Структура і властивості сенсорної системи та її значення у забезпеченні безпеки людини

Людина отримує різноманітну інформацію про навколишній світ, сприймає всі його сторони за допомогою сенсорної системи або органів чуттів.

З позицій БЖД особливо важливим є те, що органи чуттів сприймають інформацію і сигналізують про різноманітні види та рівні небезпеки. Отримана інформація передається до мозку людини; він її аналізує, синтезує і видає відповідні команди виконавчим органам. В залежності від характеру одержуваної інформації, її цінності визначається наступна дія людини.

Аналізатори — це сукупність взаємодіючих утворень периферичної і центральної нервової системи, які сприймають та аналізують інформацію про явища, що відбуваються як у навколишньому середовищі, так і в самому організмі.

Будь-який аналізатор складається з трьох частин: периферичної (або рецепторної), провідникової і центральної, де завершуються аналітично-синтетичні процеси за оцінкою біологічної значимості подразника.

У сучасній фізіології, розрізняють вісім аналізаторів: зоровий, слуховий, смаковий, нюховий, шкірний (або тактильний), вестибулярний, руховий і вісцеральний (або аналізатор внутрішніх органів). Проте, в системі взаємодії людини з об'єктами навколишнього середовища головними або домінуючими у разі виявлення небезпеки виступають зоровий, слуховий та шкірний аналізатори, інші аналізатори мають другорядне значення для отримання інформації про зовнішній світ і орієнтування в ньому.

Водночас, варто враховувати також і ту обставину, що в сучасних умовах є цілий ряд небезпечних чинників, що здійснюють надзвичайно важливий біологічний вплив на людський організм, але для їх сприйняття немає відповідних природних аналізаторів. Це, насамперед, стосується іонізуючих випромінювань, електромагнітних полів, електричного струму. Людина не спроможна їх відчути безпосередньо, а починає відчувати лише їх опосередковані, переважно небезпечні для здоров’я, наслідки. Для усунення цієї прогалини розроблено різноманітні технічні засоби, що дають змогу відчувати іонізуюче випромінювання, «чути» радіохвилі та ультразвук, «бачити» інфрачервоні випромінювання тощо.

Усі аналізатори структурно однотипні. Вони мають на своїй периферії апарати, що сприймають подразники, — рецептори, в яких і відбувається перетворення енергії подразника в процес збудження (нервові імпульси). Від рецепторів за сенсорними (чуттєвими) нейронами і синапсами (контактами між нервовими клітинами) ці імпульси надходять до центральної нервової системи, її найвищого відділу — кори головного мозку де і формуються відчуття. Розрізняють такі основні види рецепторів: механорецептори, що сприймають механічну енергію: до них належать рецептори — слуховий, вестибулярний, руховий, частково вісцеральної чутливості; хеморецептори — нюховий, смаковий; терморецептори, які має шкіряний аналізатор; фоторецептори — зоровий аналізатор та інші види. Кожен рецептор виділяє із множини подразників зовнішнього і внутрішнього середовища свій адекватний подразник. Цим і пояснюється дуже висока чутливість рецепторів.

Усі аналізатори, завдяки своїй однотипній будові, мають загальні психофізіологічні властивості:

• — надзвичайно високу чутливість до адекватних подразників;
• — наявність абсолютної, диференційної та оперативної межі чутливості до подразника;
• — спроможність до адаптації;
• — спроможність до тренування;
• — спроможність певний час зберігати відчуття після припинення дії подразника;
• — постійна взаємодія один з одним.

Чутливість аналізаторів близька до теоретичної межі й у сучасній техніці поки що не досягнута. Кількісною мірою чутливості є гранична інтенсивність, тобто найменша інтенсивність подразника, вплив якої дає відчуття.

Абсолютна межа має верхній та нижній рівні. Нижня абсолютна межа чутливості - це мінімальна величина подразника, що викликає чутливість. Верхня абсолютна межа — максимально допустима величина подразника, що не викликає у людини біль. Диференційна чутливість визначається найменшою величиною подразника, яка дає можливість відчути його мінімальну зміну. Це положення вперше було запроваджено німецьким фізіологом А. Вебером, кількісно описано німецьким фізиком Г. Фехнером і покладено в основу психофізіологічного закону Вебера-Фехнера: інтенсивність відчуттів пропорційна логарифму інтенсивності подразника. У математичній формі закон Вебера-Фехнера виражається так:

.

де S — інтенсивність (або сила) відчуття;

I — сила подразника;

С — коефіцієнт пропорційності.

Суть закону полягає у тому, що між інтенсивністю (силою) подразника і інтенсивністю отриманого відчуття, немає прямопропорційної залежності, тобто при мінімальній силі подразника людина вже отримує відчуття. На цьому законі базується нормування усіх шкідливих речовин.

Спроможність до адаптації - це можливість пристосовувати рівень своєї чутливості до подразників. За високих інтенсивностей подразників чутливість знижується і, навпаки, за низьких — підвищується.

Спроможність тренуватися виражається як у підвищенні чутливості, так і в прискоренні адаптації (наприклад, часто говорять про музичний слух, чуттєві органи дегустаторів і т.д.).

Спроможність певний час зберігати відчуття після припинення дії подразника полягає в тому, що людина може відновити у своїй свідомості на коротку мить побачену характеристику або почуті звукові інтонації. Така «інерція» відчуттів визначається як наслідок. Тривалість послідовного образу сильно залежить від інтенсивності подразника і, навіть, у деяких випадках обмежує можливість аналізатора.

Відомо, що навколишній світ багатогранний і лише завдяки властивості аналізаторів взаємодіяти один з одним, відбувається повне сприйняття людиною об'єктів і явищ зовнішнього середовища.

Найбільше значення в забезпеченні безпеки життєдіяльності мають чотири аналізатори: зоровий, слуховий, шкірний (тактильний) та вісцеральний.

Зоровий аналізатор. У житті людини зір відіграє першочергову роль. Достатньо сказати, що більше 90% інформації про зовнішній світ людина одержує через зоровий аналізатор. За своєю природою світло — це видиме випромінювання електромагнітних хвиль довжиною від 380 до 780 нм (1 нм = 10−9 м). Відчуття світла виникає в результаті їх впливу на рецепторні структури зорового аналізатора. Першим етапом у формуванні світловідчуття є трансформація енергії подразника у процес нервового збудження. Це відбувається у сітчастій оболонці ока. Характерною рисою зорового аналізатора є відчуття світла, тобто спектрального складу світлового (сонячного) випромінювання.

Хвилі, що перебувають в межах зазначеного діапазону (380−780 нм) і відрізняються за довжиною, створюють, у свою чергу, відчуття різного кольору (див. табл. 5.1).

Таблиця 5.1 Зв’язок між зоровим сприйняттям довжини хвильі суб'єктивним сприйняттям світла.

Людина розрізняє 10 млн. відтінків кольорів. Для ока людини найбільш відчутним є жовте-зелене випромінювання. Спектральний склад світла впливає на продуктивність праці та психічний стан людини.

У техніці, відповідно до ГОСТ 12.04.026−76 установлено 4 сигнальних кольори: червоний, жовтий, зелений і синій. Червоний колір сигналізує про безпосередню небезпеку застосовується для заборони будь-яких дій; жовтий застосовується для попередження небезпеки; зелений — для знаків, що наказують робити саме так; синій — для вказівних знаків.

Для транспорту — зелене світло дозволяє рух. Фарбування у визначені різноманітні кольори для сприятливого (повноцінного) відчуття сприймання образу дуже часто використовується при будівництві будинків, квартир, офісів. Особливо велике значення має колір при доборі одягу. Психологи підтверджують, що колір одягу може впливати не тільки на настрій, але і на самопочуття людини: зелений діє заспокійливо на нервову систему, знімає головний біль, втому, дратівливість; червоний — збільшує вміст адреналіну в крові, підвищує працездатність; жовтий — стимулює мозкову діяльність; фіолетовий — поліпшує роботу серця, судин, легень, цей колір збільшує витривалість організму; жовтогарячий підвищує настрій і тому незамінний у стресових ситуаціях.

Зоровий аналізатор має деякі своєрідні характеристики такі, як інерція зору, зорове відображення (міражі), видимість. Останнє говорить про складність процесів, що відбуваються в зоровій системі по сприйняттю реальної дійсності і безумовної участі в цій діяльності нашого мислення.

Слуховий аналізатор — є другим за значенням для сприйняття людиною навколишнього середовища та її безпеки. Тоді, як око чутливе до електромагнітної енергії, вухо реагує на механічні коливання, пов’язані з періодичними змінами атмосферного тиску у відповідному діапазоні. Коливання повітря, що діють із визначеною частотою і характеризуються періодичними появами областей високого і низького тиску, сприймаються нами як звуки.

У середовищі, що оточує людину, постійно відбуваються різноманітні механічні процеси, які викликають коливання повітря. Більшість таких коливань мають велике сигнальне значення, тобто несуть інформацію про явища, походження яких стали причиною цих коливань. Завдяки слуховому аналізатору людина сприймає (відчуває) коливання повітря.

Фізична одиниця, за допомогою якої оцінюється частота коливань повітря в секунду називається герц (Гц). 1 Гц кількісно дорівнює 1 повному коливанню, що здійснюється за одну секунду. Чим більша частота коливань тиску, то вище за висотою звук, що сприймається.

Людина може чути звуки, за яких частота коливань тиску повітря знаходиться в діапазоні від 16 Гц до 20 103 Гц. Діапазон коливання повітря, що сприймається різними живими істотами різноманітний. Наприклад, кажани, дельфіни здатні сприймати значно вищі звуки, ніж людина, тобто їм доступний діапазон хвиль звукового порядку, частота яких набагато вища, ніж у людини. Характер звука, що суб'єктивно сприймається, залежить не тільки від частоти коливань тиску повітря. На нього впливає звуковий тиск, тобто різниця між максимальним і мінімальним значенням тиску збудженого звуком повітря.

Для оцінки суб'єктивної гучності сприйнятого звука запропоновано спеціальну шкалу, одиницею виміру якої є децибел. Детальніше про дію різноманітних видів звука на організм людини буде розглянуто у розділі, присвяченому фізичним чинникам небезпек.

Шкірний або тактильний аналізатор (аналізатор дотику) відіграє безумовно виняткову роль у житті людини, особливо при його взаємодії із зоровим і слуховим аналізаторами при формуванні в людини цілісного сприйняття навколишнього світу. У разі втрати зору і слуху людина за допомогою тактильного аналізатора завдяки тренуванням і різноманітним технічним пристосуванням може «чути», «читати», тобто діяти і бути корисним собі і суспільству. Тактильна чутливість зобов’язана функціонуванню механорецепторів шкірного аналізатора. Джерелом тактильних відчуттів є механічні впливи у вигляді дотику або тиску на шкіру людини.

У шкірі розрізняють три прошарки: зовнішній (епідерміс), з'єднувально-тканинний (власне шкіра — дерма) і підшкірна жирова клітковина. У шкірі дуже багато нервових волокон і нервових закінчень, що розподілені вкрай нерівномірно і забезпечують різним ділянкам тіла різну чутливість. Наявність на шкірі волосяного покриву значно підвищує чутливість тактильного аналізатора. Механізм дії тактильного аналізатора описується загальною схемою, але він має відмінну рису, яка полягає в тому, що рецепторна площа дотику більша, ніж у інших органів чуттів. Це забезпечує шкірному аналізатору високу чутливість.

Слід зазначити, що шкіра виконує ряд важливих функцій у забезпеченні життєдіяльності людського організму. По-перше, шкіра охороняє людину від шкідливих зовнішніх впливів: механічних ушкоджень, сонячних променів, мікроорганізмів і хімічних речовин. По-друге, шкіра виконує секреторну, обмінну й інші функції, бере участь у підтримці постійної температури тіла, тобто в процесах терморегуляції. Секреторна функція забезпечується сальними і потовими залозами. Обмінна функція шкіри полягає в процесах регуляції загального обміну речовин в організмі, особливо водяного, мінерального і вуглеводного.

Температурно-сенсорну систему звичайно розглядають як частину шкірного аналізатора, завдяки збігу, розташуванню рецепторів і провідникових шляхів. Позаяк людина є теплокровною істотою, то всі біохімічні процеси в її організмі можуть відбуватися з необхідною швидкістю і напрямком за визначеного діапазону температур, на підтримку якого спрямовано теплорегуляційні процеси (теплопродукція і тепловіддача). За високої температури зовнішнього середовища, судини шкіри розширюються і тепловіддача посилюється, за низької - судини звужуються і тепловіддача зменшується.

Аналізатор внутрішніх органів, або вісцеральний аналізатор відіграє особливу роль у здоров'ї і житті людини. Якщо зовнішні аналізатори попереджають людину про небезпеку оточуючого середовища, то цей аналізатор визначає небезпеки внутрішнього середовища. Для розуміння біологічної значущості внутрішнього аналізатора, необхідно визначити поняття «внутрішнє середовище організму». Коли ми говоримо про поганий стан здоров’я, то це стосується перед усім порушення рівноваги внутрішнього середовища організму.

Людина є складовою частиною природного середовища. Протягом тривалого періоду еволюції організм адаптувався до будь-яких змін цього середовища і перебуває в стані стійкої динамічної рівноваги. Це виражається у сталості температури тіла (36.5 — 37 °С), вмісту води в організмі (приблизно 70%), чергуванні біоритмів тощо.

Параметри зовнішнього середовища існування людини мають різноманітні і часто значні коливання, що створюють загрозу для здоров’я і життя людини. Наприклад, добові, сезонні коливання температури, тиску, вологості повітря, освітленості, звукового тиску, електромагнітних характеристик тощо. Ці показники не однакові на різноманітних висотах і широтах. До цього варто додати зміни у зовнішньому середовищі, викликані урбанізацією та антропогенним впливом на хімічний склад води, повітря, ґрунту, бактеріально-вірусного оточення тощо, а також перебування людини в екстремальних ситуаціях.

Внутрішнє середовище (кров, лімфа, тканинна рідина, з якими контактує кожна клітина живого організму), незважаючи на всі зміни зовнішнього середовища, зберігає відносну сталість. «Сталість середовища припускає таку досконалість організму, щоб зовнішні зміни в кожну мить компенсувалися і врівноважувалися» , — писав французький фізіолог К. Бернар (1813−1878). Американський фізіолог У. Кеннон (1871−1945) цю властивість назвав гомеостазом. Отже, у сучасному розумінні гомеостаз — це стан внутрішньої динамічної рівноваги природної системи, що підтримується регулярним поновленням основних її структур, матеріально-енергетичного складу і постійною функціональною саморегуляцією у всіх її ланках.

Зовнішнє і внутрішнє середовище діалектично єдині. Коли на організм діють надзвичайні подразники, він сам активно формує таке внутрішнє середовище, що дає змогу оптимізувати фізіологічні процеси в нових умовах існування.

Вісцеральний аналізатор сприймає і передає до центральної нервової системи сигнали не тільки про стан внутрішнього середовища, а й про діяльність внутрішніх органів людини. Цей апарат координує діяльність внутрішніх органів і приводить їх у відповідність з потребами всього організму. Нині відомо, що внутрішні органи мають величезну кількість різноманітних рецепторів — інтероцепторів. Вони розташовані на внутрішній поверхні судин, у слизистих оболонках майже у всіх порожнинах внутрішніх органів, у товщині їхніх стінок та на їх поверхні. Інтероцептори поділяються на механорецептори, хеморецептори, терморецептори, осморецептори.

Варто зазначити, що механізм дії вісцерального аналізатора ще повністю не розкрито. Це пояснюється складністю і невизначеністю відчуттів, що виникають. Проте, це не зменшує значущості аналізатора внутрішніх органів для життєдіяльності людини.