Основные понятия физиологии труда

PAGE 2

БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра клинической токсикологии и профпатологии с курсом ИПО

	Утверждаю:
	_____________________
	Заведующий кафедрой, профессор
	З.С. Терегулова
	"____"__________200_ г.

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ЛЕКЦИИ № 1

01. ТЕМА: Основные понятия физиологии труда

02. Медико-профилактический факультет, 4 курс

03. Раздел: Основы физиологии и психологии труда

04. Лекционный курс 9 семестра

05. Продолжительность: 2 часа (90 мин.)

06. Контингент: Студенты 4 курса медико-профилактического факультета

07. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ ЛЕКЦИИ: напомнить студентам наиболее важные аспекты органической химии, биохимии, физики, физиологии человека с тем, чтобы объяснить и обсудить основные понятия физиологии труда/

ЧАСТНЫЕ ДИДАКТИЧЕСКИЕ ЦЕЛИ (ЗАДАЧИ):

1. Провести сравнительный анализ социального и физиологического в труде человека и определить место физиологии труда в гигиене и других медико-биологических науках,

2. Познакомить и обсудить основную классификацию форм труда,

3. Рассмотреть и обсудить значение центрально-нервной регуляции в энергетике мышечного сокращения при работе.

08. Оснащение:

Рисунок: Виды мышечной работы

Рисунок: Особенности соотношения физического и интеллектуального компонента в разных видах труда

Схема: формирования динамического рабочего стереотипа

Схема: химия и энергетика мышечного сокращения

Схема: парабиоз Н.Е. Введенского

Тезариус: терминология физиологии труда

09. Новая информация (отсутствующая в предыдущем обучении):

- место и роль физиологии труда в гигиене и медико-биологических науках,

- терминология физиологии труда

10. ПЛАН ЛЕКЦИИ:

1 час	45 мин
Введение	5
Труд и работа	10
Формы трудовой деятельности	5
Центрально-нервная регуляция трудовой деятельности	10
Химия и энергетика мышечного сокращения	15
2 час	45 мин
Динамика потребления кислорода при работе	20
Терминология физиологии труда: обсуждения основных	25
терминов

11. Контроль усвоения материала: активный опрос в конце лекции

Вопросы:

1. Диалектика социального и биологического в содержании категории (понятия) “труд человеческий”?

2. Отличие динамической и статической работы

3. Чем измерить динамическую работу?

4. Чем измерить статическую работу?

5. Виды мышечной работы?

6. Перечислите физиологические различия между физическим и интеллектуальным трудом

7. Назовите формы трудовой деятельности принятые в физиологии труда?

8. Чем характеризуется труд со значительным мышечным напряжением?

9. Чем характеризуется труд при механизированных производственных процессах?

10. Какая форма труда характеризуется следующими признаками: 1) незначительное мышечное напряжение, 2) преимущественное участие мышц верхних конечностей, 3) мышечные усилия направлены на обеспечение скорости и точности движения, 4) энергетические затраты сравнительно невелики(3000-4000 ккал/сутки), 5) монотонность деятельности?

11. Чем характеризируется труд при полуавтоматизированном и автоматизированном труде?

12. Какая форма труда характеризуется монотонностью, косвенной обработкой предмета труда человеком?

13. К чему может привести длительное состояние “оперативного покоя” или “ожидание”?

14. Чем характеризуется труд на конвейере?

15. Как определить скорость сборки изделий на конвейере ?

16. Чем характеризуется труд с дистанционным управлением ?

17. Виды монотонности труда ?

18. Основные формы умственного труда ?

19. Объясните понятие “динамический рабочий стереотип”

20. Какая физиологическая функция центральной нервной системы обеспечивает взаимодействие организма и среды?

21. Последовательность фаз химической кинетики при мышечном сокращении?

22. Источники энергии мышечного сокращения?

23. Роль белков миозина и актомиозина в мышечном сокращении?

24. Роль аденезинтрифосфата (АТФ) в мышечной энергетике

25. Аденезиндифосфат (АДФ) и креатин-фосфат

26. Роль анаэробных химических реакций в мышечном сокращении

27. Роль аэробных химических реакций в мышечном сокращении

28. Кто и каким образом доказал, что биохимические процессы в мышечном сокращении регулируются центральной нервной системой?

29. Роль гормонов в химических процессах сокращения мышц

30. Средняя (условная) энергетическая норма основного обмена человека

31. От каких причин и обстоятельств зависит уровень основного обмена человека?

32. Объясните понятие “кислородный запрос нервно-мышечного аппарата”

33. Расскажите об особенностях кривой потребления кислорода при положительной динамической работе

34. Отличия в потреблении кислорода при лёгкой и тяжёлой работе

35. Соотношения “кислородного запроса мышцы” и “кислородного потолка”

36. Можно ли судить о тяжести работы по уровню потребления кислорода?

37. Суть понятия “дыхательный коэффициент”

38. Если дыхательный коэффициент равен 1.0, то это означает...

39. Если дыхательный коэффициент больше 1.0, то это означает...

40. Если дыхательный коэффициент меньше 1.0, то это означает...

41. Отличие процесса потребления кислорода при статической работе

42. Тоническое и тетаническое напряжение мышечного волокна

43. Если потребление кислорода меньше, чем кислородный запрос, то это указывает на...

44. Парабиоз Н.Е. Введенского

12. СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ:

Алексеев С.В., Усенко В.Р. Гигиена труда. М., Мед., 1988, 576с.
Альперн Д.Е. Патологическая физиология: Учебное пособие для высших медицинских учебных заведений. М.; Л. : 1938. - 641 с.
Бабаджанян М.Г., Степанова Д.А. Распределение работ по тяжести труда в зависимости от относительной колеблемости функций // Физиология труда: Мат. V Всесоюз. конф. М.: Наука, 1967. - С. 32 - 34.
Белозёрова Л.М. Возрастная работоспособность лиц умственного и физического труда // Физиологические и медицинские вопросы нетрадиционных форм производственной деятельности человека: В 2 ч. - Тюмень. - 1991. - Ч.2. - С. 179 - 182.
Беневоленская Н.П. Этюды по эргономике. - Новосибирск: Наука, 1977.
Бугуславский В.О. Кривая мышечной усталости под влиянием разных условий. Дис. - СП б. - 1891.
Быков К.М., Владимиров Г.Е., Делов В.Е., Конради Г.П., Слоним А.Д. Учебник физиологии. М., 1975
Виноградов М. Проблема утомления. М., 1978 г. - 298 с.
Вожжова А.И. Методики изучения функций анализаторов при физиолого-гигиенических исследованиях. - Л.: Медицина, 1973. 223 с.
Гигиена труда. Гигиенические критерии оценки условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряжённости трудового процесса: Руководство (Р 2.2.755 - 99) / Государственная система санитарно-эпидемиологического нормирования Российской Федерации. Издание официальное. - Москва, Минздрав России, 1999 - 150 с.
ГОСТ 12.2.032-78. ССБТ. Рабочее место при выполнении работ сидя.
ГОСТ 12.2.033-78. ССБТ. Рабочее место при выполнении работ стоя. Общие эргономические требования.
Горшков С.И. Некоторые итоги и перспективы применения методики измерения скрытого времени в гигиене и физиологии // Вопросы физиологии в гигиене М., 1975. - С. 5 - 16.
Горшков С.И., Золина З.М., Мойкин Ю.В. Методы исследований в физиологии труда. М.: Медицина, 1974. - 311 с.
Грицевский М.А. Физиолого-гигиенические принципы рациональной организации труда управляющих рабочих химического производства: Автореф. дис... д.м.н. - М., 1981.
Добромыслова В.И., Скрябин В.В. Использование вариабельности времени зрительно-двигательной реакции для диагностики утомления // Физиология труда: Тез. докл. V1 Всесоюзн. конф. - М., 1973. - С. 113 - 114.
Евстафьев В.Н. Физическая работоспособность и эргономические показатели функционального состояния сердечно-сосудистой системы у плавсостава // Гиг. труда. - 1989. - № 7. - 22 - 25.
Конопасевич П.А. Дальнейшие материалы к физиологии мышечной усталости. Дис. - СП б. - 1892.
Конради Г.П., Слоним А.Д., Фарфель В.С. Общие основы физиологии труда. - М.; Л., Биомедгиз, 1934. - 672 с.
Красовский В.О. К вопросу оценки состояния работающих по величине заряда ядер эпителиальных клеток: Проблемы генетики человека // Тез. докл. Всесоюзн. конф.: "Комплексные гигиенические исследования в районах интенсивного освоения": В 2 т. Новокузнецк - СО АМН СССР. - 1991. - Т.1. - С. 22-24.
Красовский В.О. О биотемпоизмерениях // Клин. геронтология. - 1998. - № 3. - С. 18 - 19.
Красовский В.О. Способ оценки физиологических сдвигов по развёрнутому изображению их показателей. Рационализаторское предложение № 270 от 19.12.2000 г. Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека.
Красовский В.О., Аскаров А.Ф. Компактная укладка для физиолого-гигиенических исследований // Рационализаторское предложение № 6/86 от 22.12.86. Уфимский НИИ гигиены и профессиональных заболеваний.
Кулак А.И., Гурипович Л.А., Васильевская К.В. и др. Физиологическая оценка тяжести и напряжённости труда рабочих и служащих различного возраста // Геронтология и гериатрия: Ежегодник (Социальная среда, образ жизни и старение). Киев, 1970. - С. 106 - 111.
Кулак И.А. Физиология утомления при умственной и физической работе человека. Минск : Беларусь, 1968. - 272 с.
Марищук В.Л. Функциональное состояние и работоспособность // Методология исследований по инженерной психологии и психологии труда. - Л., 1974. - С. 81-95
Мойкин Ю.В., Киколов А.И., Тхоревский В.И. Психофизиологические основы профилактики перенапряжения - М.: Медицина, 1987, 256 с.:ил.
Навроцкий В.К. Гигиена труда: Учебник для студентов санитарно-гигиенических факультетов медицинских институтов. Изд. 2-ое, доп. М., Медицина, 1974. 440 с.
Прикладная статистика: Классификации и снижение размерности: Справ. изд. / С.А. Айвазян, В.М. Бухштабер, И.С. Енюков, Л.Д. Мешалкин; Под ред. С.А. Айвазяна. - М.: Финансы и статистика, 1989. - 607 с.
Розенблат В.В. Проблема утомления. М.: Медицина, 1975 - 240 с.
Руководство к практическим занятиям по гигиене труда / Под ред. проф. А.М. Шевченко. - Киев, 1986.- 336 с.
Руководство по физиологии труда / Под ред. Золиной, Н.Ф. Измерова. - М.: Медицина, 1983. - 528 с.,ил.
Сапов И.А., Солодков А.С. Состояние функций организма и работоспособность моряков. Л.: Медицина, Ленинградское. отделение, 1980. - 192 с.: ил.
Человеческий фактор: В 6 т. / Т1. Эргономика - комплексная научно -техническая дисциплина: Пер с англ. / Ж. Кристенсен, Д. Мейстер, П. Фоули и др. - М.: Мир, 1991. - 599 с., ил.

ТЕКСТ ЛЕКЦИИ

Физиология труда изучает изменения функционального состояния организма человека в связи с трудовым процессом и условиями среды, в которых он трудится.

Целью этого изучения является изыскание, поиск мер по повышению работоспособности человека, поддержанию ее на высоком уровне в течение длительного времени, предупреждению утомления и сохранения здоровья. Для этого физиология труда разрабатывает физиологические основы разумной организации трудовых процессов, режима труда и отдыха, рационализации рабочего места, оптимизации условий работы и др.

Физиология труда является разделом гигиены труда и в то же время разделом общей физиологии человека, как академической науки о человеке.

Если нормальная физиология человека устанавливает физиологические нормативы его оптимального и допустимого функционального состояния, а патологическая физиология - моделирует процессы нарушения функциональных отправлений, то физиология труда, как высшее знание и как гигиенический инструмент, изучает влияние работы и её условий с целью обоснования мероприятий по максимальному продлению трудоспособной жизни людей и предупреждению их преждевременного производственного старения...

Труд и работа. Труд - целесообразная деятельность людей для создания потребительных стоимостей. Являясь социальной категорией, труд определяется социальными, экономическими и производственными отношениями в обществе.

Вместе с тем труд подчиняется законам природы, и в частности, физиологическим. Как бы различны ни были отдельные виды полезного труда или производительной деятельности, с физиологической стороны они являются, в любом и всяком случае, функциями человеческого организма, и каждая такая функция, каково бы ни было ее содержание и форма, является по существу тратой человеческого мозга, нервов, мускулов, органов чувств и т. д.

Изменения функционального состояния организма в процессе труда в известной мере зависят от социальных условий, но непосредственно обуславливаются выполняемой при этом работой. Поэтому понятие “человеческая работа” (работа живого организма) можно рассматривать с физической и физиологической точек зрения.

С физической точки зрения работа - мера (критерий) внешнего воздействия на тело, которая количественно характеризует переход одной формы энергии в другую.

Из курса физики известно, что есть динамическая и статическая работа. В первом случае – это перемещение груза, во втором – его удержание от падения.

Динамическая работа измеряется произведением силы, действующей на тело, на пройденный путь (при прямолинейном пути) и на косинус угла между направлениями силы и движения. Выражается в килограммометрах, эргах, джоулях, электрон-вольтах.

Статическая работа определяется произведением веса груза на время удержания. Измеряется в КГ*сек.

Но, эти единицы пригодны для измерения лишь простейшей мышечной работы человека. В физиологии различают три вида мышечной работы:

1. Динамическую положительную, при которой производится перемещение груза в направлении, противоположном действию силы тяжести (подъем груза) и перемещение по горизонтали,

2. Динамическую отрицательную, когда движение производится в направлении силы тяжести и опускание груза,

3. Статическую, при которой перемещение груза не производится, а мышечное усилие направлено на поддержание его или обеспечение связанного с работой положения тела человека.

Определение механической работы в килограммометрах возможно только при положительной динамической работе. При статической работе величина пути равна нулю, а при отрицательной динамической работе эта величина отрицательная.

Исторически сложившееся деление на физический и умственный труд с физиологической точки зрения условно. Никакая мышечная деятельность невозможна без участия центральной нервной системы, регулирующей и координирующей все процессы в организме. В то же время нет такой умственной работы, которая не сопровождалась бы мышечной деятельностью.

Различие трудовых процессов при их осуществлении проявляется лишь в преобладании деятельности мышечной или центральной нервной системы. Уже сейчас, в связи с механизацией и автоматизацией производственных процессов, физическое напряжение в трудовой деятельности играет все меньшую роль, и значительно возрастает роль высшей нервной деятельности.

Образно говоря, существует два полюса. Один представляет тяжелейшую физическую работу (каменщики), другой – тяжелейший интеллектуальный труд исследователя (научные сотрудники). Между двумя этими полюсами можно обнаружить формы труда с различным соотношением физической и умственной нагрузки. По нашим наблюдениям, такая трудовая деятельность характерна для ряда профессий операторского труда в нефтегазохимии.

Сейчас, в период незавершенной механизации и автоматизации производственных процессов, можно наблюдать различные формы трудовой деятельности.

1. Труд, характеризующийся значительным мышечным напряжением. К нему можно отнести работу землекопа, грузчика немеханизированной погрузки, кузнеца ручной ковки, каменщика, строительного маляра и пр. Энергетические затраты рабочих этих профессий достигают 4000-6000 ккал в сутки.

2. Труд при механизированных производственных процессах. Различные формы механизированного труда широко распространены во всех отраслях промышленности. В основном это так называемые станочные работы. Они характеризуются незначительным мышечным напряжением, с участием в основном дистальных звеньев, а не мелких проксимальных мышц, поскольку при механизированном труде усилия мышц направлены главным образом на обеспечение скорости точности движений, необходимых для управления механизмами. Энергетические затраты при этой форме труда не превышают 3000-4000 ккал в сутки. Механизированные формы труда в ряде случаев характеризуются монотонностью, например, при обработке одной и той же детали на станке.

3. Труд при полуавтоматических и автоматических производственных процессах. При полуавтоматическом производстве человек не принимает участия в обработке предмета труда, его роль ограничивается обслуживанием станка (подача материала на станок, пуск в ход механизма, извлечение обработанной детали и т.д.).

Данный вид труда зачастую сопровождается монотонностью. К таким работам можно отнести, например, штамповку при массовом производстве.

При автоматическом процессе участие человека сводится к управлению механизмами и регулированию их работы, что требует высокой квалификации, и тем самым, приближает рабочих к инженерно-техническому персоналу. Такого рода труд, например, выполняет наладчик поточной автоматической линии, в обязанности которого входит быстрое и точное исправление неполадок в механизмах, обеспечение их нормального хода. Наладчик всегда находится в состоянии так называемого “оперативного покоя” (по А. А. Ухтомскому). Длительный период оперативного покоя в ожидании сигнала к действию может привести к парабиотическому торможению в нервных центрах, что проявиться в чувстве сонливости.

Одновременное управление многими автоматами требует участия высших кортикальных центров по переработке получаемой информации и быстрого решения возникающих задач. Так, согласно представлениям М.А. Грицевского, труд аппаратчика химического производства представляет собой алгоритм, состоящий из четырёх видов деятельности: наблюдение, ожидание, активные действия вручную и с помощью приборов управления. При этом “ожидание” (оперативный покой) психологически, как определённое состояние, следует разделить на глобальное (ожидание опасных ситуаций на соседних участках, подающих и забирающих продукт) и на локальное (ожидание рассогласования технологического процесса на его рабочем месте).

Труд оператора химического производства отличает от труда аппаратчика отсутствием необходимости регулировки процесса ручным способом.

4. Труд на конвейере. Групповые формы труда. Конвейеры возникли в связи с дифференциацией труда. Высокая производительность труда на конвейере обусловлена автоматизмом движений, приводящим к сокращению времени их выполнения до минимума. Конвейерная форма труда требует синхронизированную, в соответствии с темпом конвейера, работу ее участников. Конечно, ритмичность работы на конвейере - это позитив данной формы организации группового труда. Но, чем меньше интервал между одинаковыми операциями, тем монотоннее работа, тем проще ее содержание. Вместе с тем труду на конвейере в силу его монотонности, свойственны отрицательные черты, особенно при крайней дифференциации трудовых процессов. Отметим, что впервые конвейерная форма труда появилась в производстве английской булавки. Научные основы конвейерной организации принадлежат Ф. Тейлору, главному инженеру на заводах Форда в США 30-х годов.

5. Труд с дистанционным управлением. Возникновение этих форм труда обязано своим развитием механизации и автоматизации производственных процессов. С физиологической точки зрения различают два вида дистанционного управления: управление, требующее и не требующее частых активных действий работающего. Поэтому следует различать два вида монотонии. Монотония движения (водительский труд) и монотония постоянства (аппаратчик, оператор нефтеперерабатывающих установок)

В первом случае функциональное состояние человека характеризуется напряжением внимания, часто прерывающимися активными двигательными или двигательно-речевыми действиями. Во втором случае работающий находится в состоянии готовности к действию, его реакции немногочисленны. Если к оператору поступает разнообразная информация без длительных перерывов ожидания, то оператор включается в систему управления как составное ее звено. При менее автоматизированном управлении участие его больше. Примером может служить деятельность крановщика. Программирование его действия определяется раздражителями, поступающими в зрительный или слуховой анализатор; сенсорное поле в пульте управления отсутствует. На следующем этапе развития форм дистанционного управления, пульт приобретает характер сенсорного поля, предмет труда исчезает из поля зрения оператора и заменяется закодированными сигналами.

Целесообразно строить классификацию пультов управления по степени сложности перекодирования сигналов, т. е. процесса, лежащего в основе переработки информации. Наиболее простой тип кодирования - прямое показание к действию. Например, показание стрелки манометра о повышении давления пара в котле требует немедленного его снижения. Различной сложности, часто значительной, оказывается кодирование, требующее выбора правильного решения из ряда возможных мер заложенных в программе производственного процесса. Примером может служить деятельность диспетчеров на транспорте.

Дальнейшее развитие форм дистанционного управления с точки зрения физиологии должно быть направлено на исключение человека из процесса управления и перевод его на роль наблюдателя за автоматизированным процессом. При необходимости наблюдатель должен вмешаться в работу автоматов. Регулирование автоматического процесса должно быть включено непосредственно в систему автоматизации.

Умственный труд. Можно выделить две основные формы интеллектуальной деятельности: профессии в области материального производства (конструкторы, проектанты, инженеры-технологи, организаторы, техники, мастера, диспетчеры, операторы и др.) и профессии вне материального производства, как, например, ученые, работники в области прикладных знаний (врачи, учителя) и в области литературы и искусства (писатели, художники, артисты и др.).

Центрально-нервная регуляция трудовой деятельности человека. Всякая деятельность организма начинается с деятельности центральной нервной системы. Это основное положение современной физиологии имеет огромное значение для физиологии труда, изучающей деятельность целостного организма. Особенно важна в деятельности организма двигательная функция. Именно эта функция обеспечивает взаимодействие организма и среды, приспособление к среде.

Деятельность скелетно-мышечной системы, по выражению И. П. Павлова, является главнейшим проявлением высшей нервной деятельности организма, реакцией на внешний мир. В отличие от деятельности животного, двигательная деятельность человека, прежде всего, определяется социальными условиями и присущими человеку нервными процессами, связанными со второй сигнальной системой.

Физиологической основой двигательной деятельности человека являются сложные безусловные и условные рефлексы, возникающие и формирующиеся благодаря сочетанной деятельности первой и второй сигнальной системы.

Основную роль в образовании двигательных актов человека играет кора головного мозга. В ней сосредоточены решающие звенья рефлекторного процесса.

В коре образуются временные связи между многочисленными внутренними и внешними раздражителями, связи с исполнительными органами, которые осуществляют двигательное действие, и внутренними органами, обеспечивающими нормальную двигательную функцию (сердечно-сосудистая система, дыхательная, система, гормональная система и др.). Они протекают на основе законов иррадиации и концентрации нервных процессов возбуждения и торможения и взаимной индукции. Образование условного двигательного рефлекса можно представить себе следующим образом. Любой внешний раздражитель действует через рецепторные системы на корковый конец соответствующего анализатора.

Вследствие выработанной в онтогенезе временной связи возникшее возбуждение иррадиирует (распространяется) на корковый отдел двигательного анализатора и вызывает ответное действие в виде мышечного сокращения. Этот процесс можно назвать пусковым механизмом коры головного мозга, первым этапом ее деятельности в образовании двигательного акта.

Вторым этапом деятельности, наступающим вслед за первым, является включение корригирующего механизма осуществления движения. Он связан с развивающимся напряжением мускульного аппарата. Через проприорецепторы мышечное напряжение немедленно сигнализирует корковому отделу двигательного анализатора и приобретает значение специального для самой мышцы условного раздражителя, регулирующего ее деятельность. Подкрепляющим же безусловным раздражителем является достижение цели, т. е. правильное решение задачи путем приспособления скелетно-мышечной и всех прочих систем и органов к выполнению ее.

В процессе жизнедеятельности человека вследствие повторения движений (упражнений) образованные временные связи закрепляются, становятся прочными.

Так, согласно И. П. Павлову, формируется динамический рабочий стереотип. Образование стереотипа является в высшей степени благоприятным фактором в деятельности организма, позволяющим производить работу значительно экономнее в отношении затрат нервной и мышечной энергии. При наличии стереотипа (доминанты) устраняются лишние движения, они становятся более точными, пространственно более короткими, приобретается определенный автоматизм. Значительно облегчается работа коры головного мозга, деятельность всех внутренних органов (сердечно-сосудистой системы, дыхательной системы и др.), повышается коэффициент полезного действия работы мышц. Динамический стереотип, таким образом, является сложной уравновешенной системой всех внутренних процессов.

Деятельность такой системы может быть воспроизведена при повторении условий, вызвавших ее образование. В то же время стереотип характеризуется динамичностью вследствие изменчивости условий существования и деятельности организма. Эта подвижность стереотипа играет большую роль в приспособлении организма к меняющимся условиям внешней среды. Таким образом, двигательная деятельность является условно-безусловным рефлекторным процессом, в основе которого лежит возникновение и закрепление временных связей в коре головного мозга.

Химия и энергетика мышечного сокращения. В процессе мышечного сокращения регистрируются химические реакции, протекающие в анаэробной фазе - без потребления кислорода и в аэробной фазе - с потреблением кислорода.

Под влиянием нервных импульсов, поступающих из центральной нервной системы, мышцы приходят в состояние возбуждения, вследствие чего возникает эластическое напряжение мышцы, вызывающее ее сокращение. Энергия для сокращения мышцы получается в результате экзотермической реакции расщепления аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) на аденозиндифосфорную кислоту (АДФ) и фосфорную кислоту. Образовавшаяся при этом химическая энергия превращается при сокращении мышцы в механическую работу.

В расщеплении АТФ для выполнения механической работы основную роль играют обладающие ферментативной аденозинтрифосфатазной активностью сократительные белки мышцы, и прежде всего, миозин. С миозином другой мышечный белок - актин образует сравнительно прочный комплекс в виде актомиозина. При всех условиях, по В. Энгельгардту, первичным ключевым актом в мышечном сокращении является взаимодействие миозина с АТФ.

Ресинтез АТФ происходит непрерывно вследствие дальнейших экзотермических распадов. Прежде всего, АДФ способствует расщеплению креатинфосфата (фосфагена) на креатин и фосфорную кислоту, за счет освободившейся энергии и фосфорного остатка, часть АТФ ресинтезируется. Запасы креатин - фосфата в мышце недостаточны для полного ресинтеза АТФ, и большая часть ее ресинтезируется за счет энергии расщепления гликогена. Креатин-фосфат также восстанавливается за счет энергии расщепления гликогена, который при участии фосфорной кислоты, освободившейся от расщепления АТФ, сначала фосфорилируется, превращаясь в гексозофосфорную кислоту, затем, дефосфорилируясь, превращается в гексозу и в конечном итоге в молочную кислоту.

На этом заканчивается анаэробная фаза сокращения мышцы, в процессе которой полностью восстанавливаются запасы АТФ (источник энергии сокращения мышцы) и креатинфосфата, не восстанавливается лишь гликоген, превратившийся в молочную кислоту.

В анаэробной фазе молочная кислота окисляется до углекислоты и воды, а за счет освободившейся энергии остальная часть молочной кислоты восстанавливается в гликоген. В результате мышечного сокращения, таким образом, теряется лишь некоторая часть гликогена.

Процессы распада и ресинтеза энергетических веществ при сокращении мышцы, как и все процессы в. организме, регулируются центральной нервной системой.

Влияние ее на биохимические процессы в мышцах показано академиком Л. А. Орбели в его опытах, явившихся основой учения об адаптационно-трофической роли вегетативной нервной системы. Л. А. Орбели и его сотрудниками было установлено, что раздражение или выключение симпатических нервных аппаратов изменяет физико-химическое состояние мускулатуры и течение химических процессов в ней.

На химизм мышечного сокращения в целостном организме оказывают влияние также гормональные факторы, контролируемые нервной системой. Инсулин, гормон поджелудочной железы, играет важнейшую роль в потреблении углеводов клетками тканей. Он же во взаимодействии с адреналином осуществляет регуляцию уровня сахара крови. Гормоны надпочечников оказывают влияние на расщепление гликогена. При удалении надпочечников расщепление гликогена резко падает, образование молочной кислоты значительно уменьшается, одновременно резко снижается работоспособность животного.

В мышечном сокращении, в целостном организме, играют большую роль и другие эндокринные железы - щитовидная, гипофиз и половые железы.

Следствием всех этих биохимических процессов являются внешние изменения физиологических функций. Например, в зависимости от напряженности и тяжести труда, а то есть в связи с интенсификацией обменных процессов увеличивается частота сердечных сокращений, частота дыхания, повышается потребность тканей и органов в кислороде.

Количество кислорода, потребленного человеком натощак в состоянии мышечного покоя, является показателем обмена, необходимого для поддержания жизненно важных функций организма в покое, т. е. основного обмена. Основной обмен человека характеризуется потреблением кислорода в пределах 200-250 мл/мин с энергетической затратой примерно 1-1,2 ккал/ мин.

На основной обмен оказывают влияние пол, возраст, вес и поверхность тела, состав пищи, климатические условия, температура окружающей среды и др. За норму энергетического основного обмена взрослого человека принята 1 ккал на 1 кг веса в час. Повышенное потребление кислорода при работе необходимо для окисления продуктов распада углеводов в аэробной фазе (молочной кислоты), жиров, а также для ресинтеза азотсодержащих веществ в анаэробной фазе. Потребность организма в кислороде тем больше, чем напряженнее работа. Но, в определенных пределах. Существует линейная зависимость между тяжестью выполняемой работы и потреблением кислорода.

Это соответствие обеспечивается усилением работы сердечно-сосудистой системы и увеличением коэффициента диффузии кислорода через ткань легких. Коэффициент диффузии увеличивается от 50 при работе мощностью 450 кг/мин и до 61 при работе мощностью 1590 кг/мин.

Количество кислорода в минуту, необходимое для полного окисления продуктов распада, носит название “кислородного запроса”, или кислородной потребности. Максимальное же количество кислорода, которое организм может получить в минуту, носит название “кислородного потолка”.

Кислородный потолок у нетренированных к физической работе людей составляет примерно 3 л/мин, а у тренированных может достигать 4-5 л/мин.

Энергетические затраты при динамической отрицательной работе составляют примерно 50% энергетических затрат при динамической положительной работе. Так, передвижение груза по горизонтальной плоскости в 9-16 раз легче, чем подъем груза.

Кривая потребления кислорода при динамической положительной работе в начале возрастает и только через 2 - 3 минуты устанавливается на определенном уровне, который затем удерживается длительное время (устойчивое состояние). Сущность такого процесса в том, что в самом начале работа производится при неполном удовлетворении кислородного запроса и вследствие этого - при нарастающем кислородном долге. Если можно так выразиться, то суть процессав том, чтобы в начале начать работу, а затем получить кислород.

При сокращении мышцы энергетические процессы происходят мгновенно, а доставка кислорода вследствие инертности сердечно-сосудистой и дыхательной систем - отстает. И лишь тогда, когда доставка кислорода соответствует полностью кислородной потребности, наступает устойчивое состояние потребления кислорода.

Кислородный долг, образовавшийся в самом начале работы, погашается уже после прекращения работы, в период восстановления, во время которого потребление кислорода достигает исходного уровня.

Такова динамика потребления кислорода при работе легкой и средней тяжести. При тяжелой работе устойчивое состояние потребления кислорода по существу никогда не наступает, к дефициту кислорода в начале работы присоединяется дефицит кислорода, образовавшийся во время нее. В этом случае потребление кислорода все время растет вплоть до кислородного потолка.

Восстановительный период при такой работе значительно удлиняется. В случае, когда кислородный запрос при работе превышает кислородный потолок, наступает так называемое ложное устойчивое состояние. Оно отражает кислородный потолок, а не истинную потребность в кислороде. Восстановительный период при этом оказывается еще более длительным.

Таким образом, по уровню потребления кислорода в связи с работой можно судить о тяжести выполняемой работы. Устойчивое состояние потребления кислорода во время работы может указывать на то, что кислородный запрос полностью удовлетворяется, что накопление молочной кислоты в мышцах и крови не происходит, что она успевает ресинтезироваться в гликоген.

Отсутствие же устойчивого состояния и рост потребления кислорода во время работы свидетельствуют о тяжести работы, о накоплении молочной кислоты, требующей кислорода для своего восстановления.

Длительность периода восстановления потребления кислорода также указывает на большую или меньшую тяжесть работы. При легкой работе кислородная задолженность небольшая. Образовавшаяся молочная кислота в большей своей части успевает ресинтезироваться в мышцах в гликоген во время работы, длительность восстановительного периода не превышает нескольких минут. После тяжелой работы потребление кислорода падает сначала быстро, а затем очень медленно, общая длительность восстановительного периода может доходить до 30 минут и более.

Восстановление потребления кислорода не означает восстановления нарушенных функций организма в целом. Многие функции организма, например состояние дыхательной и сердечно-сосудистой систем, дыхательный коэффициент, биохимические процессы и др., к этому времени еще не достигают исходного уровня.

Для анализа газо-обменных процессов определенный интерес могут представить изменения дыхательного коэффициента (ДК) - СО2 / 02. При устойчивом состоянии потребления кислорода во время работы, ДК может указывать на характер окисляемых веществ.

При тяжелой работе ДК повышается до 1, что указывает на окисление углеводов. После работы ДК может быть больше 1, что объясняется нарушением кислотно-щелочного равновесия крови и повышением концентрации водородных, ионов (рН). Повышенная рН продолжает возбуждать дыхательный центр и вследствие этого углекислота усиленно вымывается из крови при одновременном падении потребления кислорода, т. е. в отношении СО2 - числитель увеличивается, а знаменатель уменьшается.

В более поздней стадии восстановления ДК может быть ниже исходного до рабочего показателя. Объясняется это тем, что в восстановительном периоде освобождаются щелочные резервы крови, и для поддержания нормальной рН задерживается углекислота.

При статической работе потребление кислорода носит иной характер. В трудовом процессе наиболее конкретным выражением статической работы является поддержание рабочей позы человека. Рабочая поза как состояние равновесия тела может осуществляться в порядке активного противодействия внешним силам. При этом возникает длительное тетаническое напряжение мышц. Этот вид статической работы весьма неэкономен в иннервационном и энергетическом отношениях. Рабочая же поза, при которой поддержание равновесия происходит путем приспособления к направлению силы тяжести, значительно более экономна, так как при этом отмечается тоническое, а не тетаническое напряжение мышцы.

В практике наблюдаются оба вида статической работы, нередко сменяющие друг друга, но основное значение с точки зрения физиологии труда имеет статическая работа, сопровождающаяся тетаническим напряжением.

Динамика потребления кислорода при таком виде статической работы схематично может быть представлена следующим образом. Во время статического напряжения потребление кислорода значительно меньше, чем кислородный запрос, т. е. мышца, работает почти в анаэробных условиях. В период, непосредственно следующий за работой, потребление кислорода резко возрастает, а затем постепенно падает (феномен Лингарда), причем период восстановления может быть длительным, так как почти вся потребность в кислороде удовлетворяется после завершения статической работы.

Лингард дал следующее объяснение открытому им феномену. При тетаническом - сокращении мышцы вследствие сжатия сосудов. создается механическое препятствие кровотоку, и тем самым, препятствие доставке кислорода и оттоку продуктов распада - молочной кислоты. Статическая работа анаэробна, и следовательно, характерный скачок в сторону повышения потребления кислорода после работы обусловлен потребностью окисления продуктов распада, образовавшихся при работе.

Это объяснение не является исчерпывающим. На основании учения - Н. Е. Введенского низкое потребление кислорода при статической работе может быть обусловлено не столько механическим фактором, сколько снижением обмена вследствие прессорно-рефлекторных влияний, механизм которых заключается в следующем. В результате статического напряжения (непрерывные импульсы с мышцы) определенные клетки коры головного мозга приходят в состояние сильного длительного возбуждения, приводящего в конечном итоге к тормозным явлениям типа парабиотического блока. После прекращения статической работы (пессимального состояния) наступает период экзальтации (парадоксальной фазы) - повышенной возбудимости и как следствие - повышение обмена. Состояние повышенной возбудимости распространяется на дыхательный и сердечно-сосудистый центры. Описанный вид статической работы не очень энергоемкий, потребление кислорода, даже при очень значительном статическом напряжении, редко превышает 1 л/мин. Поэтому утомление может наступать довольно быстро, что и объясняется изменениями, происшедшими в центральной нервной системе.

Другой вид статической работы - поддержание позы за счет тонического сокращения мышц требует незначительных энергетических затрат и менее утомителен. Объясняется это характерными для тонической иннервации редкими и более или менее равномерными импульсами из центральной нервной системы и особенностями самой сократительной реакции, редкой и слабой импульсацией, тягучестью и слитностью импульсов, устойчивостью эффекта. Примером может служить привычное положение человека стоя.

_____________________________________________________________

Говоря об основных понятиях физиологии труда нельзя не вспомнить, что заявленная специальность относится к области неточных, эмпирических наук. В корректных отраслях знаний - физике, химии, математике принят символьный научный язык общения в виде формул, алгоритмов.

Научное общение физиологов труда возможно только при соблюдении определённой терминологии. Однако, употребляемые термины, часто используются в смежных областях знаний или в обыденной речи уже с другим содержанием. Так, понятие утомления имеет до 50-60 определений, и каждое из них, может оказаться правомерной для той или иной ситуации. Ниже перечислены основные термины и их дефиниции, которые следует выборочно рассмотреть в конце лекции, а затем предложить их полный список студентам для самостоятельной работы.

1. Работа человека - (деятельность) применение сил и способностей человека в его поведении,

2. Динамическая работа - процесс сокращения мышц, приводящий к перемещению тела или его частей в пространстве, в частности, сопровождающейся поднятием груза,

2.1. Динамическая работа - работа скелетных мышц, связанная с перемещением тела или частей тела.

3.Статическая работа - процесс сокращения мышц, необходимый для поддержания тела или его частей в пространстве, в частности для поддержания рабочей позы или удержания груза,

3.1. Статическая работа - усилия мышц, направленные на удержание положения тела или частей тела.

4. Работа мышечная локальная - работа, выполняемая менее, чем третью всей массы скелетных мышц.

5. Работа региональная - работа, выполняемая при участии от одной до двух третей всей массы скелетных мышц.

6. Работа общая - работа, выполняемая более чем двумя третями всей массы скелетных мышц,

7. Работа точечная - работа, при которой сенсорные системы функционируют близко к порогам различения.

8. Категории работ - разграничение работ по тяжести на основе общих энерготрат организма в ккал/час.

9. Лёгкие физические работы (категория 1) - виды деятельности с расходом энергии не более 150 ккал/час (174 вт).

10. Средней тяжести физические работы (категория 2) - виды деятельности с расходом энергии в пределах 151-250 ккал/час (175-200 вт).

11. Тяжёлые физические работы (категория 3) - виды деятельности с расходом энергии более 250 ккал/час (290 вт).

12. Труд - общественно-полезная деятельность человека.

12.1. Труд - целесообразная деятельность человека, направленная на удовлетворение личных и общественных потребностей.

12. Труд умственный - трудовая деятельность человека, характеризующаяся преобладанием психической нагрузки над физической (мышечной) нагрузкой.

13. Труд физический - труд, характеризующийся преобладанием физической (мышечной) нагрузки над психической нагрузкой.

13.1. Труд физический - труд, в котором преобладает мышечный компонент, а психический компонент относительно невелик.

14. Труд умственный - труд, в котором преобладает психический компонент (умственная деятельность) и относительно невелик мышечный компонент.

15. Операторский труд - наблюдение за работой или управление техническими устройствами, когда восприятие информации полностью или хотя бы частично кодировано, а выполняемые внешние трудовые действия сведены к микродвижениям на органах управления и/или речевым кон тактам с другими членами трудового коллектива.

16. Интеллектуальная компонента трудовой деятельности - умственная, мыслительная деятельность в труде.

17. Мышечный компонент трудовой деятельности - работа скелетных мышц в труде.

18. Информационный компонент трудовой деятельности - информация, воспринимаемая и перерабатываемая в труде.

19. Психический компонент трудовой деятельности - психические процессы, связанные с трудом.

20. Сенсорный компонент трудовой деятельности - работа сенсорных систем в труде.

21. Эмоциональный компонент трудовой деятельности - эмоциональные реакции, связанные с трудом.

22. Содержание труда (операции, действия) - основной его смысл, сущность.

23. Сложность труда - формирование трудовых действий и решений из разных неодинаково стереотипных элементов, соединяемых различными связями.

24. Характер труда - особенности трудового процесса (тяжесть, напряжённость труда, монотония, гипокинезия и др.) способные при определённых условиях оказать неблагоприятное воздействие на здоровье и работоспособность человека.

25. Производительность труда - количество продукции (результаты работы) в единицу времени.

26. Рациональные режимы труда и отдыха - соотношение и содержание периодов работы и отдыха, при которых высокая производительность труда сочетается с высокой и устойчивой работоспособностью человека без признаков чрезмерного утомления в течение возможно более длительного срока.

27. Трудовая (профессиональная) адаптация - приспособление человека к определённому виду трудовой деятельности в результате морфофункциональных изменений в организме, сопровождающееся выработкой динамического рабочего стереотипа, стабилизацией физиологических функций и повышением работоспособности.

28. Трудовая доминанта - функциональное объединение нервных центров в связи с трудовой деятельностью, характеризующееся устойчивым повышением их возбудимости, необходимой для обеспечения эффективного выполнения работы.

29. Действие трудовое - часть трудовой операции (трудового приёма), комплекс трудовых движений и мыслительных актов, в процессе выполнения которых достигается осознанная цель, не разлагаемая на более простые цели.

30. Стереотипность действий - достигнутый в заключительной стадии упражнения минимум вариаций в структуре повторяющихся действий.

31. Внешнее действие - действие, включающее в себя мышечные движения и умственные (акты) решения.

32. Внутреннее действие - действие, состоящее только из мыслительных актов.

33. Решение (в труде) - определение содержания тех или иных действий самого работающего человека или других лиц.

34. Трудовая нагрузка - количественная характеристика труда, включающая одновременную оценку его длительности и интенсивности.

35. Рабочая нагрузка (трудовая нагрузка) - комплекс факторов, обуславливающих функциональное напряжение организма в процессе труда, включающей средства труда, трудовые действия и условия окружающей среды.

36. Физическая нагрузка - степень интенсивности и продолжительности мышечной работы, определяемая величиной энергетических затрат организма, развиваемой мощностью или произведённой работой.

37. Характер трудовой нагрузки - совокупность факторов трудового процесса, характерная для того или иного вида труда.

38. Интенсивность труда - количественная оценка трудовой нагрузки в единицу времени (оценивается показателями, характеризующими тяжесть, сложность и др. особенностями труда, определяющие его интенсивность).

39. Тяжесть труда - интегральное понятие, выражающее степень функционального напряжения организма при трудовом процессе.

39.1. Тяжесть труда - величина мышечной работы в труде (в некоторых источниках - совокупность всех свойств труда, создающих рабочее напряжение, то есть синоним термина: напряжённость труда).

40. Рабочее напряжение - реакция организма на рабочую нагрузку, выражающуюся в изменении функционального напряжения организма человека при работе, как правило, в повышении активности физиологических функций.

41. Функциональное напряжение - повышенный (по сравнению с покоем) уровень активности возбудимых (нервные центры, нервы, мышцы и др.) или механическая нагрузка на невозбудимые (связки, сухожилия, хрящи, кости, позвонки) образования.

43. Напряжённость труда - степень эмоциональной нагрузки на организм при работе, требующей преимущественно интенсивной работы мозга по получению и переработке информации.

43.1. Напряжённость труда - свойство труда вызывать напряжение у работающих людей (по ряду источников - свойство вызывать напряжение, обусловленное только не мышечными компонентами труда).

44. Трудоспособность - совокупность физических и духовных возможностей человека (зависящих от состояния его здоровья), позволяющих ему заниматься трудовой деятельностью.

45. Работоспособность - способность органа или целого организма к активной деятельности в заданном режиме;

45.1. Работоспособность - в физиологии труда - уровень функциональных возможностей организма (физиологической системы, органа), характеризующейся эффективностью (количеством и качеством) работы, выполняемой за определённый промежуток.

45.2. Работоспособность - способность обеспечить некоторое количество и качество работы.

45.3. Работоспособность - величина функциональных возможностей организма (физиологической системы, органа), характеризующаяся количеством и качеством работы при напряжении максимальной интенсивности или длительности.

46. Работоспособность умственная (психическая) - способность воспринимать и перерабатывать информацию.

47. Физическая работоспособность - потенциальная способность человека проявить максимум физического усилия в статической, динамической или смешанной работе, зависящая от морфологического и функционального состояния разных систем организма.

48. Общая физическая работоспособность - оценивается по изменению частоты сердечных сокращений при выполнении не максимальной дозированной нагрузки (индекс PW170).

49. Физическая работоспособность - способность обеспечить некоторое количество и качество мышечной работы.

49.1. Физическая работоспособность (работоспособность физическая) - способность выполнять мышечную работу в заданной интенсивности и сложности.

50. Фазы работоспособности - сменяющие друг друга состояния человека по ходу деятельности.

51. Врабатываемость - способность организма к мобилизации функциональных возможностей в начальный период выполнения работы.

51.1. Врабатываемость - постепенное достижение в начале работы уровня рабочего напряжения и работоспособности, необходимых для её выполнения.

52. Период оптимальной (устойчивой) работоспособности - состояние человека в промежуток времени от окончания врабатывания до начала развития утомления.

53. Выносливость - способность к длительному выполнению работы.

Составил: В.О. Красовский,

07.08.2004 г.

Основные понятия физиологии труда