即使穿著輕便也能忍受寒冷。

                        有這些診斷的患者應該得到衛生專業人員的額外關注,並被告知他們的問題。

                        肌肉骨骼問題。 感冒本身不應引起肌肉骨骼系統疾病,甚至風濕病也不會。 另一方面,在寒冷條件下工作往往對肌肉、肌腱、關節和脊柱要求很高,因為這類工作通常涉及高負荷。 關節的溫度比肌肉的溫度下降得更快。 冷關節是僵硬的關節,因為滑液粘度增加導致運動阻力增加。 寒冷會降低肌肉收縮的力量和持續時間。 再加上繁重的工作或局部超負荷,受傷的風險會增加。 此外,防護服可能會削弱控制身體部位運動的能力,從而增加風險。

                        手部關節炎是一個特殊的問題。 人們懷疑經常受涼可能會導致關節炎,但迄今為止科學證據不足。 現有的手部關節炎會降低手部在寒冷中的功能並導致疼痛和不適。

                        冷凍病。 冷凍病是個體對寒冷過敏的疾病。 症狀各不相同,包括涉及血管系統、血液、結締組織、“過敏”等的症狀。

                        有些人手指變白。 皮膚上出現白點、發涼、功能下降和疼痛是手指接觸寒冷時的症狀。 這些問題在女性中更為常見,但最常見於吸煙者和使用振動工具或駕駛雪地摩託的工人。 症狀可能非常麻煩,即使是輕微的寒冷暴露也無法工作。 某些類型的藥物也會使症狀惡化。

                        寒冷性蕁麻疹, 由於肥大細胞致敏,表現為皮膚受冷部位出現瘙癢性紅斑。 如果停止接觸,症狀通常會在一小時內消失。 很少有這種疾病並發一般和更具威脅性的症狀。 如果是這樣,或者如果蕁麻疹本身很麻煩,則應避免接觸任何類型的感冒。

                        手足發紺 表現為受冷後皮膚顏色向紫紺的變化。 其他症狀可能是手和手指在手足發紺區的功能障礙。 這些症狀很常見,通常可以通過減少接觸寒冷(例如穿合適的衣服)或減少尼古丁的使用來減輕。

                        心理壓力。 寒冷暴露,尤其是與寒冷相關因素和偏遠地區相結合,不僅在生理上而且在心理上都會給個體帶來壓力。 在寒冷的氣候條件下、惡劣的天氣、長距離以及可能存在潛在危險的情況下工作時,心理壓力會嚴重干擾甚至惡化個人的心理功能,以至於無法安全地完成工作。

                        吸煙和吸鼻煙。 吸煙以及某種程度上吸鼻煙的長期不健康影響是眾所周知的。 尼古丁會增加外周血管收縮,降低靈巧度並增加凍傷的風險。

                        醇。 飲酒給人一種愉快的溫暖感覺,一般認為酒精會抑制寒冷引起的血管收縮。 然而,在相對較短的寒冷暴露期間​​對人類進行的實驗研究表明,酒精不會在更大程度上乾擾熱平衡。 然而,顫抖變得受損,再加上劇烈運動,熱量損失會變得明顯。 眾所周知,酒精是導致城市體溫過低的主要原因。 它給人一種虛張聲勢的感覺,影響判斷力,導致忽視預防措施。

                        懷孕。 懷孕期間的女性對寒冷並不敏感。 相反,由於新陳代謝增加,它們可能不那麼敏感。 懷孕期間的危險因素與寒冷相關因素相結合,例如事故風險、衣服笨拙、提重物、滑倒和極端工作姿勢。 因此,醫療系統、社會和用人單位應格外關注從事冷工的孕婦。

                        藥理與感冒

                        寒冷暴露期間​​藥物的負面副作用可能是體溫調節(全身或局部),或者藥物的作用可能會改變。 只要工人保持正常體溫,大多數處方藥就不會影響工作表現。 然而,鎮靜劑(例如,巴比妥類藥物、苯二氮卓類藥物、酚噻嗪類藥物以及環狀抗抑鬱藥)可能會擾亂警覺性。 在威脅情況下,抵禦體溫過低的防禦機制可能會受損,對危險情況的意識也會降低。

                        β-受體阻滯劑誘導外周血管收縮並降低對寒冷的耐受性。 如果一個人需要藥物治療並且在他或她的工作環境中暴露於寒冷,則應注意這些藥物的負面副作用。

                        另一方面,沒有藥物或任何其他飲用、食用或以其他方式施用於身體的藥物或其他任何東西已被證明能夠增加正常的熱量產生,例如在體溫過低或凍傷威脅的緊急情況下。

                        健康控製程序

                        與寒冷應激、寒冷相關因素以及事故或創傷相關的健康風險僅在有限的範圍內為人所知。 能力和健康狀況存在很大的個體差異,這需要仔細考慮。 如前所述,特殊疾病、藥物和其他一些因素可能會使人更容易受到寒冷影響。 健康控制計劃應該是僱傭程序的一部分,也是員工重複的活動。 表 6 指定了在不同類型的冷加工中要控制的因素。

                        表 6. 暴露於冷應激和冷相關因素的人員健康控制計劃的推薦組成部分

                        因子

                        戶外工作

                        冷庫工作

                        北極和亞北極工作

                        傳染性疾病

                        **

                        **

                        ***

                        心血管疾病

                        ***

                        **

                        ***

                        代謝性疾病

                        **

                        *

                        ***

                        肌肉骨骼問題

                        ***

                        *

                        ***

                        冷凍病

                        **

                        **

                        **

                        心理壓力

                        ***

                        **

                        ***

                        吸煙和吸鼻煙

                        **

                        **

                        **

                        酒精

                        ***

                        **

                        ***

                        懷孕

                        **

                        **

                        ***

                        藥物治療

                        **

                        *

                        ***

                        *= 常規控制, **= 需要考慮的重要因素, ***= 非常重要的考慮因素。

                         

                        冷應激的預防

                        人類適應

                        與剛開始暴露在寒冷環境中相比,反复暴露在寒冷環境中的人會感覺不適感減輕,並學會以個性化和更有效的方式適應和應對環境。 這種習慣減少了一些喚醒和分心的影響,並提高了判斷力和預防能力。

                        行為

                        預防和控製冷應激的最明顯和自然的策略是預防和有意識的行為。 生理反應在防止熱量損失方面不是很有效。 因此,人類極度依賴外部措施,例如衣服、住所和外部供熱。 服裝和裝備的不斷改進和完善為成功和安全地禦寒提供了基礎。 但是,必鬚根據國際標準對產品進行充分測試。

                        預防和控製冷暴露的措施通常是雇主或主管的責任。 然而,保護措施的效率在很大程度上取決於個體工人的知識、經驗、動機和能力,以根據他或她的要求、需要和偏好做出必要的調整。 因此,教育、信息和培訓是健康控制計劃的重要組成部分。

                        馴化

                        有證據表明對長期寒冷暴露有不同類型的適應。 改進的手和手指循環允許維持較高的組織溫度並產生更強的冷誘導血管舒張(見圖 18)。 在手反复冷暴露後,手動性能得到更好的保持。

                        反复的全身冷卻似乎可以增強外周血管收縮,從而增加表面組織絕緣。 韓國潛水採珠女性在冬季表現出明顯的皮膚絕緣性增強。 最近的調查表明,潛水服的引入和使用大大降低了冷應激,以至於組織絕緣性沒有改變。

                        已經提出了三種可能的適應:

                          • 增加組織絕緣(如前所述)
                          • 體溫過低反應(核心溫度的“受控”下降)
                          • 代謝反應(增加新陳代謝)。

                               

                              最明顯的適應應該發生在寒冷地區的土著人身上。 然而,現代技術和生活習慣已經減少了大多數極端類型的寒冷暴露。 衣服、加熱的避難所和有意識的行為使大多數人能夠在皮膚表面保持近乎熱帶的氣候(微氣候),從而減少冷應激。 對生理適應的刺激變弱。

                              今天最寒冷的群體可能屬於北極和亞北極地區的極地探險和工業運營。 有幾個跡象表明,在嚴寒暴露(空氣或冷水)下發現的任何最終適應都屬於絕緣類型。 換句話說,可以在減少或不變的熱損失的情況下保持較高的核心溫度。

                              飲食和水平衡

                              在許多情況下,冷加工與高耗能活動有關。 此外,防寒需要重達幾公斤的衣服和裝備。 衣服的束縛效應會增加肌肉力量。 因此,給定的工作任務在寒冷條件下需要更多的能量(和更多的時間)。 通過食物攝入的熱量必須彌補這一點。 應建議戶外工作者增加脂肪提供的卡路里百分比。

                              寒冷作業期間提供的膳食必須提供足夠的能量。 必須包含足夠的碳水化合物,以確保從事艱苦工作的工人的血糖水平穩定且安全。 最近,市場上推出了聲稱可以在寒冷中刺激和增加身體熱量產生的食品。 通常,此類產品僅由碳水化合物組成,迄今為止,它們在測試中未能比同類產品(巧克力)表現更好,或者比其能量含量的預期更好。

                              在寒冷暴露期間​​,水分流失可能會很嚴重。 首先,組織冷卻引起血容量的重新分配,引起“冷利尿”。 任務和服裝必須考慮到這一點,因為它可能會迅速發展並需要緊急執行。 零下條件下幾乎乾燥的空氣允許從皮膚和呼吸道連續蒸發,這是不容易察覺的。 出汗會導致水分流失,應小心控制並最好避免出汗,因為它在被衣服吸收後會對絕緣產生不利影響。 在零下條件下,水並不總是容易獲得。 在戶外,它必須通過融化的雪或冰來供應或生產。 由於存在口渴感,因此強制要求在寒冷環境中的工人經常喝水,以消除逐漸發展的脫水。 缺水可能會導致工作能力下降和凍傷風險增加。

                              空調工人在寒冷中工作

                              到目前為止,使人類適應冷工作的最有效和最適當的措施是通過調節——教育、培訓和實踐。 如前所述,冷暴露調整的成功在很大程度上取決於行為行動。 經驗和知識是這個行為過程的重要元素。

                              對從事冷工作的人員進行基本介紹,了解冷的具體問題。 他們必須收到有關生理和主觀反應、健康方面、事故風險和保護措施(包括衣服和急救)的信息。 他們應該逐漸接受所需任務的培訓。 只有在給定的時間(幾天到幾週)之後,他們才能在極端條件下全天工作。 表 7 提供了關於各種冷加工調節程序內容的建議。

                              表 7. 暴露於寒冷的工人的調節計劃的組成部分

                              元件

                              戶外工作

                              冷庫工作

                              北極和亞北極工作

                              健康控制

                              ***

                              **

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                              基本介紹

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                              **

                              ***

                              預防意外

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                              **

                              ***

                              基本急救

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                              ***

                              ***

                              擴展急救

                              **

                              *

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                              保護措施

                              ***

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                              ***

                              生存訓練

                              看正文

                              *

                              ***

                              *= 常規水平,  **= 需要考慮的重要因素,  ***= 非常重要的考慮因素。

                               

                              基本介紹是指有關特定感冒問題的教育和信息。 事故/傷害的登記和分析是採取預防措施的最佳基礎。 急救培訓應作為全員基礎課,對特定人群進行拓展課。 保護措施是調節程序的自然組成部分,將在下一節中介紹。 生存訓練對於北極和亞北極地區以及其他偏遠地區的戶外工作很重要。

                              技術控制

                              一般原則

                              由於影響人體熱平衡的因素較多,個體差異較大,很難界定持續工作的臨界溫度。 圖 6 中給出的溫度必須被視為通過各種措施改善條件的行動水平。 在低於圖 6 給出的溫度時,應對暴露進行控制和評估。 冷應激的評估技術和限時暴露的建議在本章的其他地方討論。 假定手、腳和身體(衣服)的最佳保護是可用的。 如果保護不當,預計會在相當高的溫度下進行冷卻。

                              圖 6. 人體某些熱失衡可能發展的估計溫度。*

                              HEA090T8

                              表 8 和表 9 列出了可應用於大多數冷加工類型的不同預防和保護措施。 仔細計劃和遠見可以節省很多精力。 給出的例子是建議。 必須強調的是,服裝、設備和工作行為的最終調整必須留給個人。 只有謹慎、智能地將行為與真實環境條件的要求相結合,才能創造安全、高效的暴露。

                              表 8 預防和緩解冷應激各階段工作策略和措施

                              階段/因素

                              怎麼辦

                              規劃階段

                              安排溫暖季節的工作(戶外工作)。

                              檢查是否可以在室內完成工作(對於室外工作)。

                              在寒冷的工作和穿防護服的情況下,為每項任務留出更多時間。

                              分析工作工具和設備的適用性。

                              考慮到任務、負荷和保護級別,以合適的勞逸結合方式組織工作。

                              為恢復提供加熱空間或加熱庇護所。

                              為正常條件下的複雜工作任務提供培訓。

                              檢查工作人員的病歷。

                              確定員工的適當知識和能力。

                              提供有關風險、問題、症狀和預防措施的信息。

                              將貨物和工人線分開,並保持不同的溫度區域。

                              注意空氣的低流速、低濕度和低噪音水平-
                              調節系統。

                              提供額外人員以縮短暴露時間。

                              選擇合適的防護服和其他防護設備。

                              換班前

                              檢查工作開始時的氣候條件。

                              安排適當的工作休息方案。

                              允許單獨控制工作強度和服裝。

                              選擇合適的衣服和其他個人裝備。

                              查看天氣和預報(室外)。

                              準備時間表和控制站(室外)。

                              組織通信系統(室外)。

                              輪班期間

                              在加熱的避難所中提供休息和休息時間。

                              提供熱飲和食物的頻繁休息時間。

                              在工作強度和持續時間方面注意靈活性。

                              提供更換衣物(襪子、手套等)。

                              防止熱量損失到冷表面。

                              最小化工作區的空氣速度。

                              保持工作場所遠離水、冰和雪。

                              固定站立工作場所的絕緣地面。

                              提供額外的衣物以保暖。

                              監控主觀反應(夥伴系統)(戶外)。

                              定期向工頭或基地(室外)報告。

                              在嚴重暴露(室外)後提供足夠的恢復時間。

                              防止風影響和降水(室外)。

                              監測氣候條件並預測天氣變化(室外)。

                              資料來源:修改自 Holmér 1994。

                               

                              表 9. 與特定因素和設備相關的策略和措施

                              行為

                              留出時間調整衣服。

                              在改變工作頻率和/或暴露條件之前適時調整衣服,防止出汗和受冷影響。

                              調整工作速度(保持最少的出汗)。

                              避免工作強度的快速變化。

                              允許攝入足夠的熱飲和熱食。

                              留出時間返回保護區(避難所、溫暖的房間)(室外)。

                              防止衣服被水或雪弄濕。

                              允許在保護區(室外)進行充分恢復。

                              向領班或基地(室外)匯報工作進展情況。

                              報告與計劃和時間表(室外)的重大偏差。

                              服装

                              選擇您以前有經驗的服裝。

                              對於新衣服,選擇經過測試的衣服。

                              根據預期的氣候和活動選擇絕緣水平。

                              注意服裝系統的靈活性,以允許對絕緣進行很大的調整。

                              服裝必須易於穿脫。

                              通過適當選擇面料來減少層與層之間的內摩擦。

                              選擇外層的大小以為內層騰出空間。

                              採用多層系統:—內層微溫控制—中層保溫控制—外層環保。

                              如果不能充分控制出汗,內層應不吸水。

                              如果預計不會出汗或出汗很少,則內層可能具有吸水性。

                              內層可能由雙功能織物組成,即與皮膚接觸的纖維不吸水,而靠近中間層的纖維吸水或吸濕。

                              中間層應提供閣樓以允許停滯的空氣層。

                              中間層應該是形狀穩定和有彈性的。

                              中間層可由蒸汽阻擋層保護。

                              服裝應在腰部和背部區域提供足夠的重疊。

                              必鬚根據額外的保護要求選擇外層,例如風、水、油、火、撕裂或磨損。

                              外衣的設計必須能夠輕鬆、廣泛地控制頸部、袖子、手腕等處的開口,以調節內部空間的通風。

                              拉鍊和其他緊固件必須在下雪和刮風的條件下也能正常工作。

                              應避免使用按鈕。

                              衣服應允許即使手指冰冷、笨拙也能操作。

                              設計必須允許彎曲姿勢,而不會壓縮層和絕緣損失。

                              避免不必要的限制。

                              攜帶額外的防風毯(注意!鍍鋁“宇航員毯”的防風效果並沒有超出預期。一個大的聚乙烯垃圾袋具有相同的效果)。

                              教育培訓

                              提供有關感冒特殊問題的教育和信息。

                              提供冷傷急救和治療方面的信息和培訓。

                              在受控的寒冷條件下測試機械、工具和設備。

                              選擇經過測試的商品(如果有)。

                              在受控的寒冷條件下訓練複雜的操作。

                              告知事故和事故預防。

                              手飾

                              手套提供最好的整體絕緣。

                              連指手套應允許在下面戴上精美的手套。

                              長時間的曝光需要精細的手工操作,必須通過頻繁的熱身休息來攔截。

                              袖珍加熱器或其他外部熱源可能會阻止或延遲手部冷卻。

                              衣服的袖子必須能夠輕鬆容納手套或連指手套的部分——在下面或上面。

                              外衣在脫下時必須便於存放或固定手飾。

                              鞋類

                              靴子應提供對地(鞋底)的高度絕緣。

                              鞋底應由柔性材料製成並具有防滑圖案。

                              選擇靴子的尺寸,以便它可以容納幾層襪子和一個鞋墊。

                              大多數鞋類的透氣性很差,因此應通過經常更換襪子和鞋墊來控制水分。

                              通過內層和外層之間的蒸汽屏障控制水分。

                              讓靴子在輪班之間完全乾燥。

                              衣服的腿部必須能夠輕鬆容納靴子的部分——在下面或上面。

                              帽子

                              柔性頭盔是控制熱量和全身熱損失的重要工具。

                              頭飾應防風。

                              設計應充分保護耳朵和頸部。

                              設計必須適應其他類型的保護設備(例如,耳罩、護目鏡)。

                              底妝

                              面罩應防風和絕緣。

                              金屬細節不應接觸皮膚。

                              可以通過特殊的呼吸面罩或口罩實現對吸入空氣的顯著加熱和加濕。

                              在戶外使用護目鏡,尤其是在雨夾雪和雪天。

                              使用眼睛保護裝置防止紫外線輻射和眩光。

                              設備工具

                              選擇適用於寒冷條件並經過測試的工具和設備。

                              選擇允許戴手套操作的設計。

                              預熱工具和設備。

                              將工具和設備存放在加熱空間中。

                              絕緣工具和設備的手柄。

                              機械

                              選擇適合在寒冷環境中運行的機器。

                              將機器存放在受保護的空間內。

                              使用前預熱機器。

                              絕緣手柄和控制。

                              設計用於戴手套操作的手柄和控件。

                              為惡劣條件下的輕鬆維修和保養做好準備。

                              職場

                              保持盡可能低的氣流速度。

                              使用防風罩或防風衣。

                              長時間站立、跪著或躺著工作時對地進行絕緣。

                              通過輕型、固定式工作提供輔助加熱。

                              資料來源:根據 Holmér 1994 修改。

                               

                              美國政府工業衛生學家會議 (ACGIH 1992) 已就應採取某些措施的氣候條件提出了一些建議。 基本要求是:

                                • 為工人提供足夠和適當的防護服
                                • 年長工人或有循環系統問題的工人應採取特殊預防措施。

                                  下面介紹了與提供手部保護、工作場所設計和工作實踐相關的進一步建議。

                                  手部防護

                                  低於 16ºC 的精細徒手操作需要加熱雙手。 在低於 –1ºC 的溫度下,工具和桿的金屬手柄應覆蓋絕緣材料。 當 –7ºC 或更低溫度的表面觸手可及時,應佩戴防接觸手套。 在 –17ºC 時,必須使用絕緣手套。 應處理溫度低於 4 °C 的蒸發液體,以避免濺到裸露或保護不佳的皮膚區域。

                                  工作實踐

                                  低於 –12ºC 等效冷凍溫度時,工人應受到持續監督(夥伴系統)。 表 18 中給出的許多措施都適用。 隨著溫度的降低,對工人進行安全和健康程序方面的指導變得越來越重要。

                                  工作場所設計

                                  工作場所必須避風,風速保持在 1 m/s 以下。 適當時應穿防風衣。 必須為陽光和積雪覆蓋的地面的特殊室外條件提供眼睛保護。 建議對經常在低於 –18ºC 的寒冷環境中工作的人員進行體檢。 關於工作場所監測的建議包括以下內容:

                                    • 當溫度低於 16ºC 時,應安排合適的測溫儀。
                                    • 應至少每 4 小時監測一次室內風速。
                                    • 室外工作需要測量風速和低於 –1ºC 的空氣溫度。
                                    • 應根據風和空氣溫度的組合來確定等效冷卻溫度。

                                           

                                          表 8 和表 9 中的大部分建議都是務實和直接的。

                                          著裝是個人駕馭最重要的措施。 與包含多層功能的單件服裝相比,多層方法允許更靈活的解決方案。 然而,最終,工人的具體需求應該是最實用系統的最終決定因素。 衣服可以防止冷卻。 另一方面,在寒冷中穿得過多是一個普遍問題,北極探險的極端暴露也有報導。 穿得過多可能會迅速導致大量汗水積聚在衣服層中。 在低活動期間,潮濕衣服的干燥會增加身體的熱量損失。 明顯的預防措施是通過適當選擇衣服和及早調整工作速度和氣候條件的變化來控制和減少出汗。 沒有一種服裝面料既能吸收大量汗水,又能保持良好的舒適性和保暖性。 儘管吸收了一些水分(回潮),羊毛仍然保持高挺和表面乾燥,但大量的汗液會凝結並引起與其他織物類似的問題。 水分會產生一些熱量釋放,並可能有助於保暖。 然而,當羊毛衣服在身上晾乾時,過程與上面討論的相反,人不可避免地會感到涼爽。

                                          現代纖維技術產生了許多用於服裝製造的新材料和麵料。 現在可以買到兼具防水性和良好水蒸氣滲透性或高絕緣性且重量和厚度更輕的服裝。 然而,必須選擇具有經過保證的測試特性和功能的服裝。 許多產品都試圖模仿更昂貴的原始產品。 其中一些質量很差,使用起來甚至可能有危險。

                                          防寒性能主要取決於整套服裝的隔熱值(clo 值)。 然而,外層的透氣性、透濕性和防水性等性能對於防寒來說尤為重要。 國際標準和測試方法可用於測量和分類這些特性。 同樣,可以使用歐洲標準 EN 511 和 EN 344(CEN 1992、1993)等國際標準測試手飾和鞋類的防寒性能。

                                          戶外冷作

                                          室外冷作業的具體問題是可能導致冷應激的氣候因素的集合。 風和低氣溫的結合顯著增加了環境的冷卻能力,這必須在工作組織、工作場所屏蔽和服裝方面加以考慮。 降水,無論是在空中的雪或雨,還是在地面上,都需要進行調整。 天氣條件的變化要求工人計劃、攜帶和使用額外的衣物和設備。

                                          戶外工作的大部分問題與輪班期間活動和氣候的有時巨大變化有關。 沒有可用的服裝系統可以適應如此大的變化。 因此,必須經常更換和調整衣服。 否則可能會因保護不足而降溫,或因穿太多衣服而出汗和過熱。 在後一種情況下,大部分汗水會凝結或被衣服吸收。 在休息和低活動期間,濕衣服代表著潛在的危險,因為它的干燥會排出體內的熱量。

                                          戶外工作的保護措施包括適當的工作休息方案,在加熱的避難所或小屋中進行休息。 帶或不帶額外供暖的帳篷可以保護固定工作任務免受風和降水的影響。 紅外線或燃氣加熱器的局部加熱可用於某些工作任務。 零部件的預製可在室內進行。 在零下條件下,應定期監測包括天氣在內的工作場所條件。 必須制定明確的規則,規定當情況惡化時應採取何種程序。 最終針對風(風寒指數)進行校正的溫度水平應達成一致並與行動計劃相關聯。

                                          冷庫工作

                                          冷凍食品需要在低環境溫度 (–20ºC) 下儲存和運輸。 在世界大部分地區都可以找到冷庫工作。 這種人工冷暴露的特點是氣候恆定、可控。 工人可能會在倉庫外進行連續性工作,或者最常見的間歇性工作,在寒冷和溫帶或溫暖氣候之間轉換。

                                          只要工作需要一定的體力,選擇合適的防護服就可以達到熱平衡。 手腳的特殊問題通常需要每 1.5 至 2 小時定期休息一次。 休息時間必須足夠長以允許復溫(20 分鐘)。

                                          手動處理冷凍貨物需要具有足夠絕緣性的防護手套(特別是手掌)。 歐洲標準 EN 511 中給出了防寒手套的要求和測試方法,在本章的“寒冷指數和標準”一文中有更詳細的描述。 放置在固定工作場所的局部加熱器(例如,紅外線輻射器)可改善熱平衡。

                                          冷庫中的許多工作都是用叉車完成的。 大多數這些車輛都是開放的。 駕駛會產生相對風速,這與低溫相結合會增加身體冷卻。 此外,工作本身相當輕,相關的代謝熱產生量也很低。 因此,所需的衣服隔熱性非常高(大約 4 克洛)並且不能滿足大多數類型的工作服的使用。 司機會著涼,首先是腳和手,而且必須限制接觸時間。 根據防護服的情況,安排適當的工作時間安排,包括寒冷環境下的工作和正常環境下的工作或休息。 改善熱平衡的一個簡單措施是在卡車上安裝加熱座椅。 這可能會延長在寒冷環境中的工作時間並防止座椅和靠背局部冷卻。 更複雜和昂貴的解決方案包括使用加熱駕駛室。

                                          特殊問題出現在炎熱的國家,那裡的冷庫工作人員,通常是卡車司機,會間歇性地暴露在寒冷 (–30ºC) 和高溫 (30ºC) 的環境中。 對每種條件的短暫暴露(1 至 5 分鐘)使得難以穿上合適的衣服——對於戶外時間來說可能太暖和對於冷藏工作來說太冷。 一旦窗戶結露問題得到解決,卡車駕駛室可能是一種解決方案。 必鬚根據工作任務和可用保護製定適當的工作休息方案。

                                          涼爽的工作場所,例如在新鮮食品行業中,根據類型的不同,其氣候條件為 +2 至 +16ºC。 條件有時以相對濕度高為特徵,在冷點和潮濕或水覆蓋的地板上引起水凝結。 在這樣的工作場所,滑倒的風險會增加。 問題可以通過良好的工作場所衛生和清潔程序來解決,這有助於降低相對濕度。

                                          工作站的局部風速通常過高,導致通風不良。 這些問題通常可以通過改變或調整冷空氣入口或重新佈置工作站來解決。 由於輻射熱交換增加,靠近工作站的冷凍或冷藏貨物緩衝區可能會導致吃水感。 必鬚根據對要求的評估來選擇服裝。 應該使用 IREQ 方法。 此外,衣服的設計應能防止局部通風、潮濕和水。 食品處理的特殊衛生要求對服裝的設計和類型(即外層)提出了一些限制。 合適的服裝系統必須將內衣、絕緣中間層和外層整合在一起,形成一個功能充分的保護系統。 由於衛生要求,通常需要戴頭套。 然而,用於此目的的現有頭飾通常是紙帽,它不能提供任何防寒保護。 類似地,鞋類通常包括木底鞋或輕便鞋,絕緣性能差。 選擇更合適的頭飾和鞋類應該能更好地保持這些身體部位的溫暖,並有助於改善全身熱平衡。

                                          許多很酷的工作場所的一個特殊問題是保持手的靈巧性。 當肌肉活動低或中等時,手和手指會迅速變冷。 手套可以提高防護能力,但會削弱靈活性。 必須在這兩種需求之間找到微妙的平衡。 切肉通常需要戴金屬手套。 戴在下面的薄紡織手套可能會降低冷卻效果並提高舒適度。 對於許多用途,薄手套可能就足夠了。 防止手部冷卻的其他措施包括提供工具和設備的絕緣手柄或使用紅外輻射器等進行局部加熱。 市場上有電加熱手套,但通常存在人體工學不佳、加熱或電池容量不足等問題。

                                          冷水接觸

                                          在將身體浸入水中期間,短時間內大量熱量損失的可能性很大,並且存在明顯的危險。 水的熱導率比空氣高 25 倍以上,在許多暴露情況下,周圍水吸收熱量的能力實際上是無限的。

                                          熱中性水溫約為 32 至 33ºC,在較低溫度下,身體會通過寒冷的血管收縮和顫抖做出反應。 長時間暴露在溫度在 25 到 30ºC 之間的水中會導致身體變冷並逐漸發展為體溫過低。 自然,隨著水溫的降低,這種反應會越來越強烈、越來越嚴重。

                                          接觸冷水在海上事故和各種水上運動中很常見。 然而,即使在職業活動中,工人也面臨著浸入式低溫的風險(例如,潛水、捕魚、航運和其他海上作業)。

                                          海難的受害者可能不得不進入冷水。 他們的保護措施從單件薄衣服到救生衣不等。 救生衣是船上的必備裝備。 他們應該配備項圈,以減少失去知覺的受害者頭部的熱量損失。 船舶設備、應急程序的效率以及船員和乘客的行為是操作成功和隨後暴露條件的重要決定因素。

                                          潛水員經常進入寒冷的水域。 大多數商業潛水水域的溫度,特別是在某些深度,溫度都很低——通常低於 10ºC。 任何長時間暴露在如此寒冷的水中都需要隔熱潛水服。

                                          熱損失。 水中的熱交換可以簡單地看作是熱量沿著兩個溫度梯度向下流動——一個是內部的,從核心到皮膚,另一個是外部的,從皮膚表面到周圍的水。 體表熱損失可以簡單描述為:

                                          Cw = hc·(Tsk - Tw)·AD

                                          哪裡 Cw 對流熱損失 (W), hc 是對流傳熱係數 (W/°Cm2), Tsk 是平均皮膚溫度(°C), Tw 是水溫(°C)和 AD 是體表面積。 呼吸和非浸沒部件(例如頭部)的熱量損失的小部分可以忽略不計(請參閱下面的潛水部分)。

                                          的價值 hc 在 100 至 600 W/°Cm 的範圍內2. 最低值適用於靜水。 湍流,無論是由游泳運動還是流動的水引起,都會使對流係數增加一倍或三倍。 很容易理解,未受保護的身體可能會因冷水損失大量熱量——最終超過劇烈運動所能產生的熱量。 事實上,在大多數情況下,掉入冷水中的人(穿衣服或脫衣服)通過靜止躺在水中比游泳節省更多熱量。

                                          穿著特殊的防護服可以顯著減少水的熱量損失。

                                          潛水。 在海平面以下數百米的潛水作業必須保護潛水員免受壓力(0.1 ATA 或 10 MPa/30 m)和寒冷的影響。 呼吸冷空氣(或氦氣和氧氣的冷氣體混合物)排出肺組織的體熱。 這種來自身體核心的直接熱損失在高壓下很大,很容易達到比身體靜息代謝熱產生更高的值。 人體對它的感覺很差。 如果身體表面溫暖,可能會出現危險的低內部溫度而不會出現顫抖反應。 現代海上工作需要為潛水員的潛水服和呼吸器提供額外的熱量,以補償大量的對流熱損失。 在深海潛水中,舒適區比海平面狹窄且溫暖:在 32 至 20 ATA(30 至 2 MPa)時為 3 至 32ºC,在 34 ATA(50 MPa)時增加至 5 至 XNUMXºC。

                                          生理因素: 冷浸會引發強烈、急性的呼吸驅動。 最初的反應包括“吸氣喘息”、換氣過度、心動過速、外周血管收縮和高血壓。 幾秒鐘的吸氣呼吸暫停之後是通氣增加。 反應幾乎不可能自願控制。 因此,如果海面波濤洶湧並且身體被淹沒,人可能很容易吸入水。 因此,接觸極冷水的最初幾秒鐘是危險的,可能會突然溺水。 緩慢浸泡和適當保護身體可減少反應並更好地控制呼吸。 反應逐漸消退,通常會在幾分鐘內實現正常呼吸。

                                          皮膚表面快速的熱損失率強調了減少核心到皮膚熱流的內部(生理或體質)機制的重要性。 血管收縮可減少肢體血流量並保留中央熱量。 運動會增加肢體血流量,並且與增加的外部對流相結合,儘管產生的熱量增加,但它實際上可能會加速熱量散失。

                                          在極冷的水中浸泡 5 至 10 分鐘後,肢體溫度會迅速下降。 神經肌肉功能惡化,協調和控制肌肉性能的能力下降。 游泳成績可能會嚴重下降,並很快使人在開闊水域處於危險之中。

                                          體型是另一個重要因素。 在給定的環境條件下,高個子的體表面積更大,比矮個子的人散失更多的熱量。 然而,相對較大的體重以兩種方式彌補了這一點。 與較大的表面積相關的代謝熱產生率增加,並且在給定體溫下的熱含量更大。 後一個因素包括更大的熱損失緩沖和更慢的核心溫度下降速度。 兒童比成人面臨更大的風險。

                                          到目前為止,最重要的因素是身體脂肪含量——尤其是皮下脂肪厚度。 脂肪組織比其他組織更絕緣,並且被大部分外周循環繞過。 一旦發生血管收縮,皮下脂肪層就會充當額外的一層。 絕緣效果幾乎與層厚呈線性關係。 因此,女性通常比男性擁有更多的皮膚脂肪,並且在相同條件下失去的熱量更少。 同理,胖人比瘦人好。

                                          個人防護。 如前所述,長時間停留在寒冷和溫帶水域需要潛水服、救生衣或類似設備形式的額外外部絕緣。 泡沫氯丁橡膠潛水服通過材料的厚度(封閉的泡沫細胞)和相對受控的水“滲漏”到皮膚微氣候來提供絕緣。 後一種現象導致水變暖並形成更高的皮膚溫度。 西裝有各種厚度,提供或多或少的絕緣。 濕式潛水服在深處壓縮並因此失去大部分絕緣性。

                                          在低於 10ºC 的溫度下,乾式潛水服已成為標準配置。 它允許維持較高的皮膚溫度,具體取決於穿在防護服下的額外隔熱層的數量。 防護服不漏水是一項基本要求,因為少量的水(0.5 至 1 升)會嚴重降低絕緣能力。 儘管乾式潛水衣在深度處也會壓縮,但會自動或手動從潛水氣瓶中添加干燥空氣以補償減少的體積。 因此,可以保持一定厚度的微氣候空氣層,提供良好的絕緣。

                                          如前所述,深海潛水需要輔助加熱。 呼吸氣體被預熱,防護服被從水面或潛水鐘衝出的溫水加熱。 最近的保暖技術依賴於電加熱內衣或充滿溫暖液體的閉路小管。

                                          手特別容易受涼,可能需要以絕緣或加熱手套的形式提供額外保護。

                                          安全暴露。 體溫過低的迅速發展和暴露在冷水中的迫在眉睫的死亡危險需要對安全和不安全的暴露條件進行某種預測。

                                          圖 7 描繪了典型北海離岸條件下的預測生存時間。 應用的標準是人口的十分之一的核心溫度下降到 34ºC。 假設此級別與有意識且易於管理的人相關。 乾式潛水服的正確穿著、使用和功能可使預計生存時間翻倍。 下面的曲線指的是未受保護的人沉浸在正常的衣服中。 由於衣服完全被水浸透,有效隔熱效果非常小,導致存活時間較短(修改自 Wissler 1988)。

                                          圖 7. 典型北海海上情景的預測生存時間。

                                          HEA090F5

                                          在北極和亞北極地區工作

                                          世界上的北極和亞北極地區除了正常的冷加工之外還存在其他問題。 寒冷的季節恰逢黑暗。 有陽光的日子很短。 這些地區包括加拿大北部、西伯利亞和斯堪的納維亞北部等廣袤、無人或人煙稀少的地區。 此外,大自然是嚴酷的。 運輸發生在很遠的距離並且需要很長時間。 寒冷、黑暗和偏遠的結合需要在工作組織、準備和設備方面進行特殊考慮。 尤其是,必須提供生存和急救培訓,並提供適當的設備並使其在工作中易於使用。

                                          正如其他地方提到的,對於北極地區的工作人口來說,存在許多威脅健康的危害。 事故和受傷的風險很高,藥物濫用很普遍,文化模式產生問題,地方/本土文化與現代西方工業需求之間的對抗也是如此。 雪地摩托駕駛是典型北極條件下多重風險暴露的一個例子(見下文)。 冷應激被認為是導致某些疾病發生頻率更高的風險因素之一。 地理隔離是在一些本土地區產生不同類型遺傳缺陷的另一個因素。 地方病——例如,某些傳染病——也具有地方或區域重要性。 由於新環境、偏遠地區、惡劣的氣候條件、孤立和意識,定居者和外來務工人員也面臨著繼發於各種心理壓力反應的更高風險。

                                          必須考慮針對此類工作的具體措施。 工作必須以三人一組的方式進行,以便在緊急情況下,一個人可以去求助,而一個人則負責照顧遇難者,例如發生事故。 必須考慮日光和氣候的季節性變化,並相應地規劃工作任務。 必須檢查工人是否有健康問題。 如果需要,必須提供用於緊急情況或生存情況的額外設備。 汽車、卡車或雪地摩託等車輛必須攜帶用於維修和緊急情況的特殊設備。

                                          這些地區的一個具體工作問題是雪地摩托。 自六十年代以來,雪地摩托已經從一種原始的、技術含量低的車輛發展成為一種速度快、技術高度發達的車輛。 它最常用於休閒活動,但也用於工作(10% 到 20%)。 使用雪地摩託的典型職業有警察、軍人、馴鹿牧民、伐木工人、農民、旅遊業、捕獵者和搜救隊。

                                          雪地摩託的振動暴露意味著駕駛員因振動而受傷的風險大大增加。 司機和乘客暴露在未經淨化的廢氣中。 發動機產生的噪音可能會導致聽力受損。 由於高速、地形不規則以及對駕駛員和乘客的保護不力,發生事故的風險很高。

                                          肌肉骨骼系統會暴露在振動和極端工作位置和負載下,尤其是在惡劣地形區域或斜坡上行駛時。 如果你被卡住了,處理沉重的引擎會導致出汗,並且通常會出現肌肉骨骼問題(例如,腰痛)。

                                          凍傷在雪地摩托工人中很常見。 車輛的速度加劇了寒冷的暴露。 身體的典型受傷部位尤其是面部(在極端情況下可能包括角膜)、耳朵、手和腳。

                                          雪地摩托通常用於偏遠地區,那裡的氣候、地形和其他條件會增加風險。

                                          雪地車頭盔必須針對雪地車上的工作情況而開發,並註意車輛本身、地形條件和氣候產生的特定暴露風險。 衣服必須保暖、防風且靈活。 雪地摩托騎行期間經歷的活動瞬變很難適應一套服裝系統,需要特別考慮。

                                          偏遠地區的雪地摩托交通也存在通信問題。 工作組織和設備應確保與大本營的安全通信。 必須攜帶額外的設備來處理緊急情況,並提供足夠長的保護時間,以便救援隊發揮作用。 此類設備包括風袋、備用衣物、急救設備、雪鏟、修理包和炊具。

                                           

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                                          星期二,22 March 2011 20:22

                                          在極端戶外條件下預防冷應激

                                          必須從兩個角度考慮預防暴露於寒冷的生理病理學影響:第一個關注在一般暴露於寒冷(即整個身體)期間觀察到的生理病理學影響,第二個關注在局部暴露於寒冷期間觀察到的那些感冒,主要影響四肢(手和腳)。 這方面的預防措施旨在減少兩種主要類型的冷應激——意外體溫過低和四肢凍傷的發生率。 需要採取雙重方法:生理方法(例如,充足的餵養和水合作用、適應機制的發展)和藥理學和技術措施(例如,住所、衣服)。 最終,所有這些方法都旨在提高一般和局部水平的耐寒性。 此外,接觸寒冷的工人必須了解並了解此類傷害,以確保有效預防。

                                          預防冷傷的生理方法

                                          處於靜止狀態的人暴露於寒冷伴隨著外周血管收縮,這限制了皮膚的熱量損失,並伴隨著代謝熱量的產生(主要是通過顫抖的活動),這意味著需要攝入食物。 由於在雪地或冰上行走困難以及經常需要處理重型設備,因此在寒冷中進行所有身體活動所需的能量消耗都會增加。 此外,由於與這種身體活動相關的出汗,水分流失可能相當大。 如果這種失水得不到補償,可能會發生脫水,增加凍傷的易感性。 不僅由於難以攝取足夠的液體(可用的水可能被凍結,或者可能需要融化雪)而自願限制水的攝入,而且由於傾向於避免充分頻繁的排尿(排尿),脫水通常會加重,這需要離開避難所。 寒冷時對水的需求很難估計,因為這取決於個人的工作量和衣服的絕緣性。 但在任何情況下,液體攝入量都必須充足,並以熱飲的形式出現(在體育活動的情況下,每天攝入 5 至 6 升)。 觀察必須保持清澈的尿液顏色,可以很好地指示液體攝入的過程。

                                          關於熱量攝入,可以假設與溫帶或炎熱氣候相比,寒冷氣候下需要增加 25% 至 50%。 一個公式允許計算每人每天在寒冷中能量平衡所必需的熱量攝入量(以千卡為單位):千卡/人每天 = 4,151–28.62Ta,其中 Ta 是以 °C 為單位的環境溫度(1 kcal = 4.18 焦耳)。 因此,對於一個 Ta –20ºC,需要大約 4,723 kcal (2.0 x 104 J) 必須預料到。 為了避免腹瀉型消化問題,食物攝入量似乎不必進行定性修改。 例如,美國陸軍的寒冷天氣口糧 (RCW) 包含 4,568 千卡(1.9 x 104 J),以脫水形式,每人每天,按質量劃分如下:58% 的碳水化合物、11% 的蛋白質和 31% 的脂肪(Edwards、Roberts 和 Mutter 1992)。 脫水食品的優點是清淡且易於準備,但在食用前必須重新脫水。

                                          飯菜必須盡可能熱食,並按正常量分為早餐和午餐。 全天細嚼的熱湯、幹餅乾和穀物棒以及晚餐時增加熱量攝入可提供補充。 這最後的權宜之計增強了飲食誘導的產熱作用,並幫助受試者入睡。 在寒冷的氣候下飲酒是極其不可取的,因為酒精會引起皮膚血管擴張(熱量流失的來源)並增加利尿(水分流失的來源),同時改變皮膚的敏感性並損害判斷力(這是基本因素參與識別冷傷的最初跡象)。 過量飲用含咖啡因的飲料也是有害的,因為這種物質具有外周血管收縮作用(增加凍傷風險)和利尿作用。

                                          除了充足的食物外,全身和局部適應機制的發展可以通過減輕寒冷環境引起的應激來降低冷傷的發生率並改善心理和身體機能。 但是,有必要定義以下概念 適應, 適應環境習慣 冷,根據不同理論家的用法,這三個術語的含義各不相同。

                                          在 Eagan (1963) 看來,術語 適應寒冷 是一個通用術語。 他將遺傳適應、馴化和習慣化的概念歸為適應的概念。 遺傳適應是指通過遺傳傳遞的生理變化,有利於在惡劣環境中生存。 Bligh 和 Johnson (1973) 區分了遺傳適應和表型適應,將適應的概念定義為“減少由總體環境的壓力成分產生的生理壓力的變化”。

                                          馴化 可以定義為在幾天到幾週的時間內建立的功能補償,以響應周圍的複雜因素,例如自然環境中的氣候變化,或周圍環境中的獨特因素,例如在實驗室中(那些作家的“人工馴化”或“馴化”)(Eagan 1963)。

                                          習慣 是由於中樞神經系統對某些刺激的反應減弱而導致生理反應發生變化的結果 (Eagan 1963)。 這種習慣可以是特定的,也可以是一般的。 特定習慣是身體的某一部分習慣於重複刺激所涉及的過程,而一般習慣是整個身體習慣於重複刺激的過程。 對寒冷的局部或一般適應通常是通過習慣獲得的。

                                          在實驗室和自然環境中,已經觀察到不同類型的對寒冷的一般適應。 Hammel (1963) 對這些不同的適應類型進行了分類。 新陳代謝類型的適應表現為內部溫度的維持和代謝熱的增加,如火地島的阿拉卡魯夫人或北極的印第安人。 絕緣類型的適應也表現為內部溫度的維持,但平均皮膚溫度的降低(澳大利亞熱帶海岸的原住民)。 低溫類型的適應表現為內部溫度或多或少的顯著下降(喀拉哈里沙漠部落,秘魯的蓋丘亞印第安人)。 最後,還有混合隔離和低溫類型的適應(澳大利亞中部的原住民、拉普斯、阿馬斯韓國潛水員)。

                                          實際上,這種分類只是定性的,並沒有考慮到熱平衡的所有組成部分。 因此,我們最近提出了一種不僅定性而且定量的分類(見表 1)。 單獨改變體溫並不一定表明存在對寒冷的普遍適應。 事實上,開始顫抖的延遲變化是體溫調節系統靈敏度的良好指示。 Bittel (1987) 也提出將熱債的減少作為適應寒冷的指標。 此外,這位作者證明了熱量攝入在適應機制發展中的重要性。 我們已經在我們的實驗室中證實了這一觀察結果:受試者在實驗室中以不連續的方式適應 1 °C 的寒冷 1 個月,形成了低溫類型的適應(Savourey 等人,1994 年,1996 年)。 體溫過低與身體脂肪量百分比的減少直接相關。 有氧運動能力水平(VO2max) 似乎沒有參與這種對寒冷適應的發展(Bittel 等人,1988 年;Savourey、Vallerand 和 Bittel,1992 年)。 低溫類型的適應似乎是最有利的,因為它通過延遲發抖的發生來維持能量儲備,但沒有低溫的危險 (Bittel et al. 1989)。 實驗室最近的工作表明,可以通過讓人們間歇性地將下肢局部浸入冰水中來誘導這種類型的適應。 此外,這種類型的適應導致了 Reed 及其同事在 1990 年對長期在極地地區度過的受試者所描述的“極地三碘甲腺原氨酸綜合徵”。 這種複雜的綜合症仍未完全了解,主要通過當環境處於熱中性和急性暴露於寒冷期間時總三碘甲腺原氨酸池的減少來證明。 然而,該綜合徵與低溫型適應之間的關係尚未確定(Savourey 等人,1996 年)。

                                          表 1. 在適應期前後進行的標準寒冷測試中研究的一般寒冷適應機制。

                                          測量

                                          使用度量作為指標
                                          適應的

                                          在某一方面的變化
                                          指針

                                          適配類型

                                          直腸的
                                          溫度 tre(°C)

                                          噸之間的差異re 在冷測試和 t 結束時re 適應後處於熱中性

                                          + 或 =
                                          -

                                          常溫
                                          體溫過低


                                          平均皮膚溫度 tsk(°C)


                                          ‾噸sk°C 之後/‾tsk°C之前,
                                          哪裡 `tsk 是水平
                                          在冷測試結束時


                                          <1
                                          =1
                                          >1


                                          絕緣的
                                          等絕緣
                                          低絕緣的


                                          意思
                                          新陳代謝 ‾M (W/m2)


                                          馴化後 ‾M 的比率
                                          適應前到‾M


                                          <1
                                          =
                                          >1


                                          代謝
                                          等代謝的
                                          低代謝

                                           

                                          肢體的局部適應有據可查 (LeBlanc 1975)。 它在土著部落或四肢自然暴露於寒冷的專業群體(愛斯基摩人、拉普人、加斯佩島的漁民、英國魚雕刻師、魁北克的郵遞員)和在實驗室人工適應的受試者中進行了研究。 所有這些研究表明,這種適應可以通過更高的皮膚溫度、更少的疼痛和在更高的皮膚溫度下發生的更早的反常血管舒張來證明,從而可以預防凍傷。 這些變化基本上與周圍皮膚血流量的增加有關,而不是與肌肉水平的局部熱量產生有關,正如我們最近所表明的那樣(Savourey、Vallerand 和 Bittel 1992)。 將四肢每天多次浸入冷水 (5ºC) 數週內足以誘導這些局部適應機制的建立。 另一方面,關於這些不同類型適應的持久性的科學數據很少。

                                          預防凍傷的藥理方法

                                          使用藥物來增強對寒冷的耐受性一直是許多研究的主題。 可以通過藥物促進產熱來增強對寒冷的一般耐受性。 事實上,在人類受試者中已經表明,顫抖的活動明顯伴隨著碳水化合物氧化的增加,以及肌糖原消耗的增加(Martineau 和 Jacob 1988)。 甲基黃嘌呤化合物通過刺激交感神經系統發揮作用,就像寒冷一樣,從而增加碳水化合物的氧化。 然而,Wang、Man 和 Bel Castro(1987 年)表明,茶鹼不能有效地防止在寒冷中休息的人類受試者的體溫下降。 另一方面,咖啡因與麻黃鹼的組合可以在相同條件下更好地維持體溫(Vallerand、Jacob 和 Kavanagh 1989),而單獨攝入咖啡因既不會改變體溫,也不會改變代謝反應(Kenneth 等人. 1990)。 一般水平的感冒影響的藥物預防仍有待研究。 在地方層面,對凍傷的藥理預防研究較少。 使用凍傷動物模型,測試了一定數量的藥物。 血小板抗凝劑、皮質類固醇和其他各種藥物只要在復溫期之前服用,就具有保護作用。 據我們所知,還沒有對人類進行過這方面的研究。

                                          預防凍傷的技術方法

                                          這些方法是預防凍傷的基本要素,如果沒有這些方法,人類將無法在寒冷的氣候區生存。 避難所的建造、熱源的使用以及衣服的使用通過創造有利的環境小氣候使人們能夠生活在非常寒冷的地區。 然而,文明所提供的優勢有時是得不到的(如文武探險、遇船難者、受傷者、流浪者、雪崩遇難者等)。 因此,這些人群特別容易受到冷傷。

                                          寒冷地區工作注意事項

                                          寒冷工作的適應問題主要涉及不習慣在寒冷中工作和/或來自溫帶氣候區的人。 有關寒冷可能造成的傷害的信息非常重要,但也有必要獲取有關一定數量的行為類型的信息。 寒冷地區的每個工人都必須熟悉受傷的最初跡象,尤其是局部受傷(膚色、疼痛)。 衣服方面的行為至關重要:多層衣服允許穿著者根據當前的能量消耗和外部壓力水平調整衣服的絕緣性。 濕衣服(雨水、汗水)必須晾乾。 必須充分注意手腳的保護(不要繃緊繃帶,注意充分覆蓋,及時更換襪子——比如一天兩到三次——因為出汗)。 必須避免直接接觸所有冰冷的金屬物體(立即凍傷的風險)。 衣服必須保證防寒,並在暴露於寒冷之前進行測試。 應記住餵食規則(注意熱量攝入和水合作用需求)。 必須禁止濫用酒精、咖啡因和尼古丁。 必須檢查附屬設備(避難所、帳篷、睡袋)。 必須去除帳篷和睡袋中的冷凝水以避免結冰。 工人不得向手套內吹氣取暖,否則也會結冰。 最後,應提出改善體質的建議。 事實上,良好的有氧身體健康水平允許在嚴寒中產生更多的熱量(Bittel 等人,1988 年),但也確保更好的身體耐力,這是一個有利因素,因為在寒冷的身體活動中會損失額外的能量。

                                          必須密切監視中年人,因為他們的血管反應更有限,因此比年輕人更容易受到冷傷。 過度疲勞和久坐的職業會增加受傷的風險。 患有某些疾病(寒冷性蕁麻疹、雷諾氏綜合症、心絞痛、凍傷病史)的人必須避免暴露在嚴寒中。 某些額外的建議可能會有用:保護暴露的皮膚免受太陽輻射,用特殊的乳霜保護嘴唇,用太陽鏡保護眼睛免受紫外線輻射。

                                          出現問題時,寒區作業人員要保持冷靜,不能脫離人群,要通過挖坑、擠在一起來保持體溫。 必須特別注意食物的供應和求救手段(無線電、求救火箭、信號鏡等)。 如果存在浸入冷水中的風險,則必須提供救生艇以及防水且隔熱良好的設備。 如果在沒有救生艇的情況下發生海難,個人必須盡量將熱量損失限制在最大程度,方法是抓住漂浮物,蜷縮起來並儘可能將胸部露出水面適度游泳,因為游泳產生的對流會大大增加熱損失。 飲用海水是有害的,因為它的含鹽量很高。

                                          寒冷的任務修改

                                          在寒冷地區,工作任務發生了很大變化。 衣服的重量、負載物(帳篷、食物等)的重量以及穿越困難地形的需要都會增加體力活動消耗的能量。 此外,衣服會阻礙運動、協調和手的靈巧性。 視野通常會因戴太陽鏡而縮小。 此外,當乾燥空氣的溫度低於 –6ºC 或有風時,對背景的感知會發生變化並減小到 18 m。 在降雪或霧中,能見度可能為零。 手套的存在使某些需要精細工作的任務變得困難。 由於凝結,工具上常結冰,徒手抓握有一定的凍傷風險。 衣服的物理結構在極寒環境下會發生變化,結冰和凝結可能會形成冰塊,通常會堵塞拉鍊。 最後,必須使用防凍劑來防止燃料凍結。

                                          因此,為了在寒冷的氣候下完成任務的最佳性能,必須穿幾層衣服; 充分保護四肢; 防止衣服、工具和帳篷內凝結的措施; 並在加熱的避難所中定期取暖。 工作任務必須作為一系列簡單任務來執行,如果可能的話,由兩個工作團隊執行,一個工作而另一個在取暖。 必須避免在寒冷中不活動,也必須遠離使用過的路徑獨自工作。 可指定一名合格人員負責保護和事故預防。

                                          總之,良好的冷傷知識、對周圍環境的了解、良好的準備(體能、餵養、適應機制的誘導)、合適的衣服和適當的任務分配似乎可以預防冷傷。 在確實發生傷害的情況下,可以通過快速援助和立即治療避免最壞的情況。

                                          防護服:防水衣

                                          穿著防水服的目的是防止意外浸水的後果,因此不僅涉及所有可能遭受此類事故的工人(水手、飛行員),還涉及在冷水中工作的人員(專業潛水員)。 表 2,摘自 海洋圖集 北美洋, 表明即使在西地中海,水溫也很少超過 15ºC。 在浸水條件下,穿著衣服、繫著救生帶但沒有防浸水設備的人的生存時間估計在 1.5 月在波羅的海為 6 小時,在地中海為 12 小時,而在 XNUMX 月在波羅的海和 XNUMX 月為 XNUMX 小時。僅受地中海疲憊的限制。 因此,海上工作人員必須佩戴防護設備,尤其是那些在沒有立即幫助的情況下容易被淹沒的工作人員。

                                          表 2. 水溫低於 15 °C 的天數的月平均值和年平均值。

                                          每月

                                          西波羅的海

                                          德國灣

                                          大西洋
                                          (離開布雷斯特)

                                          西地中海

                                          一月

                                          31

                                          31

                                          31

                                          31

                                          二月

                                          28

                                          28

                                          28

                                          28

                                          遊行

                                          31

                                          31

                                          31

                                          31

                                          四月

                                          30

                                          30

                                          30

                                          26年到30年

                                          可能

                                          31

                                          31

                                          31

                                          8

                                          六月

                                          25

                                          25

                                          25

                                          有時

                                          七月

                                          4

                                          6

                                          有時

                                          有時

                                          八月

                                          4

                                          有時

                                          有時

                                          0

                                          九月

                                          19

                                          3

                                          有時

                                          有時

                                          十月

                                          31

                                          22

                                          20

                                          2

                                          十一月

                                          30

                                          30

                                          30

                                          30

                                          十二月

                                          31

                                          31

                                          31

                                          31

                                          Total

                                          295

                                          268

                                          257

                                          187

                                           

                                          生產這種設備的困難是複雜的,因為必須考慮多種經常相互衝突的要求。 這些限制包括:(1) 熱保護必須在空氣和水中都有效,同時不妨礙汗液蒸發 (2) 需要將受試者保持在水面,以及 (3) 要執行的任務出去。 設備還必鬚根據所涉及的風險進行設計。 這需要準確定義預期需求:例如,熱環境(水溫、空氣溫度、風溫)、救援到達前的時間以及救生艇的存在與否。 衣服的絕緣特性取決於所使用的材料、身體的輪廓、保護織物的可壓縮性(由於水施加的壓力,它決定了衣服中空氣層的厚度),以及衣服中可能存在的濕度。 這類衣服中是否存在濕氣主要取決於它的防水程度。 對此類設備的評估必須考慮不僅在水中而且在冷空氣中提供的熱保護的有效性,並且包括根據水溫和空氣溫度估計可能的生存時間,以及預期的熱應力和服裝可能存在的機械障礙 (Boutelier 1979)。 最後,對移動物體進行的水密性測試將允許檢測這方面可能存在的缺陷。 最終,防浸設備必須滿足三個要求:

                                          • 它必須在水和空氣中​​提供有效的熱保護。
                                          • 一定很舒服。
                                          • 它既不能太嚴格也不能太重。

                                           

                                          為了滿足這些要求,採用了兩個原則:要么使用不防水但在水中保持其絕緣性能的材料(如所謂的“濕式”西裝),要么確保完全防水的材料此外絕緣(“幹”西裝)。 目前,濕衣原理的應用越來越少,尤其是在航空領域。 在過去十年中,國際海事組織建議使用符合 1974 年通過的國際海上人命安全公約 (SOLAS) 標準的防浸或救生服。這些標準特別涉及絕緣、水滲入防護服的最低限度、防護服的尺寸、人體工程學、與漂浮輔助設備的兼容性以及測試程序。 然而,這些標準的應用帶來了一定數量的問題(特別是那些與要應用的測試的定義有關的問題)。

                                          雖然它們早已為人所知,但由於愛斯基摩人使用海豹皮或縫合在一起的海豹腸,因此很難完善防浸服,未來幾年可能會重新審查標準化標準。

                                           

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                                          星期二,22 March 2011 20:34

                                          冷指數和標準

                                          冷應激被定義為身體上的熱負荷,在這種情況下,預計會發生比正常情況下更多的熱損失,並且需要採取補償性體溫調節措施來維持身體熱中性。 因此,正常熱損失是指人們在室內生活條件下(氣溫 20 至 25ºC)通常經歷的情況。

                                          與高溫條件相比,衣服和活動是積極的因素,因為更多的衣服可以減少熱量損失,更多的活動意味著更高的內部熱量產生和更大的平衡熱量損失的潛力。 因此,評估方法側重於確定給定活動水平下所需的保護(服裝)、給定保護所需的活動水平或給定兩者組合的“溫度”值(Burton 和 Edholm 1955 年;Holmér 1988 年;Parsons 1993 年)。

                                          然而,重要的是要認識到,可以穿多少衣服以及可以長時間維持多高的活動水平是有限制的。 防寒服往往體積龐大且步履蹣跚。 運動和移動需要更多空間。 活動水平可由節奏工作決定,但最好由個人控制。 每個人都有一定的最高能量產生率,這取決於體力勞動能力,可以維持很長時間。 因此,高體力工作能力可能有利於長時間的極端暴露。

                                          本文涉及評估和控製冷應激的方法。 與組織、心理、醫學和人體工程學方面相關的問題在別處處理。

                                          冷作

                                          冷加工包括自然和人工條件下的各種條件。 最極端的寒冷暴露與外太空任務有關。 然而,地球表面的冷工作條件涵蓋超過 100ºC 的溫度範圍(表 1)。 自然地,冷應激的強度和嚴重程度預計會隨著環境溫度的降低而增加。

                                          表 1 各種寒冷職業環境的氣溫

                                          –120℃

                                          人體冷凍療法氣候室

                                          –90℃

                                          南極基地沃斯托克的最低溫度

                                          –55℃

                                          魚肉冷藏和冷凍、乾製產品的生產

                                          –40℃

                                          極地基地的“正常”溫度

                                          –28℃

                                          冷凍產品冷庫

                                          +2 至 +12 ºC

                                          新鮮營養產品的儲存、製備和運輸

                                          –50 至 –20 ºC

                                          加拿大北部和西伯利亞一月平均氣溫

                                          –20 至 –10 ºC

                                          加拿大南部、斯堪的納維亞北部、俄羅斯中部一月平均氣溫

                                          –10 至 0 ºC

                                          美國北部、斯堪的納維亞半島南部、中歐、中遠東部分地區、日本中部和北部的一月平均氣溫

                                          資料來源:根據 Holmér 1993 修改。

                                          從 1 表中可以清楚地看出,許多國家的大量戶外工作者都或多或少地經歷著嚴重的冷應激。 此外,冷庫工作遍布世界各地。 斯堪的納維亞國家的調查顯示,大約 10% 的工人總人口將寒冷視為工作場所的主要煩惱因素。

                                          冷應激的類型

                                          可以定義以下類型的冷應激:

                                            • 全身冷卻
                                            • 局部降溫,包括肢體降溫、對流皮膚降溫(風寒)、傳導性皮膚降溫(接觸降溫)和呼吸道降溫。

                                               

                                              最有可能的是,即使不是全部,也有幾個可能同時出現。

                                              冷應激的評估涉及確定一種或多種上述影響的風險。 通常,表 2 可用作第一個粗略分類。 一般來說,冷應激會增加,體力活動水平越低,可用的保護就越少。

                                              表 2. 冷作分類示意圖

                                              溫度

                                              工作類型

                                              冷應激類型

                                              10 至 20 ºC

                                              久坐、輕作業、精細體力勞動

                                              全身降溫、四肢降溫

                                              0 至 10 ºC

                                              久坐不動,輕度工作

                                              全身降溫、四肢降溫

                                              –10 至 0 ºC

                                              輕體力勞動、搬運工具和材料

                                              全身降溫、四肢降溫、接觸降溫

                                              –20 至 –10 ºC

                                              適度活動、處理金屬和液體(汽油等)、多風條件

                                              全身冷卻、四肢冷卻、接觸冷卻、對流冷卻

                                              低於 –20 ºC

                                              所有類型的工作

                                              所有類型的冷應激

                                               

                                              表中給出的信息應被解釋為採取行動的信號。 換句話說,如果需要,應評估和控制特定類型的冷應激。 在中等溫度下,與不適和由於局部冷卻導致的功能喪失相關的問題普遍存在。 在較低的溫度下,緊迫的凍傷風險作為其他影響的後遺症是重要因素。 對於許多影響,壓力水平和影響之間的離散關係尚不存在。 不能排除特定的寒冷問題也可能在表中指示的溫度範圍之外持續存在。

                                              評估方法

                                              ISO 技術報告 11079 (ISO TR 11079, 1993) 中介紹了評估冷應力的方法。 其他有關代謝熱產生測定 (ISO 8996, 1988)、服裝熱特性估計 (ISO 9920, 1993) 和生理測量 (ISO DIS 9886, 1989c) 的標準提供了對冷應激評估有用的補充信息。

                                              圖 1 概述了氣候因素、預期降溫效果和推薦的評估方法之間的關係。 下面給出了有關方法和數據收集的更多詳細信息。

                                              圖 1. 與氣候因素和降溫效果相關的冷應力評估。

                                              HEA110F1

                                              全身冷卻

                                              全身降溫的風險是通過分析身體熱平衡的條件來確定的。 在規定的生理應變水平下實現熱平衡所需的服裝絕緣水平是通過數學熱平衡方程計算的。 計算出的所需絕緣值 IREQ 可以視為冷應力指標。 該值表示保護級別(以 clo 表示)。 數值越高,身體熱失衡的風險越大。 應變的兩個級別對應於低級別(中性或“舒適”感覺)和高級別(輕微冷到冷的感覺)。

                                              使用 IREQ 包括三個評估步驟:

                                                • 確定給定暴露條件下的 IREQ
                                                • IREQ與服裝防護等級的比較
                                                • 如果保護級別的值小於 IREQ,則確定暴露時間

                                                     

                                                    圖 2 顯示了低生理應變(中性熱感覺)的 IREQ 值。 針對不同的活動水平給出了值。

                                                    圖 2. 在不同溫度下保持低水平生理應變(中性熱感覺)所需的 IREQ 值。

                                                    HEA110F2

                                                    ISO 7243 中描述了估算活動水平的方法(表 3)。

                                                    表 3. 代謝率水平分類

                                                    課程

                                                    代謝率範圍,M

                                                    用於計算平均代謝率的值

                                                    包機成本結構範例

                                                     

                                                    相關
                                                    單位皮膚表面積 (W/m2)

                                                    對於平均皮膚表面積
                                                    1.8 米2
                                                    (W)




                                                    (瓦/米2)




                                                    (W)

                                                     

                                                    0
                                                    休息

                                                    中號≤65

                                                    男≥117

                                                    65

                                                    117

                                                    休息

                                                    1

                                                    代謝率

                                                    65M≤130

                                                    117M≤234

                                                    100

                                                    180

                                                    安坐:輕體力勞動(寫字、打字、畫畫、縫紉、記賬); 手和手臂工作(小型工作台工具、檢查、組裝或輕型材料分類); 手臂和腿部工作(在正常情況下駕駛車輛,操作腳踏開關或踏板)。

                                                    站立:鑽頭(小零件); 銑床(小零件); 線圈繞組; 小電樞繞組; 用低功率工具加工; 隨意步行(速度可達 3.5 公里/小時)。

                                                    2
                                                    中度
                                                    代謝率

                                                    130M≤200

                                                    234M≤360

                                                    165

                                                    297

                                                    持續的手和手臂工作(釘釘子、填充); 手臂和腿部工作(卡車、拖拉機或建築設備的越野操作); 手臂和軀幹工作(使用氣動錘、拖拉機組裝、抹灰、間歇處理中等重量的材料、除草、鋤地、採摘水果或蔬菜); 推或拉輕型手推車或手推車; 以3.5公里/小時的速度行走; 鍛造。

                                                    3

                                                    代謝率

                                                    200M≤260

                                                    360M≤468

                                                    230

                                                    414

                                                    緊張的手臂和軀幹工作:搬運重物; 鏟; 大錘工作; 鋸、刨或鑿硬木; 手割草; 挖掘; 以 5.5 公里/小時至 7 公里/小時的速度行走。

                                                    推拉載重的手推車或獨輪車; 切削鑄件; 混凝土砌塊鋪設。

                                                    4
                                                    很高
                                                    代謝率

                                                    中號>260

                                                    中號>468

                                                    290

                                                    522

                                                    以快速到最大速度進行非常密集的活動; 用斧頭工作; 強烈的鏟土或挖掘; 爬樓梯、坡道或梯子; 小步快走、跑步、以大於7公里/小時的速度行走。

                                                    資料來源:ISO 7243 1989a

                                                    一旦確定了給定條件下的 IREQ,就會將該值與服裝提供的保護級別進行比較。 整套服裝的防護等級由其合成絕緣值(“clo-value”)決定。 此屬性根據歐洲標準草案 prEN-342 (1992) 測量。 它也可以從表 (ISO 9920) 中提供的基本絕緣值中導出。

                                                    表 4. 提供了典型整體的基本絕緣值示例。 必須校正由身體運動和通風引起的假定減少值。 通常,不對靜息水平進行校正。 輕度工作的值減少 10%,較高活動水平的值減少 20%。

                                                    表 4. 基本絕緣值示例 (Icl) 衣物*

                                                    服裝合奏

                                                    Icl (m2 ℃/W)

                                                    Icl (關閉)

                                                    內褲、短袖襯衫、合身長褲、及膝襪、鞋子

                                                    0.08

                                                    0.5

                                                    內褲、襯衫、合身、長褲、襪子、鞋子

                                                    0.10

                                                    0.6

                                                    內褲、工作服、襪子、鞋子

                                                    0.11

                                                    0.7

                                                    內褲、襯衫、工作服、襪子、鞋子

                                                    0.13

                                                    0.8

                                                    內褲、襯衫、褲子、工作服、襪子、鞋子

                                                    0.14

                                                    0.9

                                                    三角褲、汗衫、內褲、襯衫、工裝褲、及膝襪、鞋子

                                                    0.16

                                                    1.0

                                                    內褲、汗衫、襯衫、褲子、夾克、背心、襪子、鞋子

                                                    0.17

                                                    1.1

                                                    內褲、襯衫、褲子、夾克、工作服、襪子、鞋子

                                                    0.19

                                                    1.3

                                                    汗衫、內褲、保暖褲、保暖外套、襪子、鞋子

                                                    0.22

                                                    1.4

                                                    三角褲、T 卹、襯衫、合身長褲、保暖工作服、及膝襪、鞋子

                                                    0.23

                                                    1.5

                                                    內褲、汗衫、襯衫、褲子、夾克、外套、帽子、手套、襪子、鞋子

                                                    0.25

                                                    1.6

                                                    內褲、汗衫、襯衫、褲子、夾克、外套、外褲、襪子、鞋子

                                                    0.29

                                                    1.9

                                                    內褲、汗衫、襯衫、褲子、夾克、外套、外褲、襪子、鞋子、帽子、手套

                                                    0.31

                                                    2.0

                                                    汗衫、內褲、保暖褲、保暖外套、外褲、外套、襪子、鞋子

                                                    0.34

                                                    2.2

                                                    汗衫、內褲、保暖褲、保暖外套、外褲、襪子、鞋子、帽子、手套

                                                    0.40

                                                    2.6

                                                    汗衫、內褲、保暖褲、保暖夾克、外褲和帶襯裡的派克大衣、襪子、鞋子、帽子、連指手套

                                                    0.40-0.52

                                                    2.6-3.4

                                                    北極服裝系統

                                                    0.46-0.70

                                                    3-4.5

                                                    睡袋

                                                    0.46-1.1

                                                    3-8

                                                    *標稱保護級別僅適用於靜態、靜風條件(靜止)。 值必須隨著活動水平的增加而降低。

                                                    資料來源:根據 ISO/TR-11079 1993 修改。

                                                    最好的服裝系統提供的防護等級相當於 3 到 4 克羅。 當可用的服裝系統不能提供足夠的絕緣時,將根據實際情況計算時間限制。 該時間限制取決於所需衣物絕緣與可用衣物之間的差異。 由於不再實現對冷卻的全面保護,因此時間限制是根據預期的身體熱含量減少來計算的。 類似地,可以計算恢復時間以恢復相同的熱量。

                                                    圖 3 顯示了使用兩種絕緣等級的衣服進行輕度和中度工作的時間限制示例。 其他組合的時間限制可以通過插值來估計。 當有最好的防寒服時,圖 4 可用作評估暴露時間的指南。

                                                    圖 3. 輕度和中度工作的時間限制,採用兩種絕緣級別的服裝。

                                                    HEA110F3

                                                    圖 4. 間歇和持續暴露於寒冷環境的時間加權 IREQ 值。

                                                    HEA110F4

                                                    間歇性暴露通常包括被熱身休息或在較溫暖環境中的工作時間打斷的工作時間。 在大多數情況下,很少或根本沒有更換衣服(主要是出於實際原因)。 然後可以將組合暴露確定為時間加權平均值的 IREQ。 平均週期不得超過一到兩個小時。 圖 4 給出了某些類型的間歇暴露的時間加權 IREQ 值。

                                                    IREQ 值和時間限制應該是指示性的而不是規範性的。 他們指的是普通人。 在特徵、要求和偏好方面的個體差異很大。 必須通過選擇在保護級別調整方面具有很大靈活性的服裝套裝來處理大部分這種變化。

                                                     

                                                    肢體冷卻

                                                    四肢——尤其是手指和腳趾——容易受涼。 除非可以維持由溫血輸入的足夠熱量,否則組織溫度會逐漸下降。 肢體血流量由精力充沛(肌肉活動所需)和體溫調節需求決定。 當全身熱平衡受到挑戰時,外周血管收縮有助於以外周組織為代價減少核心熱量損失。 活動度高時,可以獲得更多熱量,並且更容易維持肢體血流。

                                                    手部和鞋類在減少熱損失方面提供的保護是有限的。 當輸入到四肢的熱量較低時(例如,在休息或低活動時),保持手腳溫暖所需的絕緣材料非常大(van Dilla、Day 和 Siple 1949)。 手套和連指手套提供的保護只能延緩冷卻速度,相應地,達到臨界溫度的時間也更長。 隨著更高的活動水平,改進的保護允許在較低的環境溫度下溫暖手腳。

                                                    沒有可用於評估肢體冷卻的標準方法。 但是,ISO TR 11079 建議將 24ºC 和 15ºC 分別作為低壓力和高壓力水平的臨界手部溫度。 指尖溫度可能很容易比手部平均皮膚溫度或手背溫度低 5 至 10 °C。

                                                    圖 5 中給出的信息在確定可接受的暴露時間和所需的保護時很有用。 這兩條曲線指的是有和沒有血管收縮的情況(高和低活動水平)。 此外,假設手指絕緣性很高(兩克羅)並且穿著足夠的衣服。

                                                    圖 5。手指保護。

                                                    HEA110F5

                                                    一組類似的曲線應該適用於腳趾。 然而,更多的克洛可用於保護腳,導致更長的暴露時間。 儘管如此,從圖 3 和圖 5 可以看出,對於暴露時間而言,四肢冷卻很可能比全身冷卻更為關鍵。

                                                     

                                                     

                                                     

                                                     

                                                     

                                                     

                                                    使用歐洲標準 EN-511 (1993) 中描述的方法評估手飾提供的保護。 整個手飾的隔熱性是用電熱手模型測量的。 使用 4 m/s 的風速來模擬真實的磨損條件。 性能分為四個等級(表 5)。

                                                    表 5. 熱阻分類 (I) 用於手飾的對流冷卻

                                                    課程

                                                    I (m2 ℃/W)

                                                    1

                                                    0.10≤ I 0.15

                                                    2

                                                    0.15≤ I 0.22

                                                    3

                                                    0.22≤ I 0.30

                                                    4

                                                    I ≤0.30

                                                    資料來源:基於 EN 511 (1993)。

                                                    接觸感冒

                                                    赤手接觸冰冷的表面可能會迅速降低皮膚溫度並造成凍傷。 表面溫度高達 15ºC 時可能會出現問題。 特別是,金屬表面具有出色的導電性能,可以快速冷卻接觸皮膚的區域。

                                                    目前還沒有用於接觸冷卻一般評估的標準方法。 可以給出以下建議(ACGIH 1990;Chen、Nilsson 和 Holmér 1994;Enander 1987):

                                                      • 與低於 15ºC 的金屬表面長時間接觸可能會損害靈活性。
                                                      • 長時間接觸低於 7ºC 的金屬表面可能會導致麻木。
                                                      • 與低於 0ºC 的金屬表面長時間接觸可能會導致凍裂或凍傷。
                                                      • 短暫接觸低於 –7ºC 的金屬表面可能會導致凍裂或凍傷。
                                                      • 必須避免與零下溫度的液體接觸。

                                                               

                                                              其他材料也存在類似的危害序列,但導電性較低的材料(塑料、木材、泡沫)的溫度較低。

                                                              可以使用歐洲標準 EN 511 來確定手飾提供的接觸冷卻防護。給出了四個性能等級(表 6)。

                                                              表6 手飾接觸熱阻分類 (I)

                                                              課程

                                                              I (m2 ℃/W)

                                                              1

                                                              0.025≤ I 0.05

                                                              2

                                                              0.05≤ I 0.10

                                                              3

                                                              0.10≤ I 0.15

                                                              4

                                                              I ≤0.15

                                                              資料來源:基於 EN 511 (1993)。

                                                              對流皮膚冷卻

                                                              風寒指數 (WCI) 代表了一種簡單的經驗方法,用於評估未受保護的皮膚(面部)的涼爽程度 (ISO TR 11079)。 該方法根據氣溫和風速預測組織熱損失。

                                                              與不同 WCI 值相關的響應如表 7 所示。

                                                              表 7. 風寒指數 (WCI),等效冷卻溫度 (Teq ) 和裸露肉體的冷凍時間

                                                              水指數(瓦特/米2)

                                                              Teq (攝氏度)

                                                              影響

                                                              1,200

                                                              - 14

                                                              很冷

                                                              1,400

                                                              - 22

                                                              寒冷刺骨

                                                              1,600

                                                              - 30

                                                              裸露的肉體凍結

                                                              1,800

                                                              - 38

                                                              1小時內

                                                              2,000

                                                              - 45

                                                              裸露的肉體凍結

                                                              2,200

                                                              - 53

                                                              1分鐘內

                                                              2,400

                                                              - 61

                                                              裸露的肉體凍結

                                                              2,600

                                                              - 69

                                                              在30秒內

                                                               

                                                              WCI 的一個常用解釋是等效冷卻溫度。 該溫度在平靜條件下 (1.8 m/s) 代表與溫度和風的實際組合相同的 WCI 值。 表 8 提供了空氣溫度和風速組合的等效冷卻溫度。 該表適用於活躍、穿著得體的人。 當等效溫度低於 –30ºC 時存在風險,皮膚可能會在低於 –1ºC 的 2 至 60 分鐘內凍結。

                                                              表 8. 在幾乎平靜的條件下(風速 1.8 m/s),以等效冷卻溫度表示的風對裸露肉體的冷卻能力

                                                              風速(m / s)

                                                              實際溫度計讀數 (ºC)

                                                               

                                                              0

                                                              - 5

                                                              - 10

                                                              - 15

                                                              - 20

                                                              - 25

                                                              - 30

                                                              - 35

                                                              - 40

                                                              - 45

                                                              - 50

                                                               

                                                              等效冷卻溫度 (ºC)

                                                              1.8

                                                              0

                                                              - 5

                                                              - 10

                                                              - 15

                                                              - 20

                                                              - 25

                                                              - 30

                                                              - 35

                                                              - 40

                                                              - 45

                                                              - 50

                                                              2

                                                              - 1

                                                              - 6

                                                              - 11

                                                              - 16

                                                              - 21

                                                              - 27

                                                              - 32

                                                              - 37

                                                              - 42

                                                              - 47

                                                              - 52

                                                              3

                                                              - 4

                                                              - 10

                                                              - 15

                                                              - 21

                                                              - 27

                                                              - 32

                                                              - 38

                                                              - 44

                                                              - 49

                                                              - 55

                                                              - 60

                                                              5

                                                              - 9

                                                              - 15

                                                              - 21

                                                              - 28

                                                              - 34

                                                              - 40

                                                              - 47

                                                              - 53

                                                              - 59

                                                              - 66

                                                              - 72

                                                              8

                                                              - 13

                                                              - 20

                                                              - 27

                                                              - 34

                                                              - 41

                                                              - 48

                                                              - 55

                                                              - 62

                                                              - 69

                                                              - 76

                                                              - 83

                                                              11

                                                              - 16

                                                              - 23

                                                              - 31

                                                              - 38

                                                              - 46

                                                              - 53

                                                              - 60

                                                              - 68

                                                              - 75

                                                              - 83

                                                              - 90

                                                              15

                                                              - 18

                                                              - 26

                                                              - 34

                                                              - 42

                                                              - 49

                                                              - 57

                                                              - 65

                                                              - 73

                                                              - 80

                                                              - 88

                                                              - 96

                                                              20

                                                              - 20

                                                              - 28

                                                              - 36

                                                              - 44

                                                              - 52

                                                              - 60

                                                              - 68

                                                              - 76

                                                              - 84

                                                              - 92

                                                              - 100

                                                              帶下劃線的值表示凍裂或凍傷的風險。

                                                              呼吸道降溫

                                                              在 +10 至 15ºC 的溫度下,吸入寒冷、乾燥的空氣可能會給敏感的人帶來問題。 從事輕度至中度工作的健康人員在低至 –30ºC 時無需特別保護呼吸道。 長時間暴露期間的非常繁重的工作(例如,運動耐力項目)不應在低於 –20ºC 的溫度下進行。

                                                              類似的建議適用於眼睛的冷卻。 實際上,與眼睛冷卻相關的巨大不適和視力損害通常需要在接觸變得危險之前很久就使用護目鏡或其他保護措施。

                                                              測量

                                                              根據預期風險的類型,需要不同的測量集(圖 6)。 數據收集程序和測量精度取決於測量的目的。 必須獲得有關氣候參數以及活動水平和/或衣服隨時間變化的相關信息。 應採用簡單的時間加權程序(ISO 7726)。

                                                              圖 6. 預期冷應激風險與所需測量程序的關係。

                                                              HEA110F6

                                                              緩解冷應激的預防措施

                                                              控制和減少冷應激的行動和措施意味著在工作輪班的計劃和準備階段以及工作期間需要考慮的一些因素,這些在本章和本章的其他地方討論 百科全書。

                                                               

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