Основы физиологии труда.

Трудовая деятельность - целесообразная деятельность, в результате которой человек воздействует на природу и использует ее в целях создания предметов, необходимых для удовлетворения собственных потребностей. В биологическом аспекте труд - важнейшая функция организма, характеризующаяся определенной физиологической стоимостью. Физиология труда - наука, изучающая изменения функционального состояния организма под влиянием производственной деятельности. В задачи физиологии труда входит и разработка физиологически обоснованных средств организации трудового процесса, способствующих предупреждению утомления, сохранению здоровья человека.

Классификация основных форм деятельности. Многообразные формы трудовой деятельности издавна условно делятся на труд физический и умственный. В современных формах трудовой деятельности чисто физический труд практически не встречается. Никакая мышечная деятельность невозможна без участия центральной нервной системы, как регулирующей и координирующей все процессы в организме, в то же время нет такой умственной работы, при которой отсутствует мышечная деятельность. Различие трудовых процессов проявляется лишь в преобладании деятельности мышечной системы или центральной нервной системы. В настоящее время, в связи с механизацией, и автоматизацией производственных процессов, физическое напряжение в трудовой деятельности играет все меньшую роль и значительно возрастает роль высшей нервной деятельности.

Однако существует общепризнанная физиологическая классификация трудовой деятельности.

1. Формы труда, требующие значительной мышечной активности характеризуются в первую очередь повышенными энергетическими затратами (4000-6000 ккал/сутки). Физический труд развивает мышечную систему и стимулирует обменные процессы. В то же время отмечается социальная неэффективность физического труда, связанная с низкой производительностью, необходимостью высокого напряжения физических сил, потребностью в длительном (до 50% рабочего времени) отдыхе.

2. Особенностью механизированных форм труда является изменение характера мышечных нагрузок и усложнение программы действий. Уменьшение объема мышечной деятельности сопровождается вовлечением в работу мелких мышц конечностей, которые должны обеспечить большую скорость и точность движений.

3. Конвейерная форма труда требует синхронизированной работы ее участников в соответствии с заданным темпом и ритмом. Монотонность - одна из ведущих особенностей конвейерного труда, приводящая к преждевременной усталости и быстрому нервному истощению. В основе этого специфического явления лежит преобладание процесса торможения в коре больших полушарий при действии однообразных раздражителей. При этом снижается возбудимость анализаторов, рассеивается внимание, снижается скорость реакций и быстро наступает утомление.

4. Формы труда, связанные дистанционным управлением производственными процессами и механизмами, характеризуются включением человека в систему оперативного звена.

5. Формы интеллектуального труда подразделяются на операторский, управленческий, творческий, труд медицинских работников, труд преподавателей, студентов, учащихся. Интеллектуальный труд характеризуется, как правило, необходимостью переработки большого объема информации с мобилизацией памяти, внимания, частотой стрессовых ситуаций. Суточные энергозатраты составляют 2000-2400 ккал. Сопровождается гипокинезией - снижением двигательной активности человека, приводящем к ухудшению реактивности организма и повышению эмоционального напряжения.

В основе любого трудового действия лежит целевая установка, на базе которой в центральной нервной системе создастся определенная программа, реализующаяся в поведенческом акте. Такие запрограммированные действия носят название динамического стереотипа. Сущность динамического стереотипа заключается в том, что в ЦНС формируются длительно текущие нервные процессы, соответствующие особенностям воздействия на организм внешних и внутренних раздражителей. При этом обеспечивается точность и своевременность реакции организма на привычные раздражители, что особенно важно в формировании трудовых навыков. Наличие динамического стереотипа исключает излишние действия в процессе выполнения работы, "экономит" энергию и отдаляет наступление утомления. Кроме того, динамический стереотип обеспечивает приспособление организма к меняющимся условиям трудовой деятельности.

В процессе трудового действия в ЦНС поступает информация о ходе выполнения программы, на основании которой возможны текущие поправки к действиям. Точность и успешность выполнения программы зависят от опыта и количества предшествующих повторений этого действия, то есть автоматизма. Таким образом, автоматизм в действиях работающего возникает по мере закрепления динамического стереотипа.

Важное значение для рациональной организации труда имеет классификация различных видов труда по тяжести и напряженности. Тяжесть труда - понятие, выражающее степень функционального напряжения организма при трудовом процессе.

Функциональное напряжение может быть энергетическим – при физическом труде; эмоциональным - при умственном труде, когда имеет место информационная перегрузка. Нагрузка при труде, требующая преимущественно мышечных усилий классифицируется как физическая тяжесть труда, человека. При физическом труде изменяется функциональное состояние организма: активизируется мышечная система, система вегетативного обеспечения мышечной деятельности (кровообращение, дыхание), возрастает уровень обменных процессов, количество потребляемого в минуту кислорода, минутный объем и частота дыхания, число сердечных сокращений и т.д.

Физическая работа всегда сопровождается динамическими и статическими усилиями. Статическая работа - процесс сокращения мышц, необходимой для фиксации орудий и предметов труда в неподвижном состоянии, поддержания положения тела в пространстве. При статической нагрузке тяжесть труда оценивают по величине статической нагрузки в кГ/с при удержании усилия одной рукой, двумя руками, с участием мышц корпуса и ног, времени пребывания в вынужденной позе. Работа, требующая нахождения человека в статической позе более 50% рабочего времени, характеризуется как тяжелая.

Динамическая работа - процесс сокращения мышц, приводящий к перемещению груза, а также тела человека в пространстве. Энергия организма расходуется на поддержание напряжения в мышцах и на механический эффект работы. Динамическая работа подразделяется на: общую мышечную работу, выполняемую более чем двумя третями массы скелетной мускулатуры; региональную мышечную работу, выполняемую преимущественно мускулатурой плечевого пояса и верхних конечностей; локальную мышечную работу, выполняемую с участием менее одной трети скелетных мышц.

Критериями тяжести труда при динамической нагрузке являются: мощность внешней механической работы, максимальная величина поднимаемых вручную грузов, величина ручного грузооборота за смену, частота шагов в одну минуту, наклоны туловища свыше 50° в 1 минуту при работе стоя. Если максимальная масса поднимаемых вручную грузов не превышает 5 кг для женщин и 15 кг для мужчин - работа классифицируется как легкая; 5-10 кг для женщин и 15-30 кг для мужчин - средней тяжести; свыше 10 кг для женщин и 30 кг для мужчин - тяжелая.

Существует способ оценки тяжести работы по потреблению кислорода и энерготратам (таблица).

При сравнительно легкой физической работе повышение обмена веществ происходит в основном за счет усиления энергозатрат в мышцах, сердце, мозге. При более тяжелых работах расход энергии мышцами возрастает на 95%. Затраты энергии меняются в зависимости от рабочей позы. При рабочей позе сидя затраты энергии превышают на 5-10% уровень основного обмена, стоя - на 10-25%; при вынужденной, неудобной позе затраты энергии на 40-50% превышают уровень основного обмена. Характер и организация трудовой деятельности оказывают существенное влияние на человека.

При физической работе важное значение имеет правильное чередование статических и динамических усилий. Статические мышечные усилия характеризуются преобладанием напряжения над расслаблением. При этом работа мышц осуществляется в анаэробных, то есть в бескислородных условиях. Клетки и ткани мышц получают энергию в результате расщепления сложных органических веществ до углекислого газа и воды. Примером может служить гликолиз - расщепление глюкозы, которое протекает в 2 основных этапа - бескислородный и кислородный.

На бескислородном этапе молекула глюкозы расщепляется до молочной кислоты с выделением небольшого количества энергии и образованием двух молекул АТФ. АТФ - основное энергетическое вещество клетки, единица измерения энергии в клетке, все процессы превращения энергии сопровождаются синтезом или распадом АТФ. При статистических усилиях, когда мышцы сжаты, кровеносные сосуды сдавлены, в клетки не поступает кислород, гликолиз останавливается на бескислородном этапе, энергия не образуется, в клетках накапливается молочная кислота (С₃Н₆О₃), появляется чувство утомления, боль в мышцах.

При длительном поддержании статического напряжение утомление мышц, сочетаясь с недостаточным кровоснабжением, может привести к развитию заболеваний мышечной и периферической нервной системы. При чередовании напряжения мышц и расслабления гликолиз идет в два этапа, молочная кислота расщепляется до углекислого газа и воды и при этом клетка получает почти в 20 раз больше энергии - 38 молекул АТФ.

Исходя из этого, при правильном чередовании статических и динамических усилий можно добиться преобладания кислородного расщепления над бескислородным, что способствует более длительному сохранению работоспособности.

Эмоциональная нагрузка при труде, требующем преимущественно интенсивной работы мозга определяется как напряженность труда. Понятие напряженность труда чаще относят к работам с преобладанием нервно — эмоционального напряжения. Критериями напряженности труда являются: напряжение внимания, эмоциональное напряжение, напряжение анализаторов, объем оперативной памяти, интеллектуальное напряжение, монотонность работы.

Напряжение внимания связано с числом производственно-важных объектов наблюдения, длительностью сосредоточенного наблюдения в процентах от общего времени смены, плотностью сигналов или сообщений в среднем в 1 час. В процессе умственной деятельности активизируются различные отделы коры головного мозга, в которых возрастает кроваток и потребление кислорода; при увеличении степени умственного или эмоционального напряжения наблюдается учащение пульса, повышение артериального давления, возрастает интенсивность обменных процессов.

Напряженность труда в каждом конкретном случае зависит как от тяжести, так и от индивидуальных особенностей работающего. Труд одинаковой тяжести может вызвать у разных людей разную степень напряженности. Для оценки степени эмоционального напряжения, характерного для ряда профессий наиболее точными являются методы оценки показателей вегетативных функций (пульс, дыхание, АД и др.).

В физиологии труда важнейшим являются понятия работоспособности и утомления. Эффективность трудовой деятельности человека в значительной степени зависит от двух главных факторов: нагрузки и работоспособности. Общая нагрузка формируется взаимодействием следующих компонентов: предмет и орудия труда, организация рабочего места, гигиенические факторы производственной среды, технико-организационные мероприятия. Эффективность согласования указанных факторов с возможностями человека во многом зависит от уровня работоспособности.

Работоспособность – величина функциональных возможностей организма, характеризующаяся количеством и качеством работы, выполняемой за определенное время при максимально интенсивном напряжении. Существенным фактором, влияющим на уровень и динамику работоспособности, являются специфические особенности каждой конкретной деятельности. Состояние работоспособности оценивается по физиологическим показателям функционального состояния центральной нервной системы, нервно-мышечного аппарата, сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем, обеспечивающих данную конкретную деятельность.

Производительность труда нельзя отождествлять с работоспособностью. Вместе с тем, и производительность и работоспособность характеризуются результатом работы, ее количеством и качеством. Поэтому интегральными показателями работоспособности могут быть данные почасовой производительности и качества работы. Во время трудовой деятельности функциональная способность организма и производительность труда закономерно изменяются на протяжении рабочей смены.

Изменение работоспособности в течении рабочего дня имеют фазовый характер.

I Фаза врабатывания или нарастающей работоспособности. В этот период повышается лабильность физиологических систем, ускоряется и увеличивается объем физиологических процессов. Уровень работоспособности постепенно повышается по сравнению с исходным. Это выражается в улучшении психофизиологических показателей и результатов труда.

На фазе врабатывания количественные и качественные показатели работы часто: то улучшаются, то ухудшаются, прежде чем каждый из них достигнет своего оптимума. Подобные колебания – поиск организмом наиболее экономичного для работы уровня. В зависимости от характера труда и индивидуальных особенностей человека, этот период длится от нескольких минут до 1,5 часа, а при умственном творческом труде - до 2-2,5 часа.

II Фаза высокой устойчивой работоспособности. Для нее характерно сочетание высоких трудовых показателей с относительной стабильностью или даже некоторым снижением напряженности физиологических функций. Продолжительность фазы устойчивой работоспособности может быть 2-2,5 часа и более в зависимости от степени нервно-эмоционального напряжения, физической тяжести и гигиенических условий работы.

III Фаза снижения работоспособности. Падение работоспособности сопровождается уменьшением функциональных возможностей основных работающих органов человека.

Продолжительность каждой из этих фаз зависит как от индивидуальных особенностей ЦНС, так и от условий среды, в которых совершается работа, от вида и характера деятельности, от эмоционального и физического состояния организма. Понимание процессов изменения работоспособности позволяет предупредить или отдалить наступление утомления.

Падение работоспособности указывает на предел эффективной работы и является сигналом к ее прекращению. Ухудшается функциональное состояние центральной нервной системы: развивается охранительное торможение, которое внешне проявляется в вялости, сонливости, потери интереса к работе и отказе ее продолжать, - развивается утомление.

Утомление – состояние, сопровождающееся чувством усталости, снижением работоспособности, вызванное интенсивной или длительной деятельностью, выражающееся в ухудшении количественных и качественных показателей работы и прекращающееся после отдыха. Существует ряд теорий утомления. Одни рассматривают утомление как следствие "истощения" энергетических ресурсов мышцы; другие как результат недостаточного снабжения кислородом и нарушения окислительных процессов – теория "задушения"; третьи как следствие засорения тканей продуктами обмена, - теории "отравления".

В наше время наиболее популярной является теория утомления, согласно которой утомление в первую очередь возникает в ЦНС. При длительном возбуждении определенных участков нервной системы наступает перевозбуждение и торможение условных рефлексов. Торможение позволяет клеткам не реагировать на поступающие импульсы, вследствие чего прекращается активная деятельность. Торможение является мерой предупреждения функционального истощения клеток. Эта концепция не исключает влияния местных процессов, происходящих в мышцах и других работающих органах, на формирование утомления.

Чрезвычайно высока биологическая роль утомления. Оно несет защитную функцию, предохраняя организм от истощения при слишком длительной или слишком напряженной работе. Повторное утомление, не доводимое до чрезмерной величины, является средством повышения функциональных возможностей организма.

В развитии утомления различают скрытое, преодолеваемое утомление, при котором сохраняется высокая работоспособность, поддерживаемая волевым усилием. Это так называемое компенсированное утомление. Работоспособность при этом обеспечивается значительными энергозатратами.

Дальнейшее выполнение работы вызывает развитие некомпенсированного, явного утомления, главным признаком которого является снижение работоспособности. Как уже отмечалось, утомление проявляется субъективным чувством усталости. Чаще всего утомление и усталость развиваются параллельно, однако это происходит не всегда. Так, если человек занят любимым, важным для него делом, он может работать достаточно долго, не чувствуя усталости, хотя признаки утомления налицо. Необходимо таким образом дозировать деятельность человека, чтобы возникающее в ее результате утомление исчезало за время отдыха; если этого не происходит, то оно накапливается и приводит к переутомлению.

В отличие от утомления, которое характеризуется как временное снижение работоспособности в результате предшествующей работы и оценивается как физиологическое состояние, переутомление - это уже длительное и глубокое снижение работоспособности, сопровождающееся нарушением деятельности систем жизнеобеспечения и требующее для своего устранения длительного отдыха. Переутомление - это патологическое состояние, которое не исчезает после обычного отдыха и требует специального лечения.

Основные пути борьбы с утомлением. Для сохранения здоровья и высокой производительности труда важное значение имеет конструкция производственного оборудования, планировка и организация рабочего места. Оптимальная поза индивидуума не только обеспечивает высокую работоспособность, но и уменьшает заболеваемость.

При гигиенической оценке наиболее рациональной рабочей позы необходимо учитывать величину мышечных усилий, точность и скорость движений, характер работы. В трудовых процессах основными рабочими позами являются позы "сидя" и "стоя".

При работе стоя повышается нагрузка на мышцы нижних конечностей, наблюдается перераспределение крови, возможно ухудшение кровообращения. Для предупреждения заболеваний, связанных с патологией нижних конечностей (варикозное расширение вен, тромбофлебиты, плоскостопие и др.) необходимо проводить профилактические мероприятия.

Работа сидя менее утомительна, так как уменьшается высота центра тяжести над площадью опоры, повышается устойчивость тела, снижается напряжение мышц, нагрузка на сердечно-сосудистую систему. Но и в этом случае необходима профилактика, так как при длительной работе сидя наблюдается статическое напряжение мышц шеи, плечевого пояса, спины. Смена позы приводит к перераспределению нагрузки на группы мышц, улучшает кровообращение, ограничивает монотонность.

Выбор оптимальной позы определяется также величинами усилий, развиваемых во время работы. При усилиях не выше 5 кг можно выполнять работу сидя. В случае необходимости прилагать усилия 5-10 кг выполняют работу как стоя, так и сидя. При усилиях более 10 кг рекомендуется работать стоя.

При организации рабочего места необходимо учитывать, что рост мужчин и женщин в среднем отличается на 11,1 см, длина вытянутой руки в сторону - на 6,2 см, длина вытянутой вперед руки - на 5,7 см, длина ноги на 6 см, высота глаз над уровнем пола - на 10,1 см. При конструировании рабочего места в позе "сидя" и его гигиенической оценке учитывают, что в среднем тело мужчины в этой позе на 9,8 см длиннее, чем у женщины, а высота глаз над сиденьем соответственно отличается на 4 см. Оптимальная поза работающего обеспечивается конструкцией сиденья, которое должно поддерживать тело и не допускать его неправильного положения. Рациональная организация рабочего места - существенная мера повышения работоспособности и снижения утомления.

Важнейшим средством предупреждения утомления является упражнение - совершенствование умений и навыков в результате повторяющейся деятельности. В процессе упражнения принимает участие весь организм: устанавливается взаимодействие между ЦНС, органами чувств, двигательным аппаратом и дыхательной, сердечнососудистой, выделительной и другими системами. Процесс протекает по типу образования условных рефлексов.

С психофизиологической точки зрения производственное упражнение представляет процесс приспособления физиологических функций человеческого организма для наиболее эффективного выполнения конкретной работы. В результате упражнения, тренировки возрастает мышечная сила и выносливость, повышается точность и скорость рабочих движений, увеличивается скорость восстановления физиологических функций после окончания работы. Характерная черта упражнения - преодоление утомления и снижения работоспособности, в основе которого лежит перестройка на более совершенную организацию деятельности. Упражнение лежит в основе выработки трудовых навыков.

Рациональный режим труда и отдыха — это соотношение периодов работы и отдыха, при котором высокая производительность труда сочетается с высокой и устойчивой работоспособностью человека без признаков чрезмерного утомления в течении длительного периода. Оптимальность организации режима труда и отдыха оценивается на основании комплексных исследований состояния физиологических функций человека и динамики работоспособности.

Существуют две формы чередования периодов труда и отдыха на производстве: введение обеденного перерыва в середине рабочего дня; введение кратковременных перерывов, продолжительность и количество которых определяется на основании наблюдения за динамикой работоспособности, учета тяжести и напряженности труда.

При работах, требующих большого нервного напряжения и внимания, быстрых и точных движений рук целесообразны более частые, но короткие перерывы. (5-10 мин.). При работах, требующих значительных усилий и участия крепких мышц, рекомендуются более редкие, но продолжительные перерывы. (10-12 мин.) При выполнении особых тяжелых работ следует сочетать работу в течении 15-20 минут с отдыхом такой же продолжительности.

Под суточным режимом труда и отдыха следует понимать рациональное чередование периодов работы, отдыха и сна человека, обеспечивающее его высокую работоспособность и жизнедеятельность организма. Организм человека в течении суток по разному реагирует на физическую и нервно-психическую нагрузку.

В соответствии с суточным циклом работоспособности наивысший ее уровень отмечается в утренние и дневные часы - до 12 часов и с 14 до 17 часов. В вечерние часы работоспособность снижается и достигает минимума ночью. В дневное время наименьшая работоспособность отмечается между 12 и 14 часами, а в ночное время с 3-4 часов. С учетом этих закономерностей определяют сменность работы.

В течении недели наивысшая работоспособность приходится на 2, 3 и 4-й дни. Последующие дни недели она снижается, падая до минимума в последний день работы.

Элементами рационального режима труда и отдыха является производственная гимнастика и комплекс мер по психофизиологической разгрузке. В основе организации производственной гимнастики лежит феномен активного отдыха, описанный И.М. Сеченовым: утомленные мышцы лучше отдыхают не при полном покое, а при работе других мышечных групп. С целью поддержания максимальной работоспособности в течении рабочего дня применяют: вводную гимнастику, физкультпаузу (5-10 мин., до 4 раз в смену), физкультминутку (2-3 мин.).

Комнаты психофизиологической разгрузки представляют собой специально оборудованные помещения, в которых в отведенное для этого время в течение смены проводят сеансы по снятию усталости и нервно-психического напряжения. Эффект психоэмоциональной разгрузки достигается за счет: эстетического оформления интерьера; трансляции специальных музыкальных произведений; насыщения воздуха отрицательными ионами; приема тонизирующих напитков; имитацией естественно-природного окружения; аутогенной тренировки.

В основе благоприятного действия музыки лежит вызываемый его эмоциональный настрой. Музыка действует как ритмический стимулятор, способствующий образованию рабочей доминанты, способствует предупреждению развития утомления. Функциональную музыку не рекомендуется применять при выполнении работ, требующих значительной концентрации внимания (свыше 70% рабочего времени), при большой напряженности работ, выполняемых в неблагоприятных санитарно-гигиенических условиях.

Прикладные направления физиологии и психологии труда. Разработкой мероприятий, направленных на предупреждение утомления, созданием оптимальных условий труда помимо гигиены, физиологии и психологии труда, занимаются эргономика, техническая эстетика, инженерная психология, служба научной организации труда. В соответствии с гигиенической классификацией труда (Р. 2. 2. OB, - 1994 г.) условия труда могут быть: оптимальными, допустимыми, вредными и опасными.

Оптимальные условия труда обеспечивают максимальную производительность труда и минимальную напряженность организма человека. Допустимые условия характеризуются уровнями факторов среды и трудового процесса, не превышающими установленных гигиенических нормативов для рабочих мест. Вредные условия характеризуются уровнем производственных факторов, превышающих гигиенические нормативы и оказывающим неблагоприятное воздействие на работающего и его потомство. Опасные (экстремальные) условия труда характеризуются уровнем производственных факторов, дающих угрозу для жизни, высоким риском возникновения тяжелых форм острых профессиональных поражений.

Эргономика решает вопросы рационализации трудовых процессов и рабочих мест, направленной на приспособление их к анатомо-физиологическим и психологическим особенностям возможностям человека.

Техническая эстетика имеет два основных направления: цветовое оформление производственных помещений и оборудования; художественное конструирование оборудования, т.е. создание оборудования оптимальной формы, обеспечивающей удобство эксплуатации. Техническая эстетика занимается созданием цветового климата. В основном эта группа цветов, имеющих малую насыщенность и сравнительно большой коэффициент отражения. Цветовое оформление подбирается в зависимости от характера выполняемой работы. Так, например, "холодные" цветовые тона - зеленые, зелено-голубые, понижающие напряжение зрения и действующие успокаивающе, рекомендуют применять при выполнении умственной и физической работы, требующей большой сосредоточенности.

Мероприятия технической эстетики повышают работоспособность человека не только путем создания у него хорошего настроения, но и благодаря воздействию на функции сердечно - сосудистой системы и ЦНС.

Инженерная психология рассматривает требования, предъявляемые к психическим особенностям человека, проявляемым при его взаимодействии с техническими средствами. Изучает связи конструкций пультов управления с особенностями восприятия и переработки информации операторами. Целью инженерной психологии является проектирование и конструирование пультов управления с учетом пропускной способности анализаторов с тем, чтобы поток поступающих сигналов не превышал психофизиологических возможностей человека.

Научная организация труда. На крупных промышленных предприятиях существует служба научной организации труда (НОТ), занимающаяся разработкой и внедрением мероприятий, направленных на оптимизацию трудового процесса. Внедрение гигиенических мероприятий системой НОТ способствует улучшению условий труда, сохранению здоровья человека.