Создайте Ваш сайт учителя Курсы ПК и ППК Видеоуроки Олимпиады Вебинары для учителей
Возрастные роли человеческого фактора в эпоху ускорения научно - технического прогресса прогресса определяет необходимость усиления внимания решению ряда теоретических и приклатных проблем физиологического обеспечения высокой работоспособности человека и сохранения его профессионального здоровьяю
34
Утомление
Выполнил: Носков Н.С.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение…………………………………………………………………….. 2
Работоспособность…………………………………………………………. 4 Парадоксы утомления……………………………………………………… 8 Диапазон оптимальной деятельности…………………………………….. 10 Утомление и функциональные резервы организма……………………… 13 Мышечное утомление с позиции теории функциональных систем…….. 14 Динамика утомления. Переутомление……………………………………. 16
Механизмы развития утомления………………………………………….. 19
Утомление и неутомляемость……………………………………………… 21 Отдых и профилактика утомления………………………………………… 23 Восстановление…………………………………………………………….. 25 Диагностика утомления……………………………………………………. 28
Литература………………………………………………………………….. 31
ВВЕДЕНИЕ
Возрастание роли человеческого фактора в эпоху ускорения научно-технического прогресса определяет необходимость усиления внимания к решению ряда теоретических и прикладных проблем физиологического обеспечения высокой работоспособности человека и сохранения его профессионального здоровья. Одно из центральных мест среди этих проблем занимает проблема утомления. Полтора века интенсивных исследований этой проблемы в области физиологии труда и спорта, решая одни вопросы, выдвигают другие. Проблема содержит и сегодня ряд спорных вопросов, а некоторые установившиеся положения заслуживают обсуждения в свете новых фактов и идей.
С точки зрения самой сущности рассматриваемого понятия, утомление функциональное состояние организма, процесс снижения работоспособности под влиянием труда или состояние сниженной работоспособности?
Многие авторы под утомлением понимают временное снижение работоспособности под влиянием воздействия нагрузки. Однако работоспособность зависит не только от функционального состояния организма (в частности, утомления), но и от уровня профессиональной подготовленности, мотивации, интереса к работе и других факторов, не связанных непосредственно с содержанием рабочей нагрузки. Отсюда необходимо уяснить соотношение понятий утомления и работоспособности. Если понимать под утомлением функциональное состояние организма, то в его определение, по-видимому, следует ввести как внутренние (состояние функций), так и внешние (эффективность и качество труда) его проявления.
При определении понятия утомления ряд авторов рассматривает его в двух аспектах: как функциональное состояние определенной категории специалистов и как состояние, развивающееся под влиянием конкретного вида деятельности, если она определяет специфические причины и признаки его развития.
Дискуссионным является вопрос о формах и стадиях развития утомления (переутомления), о принципах классификации этого состояния.
В области изучения механизмов утомления несомненный интерес представляют суждения о роли регуляторных и энергетических процессов и, в частности, об особенностях динамики этих процессов в центрально-корковых аппаратах и периферических отделах рабочих органов.
В отношении причин утомления следует остановиться на вопросе о том, какова роль в развитии этого состояния, помимо рабочей нагрузки, других внешних и внутренних факторов деятельности и состояния человека.
В плане симптоматики и диагностики утомления требуют обсуждения вопросы о содержании его специфических и неспецифических признаков применительно к различным формам утомления и разным видам трудовой и спортивной деятельности, о дифференциальной диагностике утомления и других функциональных состояний организма (гипоксия, монотония, десинхроноз и т. д.), о дискоординации функций организма при развитии утомления и последовательности нарушений различных профессиональных и функциональных показателей.
Что такое работоспособность? С физиологической точки зрения работоспособность определяет возможности организма при выполнении работы к поддержанию структуры и энергозапасов на заданном уровне. В соответствии с двумя основными типами работ физической и умственной различают физическую и умственную работоспособность.
Работоспособность человека в течение трудового дня неодинакова. Можно говорить о ряде ее последовательных этапов (рис. 1). Первый этап врабатывание приходится, как правило, на первый час (реже на два часа) от начала работы. За это время происходит полный выход организма из сна и восстановление динамического стереотипа. Второй этап устойчивой работоспособности длится последующие 2 3 ч, после чего работоспособность вновь снижается (этап некомпенсированного утомления). Эти три этапа повторяются дважды за трудовой день: до обеденного перерыва и после него.
Рис. 1. Колебания уровня работоспособности в течение трудового дня
Таким образом, в течение суток кривая работоспособности выглядит волнообразной (рис. 2). Максимальные подъемы отмечаются в 10 13 и 17 20 часов. Минимум работоспособности приходится на ночные часы. Но и в это время наблюдаются физиологические подъемы с 24 до 1 часа ночи и с 5 до 6 часов утра.
По результатам многолетних исследований биоритмолога из Владивостока кандидата медицинских наук Л. Я. Глыбина можно полагать, что периоды подъема работоспособности в 5 6, 11 12, 16 17, 20 21, 24 1 час чередуются с периодами ее спада в 2 3, 9 10, 14 15, 18 19, 22 23 часа. Это нужно учитывать при организации режима труда и отдыха.
Рис. 2. Колебания уровня работоспособности в течение суток
Любопытно, что в течение недели отмечаются те же три этапа (рис. 3). В понедельник человек проходит стадию врабатывания, во вторник, среду и четверг имеет устойчивую работоспособность, а в пятницу и субботу у него развивается утомление.
Рис. 3. Колебания работоспособности по дням недели
Существует ли изменение работоспособности в течение продолжительных периодов времени: месяца, года или нескольких лет? Хорошо известно, что работоспособность женщин зависит от месячного цикла. Она снижается в дни физиологического стресса: на 13 14-й день цикла (фаза овуляции), перед месячными и во время них. У мужчин подобные изменения гормонального фона выражены слабее. Некоторые исследователи связывают околомесячные колебания тонуса с гравитационным влиянием Луны. Есть подтверждения, что действительно в период полнолуния человек имеет более высокий обмен веществ и нервно-психическую напряженность и менее устойчив к стрессам, чем во время новолуния. Причем у женщин овуляция и падение тонуса приходятся чаще всего на полнолуние.
Сезонные колебания работоспособности заметили давно. В переходное время года, особенно весной, у многих людей появляются вялость, утомляемость, снижается интерес к работе. Это состояние называют весенним утомлением. Многолетние циклы работоспособности были открыты ленинградским ученым В. И. Шапошниковой. Она установила, что у спортсменов наибольшие достижения отмечаются через два года на третий.
Упомянем и о теории определения трех биоритмов физического, эмоционального и интеллектуального со дня рождения. Эти циклы действительно существуют, причем они имеют связь с показателями обмена веществ. Но их трудно прогнозировать с момента рождения из-за многочисленных привходящих факторов, вызывающих физические, эмоциональные, психические стрессы. Например, при напряженных тренировках спортсменов или во время студенческой сессии амплитуда соответствующих биоритмов была все время на подъеме, а частота увеличивалась. Это свидетельствует о том, что психологические факторы сильнее природных датчиков ритма.
В последние годы обнаружены ритмы функционирования нервной, мышечной и сердечнососудистой систем продолжительностью 5 16 дней. Их выраженность зависит от тяжести труда. У людей тяжелого физического труда они равны 5 8 дням, у работников умственного труда 8 16 дням.
А как влияет на работоспособность возраст? Установлено, что в 18 20 лет у человека наблюдается самая высокая интенсивность интеллектуальных и логических процессов. К 30 годам она снижается на 4%, к 40 на 13, к 50 на 20, а в возрасте 60 лет на 25%. По данным ученых Киевского института геронтологии, физическая работоспособность максимальна в возрасте от 20 до 30 лет, к 50 60 годам она снижается на 30%, а в следующие 10 лет составляет лишь около 60% юношеской.
Все сказанное подводит к выводу, что чрезвычайно важно научиться выбирать оптимальное время для того или иного вида работы, совпадающее с пиком суточной, недельной, месячной работоспособности.
Оценка физической работоспособности проводится с помощью специальных тестов. В последние десятилетия наибольшее распространение получили такие, как Гарвардский степ-тест и PWC-170. Помимо этих методик, в условиях реального производства используют оценку работоспособности по производственным показателям. Психофизиологические методы включают в себя исследование функций зрительного и слухового анализаторов, динамометрию, вариационную пульсометрию, применение тестов на внимание, память, мышление. Эти методы разнообразны, и их набор в каждом конкретном случае определяется условиями труда и задачами исследования.
Длительное время ученые считали утомление отрицательным явлением, неким промежуточным состоянием между здоровьем и болезнью. Немецкий физиолог М. Рубнер в начале XX в. высказал предположение, что человеку отпущено на жизнь определенное число калорий. Поскольку утомление является «расточителем» энергии, оно ведет к сокращению жизни. Некоторым приверженцам этих взглядов даже удалось выделить из крови «токсины усталости», сокращающие жизнь. Однако время не подтвердило этой концепции.
Уже в наши дни академик АН УССР Г.В.Фольборт провел убедительные исследования, показавшие, что утомление является естественным побудителем процессов восстановления работоспособности. Здесь действует закон биологической обратной связи. Если бы организм не утомлялся, то не происходили бы и восстановительные процессы. Чем больше утомление (конечно, до определенного предела), тем сильнее стимуляция восстановления и тем выше уровень последующей работоспособности. Важно и то, что в период восстановления происходит «текущий ремонт» органов и тканей, усиливаются процессы регенерации, заживления ран. Все это говорит о том, что утомление не разрушает организм, а поддерживает его. Подтверждением этого вывода являются исследования и советского физиолога профессора И.А.Аршавского, в ходе которых было установлено, что физические нагрузки не сокращают, а, наоборот, увеличивают продолжительность жизни.
Одно из наиболее емких определений состояния утомления дали советские ученые В.П.Загрядский и А.С.Егоров: «Утомление, возникающее вследствие работы временное ухудшение функционального состояния организма человека, выражающееся в снижении работоспособности, в неспецифических изменениях физиологических функций и в ряде субъективных ощущений, объединяемых чувством усталости».
Почему же такая полезнейшая вещь имеет отрицательную окраску: снижается интерес к работе, ухудшается настроение, нередко возникают болезненные ощущения в теле?
Сторонники эмоциональной теории объясняют: это происходит, если работа быстро наскучила. Другие основой усталости считают конфликт между нежеланием работать и принуждением к труду. Наиболее доказанной сейчас считается деятельная теория. Она основана на установочной модели поведения, разработанной советским психологом Д.Н.Узнадзе. Согласно этой модели потребность, побуждающая человека к работе, формирует у него состояние готовности к действию или установку на труд. Действительно, в порыве творчества люди обычно не испытывают усталости. А как легко воспринимаются студентами первые лекции. Положительная установка на физические упражнения дает не усталость, а мышечную радость. Установка психологически поддерживает тонус организма на должном уровне. Если она угасает, то и возникает неприятное чувство усталости. Следовательно, только от нас с вами зависит ощущение утомления как болезненного явления или как удовольствия. Умеют же спортсмены, туристы и просто опытные физкультурники воспринимать усталость как мышечную радость. Когда утомление становится привычным, потребность в труде включает дополнительные резервы тонуса организма и формирует ощущение легкости, подъема, прилива сил, творческого настроя.
Итак, утомление это состояние человека, вызванное работой. Физическому утомлению способствуют динамические нагрузки, например длительная ходьба, бег, и статические нагрузки подъем тяжестей, их удержание, перенос. Умственное утомление вызывается нагрузкой на органы чувств (зрение, слух, осязание), сильным напряжением внимания, осознанием ответственности.
Чрезмерные нагрузки ведут к переутомлению. Чувство усталости служит сигналом к отдыху от физического труда. При умственной деятельности усталость бывает выражена не так резко, обычно в форме снижения интереса к работе. Однако здесь больше опасностей к развитию чрезмерного нервно-психического перенапряжения. Симптомы утомления быстро проходят. При переутомлении подобные симптомы принимают стойкий характер. В случае легкой степени переутомления достаточно перерыва в работе, привычного отдыха и сна, чтобы силы восстановились. Тяжелая степень переутомления требует длительного прекращения работы и специального лечения. Если эти меры не будут приняты, может развиться заболевание. Следовательно, утомление целесообразно считать нормальным состоянием организма, а переутомление пограничным состоянием между здоровьем и болезнью.
Парадокс заключается в том, что и отсутствие физической деятельности, называемое гиподинамией, тоже порождает своеобразное утомление уже от детренированности мышц. К тому же нервная система, лишенная поддержки со стороны мышц, не может наладить правильную регуляцию функций. Вот почему при гиподинамии развиваются разнообразные, особенно сердечно-сосудистые, заболевания. Все это означает, что человек должен жить в определенном диапазоне оптимальных нагрузок.
Нередко общая усталость появляется при отсутствии утомления. На первый взгляд это может показаться странным. Однако память практически каждому из читателей может подсказать подобные ситуации. Возьмем, к примеру, школьников. Они часто жалуются, что быстро устают в классе. Специалисты установили, что это далеко не всегда связано с истинным утомлением. Гигиенисты пишут об особой форме школьной усталости. Она развивается зимой в душных классах со спертым, «мертвым» воздухом. Достаточно посидеть в таком помещении полчаса час, и возникают сонливость, вялость, плохое настроение. Собственно утомления здесь нет, его вызывает только работа. При заболевании нервной системы усталость иногда становится хронической. Врачи тогда говорят об астеническом состоянии. Утомления здесь тоже нет.
Еще одна особенность при легкой, но однообразной деятельности утомление возникает и развивается значительно быстрее, чем при разнообразном труде. К тому же оно имеет, как правило, локальный характер. Устают только отдельные работающие органы, обычно руки, спина, зрение или слух. Это связано с особенностями монотонной работы, вызывающей повышенное нервно-психическое напряжение. Имеют значение и особенности психики человека. Общительные люди, стремящиеся к активному контакту с внешним миром (экстраверты), особо чувствительны к монотонии. Замкнутые люди, углубленные в свои внутренние переживания, меньше подвержены ее действию. Причины локальной усталости лежат в утомлении нервных центров. Она развивается значительно раньше, чем периферическое утомление мышц. Чем тяжелее работа, тем большее значение приобретает периферический компонент.
С позиций физиологии утомление это диспропорция между расходованием и восстановлением энергетических веществ. Чувствуем ли мы это? Конечно. Усталость появляется обычно в тот момент, когда организм израсходовал большую долю энергоресурсов, а их активное пополнение еще не началось. Как только включаются энергетические резервы, возбуждается кора головного мозга и работать становится легче открывается «второе дыхание». Это стадия компенсируемого утомления. Если же нагрузка продолжается, то чувство усталости нарастает, «третье дыхание» не возникает, и работа выполняется за счет силы воли. Это стадия некомпенсированного утомления.
Воля контролируется корой больших полушарий, в которой развивается охранительное торможение. Оно защищает мозг от избыточного количества сигналов от рабочих органов и предохраняет его от повреждения. Чрезмерная работа приводит к стадии парабиотического торможения в коре больших полушарий. Тогда уже не срабатывает и воля человек вынужден прекратить работу.
Таким образом, повышение работоспособности и ускорение роста производительности труда должны быть связаны не только с его облегчением, но и умением человека получать радость от деятельности, активно преодолевать утомление, включать свои резервы.
Проблема утомления является одной из актуальных в физиологии и неразрывно связана с представлениями об адаптации, о работоспособности, восстановлении и функциональных резервах организма. С медико-биологических позиций утомление целесообразно связать с особенностями мобилизации и использования функциональных резервов клеточного, тканевого, органного, системного и организменного уровней.
Функциональные резервы адаптации могут быть представлены в виде гетерогенной, биосоциальной системы, фундаментом которой выступает подсистема биохимических резервов, а вершиной подсистема психологических резервов. Базовым (центральным) звеном системы является подсистема физиологических резервов, объединяющая составляющие элементы системы функциональных резервов за счет нейрогуморальной регуляции.
В процессе адаптации к деятельности мобилизация функциональных резервов организма осуществляется в соответствии с особенностями деятельности, уровнем и спецификой адаптированности и текущего функционального состояния организма. Возникновение утомления обусловлено исчерпанием определенной очереди мобилизуемых функциональных резервов адаптации. Продолжение деятельности на фоне развивающегося утомления обеспечивается включением более высокого уровня эшелона мобилизуемых резервов адаптации. Исчерпание функциональных резервов адаптации происходит сообразно характеру деятельности или действия адаптогенного фактора.
МЫШЕЧНОЕ УТОМЛЕНИЕ С ПОЗИЦИИ ТЕОРИИ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ
Многочисленные литературные данные, характеризующие мышечное утомление, свидетельствуют о том, что эта проблема исследуется по двум основным направлениям: первое – это изучение роли самой мышцы в процессе утомления, второе развивает представление И.М.Сеченова о том, что при мышечной работе утомление наступает в первую очередь в нервных центрах.
С позиции теории функциональных систем, разработанной П.К.Анохиным, утомление следует рассматривать не как локальный процесс, происходящий только в мышце, или только в центральной нервной системе, а как новый уровень саморегуляции в системе, определяющей двигательную активность организма. Такая функциональная система включает следующие основные звенья:
исполнительное звено – сократительный аппарат мышцы, работа которого тесно связана с обменом веществ в ней и зависит от кровоснабжения, гормональных и нервных влияний; центральное звено – нейроны различных уровней центральной нервной системы, обеспечивающие через афферентные пути работу исполнительного звена; рецепторы результата – проприорецепторы мышцы, посылающие в центральную нервную систему по афферентным проводникам импульсацию, выполняющую роль трех типов афферентаций (обстановочной, пусковой и обратной), сформулированных в теории функциональных систем.
Полезным результатом этой функциональной системы является обеспечение двигательной активности без нарушения гомеостаза в организме. Если между сократительной активностью и метаболическими возможностями мышцы имеется динамическое равновесие, то все звенья системы работают по принципу саморегуляции согласованно, работоспособность мышцы при этом не снижается. Так, при некоторой оптимальной частоте сокращений мышца может работать практически без утомления. Если же сократительная деятельность превышает метаболические возможности (слишком велик груз, частота сокращений) или сократительная деятельность невелика, но метаболические возможности снижены (например, при нарушении кровообращения), то есть, если в исполнительном звене наблюдается рассогласование, проприорецепторы информируют об этом центральное звено. Изменения в крови при этом еще не обнаруживаются. Исследования показали, что в процессе длительной работы мышцы происходит постепенное уменьшение поступающей из нее афферентной импульсации. Изменение афферентного потока, поступающего в центральную нервную систему, вызывает перестройку саморегуляции двигательной системы, переход ее на низкий уровень функционирования.
С позиции теории функциональных систем утомление – это не истощение, а процесс, который, как писал А.А.Ухтомский, не допускает истощения организма.
Утомление временное снижение работоспособности, вызванное предшествующей деятельностью. Оно проявляется в уменьшении мышечной силы и выносливости, возрастании количества ошибочных и лишних действий, изменении частоты сердечных сокращений и дыхания, увеличении артериального давления, времени переработки поступающей информации, времени зрительно-моторных реакций. При утомлении ослабляются процессы внимания, его устойчивость и переключаемость, ослабляются выдержка, настойчивость, снижаются возможности памяти, мышления. Выраженность изменений состояния организма зависит от глубины утомления. Изменения могут отсутствовать при незначительном утомлении и приобретать крайне выраженный характер при глубоких стадиях утомления организма.
Субъективно утомление проявляется в виде ощущения усталости, вызывающего желание прекратить работу или снизить величину нагрузки.
Различают 3 стадии утомления. В первой стадии производительность труда практически не снижена, чувство усталости выражено незначительно.
Первая, начальная стадия отличается тем, что постоянное возрастание за счет увеличения волевого напряжения уровня возбуждения всех центральных (корковых, подкорковых, спинальных) структур моторного аппарата обеспечивает рекрутирование дополнительных нейромоторных единиц и таким образом осуществляет компенсацию снижения величины сократительного эффекта наиболее легко утомляемых (из состава задействованного в выполняемую деятельность нейромоторного пула) волокон в работающих мышцах.
Во второй стадии производительность труда снижена существенно, чувство усталости выражено ярко.
Вторая стадия утомления характеризуется активным торможением мышечной деятельности со стороны программно-контрольного механизма (акцептор результатов действия по П.К. Анохину) при наличии высокого уровня активации всех центральных структур моторной системы и наличии определенных резервов в мышечной системе, создающих возможность еще некоторое время продолжать выполнение мышечной работы.
В третьей стадии производительность труда может быть снижена до нулевых показателей, а чувство усталости сильно выражено, сохраняется после отдыха и иногда еще до возобновления работы.
Конкретный момент прекращения деятельности определяется программно-контрольным механизмом в соответствии с характером мотивации и некоторыми другими условиями выполнения этой деятельности.
Эту стадию иногда характеризуют как стадию хронического, патологического утомления, или переутомления. Переутомление проявляется в снижении производительности труда, творческой активности и умственной работоспособности, росте заболеваемости. Происходит и изменение периодики продукции биологически активных веществ.
Различают 4 степени переутомления: начинающееся, легкое, выраженное и тяжелое. Меры борьбы с ними должны соответствовать выраженности психофизиологических проявлений. Так, начинающееся переутомление хорошо компенсируется при четкой регламентации времени труда и отдыха. Легкая степень переутомления эффективно снимается в период очередного отпуска при рациональном его использовании. Выраженное переутомление требует срочного лечения в санатории, а тяжелая степень переутомления требует лечения в условиях клиники. В зависимости от характера труда различают физическое и умственное утомление.
Функциональные системы трудовой деятельности человека отражают интеграцию центральных и периферических структур и механизмов, определяющих эффективное достижение полезных результатов труда. Утомление сопряжено с определенными изменениями, возникающими как в эфферентном, так и в центральном звеньях этих функциональных систем. В историческом плане первыми были разработаны теории утомления периферического звена. Теория Шиффа связывала развитие утомления с недостаточностью энергетических запасов гликогена, жирных кислот (теория истощения). Теория Ферворна связывала развитие утомления с недостатком кислорода (теория удушения). Пфлюгер объяснял утомление появлением в мышцах молочной кислоты или токсинов утомления (теория засорения). Современные исследования дают основание считать, что все вышеизложенные причины утомления могут иметь место при напряженной физической работе. В результате в мышцах может наблюдаться процесс разобщения электромеханического сопряжения.
При работе малой и средней интенсивности утомление развивается в центральном звене в синапсах спинальных центров работающих мышц, а также в клетках коры большого мозга, формирующих произвольные (рабочие) движения. Эти положения нашли отражение во множестве вариантов центрально-нервной теории утомления. Согласно одному из них, к нейронам коры большого мозга поступает огромный поток сигналов от работающих мышц, зрительного, слухового и других анализаторов. Одновременно на эти же нейроны действуют метаболиты из работающих мышц, снижая их лабильность. Сочетанное действие этих факторов приводит к угнетению активности нейронов коркового отдела двигательного анализатора. Развитие торможения в центральных механизмах управления приводит к существенным сдвигам в состоянии регуляторных систем на периферии, в эффекторах.
Механизмы утомления при физической работе во многом сходны с таковыми при работе умственной. В обоих случаях лимитирующим звеном является утомление в центральных механизмах, которые могут быть общими для физического и умственного труда. Поэтому физическое и умственное утомление существенно влияют друг на друга. При физическом утомлении умственная деятельность малопродуктивна, равно как при умственном утомлении снижается физическая работоспособность, поскольку в обоих случаях имеет место существенное эмоциональное напряжение, сопровождаемое сходными вегетативными сдвигами.
Таким образом, различия между умственным и физическим утомлением имеют относительный характер. Поэтому и в методах профилактики утомления при различных видах труда много общего.
Известно, что 1 моль АТФ дает 48 кДж энергии и что для ресинтеза 1 М АТФ нужно 3 моля кислорода. В условиях срочной мышечной работы человека (бег на короткую дистанцию, прыжок, подъем штанги) запасов 02 в организме не хватает для немедленного ресинтеза АТФ. Такая работа обеспечивается за счет мобилизации энергии анаэробного распада креатинфосфата и гликогена. В итоге в организме накапливается много недоокисленных продуктов (молочной кислоты и др.). Создается кислородная задолженность. Такой долг погашается после работы за счет автоматической мобилизации дыхания и кровообращения (одышка и усиленное сердцебиение после работы). Если же работа, несмотря на наличие кислородного долга, продолжается, то наступает тяжелое состояние (утомление), которое иногда прекращается при достаточной мобилизации дыхания и кровообращения (второе дыхание спортсменов).
В естественных условиях утомление развивается, прежде всего, как отказ от работы аппаратов ЦНС. При этом электрическое раздражение мышц выявляет их дееспособность. Но и изолированные мышцы, а также децентрализованные мышцы в организме при их прямой стимуляции или стимуляции соответствующего нерва работают не бесконечно. Они тоже утомляются. С разной скоростью утомляются так называемые быстрые и медленные мышцы, имеющие разный тип энергетического обеспечения. Волокна быстрых фазных мышц, например портняжной мышцы лягушки или длинного разгибателя пальцев крысы, богаты гликогеном, но имеют мало митохондрий и практически не содержат миоглобина (аналог гемоглобина крови, депонирующий кислород). Они работают на энергетической основе анаэробного цикла реакций, а значит, быстро, но недолго, Эти мышцы быстро утомляются. Волокна медленных мышц с одиночной иннервацией, генерирующих ПД, например камбаловидной мышцы крысы, наоборот, бедны гликогеном, но богаты митохондриями и миоглобином, придающим им красный цвет. Эти мышцы при работе используют главным образом энергию аэробных реакций. Они особенно хорошо кровоснабжаются и могут работать долго без утомления.
Специальные тонические мышечные волокна, имеющие множественную иннервацию и работающие на основе низкочастотного локального возбуждения (ПСП), вообще слабы и соответственно тратят мало энергии. Поэтому при небольшом энергетическом обеспечении (в них относительно мало гликогена и митохондрий) они могут долго работать.
Утомление изолированных скелетных мышц, выражающееся в снижении их силы и далее в отказе от функции, имеет в качестве своей основной причины накопление в мышцах (внутри волокон и в межклеточных щелях) ряда продуктов метаболизма, прежде всего молочной кислоты (L-лактата), а также H3PO4. Эти вещества нарушают функции мышечных и нервных элементов и в особенности нервно-мышечную передачу. В свою очередь, накопление L-лактата (недоокисленного продукта) зависит от нехватки O2. Что касается энергетических ресурсов мышцы (гликогена, креатинфосфата), то они при обычных условиях утомления не исчерпываются.
Проблема утомления и восстановления, в разработку которой Г.В.Фольборт внес столь существенный вклад, продолжает оставаться одной из наиболее актуальных в теоретическом и практическом отношении. Четыре правила Фольборта, признанные И.П.Павловым, сыграли большую роль в формировании исходных позиций нескольких поколений физиологов и не утратили своего значения по настоящее время. Первое из них гласит: «Работоспособность органа не является его постоянным свойством, а определяется в каждый данный момент уровнем, около которого колеблется баланс процессов истощения и восстановления». После длительной или напряженной деятельности работоспособность снижается, что подтверждено как жизненной практикой, так и многочисленными экспериментами на мышцах и железах.
Вместе с тем известно, что, в отличие от скелетных мышц, или пищеварительных желез, кардио-респираторная система функционирует непрерывно на протяжении всей жизни организма. Физиологическую неутомляемость сердца И.М.Сеченов положил в основу научного обоснования восьмичасовой длительности рабочего дня еще в 1895 г., когда его фактическая длительность составляла от 12 до 14 ч. При этом И.М.Сеченов исходил из того, что ритмическая деятельность сердца состоит их систолы и диастолы, длительность которых при частоте пульса 75 уд./Мин соотносится как 3/5. Длительность диастолы становится достаточной для полного восстановления сократительной способности миокарда.
Деятельность дыхательного центра продолговатого мозга и главной дыхательной мышцы – диафрагмы могут служить еще одним примером относительной физиологической неутомляемости. В отличие от соотношения длительности систолы и диастолы в миокарде, соотношение длительности фаз вдоха и выдоха менее экономно: при нормальном спокойном дыхании с частотой 12 циклов в минуту составляет 5/6 или даже 9/10. Тем не менее, несмотря на более короткий период отдыха и дыхательный центр и диафрагма в обычных условиях работают в режиме физиологической неутомляемости.
Одним из механизмов неутомляемости системы, состоящей из утомляющихся элементов, может быть структурная организация, предусматривающая наличие дежурных единиц. Такая система требует определенной избыточности функциональных единиц, каждая из которых получает возможность восстановления своего энергетического потенциала за время, значительно превышающее длительность фазы отдыха в системе. Патологические процессы, связанные с деструкцией части органа или с хирургическим удалением, снижают число резервных функциональных единиц, создают предпосылки для утомления физиологически неутомляемых образований. Вторым механизмом неутомляемости следует считать одновременное протекание филогенетически наиболее древних анаэробных и более молодых – аэробных процессов освобождения энергии, типичное для миокарда или нейронов продолговатого мозга. Развитие утомления в физиологически неутомляемых системах проявляется в нарушениях ритма и является признаком обратимых или необратимых патологических изменений. В системе дыхания нарушения ритма проявляются в частом возникновении вставочных вдохов, укорочении дыхательных периодов, частой смене характера дыхания. Фазовый анализ кардио - и пневморитма позволяет осуществлять раннюю диагностику утомления в системе дыхания и кровообращения.
Труд и отдых две стороны единого процесса жизнедеятельности организма. Отдых состояние покоя или такого вида деятельности, которое снимает утомление и способствует восстановлению работоспособности. Еще И.М.Сеченов установил, что деятельность одних мышечных групп или конечностей способствует устранению утомления, возникающего при работе, в других мышечных группах. Это явление получило название активного отдыха.
Активный отдых это отдых, заполненный каким-либо видом деятельности, отличным от выполняемого труда. При утомлении легкой или средней степени смена работы приводит к более быстрому и полному восстановлению работоспособности по сравнению с отдыхом в покое. Активный отдых используется и при умственном труде. Смена напряженной интеллектуальной деятельности другим ее видом или легким физическим трудом приводит к быстрому снятию утомления, исчезновению ощущения усталости.
Механизмы активного отдыха, согласно одной из гипотез, связаны с явлениями индукции в нервных центрах: активные центры, управляющие деятельностью, используемой в качестве активного отдыха, «наводят», индуцируют и углубляют процессы торможения в утомленных центрах, чем способствуют более быстрому восстановлению их функциональных возможностей. Согласно другой гипотезе, эффекты активного отдыха развиваются в результате дополнительной афферентации от новых групп рецепторов, посредством чего повышается общий тонус ЦНС, ускоряются восстановительные процессы. Вероятно, обе эти гипотезы дополняют друг друга.
В профилактике развития утомления, снижении его глубины большую роль играет рациональная организация труда и отдыха, учитывающая специфику работы. Так, прекратив физическую работу, человек сразу выключается из трудового процесса, а потому достаточно эффективными могут оказаться приемы пассивного отдыха, особенно при тяжелом физическом труде.
При умственной работе мозг склонен к инерции, продолжению мыслительной деятельности в заданном направлении. После окончания работы «рабочая доминанта» полностью не угасает, что вызывает более длительное утомление ЦНС, чем при физическом труде.
Правильная организация труда включает внутрисменные перерывы на отдых, использование так называемой функциональной музыки. Сменность работы в различное время суток нежелательна, поскольку развивается десинхроноз.
Работоспособность человека в значительной мере определяется процессами восстановления, протекающими на разных этапах жизнедеятельности.
Восстановление процесс возвращения показателей гомеостазиса и структурных элементов организма к исходному состоянию после прекращения работы, устранение продуктов интенсивного обмена веществ.
Восстановление исходного состояния происходит по принципу саморегуляции. При этом наблюдается гетерохрония в восстановлении функций различных систем организма. Установлено, например, что после работы средней тяжести величина потребления кислорода возвращается к исходному уровню раньше, чем снижается до нормы концентрация молочной кислоты в крови, а восстановление уровня резервной основности крови затягивается на более долгий срок.
Процессы восстановления энергетических ресурсов в самой скелетной мышце также протекают гетерохронно. Например, содержание АТФ возвращается к исходному уровню через несколько секунд или минут, креатинфосфат восстанавливается несколько медленнее, для достижения исходного уровня гликогена требуются уже десятки минут, а иногда несколько часов, содержание белков восстанавливается еще позже. Гетерохрония восстановительных процессов выражена тем более ярко, чем тяжелее функциональные нагрузки.
Различают текущее и послерабочее восстановление.
Текущее восстановление происходит во все периоды функциональной активности, обеспечивая развертывание функций в период врабатывания, сохранение работоспособности в ходе работы и отдаление сроков развития утомления. Оно осуществляется при взаимодействии нейрогуморальных механизмов регуляции и саморегуляции клеточных обменных процессов и синтеза белка. Так, например, гипоталамус обеспечивает развитие процессов восстановления в работающих органах и тканях за счет нейроэндокринных механизмов, мобилизующих функции гипофиза, надпочечников и других эндокринных желез. Особенно важно адаптационно-трофическое влияние симпатического отдела вегетативной нервной системы, направленное на активацию работы скелетных мышц, ЦНС, сердечнососудистой системы. Большую роль в восстановительных процессах играет перераспределение кровотока, за счет чего увеличивается доставка к активно работающим органам и тканям кислорода, питательных веществ и ускоряется удаление конечных продуктов обмена.
Одной из характеристик изменений, вызываемых работой, является длительность восстановления время, необходимое для возвращения частоты сердечных сокращений к исходному уровню. После легкой работы этот параметр возвращается к исходному уровню в течение 3 5 мин, после тяжелой работы восстанавливается очень длительно, до нескольких часов (рис. 4)
Рис. 4. Процессы расхода и восстановления энергетических запасов организма.
I работа, II отдых; 1 расход; 2 восстановление;
3 сверхвосстановление; 4 исходный уровень; 5 возвращение к исходному уровню.
Оценить требования, предъявляемые к сердечнососудистой системе конкретным видом работы, можно путем подсчета пульсовой суммы восстановления, которая представляет собой разницу между количеством сердечных сокращений за период восстановления и за такой же отрезок времени в исходном состоянии.
Послерабочее восстановление обеспечивает возвращение физического статуса организма или его органов к исходному состоянию после рабочей нагрузки. Важное значение в развитии послерабочего восстановления имеет состояние ЦНС. Показано, что в ЦНС после прекращения работы отмечается наличие «остаточного», или «послерабочего», возбуждения, проявляющегося в ускорении и увеличении силы условных и безусловных рефлексов. У тренированных лиц это явление кратковременно или отсутствует полностью. У нетренированных послерабочее возбуждение выражено ярко и зависит от тяжести выполняемой работы.
Послерабочее возбуждение сменяется периодом послерабочего восстановительного торможения, характеризующегося ослаблением рефлекторных реакций.
Сверхвосстановление. При определенной подготовленности организма через некоторое время после работы отмечается возникновение повышенной работоспособности.
Аналогичное явление сверх исходного восстановления функций наблюдается и в отдельных функциональных системах и органах. Сверхвосстановление бывает наиболее ярко выраженным после интенсивного функционирования системы или органа. Биохимические исследования восстановительных процессов в скелетных мышцах животных подтверждают фазное их течение. Восстановление содержания в мышце гликогена, креатинфосфата, белков происходит с периодом избыточного восстановления. Наличие периода сверхвосстановления служит определенным фактором надежности, обеспечивающим готовность организма к последующей деятельности.
В прикладном плане важными для обсуждения являются вопросы о методических приемах диагностики утомления. Возрастает внимание к методам оценки функциональных резервов организма, их качественным и количественным характеристикам, как показателям скорости развития утомления, адекватность и информативность профессиональных и функциональных нагрузочных проб. Интересны и возможности новых методических направлений, таких, как, например, оценка изменений уровня функциональной асимметрии парных органов.
Разработаны некоторые субъективные и объективные методы: тест определения локализации различных ощущении усталости, тест субъективного шкалирования утомления в различных регионах тела, метод измерений периметров конечностей человека.
Тест определения локализации ощущений усталости состоит из схемы членения поверхности человеческого тела на 100 регионов и небольшой анкеты. При субъективном шкалировании утомления изучаются те локализации, где заранее установлено, что признаки утомления особенно сильно выражены; используется от 5 до 11 шкал. Для определения периметров конечности применяются специальные комплекты измерения, состоящие из измерительных лент шириной от 1 до 3 мм и калиброванных линеек, имеющих деления от 0.1 до 0.2 мм.
Лабораторные исследования показали перспективность разработанных методов. Так, коэффициент корреляции между полученными данными субъективного шкалирования утомления и объективного измерения снижения работоспособности составлял 0.8 0.9, а между теми же субъективными показателями и увеличением периметров конечности до 0.75.
В связи с широким внедрением в различные сферы деятельности автоматизированных систем управления и повышением требований к надежности и эффективности работы операторов этих систем возникла необходимость в углубленном исследовании процессов развития нервного утомления. Помимо прикладной значимости, результаты таких исследований могут иметь большое значение для понимания принципов организации нервных процессов в мозге вообще. Связано это с тем, что хорошо выраженное утомление представляет собой естественную модель системы, доведенной почти до «разрушения», в силу чего становится возможным изучать соотнесенность психофизиологических процессов с активностью конкретных нервных образований.
Исходным материалом для разработки критериев оценки состояния нервного утомления служили результаты анализа данных психофизиологических экспериментов, в которых, наряду с оценкой деятельности, регистрировалась электроэнцефалографическая активность (ЭЭГ-активность), отводимая от трех пар симметричных пунктов мозга испытуемых. При этом исходили из представлений о том, что взаимосвязь между ЭЭГ отдельных отведений и отдельными компонентами деятельности нельзя фиксировать, пока не известен характер электрической активности других зон. Отсюда вытекает, что координация, взаимосвязь и использование многомерных методов являются главными при разработке способов диагностики нервного утомления.
Для решения поставленной задачи разработано два критерия: первый, статистический, для решения прикладных задач, второй, аналитический – для более подробного изучения механизмов формирования нервного утомления.
Первый критерий основан на определении границы области допустимых совместных вариаций показателей ЭЭГ. Эта область строится по ЭЭГ-активности, регистрируемой в состоянии оптимальной работоспособности и представляет собой гиперэллипсоид, индивидуальный для каждого испытуемого. Выход за его границы ЭЭГ-показателей начинается раньше, чем возрастает число ошибок в деятельности, что позволяет рекомендовать разработанный критерий для тех случаев, когда основное внимание уделяется предсказанию ухудшения качества деятельности.
При построении второго критерия исходили из предположения о том, что развитие утомления связано с изменением стабильности системы, характеризующейся выбранными показателями. Он представляет собой аналитическую зависимость между связностью и интенсивностью взаимодействий отдельных отведений. Значение параметров такой зависимости можно найти с помощью построенной специальным методом корреляционной матрицы.
Использование этого критерия позволяет сделать определенные выводы как о роли собственных механизмов регуляции отдельных нервных центров, так и о значимости межцентральных взаимодействий в процессе развития нервного утомления.
ЛИТЕРАТУРА
Бодров В.А., Розенблат В.В. Физиологические проблемы утомления // VII Съезд Всесоюзного физиологического общества им. И.П.Павлова: Тез. докл. – Л., 1987. Т.1.
Зимкин Н.В., Сологуб Е.Б., Давиденко Д.Н. Проблема утомления и фенкциональные резервы организма. // VII Съезд Всесоюзного физиологического общества им. И.П.Павлова: Тез. докл. – Л., 1987. Т.1.
Кристьюхан Ю.А. Некоторые новые методы диагностики утомления // VII Съезд Всесоюзного физиологического общества им. И.П.Павлова: Тез. докл. – Л., 1987. Т.1.
Мойкин Ю.В. Особенности взаимоотношений центра и периферии в разные стадии развития мышечного утомления // VII Съезд Всесоюзного физиологического общества им. И.П.Павлова: Тез. докл. – Л., 1987. Т.1.
Добромыслова О.П. Мышечное утомление с позиции теории функциональных систем // Физиологические проблемы утомления и восстановления: Тез. докл. Всесоюзн. конф. – Киев – Черкассы, 1985. Ч.1.
Власкина Л.А., Владимирский Б.М. Диагностика состояния нервного утомления // Физиологические проблемы утомления и восстановления: Тез. докл. Всесоюзн. конф. – Киев – Черкассы, 1985. Ч.1.
Березовский В.А. Утомление и неутомляемость // Физиологические проблемы утомления и восстановления: Тез. докл. Всесоюзн. конф. – Киев – Черкассы, 1985. Ч.1.
Иванченко В.А. Секреты вашей бодрости. М., 1988.
Физиология человека: Учебник / Под ред. В.М.Смирнова. М., 2001
Общий курс физиологии человека и животных. В 2 кн. Кн.1 Физиология нервн., мышечн. и сенсорн. систем: Учебник для биол. и мед. спец. ВУЗов / Под ред. А.Д.Ноздрачева – М., 1991.
* Свидетельство о публикации выдается БЕСПЛАТНО, СРАЗУ же после добавления Вами Вашей работы на сайт
