Безопасность жизнедеятельности. Учеб. пособ. 2-е изд. 2019

31

2 ОСНОВЫ ФИЗИОЛОГИИ ТРУДА

2.1 Классификация основных форм деятельности человека

Физиология труда изучает реакции человеческого организма на разнообразные условия, в которых он может оказаться на современном производстве.

Многообразные формы трудовой деятельности с точки зрения физиологии делятся условно на физический и умственный труд.

Среди работников железнодорожного транспорта насчитывается несколько сотен профессий, одни из которых относятся к физическому труду, другие к умственному, однако провести четкое разграничение между этими двумя группами профессий становится все труднее.

Во все виды труда, несмотря на их многообразие, обязательно вовлекаются различные анализаторы, дыхание, кровообращение, терморегуляция, обмен веществ, нервно-мышечная система и другие физиологические системы, а также высшие психические функции – воля, память, внимание, мышление и т. д. Не существует физического труда, протекающего без участия человеческого мозга и его высших психических функций, как нет и умственного труда, протекающего без участия опорно-двигательного аппарата и вегетативных систем. Различия в этих случаях состоят лишь в степени и характере вовлечения тех или иных функций в процесс труда, но физический и умственный труд характеризуется некоторыми физиологическими особенностями.

Физическим трудом (работой) называют выполнение человеком энергетических функций в системе «человек – орудие труда». Физический труд характеризуется значительным мышечным напряжением, повышенной нагрузкой на опорно-двигательный аппарат, что сопровождается значительным увеличением расхода энергии, в несколько раз превышающим уровень энергозатрат организма, находящегося в состоянии покоя. Она подразделяется на два вида: динамическую и статическую. Динамическая работа связана с перемещением тела человека, его рук, ног, пальцев в пространстве; статическая – с воздействием нагрузки на верхние конечности, мышцы корпуса и ног при удерживании груза, при выполнении работы стоя или сидя [15]. Чем больше объем выполненной работы, тем большего потребления кислорода она требует. Это позволяет физиологически охарактеризовать мышечную работу так называемым кислородным запросом.

Избыточное количество кислорода, потребляемое организмом при выполнении физической работы, может служить мерилом её физиологической тяжести. Однако не при всех видах трудовой деятельности количество кислорода, дополнительно потребляемое за период работы, в точности соответствует кислородному запросу. В этих случаях возникает кислородный долг, который покрывается по окончании работы. Это значит, что в восстановительном периоде (после окончания мышечной работы) дыхание, пульс и другие функции все еще остаются повышенными и лишь постепенно достигают уровня покоя, чем объясняется потребность в длительном

32

отдыхе (до 50 % рабочего времени). Мышечная работа вызывает и усиленное теплообразование. Перечисленные закономерности позволяют различать в едином цикле мышечной работы ряд стадий.

Первая – стадия врабатывания, когда не только налаживается координация мышечных движений и устанавливается общий динамический стереотип, но и происходит постепенное «втягивание» в работу систем вегетативного обеспечения.

Вторая – когда доставка кислорода к тканям уравновешивается скоростью его потребления. Такая работа может совершаться достаточно долго. Подобное состояние организма при работе называется устойчивым. Все показатели функционального состояния организма: частота и глубина дыхания, пульс, минутный объем легких и сердца, рН крови и другие – остаются на более или менее постоянном уровне. Восстановительный период в этом случае длится несколько минут.

Третья – когда выполняемая работа превышает функциональные возможности вегетативных систем и протекает при нарастающем кислородном долге, и последний быстро достигает уровня, когда дальнейшее продолжение работы становится невозможным. Подобное состояние организма называется в физиологии труда стадией нарастающего утомления. Эта стадия требует длительного восстановительного периода.

Физическая тяжесть работы определяется энергетическими затратами в процессе трудовой деятельности и подразделяется на следующие категории: легкие, средней тяжести и тяжелые физические работы.

Легкие физические работы (категория I) подразделяются на две категории: Iа, при которой энергозатраты составляют до 139 Вт, и Iб, при которой энергозатраты составляют 140‒174 Вт. К категории Iа относятся работы, проводимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим усилием. К категории Iб относятся работы, проводимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим усилием [15].

Физические работы средней тяжести (категория II) подразделяются на две категории: IIа, при которой энергозатраты составляют 175‒232 Вт, и IIб, при которой энергозатраты составляют 233‒290 Вт. К категории IIа относятся работы, связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя и требующие определенных физических усилий. К категории IIб относятся работы, связанные с ходьбой, перемещением и перенесением тяжестей массой до 10 кг и сопровождающиеся умеренным физическим усилием [15].

Тяжелые физические работы характеризуются расходом энергии более 290 Вт. К этой категории относятся работы, связанные с постоянными передвижениями, перемещением и перенесением значительных (свыше 10 кг) тяжестей и требующие больших физических усилий.

Умственный труд объединяет работы, связанные с приемом и переработкой информации, требующей преимущественного напряжения сенсорного аппарата (перцептивная деятельность), внимания, памяти, а также

33

активизации процессов мышления, эмоциональной сферы. Деятельность сенсорных систем вызывают те виды труда, которые протекают с участием главным образом анализаторных функций (зрения, слуха, тактильной температурной, вибрационной и другой чувствительности), сочетающихся с малой степенью использования двигательного аппарата. К этим видам труда относится (преимущественно) управляющая деятельность, будь то управление техническими системами или человеческим коллективом. В этих видах труда на первое место выступают внимание, память, способность к быстрому восприятию и переработке разнообразной информации, выработке стратегии и тактики действий, а также воля, решительность, умение выделить главное и тому подобные психические свойства. В основе этих свойств лежат ассоциативная, замыкательная функция коры больших полушарий мозга и способность её действовать на основе недостаточно полной информации. Эти свойства называют творческими способностями человека, так как они требуют не столько выполнения точных инструкций и правил трудового поведения, сколько ясного осознания цели. Такую деятельность называют эвристической.

Умственная деятельность с физиологической точки зрения характеризуется малыми энергетическими затратами – признаком, отличающим её от мышечной работы. Другое отличие заключается в том, что умственный труд крайне чувствителен к нарушениям гомеостаза и требует более высокого уровня комфорта. Так, любое недомогание, высокая или низкая температура окружающей среды, шум, вибрация и другие неблагоприятные факторы производственной обстановки отражаются на способностях человека к умственному напряжению в большей степени, чем к мышечной деятельности.

Третье важное отличие умственного труда от физического заключается в том, что мышечная деятельность более лабильна (изменяема) и легче переходит в другую, чем умственная деятельность, при которой работа центральной нервной системы (ЦНС) продолжается в том же направлении и после окончания трудового дня, а иногда даже в состоянии сна. Для данного вида труда характерна гипокинезия, т. е. значительное снижение двигательной активности человека, приводящее к ухудшению реактивности организма и повышению эмоционального напряжения. Гипокинезия является одним из условий формирования сердечно-сосудистой патологии у лиц умственного труда. Длительная умственная нагрузка оказывает угнетающее влияние на психическую деятельность: ухудшаются функции внимания, памяти (кратковременной и долговременной), восприятия.

В соответствии с существующей физиологической классификацией трудовой деятельности различают:

 труд, характеризующийся значительным мышечным напряже-

нием. К нему можно отнести работу землекопа, грузчика, кузнеца, молотобойца и многие другие, еще не механизированные процессы. Эти работы характеризуются повышенными энергетическими затратами;

34

труд при механизированных производственных процессах. Раз-

личные формы механизированного труда широко распространены во всех отраслях промышленности. В основном это станочные работы, которые в ряде случаев характеризуются монотонностью;

труд при полуавтоматических и автоматических производ-

ственных процессах. При полуавтоматическом производстве человек не принимает участия в обработке предмета труда, его роль ограничена обслуживанием станка. Для данного вида труда характерны монотонность, повышенный темп и ритм работы. При автоматическом процессе участие человека сводится к управлению механизмами и регулированию их работы, что требует высокой квалификации и приближает труд рабочих к ин- женерно-техническому персоналу. Одновременное управление многими автоматами требует участия высших центров по переработке получаемой информации для быстрого решения возникающих задач;

конвейерная (групповая) форма труда определяется дроблением процесса труда на операции со строгой их последовательностью и ритмом, автоматической подачей деталей к каждому рабочему месту с помощью конвейера. При этом чем меньше интервал времени, затрачиваемого работающими на операцию, тем монотоннее работа, тем упрощеннее её содержание, что приводит к преждевременной усталости и быстрому нервному истощению;

труд с дистанционным управлением. С физиологической точки зрения различают два вида дистанционного управления: управление, требующее частых активных действий работающего, и управление, связанное

средкими его действиями. В первом случае внимание работника получает разрядку в многочисленных движениях или речедвигательных актах. Во втором случае работник находится главным образом в состоянии готовности к действию, его реакции малочисленны.

Интеллектуальный труд подразделяется на операторский, управленческий, творческий, труд медицинских работников, труд преподавателей, учащихся, студентов. Эти формы отличаются организацией трудового процесса, равномерностью нагрузки, степенью эмоционального напряжения. Работа оператора отличается большой ответственностью и высоким нервно-эмоциональным напряжением. Труд железнодорожного диспетчера характеризуется переработкой большого объема информации за короткое время и повышенной нервно-эмоциональной напряженностью. Труд руководителей предприятий, учреждений определяется чрезмерным объемом информации, дефицитом времени для её переработки, повышенной ответственностью за принятие решений, периодическим возникновением конфликтных ситуаций. Труд преподавателей и медицинских работников связан с постоянными контактами с людьми (в большом количестве), повышенной ответственностью, дефицитом времени и информации, что повышает степень нервно-эмоционального напряжения. Труд студентов, учащихся вызывает напряжение основных психических функций (память, внимание, восприятие), стрессы (особенно во время зачетов и экзаменов).

35

Творческий (интеллектуальный) труд – это труд научных работников, конструкторов, художников, композиторов, писателей, архитекторов. Это наиболее сложная форма трудовой деятельности, требующая значительного объема памяти, напряжения, внимания и нервно-эмоционального напряжения. К последствиям такого напряжения можно отнести тахикардию (учащенный пульс), повышение кровяного давления, изменение ЭКГ, увеличение легочной вентиляции и потребления кислорода, повышение температуры тела человека и другие изменения вегетативных функций.

Тяжесть труда является количественной характеристикой физического труда. Напряженность труда количественная характеристика умственного труда. Она определяется величиной информационной нагрузки.

Медико-физиологическая классификация тяжести и напряженности труда проводится на основании комплексной количественной оценки фак-

торов условий труда, называемой интегральной величиной тяжести и напряженности труда (Ит).

К I категории относят работы, выполняемые в оптимальных условиях труда при благоприятных нагрузках. II категория включает работы, выполняемые в условиях, соответствующих предельно допустимым значениям производственных факторов. К III категории относят работы, при которых вследствие не вполне благоприятных условий труда у людей формируются реакции, характерные для пограничного состояния организма (ухудшение некоторых показателей психофизиологического состояния к концу работы). IV категория включает работы, при которых неблагоприятные условия труда приводят к реакциям, характерным для предпатологического состояния у большинства людей. К V категории относят работы, при которых в результате воздействия весьма неблагоприятных условий труда у людей в конце рабочего периода формируются реакции, характерные для патологического функционального состояния организма. VI категория включает работы, при которых подобные реакции формируются вскоре после начала трудового периода (смены, недели).

I и II категории тяжести и напряженности труда соответствуют комфортным производственным условиям, III относительно дискомфортным, IV и V экстремальным и VI сверхэкстремальным.

При оценке тяжести физического труда пользуются показателями динамической и статической нагрузки. Показатели динамической нагрузки:

масса поднимаемого и перемещаемого груза вручную;

расстояние перемещения груза;

мощность выполняемой работы: при работе с участием мышц нижних конечностей и туловища, с преимущественным участием мышц плечевого пояса;

мелкие, стереотипные движения кистей и пальцев рук, количество за смену;

перемещение в пространстве (переходы, обусловленные технологическим процессом), км.

36

Показатели статической нагрузки:

масса удерживаемого груза, кг;

продолжительность удерживания груза, с;

статическая нагрузка за рабочую смену, Н, при удержании груза: одной рукой, двумя руками, с участием мышц корпуса и ног;

рабочая поза, нахождение в наклонном положении, процент сменного времени;

вынужденные наклоны корпуса более 30°, количество за смену;

линейный пространственный компоновочный параметр элементов производственного оборудования и рабочего места, мм;

угловой пространственно-компоновочный параметр элементов производственного оборудования и рабочего места, угол обзора;

значение сопротивления приводных элементов органов управления (усилие, необходимое для перемещения органов управления), Н [15].

Динамическую физическую нагрузку определяют, как правило, одним из следующих показателей: работой или мощностью усилия (Вт); статическую физическую нагрузку определяют в кг/с.

Статическая нагрузка это усилия на мышцы человека без перемещения тела или его отдельных частей. Величина статической нагрузки определяется произведением величины усилия на время поддержания (в случае различных величин усилий время поддержания каждого из них определяют отдельно, находят произведения величины усилия на время поддержания и затем эти произведения суммируют) [15].

При оценке напряженности умственного труда используют показатели внимания, напряженности зрительной работы и слуха, монотонности труда [15].

2.2 Антропометрические характеристики человека

Антропометри́я (греч. anthrōpos – человек, и metreō – мерить, измерять) – совокупность методических приемов в антропологическом исследовании; включает измерение тела и его частей (соматометрию) и скелета (остеометрию, краниометрию), а также описание (антропоскопию) тела человека в целом и отдельных его частей (развитие жирового слоя, мускулатуры, форма грудной клетки, спины, живота, ног, пигментация, волосяной покров, вторичные половые признаки и др.).

Антропометрические стандарты устанавливают с учетом возрастной, половой и этнотерриториальной принадлежности и периодически обновляют (не реже одного раза в 5 10 лет).

Антропометрию применяют в клинической практике, в судебной медицине (для экспертизы возраста), акушерстве (определение размеров таза женщины, степени доношенности новорожденных), педиатрии (для контроля физического развития детей) и гигиене (детская, школьная, профессиональная антропометрия и др.). Данные антропометрии широко используют для оценки годности к военной службе, стандартизации одежды, обу-

37

ви, рационального устройства рабочих мест, оценки влияния различных социально-экономических и других мероприятий на физическое развитие и здоровье населения.

Учет антропометрических характеристик человека при проектировании наиболее рациональных условий труда способствует повышению его безопасности и комфортности, так как позволяет рассчитывать пространственную организацию рабочего места, устанавливать зоны досягаемости и видимости, размеры конструктивных параметров рабочего места и приспособлений (высота, ширина, длина, глубина и т. п.).

Антропометрические характеристики (АХ) подразделяют на динамические и статические. Их состав показан на рис. 2.1 [15].

Рис. 2.1. Классификация антропометрических характеристик

Подробные программы антропометрических исследований включают до 60 измерительных и описательных признаков для мужчин и женщин. Большая часть антропометрических показателей основывается на скелетных размерах. На рис. 2.2 и 2.3 дано графическое изображение антропометрических признаков человека в положении стоя и сидя, цифрами обозначены соответствующие антропометрические признаки.

Интерес к системам «человек – машина» возник в середине двадцатого века и был обусловлен тем, что в качестве объектов технического проектирования и конструирования стали все чаще выступать различного рода сложные системы управления (производством, транспортом, связью, космическими полетами и т. п.), эффективность функционирования которых во многом определяется деятельностью включаемого в них в качестве ведущего звена человека. Сочетание способностей человека и возможностей машины (или совокупности технических средств) существенно повышает эффективность управления.

38

Рис. 2.2. Схема антропометрических признаков тела человека в положении стоя

Эргономика научная дисциплина, комплексно изучающая человека (группу людей) в конкретных условиях его (их) деятельности, связанной с использованием машин (технических средств). Человек, машина и среда рассматриваются в эргономике как сложное, функционирующее целое, в котором ведущая роль принадлежит человеку. Эргономика является одновременно и научной, и проектировочной дисциплиной, т. к. в ее задачи входит разработка методов учета человеческих факторов при модернизации действующей и создании новой техники и технологии, а также соответствующих условий труда (деятельности) [18].

39

Рис. 2.3. Схема антропометрических признаков тела человека в положении сидя

Предметом эргономики является конкретная деятельность человека (группы людей), использующего машины (технические средства), а объектом исследования система «человек (группа людей) машина (техническое средство) среда». Задача оптимизации таких систем требует комплексного подхода. «Эргономика это наука плюс техника. Предмет эргономики как науки деятельность человека-труженика и человека-потребителя. Цель эргономики как техники ‒ оптимизация условий труда» [18].

Эргономика рассматривает технический и человеческий аспекты в неразрывной связи. Решение прикладных проблем эргономики предполагает движение одновременно в двух направлениях от требований человека к технике и условиям ее функционирования и от требований техники и условий ее функционирования к человеку. Оба эти направления взаимосвязаны, и оптимальные решения находятся, как правило, на их пересечении [18].

40

До недавнего времени считалось достаточным решать вопросы проектирования новой техники исходя из соображений ее производительности, надежности и экономичности в эксплуатации. Ныне эта точка зрения подвергается уточнению и расширению.

Резкое повышение роли человеческого фактора в общественном производстве и реальная потребность всестороннего развития человека, обусловленные научно-технической революцией, заставляют принимать во внимание не одну только экономическую, но и социальную эффективность разрабатываемых проектов новой техники [18].

Эргономичность техники складывается из нескольких эргономических свойств, к которым относятся управляемость, обслуживаемость, освояемость и обитаемость. Первые три описывают свойства техники, при которых она органично включается в оптимальную психофизиологическую структуру деятельности человека (группы людей) по управлению, обслуживанию и освоению техники. Под обитаемостью понимается эргономическое свойство техники, при котором условия ее функционирования приближаются к оптимальным с точки зрения жизнедеятельности работающего человека (группы людей), а также обеспечиваются уменьшение или ликвидация вредных последствий функционирования техники для окружающей среды. Эргономические свойства техники представляют собой определенные предпосылки, возможности деятельности человека, относящиеся к ее объективным условиям [18].

Рабочее место зона, оснащенная необходимыми техническими средствами, в которой совершается трудовая деятельность исполнителя или группы исполнителей, совместно выполняющих одну работу или операцию, является основой любого производства или машины.

Рабочее место должно быть приспособлено для конкретного вида труда и для работников определенной квалификации с учетом их физических и психических возможностей и особенностей. Пространственная организация рабочего места включает в свой состав учет антропометрических данных, выбор рационального расположения рабочих зон, рабочих поверхностей, физиологически рациональной рабочей позы, а также проектирование рациональных конструкций оргоснастки.

Конструкция рабочего места должна обеспечивать быстроту, безопасность, простоту и экономичность технического обслуживания в нормальных и аварийных условиях; полностью отвечать функциональным требованиям и предполагаемым условиям эксплуатации [18].

При организации рабочего места принимают во внимание:

рабочую позу (работа «сидя», «стоя», «сидя-стоя»);

конфигурацию и способ размещения панелей индикаторов и органов управления;

потребность в обзоре рабочего места (пульта);

необходимость использования рабочей поверхности для письма или других работ, для установки телефонных аппаратов, а также хранения