Ermüdung und Erholung sind periodische Prozesse in jedem lebenden Organismus. Fatigue kann als ein Zustand beschrieben werden, der durch ein Ermüdungsgefühl verbunden mit einer Verringerung oder ungewollten Schwankung der Leistungsfähigkeit gekennzeichnet ist (Rohmert 1973).
Nicht alle Funktionen des menschlichen Organismus ermüden durch den Gebrauch. Auch im Schlaf atmen wir zum Beispiel und unser Herz pumpt ohne Pause. Offensichtlich sind die Grundfunktionen Atmung und Herztätigkeit lebenslang ohne Ermüdung und ohne Erholungspausen möglich.
Andererseits stellen wir nach längerer schwerer Arbeit fest, dass die Kapazität nachlässt – was wir nennen Müdigkeit. Dies gilt nicht nur für die Muskelaktivität. Auch die Sinnesorgane oder die Nervenzentren ermüden. Es ist jedoch das Ziel jeder Zelle, die durch ihre Aktivität verlorene Kapazität auszugleichen, ein Prozess, den wir nennen Erholung.
Stress, Belastung, Ermüdung und Erholung
Die Begriffe Ermüdung und Erholung bei der menschlichen Arbeit sind eng verwandt mit den ergonomischen Begriffen Belastung und Belastung (Rohmert 1984) (Abbildung 1).
Abbildung 1. Stress, Belastung und Ermüdung
Stress bedeutet die Summe aller Arbeitsparameter im Arbeitssystem, die den Menschen bei der Arbeit beeinflussen, die hauptsächlich über das Rezeptorsystem wahrgenommen oder empfunden werden oder die das Effektorsystem beanspruchen. Die Belastungsparameter ergeben sich aus der Arbeitsaufgabe (muskuläre Arbeit, nichtmuskuläre Arbeit – aufgabenorientierte Dimensionen und Faktoren) und aus den physikalischen, chemischen und sozialen Bedingungen, unter denen die Arbeit zu verrichten ist (Lärm, Klima, Beleuchtung, Vibration). , Schichtarbeit etc. – situationsbezogene Dimensionen und Faktoren).
Die Intensität/Schwierigkeit, die Dauer und die Zusammensetzung (dh die gleichzeitige und sukzessive Verteilung dieser spezifischen Anforderungen) der Belastungsfaktoren ergibt eine kombinierte Belastung, die alle exogenen Wirkungen eines Arbeitssystems auf den arbeitenden Menschen ausüben. Diese kombinierte Belastung kann je nach Verhalten der arbeitenden Person aktiv bewältigt oder passiv hingenommen werden. Der aktive Fall beinhaltet Aktivitäten, die auf die Effizienz des Arbeitssystems gerichtet sind, während der passive Fall Reaktionen hervorruft (freiwillig oder unfreiwillig), die hauptsächlich mit der Minimierung von Stress verbunden sind. Das Verhältnis von Belastung und Aktivität wird entscheidend von den individuellen Eigenschaften und Bedürfnissen der arbeitenden Person beeinflusst. Haupteinflussfaktoren sind die leistungsbestimmenden Faktoren der Motivation und Konzentration sowie die der Disposition, die als Fähigkeiten und Fertigkeiten bezeichnet werden können.
Die verhaltensrelevanten Belastungen, die sich bei bestimmten Tätigkeiten manifestieren, verursachen individuell unterschiedliche Belastungen. Die Belastungen können durch die Reaktion physiologischer oder biochemischer Indikatoren (z. B. Erhöhung der Herzfrequenz) angezeigt oder wahrgenommen werden. Damit sind die Belastungen anfällig für eine „psycho-physische Skalierung“, die das Belastungserleben der arbeitenden Person abschätzt. In einem verhaltensorientierten Ansatz kann das Vorliegen einer Belastung auch aus einer Aktivitätsanalyse abgeleitet werden. Die Intensität, mit der Belastungsindikatoren (physiologisch-biochemische, behavioristische oder psychophysische) reagieren, hängt von der Intensität, Dauer und Kombination von Belastungsfaktoren sowie von den individuellen Eigenschaften, Fähigkeiten, Fertigkeiten und Bedürfnissen der arbeitenden Person ab.
Trotz ständiger Belastungen können sich die aus den Tätigkeitsfeldern, Leistungen und Belastungen abgeleiteten Kennzahlen im Laufe der Zeit verändern (zeitlicher Effekt). Solche zeitlichen Schwankungen sind als Anpassungsprozesse der organischen Systeme zu interpretieren. Die positiven Wirkungen bewirken eine Verringerung der Belastung/Verbesserung der Aktivität oder Leistungsfähigkeit (z. B. durch Training). Im negativen Fall führen sie jedoch zu einer erhöhten Belastung/reduzierten Aktivität oder Leistungsfähigkeit (z. B. Müdigkeit, Monotonie).
Die positiven Effekte können zum Tragen kommen, wenn die vorhandenen Fähigkeiten und Fertigkeiten im Arbeitsprozess selbst verbessert werden, z. B. beim leichten Überschreiten der Trainingsreizschwelle. Die negativen Auswirkungen treten wahrscheinlich auf, wenn im Laufe des Arbeitsprozesses sogenannte Belastungsgrenzen (Rohmert 1984) überschritten werden. Diese Ermüdung führt zu einer Verringerung der physiologischen und psychischen Funktionen, die durch Erholung kompensiert werden können.
Zur Wiederherstellung der ursprünglichen Leistungsfähigkeit sind Ruhepausen oder zumindest Zeiten geringerer Belastung notwendig (Luczak 1993).
Wenn der Anpassungsprozess über definierte Schwellen hinausgeführt wird, kann das eingesetzte organische System geschädigt werden, so dass es zu einem teilweisen oder vollständigen Ausfall seiner Funktionen kommt. Eine irreversible Funktionseinschränkung kann auftreten, wenn die Belastung viel zu hoch ist (Akutschaden) oder wenn die Erholung längere Zeit nicht möglich ist (chronischer Schaden). Ein typisches Beispiel für einen solchen Schaden ist der lärmbedingte Hörverlust.
Modelle der Ermüdung
Ermüdung kann je nach Belastungsform und Belastungskombination vielfältig sein und lässt sich noch nicht allgemein definieren. Die biologischen Ermüdungsvorgänge sind im Allgemeinen nicht direkt messbar, so dass sich die Definitionen hauptsächlich an den Ermüdungssymptomen orientieren. Diese Ermüdungserscheinungen lassen sich beispielsweise in die folgenden drei Kategorien einteilen.
- Physiologische Symptome: Müdigkeit wird als Abnahme der Funktionen von Organen oder des gesamten Organismus interpretiert. Es kommt zu physiologischen Reaktionen, zB zu einer Erhöhung der Herzfrequenz oder der elektrischen Muskelaktivität (Laurig 1970).
- Verhaltenssymptome: Ermüdung wird hauptsächlich als Abnahme der Leistungsparameter interpretiert. Beispiele sind zunehmende Fehler beim Lösen bestimmter Aufgaben oder eine zunehmende Variabilität der Leistung.
- Psycho-körperliche Symptome: Ermüdung wird je nach Intensität, Dauer und Zusammensetzung der Belastungsfaktoren als Zunahme des Anstrengungsgefühls und Verschlechterung des Empfindungsvermögens interpretiert.
Im Prozess der Erschöpfung können alle drei Symptome eine Rolle spielen, sie können jedoch zu unterschiedlichen Zeitpunkten auftreten.
Physiologische Reaktionen in organischen Systemen, insbesondere denen, die an der Arbeit beteiligt sind, können zuerst auftreten. Später kann das Anstrengungsgefühl beeinträchtigt werden. Leistungsveränderungen äußern sich im Allgemeinen in einer abnehmenden Regelmäßigkeit der Arbeit oder in einer zunehmenden Fehlermenge, wobei der Mittelwert der Leistung noch nicht betroffen sein darf. Im Gegenteil, der Berufstätige kann bei entsprechender Motivation sogar versuchen, die Leistungsfähigkeit willentlich aufrechtzuerhalten. Der nächste Schritt kann eine deutliche Leistungsminderung bis hin zum Leistungseinbruch sein. Die physiologischen Symptome können zu einem Zusammenbruch des Organismus einschließlich Veränderungen der Persönlichkeitsstruktur und zu Erschöpfung führen. Der Prozess der Ermüdung wird in der Theorie der sukzessiven Destabilisierung erklärt (Luczak 1983).
Der Haupttrend von Ermüdung und Erholung ist in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2. Haupttrend von Ermüdung und Erholung
Prognose von Ermüdung und Erholung
Auf dem Gebiet der Ergonomie besteht ein besonderes Interesse daran, die Ermüdung in Abhängigkeit von Intensität, Dauer und Zusammensetzung von Belastungsfaktoren vorherzusagen und die notwendige Erholungszeit zu bestimmen. Tabelle 1 zeigt diese unterschiedlichen Aktivitätsniveaus und Betrachtungszeiten sowie mögliche Gründe für Ermüdung und unterschiedliche Erholungsmöglichkeiten.
Tabelle 1. Ermüdung und Erholung in Abhängigkeit vom Aktivitätsniveau
|
Aktivitätsgrad |
Zeitraum |
Müdigkeit ab |
Erholung durch |
|
Arbeitsleben |
Jahrzehntelange |
Überanstrengung für |
Ruhestand |
|
Phasen des Berufslebens |
Jahre |
Überanstrengung für |
Feiertage |
|
Folgen von |
Monate/Wochen |
Ungünstige Verschiebung |
Wochenende, frei |
|
Eine Arbeitsschicht |
Eines Tages |
Stress oben |
Freizeit, Ruhe |
|
Aufträge |
Stunden |
Stress oben |
Ruhezeit |
|
Teil einer Aufgabe |
Minuten |
Stress oben |
Stresswechsel |
Bei der ergonomischen Analyse von Belastung und Ermüdung zur Bestimmung der notwendigen Erholungszeit ist die Betrachtung der Dauer eines Arbeitstages am wichtigsten. Die Methoden solcher Analysen beginnen mit der Bestimmung der verschiedenen Belastungsfaktoren als Funktion der Zeit (Laurig 1992) (Abbildung 3).
Abbildung 3. Stress als Funktion der Zeit
Die Belastungsfaktoren werden aus den konkreten Arbeitsinhalten und den Arbeitsbedingungen bestimmt. Arbeitsinhalte können die Krafterzeugung (z. B. beim Handhaben von Lasten), die Koordination motorischer und sensorischer Funktionen (z. B. beim Montieren oder Kranfahren), das Umsetzen von Informationen in Reaktion (z. B. beim Steuern), die Transformationen von Eingaben sein zur Ausgabe von Informationen (z. B. beim Programmieren, Übersetzen) und zum Produzieren von Informationen (z. B. beim Entwerfen, Problemlösen). Die Arbeitsbedingungen beinhalten physikalische (z. B. Lärm, Vibration, Hitze), chemische (chemische Arbeitsstoffe) und soziale (z. B. Kollegen, Schichtarbeit) Aspekte.
Im einfachsten Fall gibt es einen einzigen wichtigen Stressfaktor, während die anderen vernachlässigt werden können. In diesen Fällen, insbesondere wenn die Belastungsfaktoren aus muskulärer Arbeit resultieren, ist es oft möglich, die notwendigen Ruhezeiten zu berechnen, da die Grundbegriffe bekannt sind.
Beispielsweise hängt die ausreichende Ruhezugabe bei statischer Muskelarbeit von der Kraft und Dauer der Muskelkontraktion ab wie in einer durch Multiplikation verknüpften Exponentialfunktion nach der Formel:
mit
RA = Ruhegeld in Prozent von t
t = Kontraktionsdauer (Einwirkzeit) in Minuten
T = maximal mögliche Kontraktionsdauer in Minuten
f = die für die statische Kraft benötigte Kraft und
F = maximale Kraft.
Der Zusammenhang zwischen Kraft, Haltezeit und Ruhezuschlägen ist in Bild 4 dargestellt.
Abbildung 4. Prozentuale Restzugaben für verschiedene Kombinationen von Haltekräften und Zeit
Ähnliche Gesetze existieren für schwere dynamische Muskelarbeit (Rohmert 1962), aktive leichte Muskelarbeit (Laurig 1974) oder andere industrielle Muskelarbeit (Schmidtke 1971). Seltener findet man vergleichbare Gesetze für nichtkörperliche Arbeit, zB für das Rechnen (Schmidtke 1965). Einen Überblick über bestehende Methoden zur Bestimmung der Ruhezulagen für überwiegend isolierte Muskel- und Nicht-Muskelarbeit geben Laurig (1981) und Luczak (1982).
Schwieriger ist die Situation, wenn eine Kombination verschiedener Belastungsfaktoren vorliegt, wie in Abbildung 5 dargestellt, die gleichzeitig auf den arbeitenden Menschen einwirken (Laurig 1992).
Abbildung 5. Die Kombination zweier Stressfaktoren
So kann beispielsweise die Kombination zweier Belastungsfaktoren je nach Kombinationsgesetz zu unterschiedlichen Dehnungsreaktionen führen. Die kombinierte Wirkung verschiedener Stressfaktoren kann indifferent, kompensatorisch oder kumulativ sein.
Bei indifferenten Kombinationsgesetzen wirken die unterschiedlichen Stressfaktoren auf unterschiedliche Teilsysteme des Organismus. Jedes dieser Subsysteme kann die Dehnung kompensieren, ohne dass die Dehnung in ein gemeinsames Subsystem eingespeist wird. Die Gesamtdehnung hängt vom höchsten Stressfaktor ab, und somit werden keine Superpositionsgesetze benötigt.
Eine kompensatorische Wirkung liegt vor, wenn die Kombination verschiedener Belastungsfaktoren zu einer geringeren Belastung führt als jeder Belastungsfaktor allein. Durch die Kombination von Muskelarbeit und niedrigen Temperaturen kann die Gesamtbelastung reduziert werden, da bei niedrigen Temperaturen die durch die Muskelarbeit entstehende Wärme aus dem Körper abgeführt werden kann.
Ein kumulativer Effekt entsteht, wenn sich mehrere Stressfaktoren überlagern, also einen physiologischen „Flaschenhals“ passieren müssen. Ein Beispiel ist die Kombination von Muskelarbeit und Hitzebelastung. Beide Stressfaktoren wirken als gemeinsamer Flaschenhals auf das Kreislaufsystem mit resultierender kumulativer Belastung.
Mögliche Kombinationseffekte zwischen Muskelarbeit und körperlichen Bedingungen sind bei Bruder (1993) beschrieben (siehe Tabelle 2).
Tabelle 2. Regeln der Kombinationswirkung zweier Stressfaktoren auf die Dehnung
|
Kälte |
Vibration |
Beleuchtung |
Lärm |
|
|
Schwere dynamische Arbeit |
- |
+ |
0 |
0 |
|
Aktive leichte Muskelarbeit |
+ |
+ |
0 |
0 |
|
Statische Muskelarbeit |
+ |
+ |
0 |
0 |
0 gleichgültiger Effekt; + kumulativer Effekt; – Ausgleichswirkung.
Quelle: Adaptiert von Bruder 1993.
Für den in der Praxis üblichen Fall der Kombination von mehr als zwei Belastungsfaktoren liegen nur begrenzte wissenschaftliche Erkenntnisse vor. Gleiches gilt für die sukzessive Kombination von Belastungsfaktoren (dh die Belastungswirkung verschiedener Belastungsfaktoren, die nacheinander auf den Arbeitnehmer einwirken). Für solche Fälle wird in der Praxis die notwendige Erholungszeit bestimmt, indem physiologische oder psychologische Parameter gemessen und als integrierende Werte verwendet werden.