Wysiłek fizyczny

1. Wydatek energetyczny,

2. Obciążenie statyczne,

3. Monotypowość wykonywanych ruchów

Koszt fizjologiczny pracy jest pojęciem używanym dla określenia stopnia psychofizjologicznego obciążenia ustroju.

Jest to pojęcie szersze od pojęcia kosztu energetycznego pracy, który oznacza tylko ilość energii zużytej podczas wykonanej pracy.

Koszt fizjologiczny pracy oznacza się zarówno na podstawie wartości wydatku energetycznego, jak i na podstawie zmian czynnościowych zachodzących w ustroju pod wpływem wykonanej pracy, na przykład zmian częstości skurczów serca, objętości wyrzutowej serca, wentylacji minutowej płuc i innych.

Psychofizjologiczna definicja pracy:

Praca jest to świadome wykonywanie przez ustrój ludzki dowolnych czynności wymagających wydatkowania sił, wydatkowania i przemiany energii, więcej niż jest to niezbędne dla spoczynkowej przemiany materii ustroju, co dzieje się nawet wówczas, gdy nie ma ruchu w sensie fizykalnym.

Praca fizyczna występuje w dwóch zasadniczych postaciach:

• Dynamicznej ( tzw. praca rytmiczna ) związanej z przemieszczaniem się ciała ludzkiego lub poszczególnych jego części w przestrzeni, zewnętrznym objawem tej pracy jest ruch; mięśnie podczas pracy wykonują rytmiczne skurcze i rozkurcze,

• Statycznej - jej efektem jest utrzymywanie ciała lub jego poszczególnych części w określonej pozycji; mięśnie są w stałym napięciu.

Podczas pracy statycznej mięsień znajduje się w ciągłym napięciu i dlatego utrudniony jest dopływ i odpływ krwi z mięśnia; mięsień nie otrzymuje z krwi ani cukru ( glukozy), ani tlenu i musi je czerpać ze swoich rezerw, kwas mlekowy zaś, który powstaje, nie jest usuwany z mięśnia i zalegając w nim powoduje ból sygnalizujący zmęczenie mięśniowe (potocznie tzw. zakwasy);

przy statycznej pracy mięśni zahamowanie przepływu krwi jest tym większe, im większy jest nakład zużywanej siły.

Jeśli siła ta wynosi 60% siły maksymalnej, to dopływ krwi praktycznie ustaje. Przy użyciu siły wynoszącej mniej niż 15-20% siły maksymalnej ukrwienie statycznie pracującego mięśnia nie powinno być upośledzone.

Podczas pracy dynamicznej mięsień działa na krążenie krwi jak motopompa: skurcz powoduje wyparcie krwi, a następujący po nim rozkurcz umożliwia ponowne napełnienie naczyń krwionośnych mięśnia krwią. Krążenie krwi zostaje dzięki temu wielokrotnie zwiększone, mięsień faktycznie otrzymuje od 10 do 20 razy więcej krwi niż w stanie spoczynku. Przepływająca przez mięsień krew dostarcza mu energotwórczy cukier

glukozę ) i tlen, powstające zaś podczas przemian produkty rozkładu

( głównie kwas mlekowy ) zostają jednocześnie podczas skurczu wydalone z mięśnia.

Miernikiem obciążenia dynamiczną pracą fizyczną jest tzw. wydatek ( koszt ) energetyczny pracy, przez który należy rozumieć ilość energii, jaką zużywa człowiek podczas wykonywania danej pracy.

Przydatność określenia tzw. roboczego wydatku energetycznego ( RWE ) :

1. Umożliwia porównanie wysiłków fizycznych wymaganych przy wykonywaniu różnego rodzaju pracy,

2. W stosunku do osób ciężko pracujących fizycznie wyznaczenie RWE może stanowić obiektywną podstawę normowania pracy i ustalania wynagrodzenia w zależności od wysiłku,

3. Wartość RWE pozwala na ocenę ryzyka zatrucia szkodliwymi substancjami wziewnymi zawartymi w powietrzu. Im większy jest bowiem wydatek energetyczny ( im cięższą wykonujemy pracę ), tym wię maksymalnego pochłaniania tlenu przez ustrój ksze zapotrzebowanie na tlen i tym większa wentylacja płuc. Im intensywniejsza wentylacja płuc, tym więcej substancji wziewnych wniknie do organizmu.

PPM - podstawowa przemiana materii

CPM - czynnościowa przemiana materii ustroju

RWE - roboczy wydatek energetyczny - w centrum zainteresowania ergonomii

Organizm człowieka stale dąży do utrzymania homeostazy, tj. względnie stałego stanu równowagi składu chemicznego organizmu i procesów życiowych w nim zachodzących na stosunkowo wysokim poziomie uporządkowania, co wcale nie jest łatwe przy ciągle zmieniających się warunkach zewnętrznych. Człowiek ma zdolność utrzymania stałości takich parametrów, jak na przykład temperatura wewnętrzna, poziom glukozy we krwi czy ph krwi, przy współudziale różnych układów , ale pod „kierownictwem” układu nerwowego i hormonalnego.

Układ krwionośny a praca

Parametry charakteryzujące stan czynnościowy tego układu, tzw. parametry hemodynamiczne ( częstość tętna, objętość wyrzutowa serca, pojemność minutowa serca ), wzrastają w trakcie wykonywania dynamicznej pracy fizycznej.

Przy pracy statycznej ulegają wzrostowi dopiero po wykonaniu pracy.

Tętno - średnio wynosi 60-80 uderzeń na minutę - może wzrosnąć do 200 uderzeń/min a nawet u osób wytrenowanych do 280

Objętość skurczowa serca ( ilość krwi wyrzucanej przez serce podczas pojedynczego skurczu ) - spoczynek 50-60 ml, u sportowców do 100 ml; intensywna praca - wzrost do 150-160 ml, u sportowców nawet do 220 ml.

Pojemność minutowa serca - czyli ilość krwi przepływającej przez serce

( iloczyn dwóch poprzednich parametrów ), w ciągu minuty w stanie spoczynku wynosi 4-8 litrów, podczas wykonywania wysiłku dynamicznego może wzrosnąć do 20-28 litrów, a u sportowców nawet do 40 litrów.

Podczas wykonywania pracy statycznej parametr ten zachowuje się inaczej. Najwyższą wartość ( 17 l ) przyjmuje w okresie odpoczynku.

Układ oddechowy a praca

Parametry respiracyjne, charakteryzujące układ oddechowy zalicza się: częstość oddechów na minutę, wentylację minutową płuc, zużycie tlenu w litrach na minutę.

Podczas pracy mięśnia zapotrzebowanie na energotwórczy cukier i tlen wzrasta. Za dostarczenie tlenu do krwi odpowiada układ oddechowy, za jego doprowadzenie do mięśni układ krwionośny, dlatego też te dwa układy w organizmie człowieka wykonującego pracę fizyczną funkcjonują na „wyższych obrotach” ( wzrost parametrów hemodynamicznych i respiracyjnych ).

Termoregulacja a praca

Organizm ma zdolność zachowania stałej temperatury wewnętrznej.

Każdy nadmiar ciepła, który wytworzy się w organizmie musi być z organizmu wydalony.

Organizm człowieka dysponuje czterema sposobami oddawania ciepła:

1. przewodzenie - oddawanie ciepła w przypadku skóry, który styka się z powietrzem, jest niewielkie, gdyż powietrze wykazuje małe przewodnictwo cieplne. Wzrasta ono znacznie, gdy skóra zetknie się z wodą, metalem, betonem itp, a więc z dobrymi „odbiorcami” ciepła.

2. Unoszenie ( konwekcja ) - jeśli skóra styka się z chłodnym powietrzem, ulega ono ogrzaniu, przez co staje się lżejsze i unosi się ku górze. Na jego miejsce przybywa nowe i sytuacja się powtarza. Konwekcja zależy przede wszystkim od różnic temperatury skóry i otoczenia, jak również od szybkości ruchu powietrza,

3. Promieniowanie cieplne - polega na wymianie ciepła między ludzkim ciałem a otaczającymi je ścianami, ciałami i przedmiotami, które pochłaniają ciepło lub je wypromieniowują. Ilość wypromieniowanego ciepła zależy przede wszystkim od różnicy temperatury między skórą a przeciętną temperaturą otaczających powierzchni,

4. Parowanie - oddawanie ciepła przez wyparowywanie potu na skórze. Powstający przy tym ubytek ciepła wynosi 0,58 cal/g wyparowanej wody. Człowiek normalnie wypaca litr wody dziennie i tylko tym sposobem traci ok. 600 cal.

SPOSOBY OCENY WYSIŁKU FIZYCZNEGO

1. Pomiar i porównanie zużycia tlenu z maksymalną zdolnością pochłaniania tlenu przez ustrój

2. Pomiar zmian fizjologicznych zachodzących w organizmie w czasie pracy

3. Pomiar wydatku energetycznego, obciążenia statycznego i monotypowości wykonywanych ruchów

/metoda szacunkowa/

Klasyfikacja ciężkości pracy wg Kozłowskiego:

• 10% maksymalnego pochłaniania tlenu przez ustrój - praca lekka,

• 10-30% maksymalnego pochłaniania tlenu przez ustrój - praca średnio ciężka,

• 30-50% maksymalnego pochłaniania tlenu przez ustrój - praca ciężka ( należy dążyć do nieprzekraczania tej granicy),

• 50% maksymalnego pochłaniania tlenu przez ustrój - praca bardzo ciężka

Zależność zachodzących w czasie pracy zmian fizjologicznych od natężenia wysiłku fizycznego ( wg Christensena i Buskirke )

Natężenie wysiłku fizycznego	Wydatek energetyczny ( kJ/min )	Zużycie tlenu ( l/min. )	Wentylacja płuc ( l/min. )	Częstość skurczów serca / min.	Temperatura ciała ( ^0C )
Bardzo lekki Lekki Średni Ciężki Bardzo ciężki Krańcowo ciężki	< 10.5 10.5 - 21.0 21.0 - 31.5 31.5 - 42.0 42.0 - 52.0 > 52.0	< 0.5 0.5 - 1.0 - 1.5 1.5 - 2.0 - 2.5 > 2.5	<10 10 - 20 20 - 35 35 - 50 50 - 65 > 65	< 75 75 - 100 100 - 125 125 - 150 150 - 175 > 175	< 37.5 ---- 37.5 - 38.0 38.0 - 38.5 38.5 - 39.0 > 39.0

Podstawowy wydatek energetyczny dla młodego mężczyzny, średniego wzrostu ( 175 cm ) i średniej wagi ciała ( 75 kg ) wynosi około 7000 do 7500 kJ / 24h. Jako wydatek w czasie wolnym od pracy przyjmuje się około 2500 kJ / 24h. Łączny, całodobowy wydatek wynosi więc 10000 kJ / 24h. Do tej wartości całkowitej dodaje się wydatek na pracę :

• do około 4200 kJ / 8h - praca lekka

• od 4200 - 6300 kJ / 8h - praca średnio ciężka

• od 6300 - 8400 kJ / 8h - praca ciężka

• ponad 8400 kJ / 8h - praca najcięższa.

METODY OKREŚLANIA WYDATKU ENERGETYCZNEGO

1. Kalorymetria bezpośrednia - ocena wysiłku na podstawie pomiaru ilości ciepła wytwarzanego w tym czasie w organizmie ( specjalne komory kalorymetryczne )

2. Kalorymetria pośrednia - polega na określeniu objętości tlenu pobieranego przez organizm w jednostce czasu

• Szczególnie przydatna poczas wysiłków, w któtych przeważają procesy tlenowe

• Ilość energii uzyskana w procesach utleniania, przy zużyciu 1 litra tlenu, jest definiowana jako równoważnik energetyczny tlenu

3. Metoda chronometrażowo-tabelaryczna

Metoda ta polega na obliczeniu wydatku energetycznego pracownika zatrudnionego na określonym stanowisku pracy na podstawie dwóch grup danych:

• Czas wykonania poszczególnych rodzajów czynności w ciągu zmiany; uzyskanie tych danych wymaga przeprowadzenia chronometrazu pracy, tzn. obserwacji i dokonania pomiaru czasu trwania poszczególnych rodzajów czynności,

• Tabel zawierających jednostkowy wydatek energii na wykonanie różnych czynności.

Na podstawie techniki kalorymetrii pośredniej opracowano tabele zawierające jednostkowy wydatek energetyczny, związany z wykonywaniem czynności (kJ/min )

Czas trwania poszczególnych czynności mnożymy przez jednostkowy wydatek energetyczny i otrzymujemy lączny wydatek energetyczny dla danej czynności.

Następnie sumujemy wydatki energii poszczególnych czynności i uzyskujemy sumaryczny wydatek przypadający na zmianę roboczą

Szacunkowe wartości wydatku energetycznego na podstawie Lehmana

A. Pozycja ciała	Wydatek energetyczny
		kcal/min.	kJ/min.
Siedząca Klęcząca Stojąca Stojąca pochylona Chodzenie Chodzenie bez obciążenia po pochyłości 10^0	0,3 0,5 0,6 0,8 1,7 ÷3,5 0,75 na 1 m wzniesienia	1,3 2,1 2,5 3,4 7,1 ÷ 14,7 3,1 na 1 m wzniesienia
B. Rodzaj pracy	Wydatek energetyczny
		kcal/min.	kJ/min.
Praca palców dłoni i przedramienia Lekka Średnia ciężka	0,3÷0,6 0,6÷0,9 0,9÷1,2	1,3÷2,5 2,5÷3,8 3,8÷5,0
Praca jednego ramienia Lekka Średnia Ciężka	0,7÷1,2 1,2÷1,7 1,7÷2,2	2,9÷5,0 5,0÷7,1 7,1÷9,2
Praca obu ramionami Lekka Średnia Ciężka	1,5÷2,0 2,0÷2,5 2,5÷3,0	6,3÷8,4 8,4÷10,5 10,5÷12,6
Praca całego ciała Lekka Średnia Ciężka Bardzo ciężka	2,5÷4,0 4,0÷6,0 6,0÷8,5 8,5÷11,5	10,5÷16,8 16,8÷25,1 25,1÷35,6 35,6÷48,2

Ocena wydatku energetycznego przy pracy fizycznej

Wydatek energetyczny w ciągu 8 godz. pracy		Ocena
kcal	kJ	Słowna	Punktowa
Poniżej 300 301÷800 801÷1500 1501÷2000 powyżej 2000	Poniżej 1257 1261÷3352 3356÷6285 6289÷8380 powyżej 8380	Bardzo mały Mały Średni Duży Bardzo duży	0 1÷25 26÷50 51÷75 76÷100

Przy ocenie stopnia obciążenia statycznego należy brać pod uwagę:

• Rodzaj postawy przy pracy (stojąca, siedząca, itd.)

• Wymuszenie zajmowanej postawy

• Stopień poczylenia ciała

• Możliwość zmiany pozysji przy wykonywaniu danej czynności

Ocena stopnia obciążenia statycznego

Ocena stopnia obciążenia statycznego		Pozycja ciała przy pracy	Przykłady
słownie	W punktach
Mały	1÷10	Siedząca niewymuszona	Większość prac biurowych
		11÷20	Stojąca niewymuszona z możliwością okresowej zmiany na siedzącą	Ślusarz, stolarz
		21÷30	Siedząca lub stojąca na przemian z chodzeniem	Nadzór techniczny, bibliotekarz
	Średni	31÷40	Siedząca wymuszona, nie pochylona, bądź nieznacznie pochylona	Pisanie na maszynie, obsługa prac mechanicznych
		41÷50	Stojąca niewymuszona, bez możliwości okresowej zmiany pozycji na siedzącą	Obsługa niektórych obrabiarek, malowanie, lakierowanie, praca ekspedienta
		51÷60	Stojąca wymuszona z możliwością zmiany pozycji na siedzącą	Motorniczy, suwnicowy
	Duży	61÷70	Siedząca wymuszona, bardzo pochylona	Szwaczka, zegarmistrz
		71÷80	Stojąca wymuszona, nie pochylona bez możliwości okresowej zmiany pozycji na siedzącą	Piaskowanie, obsługa niektórych obrabiarek
		81÷90	Stojąca wymuszona pochylona, niezależnie od możliwości zmieniania pozycji	Praca górnika, obróbka drewna, spawanie
Bardzo duży	91÷100	Klęcząca, w przysiadzie i inne nienaturalne pozycje	Formowanie ręczne, w górnictwie, posadzkarz, ślusarz samochodowy

Monotypowość - jednostajne powtarzanie ruchów przez człowieka angażuje w pracy te same grupy mięśni, na skutek tego ulegają one zmęczeniu szybciej niż wówczas, gdy pracują różne grupy mięśni.

Oceniając monotypowość ruchów roboczych należy wziąć pod uwagę:

• Liczbę monotypowych powtórzeń,

• Wielkość rozwijanych sił mięśniowych przy wykonywanych ruchach.

Liczba powtórzeń stereotypowych ruchów na zmianę roboczą ( 8 godzin )		Stopień uciążliwości
Siła > 1N	Siła < 1N	Słownie	W punktach
Poniżej 300 301÷800 801÷1600 powyżej 1600	Poniżej 800 801÷1600 1601÷3200 powyżej 3200	Mały Średni Duży Bardzo duży	1÷25 26÷50 51÷75 76÷100

Ocena sumaryczna wysiłku fizycznego

Ocena słowna	Ocena w punktach
Wysiłek bardzo lekki Wysiłek lekki Wysiłek średni Wysiłek ciężki Wysiłek bardzo ciężki	1÷30 31÷70 71÷120 121÷190 191÷300

Ocena sumaryczna wysiłku fizycznego zawiera sumę ocen cząstkowych i jest to podstawa do:

• Klasyfikacji stanowisk pracy ze względu na kolejność ich usprawniania,

• Racjonalizacji metod pracy,

• Modernizacji urządzeń

Zalecenia mające na celu optymalizację wysiłku fizycznego:

• obciążenia dynamiczne są bardziej korzystne dla organizmu, niż obciążenia statyczne lub monotypowość ruchów,

• pożądane są warunki umożliwiające prace przy zmiennym obciążeniu, zgodnym z rytmem biologicznym i upodobaniami pracownika,

• nie należy przekraczać dopuszczalnych wartości wydatku energetycznego ustalonych dla określonego wieku i płci pracownika,

• należy stworzyć warunki wykluczające występowanie hipokinezy (niedostatek ruchu) w czasie pracy,

• wysiłek fizyczny powinien być zaprojektowany w powiązaniu z prognozowanymi, określonymi intensywnościami czynników mikroklimatu (temperaturą, wilgotnością i ruchem powietrza oraz promieniowaniem cieplnym).

---