Charakterystyka dynamicznego obciążenia
fizycznego (fizjologia pracy dynamicznej)

Marta Kowalczyk 167920

Na sumaryczne obciążenie organizmu człowieka
spowodowane wysiłkiem fizycznym składają się
następujące elementy:

●obciążenie dynamiczne, mierzone wielkością wydatku
energetycznego,

●obciążenie statyczne, mierzone szacunkową metodą
punktową,

●monotypowość ruchów, mierzona szacunkową metodą
punktową,

●hipokineza (niedostatek ruchu), mierzona szacunkową
metodą punktową.

Te zróżnicowane elementy obciążenie fizycznego

wywołują różne skutki w organizmie i mają źródła w
określonych rozwiązaniach organizatorskich i
technologicznych.

W celu zrozumienia istoty pracy fizycznej i dynamicznej należy
znać budowę i rodzaje mięśni oraz czynniki decydujące o ich sile.

Do kości przytwierdzonych jest ponad 500 mięśni szkieletowych,
są one przyczepione do kości za pośrednictwem zwężających się,
powrózkowatych zakończeń zwanych ścięgnami. W czasie ruchu
mięsień kurczy się i pociąga kość. Kości i mięśnie tworzą jeden z
głównych układów ciała – układ szkieletowo-mięśniowy.
Praca fizyczna dynamiczna jest definiowana jako praca
wykonywana z przeważającym udziałem skurczów izotonicznych
i krótkotrwałych skurczów izometrycznych.

Skurcz izotoniczny zachodzi wówczas, jeśli jeden z przyczepów
mięśnia jest wolny i w wyniku pobudzenia następuje jego
skracanie z maksymalną szybkością. Napięcie mięśni w tej
sytuacji nie zmienia się. Skurcz izometryczny zachodzi wtedy,
gdy obydwa przyczepy mięśni są unieruchamiane a opór
przekracza wielkość siły maksymalnej skurczu co w efekcie
powoduje w mięśniu pobudzonym wzrost napięcia. Natomiast
jego długość nie zmienia się. Taki typ skurczów przeważa w
czasie wysiłków statycznych.

Praca dynamiczna jest podstawowym
czynnikiem, który powoduje podwyższenie
poziomu przemiany materii. Związana z nią
wielkość wydatku energetycznego jest
proporcjonalna do wskaźników
fizjologicznych, takich jak:
●ilość zużytego tlenu (szybkość oddechu-
poziom zużytego tlenu lub wydychanego
dwutlenku węgla),
●częstość skurczów serca,
●ciśnienie krwi,
●temperatura ciała i skóry.

Dynamiczna praca fizyczna, którą można ocenić za
pomocą energetycznych zmian zachodzących podczas
wysiłku, jest stosunkowo dobrze poznanym elementem
obciążenia na stanowisku pracy. Jest to praca związana ze
znaczną aktywnością ruchową, która wymaga
uaktywnienia przede wszystkim układów: krążenia i
oddechowego, dostarczających tlen i składniki
pokarmowe do pracujących mięśni, a także systemu
termoregulacji usuwającego nadmiar wyprodukowanej
energii w celi zapobieżenia wzrostowi temperatury ciała.
Ocena pracy wykonanej przez organizm może być oparta
na wynikach pomiaru zmian czynności tych układów.

Energetyczny komponent wysiłku fizycznego

najczęściej określa się jako wydatek (koszt)
energetyczny wykonywanej pracy, określany również
jako szybkość metabolizmu.

●skurcze o charakterze
izotonicznym
●zapotrzebowanie na tlen i
substraty energetyczne
równoważone zwiększonym
przepływem krwi
●zmieniający cyklicznie swoje
wymiary mięsień współpracuje
z układem krążenia
●wyzwalane większe siły
maksymalne w dłuższych
okresach czasu, krótsze czasy
regeneracji

Analiza energetycznych zmian zachodzących podczas wysiłku jest
często stosowaną metodą oceny obciążenia na stanowisku pracy,
wynikającego z wykonywania pracy fizycznej z dużym udziałem
wysiłku dynamicznego.

Ocena kosztu energetycznego różnych czynności występujących
w pracy zawodowej ma duże znaczenie w ergonomii i praktyce
zakładowych służb bezpieczeństwa i higieny pracy. Informacje
tego typu umożliwiają bowiem dokonanie charakterystyki
stanowisk pracy i mogą być pomocne w doborze pracowników do
określonych prac.

Podczas pracy fizycznej energia produkowana przez organizm
jest zamieniana w części na pracę mechaniczną (do 25%) i
ciepło.

Wydatek energetyczny, definiowany jako ilość energii

wydatkowanej przez organizm podczas wykonywania czynności
roboczych

jest często stosowaną miarą ciężkości pracy. Na ilość

energii zużywanej przez organizm w czasie wykonywania pracy
składa się:

●wydatek energetyczny spoczynkowej przemiany materii

●energia zużytkowana na wykonanie danej czynności, czyli tzw.
wydatek energetyczny pracy efektywnej (lub netto).

Podczas wykonywania pracy o określonym wysiłku fizycznym
organizm ludzki osiąga stan równowagi pomiędzy
powstawaniem i wydalaniem produktów przemiany materii
towarzyszącej przemianom metabolicznym.

Podczas wykonywania pracy umiarkowanej dostarczana ilość
tlenu jest całkowicie wystarczająca dla mięśni biorących udział w
procesie pracy, a występująca oszczędność kosztów energii
umożliwia znaczne wydłużenie efektywnego czasu pracy.
Natomiast w czasie wykonywania pracy dynamicznej często
następuje spadek wydajności energetycznej, którego
regeneracja nie jest możliwa w czasie stosowanych przerw w
pracy.

W krótkich odstępach czasu, podczas wykonywania pracy
dynamicznej, może występować wysiłek większy od
maksymalnego, powodując na początku wysiłku niedobór tlenu, a
następnie wystąpienie długu tlenowego, który musi być
uzupełniony po zakończeniu wysiłku. Pokrycie wydatku
energetycznego organizmu w fazie beztlenowej trwającej 20-30
sekund powoduje tworzenie się kwasu mlekowego.

Zgodnie z układem jednostek SI, wydatek
energetyczny określany jest w jednostkach
pracy, czyli w dżulach (J) na jednostkę czasu
lub w watach (W).

Często również koszt energetyczny pracy
przedstawiany jest w watach w przeliczeniu
na powierzchnię ciała (W/m^2). Ponadto, ze
względu na długoletnie funkcjonowanie
jednostek kalorymetrycznych kalorii (cal) lub
kilokalorii (kcal) w określeniu wydatku
energetycznego, jednostki te wciąż
spotykamy w praktyce przemysłowej , w
przepisach czy podręcznikach przy określaniu
ciężkości pracy.

Wysiłek fizyczny dynamiczny może zaburzyć normalne
funkcjonowanie organizmu człowieka między innymi
poprzez:
●wywołanie hamowania wydzielania soków
trawiennych( w przypadku ciężkich i długotrwałych
wysiłków),
●zmniejszenie ilości wody ustrojowej (poprzez
pocenie się),
●zmniejszenie objętości krwi bieżącej, zarazem
zwiększenie prędkości jej przepływu,
●zwiększenie stężenia potasu i noradrenaliny we krwi,
●zwiększenie aktywności układu współczulnego i
rdzenia nadnerczy,
●powodowanie pojawienia się tzw. białkomoczu
wysiłkowego (około pół godziny po zakończeniu
wysiłku).

Jako kryterium oceny obciążenia rąk i nóg
przyjmujemy wartości wysiłku fizycznego (w
KG) potrzebnego do poruszania
odpowiednich urządzeń sterowniczych.
Wartości te zamierzone (dla prototypu) lub
założone przez konstruktora (ocena
dokumentacji) należy porównać z
wartościami optymalnymi określonymi w
zależności od ustalonej populacji
użytkowników, rodzaju ruchów oraz ich
częstości. Należy pamiętać, że nadmierna
jednostajność ruchów (monotypowość)
nawet przy niewielkim wysiłku powoduje
znużenie fizyczne i psychiczne.

Obciążenie innych części ciała
powodowane jest przeważnie
niewłaściwym rozmieszczeniem
urządzeń sterowniczych, co
zmusza do pracy w niewygodnej
pozycji, nadmiernych skłonów,
wychyleń itp. Zwykle jest to
wynikiem źle zaprojektowanej
przestrzeni roboczej.

●metody tabelaryczne

●metoda oparta na podstawie
pomiaru częstości skurczów serca

●metody kalorymetrii bezpośredniej i
pośredniej

Przy braku możliwości wykonywania
pomiaru wydatku energetycznego jedną z
wymienionych wcześniej metod, wartości
te możemy określić za pomocą
szacunkowej metody chronometrażowo-
tabelarycznej, odczytując z tabeli wartość
wydatku energetycznego dla typowych
czynności występujących w życiu
codziennym i pracy zawodowej.

Szczególną formą szacowania wielkości wydatku
energetycznego na stanowiskach pracy metodą
chronometrażowo-tabelaryczną jest metoda
Lehmanna. Metoda ta uwzględnia pozycję i rodzaj
grup mięśniowych zaangażowanych przy
wykonywaniu pracy.

Powyższa metoda ma zastosowanie jedynie w
przypadku pracy dynamicznej, z zaangażowaniem
dużych grup mięśniowych, przy małym statycznym
obciążeniu mięśni i przy braku wpływu stresu
cieplnego i obciążenia psychicznego pracownika
podczas pracy.

Zależność między częstością skurczów serca i kosztem
energetycznym pracy może być opisana następującym
wzorem:

M = 4,0 x HR – 225

M – koszt energetyczny pracy mierzony w watach na metr
kwadratowy

HR – częstość skurczów serca zmierzona podczas pracy

Wydatek energetyczny człowieka
podczas wysiłku można ocenić na
podstawie pomiaru ilości ciepła
wytworzonego w organizmie metodą
kalorymetrii bezpośredniej,
wykonywanego w specjalnych
komorach (laboratoriach)
kalorymetrycznych. Polega ona na
umieszczeniu badanego w szczelnej
komorze i określeniu ilości
wytworzonego przez niego ciepła.
Następnie ilość wydzielonego ciepła
jest przeliczana na wartość kalorii
wykorzystanych do utrzymania
procesów fizjologicznych.

Na podstawie zależności między wentylacją płuc a zużyciem tlenu
można obliczyć przybliżoną wartość wydatku energetycznego
posługując się równaniem Datta – Ramanathana:

E = 0,21 x VE (STPD)
VE (STPD) – wentylacja płuc w l/min, w warunkach STPD
STPD – objętość gazu suchego w temp. 0 st. C i ciśnienia
atmosferycznego 101,3 kPa

Opiera się ona na zależności między ilością pobieranego przez
organizm tlenu w jednostce czasu a ilością energii uwolnionej w
procesach metabolicznych. Kalorymetria pośrednia jest szczególnie
przydatna podczas wysiłków, w których przeważają procesy tlenowe
(aerobowe).

Aby wyliczyć wydatek energetyczny należy:
- przeprowadzić chronometraż czynności roboczych w ciągu zmiany
roboczej wyodrębniając powtarzające się cykle czynności głównych,
pomocniczych i przerw w pracy
- przeprowadzić pomiar wydatku energetycznego dla każdej czynności
lub cyklu
- dokonać wyliczenia wydatku energetycznego netto dla
poszczególnych czynności i cykli
- podsumować wartości wydatku energetycznego wszystkich cykli
roboczych oraz przerw w celu uzyskania globalnej wartości na całą
zmianę roboczą.

Niewątpliwie rozwój technologii, w tym mechanizacja i
automatyzacja, znacznie zmniejsza liczbę osób zatrudnionych
przy pracach wykonywanych ręcznie: podnoszeniu,
przenoszeniu, ciągnięciu, pchaniu dużych i ciężkich
przedmiotów i narzędzi. Jednak nadal istnieją zawody, w
których wielu spośród wykonywanych czynności nie da się
zastąpić rozwiązaniami technicznymi, np. prace naprawcze,
prace wykonywane w budownictwie, w zawodzie strażaka czy
pielęgniarki.

Nawet podczas wykonywania prac powszechnie uważanych
za lekkie, o małym wydatku energetycznym, może
występować obciążenie układu mięśniowego, spowodowane
niewłaściwą techniką pracy czy wręcz skutkami
unieruchomienia. Tak więc, ryzyko powstawania dolegliwości
występuje zarówno przy wykonywaniu prac w nowoczesnych
gałęziach przemysłu, jak i w pracy biurowej.