Методы психофизиологических и физиологических исследований

Необходимость производственных физиологических исследований определена, по крайней мере, тремя практическими задачами физиологии труда:

1. Изучить влияние условий труда и самой работы по функциональным изменениям (физиологическим сдвигам) в организме работающих за рабочее время, рабочий день, смену, вахту

2. Определить и оценить функциональные показатели, определяющие профессиональную способность работника к данной трудовой деятельности (профессиональный отбор).

3. Разработать меры по оптимизации трудовой деятельности и условий труда.

Физиологические исследования на производстве начинаются с изучения содержания и организации трудового процесса. Это изучение включает простое и хронометражное наблюдение, знакомство с технической документацией, описание основных трудовых операций. Цель предварительного знакомства с производством определена необходимостью подбора методов исследования, планирования эксперимента, а также ожидаемым характером результатов.

Полезно перед началом физиологического обследования работающих иметь хронометражные данные о трудовых операций или технологические карты (регламенты, должностные инструкции), которые ориентирируют исследователя на разумную постановку частных задач исследования.

В каждом конкретном случае следует предпочесть методы исследования, наиболее адекватные тем сдвигам, возникновение которых можно ожидать в организме рабочих во время работы. Принято исследовать не менее трех функциональных систем (например, показатели центральной нервной системы, сердечно-сосудистой и мышечной). Среди характеристик той или иной системы, отбираются наиболее информативные.

Количество определений в каждой группе наблюдений обусловливается необходимостью получения достоверно значимых величин и вычисляется по соответствующим формулам математической статистики.

Показатели, определяющие индивидуальные особенности личности изучаются в зависимости от условий предусмотренных методом исследования 1.

Для оценки полученных данных производят математическую (статистическую) обработку результатов с вычислением средних величин, показателей вариабельности и величины возможной ошибки.

Методы оценки физиологических сдвигов у работающих определяется целью исследования. Так, для оценки существующего режима труда и отдыха, физиологические показатели сравниваются в динамике (например, за время рабочей смены).

При определении тяжести и напряженности работы, оценку физиологических показателей проводят либо по абсолютным значениям показателей (частота пульса, энергозатраты и др.), либо по относительным (акустико - и зрительно-моторная реакция, показатели памяти и др.), выраженным в процентном изменении показателя к концу рабочего дня по сравнению с исходным уровнем его в начале работы.

Оценку физиологических и психофизиологических показателей при решении вопросов профотбора осуществляют на основании количественных и качественных эталонов, предусмотренных методом определения показателя. Необходимо помнить, что оценка каждого теста рассчитана на определенную группу профессий. При использовании теста для другой какой-либо профессии следует руководствоваться другими эталонами анализа результатов.

Основными требованиями к методике исследования той или иной функции является достаточная информативность, простота выполнения и минимальное отвлечение рабочего от работы 2. Следует обратить внимание, что информативность методики, означает: результаты исследования с её помощью дают достаточно показательные и реальные сведения о характере изменений функции.

Вместе с тем, снимаемые показатели функционального состояния работника обладают прогностичностью. Физиологический прогноз динамики физиологических изменений позволяет ориентироваться в нормировании величин трудовой нагрузки, длительности работы, плавания, вахты, смены.

Для того чтобы физиологическая информация обеспечивала бы прогноз функциональной динамики, а в целом, прогноз возможностей организма выполнять работу, она должна обладать тремя свойствами: надёжностью, валидностью и достоверностью.

Надёжность является мерой (критерием) статистической устойчивости изменений в организме за время работы и может быть измерена интенсивностью связи двух групп физиологических индексов имеющих объективное и субъективное содержание и характеризующих способность человека к работе.

Валидность показывает, в какой мере тот или иной показатель описывает изучаемое явление. Она также может быть определена коррелятами между различными (например, прямыми и косвенными) параметрами работоспособности.

Достоверность изменений физиологических параметров находится из размеров соотношения между начальными и конечными величинами.

Физиологический производственный эксперимент проводят по заранее продуманной программе, в которой предусмотрены показатели, последовательность и частота их определения в течение рабочей смены.

Перед проведением психофизиологических исследований работающих знакомят с задачами предстоящих наблюдений, проводят инструктаж, а в ряде случаев - тренировочные занятия для освоения испытуемыми используемых тестов. В некоторых случаях допускается применять тесты и без специальной подготовки работников. При этом это обстоятельство должно быть обязательно учтено в анализе результатов.

Большое значение имеет правильный подбор групп лиц, подлежащих обследованию. Рекомендуется отбирать людей практически здоровых со стажем работы не менее 3 лет и типичными для изучаемой профессии возрастом и полом.

При проведении обследования на каждого исследуемого целесообразно иметь отдельный протокол, в котором регистрируются результаты, исходное состояние, поведение во время исследования, особенности самого исследования и др.

Вынужден дать формулировку понятия физиологический производственный эксперимент - обследование работающих с помощью физиологических методик, предназначенное для планового изучения функциональной динамики в их организме зависимой от трудовой деятельности и условий выполнения требуемой работы для обоснования предложений по оптимизации условий труда и рационализации трудовой деятельности.

Цель эксперимента заключена в измерении интенсивности влияния работы и её условий (производства) на организм человека. Для этого следует решать центральную методическую задачу эксперимента: как влияет производственная деятельность на работника?

Решение задачи заключено в общем, алгоритме: измерять физиологические показатели до и после производственного воздействия труда. При необходимости, измерять физиологические параметры можно и в течение работы с условием минимального отвлечения работника.

Из курса физиологии человека известно, что жизнедеятельность организма проявляется в выполнении им каких-то определённых жизненных отправлений. Он должен дышать, передвигаться, выполнять работу и т.д. Эти отправления, или лучше сказать, свойства и качества, получили название “физиологические функции”.

Совокупность осуществляемых человеком физиологических функций называется функциональным состоянием. Применительно к заявленной теме, функциональное состояние работающего организма это совокупность тех свойств и качеств, которые обеспечивают успешность трудовой деятельности и позволяют её выполнять должным образом, сохраняя его работоспособность и здоровье в допустимых пределах.

Зачастую путают понятия "функции" и "показателя". Показатель (индекс, коэффициент, параметр) является качественной или количественной характеристикой функции, который следует наблюдать, измерять. Поэтому нельзя говорить “измерь функцию дыхания”. Надо сказать конкретно, что следует измерить: жизненный объём лёгких, частоту дыхания или что-то другое.

Данное обстоятельство важно тем, что она позволяет исследователю рационально поставить задачу и наиболее полным образом осмыслить свою работу, её результаты.

Если эксперимент запланирован грамотно, то его результаты легко поддаются анализу. При этом следует различать два уровня оценки результатов:

А) Изменения показателей в сравнении с исходным фоном. Брать физиологические нормы рекомендуется, только если их применение будет полезно для оценки влияния работы. Например, частота пульса у человека в норме 60-80 ударов в минуту. Если он занят физическим трудом, то чрезмерное увеличение частоты сердечных сокращений (до 120-130) может указывать на степень его подготовленности к труду, умеренное (до 90) на тяжесть выполняемой работы.

Б) Изменения показателей в зависимости от состояния производственной среды и трудовой деятельности. Так, частота пульса в условиях загрязнённости воздуха рабочей зоны парами наркотических веществ, будет замедленной.

Основным моментом для анализа результатов следует считать сравнение изменения показателя функции до работы и после неё, или же в ходе работы. При этом возможны варианты:

1. Конечная величина показателя не выходит за пределы достоверного отличия от начальной величины,

2. Конечная величина показателя выходит за пределы достоверного отличия от начальной величины.

Первый случай характерен для утомления, а второй – для переутомления.

Напомню, - закономерная общая физиологическая реакция организма на трудовую деятельность, имеющая несколько функций: сигнальную, тренировочную, охранительную, созидательную. Переутомление – состояние, при котором после регламентированного отдыха функциональные изменения от работы не проходят полностью или частично.

Человеческий организм в работе представляет единое целое. Особая роль принадлежит регулирующей функции коры головного мозга. Благодаря этой функции трудовая деятельность выполняется осмысленно. При этом в коре происходит миграция (временная иррадиация и концентрация) очагов торможения и возбуждения, захватывающая самые разные центры. Образуется так называемая “мозаика утомления” И.П. Павлова. Поэтому в эксперименте следует изучать как можно больше свойств и качеств, не забывая при этом, что некоторые из них могут оказаться ведущими.

Определить какие функции являются ведущими при работе, помогает профессиография3. Так, если трудовая нагрузка преимущественно ложится на мышцы верхних конечностей, то в первую очередь, следует изучать изменение максимального усилия мышц плечевого пояса.

В своей работе при планировании, осуществлении и анализе результатов производственного эксперимента пользуемся следующей классификацией функций:

1. Динамометрические (локомоторные) - преимущественно отражающие влияние физической нагрузки,

2. Психофизиологические - преимущественно отражающие влияние нерв-но-эмоционального компонента труда (интеллектуальной нагрузки),

3. Вспомогательные (обеспечивающие) - преимущественно отражающие нагрузку на функции органов и систем, ответственных за нормальный гомеостаз организма выполняющего работу.

В клинике имеется множество приборов для измерения функционального состояния человека. К сожалению, не все они могут быть приспособлены для производственных исследований. Поэтому выбор методик остаётся за экспериментатором, знающим устройство производства, особенности трудовой деятельности испытуемых. Должен предупредить, что применение в эксперименте одного-двух показателей, мало что даёт. Их информативность будет повышена только при измерении ведущих параметров. Набор из пяти-шести методик увеличивает время обследования работника. Поэтому надо находить оптимум, золотое сечение соотношения числа методик и времени обследовании.

Методика исследования сердечно-сосудистой системы.

Сейчас для изучения функционального состояния сердечно-сосудистой системы имеется достаточно большой набор современных методов исследования: электрокардиография, пульсометрия, сфигмография, плетизмография, механокардиография, методы математического анализа сердечного ритма (автокорреляционный и спектральный) и др.

Однако в практике физиологии труда применение большинства этих методов ограничено из-за громоздкости, длительности и сложности исследований. Внедрение сложных методов сердечно-сосудистой системы помогают приборы телеметрического контроля. Но, и это не панацея – эти приборы зачастую капризны, сложны в применении. Поэтому, при изучении состояния сердечно-сосудистой системы в условиях производства наибольшее применение получили следующие методы: измерение частоты пульса, артериального давления и электрокардиография.

Частоту пульса следует измерять не менее чем за 10 секунд и три раза в течение минуты. Дело в том, что этот показатель зависит от множества причин, в том числе и психологических. Не следует забывать, что он только косвенно может оценить тяжесть труда, поскольку в производственных условиях зачастую имеется загрязнение воздуха рабочей зоны веществами, влияющими на число сердечных сокращений.

Артериальное давление оценивается по двум показателям: систолическому (верхнему, максимальному) и диастолическому (нижнему, минимальному). Нет нужды напоминать о том, что это такое. Отметим, что в трудовой деятельности, даже в состоянии оперативного покоя этот показатель весьма вариабелен.

Электрокардиографию (ЭКГ) в производственных условиях чаще всего проводят в трех стандартных отведениях в состоянии покоя и во время выполнения работы. В состоянии покоя ЭКГ записывают в положении исследуемого сидя на стуле, при максимально расслабленных мышцах, слегка вытянутых ногах, чтобы спина упиралась в спинку стула. Регистрация ЭКГ непосредственно во время работы проводится с помощью радиотелеметрической аппаратуры с использованием отведения по Нэбу. По известным причинам обсуждать методику чтения электрокардиограммы не будем.

Методика исследования дыхательной системы.

При переходе от покоя к работе, в дыхательной системе наступает ряд изменений, обусловленных необходимостью удовлетворения возникающей потребности в повышенном количестве кислорода и удалении из организма избытка углекислоты.

Основным и суммирующим показателем функционального состояния дыхательной системы является объем легочной вентиляции. Это объем воздуха, проходящий через легкие в 1 мин. - минутный объем дыхания. В покое объем легочной вентиляции составляет 6-8 л/мин. Во время работы, при максимальной нагрузке он может увеличиваться до 100 л/мин. При современных интеллектуальных и физических нагрузках на работника эта величина не превышает 50 л/мин.

Объем легочной вентиляции во время работы может увеличиваться равномерно (1) за счет глубины и частоты дыхания, (2) преимущественно за счет частоты дыхания (при отсутствии тренировки, неудобной позе рабочего) и (3) преимущественно за счет глубины дыхания (наиболее благоприятная реакция на выполнение работы, наблюдаемая у тренированных людей).

Конечно, имеются специальные приборы, позволяющие контролировать эти характеристики.

На практике, лучше всего использовать такой параметр, как “жизненный обьём лёгких”. Для этого применяют портативный спирограф.

Величина жизненного объёма лёгких может сказать физиологу труда о многом. Если в конце работы она уменьшилась по сравнению с исходным фоном, то это указывает на недостаточную подвижность работника при выполнении трудовых операций. Её увеличение указывает на довольно высокую двигательную активность. В нефтегазодобывающих, нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях, там, где воздух рабочей зоны загрязнён самыми разными токсикантами, этот показатель в сравнительном аспекте может определить роль атмосферного загрязнения в функциональной динамике работника.

Изучение дыхательных показателей может дать косвенную информацию о газообмене в работающем организме. Раньше для этого применяли мешки Дугласа. Теперь есть такой прибор, как оксигемометр. Специальный фотоэлемент крепится на мочку уха и по цвету крови в ней может показать степень насыщения её кислородом.

Методика исследования функционального

состояния центральной нервной системы.

Центральная нервная система осуществляет регулирующую функцию в формировании трудовых навыков и выполнении трудовых процессов. С увеличением удельного веса профессий умственного труда в современном производстве изменения в функциональном состоянии ЦНС приобрели ведущее значение среди физиологических сдвигов в организме работающего человека.

Изучение функционального состояния центральной нервной системы производится при оценке режимов труда и отдыха, рабочей позы, рабочих движений, результатов производственного обучения, характера труда, влияния на организм человека факторов производственной среды.

Для определения функциональных сдвигов в центральной нервной системе используются различные методы: исследование условно-рефлекторной деятельности, функционального состояния анализаторов, электроэнцефалография, хронорефлескометрия и др.

В практике физиологических исследований на производстве широкое распространение получил метод исследования условных двигательных рефлексов - хронорефлескометрия.

Условно-рефлекторная деятельность работающих в этом методе оценивается по скрытому периоду простой и дифференцировочной реакций (время между подачей сигнала и началом ответной реакции). При проведении исследования сенсомоторной дифференцировочной реакции, кроме времени ответной реакции, учитывается количество ошибочных ответов на отрицательный или положительный условный раздражитель. В качестве условного раздражителя чаще всего используются световые и звуковые сигналы.

При исследовании акустико-моторной реакции подаются звуковые сигналы определенного спектрального состава (звонок, зуммер) и уровня (45-60 дБА). При проведении зрительно-моторной реакции подаются световые импульсы определенного цвета (белый, красный, зеленый) или одного цвета, но разной интенсивности.

Условный рефлекс вырабатывается с помощью предварительного инструктажа. Показателем выработки и упрочения условного рефлекса может служить относительно постоянная величина времени ответа реакций.

Основными показателями состояния центральной нервной системы могут служить время латентного периода ответных реакций на световой и звуковой раздражители и количество ошибочных реакций. Уменьшение времени латентного периода связывают с преобладанием в коре мозга возбудительного процесса, удлинение - с торможением. Наличие двигательной реакции в ответ на отрицательный раздражитель или отсутствие ее на положительный, рассматривается как показатель снижения подвижности (лабильности) нервных процессов.

Для определения скрытого периода простой акустико - и зрительно-мо-торной реакции звуковые и световые раздражители подаются 10-15 раз с промежутками не менее 3-4 сек. При этом каждый раз регистрируется время латентного периода, затем вычисляется средняя продолжительность его на тот или иной раздражитель.

При исследовании дифференцировочной или сложной сенсомоторной реакции исследуемому предъявляются положительные раздражители (от 10 до 15), чередующиеся с 5-10 отрицательными. Затем вычисляется средняя продолжительность латентного периода ответной реакции и подсчитывается количество ошибочных ответов.

Для исследования двигательных условно-рефлекторных реакций в условиях производства применяется портативный электромеханический хронорефлексометр производства ЭМ МНИИГ им. Ф. Ф. Эрисмана.

Методики психофизиологических исследований.

Они дополняют хронорефлексометрический метод в том, что также характеризуют состояние центральной нервной системы. С помощью различных таблиц, изображений изучается память, внимание, мышление. Распространение компьютерной техники значительно облегчило применение методик психофизиологических исследований. Однако, компьютерные тесты пока не нашли широкого распространения поскольку ноутбуки стоят ещё достаточно дорого.

Изучение состояния памяти, внимания, мышления используется главным образом для изучения особенностей психической деятельности личности и в практике физиологии труда применяется для решения вопросов профессионального отбора и профессиональной ориентации.

Кроме того, психофизиологические тесты могут использоваться в качестве показателей функционального состояния центральной нервной системы во время работы. В этих случаях исследования проводятся в динамике рабочего дня (смены). При анализе полученных данных величины исследуемых показателей сравниваются между собой, что дает возможность оценить характер изменений, наступающих в головном мозгу во время рабочего дня.

Ряд психофизиологических тестов используется в физиологии труда для оценки напряженности работы. С этой целью показатели определяются в начале и в конце рабочего дня. Оценка результатов проводится по относительным показателям, характеризующим величину изменений показателей к концу рабочего дня по сравнению с исходным уровнем.

В арсенале физиолога труда имеется множество самых разнообразных психофизиологических методик. Перечислю только названия: исследование внимания методом отыскивания чисел, в том числе и с переключением, с помощью корректурной пробы, а также изучение скорости восприятия тестом колец Ландольта, исследование памяти методом запоминания геометрических фигур и т.д.

Метод хронометражного исследования.

В физиологии труда, кроме приборных методик, немаловажное значение принадлежит такому издревле известному способу исследования, как “наблюдение”. Иногда этим методом можно получить больше информации, чем всеми приборами, имеющимися в распоряжении исследователя.

Профессиография означает описание профессии. Имеется множество схем профессиографического описания детальной профессии, трудовой деятельности. По сути, все профессиография - это программа и план описания изучения явления, составленный по определенной логике.

Хронометраж - измерение времени трудовых действий, занятости в труде и пр., является функциональной частью профессиографического наблюдения. Метод применяется при изучении вопросов организации трудового процесса, качества и производительности труда, динамики работоспособности человека в течение рабочего дня, времени действия на его организм факторов производственной среды и т. д.

Хронометражный метод исследования работоспособности технически сравнительно прост. Его можно проводить непрерывно в течение рабочего дня (не отвлекая исследуемого от выполнения трудового задания). Основным инструментом при этом является секундомер. Однако, исследования следует производить осторожно, не отвлекая внимания работника на себя.

Обычно применяются два способа хронометражного наблюдения: детальный выборочный хронометраж по элементам и «фотография» рабочего дня (грубая и детальная).

Детальный выборочный хронометраж заключается в определении продолжительности отдельных элементов операции в различные периоды рабочего дня.

Второй, сплошной способ заключён в наблюдениях от начала и до конца рабочего дня (регистрируется время основной работы, подготовительных и заключительных этапов, простоев (с указанием их причин), времени израсходованного на исправление допущенного брака, ошибок и др.). При детальной фотографии рабочего дня кроме этого регистрируют продолжительность всех операций в течение дня. При грубой фотографии рабочего дня по секундомеру (или часам) отмечается только время работы и простоев.

У экономистов есть метод мгновенного хронометража: при входе в производственное помещение отмечается количество человек занятых работой.

С помощью хронометража могут быть такие значимые выведены показатели, определяемые каждые 30 мин в течение дня:

- средняя продолжительность рабочей операции;

- свободное время;

- время на переделку деталей;

-средняя производительность (число операций, элементов, деталей и др.). Они могут быть использованы при решении вопросов рационализации трудовых процессов и проверки эффективности измененных условий труда и отдыха.

Продолжительность рабочей операции или элемента операции в динамике дня характеризует в определенной степени состояние двигательного анализатора. При наличии коротких по времени операций удобнее измерять суммарное время выполнения нескольких операций. При проведении фотохронометражного наблюдения на протяжении всего рабочего дня в бланке отмечается порядковый номер каждой операции, а также такие моменты, как перерывы в работе, переделки деталей и т. д.

При обработке индивидуальных хронометражных материалов следует давать их в виде сводки по всем показателям (в абсолютных и относительных величинах) за каждые полчаса работы и за рабочую смену в целом.

Методика оценки работы по степени тяжести и напряжённости труда.

В некоторых случаях необходимо оценить тяжесть работы, ее физиологическую стоимость, степень функционального напряжения организма работающего во время работы, т. е. оценить работу человека с количественной стороны. Такая оценка требуется при решении вопросов организации режима труда и отдыха, труда женщин и подростков, обосновании продолжительности рабочего дня, тарификации труда, при обосновании льгот в отношении отпусков и дополнительных компенсаций, при нормировании факторов внешней среды и т. д.

В этом случае также полезен метод наблюдений с применением определённого плана, содержащего набор желаемых для изучения показателей. В настоящее время имеется документ Руководство Р.2.2.755-99, который содержит специальные оценочные таблицы для анализа тяжести и напряжённости трудовой деятельности, общие для всех профессий.

Схема физиологического эксперимента состоит из трёх этапов.

Первый этап - подготовительный. В него входит ознакомление с производством, выбор наиболее показательной (угрожаемой по вредному воздействию) группы рабочих, определение ведущих (зависимых) физиологических функций. Подготовка приборов и аппаратуры. Составление плана исследования и его документов: учётных бланков.

Второй этап - предполагает непосредственное исследование с обычным планом: измерения функциональных показателей до и после работы. При этом, проведение обследование человека должно порождать как можно меньше артефактов, обусловленных недостаточной подготовленностью самого исследователя.

Поэтому на первом этапе физиолог труда должен отработать, натренировать себя с тем, чтобы безошибочно, корректно выполнять намеченные методики.

Третий этап - состоит из двух моментов. В первом производится первичная обработка бланков исследования: составляются специальные таблицы, которые затем служат основой для физиологического анализа. Во втором осуществляется статистический (математический) анализ.

Следует подчеркнуть, что физиология труда отдельно без гигиены труда существовать не может - нельзя понять физиологические изменения в организме работающих без учёта характера и содержания действия факторов производственной среды. Поэтому зачастую лучше говорить о физиолого-гигиенических данных и физиолого-гигиеническом производственном эксперименте. Физиолого-гигиеническое исследование, как правило, заканчивается и должно заканчиваться комплексом рекомендаций направленных на оптимизацию труда. В этом комплексе основными рекомендациями могут быть:

1. Оценка влияния загрязнений воздуха рабочей зоны и мероприятия по улучшению работы вентиляционной системы, замены технологии, изоляции процесса и пр.

2. Оценка влияния зашумления рабочей зоны на работающих и рекомендации по применению средств коллективной и индивидуальной защиты.

3. Оценка влияния производственной вибрации и мероприятия по ограничения её действия.

4. Оценка влияния производственного микроклимата и меры по его оптимизации.

5. Оценка влияния производственного освещения и мероприятия по улучшению освещённости рабочих поверхностей, создания оптимального светового климата.

6. Анализ трудовых операций с желаемой степенью квантификации для рекомендаций по оптимизации движений, изменения конструкции мебели, пультов управления и пр.

7. Анализ влияния сменного фактора и рекомендации по изменению режима труда и отдыха.

Составил: В.О. Красовский, 09.08.2004 г.

1 При решении вопросов профессионального отбора и профессиональной ориентации личности

2 Одноразовое отвлечение рабочего для исследования должно занимать не более 3-5 мин.

3 Описание трудовой деятельности с последующей её классификацией по задаваемым, априори, схемам.

Методы психофизиологических и физиологических исследований