Panel Centralnego Instytutu Ochrony Pracy – Państwowego Instytutu Badawczego poświęcono wybranym aspektom funkcjonowania człowieka w środowisku gorącym pod kątem zmian klimatu, wpływu wysokiej temperatury na organizm oraz wpływu nawodnienia na tolerancję mikroklimatu gorącego, jak również możliwości redukcji stresu cieplnego poprzez zastosowanie innowacyjnej odzieży chłodzącej.
Moderator: dr hab. Joanna Bugajska, prof. CIOP–PIB; Uczestnicy: dr hab. inż. Katarzyna Majchrzycka, prof. CIOP-PIB, dr inż. Magdalena Młynarczyk, dr Joanna Orysiak
W oparciu o zbierane od 1880 r. dane dotyczące zmian temperatury globalnej, można stwierdzić, iż przez ostatnie 40 lat obserwuje się coraz częstsze anomalie. Według raportu Międzyrządowego Panelu ds. Zmian Klimatu (IPCC), lata 2011-2020 uznano za najcieplejszą dekadę w historii. W Polsce w tym okresie odnotowano rocznie średnio 13 dni z temperaturą powyżej 30°C, podczas gdy jeszcze w latach 70. ubiegłego wieku były to zaledwie 4 dni. W wakacje 2023 r., a dokładniej 6 lipca, odnotowano najwyższą średnią wartość temperatury globalnej na Ziemi od początku pomiarów.
Ze względu na zachodzące zmiany klimatyczne (podniesienie się średniej wartości temperatury powietrza) należy zwrócić szczególną uwagę (zwłaszcza latem) na osoby starsze (60+), małe dzieci, osoby z chorobami przewlekłymi układu sercowo-naczyniowego i oddechowego, a także na osoby pracujące na otwartej przestrzeni. Czekają na nie nie tylko zagrożenia bezpośrednie związane z wysoką temperaturą (odwodnienie, kurcze cieplne mięśni, udar cieplny), ale również zwiększa się ryzyko zaostrzenia przebiegu chorób przewlekłych, a choćby śmierci.
Zmiany klimatu i ich wpływ na organizm człowieka
W panelu przedstawiono zagrożenia związane z coraz częściej występującymi anomaliami pogodowymi w postaci fal upałów oraz dobre praktyki, czyli co możemy zrobić, aby skutki narażenia na wysoką temperaturę były jak najmniejsze.
Ostatnie dane dotyczące średniej temperatury powietrza w miesiącach letnich (czerwiec, lipiec, sierpień) wskazują, iż to właśnie rok 2023 był rokiem, w którym odnotowano najwyższą średnią temperaturę powietrza na Ziemi od czasu prowadzenia pomiarów (ryc. 1).
Kto jest narażony w związku z obserwowanymi zmianami klimatu? Tak naprawdę każdy z nas. Szczególnie jednak należy zwrócić uwagę na osoby, które z powodu charakteru wykonywanej pracy dużo przebywają na otwartej przestrzeni (np.: rolnicy, ogrodnicy, leśnicy, budowlańcy oraz pracownicy przemysłu wydobywczego). Niekiedy bardzo trudno jest dotrzeć do tych pracowników z informacjami o zagrożeniu (nt. obciążenia cieplnego/stresu cieplnego), bo są to najczęściej osoby samozatrudniające się. Na niekorzystne warunki mikroklimatu narażone są także osoby pracujące w pomieszczeniach (w tym również w biurach), na które mogą mieć wpływ parametry środowiska zewnętrznego, gdyż nie zawsze są wyposażone w klimatyzację.
W ostatnim czasie często występowały w Polsce tzw. fale upałów. Ekstremalne upały/fale upałów to anomalia pogodowa, choć nie tak dramatyczna jak huragany czy powodzie, uznawana za najgroźniejsze dla życia zjawisko pogodowe. Według naukowców można wysunąć tezę, iż fala upałów pochłania tak naprawdę najwięcej ofiar, jeżeli chodzi o katastrofy naturalne.
Według Światowej Organizacji Meteorologicznej ekstremalne upały to śmiertelna pułapka w Europie. W 2003 r. ponad 70 000 zgonów odnotowano właśnie w związku z panującą wysoką temperaturą, podczas gdy w okresie letnim 2019 r. odnotowano już około 345 000 zgonów – były to głównie osoby starsze powyżej 65. roku życia.
Kiedy mówimy, iż wystąpiła fala upałów? Nie ma jednej definicji, według UNICEF jest to okres trzech lub więcej dni, a według Światowej Organizacji Meteorologicznej pięć lub więcej kolejnych dni, z niezwykle wysoką temperaturą (zarówno w dzień, jak i w nocy). Organizm człowieka potrzebuje 7–10 dni na aklimatyzację do nowych warunków klimatycznych, więc podczas fali upałów organizm nie jest w stanie zaaklimatyzować się do wysokiej temperatury. Powoduje to, iż wzrasta obciążenie cieplne organizmu człowieka (wyższa temperatura rektalna), a także skraca się bezpieczny czas wysiłku (wykonywania pracy fizycznej).
Warunki środowiskowe wpływają na organizm człowieka, zarówno w sferze odpowiedzi fizjologicznych, ale także i psychomotorycznych. Zakłada się, iż powyżej temperatury 28°C rozpoczyna się proces pocenia się (jeden z najefektywniejszych sposobów obniżania temperatury wewnętrznej organizmu). W przypadku odpowiedzi psychomotorycznych wyniki badań Pilcher i in. wskazują, iż dla warunków, gdy WBGT11 >32°C, aż o 15 stopni obniża się sprawność psychomotoryczna.
Warunki te zmniejszają zdolność do wykonywania pracy fizycznej, sprawność psychomotoryczną i funkcje poznawcze. Wpływa to negatywnie na produktywność i bezpieczeństwo pracy, a także zwiększa ryzyko występowania problemów zdrowotnych. Stresowi cieplnemu przypisuje się ok. 3% wszystkich urazów zawodowych. Badania wykazały, iż odsetek populacji europejskiej narażonej na bardzo wysokie ryzyko stresu cieplnego będzie stale wzrastał. W 2018 r. wynosił on 0,4%, natomiast szacuje się, iż w 2050 r. obejmie od 20 do 48% populacji Europy.
Wiek ma tutaj ogromne znaczenie. Wraz z wiekiem pogarsza się tolerancja gorąca i jest to spowodowane pogorszeniem sprawności procesów termoregulacyjnych.
Osoby starsze zaczynają się pocić później niż młodsze, co powoduje, iż u osób starszych w większym stopniu podnosi się zarówno temperatura wnętrza ciała, jak i średnia ważona temperatura skóry. W związku z mniejszym poceniem (po 40. r.ż.) dochodzi do większego (niż u osób młodszych) rozszerzenia naczyń obwodowych i większego przyśpieszenia akcji serca, co jest wskaźnikiem większego kosztu fizjologicznego pracy. Według Millyard i in. u osób po 50 r.ż. akumulacja ciepła jest 1,3–1,8-krotnie wyższa w porównaniu do grupy 19-30-latków.
Co nam grozi podczas ekstremalnych upałów oraz ekspozycji na wysoką temperaturę? Na pewno poważne problemy zdrowotne, takie jak wyczerpanie cieplne czy udar cieplny. Takie warunki środowiskowe zwiększają również ryzyko wystąpienia urazów spowodowanych zmęczeniem, brakiem koncentracji czy podejmowaniem złych decyzji (obniżenie sprawności psychomotorycznej). Powodują także spadek wydajności, zwiększenie poziomu stresu, a także większe narażenie na chemikalia, na przykład podczas pracy z rozpuszczalnikami i innymi substancjami lotnymi.
Jakie są tzw. dobre praktyki, czyli co należy zrobić bądź na co należy zwrócić uwagę w środowisku gorącym, aby pracować bezpiecznie? Niektóre z nich, dotyczące organizacji pracy, zebrano i przedstawiono poniżej.
Podsumowując, można by rzec za Trades Union Congress (Wielka Brytania), iż najlepszą praktyczną zasadą przy podejmowaniu decyzji w sprawie panującej temperatury powietrza w miejscu pracy jest odczuwany przez pracowników komfort cieplny.
Nawodnienie
Podczas panelu omówiono także temat roli nawodnienia w zapobieganiu obciążeniu cieplnemu. Stan nawodnienia organizmu ma istotne znaczenie dla naszego zdrowia i wydajności w pracy w środowisku gorącym. Woda ma największy udział w składzie ciała człowieka, stanowi od 40 do 70% masy ciała. Woda jest niezbędna do życia, ponieważ:
• zapewnia środowisko dla procesów życiowych,
• transportuje tlen, składniki odżywcze i metabolity,
• stanowi materiał budulcowy,
• pełni rolę ochrony mechanicznej,
• bierze udział w trawieniu i w termoregulacji,
• wpływa na wydolność fizyczną oraz odporność naszego organizmu.
W przypadku, kiedy mamy niedobór całkowitej zawartości wody w organizmie, mówimy o odwodnieniu.
Odwodnienie wpływa negatywnie na organizm człowieka, ponieważ zaburza termoregulację, upośledza zdolności manualne, zmniejsza zdolność do wykonywania wysiłku fizycznego, jak również upośledza funkcje poznawcze. Warto pamiętać o tym, iż im większe odwodnienie organizmu, tym poważniejsze są jego skutki. Na podstawie badań przeprowadzonych w CIOP-PIB zaobserwowano, iż odwodnienie jest bardzo często spotykane wśród pracowników.
Odwodnienie określa się na podstawie bilansu wodnego, który jest wyznaczany na podstawie różnicy pomiędzy ilością wody dostarczanej do organizmu (np. pokarm, napoje) i ilością wody z niego wydalanej (np. mocz, pot). Wszelkiego rodzaju aktywność fizyczna (w tym praca) w wysokiej temperaturze znacznie zwiększa wydalanie potu, doprowadzając tym samym do odwodnienia organizmu.
W związku z tym, iż odwodnienie wpływa negatywnie na organizm człowieka i jest często spotykane wśród pracowników, należy wprowadzić odpowiednie środki zaradcze, które będą zapobiegać odwodnieniu. Przede wszystkim należy regularnie uzupełniać wodę i składniki mineralne/witaminy utracone m.in. z potem. Przy czym należy zwracać uwagę na to, co pijemy.
Do picia zalecana jest głównie woda, szczególnie woda wysokozmineralizowana. Jednak warto zauważyć, iż taka woda nie jest odpowiednia dla wszystkich, ponieważ może zawierać wysokie stężenia poszczególnych składników mineralnych, które ze względów zdrowotnych nie dla wszystkich są zalecane. Ponadto można wypijać sok owocowy/warzywny, jednak ilość tych napojów, zgodnie z zaleceniami Piramidy Zdrowego Żywienia i Aktywności Fizycznej dla osób dorosłych, powinna być ograniczana w diecie. Wodę i elektrolity tracone wraz z potem możemy także uzupełnić dzięki diety. Na przykład owoce czy warzywa są bardzo bogate w różne składniki mineralne bądź witaminy, jak również zawierają dużą zawartość wody.
Podsumowując, według NIOSH w większości przypadków do utrzymania równowagi wodno-elektrolitowej wystarczają regularne posiłki (przekąski) i odpowiednia ilość płynów. Do picia polecana jest przede wszystkim woda, a inne napoje (np. soki, napoje izotoniczne) powinny być tylko uzupełnieniem do wody, a nie stanowić jej zastępstwo.
Odzież ochronna
Na koniec panelu przedstawiono zagadnienia związane z ochroną człowieka przed stresem cieplnym (obciążeniem cieplnym), na przykład poprzez stosowanie innowacyjnej odzieży ochronnej.
Problem obciążenia cieplnego podczas pracy dotyczy znacznej grupy osób zatrudnionych w warunkach mikroklimatu gorącego. Według danych GUS w 2022 r. w Polsce w takich warunkach zatrudnionych było ponad 18 tys. osób. Przyczyną nadmiernej akumulacji ciepła w organizmie może być również zwiększona aktywność fizyczna pracownika (np. podczas akcji ratowniczych) oraz stosowana odzież ochronna.
Specyfika prowadzonych działań oraz procesów technologicznych sprawiają, iż zastosowanie systemów klimatyzacji zbiorowej w celu poprawy warunków pracy jest często niemożliwe. Wówczas rozwiązaniem problemu może okazać się odzież ochronna wyposażona w indywidualny system chłodzący. Biorąc pod uwagę rodzaj zastosowanego medium chłodzącego, możemy wyróżnić odzież z funkcją chłodzenia dzięki cieczy, powietrza, materiałów przemiany fazowej oraz modułów termoelektrycznych, a wybór rodzaju odzieży chłodzącej powinien być poparty szczegółową analizą warunków pracy.
Odzież chłodząca cieczą może odprowadzać nadmiar ciepła z ciała użytkownika poprzez przewodzenie lub parowanie. W przypadku odzieży chłodzącej cieczą, w której następuje wymiana ciepła przez przewodzenie, ciecz rozprowadzana jest poprzez układ rurek wprowadzonych do odzieży (ryc. 3).
Odzież ta charakteryzuje się wysoką skutecznością pod warunkiem zapewnienia dobrego przylegania do ciała, może być stosowana w środowisku o dużej wilgotności względnej powietrza oraz podczas pracy w barierowej odzieży ochronnej, jednakże wymaga podłączenia do agregatu chłodzącego, co ogranicza mobilność pracownika. W przypadku odzieży wykorzystującej parowanie do odprowadzania ciepła niewątpliwą zaletą takiego rozwiązania jest dobra skuteczność przy jednocześnie niskiej masie odzieży, jednakże odzież ta może być stosowana jedynie w warunkach wysokiej temperatury i niskiej wilgotności względnej, nie ma możliwości sterowania intensywnością chłodzenia, a ponadto wymaga napełniania wodą.
W przypadku odzieży chłodzącej powietrzem również można rozróżnić dwie podgrupy rozwiązań. Pierwszą stanowi odzież wykorzystująca sprężone powietrze, np. pochodzące z aparatu powietrznego butlowego (ryc. 4), a drugą – odzież z wentylatorami. Odzież ta zapewnia mobilność pracownika, stosunkowo długi czas działania, ale wymaga źródła zasilania i dodatkowej integracji przewodów rozprowadzających powietrze lub wentylatorów z odzieżą, co przyczynia się do zwiększenia masy takiej odzieży.
Materiały przemiany fazowej (PCM), należące do grupy tzw. materiałów inteligentnych, mogą pochłaniać energię i uwalniać ją w postaci ciepła utajonego w procesach zmiany stanu skupienia, zachodzących w temperaturze przemiany fazowej, ze stanu stałego w ciekły i odwrotnie. Efekt ten wykorzystywany jest m.in. w odzieży dla ratowników górniczych, która z uwagi na specyfikę pracy ratowników musi być ergonomiczna i zapewniać pełną mobilność (ryc. 5).
Odzież ta do działania nie wymaga stosowania dodatkowych urządzeń, a moment aktywacji chłodzenia regulowany jest poprzez odpowiedni dobór temperatury topnienia PCM. Ograniczeniem w tym przypadku jest natomiast czas działania i skuteczność chłodzenia, uzależniona od masy PCM wprowadzonych do odzieży, a także brak możliwości regulacji intensywności chłodzenia. Obiecującym w tym zakresie rozwiązaniem jest odzież chłodząca z modułami termoelektrycznymi (TE). W odzieży tej wykorzystywany jest efekt Peltiera, w wyniku którego pod wpływem przepływu prądu elektrycznego przez złącze następuje wydzielanie („strona gorąca”) lub pochłanianie („strona zimna”) energii (ryc. 6).
Dzięki zastosowaniu najnowszych rozwiązań technologicznych, a w szczególności – wysokoskutecznych i elastycznych modułów TE, taka odzież chłodząca charakteryzuje się wysoką skutecznością, nie ogranicza mobilności i jest lekka (poniżej 1 kg). Czas działania funkcji chłodzącej uzależniony jest od rodzaju zastosowanego źródła zasilania, przy czym możliwe jest osiągnięcie chłodzenia przez ponad 6 h z zasilaniem systemu z powerbanku. Istotny jest również fakt, iż dzięki elektronicznemu sterowaniu, intensywność chłodzenia w odzieży z modułami TE może być dostosowywana do indywidualnych potrzeb, a ponadto – zgodnie z rozwijającą się koncepcją Internetu Rzeczy i Przemysłu 4.0, takie rozwiązanie może być zintegrowane w ramach systemu do monitorowania i przeciwdziałania obciążeniu cieplnemu, realizując funkcję chłodzenia w sposób zautomatyzowany w oparciu m.in. o dane kontekstowe pochodzące z mobilnego miernika WBGT na stanowisku pracy.
Autorzy opracowania: dr inż. Magdalena Młynarczyk1, dr hab. inż.; Katarzyna Majchrzycka2, dr Joanna Orysiak1, dr hab. n. med. Joanna Bugajska1
1 Zakład Ergonomii, CIOP-PIB
2 Zakład Ochron Osobistych
Opracowano na podstawie wyników VI etapu programu wieloletniego pn. „Rządowy Program Poprawy Bezpieczeństwa i Warunków Pracy”, finansowanego w zakresie zadań służb państwowych ze środków Ministerstwa Rodziny i Polityki Społecznej. Zadanie nr 3.ZS.12 pt. Stan nawodnienia a zaburzenia odporności wśród funkcjonariuszy wybranych służb mundurowych, zadanie nr 3.ZS.13 pt. Określenie współczynnika korekcji odzieżowej (CAV) z uwzględnieniem odzieży chłodzącej do oceny obciążenia cieplnego pracownika w środowisku gorącym, Koordynator Programu: Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy.
Opracowano i wydano na podstawie wyników VI etapu programu wieloletniego pn. „Rządowy Program Poprawy Bezpieczeństwa i Warunków Pracy”, finansowanego w zakresie badań naukowych i prac rozwojowych ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Projekt nr II.PN.02 pt. Monitorowanie i przeciwdziałanie obciążeniu cieplnemu osób wykonujących pracę w warunkach zagrożenia mikroklimatem gorącym, Koordynator Programu: Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy.
Link do nagrania: Funkcjonowanie człowieka w środowisku gorącym
