Мышечная работа в профессиональной деятельности

В промышленно развитых странах около 20% рабочих по-прежнему заняты на работах, требующих мускульных усилий (Rutenfranz et al., 1990). Количество обычных тяжелых физических работ уменьшилось, но, с другой стороны, многие работы стали более статичными, асимметричными и стационарными. В развивающихся странах мышечная работа всех форм все еще очень распространена.

Мышечная работа в профессиональной деятельности может быть условно разделена на четыре группы: тяжелая динамическая мышечная работа, ручная работа с материалами, статическая работа и повторяющаяся работа. Тяжелые динамические рабочие задачи встречаются, например, в лесном хозяйстве, сельском хозяйстве и строительной отрасли. Погрузочно-разгрузочные работы распространены, например, в уходе за больными, при транспортировке и складировании, в то время как статические нагрузки существуют в офисной работе, электронной промышленности, а также при выполнении задач по ремонту и техническому обслуживанию. Повторяющиеся рабочие задачи можно найти, например, в пищевой и деревообрабатывающей промышленности.

Важно отметить, что ручная обработка материалов и повторяющаяся работа в основном являются либо динамической, либо статической мускульной работой, либо их комбинацией.

Физиология мышечной работы

Динамическая мышечная работа.

При динамической работе активные скелетные мышцы ритмично сокращаются и расслабляются. Приток крови к мышцам увеличивается, чтобы соответствовать метаболическим потребностям. Увеличение кровотока достигается за счет увеличения накачки сердца (сердечного выброса), уменьшения притока крови к неактивным областям, таким как почки и печень, и увеличения количества открытых кровеносных сосудов в работающей мускулатуре. Частота сердечных сокращений, кровяное давление и экстракция кислорода в мышцах увеличиваются линейно по отношению к интенсивности работы. Кроме того, повышается легочная вентиляция за счет более глубокого и учащенного дыхания. Целью активации всей сердечно-дыхательной системы является усиление доставки кислорода к активным мышцам. Уровень потребления кислорода, измеренный при тяжелой динамической мышечной работе, указывает на интенсивность работы. Максимальное потребление кислорода (VO_2max) указывает на максимальную способность человека к аэробной работе. Значения потребления кислорода можно перевести в расход энергии (1 литр потребления кислорода в минуту соответствует примерно 5 ккал/мин или 21 кДж/мин).

В случае динамической работы, когда активная мышечная масса меньше (как в руках), максимальная работоспособность и пиковое потребление кислорода меньше, чем при динамической работе с крупными мышцами. При одинаковой внешней выработке динамическая работа с мелкими мышцами вызывает более высокие сердечно-респираторные реакции (например, частота сердечных сокращений, артериальное давление), чем работа с крупными мышцами (рис. 1).

Рисунок 1. Статическая и динамическая работа    

Статическая работа мышц

При статической работе сокращение мышц не производит видимого движения, как, например, в конечности. Статическая работа увеличивает давление внутри мышцы, что вместе с механическим сжатием частично или полностью перекрывает кровообращение. Доставка питательных веществ и кислорода к мышце и удаление конечных продуктов метаболизма из мышцы затруднены. Таким образом, при статической работе мышцы утомляются легче, чем при динамической.

Наиболее заметной особенностью кровообращения при статической работе является повышение артериального давления. Частота сердечных сокращений и сердечный выброс сильно не меняются. При нагрузке выше определенной интенсивности артериальное давление повышается в прямой зависимости от интенсивности и продолжительности нагрузки. Кроме того, при той же относительной интенсивности усилия статическая работа с большими группами мышц вызывает более сильную реакцию артериального давления, чем работа с меньшими мышцами. (См. рис. 2)

Рисунок 2. Расширенная модель напряжения-деформации, модифицированная Rohmert (1984)

В принципе, регуляция вентиляции и кровообращения при статической работе аналогична регуляции при динамической работе, но метаболические сигналы от мышц сильнее и вызывают другой характер реакции.

Последствия мышечных перегрузок при профессиональной деятельности

Степень физического напряжения, которое испытывает рабочий при мышечной работе, зависит от величины рабочей мышечной массы, вида мышечных сокращений (статические, динамические), интенсивности сокращений и индивидуальных особенностей.

Когда мышечная нагрузка не превышает физических возможностей работника, тело приспосабливается к нагрузке и быстро восстанавливается после прекращения работы. При слишком высокой мышечной нагрузке наступает утомление, снижается работоспособность, замедляется восстановление. Пиковые нагрузки или длительные перегрузки могут привести к поражению органов (в виде профессиональных или производственных заболеваний). С другой стороны, мышечная работа определенной интенсивности, частоты и продолжительности также может привести к тренировочным эффектам, так как, с другой стороны, чрезмерно низкие мышечные потребности могут вызвать эффекты детренированности. Эти отношения представлены так называемыми расширенная концепция напряжения-деформации разработан Rohmert (1984) (рис. 3).

Рисунок 3. Анализ допустимых рабочих нагрузок

В целом имеется мало эпидемиологических доказательств того, что мышечная перегрузка является фактором риска заболеваний. Тем не менее, плохое здоровье, инвалидность и субъективная перегрузка на работе сходятся в физически тяжелых работах, особенно у пожилых работников. Кроме того, многие факторы риска заболеваний опорно-двигательного аппарата, связанных с работой, связаны с различными аспектами мышечной нагрузки, такими как приложение силы, неправильные рабочие позы, поднятие тяжестей и внезапные пиковые нагрузки.

Одной из целей эргономики было определение допустимых пределов мышечной нагрузки, которые можно было бы применять для предотвращения утомления и расстройств. В то время как профилактика хронических эффектов находится в центре внимания эпидемиологии, физиология труда занимается в основном краткосрочными эффектами, то есть усталостью при выполнении рабочих задач или в течение рабочего дня.

Допустимая рабочая нагрузка при тяжелой динамической мышечной работе

Оценка допустимой нагрузки при выполнении динамических задач традиционно основывалась на измерении потребления кислорода (или, соответственно, расхода энергии). Потребление кислорода может быть относительно легко измерено в полевых условиях с помощью портативных устройств (например, мешок Дугласа, респирометр Макса Планка, Oxylog, Cosmed) или может быть оценено по записям частоты сердечных сокращений, которые могут быть надежно сделаны, например, на рабочем месте. , с устройством SportTester. Использование частоты сердечных сокращений для оценки потребления кислорода требует индивидуальной калибровки по измеренному потреблению кислорода в стандартном режиме работы в лаборатории, т. е. исследователь должен знать потребление кислорода отдельным испытуемым при заданной частоте сердечных сокращений. К записи сердечного ритма следует относиться с осторожностью, поскольку на нее также влияют такие факторы, как физическая подготовка, температура окружающей среды, психологические факторы и размер активной мышечной массы. Таким образом, измерения частоты сердечных сокращений могут привести к завышению оценки потребления кислорода точно так же, как значения потребления кислорода могут привести к недооценке общей физиологической нагрузки, отражая только потребности в энергии.

Относительная аэробная нагрузка (RAS) определяется как доля (выраженная в процентах) потребления кислорода работником, измеренного на рабочем месте, по отношению к его или ее VOXNUMX._2max измеряется в лаборатории. Если доступны только измерения частоты сердечных сокращений, близкое приближение к RAS можно сделать, вычислив значение процентного диапазона частоты сердечных сокращений (% диапазона ЧСС) с помощью так называемой формулы Карвонена, как показано на рисунке 3.

VO_2max обычно измеряют на велоэргометре или беговой дорожке, у которых механический КПД высок (20-25%). Когда активная мышечная масса меньше или статический компонент выше, VOXNUMX_2max а механическая эффективность будет меньше, чем в случае упражнений с крупными мышечными группами. Например, установлено, что при сортировке почтовых посылок ВО_2max рабочих составила всего 65 % от максимального, измеренного на велоэргометре, а механическая эффективность выполнения задания составила менее 1 %. Когда ориентиры основаны на потреблении кислорода, тестовый режим в максимальном тесте должен быть максимально приближен к реальной задаче. Однако эта цель труднодостижима.

Согласно классическому исследованию Астранда (1960), RAS не должна превышать 50% в течение восьмичасового рабочего дня. В ее опытах при нагрузке 50 % масса тела снижалась, частота сердечных сокращений не достигала устойчивого состояния и усиливался субъективный дискомфорт в течение дня. Она рекомендовала 50% предел RAS как для мужчин, так и для женщин. Позже она обнаружила, что строители спонтанно выбирали средний уровень УЗВ 40% (диапазон 25-55%) в течение рабочего дня. Несколько более поздних исследований показали, что приемлемый RAS ниже 50%. Большинство авторов рекомендуют 30-35% в качестве приемлемого уровня УЗВ для всего рабочего дня.

Первоначально приемлемые уровни RAS были разработаны для чисто динамической работы мышц, что редко встречается в реальной трудовой деятельности. Может случиться так, что допустимые уровни УЗВ не превышаются, например, при подъеме тяжестей, но локальная нагрузка на спину может значительно превышать допустимые уровни. Несмотря на свои ограничения, определение RAS широко используется для оценки физического напряжения на различных работах.

В дополнение к измерению или оценке потребления кислорода также доступны другие полезные методы физиологического поля для количественной оценки физического стресса или напряжения при тяжелой динамической работе. Для оценки расхода энергии можно использовать методы наблюдения (например, с помощью шкала Эдхольма) (Эдхольм, 1966). Рейтинг воспринимаемой нагрузки (RPE) указывает на субъективное накопление усталости. Новые системы амбулаторного мониторинга артериального давления позволяют более детально анализировать реакции кровообращения.

Допустимая рабочая нагрузка при ручной обработке материалов

Ручная погрузочно-разгрузочная работа включает в себя такие рабочие задачи, как подъем, перенос, толкание и вытягивание различных внешних грузов. Большинство исследований в этой области были сосредоточены на проблемах с поясницей при поднятии тяжестей, особенно с биомеханической точки зрения.

Уровень RAS 20-35% был рекомендован для упражнений с поднятием тяжестей, когда задание сравнивается с индивидуальным максимальным потреблением кислорода, полученным в результате теста на велоэргометре.

Рекомендации по максимально допустимой частоте сердечных сокращений являются либо абсолютными, либо связаны с частотой сердечных сокращений в состоянии покоя. Абсолютные значения для мужчин и женщин составляют 90-112 ударов в минуту при непрерывной ручной обработке материалов. Эти значения примерно такие же, как рекомендуемые значения для увеличения частоты сердечных сокращений выше уровня покоя, то есть от 30 до 35 ударов в минуту. Эти рекомендации действительны также при тяжелой динамической мышечной работе для молодых и здоровых мужчин и женщин. Однако, как упоминалось ранее, к данным о частоте сердечных сокращений следует относиться с осторожностью, поскольку на них влияют и другие факторы, помимо мышечной работы.

Рекомендации по допустимой рабочей нагрузке для ручной обработки материалов, основанные на биомеханическом анализе, включают несколько факторов, таких как вес груза, частота операций, высота подъема, расстояние груза от тела и физические характеристики человека.

В одном крупномасштабном полевом исследовании (Лоухеваара, Хакола и Оллила, 1990) было обнаружено, что здоровые работники-мужчины могут обрабатывать почтовые посылки весом от 4 до 5 кг в течение смены без каких-либо признаков объективной или субъективной усталости. Большая часть обработки происходила ниже уровня плеча, средняя частота обработки составляла менее 8 посылок в минуту, а общее количество посылок составляло менее 1,500 посылок за смену. Средняя частота сердечных сокращений рабочих составила 101 уд/мин, а среднее потребление кислорода – 1.0 л/мин, что соответствовало 31% ПДС по отношению к веломаксимуму.

Наблюдения за рабочими позами и применением силы, проводимые, например, в соответствии с методом OWAS (Karhu, Kansi and Kuorinka, 1977), оценка воспринимаемой нагрузки и регистрация амбулаторного артериального давления также являются подходящими методами для оценки стресса и напряжения при ручной обработке материалов. Электромиографию можно использовать для оценки местных реакций на растяжение, например, в мышцах рук и спины.

Допустимая рабочая нагрузка для статической мышечной работы

Статическая мышечная работа требуется главным образом для поддержания рабочих поз. Время выносливости статического сокращения экспоненциально зависит от относительной силы сокращения. Это означает, например, что когда статическое сокращение требует 20% максимальной силы, время выносливости составляет от 5 до 7 минут, а когда относительная сила составляет 50%, время выносливости составляет около 1 минуты.

Более ранние исследования показали, что усталость не развивается, когда относительная сила ниже 15% от максимальной силы. Однако более поздние исследования показали, что допустимая относительная сила зависит от мышцы или группы мышц и составляет от 2 до 5% от максимальной статической силы. Однако эти пределы силы трудно использовать в практических рабочих ситуациях, поскольку они требуют электромиографических записей.

Практикам доступно меньше полевых методов для количественной оценки деформации при статической работе. Существуют некоторые методы наблюдения (например, метод OWAS) для анализа доли неправильных рабочих поз, то есть поз, отклоняющихся от нормального среднего положения основных суставов. Измерения артериального давления и оценка воспринимаемой нагрузки могут быть полезны, тогда как частота сердечных сокращений не так применима.

Приемлемая рабочая нагрузка при повторяющейся работе

Повторяющаяся работа с небольшими группами мышц напоминает статическую работу мышц с точки зрения циркуляторных и метаболических реакций. Обычно при повторяющейся работе мышцы сокращаются более 30 раз в минуту. Когда относительная сила сокращения превышает 10% от максимальной силы, время выносливости и мышечная сила начинают уменьшаться. Тем не менее, существуют большие индивидуальные различия во времени выносливости. Например, время выносливости варьируется от двух до пятидесяти минут, когда мышца сокращается от 90 до 110 раз в минуту при относительном уровне силы от 10 до 20% (Laurig, 1974).

Очень трудно установить какие-либо четкие критерии для повторяющейся работы, потому что даже очень легкая работа (например, при использовании микрокомпьютерной мыши) может вызвать повышение внутримышечного давления, что иногда может привести к отеку мышечных волокон, боли и уменьшению в мышечной силе.

Повторяющаяся и статическая работа мышц вызывает утомление и снижение работоспособности при очень низких относительных уровнях силы. Таким образом, эргономические вмешательства должны быть направлены на то, чтобы свести к минимуму количество повторяющихся движений и статических сокращений, насколько это возможно. Существует очень мало полевых методов для оценки деформации при повторяющихся работах.

Профилактика мышечной перегрузки

Существует относительно мало эпидемиологических данных, свидетельствующих о том, что мышечная нагрузка вредна для здоровья. Однако исследования физиологии и эргономики труда показывают, что мышечная перегрузка приводит к утомлению (т. е. к снижению работоспособности) и может снижать производительность и качество работы.

Предупреждение мышечной перегрузки может быть направлено на содержание работы, рабочую среду и работника. Нагрузку можно регулировать с помощью технических средств, ориентированных на рабочую среду, инструменты и/или методы работы. Самый быстрый способ регулировать мышечную нагрузку — увеличить гибкость рабочего времени на индивидуальной основе. Это означает разработку режимов работы и отдыха с учетом рабочей нагрузки, а также потребностей и возможностей отдельного работника.

Статическая и повторяющаяся мышечная работа должна быть сведена к минимуму. Периодические тяжелые динамические фазы работы могут быть полезны для поддержания физической формы на выносливость. Пожалуй, самая полезная форма физической активности, которую можно включить в рабочий день, — это быстрая ходьба или подъем по лестнице.

Однако предотвратить мышечную перегрузку очень сложно, если у работника плохая физическая подготовка или рабочие навыки. Соответствующая подготовка улучшит рабочие навыки и может уменьшить мышечные нагрузки на работе. Кроме того, регулярные физические упражнения во время работы или отдыха увеличат мышечные и сердечно-сосудистые возможности работника.

Назад