Ruido de la aviación militar y sus efectos sobre el corazón de las tripulaciones y personal de tierra

Méndez Castillo, Fredesvinda M. (2010). Ruido de la aviación militar y sus efectos sobre el corazón de las tripulaciones y personal de tierra. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Industriales (UPM).


Title: Ruido de la aviación militar y sus efectos sobre el corazón de las tripulaciones y personal de tierra
  • Méndez Castillo, Fredesvinda M.
  • Recuero López, Manuel
Item Type: Thesis (Doctoral)
Read date: 2010
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Ingeniería Mecánica y de Fabricación [hasta 2014]
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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In the last years, some of the factors contributing to human mortality rate are cardiovascular diseases. Unfortunately, new factors such as environmental noise have now added to the equation. On top of this, there is lack of scientific work that actually proves the connection between heart diseases and noise impact. Instead, research has been devoted to demonstrate auditory route as the means through which neuro-hormonal changes are induced, resulting in cardiovascular variation. Pathologies mostly studied in aviation medicine are related to pressure, altitude, acceleration, and the relationship between circadian rhythm, time zones and subjects’ immobility, during long flights. But what is the case for subjects exposed to airplane noise during working hours? Statistics show that most of these subjects’ main cause of impairment is due to cardiac pathologies. So, noise might be presumed as a factor of risk for the heart. For this reason, in this thesis the non-auditory effects of noise and its potential role as cardiac pathology generator, caused by military aircrafts on crew members and ground maintenance staff, is analyzed. This research was possible thanks to the Venezuelan Military Air Force authorization in Barquisimeto, Venezuela. The experimental phase of the study was developed considering three variables, sonic characterization of each source of noise, cardiovascular test and psychoacoustic study on subjects of the sample. The subject sample was made according to the kind of aircraft they work with; thus, having the following groups: 1. Caza 12 with VF-5 aircraft; 2. Caza 16 with F-16 aircraft, and 3. Core 4 with Sky truck M28 aircraft and Bell 206 and 412 helicopters. The procedure to collect data for the three variables was based on standard research methods. For the study of noise, guidelines of the Federal Aviation Administration and ISO 1999 and 9612 procedures were considered. For cardiologic assessment, the JAR-FCL 3.130 norms and the American Society of Heart ultrasound protocol were used. Finally, for psychoacoustic valuation a survey that followed recommendations of the Head of the Department of Psychology from the Civil Aviation National Institute of Venezuela was applied. Additionally, there was also external variable control to reduce interference in cardiac assessment of subjects. The subjects of the sample were those qualified as healthy and apt according to preliminary medical tests, whose age range was 30 years old approximately. Once all data was collected, the analysis of each variable was made, establishing relations of cause. In addition, results in three groups of subjects were compared for a general analysis. In the analysis of noise, the calculation of uncertainty was established taking into account the results showed by dosimeters. The calculation was monitored through three measures for each group and for each source individually in order to fulfill the following requirements: validity of each measurement, the ranges among which validity is distributed; standard deviation with a p probability of 95% for a K factor of cover of 1.65, and a level of ∞ confidence of 0,05. The data are comparable to that of other investigations in aviation. Results of noise analysis show that facilities lack of appropriate acoustic comfort for subjects to rest. Low frequency noise, ranging from 16 to 250 Hz, and exceeding the 100 dB, is produced in all operating phases of different aircrafts, having the takeoff as the phase where the highest level of pressure is registered in the start of the runway. The peak values registered 121 dB in ground operations, being higher than 135 dB during the takeoff of aircrafts in the Caza group. The amount of noise subjects are exposed is higher than 100% of the limit allowed. The level of constant noise per work day (6 hours) exceeds the 85 dB, which is considered the criterion for working exposure. The cardiac parameters allowed outlined the sequence of facts observed in subjects who do not reveal any symptom. These facts are very highly predictive. Electrocardiographic results show all subjects have a sinusal heartbeat. The rest of the electrical variables tend to reveal existence of bradycardias. Subjects from Core 4 registered vast variability out of normal limits. Ecocardiographic results reported cardiac geometry dimensions tend to thicken in contrast with the value of the auricle which tends to decrease. However, in subjects from the three groups an increment of the value of pericardic membranes takes place, including, in some cases, liquid discharge. Variability in hemodynamic values was also observed. In subjects from Caza groups theses values registered an over estimation of the fraction of ejection; whereas the case for subjects from Core 4 was an under estimation. The diastolic indicator analysis proved that Core 4 subjects are beginning to produce alterations of transmitral flow and reduction of flow in pulmonary arteries. This alteration of transmitral flow and reduction may be a sign of severe cardiac alterations in time. Psychoacoustic parameters indicate that cardiac wear is due to exposure to low frequency sound in high values of energy that disturb the rest and increase states of fatigue. Likewise, irritability, discomfort, and somnolence experienced in the airport environment might be related to the same low frequency sounds. Regarding cognitive elements such as memory and concentration, there does not seem to be apparently any alterations during working hours. Besides, stress is reduced by adjusting all procedures to protocol during flying practice as well as maintenance duty. All these results conform to a database oriented to revise noise effects in aeronautical medicine. Generally, the following conclusions are drawn. Noise generated by aircraft in military aviation bases is usually a low frequency type with levels that exceed the 100 dB, which impact in human body may be harmful. The pericardic membrane dimension registers a thickness that might be causing alterations in hemodynamic conditions, perceived through indicators such as transmitral flow. Diastolic function indicators tend to show values that might be considered as predictive for cardiac anomalies even in healthy subjects. ‐XIVFinally, noise, which is transformed into an electrical impulse by the brain, serves as a means to increase fatigue, manifested through irritability and tiredness during duty hours. RESUMEN En el contexto de la alta tasa de mortalidad humana, las enfermedades cardiovasculares, así como también, los nuevos factores de riesgo como el ruido ambiental, han sido determinantes. Se observa, no obstante, la carencia de una explicación que desvele la secuencia de hechos en la instauración de una patología cardiaca. En su lugar, en la mayoría de las investigaciones prevalece la vía auditiva para inducir cambios neuro-hormonales que influyen en las variaciones cardiovasculares. Las patologías que con mayor énfasis han sido estudiadas en la medicina aeronáutica, están relacionadas con los factores de presión, altitud, aceleración, ritmo circadiano con el tiempo entre los husos horarios y la inmovilidad de los sujetos, cuando los vuelos son de larga trayectoria. Ahora bien, ¿cuál será el caso de los sujetos que se exponen a ruidos de aviones en el campo laboral, cuya estadística señala que el mayor número de sujetos con discapacidad responde a patologías cardiacas? Ante esta situación, se presume que el ruido pudiera ser un factor de riesgo para la salud del corazón. En esta tesis doctoral, se analizan los efectos no auditivos del ruido producidos por los aviones militares sobre el personal de tripulaciones y de mantenimiento, y su papel como posibles generadores de patologías cardiacas. Para llevar a cabo el estudio, se contó con la autorización de la Fuerza de Aviación Militar venezolana con sede en la ciudad de Barquisimeto - Venezuela, realizando la fase experimental conforme a tres variables: la caracterización sonora de cada una de las fuentes de ruido, la valoración cardiovascular y el estudio psicoacústico en los sujetos expuestos. La muestra de sujetos se estructuró en tres grupos atendiendo a la designación operativa de las naves, siendo estos: 1) Grupo Caza 12, de los aviones VF-5; 2) Grupo Caza 16, del avión F-16 y 3) Grupo Core 4, del avión Sky truck M28 y los helicópteros Bell 206 y 412. Los procedimientos para la toma de los datos en las tres variables, se suscribieron a métodos estandarizados con aplicación del rigor científico, estableciendo para el estudio del ruido las pautas de la Federal Aviation Administration y las normas ISO 1999, y 9612. Para la valoración cardiológica las pautas de la norma JAR-FCL 3.130, y el protocolo de la Sociedad Americana de Ecocardiografía. Y para la valoración psicoacústica se estructuró una encuesta con las recomendaciones del jefe de la unidad de psicología del Instituto Nacional de Aviación Civil de Venezuela. Adicionalmente se estableció el control de variables externas, disminuyendo en todo caso la interferencia de estas en la valoración cardiaca de los sujetos, partiendo de la catalogación de sujetos sanos y aptos, por los valores de sus exámenes médicos preliminares y de que la media de edad por grupos está registrada entre 30 años. Con los datos obtenidos se procedió al análisis particular de cada variable, estableciendo relaciones de causa. Además, se procedió al establecimiento de comparaciones entre los grupos de sujetos, para luego integrar un análisis global. En los análisis de ruido, el cálculo de la incertidumbre se determinó a partir de los datos obtenidos con dosímetros, monitorizado por tres medidas en cada uno de los grupos y sobre cada fuente en particular para establecer los siguientes requerimientos: la validez de cada medida, los rangos entre los cuales se distribuye la misma; la desviación típica con una probabilidad р del 95%, para un factor de cobertura K de 1.65 y un nivel de confianza ∞ de 0.05. Los valores estimados son comparables a otras investigaciones en el campo de la aviación. Los resultados de los análisis del ruido demuestran que la infraestructura carece de confort acústico, que permita el adecuado descanso para los sujetos de estudio. En todas las fases operativas de las diversas aeronaves se produce ruido en bajas frecuencias comprendidas entre 16 y 250 Hz, con valores que sobrepasan los 100 dB, y la fase que emite mayor nivel de presión es durante el despegue, en la cabecera de la pista. Los valores picos se registraron en 121 dB, en operaciones en tierra, superando los 135 dB durante el despegue de los aviones caza. La dosis de ruido a la que están expuestos los sujetos supera el 100% del valor límite umbral permisible. El nivel de ruido continuo equivalente para una jornada de trabajo de 6 horas es superior a los 85 dB como valor criterio de exposición laboral. Los parámetros cardiacos permitieron esbozar la secuencia de hechos, que sin manifestación de sintomatología, se observa en los sujetos, siendo estos de alto valor predictivo. Los resultados electrocardiográficos señalaron que todos los sujetos tienen un ritmo sinusal, y el resto de variables eléctricas tienden a demostrar la existencia de bradicardias, los sujetos del grupo Core 4, presentaron un amplio margen de variabilidad fuera de los rangos de normalidad. Los resultados del estudio ecocardiográfico reportaron que las dimensiones de la geometría cardiaca tienden a un engrosamiento, a diferencia del valor de la aurícula con tendencia a la disminución de la misma; sin embargo, es resaltante en los sujetos de los tres grupos de estudio, el incremento del valor de las membranas pericárdicas, con casos de derrame de líquido. Igualmente se observó variabilidad en valores hemodinámicos, con una sobre estimación de la fracción de eyección para los sujetos de los grupos caza, y una subestimación para los sujetos del grupo Core 4. El análisis de indicadores diastólicos determinó que los sujetos del grupo Core 4, presentan indicios de alteraciones del flujo transmitral y reducción del flujo a nivel de arterias pulmonares. Con lo que pueden ser predictores de graves alteraciones cardiacas en el tiempo. Los parámetros psicoacústicos evidencian que la contribución al desgaste cardiaco puede explicarse por el efecto que causa la exposición a las bajas frecuencias del sonido audible en altos valores de energía, que perturban el descanso y aumentan los estados de fatiga, a expensas de mantener el ritmo laboral. Asimismo, la irritabilidad, la molestia y los estados de soñolencia generados en el ambiente aeroportuario pueden estar asociados a estas mismas frecuencias de ruido. En los aspectos cognitivos de la atención y la memoria, parece no haber alteraciones que se hagan manifiestas durante la realización de los trabajos, y disminuyen el estrés ajustando todo procedimiento a los protocolos establecidos, ya sea en labores de mantenimiento o durante maniobras de aviación. Estos aportes pueden contribuir a la base de datos que oriente la revisión de los efectos del ruido en medicina aeronáutica. De manera general, se llega a las siguientes conclusiones puntuales: En los ambientes aeromilitares, la emisión sonora generada por las naves se caracteriza por la predominancia de la baja frecuencia en niveles superiores a 100 dB, cuyo impacto en el cuerpo de los sujetos puede ser nocivo. La dimensión de la membrana pericárdica registra un engrosamiento que puede estar alterando las condiciones hemodinámicas, observadas a través de indicadores como el flujo transmitral. Los indicadores de función diastólica tienden a arrojar valores que pudrieran interpretarse como predictores de anomalías cardiacas, aún estando los sujetos en condiciones sanas. Finalmente, el ruido, transformado en señal eléctrica por el cerebro, posibilita el incremento de los estados de fatiga, y ésta, a su vez, se manifiesta a través de irritabilidad, cansancio, durante las labores.

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Item ID: 3707
DC Identifier:
OAI Identifier:
DOI: 10.20868/UPM.thesis.3707
Deposited by: Archivo Digital UPM
Deposited on: 12 Jul 2010 11:11
Last Modified: 10 Oct 2022 10:35
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