星期五,三月25 2011 05:48

手傳振動

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職業接觸

由動力過程或工具引起並通過手指或手掌進入人體的機械振動稱為 手傳振動. 手傳振動的常見同義詞是手臂振動和局部或分段振動。 使操作員的手暴露在振動中的動力過程和工具在多種工業活動中很普遍。 手傳振動的職業暴露來自製造業(例如衝擊式金屬加工工具、研磨機和其他旋轉工具、衝擊扳手)、採石業、採礦業和建築業(例如鑿岩機、石材切割機)中使用的手持式電動工具錘、鎬、振動壓實機)、農業和林業(例如,鏈鋸、刷鋸、剝皮機)和公用事業(例如,道路和混凝土破碎機、電鑽、手持式研磨機)。 暴露在手傳振動中的還有操作員手持的振動工件,如基座打磨,以及手持式振動控制器,如操作割草機或控制振動壓路機。 據報導,在工作中接觸手傳振動的人數在荷蘭超過 150,000 萬人,在英國超過 0.5 萬人,在美國超過 1.45 萬人。 過度接觸手傳振動會導致上肢的血管、神經、肌肉以及骨骼和關節出現紊亂。 據估計,在歐洲國家和美國,有 1.7% 到 3.6% 的工人暴露在潛在有害的手傳振動中(ISSA 國際研究部 1989)。 術語手臂振動 (HAV) 綜合徵通常用於指代與暴露於手傳播振動相關的體徵和症狀,其中包括:

  • 血管疾病
  • 周圍神經系統疾病
  • 骨骼和關節疾病
  • 肌肉疾病
  • 其他疾病(全身,中樞神經系統)。

 

騎摩托車或使用家用振動工具等休閒活動偶爾會使手接觸到高振幅振動,但只有每天長時間接觸才可能引起健康問題 (Griffin 1990)。

手傳振動的職業暴露與不良健康影響之間的關係遠非簡單。 表 1 列出了一些最重要的因素,這些因素共同導致暴露於振動的工人上肢受傷。


表 1. 手傳振動暴露期間可能與有害影響相關的一些因素

振動特性

  • 幅度(均方根、峰值、加權/未加權)
  • 頻率(光譜、主頻率)
  • 方向(x、y、z 軸)

 

工具或流程

  • 工具設計(便攜式、固定式)
  • 工具類型(衝擊式、旋轉式、旋轉衝擊式)
  • 條件
  • 手術
  • 正在加工的材料

 

暴露條件

  • 持續時間(每日、每年曝光)
  • 暴露模式(連續、間歇、休息時間)
  • 累計暴露時間

 

環境條件

  • 環境溫度
  • 氣流
  • 濕度
  • Noise
  • 手指-手-臂系統的動態響應
  • 機械阻抗
  • 振動傳遞率
  • 吸收能量

 

個人特點

  • 工作方法(握力、推力、手臂姿勢、身體姿勢)
  • 健康&养生
  • 技術培訓
  • 技能
  • 手套的使用
  • 個人對傷害的易感性 

生物動力學

可以推測,影響振動傳遞到手指-手-手臂系統的因素在振動損傷的發生中起著重要作用。 振動的傳遞取決於振動的物理特性(幅度、頻率、方向)和手的動態響應 (Griffin 1990)。

傳輸率和阻抗

實驗結果表明,人體上肢的力學行為是複雜的,隨著振動幅度、頻率和方向、作用力的變化,手臂系統的阻抗——即抗振動能力——表現出明顯的變化,以及手和手臂相對於刺激軸的方向。 阻抗還受人體體質和上肢各部位結構差異的影響(如手指的機械阻抗遠低於手掌)。 一般來說,較高的振動水平以及較緊的手柄會導致較大的阻抗。 然而,已經發現阻抗的變化高度依賴於振動刺激的頻率和方向以及主體內和主體間可變性的各種來源。 幾項研究報告了頻率範圍在 80 和 300 赫茲之間的手指-手-臂系統的共振區域。

對通過人體手臂的振動傳輸的測量表明,較低頻率的振動 (>50 Hz) 沿手和前臂傳輸時幾乎沒有衰減。 肘部的衰減取決於手臂姿勢,因為隨著肘關節屈曲角度的增加,振動的傳遞趨於減少。 對於更高的頻率 (>50 Hz),振動的傳輸會隨著頻率的增加而逐漸降低,而在 150 至 200 Hz 以上時,大部分振動能量會耗散在手和手指的組織中。 從傳遞率測量可以推斷,高頻區域的振動可能是手指和手軟結構受損的原因,而高振幅的低頻振動(例如,來自衝擊工具)可能與損傷有關到手腕、肘部和肩膀。

影響手指和手部動力學的因素

振動暴露的不利影響可能與上肢消耗的能量有關。 能量吸收高度依賴於影響手指-手系統與振動源耦合的因素。 握力、靜力和姿勢的變化會改變手指、手和手臂的動態響應,從而改變傳遞和吸收的能量。 例如,握力對能量吸收有相當大的影響,一般來說,握力越高,傳遞到手臂系統的力就越大。 動態響應數據可以提供相關信息,以評估工具振動的潛在傷害,並協助開發防振裝置,如手柄和手套。

急性效應

主觀不適

振動由各種皮膚機械感受器感知,這些機械感受器位於手指和手的光滑和裸露(無毛)皮膚的(表)皮和皮下組織中。 根據它們的適應性和感受野特性,它們被分為兩類——緩慢適應和快速適應。 Merkel disc 和 Ruffini endings 存在於緩慢適應的機械感受單元中,這些單元對靜態壓力和緩慢的壓力變化做出反應,並在低頻 (<16 Hz) 下被激發。 快速適應單位有邁斯納小體和帕西尼小體,它們對刺激的快速變化作出反應,並負責 8 到 400 赫茲頻率範圍內的振動感覺。 對手傳振動的主觀反應已被用於多項研究中,以獲得閾值、等效感覺輪廓和不同頻率振動刺激的不愉快或耐受限度 (Griffin 1990)。 實驗結果表明,人類對振動的敏感度隨著舒適和煩擾振動水平的頻率增加而降低。 垂直振動似乎比其他方向的振動引起更多的不適。 還發現主觀不適是振動的光譜成分和施加在振動手柄上的握力的函數。

活動干擾

由於皮膚機械感受器的興奮性下降,急性暴露於手傳振動會導致振動觸覺閾值暫時增加。 臨時閾值偏移的幅度以及恢復時間受多個變量的影響,例如刺激的特徵(頻率、振幅、持續時間)、溫度以及工人的年齡和之前的振動暴露。 暴露於寒冷會加重振動引起的觸覺壓抑,因為低溫對手指循環具有血管收縮作用並降低手指皮膚溫度。 對於經常在寒冷環境中工作的振動暴露工人,反復發作的觸覺敏感度急性損傷會導致感官知覺的永久性下降和操縱靈巧性的喪失,這反過來又會干擾工作活動,增加患事故造成的急性損傷。

非血管效應

骨骼肌

振動引起的骨骼和關節損傷是一個有爭議的問題。 許多作者認為,使用手持式振動工具的工人的骨骼和關節疾病在性質上並不特異,與由於衰老過程和繁重的體力勞動引起的疾病相似。 另一方面,一些研究人員報告說,手部、手腕和肘部的特徵性骨骼變化可能是由於長時間暴露於手傳振動而引起的。 早期的 X 光調查顯示,暴露於振動的工人的手和手腕中骨空泡和囊腫的患病率很高,但最近的研究表明,由體力勞動者組成的對照組沒有顯著增加。 據報導,在暴露於氣動衝擊工具的衝擊和高振幅低頻振動的煤礦工人、道路施工工人和金屬加工操作員中,腕骨關節病和肘關節病以及骨贅病的患病率過高。 相反,幾乎沒有證據表明暴露於鏈鋸或磨床引起的中頻或高頻振動的工人上肢退行性骨關節疾病的患病率增加。 繁重的體力勞動、用力抓握和其他生物力學因素可以解釋操作衝擊工具的工人骨骼損傷發生率較高的原因。 局部疼痛、腫脹、關節僵硬和畸形可能與骨骼和關節退化的放射學發現有關。 在少數國家(包括法國、德國、意大利),使用手持式振動工具的工人發生的骨關節疾病被認為是一種職業病,受影響的工人會得到補償。

神經

處理振動工具的工人的手指和手可能會感到刺痛和麻木。 如果繼續接觸振動,這些症狀往往會惡化,並可能影響工作能力和生活活動。 接觸振動的工人在臨床檢查中可能會表現出振動、熱和触覺閾值升高。 有人提出,持續的振動暴露不僅可以抑制皮膚感受器的興奮性,還可以誘髮指神經的病理變化,如神經周圍水腫,繼而纖維化和神經纖維丟失。 對接觸振動的工人進行的流行病學調查表明,周圍神經系統疾病的患病率從百分之幾到 80% 不等,並且感覺喪失會影響各種工具類型的使用者。 似乎振動神經病獨立於其他振動誘發的疾病而發展。 第 86 屆斯德哥爾摩研討會 (1987) 提出了 HAV 綜合徵神經學成分的量表,根據症狀以及臨床檢查和客觀測試的結果分為三個階段(表 2)。

表 2. 手臂振動綜合徵斯德哥爾摩工作坊量表的感覺神經階段

階段

症狀和體徵

0SN

暴露於振動但沒有症狀

1SN

間歇性麻木,伴或不伴刺痛

2SN

間歇性或持續性麻木,感覺減退

3SN

間歇性或持續性麻木,減少觸覺辨別力和/或
操作靈巧

資料來源:斯德哥爾摩研討會 86 1987。

需要仔細的鑑別診斷來區分振動性神經病和卡壓性神經病,例如腕管綜合徵 (CTS),這是一種由於正中神經通過腕部解剖隧道時受壓引起的疾病。 CTS 似乎是一些使用振動工具的職業群體的常見疾病,例如鑿岩工、電鍍工和林業工人。 人們認為,除了振動之外,作用在手和手腕上的符合人體工程學的壓力源(重複運動、用力抓握、笨拙的姿勢)也會導致操作振動工具的工人出現 CTS。 神經肌電圖測量感覺和運動神經速度已被證明有助於區分 CTS 與其他神經系統疾病。

肌肉發達

暴露於振動的工人可能會抱怨手和手臂肌肉無力和疼痛。 在某些人中,肌肉疲勞會導致殘疾。 在伐木工人的後續研究中報告了握力下降。 直接機械損傷或周圍神經損傷被認為是肌肉症狀的可能病因。 其他與工作相關的疾病在暴露於振動的工人中也有報導,例如上肢的肌腱炎和腱鞘炎,以及掌側筋膜組織疾病 Dupuytren 攣縮。 這些障礙似乎與繁重的體力勞動引起的人體工程學應激因素有關,與手傳振動的關聯尚無定論。

血管疾病

雷諾現象

意大利醫生喬瓦尼·洛里加 (Giovanni Loriga) 於 1911 年首次報告說,在羅馬的一些院子裡,使用氣鎚敲擊大理石和石塊的石材切割工遭受手指變白髮作,類似於莫里斯·雷諾 (Maurice Raynaud) 於 1862 年描述的手指對寒冷或情緒壓力的血管痙攣反應。愛麗絲·漢密爾頓 (Alice Hamilton, 1918) 在美國的石材切割工中進行了類似的觀察,後來其他幾位研究人員也進行了類似的觀察。 在文獻中,各種同義詞已被用來描述振動引起的血管疾病:死指或白指、職業起源的雷諾現象、創傷性血管痙攣性疾病,以及最近的振動引起的白指 (VWF)。 臨床上,VWF 的特徵是手指動脈痙攣性閉合引起的白色或蒼白手指發作。 發作通常由寒冷引發,持續 5 至 30 至 40 分鐘。 在發作期間可能會完全喪失觸覺敏感性。 在恢復階段,通常通過溫暖或局部按摩加速,由於皮膚血管中血流的反應性增加,受影響的手指可能會出現發紅。 在罕見的晚期病例中,反復和嚴重的手指血管痙攣發作可導致指尖皮膚發生營養性變化(潰瘍或壞疽)。 為了解釋暴露於振動的工人的冷誘發雷諾現象,一些研究人員援引了由於長時間暴露於有害振動而導致的誇大的中樞交感神經血管收縮反射,而其他人則傾向於強調振動引起的手指血管局部變化的作用(例如,肌壁增厚、內皮損傷、功能性受體改變)。 斯德哥爾摩研討會 86 (1987) 提出了 VWF 分類的等級量表(表 3)。 Griffin 開發的 VWF 症狀數值系統也是可用的,該系統基於不同指骨變白的分數 (Griffin 1990)。 一些實驗室測試用於客觀診斷 VWF。 這些測試大多基於寒冷刺激和手指皮膚溫度或手指和手冷卻前後數字血流和壓力的測量。

表 3. 用於分期手臂振動綜合徵中冷誘發雷諾現象的斯德哥爾摩工作坊量表

階段

症狀

0

-

沒有攻擊

1

中等

偶爾發作僅影響一根或多根指尖

2

中度

偶爾發作影響遠端和中間(很少也
一根或多根手指的近端指骨

3

嚴重

頻繁發作影響大多數手指的所有指骨

4

很嚴重

與第 3 階段一樣,指尖出現營養性皮膚變化

資料來源:斯德哥爾摩研討會 86 1987。

流行病學研究指出,VWF 的患病率非常廣泛,從不到 1% 到 100%。 已發現 VWF 與使用衝擊式金屬加工工具、研磨機和其他旋轉工具、用於挖掘的衝擊鎚和鑽頭、用於森林的振動機械以及其他動力工具和工藝有關。 VWF 在許多國家被認為是一種職業病。 自 1975-80 年以來,在引入抗震鏈鋸和減少鋸使用時間的行政措施後,歐洲和日本的林業工人報告 VWF 新病例的發生率有所下降。 其他類型的工具還沒有類似的發現。

其他疾病

一些研究表明,在受 VWF 影響的工人中,由於使用振動工具導致的老化和噪音暴露,聽力損失比預期的要大。 有人提出,由於供應內耳的血管的振動引起的反射性交感神經血管收縮,VWF 受試者可能有聽力受損的額外風險。 除了外周疾病外,一些俄羅斯和日本的職業醫學學校還報告了涉及振動暴露工人的內分泌和中樞神經系統的其他不良健康影響(Griffin 1990)。 臨床表現稱為“振動病”,包括與大腦自主神經中樞功能障礙相關的體徵和症狀(例如,持續疲勞、頭痛、易怒、睡眠障礙、陽痿、腦電圖異常)。 應謹慎解釋這些發現,並需要進一步精心設計流行病學和臨床研究工作,以證實中樞神經系統疾病與接觸手傳振動之間存在關聯的假設。

相關標準

一些國家已經採用了手傳振動暴露的標准或指南。 其中大部分基於國際標準 5349 (ISO 1986)。 為測量手傳振動,ISO 5349 建議使用頻率加權曲線,該曲線近似於手對振動刺激的頻率相關靈敏度。 振動的頻率加權加速度(a高,寬)是通過適當的加權濾波器或通過沿正交坐標系(xh, yh, zh), (圖1)。 在 ISO 5349 中,每天的振動暴露以四小時內的能量等效頻率加權加速度表示((a高,寬)當量(4) 米/秒2 均方根),根據以下等式:

(a高,寬)當量(4)=(T/ 4)½(a高,寬)eq(T)

哪裡 T 是以小時表示的每日暴露時間和 (a高,寬)eq(T) 是每日曝光時間的能量等效頻率加權加速度 T. 該標準提供了計算指南(a高,寬)eq(T) 如果一個典型的工作日以多次不同程度和持續時間的暴露為特徵。 ISO 5349 的附錄 A(不構成標準的一部分)提出了(a高,寬)當量(4) 和 VWF,可以用下式近似:

C=[(a高,寬)當量(4) TF/ 95]2 x 100

哪裡 C 是預計會出現 VWF(在 10% 到 50% 範圍內)的暴露工人的百分位數,並且 TF 是受影響的工人(在 1 至 25 年的範圍內)手指變白之前的暴露時間。 指向手的振動的主要單軸分量用於計算(a高,寬)當量(4), 不應超過 50 m/s2. 根據 ISO 劑量效應關係,預計約 10% 的工人在每天接觸 3 m/s 的振動時會發生 VWF2 十年。

 

圖 1. 用於測量手傳振動的基本中心坐標系

 

VIB030F1

 

為了盡量減少振動引起的不良健康影響的風險,其他委員會或組織已經提出了振動暴露的行動水平和閾限值 (TLV)。 美國政府工業衛生學家會議 (ACGIH) 發布了根據 ISO 頻率加權程序測量的手傳振動的 TLV(美國政府工業衛生學家會議 1992)(表 4)。 根據 ACGIH 的說法,TLV 提案涉及振動暴露,“幾乎所有工人都可能反复暴露,而不會超過 VWF 斯德哥爾摩車間分類系統的第一階段”。 最近,歐洲共同體委員會在保護工人免受物理因素引起的風險的指令提案中提出了手傳振動的暴露水平(歐盟委員會,1 年),(表 1994 ). 在擬議的指令中,用於評估振動危害的數量以八小時能量當量頻率加權加速度表示, A(8)=(T/ 8)½ (a高,寬)eq(T),通過使用在正交坐標中確定的加權加速度的矢量和 a總和=(ax,h,w2+ay、h、w2+a坐標、高度、寬度2)½ 在振動工具手柄或工件上。 指令中報告的振動暴露的測量和評估方法基本上源自英國標準(BS)6842(BSI 1987a)。 然而,BS 標準並未推薦暴露限值,而是提供了一份資料性附錄,介紹手傳振動的劑量效應關係的知識狀況。 根據 BS 標準,在 10% 的暴露於振動的工人中可能導致 VWF 的估計頻率加權加速度幅度在表 6 中報告。

___________________________________________________________________________

表 4. 手傳振動的閾限值

每日總暴露量(小時)              

  不應超過的主導方向上的頻率加權均方根加速度

 

g*

 4-8

 4

 0.40

 2-4 

 6

 0.61

 1-2

 8

 0.81

 1

 12

 1.22

* 1 克 = 9.81 .

資料來源:根據 1992 年美國政府工業衛生學家會議。

___________________________________________________________________________

表 5. 歐盟理事會關於物理因素理事會指令的提案:附件 II A. 手傳振動 (1994)

 課堂級別 ()

  甲(8)*   

定義

 門檻

  1

連續和/或重複低於該值的曝光值

暴露對工人的健康和安全沒有不利影響

 行動

  2.5

一項或多項措施高於該值**

必須進行相關附件中規定的

 暴露極限值  

  5

未受保護的人高於該值的暴露值

暴露於不可接受的風險。 超過這個水平是

禁止並必須通過執行來防止

指令的規定***

* A(8) = 8 h 能量等效頻率加權加速度。

** 信息、培訓、技術措施、健康監測。

*** 保護健康和安全的適當措施。

___________________________________________________________________________

表 6. 頻率加權振動加速度大小 ( rms) 可能會使 10% 的暴露人員手指變白*

  每日暴露(小時)    

               終生暴露(年)

 

 0.5      

 1         

 2        

 4        

 8        

 16     

 0.25

 256.0     

 128.0     

 64.0     

 32.0     

 16.0     

 8.0     

 0.5

 179.2

 89.6

 44.8

 22.4

 11.2

 5.6

 1

 128.0

 64.0

 32.0

 16.0

 8.0

 4.0

 2

 89.6

 44.8

 22.4

 11.2

 5.6

 2.8

 4

 64.0

 32.0

 16.0

 8.0

 4.0

 2.0

 8

 44.8

 22.4

 11.2

 5.6

 2.8

 1.4

* 持續時間短的接觸量級很高,血管疾病可能不是第一個出現的不良症狀。

資料來源:根據英國標準 6842. 1987,BSI 1987a。

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暴露的測量和評估

進行振動測量是為了為新工具的開發提供幫助,在購買時檢查工具的振動,驗證維護條件,以及評估工作場所的人員暴露於振動的情況。 振動測量設備通常由換能器(通常是加速度計)、放大裝置、濾波器(帶通濾波器和/或頻率計權網絡)以及振幅或電平指示器或記錄器組成。 振動測量應在靠近振動進入身體的手錶面的工具手柄或工件上進行。 需要仔細選擇加速度計(例如,類型、質量、靈敏度)和將加速度計安裝在振動表面上的適當方法,以獲得準確的結果。 應在正交坐標系的適當方向上測量和報告傳遞到手的振動(圖 1)。 測量應在至少 5 至 1,500 Hz 的頻率範圍內進行,一個或多個軸上振動的加速度頻率成分可以以中心頻率為 8 至 1,000 Hz 的倍頻程或三分之一倍頻程來表示中心頻率從 6.3 到 1,250 赫茲。 加速度也可以通過使用符合 ISO 5349 或 BS 6842 中規定的特性的加權網絡表示為頻率加權加速度。工作場所的測量表明,不同的振動幅度和頻譜可能發生在相同類型的工具上或當相同的工具以不同的方式操作。 圖 2 報告了在林業和工業中使用的動力驅動工具的主軸上測得的加權加速度的平均值和分佈範圍(ISSA 國際研究部 1989)。 在一些標準中,手傳振動暴露是根據通過上述等式計算的四小時或八小時能量等效頻率加權加速度來評估的。 獲得能量等效加速度的方法假定產生不良健康影響所需的每日暴露時間與頻率加權加速度的平方成反比(例如,如果振動幅度減半,則暴露時間可能會增加一個因子四)。 這種時間依賴性被認為對於標準化目的是合理的,並且便於檢測,但應該注意的是,它沒有得到流行病學數據的充分證實(Griffin 1990)。

圖 2. 在林業和工業中使用的一些電動工具的手柄上測得的主軸頻率加權均方根加速度的平均值和分佈範圍

 VIB030F2

預防

預防由手傳振動引起的傷害或失調需要實施行政、技術和醫療程序(ISO 1986;BSI 1987a)。 還應向振動工具的製造商和用戶提供適當的建議。 行政措施應包括充分的信息和培訓,以指導振動機械的操作員採用安全和正確的工作實踐。 由於持續暴露於振動被認為會增加振動危險,因此工作時間表應安排為包括休息時間。 技術措施應包括選擇振動最低且符合人體工程學設計的工具。 根據EC機械安全指令(Council of the European Communities 1989),製造商應公開手傳振動的頻率加權加速度是否超過2.5 m/s2, 由合適的測試代碼確定,例如國際標準 ISO 8662/1 及其針對特定工具的配套文件 (ISO 1988) 中指出的代碼。 應通過定期振動測量仔細檢查工具維護條件。 應定期對接觸振動的工人進行就業前體檢和隨後的臨床檢查。 醫療監督的目的是告知工作人員與振動暴露相關的潛在風險,評估健康狀況並及早診斷振動引起的疾病。 在第一次篩選檢查時,應特別注意可能因暴露於振動而加重的任何情況(例如,白手指的體質傾向、某些形式的繼發性雷諾現象、過去上肢受傷、神經系統疾病)。 在考慮症狀的嚴重程度和整個工作過程的特點後,應決定避免或減少受影響工人的振動暴露。 應建議工人穿足夠的衣服以保持全身溫暖,並避免或盡量減少吸煙和使用一些會影響末梢循環的藥物。 手套可能有助於保護手指和手免受外傷並保暖。 所謂的防震手套可以隔離一些工具產生的高頻振動成分。

 

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