Физиологические основы трудовой деятельности. Особенности физического и умственного труда. Особенности труда в условиях современного производства, утомление и активный отдых.

Все трудовые процессы условно делятся на 2 вида: 1) преимущественно физическая работа; 2) преимущественно умственная работа.

Такое деление относительно, ибо нет чисто физической и чисто умственной работы - можно говорить лишь о преобладании умственной или физической работы.

Выполняя физическую работу, человек в той или иной степени загружен умственной деятельностью. По данным физиологов, при уборке, мытье полов и вытирании пыли человек загружен умственной деятельностью всего на 0, 9%, при работе на станке - на 25%, при управлении автомашиной в малонаселенных местах - на 35%, а при печатании на пишущей машине - на 73%.

Физиология физического труда. Под физической нагрузкой понимается величина и интенсивность мышечной работы человека, связанной с трудовой деятельностью, хозяйственно бытовой работой, с физической культурой, спортом и т.д. В основе физического труда в зависимости от особенностей профессии лежит активная целенаправленная двигательная деятельность человека. Она мотивирована генетическими и социальными потребностями человека и направлена на создание материальных благ для семьи, общества и др.

Характер физического труда человека весьма разнообразен и специфичен. Систематические занятия одним и тем же видом труда формируют в коре больших полушарий трудовой динамический стереотип, включающий рабочие двигательные навыки. Кроме моторного, двигательный навык имеет вегетативный компонент, обеспечивающий эффективную реализацию двигательного навыка за счет реакции перераспределения крови в пользу кровоснабжения и кислородного обеспечения работающих мышечных групп. В связи с этим большинство трудовых процессов выполняется экономично на уровне автоматизма, однако корковый сознательный контроль при этом никогда не отключается.

Физическая деятельность человека слагается из статической и динамической работы:

1. Статическая работа представляет собой деятельность мышц в условиях сохранения неподвижного положения тела или его звеньев, а также удержания какого - либо груза. Мышцы при этом сокращаются в изометрическом режиме, т.е. без изменения длины, поэтому механическая работа в строго физическом смысле отсутствует. Статическая работа является главным компонентом поддержания рабочей формы человека и осуществляется за счет титанических и тонических сокращений определенных групп мышц. Поддержание какой - либо позы требует от мышц различного напряжения. Самой простой позой является лежание; при лежании на спине напряжены лишь разгибатели. Наименьшее напряжение мышц бывает при лежании на боку с несколько согнутыми конечностями. При сидении наиболее напряжены разгибатели туловища и шеи. Поза стояния требует напряжения многих мышц туловища, шеи, ног.

Величина статической работы определяется произведением силы, поддерживаемой мышцами, на время, в течение которого осуществляется напряженное состояние. Обычно, чем сильнее напряжение, тем короче время, в течение которого его можно поддержать. При статической работе повышается обмен веществ, увеличивается расход энергии, при этом энергия не превращается в механическую работу, а выделяется в виде тепла. Расход энергии пропорционален весу поддерживаемого груза и длительности его поддержания. Статическая работа более утомительна, чем динамическая, т.к. сопровождается непрерывным и интенсивным потоком импульсов от проприорецепторов мышц в ЦНС.

2. Динамическая работа связана с перемещением тела или его частей в пространстве, т.е. с движениями. Деятельность мышц при этом происходит в режиме, в котором сочетаются и сокращение, и напряжение их (т.н. ауксотонический режим). При динамической работе энергия расходуется как на поддержание определенного сокращения в мышцах, так и на механический эффект работы, и измеряется произведением массы груза на расстояние, на которое он перемещается. В условиях производственной деятельности человека вычислить работу в механических единицах невозможно, поэтому для оценки величины физических нагрузок пользуются определением энергетических трат. Расход энергии при этом пропорционален величине мышечной работы.

При длительной напряженной работе (2 ч и более) температура тела увеличивается на 2—3°С. Например, при беге на марафонские дистанции температура тела бегуна может достигать 39, 5°С. Нарушение температурного гомеостаза в таких пределах может привести к резкому снижению физической работоспособности, тепловому удару, другим осложнениям, связанным с воздействием комплекса факторов внешней среды (таких, как температура, влажность).

Оценка тяжести труда основывается на исследовании величины расхода энергии, реакции сердечно - сосудистой системы и дыхания, терморегуляции и других физиологических показателей. При низких физических нагрузках частота пульса 76-100 ударов в минуту, при средних - 110-125, при высоких более 175 ударов/минуту. Но учащение пульса может быть связано и с нервно - психическим напряжением, которым сопровождается профессиональная деятельность человека. Поэтому более надежным критерием для оценки тяжести физической нагрузки является величина энергетических затрат, которая хорошо отражает динамическую нагрузку.

По различным физиологическим показателям и энергетическим тратам выделены 4 группы - категории тяжести физической работы: легкая, умеренная, тяжелая и очень тяжелая. Согласно санитарно - гигиеническим нормам предлагается считать легкими работы, требующие затраты энергии до 150 ккал/час, и к категории тяжелых относятся работы, энергозатраты которых более 250 ккал/час. Физиологическая норма физической нагрузки для человека составляет 180 ккал/час. Технизация производственных процессов в современных условиях во многом освободила человека от больших энергетических затрат и перевела его на операторскую деятельность, связанную с управлением машинами и механизмами.

При осуществлении регулярной мышечной деятельности формируется т.н. двигательный навык. Двигательными навыками называются новые формы двигательных действий, выработанные по механизму условных рефлексов в результате систематических упражнений. Формирование двигательного навыка осуществляется в 3 стадии:

1 стадия - характеризуется генерализованной эфферентной реакцией, т.е. одновременно активируются все мышцы, поэтому движения неловкие, неточные, поза и мимика скованы, дыхание задерживается.

2 стадия - сопровождается улучшением координации, точности движений; в движениях наблюдается некоторая стереотипность.

3 стадия - характеризуется высокой степенью координации и автоматизации двигательного акта.

В связи с физической работой выделяется понятие «физиологический резерв организма». Под физиологическим резервом понимается способность органа или функциональной системы во много раз усиливать интенсивность своей деятельности по сравнению с состоянием относительного покоя. Эта способность сложилась в процессе эволюции и зависит от физической тренированности.

Физиологический резерв хорошо виден на примере увеличения кровообращения скелетной мышцы при физической работе. В покое скелетная мускулатура потребляет 25-30% МОК, при тяжелой физической работе - 80-85%; МОК увеличивается с 5 до 30 литров; частота сердечных сокращений (у пловцов, например) возрастает от 170 до 205 уд./мин. Велики резервы дыхания: активность его во время физической работы возрастает в 10 раз, потребление кислорода увеличивается в 15-16 раз.

Однако в процессе выполнения своей профессиональной деятельности человек не работает на пределе своих физических возможностей, потому что такая работа продолжается недолго и ведет к утомлению организма. Объем физиологического резерва наиболее ярко выделяется в спорте, где правильно организованные тренировки расширяют физиологический резерв организма, делая его более выносливым и устойчивым к отрицательным воздействиям. Так, например, работами Аршавского показано, что работоспособность нервно - мышечного аппарата при нормальном кровообращении может сохраняться на протяжении долгого времени (4-5 часов), если ритм сокращений будет с такими интервалами, чтобы успевали полностью завершаться анаболические процессы. Таким образом, правильно организованный во времени двигательный акт может осуществляться без признаков утомления. Высокая работоспособность при физических нагрузках связана с использованием аэробных возможностей организма и с возможностью длительного поддержания устойчивого состояния функций дыхания, сердечно - сосудистой системы, т.е. транспортных систем на протяжении всего трудового процесса, способных осуществить регуляцию гомеостаза.

Систематические занятия спортом улучшают физиологический резерв организма, увеличивают массу скелетной мускулатуры, объем грудной клетки, ЖЕЛ, мышечную силу. Физический труд и спорт в его оптимальном варианте может выступать как источник увеличения резервных возможностей организма даже в пожилом возрасте, отодвигая границы старения, хотя физиологические резервы организма уменьшаются с возрастом. Максимум мышечной силы приходится на возраст от 20 до 30 лет, и, напротив, при чрезмерном, непосильном характере труда, и может быть причиной раннего изнашивания, старения, увядания организма.

В хорошо тренированном организме физиологический резерв не используется максимально, а изменения, наблюдаемые в организме во время физической работы и вне ее, характеризуется определенной экономизацией функций. Так, частота пульса у хорошо тренированных спортсменов равна 40-45 уд./мин. при высоком уровне УСС - 100 мл, - величина основного обмена на 20-40% ниже его должных значений. Это позволяет организму наиболее эффективно использовать энергетические ресурсы в момент физического усилия.

В основе экономизации функций лежат следующие перестройки функциональных систем организма. Происходит умеренная гипертрофия сердца, отношение его массы к массе тела может увеличиваться на 40%. Это сопровождается развитием сети капилляров и анастомозов между ними, увеличением содержания гликогена и миоглобина в сердечной мышце. В процессе тренировки значительно удлиняется период диастолы, во время которого в миокарде идет ресинтез фосфорных соединений, богатых энергией. Кроме этого, происходит набухание митохондрий и увеличение их энергообразующей поверхности.

Систематические упражнения приводят к совершенствованию дыхательных мышц. Возбудимость дыхательного центра у тренированного человека несколько понижена, поэтому они способны производить более длительную задержку дыхания. Для спортсменов характерен и высокий уровень утилизации кислорода тканями (с 30% увеличивается до 70%), питательных веществ, а также удаления продуктов распада.

В повышении работоспособности организма большую роль играют железы внутренней секреции: гормоны коркового слоя надпочечников, поджелудочной железы (инсулина), которые обеспечивают высокий уровень углеводного обмена, что лежит в основе высокой работоспособности. Активируется обмен веществ также щитовидной железой, надпочечниками, гипофизом. Высокая тренированность организма достигается только при достаточной волевой и психологической подготовке. Физический труд способствует накоплению биоэнергетического потенциала организма, повышает умственную и физическую работоспособность за счет увеличения мощности и экономичности деятельности внутренних органов, оптимизации нервных и гормональных регуляций, координированного взаимодействия различных функциональных систем.

Физиология умственного труда. Умственный труд состоит в переработке ЦНС различных видов информации в соответствии с социальной и профессиональной направленностью индивидуума. В процессе переработки информации происходят сличение с имеющейся в памяти информацией и ее интеграция. Интеграция новой информации, с одной стороны, обогащает память, с другой — лежит в основе принятия решений, направленных на формирование творческих программ двигательных действий, бытовых, трудовых процессов. Умственная деятельность пронизывает все сферы активности человека. Ее эффективность определяется высоким функциональным состоянием нейронов ЦНС, широтой связей между ними, энергетическим обеспечением нейронов и глиальных элементов, активностью медиаторной системы, адекватным уровнем активности кровоснабжения структур мозга и гормональными влияниями.

Информационный компонент наиболее выражен при умственном труде. При чтении, генерировании и обдумывании идей, творчестве он составляет 100%. Умственная работа связана с деятельностью целостного мозга, участием новой, старой и древней коры, особенно сенсорного центра речи, префронтальной области, лимбической системы, а также зрительного бугра, гипоталамуса, ретикулярной формации ствола мозга, всех сенсорных систем, преимущественно зрительной. Точные механизмы взаимосвязей всего комплекса структур мозга до настоящего времени полностью не изучены. Известно, что при деструкции префронтальной зоны коры больших полушарий человек теряет способность решать сложные задачи, быстро переключаться в мыслях, четко формулировать длинные фразы, выполнять движения, которым был обучен раньше. Нарушается способность к организованному мышлению, связыванию информации в единое целое, осуществлению ответных действий при поступлении сенсорных сигналов с некоторой задержкой во времени, в течение которого происходит интеграция поступающей информации и принимается оптимальное решение. Интеллектуальные процессы, лежащие в основе умственного труда, в целом осуществляются в лобных долях коры большого мозга. Они интегрируют сложные формы целенаправленного поведения, ответственны за решение творческих задач, требующих высокой степени абстрагирования.

В состоянии покоя энерготраты головного мозга невелики и составляют 3 % от общего обмена. Степень увеличения энерготрат зависит от характера нервно-эмоционального напряжения при умственной работе. При чтении вслух сидя прирост составляет 48%, при чтении лекции стоя — 94%. Высокий уровень метаболических процессов в нейронах обусловливает эволюционно развившуюся надежность их кислородного обеспечения. В покое головной мозг утилизирует 20 % от общего потребления О₂, что обеспечивается большой объемной скоростью кровотока в сосудах мозга, составляющей 15 % от величины минутного объема кровотока (700—800 мл). Количество открытых капилляров, оплетающих нейроны, обусловлено уровнем функциональной активности определенных структур мозга.

В вопросе об увеличении общего мозгового кровотока при умственной и физической деятельности доминирует точка зрения о перераспределении кровотока на фоне незначительного его увеличения за счет расширения сосудов мозга. Череп, в котором помещается головной мозг, лимитирует прирост мозгового кровотока. Максимально его величина повышается в 1, 5; 4—6; 5—7 раз меньше, чем соответственно в миокарде, коже и скелетных мышцах. Перераспределительные реакции мозгового кровотока четко дифференцированы, отличаются лабильностью соответственно преимущественному участию тех или иных структур мозга в умственной деятельности. Сложный и продолжительный умственный труд сопровождается максимальным увеличением мозгового кровотока в области лобных долей коры больших полушарий, несущих наибольшую нагрузку по переработке и интегрированию информации. Здесь в разгар активной работы кровоток может увеличиваться на 30— 50 % от уровня покоя.

За последние сто лет, и особенно последние десятилетия чрезвычайно увеличился объем интеллектуальной деятельности человека во всех сферах производства. Условия трудовой жизни современного человека резко изменились. Современный человек оказался на той ступени социального развития, которая характеризуется большим объемом разнообразной информации. ЦНС испытывает большую нагрузку, чрезвычайно возрастают требования, предъявляемые к интеллектуальной деятельности человека.

Особенностью умственного труда является переработка и интеграция огромного объема информации в условиях ограничения двигательной активности (гиподинамия), что обусловлено спецификой рабочей позы, небольшими объемами рабочих движений. Преобладание позной активности над фазной, связанной с рабочими движениями преимущественно рук, ног или их сочетания, отрицательно влияет на функциональное состояние организма. Основной причиной, снижающей уровень функционального состояния при локальной работе, является ограничение потока рефлекторной стимуляции внутренних органов, желез внутренней секреции, симпатико-адреналовой системы со стороны проприоцепторов мышц. Нельзя исключить ослабление стимулирующих влияний на внутренние органы со стороны интероцепторов, воспринимающих механические толчки при фазной активности мышц. Соответствующие механизмы снижают все виды обмена веществ.

Кроме профессиональных особенностей, другой важной стороной жизни, которая повышает нагрузку на ЦНС, является насыщение ее разнообразной информацией, не связанной напрямую с профессиональной деятельностью. Это, например, увеличение численности населения, особенно в городах, рост скоростей разного вида транспорта, телевидение, радио, телефон, огромная литература, искусство, и, наконец, учащение ритма жизни вообще и усложнение взаимоотношений между людьми. Все эти явления, характерные для нашего " нервного" века, создают дополнительную нагрузку для интеллектуальной и эмоциональной сфер.

Интенсификация умственного труда в эпоху научно-технического прогресса сопровождается большим нервно-эмоциональным напряжением, как правило, связанным с необходимостью переработки большого количества информации в условиях дефицита времени. Большая нагрузка на зрительную сенсорную систему вызывает ее более быстрое по сравнению с другими системами утомление. Нервно-эмоциональное напряжение в сочетаний с гипокинезией уже через l, 5 -2 ч приводит к снижению функциональной активности нервной, мышечной и сердечно-сосудистой систем. Уменьшается тонус не принимающих участие в работе мышечных групп. Вследствие снижения мышечной активности ослабляются тонус сосудов, понижается АД, резко снижается скорость кровотока, уменьшается венозный возврат крови к сердцу — все это приводит к застою крови в области нижних конечностей и в брюшной полости. Аналогичная картина развивается при переутомлении.

Снижение энергетического обмена при умственном труде, связанном с малой двигательной активностью, при обычном питании обусловливает прибавку массы тела, что является фактором риска для многих функциональных систем организма, в первую очередь для системы кровообращения. С целью устранения факторов риска в режиме умственного труда необходимо чередовать умственную работу с организованной двигательной активностью в виде занятий физической культурой. После каждого часа умственной работы в перерывах необходимо проводить «физкультминутки», «физкультпаузы», производственную гимнастику, а подбор упражнений осуществлять с учетом специфики умственного труда и связанного с ним основного двигательного компонента.

Продолжительный умственный труд снижает функциональную активность коры больших полушарий. Уменьшаются амплитуда и частота основных ритмов ЭЭГ. Развивающееся утомление носит центральный характер и обусловлено стимуляцией коры больших полушарий сигналами от напряженных скелетных мышц через ретикулярную формацию. Чем интенсивнее интеллектуальная нагрузка, тем более выражено мышечное напряжение при утомлении.

Темпы развития утомления при умственном труде определяются особенностями типа нервной системы человека. Лица с устойчивым и экономичным режимом нервной деятельности к концу рабочего дня сохраняют резервы умственной работоспособности; лица с неустойчивым, неэкономичным режимом испытывают духовное и физическое переутомление. Утомление при умственном труде не проявляется в виде выраженной усталости, возможно, потому, что с окончанием работы умственная деятельность не прекращается. В коре больших полушарий протекают следовые процессы, ослабляющие мышечное напряжение. Изменения в деятельности внутренних органов при умственной работе не имеют специфических черт и отличаются от таковых при физической работе только количественно.

Утомление. Утомлением называется временное понижение работоспособности клетки, органа или целого организма, наступающее в результате работы и исчезающее после отдыха.

Если длительно раздражать ритмическими электрическими стимулами изолированную мышцу, к которой подвешен небольшой груз, то амплитуда ее сокращений постепенно убывает, пока не сойдет до нуля. Регистрируется кривая утомления. Наряду с изменением амплитуды сокращений при утомлении нарастает латентный период сокращения, удлиняется период расслабления мышцы и увеличивается порог раздражения, т.е. понижается возбудимость. Все эти изменения возникают не сразу после начала работы, существует некоторый период, в течение которого наблюдается увеличение амплитуды сокращений и небольшое повышение возбудимости мышцы. При этом она становится легко растяжимой. В таких случаях говорят, что мышца " врабатывается", т.е. приспосабливается к работе в заданном ритме и силе раздражения. После периода врабатываемости наступает период устойчивой работоспособности. При дальнейшем длительном раздражении наступает утомление мышечных волокон.

Понижение работоспособности изолированной из организма мышцы при ее длительном раздражении обусловлено двумя основными причинами. Первой из них является то, что во время сокращений в мышце накапливаются продукты обмена веществ (фосфорная кислота, связывающая Са++, молочная кислота и др.), оказывающие угнетающее действие на работоспособность мышцы. Часть этих продуктов, а также ионы Са диффундируют из волокон наружу в околоклеточное пространство и оказывают угнетающее действие на способность возбудимой мембраны генерировать ПД. Так, если изолированную мышцу, помещенную в небольшой объем жидкости Рингера, довести до полного утомления, то достаточно только сменить омывающий ее раствор, чтобы восстановились сокращения мышцы. Другой причиной развития утомления изолированной мышцы является постепенное истощение в ней энергетических запасов. При длительной работе резко уменьшается содержание в мышце гликогена, вследствие чего нарушаются процессы ресинтеза АТФ и КФ, необходимых для осуществления сокращения.

Следует оговорить, что в естественных условиях существования организма утомление двигательного аппарата при длительной работе развивается совершенно не так, как в эксперименте с изолированной мышцей. Обусловлено это не только тем, что в организме мышца непрерывно снабжается кровью, и, следовательно, получает с ней необходимые питательные вещества и освобождается от продуктов обмена. Главное отличие состоит в том, что в организме возбуждающие импульсы приходят к мышце с нерва. Нервно-мышечный синапс утомляется значительно раньше, чем мышечное волокно, в связи с быстрым истощением запасов наработанного медиатора. Это вызывает блокаду передачи возбуждений с нерва на мышцу, что предохраняет мышцу от истощения, вызываемого длительной работой. В целостном же организме еще раньше утомляются при работе нервные центры, (нервно-нервные контакты).

Роль нервной системы в утомлении целостного организма доказывается исследованиями утомления в гипнозе (гиря-корзина), установлением влияния на утомления " активного отдыха", роли симпатической нервной системы (феномен Орбели-Гинецинского) и др.. Для изучения мышечного утомления у человека пользуются эргографией. Форма кривой утомления и величина произведенной работы чрезвычайно вариирует у разных лиц и даже у одного и того же исследуемого при различных условиях.

Умеренный физический труд способствует функциональному и физическому совершенствованию организма, по существу оздоровлению человека. Функциональное и физическое совершенствование обеспечивает высокую физическую и умственную работоспособность, нормальную осанку, высокую двигательную культуру за счет образования различных моторных координации, адекватное развитие физических качеств (силы, быстроты, выносливости и ловкости), необходимых для оптимальной адаптации человека к условиям труда и среды обитания.

Чрезмерный физический труд, наоборот, истощает биоэнергетический потенциал организма и физиологические регуляторные механизмы, обеспечивающие биологическую и социальную адаптацию человека.