При ответах на вопросы 8 - 12 используйте приведенный ниже код.

4. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НЕРВНО-МЫШЕЧНОЙ СИСТЕМЫ В РАЗЛИЧНЫЕ ПЕРИОДЫ ОНТОГЕНЕЗА

Нервно-мышечная система осуществляет двигательную функцию и является одной из важнейших систем организма, выполняющей роль основного средства общения организма с окружающей средой.

В ходе онтогенеза эта система претерпевает резко выраженные изменения как структурные, так и функциональные. Структурные изменения проявляются увеличением общей массы мускулатуры и преобразованием строения мышц. Функциональные изменения характеризуются эволюцией основных свойств мышечной ткани, ее функции, чувствительностью к действию раздражителей и т.д.

В процессе развития нервно-мышечной системы различают 2 основных периода:

1/ внутриутробный или антенатальный;

2/ период после рождения или постнатальный.

Последний, в свою очередь, делится на:

а/ период до реализации позы /от момента рождения до одного года жизни/;

б/ период реализации позы /после года жизни/.

Во внутриутробном периоде функция скелетной мускулатуры сводится к обеспечению роста плода и деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Структурные и функциональные особенности проявляются следующим образом:

? имеет место неравномерность развития отдельных мышц и мышечных групп. Быстрее формируются те системы, которые обеспечивают функции, необходимые новорожденному;

? в мышечной ткани плода мало содержится сократимых белков, они обладают слабо выраженной способностью взаимодействовать с АТФ и у них отсутствует реакция взаимодействия между миозиновой и актиновой фракциями;

? формирование мышечного рецепторного аппарата опережает созревание моторных нервных окончаний. С 10-12 недели внутриутробной жизни начинается формирование мышечных веретен и к моменту рождения они уже хорошо развиты;

? двигательные нервные окончания в мышцах появляются к 13-14 неделе внутриутробного развития и затем продолжается их длительное формирование;

? периферические спинно-мозговые нервы тонки в связи с недоразвитием миэлиновой оболочки. Происходит постепенная миэлинизация нервных волокон. Раньше всего покрываются миэлиновой оболочкой волокна задних и передних корешков спинно-мозговых нервов;

? для внутриутробного перехода характерна наиболее низкая лабильность нервно-мышечного аппарата. Если у взрослых животных она составляет 60-80 в 1 секунду, то у плода лабильность колеблется в пределах 3-4 в 1 секунду;

? низкая лабильность мышц эмбрионов определяет их тонические свойства. Мышечная активность в этот период характеризуется признаками, типичными для тонуса. При этом преобладает тонус сгибателей, что обеспечивает характерную внутриутробную позу, которая поддерживается рефлекторно;

? характерным является невозможность получения пессимального торможения мышц плода. При повышенной оптимальной частоте раздражения мышца продолжает сокращаться столько времени, сколько длится раздражение;

? электропроводность эмбриональных мышц очень низка. Чувствительность к электрическому току снижена как при прямом, так и при непрямом раздражении;

? поперечно-полосатые мышцы млекопитающих в эмбриональном периоде обладают повышенной чувствительностью к ацетилхолину и никотину;

? в ответ на одиночное раздражение нерв плода отвечает не одиночным потенциалом действия, а групповым, затухающим разрядом импульсов;

? наблюдается извращение закона Пфлюгера: возбуждение возникает не на катоде, а на аноде.

В постнатальном периоде, до реализации позы, функция скелетной мускулатуры сводится также к обеспечению роста плода и, кроме того, к терморегуляции. Поэтому адекватной формой стимуляции двигательной активности скелетных мышц является температура окружающей среды. Для детей этого периода характерна постоянная активность скелетной мускулатуры. Даже во время сна мышцы не расслабляются и находятся в состоянии тонуса. Постоянная активность скелетных мышц является стимулом бурного роста мышечной массы. В период реализации позы терморегуляционная функция скелетной мускулатуры снижается и появляется локомоторная функция. В связи с этим тоническая форма деятельности заменяется фазнотонической. Скелетная мускулатура переходит к выполнению собственно анимальной функции. В период после рождения продолжаются значительные изменения структуры и функции нервно-мышечной системы:

? продолжается увеличение общей массы мышечной ткани. За весь период роста ребенка масса мускулатуры увеличивается в 35 раз, значительно больше, чем масса многих других органов. У новорожденных масса мышц составляет 23%, к 8 годам - 27%, к 15 годам - 33%, у взрослых - 44% от общей массы. При этом, рост отдельных групп мышц происходит неравномерно. Имеет место относительное преобладание мускулатуры туловища и слабое развитие мускулатуры конечностей. У новорожденных и детей 1-2 месяцев продолжает преобладать тонус сгибателей, что определяет позу грудных детей и большее развитие у них сгибателей. У детей 3-5 месяцев появляется нормотония, с равновесием мышц антагонистов. К 5 годам происходит более интенсивное развитие разгибателей и соответственно увеличение их тонуса;

? изменения в микроструктуре мышечной ткани проявляются в следующем:

а) рост мышечной массы в постнатальном периоде происходит в основном за счет увеличения размеров каждого из мышечных волокон, тогда как общее количество их практически не увеличивается. Мышечные волокна новорожденных в 5 раз тоньше, чем у взрослых. Диаметр их составляет у новорожденных 6,5-7,8 мкм, а к 12-16 годам - 26-28 мкм. Мышечные волокна новорожденных богаты саркоплазмой, поперечная полосатость выражена слабо. Рост их происходит за счет утолщения миофибрилл;

б) происходит постепенное уменьшение ядерной массы иизменение формы ядер. Они из округлых у новорожденных к 2-3 годам жизни становятся продолговатыми;

в) мышцы новорожденных совмещают признаки тонических и фазных мышц. В первые же дни постнатальной жизни происходит дифференцирование на медленные и быстрые мышцы, свойственное взрослому организму;

г) рецепторы мышц /нервно-мышечные веретена/ к моменту рождения уже сформированы и теперь происходит их перераспределение. Мышечные веретена начинают перемещаться из средних частей мышечного волокна в проксимальные и дистальные части, которые испытывают наибольшее растяжение;

д) мышцы новорожденных монотерминальны, т.е. они имеют один синапс в виде типичной концевой бляшки. В дальнейшем продолжается развитие двигательных нервных окончаний в мышцах. Число синапсов увеличивается. Пубертатный возраст характеризуется перестройками всех основных систем организма, в том числе и системы движения. В частности изме- няется энергетическое обеспечение мышечной деятельности. С началом пубертатного периода повышается максимально достижимая концентрация молочной кислоты в крови и вели- чина максимального кислородного долга. Все это говорит об усилении роли анаэробных источников энергии при мышечной деятельности. В то же время максимальное потребление кислорода, являющееся мерой аэробных возможностей организма, увеличивается пропорционально увеличению массы тела;

? изменения в структуре спинномозговых нервов проявляются продолжением их миелинизации. В первые годы жизни они утолщаются вдвое за счет развития миелиновой оболочки. Филогенетические старые пути миелинизируются раньше, чем филогенетические новые. Передние спинномозговые корешки у человека достигают состояния свойственного взрослым людям между 2-5 годами жизни, а задние спинномозговые корешки - между 5-9 годами. Соответственно к этим годам и достигается максимальная скорость распространения нервного импульса;

? соответственно изменениям структуры изменяется и функция нервно-мышечного аппарата. В период после рождения она характеризуется следующими особенностями:

а) отмечается пониженная возбудимость нервно-мышечной системы. Это проявляется большим порогом раздражения, длительной хронаксией и низкой лабильностью. Возрастные изменения лабильности связаны с длительностью абсолютной и относительной рефракторных фаз. Так, в эксперименте получено, что у взрослых собак длительность абсолютной рефракторной фазы составляет 1,5-2 мс, относительной рефракторной фазы 6-8 мс. У щенков, в возрасте 16-18 дней абсолютная рефракторная фаза составляет 5-8 мс, относительная - 40-60 мс. Фаза экзальтации отсутствует. Изменение лабильности связывают и с состоянием нервно-мышечных синапсов в период новорожденности. На это указывает тот факт, что по мере созревания мионеврального синапса длительность перехода возбуждения с нерва на мышцу укорачивается в среднем в 4 раза, что способствует увеличению лабильности.

Для суждения об изменениях функциональной лабильности мышц были исследованы реакции пессимума. За порог частичного пессимума принималась минимальная частота раздражения, при которой отмечалось первое ослабление сокращения мышцы, за порог полного - частота, при которой все мышечные волокна реагировали пессимальной реакцией. Хронаксия у взрослых и школьников равна десятым долям миллисекунд /0,1-0,5 мс/. У новорожденных же она в 1,5-10 раз длиннее. Достижение хронаксии уровня взрослых про- исходит к 9-15 годам жизни. У новорожденных сохраняется низкая электровозбудимость нервно-мышечного аппарата. У детей первых недель жизни при токе силой 5 ампер сокращение получается только при замыкании катода /КЗС/. У детей старшего возраста - при замыкании и катода и анода /КЗС и АЗС/.

б) для раннего детского возраста как и для внутриутробного периода, характерным является невозможность получения пессимального торможения мышц. Мышцы независимо от характеристики раздражителя по частоте и интенсивности, отвечают тоническим типом сокращения, которое длится столько, сколько продолжается раздражение, без признаков перехода в состояние пессимума. При увеличении частоты раздражения, амплитуда сокращения мышц сначала снижается, а затем устанавливается на некотором уровне. Отсутствие фазы экзальтации и невозможность получения интенсивного пессимума связывают с недостаточным структурным оформлением мионевральных синапсов;

в) кривая одиночного мышечного сокращения у новорожденных резко растянута во времени по сравнению с кривой взрослого. Кривая тетануса новорожденного имеет пологое начало и постепенное расслабление, напоминая тетанус утомленной мышцы. Считают, что это связано с более быстрым накоплением продуктов обмена в мышцах новорожденного;

г) характерным является большая эластичность мышц ран- него детского возраста;

д) в процессе онтогенеза увеличивается сила и работа мышц, а также быстрота движения, но для разных групп мышц по-разному;

е) важным показателем состояния нервно-мышечного аппарата является уровень поляризации мембран мышечных клеток. Он значительно ниже у детей, чем у взрослых. Так, величина мембранного потенциала у взрослых составляет 75-85 мВ, а у новорожденных - 23-40 мВ. Этот факт связан с изменением содержания ионов в клетках в разные возрастные периоды. У новорожденных отмечается низкий уровень содержания ионов К+ в клетке и больше, чем у взрослых, содержание ионов Na+;

ж) в связи с недостаточностью миэлинизации нервных волокон, проведение возбуждения по ним осуществляется более медленно и менее изолировано;

з) значительно снижена резистентность к действию раздражителя. Это проявляется тем, что в раннем возрасте время развития парабиоза в среднем в 10 раз короче, чем у взрослых;

и) чем моложе ребенок, тем быстрее он утомляется. Это связано в основном с особенностями ЦНС, так как сама мышца практически может сокращаться без утомления длительное время. В грудном возрасте утомление наступает уже через 1,5-2 часа после начала бодрствования. Утомление может развиваться и при неподвижности, длительном торможении движений. Большое значение в детском возрасте имеет «активный» отдых /смена игр, занятий, физпаузы и пр./.

Все отмеченные выше особенности нервно-мышечной системы с возрастом уменьшаются, приближаясь у детей школьного возраста к показателям взрослых. К 14-15 годам функциональное состояние нервно-мышечной системы мало чем отличается от взрослых.

Структурно-функциональное созревание нервно-мышечных синапсов охватывает период антенатального и раннего постнатального периодов развития. Оно имеет свои особенности для пре- и постсинаптических мембран.

Созревание пресинаптической мембраны. Двигательные нервные окончания в мышцах появляются на 13--14-й неделе внутриутробного развития. Формирование их продолжается длительное время и после рождения. Мышечное волокно новорожденного, как и взрослого человека, имеет один синапс в виде типичной концевой бляшки. Созревание пресинаптической мембраны проявляется в увеличении терминального разветвления аксона, усложнении его формы, увеличении площади всего окончания. Степень созревания нервных окончаний значительно увеличиваются к 7--8 годам, при этом проявляются более быстрые и разнообразные движения.

В процессе развития усиливается синтез ацетилхолина в мотонейронах, увеличиваются количество активных зон в пресинаптическом окончании и количество квантов медиатора, выделяющегося в синаптическую щель.

Созревание постсинаптической мембраны. Когда окончание аксона достигает мио-трубки, в соответствующем ее участке появляются скопления митохондрий, рибосом, микротрубок. На поверхности миотрубки образуются выемки, в которых помещается окончание аксона. Образуется примитивное нервно-мышечное соединение. Особенностью ранних стадий развития мышечных волокон является разлитая чувствительность всей поверхности мембраны к ацетилхолину, присущая донервной стадии развития мышц. В процессе развития на каждом мионе сохраняется единственный синапс, формирование его сопровождается появлением в постсинаптической мембране холинэстеразы, увеличение концентрации которой приводит к повышению скорости гидролиза ацетилхолина. Образуются складки на постсинаптической мембране, в результате чего растет амплитуда ПКП и повышается надежность передачи возбуждения через синапс. Внесинаптическая поверхность мышечного волокна постепенно теряет чувствительность к ацетилхолину. После денервации в эксперименте чувствительность к ацетилхолину вновь распространяется на всю поверхность мембраны.

Вследствие незрелости нервно-мышечного синапса у плода и новорожденного синаптическая передача возбуждения происходит медленно. Без трансформации ритма через такой синапс передается не более 20 импульсов в 1 с, а к 7--8 годам жизни -- около 100 импульсов в 1 с, т.е. как у взрослого.

Утомляемость синапса объясняется истощением медиатора и снижением чувствительности постсинаптической мембраны к медиатору в результате накопления продуктов обмена, закислением среды -- все это приводит к снижению ПКП.

4.2 Изменения нервно-мышечной системы в процессе старения

В нервных стволах и ганглиях в процессе старения развиваются дегенеративные изменения, появляются участки демиелинизации, повышается доля соединительнотканных элементов. После 75 лет количество нервных волокон в корешках спинного мозга уменьшено на 32 %.

С увеличением возраста снижаются возбудимость и лабильность нервных проводников и нервно-мышечных синапсов, повышается длительность рефракторных фаз.

После 55 лет развиваются атрофические процессы в волосковых клетках кортиева органа, уменьшается число вкусовых и обонятельных рецепторов, появляются дистрофические изменения кожных рецепторов

Синаптическая депрессия является причиной пессимума частоты раздражения (торможение Введенского), открытого в исследованиях на нервно-мышечном препарате. В синапсах ЦНС она обозначается термином длительная депрессия и играет важную роль в торможении условных рефлексов и процессах забывания.

5. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТРУДОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

В основе различных видов трудовой деятельности лежит установка, на базе которой в центральной нервной системе (ЦНС) создается определенная программа действий, реализующаяся в целенаправленной деятельности человека, ориентированной на достижение конкретной цели. В процессе трудового действия в центральную нервную систему постоянно поступает информация о ходе выполнения программы, на основании которой возможны текущие поправки действий (сенсорные коррекции). Точность программирования и успешность осуществления программы действия зависят от опыта работающего, количества предшествующих повторений этого действия, степени автоматизма, состояния физиологических систем человека в момент работы, гигиенических условий окружающей среды.

Еще до начала работы, в соответствии с имеющейся программой предстоящих рабочих действий, возрастает уровень активности физиологических систем, обеспечивающих ее последующее выполнение. Это состояние носит название предупредительной иннервации или преднастройки. Во время выполнения трудового процесса те же физиологические системы активируются еще в большей степени. Характер изменения физиологических функций определяется видом работы, величиной трудовой нагрузки, условиями окружающей среды. Совокупность напряжения физиологических функций при трудовой деятельности определяет ее физиологическую стоимость.

5.1 Изменения физиологических функций при физическом труде

Физическое напряжение вызывает изменения практически во всех системах организма человека, в особенности, сердечно-сосудистой и дыхательной. Выраженность этих изменений служит мерой реакции организма на физическую работу и лежит в основе классификации физического труда по степени его тяжести.

5.1.1 Изменения физиологических функций при физических нагрузках динамического характера

Основу любого физического труда составляет выраженная в различной степени активация мышечного аппарата. Тотчас после начала сокращения скелетной мышцы в ней происходит расширение сосудов и возрастание кровотока. Увеличение кровоснабжения работающих мышц происходит постепенно и достигает максимума через 60-90 с после начала работы. При тяжелой динамической работе кровоток в мышцах возрастает в 20-40 раз наряду с усилением обмена веществ в них и, тем не менее, отстает от запросов метаболизма. При легкой динамической работе через 60-90 с после ее начала кровоток приходит в соответствие с метаболическими потребностями мышцы, которая начинает работать в аэробном режиме.

При легкой работе энергия, необходимая для сокращения мышцы, образуется анаэробным путем только в течение короткого периода времени, на протяжении которого происходит увеличение кровотока в мышце. После этого ресинтез АТФ переходит на аэробный путь, с использованием в качестве энергетических субстратов глюкозы, жирных кислот и глицерина. В отличие от этого, при тяжелой работе, когда доставка к мышцам кислорода отстает от потребностей их метаболизма, часть энергии образуется за счет анаэробных процессов.

Во время динамической работы для обеспечения активных мышц кровью значительно возрастают все показатели, характеризующие деятельность сердечно-сосудистой системы. При легкой работе с постоянной нагрузкой частота сердечных сокращений (ЧСС) возрастает в течение 3-6 мин и достигает постоянного уровня. Это стационарное (устойчивое) состояние ЧСС может сохраняться на протяжении многих часов, вплоть до окончания работы, и свидетельствует об отсутствии утомления работающего.

В процессе тяжелой работы с постоянной нагрузкой стабильного уровня частота сердечных сокращений не достигает. По мере развития утомления оно увеличивается до максимума, величина которого зависит от возраста человека.

Таким образом, на основании изменений частоты сердечных сокращений работу делят на: (1) легкую, неутомительную -- с небольшим начальным увеличением ЧСС и последующим развитием устойчивого состояния; (2) тяжелую, утомительную -- с постоянным нарастанием ЧСС вследствие утомления. Оценить степень физиологического напряжения при работе можно по характеру восстановления ЧСС. Чем тяжелее работа, тем длительнее она восстанавливается и тем больше сумма числовых значений ЧСС за этот период.

Минутный объем кровообращения (МОК) также возрастает в соответствии с тяжестью работы, при этом систолический объем (СО), как один из его компонентов, возрастает на 20-40% при увеличении мощности работы до 30-40% от максимальной и далее сохраняется на постоянном уровне. Систолическое артериальное давление при динамической работе возрастает как функция мощности выполняемой работы, достигая при предельных нагрузках 200-220 мм рт.ст. Диастолическое давление меняется мало, чаще даже несколько снижается, поэтому среднее артериальное давление почти всегда. повышается.

Во время легкой динамической работы легочная вентиляция нарастает также как и минутный объем кровообращения в зависимости от уровня метаболической активности организма. При тяжелой работе увеличение легочной вентиляции происходит в большей степени, чем это необходимо для возрастания потребления кислорода соответствующего уровню метаболических потребностей. Это происходит вследствие накопления в крови молочной кислоты (метаболический ацидоз крови), оказывающей стимулирующее воздействие на систему дыхания.

Во время и после динамической работы имеют место относительно небольшие изменения парционалыюго напряжения О2 и СО2 в артериальной крови. При тяжелой работе РСО2 в крови снижается без изменений в ней РО2. Уменьшение РСО2является следствием избыточного нарастания легочной вентиляции в ответ на снижение рН крови (накопление молочной кислоты в мышцах и в крови).

Насыщение кислородом смешанной венозной крови уменьшается с ростом нагрузки. Соответственно этому артерио-венозная разница по кислороду (АВР-02) при тяжелой работе достигает у нетренированных лиц 140 мл О2/л, а у тренированных -- 170 млО2/л.

При физической работе увеличивается показатель гематокрита в результате снижения объема циркулирующей плазмы (вследствие ее усиленной фильтрации через стенку капилляров) и дополнительного выброса эритроцитов из мест их образования. Возрастает также количество лейкоцитов в крови (пропорционально тренированности человека, мощности и длительности работы), достигая 15000-30000 клеток в 1 мкл.

Легкая работа не изменяет кислотно-основного состояния, так как избыточное количество СО2, выделяется легкими. При тяжелой работе развивается метаболический ацидоз, выраженность которого пропорциональна анаэробной мощности и, следовательно, скорости выработки лактата. В покое концентрация лактата в артериальной крови составляет около 1 ммол/л. При короткой тяжелой работе концентрация лактата может достигать 15 ммоль/л и даже больших величин.

В механизмах регуляции физиологических функций при физических нагрузках важную роль играют две системы. Это, во-первых, симпато-адреналовая система. При работе из мозгового вещества надпочечников в кровь выделяется адреналин и, в меньшей степени, норадреналин. Адреналин активизирует деятельность сердечно-сосудистой системы и центральной нервной системы, мобилизует гликоген и жир из депо, стимулирует усиленную выработку циклической АМФ. Во-вторых, это гипофизарно-адреналовая система. Спустя 2-3 мин после начала работы происходит усиленное выделение аденогипофизом АКТГ, который стимулирует выделение кортикостероидов из коркового вещества надпочечников. Значение кортикостероидов состоит в увеличении работоспособности мышц, благодаря их способности усиливать мобилизацию гликогена из мышц и печени.

При динамической работе потребление кислорода (также как и повышение частоты сердечных сокращений) пропорционально нагрузке (мощности работы). Вплоть до достижения максимальных величин частота сердечных сокращений и потребление кислорода человеком возрастают в линейной зависимости от мощности работы. Именно поэтому частота сердечных сокращений и потребление кислорода при динамической работе с участием крупных мышц тела могут являться критериями мощности работы и мерой физиологического напряжения (физиологической стоимости работы).

В реальных условиях работы потребление кислорода организмом возрастает на величину, зависящую от нагрузки, тренированности человека и коэффициента полезного действия каждого конкретного вида деятельности. При легкой работе в скорости потребления кислорода достигается стационарное состояние, уровень которого ниже максимально возможной скорости потребления кислорода человеком и соответствует метаболическим потребностям для аэробных процессов ресинтеза АТФ. При тяжелой мышечной работе потребление кислорода возрастает постоянно, до достижения максимально возможного для человека уровня. После этого, несмотря на продолжение работы, потребление кислорода больше не увеличивается (ложное устойчивое состояние; ) в связи с тем, что уже исчерпаны все возможности кислородтранспортной системы. В этом случае работа крайне утомительна и не может продолжаться длительное время.

Изменения физиологических функций при физических нагрузках статического характера. При статической работе, в отличие от динамической, кровоток в мышце начинает отставать от нужд ее метаболизма, когда сила сокращения превышает 8-10% максимальной произвольной силы (МПС). Причиной уменьшения кровотока является сжатие внутримышечных сосудов давлением, которое при изометрических сокращениях с усилием более 40% максимальной произвольной силы, становится больше величины систолического артериального давления. В связи с недостаточным кровоснабжением мышц преобладающим путем энергообеспечения становится анаэробный с образованием и накоплением лактата в мышцах. Поэтому при статической работе мышц с нагрузками более 30% МПС быстро развивается утомление и снижается работоспособность.

При статической работе, в отличие от динамической, имеет место небольшое увеличение минутного объема кровообращения и легочной вентиляции. Наиболее характерными изменениями в сердечно-сосудистой системе при изометрических нагрузках являются увеличение частоты сердечных сокращений и системного артериального давления.

При одинаковой длительности статической работы частота сердечных сокращений и артериальное давление возрастают пропорционально силе сокращения мышц. В случае работы до отказа, то есть до момента, когда нагрузка не может больше удерживаться на прежнем уровне, частота сердечных сокращений и артериальное давление увеличиваются примерно до одинаковых величин (ЧСС до 110-140 уд/мин; АД -- до 170/110 -- 190/130 мм рт.ст.). Следовательно, при статической работе возрастают и систолическое, и диастолическое артериальное давление. При этом прирост системного артериального давления в малой степени зависит от объема работающих мышц. Так, например, при сокращении до отказа мышц, приводящих большой палец кисти (МПС 12 кг) и мышц голени (МПС 190 кг) с усилением в 40% максимальной произвольной силы, артериальное давление повышается до 170/110 мм рт.ст.

Столь значительные изменения в сердечно-сосудистой системе при локальной статической работе обусловлены активацией нервных центров, управляющих деятельностью сердца и сосудов, как импульсами от рецепторов самих мышц, работающих в ишемических условиях, так и вследствие иррадиации возбуждения к ним из моторной зоны коры.

Характеристика тяжести и напряженности труда. Для рациональной организации режимов работы и отдыха, а также нормирования трудовой деятельности, требуется объективная оценка физической тяжести и нервной напряженности труда. Понятие физической тяжести труда отражает, в основном, нагрузку на нервно-мышечный аппарат человека. Ее оценивают как по эргометрическим показателям работы, так и по степени изменения физиологических функций во время ее выполнения. К первым относят мощность внешней нагрузки величины переносимого груза, перемещения рабочего в пространстве, характер рабочей позы, величину статической нагрузки. Из физиологических показателей для оценки тяжести работы используют величины энерготрат, среднерабочую частоту сердечных сокращений, минутный объем и частоту дыхания, степень утомления работающего. По уровню физической тяжести выделяют четыре группы работ: 1 -- легкая работа; 2 -- средней тяжести; 3 -- тяжелая; 4 -- очень тяжелая.

Монотонный (однообразный) труд характеризуется либо выполнением на протяжении рабочего дня простых операций, либо работой с сенсорной или умственной нагрузкой низкой или средней интенсивности. При выполнении такой работы у человека возникает состояние монотонии.

Монотонный труд делят на две основные категории. Это, во-первых, труд при котором состояние монотонии возникает в результате выполнения несложных однообразных действий, требующих небольших затрат энергии (труд на конвейерах и поточных линиях). Во-вторых, это труд, при котором состояние монотонии возникает в связи с однообразием обстановки и дефицитом поступающей информации. Например, труд оператора в условиях низкой ответственности, небольшого количества объектов наблюдения, «бедности» внешних раздражителей.

Влияния монотонного труда на человека многообразны и проявляются, прежде всего, в изменении функционального состояния различных отделов центральной нервной системы: от высших центров коры большого мозга до спинальных мотонейронов. Типичным их них является снижение возбудимости и активности нервных структур, ответственных за поддержание соответствующего уровня бодрствования и бдительности. Ведущая роль в этих процессах принадлежит ретикулярной формации. При синдроме монотонии механизмы уменьшения активности корковых центров могут состоять в следующем.

1) Усиливаются тормозные влияния ретикулярной формации (активное тормозное действие). Это имеет место при монотонном труде 1-го типа, когда вследствие длительного повторения действия раздражителя (например, установка заготовки под пресс) усиливаются тормозные влияния ретикулярной формации, снижается возбудимость нервных центров на разных уровнях центральной нервной системы.

2) Снижаются активирующие влияния ретикулярной формации на функции центральной нервной системы (пассивное тормозное действие ретикулярной формации). Такая ситуация складывается при монотонном труде 2-го типа, когда развитие состояния монотонии обусловлено монотонностью обстановки и дефицитом информации, поступающей в центральную нервную систему. Вследствие уменьшения важной для работы информации, т.е. отсутствия адекватной нагрузки на высшие корковые функции, резко уменьшается поток импульсов по кортикофугальным путям ретикулярной формации. В то же время снижается объем импульсации по коллатералям неспецифических восходящих путей. Благодаря этому, происходит уменьшение активирующих влияний ретикулярной формации и снижение ее стимулирующего действия на кору головного мозга и на другие нервные центры регуляции вегетативных и соматических функций.

Рассмотренные механизмы приводят к снижению уровня бодрствования у работающих, нарушению адекватности реакции человека на внешние раздражители, ухудшению автоматизма и точности двигательных действий, снижению внимания, нарушению способности к переключениям с одного вида деятельности на другой, к изменению биологических ритмов человека. Снижение активности центральной нервной системы, проявляющееся в субъективных ощущениях скуки, апатии и сонливости приводит, в конечном итоге, к снижению "надежности" работающего человека, следствием чего может являться возрастание брака выпускаемой продукции, возникновение различного рода аварий (на транспорте, на поточных линиях, на производствах, управляемых операторами).

Помимо центральной нервной системы, монотонная работа приводит к изменениям вегетативных функций, причиной которых является снижение активности симпато-адреналовой системы. В процессе работы снижаются (на 20-30%) частота сердечных сокращений и артериальное давление, причем систолическое -- в большей мере, чем диастолическое. Выраженное уменьшение частоты дыхания, развивающееся уже после 1,5-2 часов работы, также характерно для состояния монотонии.

5.3 Гипокинезия человека в процессе трудовой деятельности

Типичной чертой профессиональной деятельности большинства работников являются низкие физическая активность и, соответственно, затраты энергии на протяжении рабочего дня. Преобладающими стали работы в вынужденной рабочей позе, с небольшими по величине локальными физическими нагрузками, с монотонностью действия или обстановки. У лиц малоподвижных профессий общие энергозатраты, как правило, составляют не более 1,5-2,2 ккал/мин, а затраты энергии на физическую активность не превышают 800-1200 ккал в сутки, т.е. находятся за пределами даже ориентировочной нижней границы «нормы» (1200 ккал/сут). В большинстве случаев недостаток двигательной активности во время работы не восполняется и во внерабочее время. Последствия длительной гипокинезии. связанной с характером трудовой деятельности, неблагоприятны как в медико-биологическом, так и социально-экономическом отношениях. Это обуславливает рассмотрение гипокинезии в качестве одного из ведущих неблагоприятных факторов трудового процесса, влияющего на состояние здоровья и работоспособность человека.

В механизме снижения функциональных резервов организма человека и его работоспособности под влиянием гипокинезии выделяют четыре ведущих момента.

1) Изменения в нервно-мышечной системе под влиянием гипокинезии приводят к снижению активности метаболических процессов в мышечных клетках, ухудшению функций сокращения и расслабления мышцы, значительному снижению их силы и выносливости, а значит, и работоспособности. Все это приводит к увеличению тяжести труда (его физиологической стоимости).

2) Уменьшение функциональных возможностей центральной нервной системы при длительном недостатке физической активности человека приводит к снижению устойчивости работающих лиц к действию стрессогенных факторов, увеличению утомляемости человека при умственной работе, повышению нервной напряженности труда, увеличению утомления в сфере зрительного и слухового анализатора.

3) Под влиянием пониженной двигательной активности на производстве и в быту значительно снижаются кислородтранспортные возможности организма и, следовательно, общая физическая работоспособность; возрастают реакции сердечно-сосудистой системы на одни и те же физические и эмоциогенные раздражители; снижаются возможности человека работать в экстремальных условиях; увеличиваются заболевания сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

4) Снижение специфической и неспецифической резистентности организма человека под влиянием гипокинезии приводит к увеличению у одних и тех же лиц числа заболеваний как инфекционной, так и неинфекционной природы.

Таким образом, гипокинезия, обусловленная характером трудового процесса, приводит к снижению функциональных возможностей многих систем организма человека и, в конечном итоге, к уменьшению его работоспособности и ухудшению состояния здоровья.

Интегральными показателями степени воздействия на человека гипокинезии, а также уровня его физического здоровья являются величины общей физической работоспособности (PWC170, мл/мин.кг), оцениваемые по мощности работы при частоте сердечных сокращений в 170 уд/мин и уровню максимального потребления кислорода (МПК, мл/мин.кг).

5.4 Физиологические механизмы формирования трудовых навыков

Процесс трудового обучения и формирования наиболее экономичных (с точки зрения затрат энергии) и рациональных рабочих действий проходит три этапа развития, каждый из которых имеет свою физиологическую основу. На первом этапе обучения новым, непривычным трудовым действиям движения человека в плане координации несовершенны вследствие недостаточно сформированной системы трудовых навыков. В работе принимает участие большее, чем нужно для ее выполнения, количество мышц. В целом, на первом этапе обучения, который обозначают термином "фаза генерализации", движения мало эффективны, на работу затрачивается больше энергии, чем она того требует. На этом этапе одна и та же работа более тяжела и утомительна, чем на последующих.

На втором этапе обучения, способствующего становлению трудового навыка, процессы возбуждения в двигательных центрах концентрируются. Движения становятся плавными и координированными, осуществляются более экономично с точки зрения затрат энергии. Работать становится легче и менее утомительно.

Третий этап формирования трудовых навыков называют «фазой стабилизации и образования устойчивой доминанты». Рабочие движения становятся высококоординированными и экономичными. В работе принимают участие лишь те мышцы, которые непосредственно обеспечивают достижение конечного результата труда. Стабильный и высокий уровень работоспособности поддерживается на протяжении всего рабочего дня.

В процессе обучения, на завершающем его этапе, формируется динамический стереотип, то есть цепь психомоторных реакций, выработанная в ответ на постоянно повторяющееся действие одних и тех же раздражителей (последовательная цепь рабочих действий, сигналов). В этом случае достаточно одного начального раздражителя (вербального, зрительного, звукового, образного и др.), чтобы запустить в ход всю программу рабочих действий. При хорошо закрепленном динамическом стереотипе условнорефлекторные связи достигают автоматизма. Благодаря этому, исключаются лишние мышечные напряжения и лишние движения, ускоряются программирование и текущая коррекция движений, закрепляются ассоциативные связи между рефлексами, составляющими рабочий динамический стереотип. В результате, рабочие действия становятся более экономичными, менее утомительными, менее подверженными влиянию внешних раздражителей, не требуют постоянного сосредоточения внимания.

Таким образом, в процессе обучения в организме работающего возникает ряд приспособительных изменений, обеспечивающих повышение интенсивности трудовой деятельности, увеличение ее эффективности, длительное поддержание высокой работоспособности.

5.5 Работоспособность и утомление

Работоспособность -- это свойство человека на протяжении длительного времени и с определенной эффективностью выполнять максимальное количество физической или умственной работы. На протяжении рабочей смены работоспособность меняется в широких пределах. Это связано с тем, что на нее влияют как внешние, по отношению к человеку факторы (характер труда, условия окружающей среды, режимы труда и отдыха, рабочая поза, организация трудового процесса с точки зрения эргономики), так и внутренние (мотивация, степень совершенства трудовых навыков, функциональные резервы человека).

В производственной обстановке работоспособность изменяется на протяжении рабочей смены и условно подразделяется на четыре фазы. Первая фаза -- фаза врабатывания, во время которой повышается активность ЦНС, возрастает уровень обменных процессов в организме работающего, усиливается деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Продолжительность этой фазы зависит от вида деятельности. Она всегда короче при физическом труде, чем при умственном. Причем, чем физически тяжелее работа, тем быстрее происходит врабатывание.

Вторая фаза -- фаза относительно устойчивой работоспособности, характеризуется оптимальным, с точки зрения достижения полезного результата, уровнем функционирования обеспечивающих работу систем организма, максимальной эффективностью труда. Продолжительность периода устойчивой работоспособности зависит от физической тяжести и нервной напряженности труда (чем тяжелее работа, тем короче период устойчивой работоспособности), от психофизиологического состояния человека, от гигиенических условий труда.

Третья фаза -- фаза снижения работоспособности, связанная с развитием утомления. Четвертая фаза -- фаза вторичного повышения работоспособности в конце рабочего дня. В ее основе лежит условнорефлекторный механизм, связанный с предстоящим концом работы и последующим отдыхом. Аналогичным образом меняется профессиональная работоспособность человека и на протяжении рабочей недели.

Причиной снижения работоспособности на протяжении рабочего дня, недели или года является утомление. Во время работы утомление проявляется в уменьшении силы и выносливости мышц, ухудшении координации движений, в возрастании затрат энергии при выполнении одной и той же работы, в замедлении скорости переработки информации, ухудшении памяти, затруднении процессов сосредоточения и переключения внимания с одного вида деятельности на другой. Субъективно утомление проявляется в ощущении усталости, вызывающего желание прекратить работу или снизить нагрузку.

Утомление -- функциональное состояние человека, временно возникающее под влиянием продолжительной или интенсивной работы и приводящее к снижению ее эффективности.

Локализация и механизмы утомления. Относительно локализации утомления, то есть о тех конкретных морфологических структурах и физиологических системах, в которых развивается утомление, и о механизмах проявления утомления пока нет единого мнения. В зависимости от локализации структур, изменения в которых приводят к уменьшению работоспособности, механизмы утомления делятся на центральные и периферические. В случае ведущего значения центральных механизмов в развитии утомления, снижение работоспособности (например, при работе максимальной мощности) происходит вследствие понижения уровня функциональной активности нервных структур, управляющих деятельностью мышц и их вегетативным обеспечением.

При физической работе большой длительности утомление возникает из-за изменений в деятельности вегетативной нервной и эндокринной систем. Следствием этих изменений являются снижение скорости доставки кислорода к работающим мышцам и ухудшение эффективности энергообмена.

Помимо изменений в центральной нервной системе, утомление может вызываться процессами, происходящими в исполнительном звене нервно-мышечного аппарата. В этом случае говорят о периферических механизмах утомления, среди которых выделяют, во-первых, блокаду проведения нервных импульсов с аксона мотонейрона на мембрану мышечного волокна вследствие уменьшения выброса ацетилхолина из концевых веточек двигательного аксона (пресинаптический блок), или снижения скорости его разрушения ацетилхолинэстеразой (постсинаптический блок).

Во-вторых, выделяют недостаточность кальциевых механизмов мышечных клеток, ухудшающую процессы электромеханического сопряжения в развитии сократительного процесса. Снижение рН, уменьшение запасов креатинфосфата и гликогена, увеличение температуры мышц увеличивают задержку выхода ионов кальция из цистерн саркоплазматического ретикулума, усиливая тем самым скорость развития утомления.

В-третьих, отмечают изменения в самих работающих мышцах, возникающие вследствие:

1) истощения энергетических ресурсов скелетных мышц. При мощной и непродолжительной работе (длительность от 10 с до 2-3 мин) развитию утомления способствует уменьшение запасов фосфагенов (АТФ и Крф). Во время упражнений, длящихся более 15 мин, одной из причин утомления является истощение внутримышечных запасов гликогена;

2) накопления в мышцах продуктов метаболизма, в первую очередь, молочной кислоты. При выполнении работы субмаксимальной мощности, то есть при ее предельной длительности от 20 с до 2-3 мин, в энергообеспечении активных мышц преобладает анаэробный гликолиз. При этом концентрация молочной кислоты в крови возрастает в 10-20 раз, а в мышцах даже в сотни раз. В результате значительного уменьшения рН происходит снижение скорости образования актин-миозиновых мостиков и, следовательно, ухудшение сократительной функции мышц. Кроме того, понижается активность ключевых ферментов гликолиза, а значит и скорость энергопродукции;

3) недостаточного кровоснабжения мышц и, соответственно, увеличения доли продукции энергии за счет анаэробных процессов, уменьшения скорости вымывания из мышц молочной кислоты и других продуктов метаболизма, снижающих эффективность сократительных процессов мышечных клеток.

Восстановление физиологических функций после прекращения спортивных упражнений. После окончания физической работы деятельность физиологических систем, обеспечивающих возможность ее выполнения, постепенно уменьшается и достигает дорабочего уровня. Этот процесс называется восстановлением, на протяжении которого количественные показатели работы систем кровообращения и дыхания возвращаются к исходным параметрам, удаляются продукты метаболизма, восполняются энергетические субстраты, пластические вещества (белки и др.), ферменты. В этот период происходят также процессы, обеспечивающие повышение работоспособности организма, то есть имеет место явление суперкомпенсации.

Восстановление кислородного запаса организма, фосфагенов, углеводов отражается в повышенном, по сравнению с дорабочим уровнем, потреблении кислорода -- кислородном долге. Процесс отдачи кислородного долга состоит в избыточном расходовании кислорода сверх уровня покоя за время периода восстановления. Потребляемый дополнительно кислород обеспечивает организм энергией, необходимой для осуществления всех восстановительных процессов. Скорость потребления кислорода на протяжении первых 2-3 мин после работы снижается очень быстро. Это -- алактатный компонент кислородного долга, связанный с использованием кислорода на быстрое восстановление израсходованных при работе фосфагенов мышц, пониженного содержания кислорода в венозной крови, с насыщением кислородом миоглобина. Последующее, замедленное восстановление скорости потребления кислорода организмом человека на протяжении 30-60 мин -- медленный (лактатный) компонент кислородного долга -- связано, в основном, со сравнительно медленным устранением лактата из крови и межтканевой жидкости, накопившегося там во время тяжелой мышечной работы.

При динамической работе с интенсивностью, лежащей ниже предела утомления, восстановление макроэргических фосфатов, используемых при сокращении мышц, происходит на протяжении самой работы, во время расслабления мышц (микропауз). Если продолжительность расслабления мышц соответствует времени, необходимому для синтеза АТФ и удаления из них продуктов метаболизма, то такая работа является малоутомительной. При динамической работе большой интенсивности возможность непрерывного восстановления АТФ в процессе самой работы отсутствует. Это объясняется тем, что длительность периодов расслабления мышцы меньше, чем время, необходимое для текущего восстановления ее энергетического потенциала. Восстановление запасов энергии и удаление молочной кислоты из мышц происходят неполностью.

Физиологические механизмы нервно-психического утомления точно не известны. Типичными симптомами такого утомления являются замедление передачи и осмысления информации, снижение эффективности умственной деятельности в целом, ослабление сенсорных и сенсомоторных функций. Подобное утомление не только снижает работоспособность, но иногда приводит к снижению социальной активности человека, раздражительности, эмоциональной нестабильности, беспричинной тревоге и даже депрессии.

Нервно-психическое утомление возникает в следующих ситуациях:

1) при длительной и напряженной умственной работе, требующей усиленной концентрации внимания, решения сложных производственных задач в условиях дефицита времени;

2) при тяжелом физическом труде;

3) при однообразной монотонной работе;

4) при труде в условиях слабой освещенности, повышенной температуры, шума и вибрации;

5) при частых конфликтных ситуациях в коллективе, отсутствии интереса к работе, несоответствии психофизиологических возможностей человека характеру его трудовой деятельности.

В отличие от мышечного утомления, утомление центрального происхождения (нервно-психическое) может быстро исчезать. Это происходит, например, в ситуациях, когда один вид деятельности сменяется другим; человек попадает в стрессовые ситуации, угрожающие его жизни; если появляется новая информация, повышающая интерес к работе. Поскольку утомление в нервно-психической сфере может проходить столь быстро, это свидетельствует о том, что его первопричиной не являются ни уменьшение энергетических субстратов в нервных структурах, ни накопление в них продуктов метаболизма, ни недостаточное кровоснабжение головного мозга.

Любой вид труда не будет приводить к развитию переутомления и перенапряжения и, напротив, окажет положительное влияние на работоспособность и здоровье человека, если придерживаться физиологических принципов его рациональной организации.

5.5.1 Физиологические основы рациональной организации трудовых процессов

Рациональные режимы труда и отдыха. Работоспособность человека определяется условиями его работы и отдыха. За время отдыха физиологические показатели, изменившиеся в процессе работы, должны возвратиться к исходному уровню. Поэтому среди мер физиологической рационализации трудовой деятельности ведущее место занимают физиологически обоснованные режимы труда и отдыха, представляющие собой систему чередования периодов работы и отдыха на протяжении рабочей смены, недели или года. Эта система регламентирует время начала, продолжительность и содержание периодов отдыха. Разработка рациональных режимов труда и отдыха возможна лишь на основе психофизиологических исследований функционального состояния человека в процессе труда. Правильно организованные режимы чередования периодов работы и восстановления являются одним из наиболее эффективных способов сохранения высокой работоспособности и здоровья человека.