Новации в области проектирования, конструирования, технологии изготовления и дизайна швейных изделий и обуви

Темпы старения населения Российской Федерации растут. К 2025 г. ожидается, что каждый пятый гражданин страны будет в возрасте 60 лет и старше. Увеличится также и численность лиц старческого возраста (75 лет и старше). Уже сейчас их доля среди людей 60 лет и старше приближается к 25 % [2].

С возрастом прогрессивно увеличивается патологическая поражённость различных органов и систем. В пожилом и старческом возрасте имеются хронические заболевания, снижающие физическую и социальную активность пожилых людей. Среди них особенно выделяются заболевания сердечно-сосудистой системы, болезни органов дыхания и пищеварения, заболевания суставов, органов зрения и слуха, диабет, болезни центральной нервной системы.

Взаимовлияние заболеваний изменяет их типичную клиническую картину, характер течения, увеличивает количество осложнений и их тяжесть, ухудшает качество жизни, ограничивает возможности лечебно-диагностического процесса, нередко ухудшает жизненный прогноз. С возрастом происходит «накопление» хронических заболеваний, отмечается множественность патологических процессов. В среднем у мужчин 60 лет устанавливается 4,3 заболевания, а у женщин того же возраста - 5,2. Каждые последующие 10 лет к ним прибавляется ещё по 1-2 болезни. Пожилой и старческий возраст - это период клинических проявлений комплекса заболеваний [1].

Стопа человека, как и весь организм, претерпевает возрастные изменения. Особенно они значительны у женщин. Изменения стопы наблюдаются уже в 30-летнем возрасте, а 50-60 годам они в большинстве случаев характеризуются не одним, а несколькими антропометрическими признаками. Свой отпечаток накладывают и заболевания, прогрессирующие с возрастом [1].

Нарушение двигательного стереотипа и анатомии стопы вызывает закономерные изменения, которые носят необратимый характер. Это, в свою очередь, нарушает механику сокращения мышц и их энергетический баланс, что в дальнейшем вызывает вторичные анатомические деформации (распластанность переднего отдела стопы, молоткообразные пальцы и др.). С другой стороны, резко нарушаются буферные функции стопы, которые ведут к вторичным дегенеративно-дистрофическим процессам в суставах стопы (тугоподвижность или анкилозы). В целом это можно охарактеризовать как старение стопы (инволюция).

У здоровых людей стопы характеризуются возрастным различием анатомических и функциональных показателей, которые не всегда учитываются как при производстве обуви, так и в клинической практике.

Стопы у пожилых людей несколько короче, уплощённее и шире, чем у молодых, и с пониженными адаптационными возможностями [1].

Ранее проведённые исследования по определению возрастных изменений стоп на основании данных антропометрии и плантографии позволили сделать ряд предположений, которые в дальнейшем явятся основанием для формулировки медико-технических требований к внутренней форме, конструкции и материалам обуви для людей пожилого возраста.

При проектировании обуви для людей пожилого возраста необходимо решить следующие задачи:

- обеспечение плавности, ритмичности и симметричности ходьбы за счёт создания искусственного носочного и пяточного переката в подошве и применения профилактической стельки;

- обеспечение комфортного расположения и беспрепятственного функционирования стопы в обуви за счёт научно обоснованного построения всех её деталей и использования в конструкции различных смягчающих элементов;

- внешний вид обуви должен соответствовать современному направлению моды, но не в ущерб её комфортности и медицинским требованиям.

Построение колодок на основании среднетипичных размеров стопы «для женщин» и «для мужчин» без учёта возраста нецелесообразно. Но общие закономерности соотношений размеров стопы в основном справедливы и для стоп пожилых людей, а именно:

- распределение стоп по размерам выражается кривой нормального распределения;

- все длиннотные размеры пропорциональны общей длине стопы;

- размеры стоп по ширине и обхвату связаны пропорциональной зависимостью;

- при утомлении человека под влиянием продолжительной или чрезмерной нагрузки размеры стопы изменяются;

- широтные параметры стопы изменяются в результате изменений её переднего отдела, а общая длина изменяется вследствие расплющивания мягких тканей [3].

Задачами данной работы являются изучение возрастных изменений стоп, а также исследование температуры в различных зонах стопы у людей пожилого возраста для определения оптимальных конструктивных решений при разработке ассортимента обуви для данной категории потребителей.

Возрастные изменения функционирования всех систем стоп (уменьшение потоотделения и ухудшение терморегуляции) у пожилых людей должны быть учтены при проектировании обуви и части подбора пакета материалов. В системе «стопа - обувь - окружающая среда» особое внимание должно быть уделено теплозащитным и влагообменным свойствам применяемых материалов, которые бы обеспечивали комфортный микроклимат во внутриобувном пространстве.

Выполнение всех перечисленных медико-технических требований позволит создать высококачественную функциональную обувь для людей пожилого возраста [3].

Требования комфортности наиболее актуальны при разработке ассортимента обуви для людей пожилого возраста, именно эта группа потребителей нуждается в обуви повышенной комфортности, изготовленной с учётом всех возрастных изменений в строении и функциях нижних конечностей. В этом случае нужно придерживаться определённых фасонов колодок и конструктивного решения моделей, предопределяющих в первую очередь удобство и комфорт обуви в процессе эксплуатации, так как жёсткая или тесная обувь сжимает стопу, нарушает кровообращение в сосудах, вызывает омертвление тканей и приводит к повышению температуры стопы.

У лиц старших возрастных групп температура кожи иногда имеет некоторую тенденцию к повышению, что обусловлено снижением функциональной активности диэнцефальной области, ответственной за терморегуляцию. Это повышение не является статистически достоверным, и нарушения центральных механизмов регуляции могут проявляться как в виде повышения, так и снижения кожной температуры. Большая вариабельность и её индивидуальные колебания у лиц пожилого и старческого возрастов вызваны недостаточностью терморегуляции в связи с ухудшением периферического кровообращения [4].

Задачами данной работы являются изучение возрастных изменений стоп для определения оптимальных конструктивных решений при разработке ассортимента обуви для данной категории потребителей, а также исследование температуры в различных зонах стопы у людей пожилого возраста.

Реовазографический метод исследования нижних конечностей основан на изменении электрической проводимости ткани под воздействием кровенаполнения. Последнее снижает электрическое сопротивление в момент пульсового наполнения кровью артерий, т.е. отражается состояние суммарного регионарного кровотока в исследуемом органе.

Реографическое исследование у больных с патологией вен конечности позволяет судить о степени нарушений венозного кровотока и результатах проводимого лечения. О состоянии венозного кровообращения принято судить по длительности катакротической фазы реограммы, выраженности и количеству дополнительных волн и их отстоянии от вершины реограммы.

Проведённые исследования по замеру температуры в разных ситуациях доказывают, что в организме нет более непостоянного показателя. Она зависит от условий окружающей среды, от активности человека, эмоций, приёма пищи, времени суток, сна или бодрствования, участка тела. Например, у человека в помещении с температурой воздуха 20 ^оС, температура мышцы бедра составит 35 ^оС, икроножной мышцы - 33 ^оС, а в центре стопы - 27-28 ^оС. При этих же условиях температура в печени будет равна 38 ^оС, а подмышечной впадине - 36,6 ^оС. Даже в головном мозге существуют температурные колебания на 1 градус и более.

Результаты измерений кожной температуры обследованных лиц представлены в таблице 4.1, из которой видно, что у лиц пожилого и старческого возрастов сглаживаются различия кожной температуры в проксимально-дистальных отделах конечностей.

Таблица 4.1

Характеристика исходных показателей кожной температуры

конечностей у практически здоровых людей разного возраста,

°С (М\т)

Область исследования	Возрастная группа, лет
	24-35	60-69	70-79
Передняя поверхность середины левого бедра	29,16±0,51	31,29+0,34	30,2±0,31
Передняя поверхность середины левой голени	29,16+0,46	31,4+0,31	30,5±0,34
Тыльная поверхность левой стопы	28,76+0,68	31,2+0,48	29,7+0,24

Температура стопы связана с кровенаполнением сосудов. Кровь по сравнению с другими остальными тканями организма обладает наибольшей электропроводностью, поэтому колебания кровенаполнения сосудов, обусловленные циклической работой сердца, вызывают синхронные изменения электропроводности исследуемого участка тела.

Когда увеличивается кровенаполнение артериальных сосудов, электропроводность отдельных участков тела повышается и, наоборот, после прохождения пульсовой волны, когда наполнение сосудов уменьшается, она падает. Кривая такого рода пульсовых колебаний электрического сопротивления получила наименование реограммы. Запись производится контактным путём с помощью электродов, накладываемых на определённый участок тела, соединённых с прибором - реографом.

Реограф состоит из генератора переменного тока и измерительного устройства. Для регистрации кривой обычно применяется записывающая система электрокардиографа. Генератор реографа предназначен для преобразования сетевого тока в электроток определённой частоты и силы, пропускаемой через исследуемый участок тела.

Постоянный ток, технически наиболее удобно регистрирующийся, оказался малопригодным для изучения колебаний электропроводности в связи с его поляризующим воздействием. Этот недостаток присущ и переменному току низкой частоты. Изменение концентрации ионов у полупроницаемых клеточных мембран вызывает возникновение поляризационной электродвижущей силы, играющей роль ёмкостного сопротивления на измеряемом участке. Особенно велико сопротивление переменному току и токам низкой частоты со стороны кожи, составляющей до 90 % величины общего сопротивления. Всё это существенно затрудняет получение достаточно чётких кривых пульсовых колебаний электрического сопротивления, связанных с кровотоком.

Переменный ток высокой частоты легко преодолевает сопротивление кожного эпидермиса и относительно хорошо проводится глубже расположенными тканями. По наблюдениям, при применении токов достаточно высокой частоты сопротивление тела человека на измеряемом участке более чем на 95 % слагается из внутреннего сопротивления.

По мере увеличения частоты тока доля внутреннего сопротивления в общем сопротивлении тела делается всё более значительной, а величина его достигает определённого минимального предела. Явления поляризации тканей практически исчезают при частоте 400-500 кГц и при дальнейшем увеличении частоты тока электропроводность тканей уже почти не изменяется.

Переменный ток с частотой около 500 кГц наиболее приемлем для изучения кровообращения в тканях. Подобные частоты (400-600 кГц) были успешно использованы для исследования периферического кровотока в сосудах верхних и нижних конечностей. Однако токи высокой частоты имеют и ряд свойств, лишающих их безусловного превосходства при определении колебаний электропроводности тканей, связанных с изменением кровенаполнения. Токи высокой частоты вызывают тепловой эффект в тканях, токи с частотой 250 кГц и более уменьшают разницу между проводимостью в жидких и клеточных средах организма. Чем выше это различие, тем больше колеблется электропроводность в зависимости от кровенаполнения сосудов исследуемого участка, и запись осуществляется проще.

Величина разности между электрическими параметрами жидких сред и тканей организма достигает максимума при использовании токов низких звуковых частот. Следует отметить, что электрическое сопротивление на измеряемом участке зависит от скорости движения крови: чем быстрее кровоток, тем выше электропроводность. Изменение электропроводности, по-видимому, связано с изменением расположения эритроцитов в движущемся столбике крови, поскольку ни плазма крови, ни гемолизированная кровь не изменяют своего сопротивления при движении. Отмеченные скоростные влияния на величину электропроводности больше проявляются при использовании токов низкой частоты. Таким образом, токи различной частоты имеют свои преимущества, чем и объясняется широкий диапазон их использования для изучения кровообращения.

Реовазография осуществляется путём одномоментной или последовательной регистрации реограмм верхних и нижних конечностей или их сегментов (голени, стопы и т.д.). Применяют циркулярные электроды, которые накладывают на проксимальный и дистальный участки исследуемого отдела конечности по её периметру строго симметрично (с целью сопоставления реограмм правой и левой конечностей). Ширина ленточного электрода может быть равна 0,7-1 см для всех отделов конечностей, длина различна в зависимости от окружности конечности. Электроды должны тесно прилегать к поверхности кожи, не сдавливая подлежащих тканей и не нарушая кровообращения.

Регистрируемые с конечностей реограммы называют реовазограммами (РВГ). Для более информативного их анализа желательно во всех случаях синхронно регистрировать основную и дифференциальную РВГ, а в ряде случаев также ЭКГ (во II стандартном отведении) и ФКГ, чтобы иметь возможность сопоставлять отдельные параметры пульсовой волны с деятельностью сердца [5].

Анализ реовазограммы включает качественную и количественную характеристику отдельной реографической волны, которая по своей форме напоминает сфигмограмму. Она имеет анакроту с периодом, представленную крутым подъёмом основной (систолической) волны, который ближе к вершине (с) становится более пологим; за вершиной систолической волны следует катакрота - нисходящая часть с двумя-тремя дополнительными волнами, первую из которых с вершиной d называют диастолической (или дикротической). Между систолической и диастолической волнами образуется выемка - инцизура (i). Основная волна до инцизуры формируется вследствие значительного преобладания притока крови над её оттоком в начале систолы с последующим (после достижения вершины волны) преобладанием оттока, которое продолжается и весь диастолический период. Форма и амплитудные характеристики диастолической части волны (после инцизуры) во многом определяются сопротивлением оттоку крови из исследуемой части тела, а также тонусом артериальных стенок, от которой зависит частотный спектр их колебаний, влияющий на выраженность дополнительных волн. Дифференциальная реовазограмма отличается более крутыми подъёмом и спадом и заострённостью вершины систолической волны, меньшей амплитудой дополнительных волн, которые имеют вид зубцов. Восходящая часть систолической волны дифференциальной РВГ отражает систолический прирост скорости пульсового кровенаполнения, приобретающей максимальные значения в момент, соответствующий вершине волны, проекция которой на волну основной РВГ обычно приходится на переход крутого подъёма систолической волны в более пологий [5].

Качественная характеристика реовазограммы учитывает регулярность кривой, крутизну анакроты, характер вершины, форму катакроты, количество и выраженность дополнительных волн. Кривая считается регулярной, если каждая последующая волна похожа на предыдущую.

Основой количественного анализа РВГ является измерение амплитуд отдельных участков реографической волны (при колебаниях амплитуды рассчитывают её среднее значение из 5-10 волн) и ряда временных интервалов. Для сравнения результатов разных исследований амплитуду следует выражать в Омах, что достигается умножением высоты данной точки кривой над линией основания волны в миллиметрах на показатель масштаба регистрации (отношение величины калибровочного сигнала в Омах к его высоте в миллиметрах). Для достоверности результатов эксперимента целесообразно измерять следующие наиболее информативные показатели: амплитуду реографической волны на уровне инцизуры; длительность анакроты и катакроты; коэффициент асимметрии амплитуд систолической волны на правой и левой конечностях.

Амплитуду систолической волны при постоянном использовании стационарного калибровочного сигнала выражают иногда не в Омах, а как отношение высоты (в мм) систолической волны к высоте калибровочного импульса - так называемый реографический систолический индекс (РСИ). Этот показатель характеризует величину пульсового кровенаполнения исследуемого участка конечности, его снижение может быть связано с уменьшением ударного объёма сердца и нарушением артериального притока в связи с гипертонией или органическими изменениями стенок артерий.

Амплитуду диастолической волны (D) измеряют на уровне высшей точки волны после инцизуры. её отношение к амплитуде систолической волны (D/А) - так называемый диастоло-систолический индекс (ДСИ) характеризует, как считают, соотношение оттока и притока крови [6].

Амплитуду реографической волны на уровне инцизуры (В) измеряют для расчёта отношения В/А - так называемого дикротического индекса (ДИ), который считают зависимым от тонуса артерий среднего калибра.

Длительность анакроты соответствует интервалу от начала реографической волны до точки пересечения линии её основания с перпендикуляром, опущенным из вершины волны. Она зависит от частоты сердечных сокращений, но выраженная в процентах к длительности сердечного цикла Т, соответствующей интервалу между вершинами двух соседних реографических волн отличается относительной устойчивостью, причём у молодых этот показатель несколько меньше, чем у пожилых. Увеличение этого показателя считается характерным для уменьшения растяжимости артерий крупного и среднего калибра, например, в связи с повышением их тонуса [6].

Длительность катакроты, в том числе в процентах к длительности сердечного цикла, выражение зависит от частоты сердечных сокращений; полагают, что увеличение этого показателя может указывать на затрудненный отток крови. При специальных исследованиях изучают другие (кроме перечисленных) показатели РВГ, в частности для оценки изменений тонуса арте-рий раздельно крупного и среднего калибра. Считают, что уменьшение растяжимости крупных артерий проявляется преимущественным сниже-нием так называемой максимальной скорости быстрого кровенаполнения, артерий среднего калибра - снижением так называемой средней скорости медленного кровенаполнения. Для расчёта этих показателей измеряют время быстрого кровенаполнения (по интервалу между началом систоли-ческого подъёма кривой и точкой пересечения линии основания волны с перпендикуляром, восстановленным из вершины S синхронно записанной дифференциальной РВГ), время медленного кровенаполнения [5].

Реовазограмма одного и того же участка, написанная на различных реографах, может отличаться величиной амплитудных показателей, что связано с техническими особенностями аппарата, поэтому в каждом кабинете функциональной диагностики целесообразно обследовать кон-трольную группу здоровых людей с целью получения нормативных ве-личин показателей для используемого реографа. Ориентировочные вели-чины колебаний основных показателей РВГ у здоровых людей приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 Колебания основных реографических показателей у здоровых лиц

Исследуемые области	А, Ом амплитуда волны	ДИ,дикротический индекс
Голень	0,10-0,11	0,6-0,7
Стопа	0,13-0,15	0,6-0,7
Палец стопы	0,12-0,16	0,6-0,7

На первичном этапе обследования больных с предполагаемой патологией сосудов конечностей реовазография помогает объективно подтвердить нарушения кровенаполнения различных участков конечностей, а в ряде случаев также дифференцировать функциональную и органическую природу этих нарушений. По характеру отражения на реовазограмме различают 3 типа артериальной дистонии: спастический, атонический и спастико-атонический. Спастический тип характеризуется снижением амплитуды РВГ, уплощением вершины, сглаженностью и высоким расположением инцизуры и диастолической волны, причём эти изменения отмечаются как на проксимальных, так и на дистальных участках. Атонический тип проявляется на РВГ проксимальных и дистальных участков конечностей высокой амплитудой, крутой анакротой и узкой вершиной волны, чёткой инцизурой, смещённой к основанию кривой. Спастико-атонический тип характеризуется проявлениями спастического типа на дистальных участках конечностей при наличии признаков атонического типа на проксимальных участках либо наоборот [5].

Экспериментальная часть данной работы проводилась на базе МУЗ Поликлиника № 1 г. Шахты Ростовской области. При проведении экспериментальных исследований по регистрации РВГ нами соблюдались следующие условия:

- исследования проводились натощак или через несколько часов после еды;

- запись осуществлялась в отдельном помещении, исключающем возможность воздействия посторонних раздражителей, при температуре окружающего воздуха не ниже +20 ^°С, чтобы не вызвать сосудистых реакций;

- обследуемый находился в удобной позе лёжа;

- во время записи проводился визуальный контроль качества регистрируемых реограмм для своевременного устранения артефактов;

- усиление сигнала подбиралось таким, чтобы при амплитуде калибровки в 0,1 Ом размах калибровки на бумаге был бы не менее 10 мм;

- скорость лентопротяжки - не менее 25-30 мм/с;

- частота зондирующего тока 30-150 кГц, одинаковая во всех отведениях.

Наиболее часто в клинической практике используют продольные отведения РВГ. Реовазограммы регистрируют на различных участках нижних конечностей: стопа, пальцы стоп [7].

Исследования проводились одновременно в строго симметричных областях. Использовались как прямоугольные, так и циркулярные электроды, накладываемые на проксимальный и дистальный участки исследуемого отдела конечности.

Комплекс предназначен для проведения клинических исследований системы кровоснабжения методом реографии как в условиях медицинских учреждений, так и при выездных обследованиях. Прибор, комплекты кабелей и электродов, пакеты программного обеспечения для DOS и Windows позволяют проводить регистрацию и компьютерный анализ реограмм по методикам: реоэнцефалографии (РЭГ), реовазографии (РВГ), тетрополярной грудной реографии (ТГР) по Кубичеку, интегральной реографии (ИРГТ) по Тищенко, реографии лёгочной артерии (РЛА), реогепатографии (РГГ), реоофтальмографии (РОГ) и кардиоритмографии (КРГ) как на стационарном персональном компьютере, так и на портативном компьютере типа Notebook. Подключение к компьютеру через последовательный (СОМ) порт [7].

Оцифрованная РЕО (8 каналов РЕО, из них 4 дифференциальных и 1 канал ЭКГ) отображается в реальном времени на экране монитора в ходе её регистрации и записи на жёсткий диск. Схема регистрации: биполярная или тетраполярная. Условная скорость записи 12,5 (15), 25 (30), 50 (60) мм/с с масштабом 0,125, 0,25, 0,5, 1,0, 2,0, 4,0, 8,0 Ом/см. Параллельно с записью реограммы выполняется контроль и регистрация базового сопротивления электродов. Длительность регистрации ограничена только объёмом жёсткого диска. Обеспечивается удобная регистрация функциональных проб для последующего анализа.

Программа визуального анализа РЕО позволяет быстро отобразить на экране монитора любой отрезок записи и измерить амплитуду и временные характеристики любого участка реовазограммы. Возможен одновременный анализ нескольких функциональных проб РЕО либо сравнение с архивными записями. При автоматизированном анализе программа выделяет характерные точки РЕО для каждого выбранного врачом участка записи с возможностью «ручной» корректировки их положения и исключения артефактных реографических циклов. Большой набор реографических показателей автоматически рассчитывается, сравнивается с нормативными значениями и заносится в «заключение врача» в виде таблиц и текстового описания. По желанию выполняется сравнение показателей между функциональными пробами или записями в табличном или графическом виде, формируются усреднённые реокомплексы и динамика показателей. Совместимость с MS Word. При настройке программы врачом-пользователем обеспечивается возможность задания схемы отведений, перечня реографических показателей, таблиц нормативных величин, словаря текстового описания и шаблонов заключений. Программа обеспечивает высококачественную печать выбранных участков записи и заключения на любом принтере. Встроенная база данных обеспечивает быстрый поиск интересующих результатов обследования. Запись ЭКГ по одному отведению с сохранением кардиограммы на жёстком диске. Программа анализа ЭКГ реализует оригинальный алгоритм обработки артефактов, позволяет рассчитывать функцию вариации ритма в трёх диапазонах частот, диаграмму спектрального распределения RR-интервалов, скаттерограмму, основные статистические характеристики по выбору пользователя. Большой набор показателей, включая показатели по Баевскому, автоматически рассчитывается, сравнивается с нормативными значениями и заносится в заключение врача в виде табли- цы 4.3 и текстового описания [7].

Таблица 4.3 Технические характеристики прибора для реовазографии

Число каналов реовазограммы	4
Число каналов электрокардиограммы	1
Частота измерительного тока	50, 100 кГц
Действующее значение измерительного тока	0,5 мА
Диапазон измерения:
1) базового сопротивления	10-700 Ом
2) объёмной реовазограммы	0,01-1,0 Ом
Полоса пропускания	0,15-27 Гц
Относительное отклонение коэффициента передачи каналов	3 %
Частота оцифровки	350 Гц
Масса	0,5 кг (без компьютера)

Питание прибора осуществляется от четырёх пальчиковых батарей типоразмера АА напряжением 1,5 В. Одного комплекта батарей достаточно не менее чем для 50-ти часов непрерывной регистрации реограммы или кардиограммы.

Прибор комплектуется комплектом кабелей и электродов для съёма реограмм по методикам РЭГ, РВГ, ТГР. Электроды для РЛА, РГГ, электроды для РОГ и кабели для их подключения поставляются по отдельному заказу. Возможна совместная работа с базой данных WinPatientExpert для Windows [7].

Для того чтобы все данные по экспериментам были взаимоувязаны между собой, существуют определённые правила, согласно которым хранятся все необходимые данные. Связующим звеном является конфигурационный файл эксперимента.

Конфигурационные файлы экспериментов находятся в поддиректории CFG.

Имя конфигурационного файла должно однозначно определять пациента, поэтому в качестве имени используется код пациента из базы данных по пациентам. Рекомендуется в качестве кода пациента использовать номер его паспорта, в этом случае гарантируется уникальность его кода. Первым символом в расширении имени конфигурационного файла стоит буква «с», два последующих символа определяют номер эксперимента для данного пациента. В конфигурационном файле содержится информация по пациенту, по параметрам съёма, по схеме расположения электродов, по дате проведения эксперимента. Данные по пациенту включают в себя код пациента, код группы, имя, отчество, дату рождения, пол, предполагаемый диагноз.

Первичные данные находятся в поддиректории DAT. Данные по пациентам находятся в поддиректории PAC [6].

Реовазографическое исследование 50 респондентов было проведено в БСМП им. В.И. Ленина г. Шахты Ростовской области в отделении функциональной диагностики. Исследования проводились среди 50 пожилых людей различного пола в возрасте от 60 до 85 лет. В возрасте от 60-65 лет в эксперименте принимали участие 18 чел., в возрасте 65-70 лет - 13 человек, в возрасте 75-80 лет - 9 чел., в возрасте 80-85 лет - 5 чел., 85 лет и выше - 2 чел.

Предметом исследования были левая и правая нижние конечности пожилых людей. Целью реовазографического исследования являлось определение температуры конечностей с помощью показаний реовазографа.

Температура нижних конечностей связана с кровенаполнением сосудов. Кровь по сравнению с другими остальными тканями организма обладает наибольшей электропроводностью, поэтому колебания кровенаполнения сосудов, обусловленные циклической работой сердца, вызывают синхронные изменения электропроводности исследуемой конечности. Когда увеличивается кровенаполнение артериальных сосудов, электропроводность отдельных участков тела повышается и, наоборот, после прохождения пульсовой волны, когда наполнение сосудов уменьшается, она падает. При исследовании получаются кривые - реовазограммы.

Реовазография осуществлялась путём регистрации реограмм верхних и нижних конечностей. Применялись циркулярные электроды, которые накладывались на проксимальный и дистальный участки исследуемого отдела конечности по её периметру строго симметрично (с целью сопоставления реограмм правой и левой конечностей). Ширина ленточного электрода равна 0,7-1 см для всех отделов конечностей, длина различна в зависимости от окружности конечности. Электроды тесно прилегали к поверхности кожи, не сдавливая подлежащих тканей и не нарушая кровообращения. Электроды подключены к реографу, который подключён к компьютеру. После того как медицинский работник проводит больного в палату для обследования и проведёт наложение электродов, он заполняет систему реографических исследований, т.е. вносит все данные о пациенте. Проведя все настройки, переходит к записи реовазограммы. Программа визуального анализа позволяет быстро отобразить на экране монитора любой отрезок записи и измерить амплитуду и временные характеристики любого участка реовазограммы. После обработки данных компьютером получаем протокол, который включает в себя сведения по пациенту, наименование пробы, таблицу с рассчитываемыми показателями и должными величинами для правой и левой сторон каждого отведения, коэффициент ассиметрии для каждого отведения, заключение с перечнем признаков. Распечатываем протокол на цифропечатающем устройстве. Протокол - окончательный этап исследования.

В результате реовазографического исследования было выявлено, что у пожилых людей с возрастом прогрессируют патологические отклонения нижних конечностей, такие как сужение сосудов, плохой приток и отток крови к конечностям, низкое пульсовое кровенаполнение сосудов, что существенно влияет на температуру конечностей.

Сужение сосудов характеризуется показателями периферического сопротивления (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Показатели периферического сопротивления нижних конечностей у людей пожилого возраста, (%)

По результатам, представленным на рисунке 4.1, можно сделать вывод, что с возрастом сосуды сужаются, заполняются холестериновыми бляшками, которые препятствуют нормальной циркуляции крови, что влечёт за собой понижение температуры стопы, т.е. замерзание конечностей.

Приток крови к конечности характеризуется показателями диастолического индекса. Результаты представлены на рисунке 4.2, из которого следует, что с увеличением возраста приток крови постепенно снижается вследствие сужения сосудов и плохой циркуляции крови. Последствиями этого могут быть понижение температуры конечности или отмирание тканей.

Рис. 4.2. Показатели диастолического индекса нижних конечностей

у людей пожилого возраста, (%)

Отток крови от конечности характеризуется показателями дикротического индекса. Результаты представлены на рисунке 4.3, с увеличением возраста отток крови от конечности увеличивается, что также влечёт за собой отмирание тканей или понижение температуры конечности.

Рис. 4.3. Показатели дикротического индекса нижних конечностей

у людей пожилого возраста, (%)

Температура стопы характеризуется показателями кровенаполне-ния конечности. Результаты представлены на рисунке 4.4, с увеличением возраста кровенаполнение сосудов снижается. На него оказывают влия-ние все вышеперечисленные показатели: периферическое сопротивление, диастолический индекс, дикротический индекс, индекс венозного оттока.

Рис. 4.4. Показатели кровенаполнения сосудов нижних конечностей

у людей пожилого возраста, (%)

Таким образом, можно сделать вывод, что у лиц пожилого возраста из-за недостаточной терморегуляции ухудшается периферическое кровообращение. Поэтому при создании ассортимента обуви для людей исследуемой возрастной группы необходимо учесть вышеперечисленные отклонения.

4.2 Научно-методологические основы проектирования спецобуви для пожарных

Пожар представляет открытую термодинамическую систему, обменивающуюся с окружающей средой веществами и энергией. Основные явления, сопровождающие пожар, - это процессы горения, газо- и теплообмена, изменяющиеся во времени и пространстве.

Процесс горения на пожаре горючих веществ и материалов представляет собой быстро протекающие химические реакции окисления и физические явления, без которых горение невозможно, сопровождающиеся выделением тепла и свечением раскалённых продуктов горения с образованием ламинарного или турбулентного диффузионного пламени. Горение приводит к выделению продуктов тепла, повышению температуры поверхности и увеличению скорости окисления в зоне его химической реакции. Под воздействием тепла, выделяющегося в зоне горения, происходит разогрев, деструкция, испарение и воспламенение следующих участков горючих веществ и материалов. Данный процесс сопровождается газо- и теплопереносом, которые называют общими явлениями, характерными для любого пожара независимо от его размеров и места возникновения. Общие явления могут привести к проявлению частных: взрывы, деформация и обрушение технологических аппаратов и установок, строительных конструкций, вскипание или выброс нефтепродуктов из резервуаров и др. (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Массо- и теплообмен на пожаре:

а - передача тепла на пожаре; б - зоны на пожаре:

1 - зона горения; 2 - зона теплового воздействия; 3 - зона задымления

Зачастую температура горения некоторых материалов на пожаре достигает 1000 єС. Практика показывает, что при температуре, равной 80-100 єС в сухом воздухе и при 50-60 єС - во влажном, человек без специальной теплозащиты может находиться лишь считанные минуты. Более высокая температура или длительное пребывание в этой зоне приводит к ожогам, тепловым ударам, потере сознания и даже смертельным исходам (табл. 4.4). Следовательно, осуществляя выбор степени защиты пожарного для ликвидации процесса горения, необходимо учесть вредные факторы окружающей среды, которые составляют потенциальную опасность для здоровья человека [9].

Таблица 4.4

Условия пребывания человека на пожаре в зависимости от плотности теплового потока

Плотность теплового потока, кВт/м2	Допустимое время пребывания людей, мин	Требуемая защита людей	Степень теплового воздействия на кожу человека
3,0	Не ограничивается	Без защиты	Болевые ощущения отсутствуют
4,2	Не ограничивается	В боевой одежде и в касках с защитным стеклом	Непереносимые болевые ощущения через 20 с
7,0	5	То же	Непереносимые ощущения, возникающие мгновенно
8,5	5	В боевой одежде, смоченной водой, и в касках с защитным стеклом	Ожоги через 20 с
10,5	5	То же, но под защитой распыленных водяных завес	Мгновенные ожоги
14,0	5	В теплоотражательных костюмах под защитой водяных струй и завес	То же
85,0	1	То же, но со средствами индивидуальной за-щиты	То же

Безопасное время пребывания людей в зоне теплового воздействия определяется протяжённостью боевой работы, исключающей опасный перегрев тела человека. Присутствие личного состава в опасной зоне первоначально ограничивается 10-15 мин, а период восстановления теплового состояния организма к исходному уровню - не менее 1 ч.

При выполнении боевых действий по тушению пожаров и ликвидации последствий аварий пожарный испытывает максимально возможное воздействие вредных факторов. Стандартом ССБТ ГОСТ 12.0.003-74 «Опасные и вредные производственные факторы. Классификация» установлены следующие группы соответствующих факторов, которые представлены на рисунке 4.6 [10-12].



Рис. 4.6. Схема влияния вредных факторов на человека

при пожаротушении

Правильная оценка риска, которому подвергается пожарный во время выполнения основных обязанностей, требует применения обуви специального назначения с соответствующим уровнем теплоизоляционных свойств.

Материалы, используемые для спецобуви, должны удовлетворять как общепризнанным требованиям к обуви (технологическим, гигиеническим, эстетическим), так и специальным, обусловленным специфическими условиями эксплуатации в области воздействия высокой температуры (термостойкостью, отражательными свойствами и пр.). Кроме того, с экономической точки зрения материал должен выдерживать установленный срок эксплуатации и иметь невысокую стоимость.

Выбор материалов для изготовления обуви специального назначения значительно ограничивает соответствующая нормативно-техническая документация. Согласно ГОСТу 12.4.127-83 «Обувь специальная. Номенклатура показателей качества» для кожаной спецобуви регламентированы требования, представленные в таблице 4.5.

Таблица 4.5

Показатели качества кожаной специальной обуви для защиты от повышенных температур

Классификационная группа спецобуви	Показатели качества
обусловленные климатом	- суммарное тепловое сопротивление обуви
тепловое излучение	- коэффициент трения-скольжения; - суммарное тепловое сопротивление обуви
открытое пламя	- коэффициент трения-скольжения
искра, брызги, расплавленный металл, окалина	- коэффициент трения-скольжения; - суммарное тепловое сопротивление обуви
контакт с нагретыми поверхностями	- коэффициент трения-скольжения; - суммарное тепловое сопротивление обуви

Руководствуясь ГОСТом 12.4.032-77 «Обувь специальная кожаная для защиты от повышенных температур. Технические условия», для изготовления спецобуви данного назначения следует выбирать материалы, представленные в таблицах 4.6, 4.7.

Таблица 4.6

Ассортимент материалов, применяемых для изготовления

наружных деталей верха спецобуви

Наименование детали	Материалы и участок, из которых выкраиваются детали
Переда	Кожа юфтевая хромового дубления термоустойчивая по нормативно-технической документации, чепрачная часть
Союзки, носки	То же
Голенища	Кожа юфтевая хромового дубления термоустойчивая по нормативно-технической документации Кирза обувная по ГОСТ 9333-70 Шарголин по ГОСТ 9277-79
Берцы, задинки	Кожа юфтевая хромового дубления термоустойчивая по нормативно-технической документации, плотные участки
Задние наружные ремни	То же
Ремни для застёжки	То же
Клапаны, язычки	То же
Манжеты	Кожа юфтевая хромового дубления термоустойчивая по нормативно-технической документации, плотные участки

Таблица 4.7

Ассортимент материалов, применяемых для изготовления

наружных деталей низа спецобуви

Наименование детали	Материалы, из которых выкраиваются детали	Метод крепления
Подошва	Пластины и детали резиновые непористые термостойкие Пластины и детали резиновые непористые маслобензостойкие по нормативно-техни-ческой документации Термостойкая резиновая смесь по нормативно-технической документации	Гвоздевой, гвозде-клеевой, клеепрошивной То же Прессовой вулканизации
Каблук	Формованный, резиновый, непористый, термостойкий, маслобензостойкий по нормативно-технической документации	Все методы крепления, кроме прессовой вулканизации

Осуществляя выбор критериев, определяющих требования к конструкции обуви специального назначения, защищающей от воздействия высоких температур, особое внимание следует уделить виду обуви, который обеспечивает защиту от максимально возможного уровня вредных факторов. Согласно [13], регламентируются следующие требования к конструкции обуви данного назначения:

- спецобувь должна изготавливаться с 245 по 307 размер;

- внутренний безопасный зазор в носочной части спецобуви при энергии удара (200+5) Дж должен быть не менее 20 мм;

- масса полупары спецобуви 270 размера должна быть не более 1600 г;

- высота спецобуви должна быть не более 345 мм;

- конструктивное исполнение кожаной спецобуви должно обеспечивать лёгкость одевания и фиксацию на голени;

- цвет спецобуви должен быть чёрным;

- вся используемая фурнитура и детали (пряжки для регулировки ширины голенища, гвозди и т.д.) должны изготавливаться из антикоррозионных материалов или иметь антикоррозионное покрытие;

- спецобувь не должна препятствовать одеванию по тревоге за нормативное время всех видов боевой одежды;

- глубина рифа подошвы и каблука должна быть не менее 1 мм.

При этом, приоритетным фактором, оказывающим негативное влияние на организм человека в условиях высокой тепловой нагрузки - является экстремальная температура (? 200 єС), вызывающая повышенное потоотделение с поверхности стопы. В этом случае специальная обувь как средство индивидуальной защиты призвано препятствовать воздействию тепловой нагрузки снаружи, с одной стороны, и обеспечивать оптимальный внутриобувной микроклимат - с другой.

Следует отметить, что пот является одним из механизмов поддержания постоянства осмотического давления крови и межтканевых жидкостей посредством: выделения с ним воды и солей; удаления избытка тепла из организма за счёт его испарения с поверхности кожи; выделения продуктов распада, образующихся в процессе обмена веществ. Твёрдые части пота при адсорбировании в толще материала верха обуви понижают его гигроскопичность, способствуют развитию болезнетворных микробов, снижают прочность и стойкость к многократному изгибу. Таким образом, потоотделение является одним из факторов, ускоряющих износ верха и внутренних элементов обуви. Продлить гарантийный срок эксплуатации изделия позволят модели, конструкция которых обеспечит своевременную сушку.

Ассортимент отечественных и зарубежных производителей обуви данного назначения представлен на рисунке 4.7.

Рис. 4.7. Модельный ряд ассортимента обуви для пожарных

Существенным недостатком данных изделий в условиях окружающей среды с экстремально высокой температурой можно считать отсутствие возможности своевременного просушивания.

С целью устранения данного недостатка была разработана модель обуви, способная за счёт конструкции обеспечить быстрое просушивание в естественных или искусственных условиях.

Предлагаемые ботинки выполнены с завышенными берцами высотой 345 мм в соответствии с [13].

Изготовлена обувь методом прямого литья сырых резиновых смесей. Верх модели традиционной конструкции, т.е. с настрочными берцами на шнуровке. На каждом берце расположены по 8 блочек и 3 крючка. Жёсткая фиксация голени обувью позволит снизить травматизм стоп пожарных при выполнении боевых действий по тушению пожаров и облегчит перемещение по наклонным и влажным поверхностям (рис. 4.8).

Рис. 4.8. Ботинки с завышенными берцами для пожарных

Кроме того, модель дополнена глухим клапаном, защищающим стопу от воздействия влаги, пыли, коррозионно-активных агентов и других загрязнений окружающей среды. Детали собираются в заготовку верха обуви с минимальным количеством швов (в области формования расположены только ниточные швы от пристрачивания жёсткого задника), что значительно улучшает технологические и эксплуатационные характеристики модели.

Улучшению гигиенических свойств за счёт своевременного подсушивания обуви способствует наружный берец обуви, выполненный из двух разъёмных деталей, соединяющихся внахлёст: передней и задней. С внутренней стороны на кромку передней детали берца и с наружной стороны на кромку задней детали берца пристрочены самосцепляющиеся ленты. Надёжность скрепления самосцепляющейся ленты фиксируют кнопки, расположенные на ней на расстоянии 10 мм от кромок ленты. С внутренней стороны обуви имеется застёжка-«молния», которая обеспечивает быстрое обувание модели за нормативное время.

После снятия обуви со стопы сначала отводят переднюю часть берца (рис. 4.8б), а затем - заднюю (рис. 4.8в). Выполнение действий наоборот позволит соединить разъёмные детали для дальнейшей эксплуатации модели.

Учитывая тот факт, что к теплоизоляционной обуви предъявляются прежде всего защитные свойства, следует проверить рассматриваемую модель на соответствие показателям качества, декларируемых НБП158-97.

Предварительный анализ определения теплозащитной эффективности спецобуви можно провести на математической модели теплопередачи в носочной части обуви, которая позволяет провести численный эксперимент при различных сочетаниях параметров модели. Таким образом, появляется возможность сократить многочисленные дорогостоящие физические испытания.

Геометрическая модель области исследования - носочной части обуви - представлена на рисунке 4.9 (пояснения к позициям рисунка 4.9 представлены в таблице 4.8).



Рис. 4.9. Геометрическая модель носочной части спецобуви пожарного:

а - продольное сечение обуви; б - фрагмент продольного сечения спецобуви в носочной части; в - детализация геометрической модели области исследования

Таблица 4.8 Теплофизические свойства материалов системы «стопа человека - спецобувь - окружающая среда»

Наименование слоя	Толщина слоя, м	Плотность, кг/м2	Теплоёмкость, кДж/(кг·°С)	Теплопроводность, (Вт/м·°С)
покровные ткани стопы	1	1093	3600	0,389
хлопчатобумажная ткань	1	2000	1380	0,05
воздух	20	1,205	1000	0,034
свиная подкладочная кожа	1	892	1557	0,069
нитроискожа-Т	1	800	1500	0,082
термоустойчивая юфть	2	910	1550	0,073

Процессы теплообмена в обуви описываются уравнением нестационарной теплопроводности [14], которое в рассматриваемом случае имеет вид

. (4.1)

Принимаем, что температура внутри носочной части обуви является функцией радиуса r, и времени t, то есть ; известна температура в точке 0 - (температура тела человека, равная 30 єС).

Для получения однозначного решения данного уравнения следует дополнить его начальными условиями и условиями на границе

, .

В сферической системе координат уравнение (1) принимает следующий вид

. (4.2)

Применяя метод конечных разностей, получим для i-го узла сетки:

, (4.3)

где ; ; - шаг по времени (); - шаг по координате (); , и - значения теплопроводности, плотности и теплоёмкости слоя материала, заключённого между узлами и .

; ; ; .



Общее время расчёта = 360 с. При шаге =30 с, =12.

Разрешим уравнение (3) относительно :

, (4.4)

где ; .

Система соотношений (4) позволяет найти температуру во всех узлах сетки в момент времени , , , вплоть до = = 360 с.

Расчёт, произведённый с помощью математической модели, позволил получить графики зависимости процессов теплопередачи от времени, представленные на рисунке 4.10.

Рис. 4.10. График зависимости распределения температуры на поверхности слоев системы «стопа человека - спецобувь -окружающая среда» от времени воздействия высокой тепловой нагрузки:

- покровные ткани стопы; - внутренняя обувь;

- внутренние детали верха обуви; - каркасные детали верха обуви;

- наружные детали верха обуви



Анализируя данные представленных графиков, следует иметь в виду следующее положение НПБ 158-97, что среднеарифметическое значение температуры на внутренней поверхности композиции слоёв спецобуви не должно превышать 50 °С в течение не менее 5 мин. Наиболее информативным в данном случае является график теплопередачи внутренних деталей верха обуви. Допустимый температурный предел достигается по истечении 50 сек. с момента воздействия только внешней температуры, равной 200 °С, что не соответствует требованиям нормативно-технической документации. При этом воздействие теплового потока в данном случае не принималось во внимание.

С целью подтверждения результатов, полученных по итогам математического моделирования была проведена серия экспериментов, позволяющих получить численные значения температуры внутриобувного пространства. Термочувствительный датчик закреплялся на внутренних деталях в носочной части перед помещением спецобуви в термошкаф с постоянно поддерживаемой температурой 200 °С. Фиксирование результатов измерительного прибора через каждые 10 сек. позволило подтвердить численные показатели математических расчётов (рис. 4.11).

Рис. 4.11. График зависимости температуры на внутренней поверхности композиции слоёв спецобуви от внешней температуры

Резюмируя, следует отметить, что спецобувь для пожарных, выполненная по требованиям нормативно-технической документации, не обеспечивает предъявляемые к ней теплоизоляционные свойства в условиях нагревающей среды. Таким образом, применение научно-мето-дологический подход к проектированию обуви специального назначения для пожарных позволило выявить, что доминирующим фактором является выбор пакета материалов. Однако разработанная конструкция модели обеспечивает улучшение гигиенических свойств за счёт повышения качества ухода за моделью без потери приоритетных защитных показателей.

Результаты научно-исследовательских работ, представленных в работе, могут быть использованы в сфере повышения уровня соответствия специальной одежды и обуви отраслевым производственно-климатическим и гигиеническим требованиям.

Библиографический список

1. Амирова, Э.К. Изготовление специальной и спортивной одежды [Текст] : учебник / Э.К. Амирова, О.В. Сакулина. - М. : Легпромбытиздат, 2008. - 256 с.

2. Анализ методов конструирования женской верхней одежды [Текст] / Г.П. Бескоровайная, Н.Ю. Савельева // Сборник научных трудов молодых учёных и аспирантов. - Вып. 24. - Шахты : ДГАС, 2007. - С. 34-39.

3. Андрианова, Г.П. Химия и физика высокомолекулярных соединений в производстве искусственной кожи, кожи и меха [Текст] / Г.П. Андрианова, Д.А. Куциди, И.С. Шестакова, А.В. Касьянова. - М. : Легпромбытиздат, 2007. - 464 с.

4. Андреева-Галанина, Е.Ц. Вибрация и её значение в гигиене труда [Текст] / Е.Ц. Андреева-Галанина. - Л. : МЕДГИЗ, 1956. - 356 с.

5. Афанасьева, Р.Ф. Гигиенические основы проектирования одежды для защиты от холода [Текст] / Р.Ф. Афанасьева. - М. : Лёгкая индустрия. - 2007. - 133 с.

6. Барабанова, Г.Л. Лабораторный практикум по технологии нетканых материалов [Текст] : учеб. пособие для вузов / под ред. к.т.н. Г.Л. Барабанова. - М. : Легпромбытиздат, 2008. - 412 с.

7. Бартон, А. Человек в условиях холода [Текст] / А. Бартон, О.М. Эдхолм. - М. : Изд-во иностранной литературы, 2007. - 333 с.

8. Бахшиева, Л.Т. Влияние химической чистки на тепловые свойства одёжных материалов [Текст] / Л.Т. Бахшиева, В.С. Салтыкова, А.А. Захарова, В.И. Александров // Швейная промышленность. - 2009. - № 4. - С. 42.

9. Беляков, Г.И. Охрана труда [Текст] / Г.И. Беляков. - М. : Агропромиздат, 2010. - 320 с.

10. Бескоровайная, Г.П. Проектирование детской одежды [Текст] : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Г.П. Бескоровайная, С.В. Куренова. - М. : Мастерство, 2008. - 96 с.

11. Бескоровайная, Г.П. Влияние иллюзорных свойств цвета на размеры конструктивно-декоративных деталей детской одежды [Текст] / Г.П. Бескоровайная, С.А. Гончарова // Швейная промышленность. - 2008. - № 6. - С. 33-34.