Физиологический механизм утомления. 2
Контрольная работа
Дисциплина: Физиология и психология труда
Вариант 2. Физиологический механизм утомления
Содержание
Введение
Производственное утомление — это состояние организма, возникающее вследствие выполнения физической или умственной работы и проявляющееся во временном снижении работоспособности, в ухудшении двигательных и вегетативных функций, их дискоординации и появлении чувства усталости.
Утомление – физиологическое состояние организма, возникающее в результате деятельности и проявляющееся временным снижением работоспособности. Нередко как синоним утомления употребляется термин «усталость», хотя это не равнозначные понятия: усталость – субъективное переживание, чувство обычно отражающее утомление, хотя иногда чувство усталости может возникать и без предшествующей нагрузки, т.е. без реального утомления.
Утомленный человек работает менее точно, допуская сначала небольшие, а затем и серьезные ошибки. Недостаточный по времени отдых или же чрезмерная рабочая нагрузка в течение длительного времени нередко приводят к хроническому утомлению, или переутомлению.
Первую попытку объяснить проблемы утомления предпринял Галилео Галилей (1564-1642 гг.), анализируя работу мышц при подъёме по лестнице и при ходьбе. По его мнению, в разбираемом случае мышцы утомляются в связи с тем, что им приходиться перемещать не только их собственный вес, но и вес остального тела. В противоположность этому сердце имеет дело только с собственным весом, поэтому оно неутомимо.
Физиологические исследования процессов утомления развернулись в основном с середины XIX века.
Цель данной работы – рассмотреть физиологический механизм утомления, как основного фактора падения работоспособности человека.
Задачи для достижения поставленной цели:
- раскрыть понятие утомления, выявить и охарактеризовать основные признаки утомления;
- рассмотреть и сравнить теории утомления;
- определить и охарактеризовать основные физиологические изменения в организме в период утомления;
- раскрыть особенности утомления при мышечной и умственной работе;
- сделать выводы.
1. Понятие и признаки утомления
Утомление – физиологическое и психологическое состояние человека, которое является следствием напряжённой или длительной работы. Субъективно утомление может ощущаться как усталость. Утомление проявляет себя во временном снижении работоспособности.
Утомление следует рассматривать как сложный процесс, затрагивающий все уровни деятельности организма (молекулярный, клеточный, органный, целостного организма) и проявляющийся в совокупности изменений, связанных со сдвигами гомеостаза, регулирующих, вегетативных и исполнительных систем, развития чувства усталости, временным снижением работоспособности.
Работоспособность может быть снижена не только в результате проделанной работы, но и вследствие болезни или необычных условий труда (интенсивный шум и др.).
К внешними признакам утомления относятся: изменение цвета кожи, повышенное выделение пота, нарушение ритма дыхания, нарушение координации движений.
К внутренним признакам утомления относятся: появление болевых ощущений в мышцах, головокружение.
Утомление может появляться как при умственной, так и при физической работе. Умственное утомление характеризуется снижением продуктивности интеллектуального труда, ослаблением внимания, скорости мышления и др. Физическое утомление проявляется нарушением функций мышц: снижением силы, скорости сокращений, точности, согласованности и ритмичности движений.
На динамику утомления влияет характер деятельности, в первую очередь её интенсивность, экстенсивность и темп. Существует оптимальная интенсивность деятельности, при которой утомление наступает позже; увеличение или уменьшение этой интенсивности ускоряет его наступление. Усталость может возникнуть при длительном выполнении однообразной деятельности, т.е. при монотонной, статической и сенсорно обеднённой деятельности. В течение такой деятельности человек длительное время выполняет одну и ту же рабочую операцию, требующую ограниченного набора движений, например при узкоспециализированной работе на конвейере.
Таким образом, снижается внимание, угасают положительные мотивы деятельности и быстро развивается утомление. Но возможна и парадоксальная усталость, не связанная с истинным утомлением. Особенно быстро появляется утомление в тех случаях, когда работа выполняется при фиксированной напряжённой позе (статическая деятельность) или, когда ограничен поток раздражителей, поступающих к человеку, например звуковых или световых сигналов, содержащих сведения об условиях деятельности.
Из внешних факторов рабочей среды для организма человека наибольшее значение имеют микроклимат, особенно температура, влажность и скорость движения воздуха, состав воздуха и наличие в нём химических примесей, шум, вибрация, освещённость и т.д. Развитие утомления зависит от состояния здоровья и физической подготовки человека, которые не только обусловливают большие физиологические резервы, но и способствуют более быстрой и устойчивой мобилизации и формированию функциональных систем.
Скорость возникновения и развития утомления зависит и от ряда психологических характеристик личности - уровня тревожности, волевых качеств, в том числе настойчивости, и других активационных параметров, т.е. таких функциональных свойств человека, которые обеспечивают степень реализации в конкретной деятельности его потенциальных возможностей. Например, внимание как активационный параметр обеспечивает большие возможности запоминания, а высокий уровень волевых качеств позволяет поддерживать необходимый уровень деятельности при выраженном чувстве усталости. Ведущая роль принадлежит высшим психическим характеристикам - идеалам и мировоззрению.
Первыми клиническими признаками усталости являются быстрая утомляемость, слабость, вялость, недостаток энергии, апатия. Затем ухудшается память и для решения сложных задач приходится затрачивать большие усилия. Впоследствии может проявиться бессонница, начинают дрожать руки, возникают беспокойство и беспричинные страхи.
Усталость грозит снижением уровня иммунитета, в результате чего организм остается без защиты перед микроорганизмами, с которыми иммунитет здорового человека обычно справляется.
2. Локально-гуморальная и
Настойчивые попытки многих исследователей проникнуть в тайны физиологических механизмов состояния утомления привели к накоплению обширного экспериментального материала. На основе этих данных было создано много гипотез и теорий, но в настоящее время в качестве самостоятельных они могут выступать только в историческом аспекте.
К их числу следует отнести теорию истощения энергетических ресурсов в мышцах, теорию засорения мышц продуктами обмена, теорию отравления метаболитами и теорию задушения (вследствие недостатка кислорода). Исходной позицией гуморально-локалистической теории, сторонниками которой были преимущественно зарубежные ученые, является представление об утомлении как мышечной слабости и усталости, т. е. О процессах, происходящих под влиянием работы, прежде всего, в самой мышце. К тому же в исследованиях А. А. Ухтомского не только была дана глубокая критика гуморально-локалистических теорий утомления, но и показана огромная роль центральной нервной системы (ЦНС) в наступлении утомления.
Мышечная работа - это целостная деятельность всего организма. Функционирование организма как целого и его взаимодействие с внешним миром осуществляется посредством нервной системы при ведущей роли ее высшего отдела — коры больших полушарий. Утомление организма вследствие мышечной работы является прежде всего результатом сдвигов в функциональном состоянии центральной нервной системы. Утомление организма при мышечной работе, прежде всего, связано с утомлением центральной нервной системы, так как интенсивная мышечная деятельность является в то же время и интенсивной деятельностью нервных центров. Последняя в результате длительной напряженной работы нарушается. Выражением этого нарушения является изменение нормального взаимоотношения процессов возбуждения и торможения, причем тормозной процесс начинает преобладать. В результате расстраивается нормальное течение рефлекторных процессов, нарушаются регуляция вегетативных функций и координация движений, двигательный аппарат постепенно приходит в недеятельное состояние. Нервная система наиболее чувствительна к изменениям внутренней среды. Такие факторы утомления, как накопление в крови продуктов работы клеток, уменьшение содержания в крови сахара, недостаток при некоторых условиях кислорода в крови, понижают работоспособность организма не прямо, а главным образом опосредствованно — через центральную нервную систему.
Эти возможности коры больших полушарий и других отделов мозга, осуществляемые через посредство интрацентральных путей и вегетативных нервов, реализуются с помощью регулирующих влияний на все органы и ткани, в том числе также и на центральную нервную систему. В активизации этих влияний ведущая роль принадлежит условнорефлекторным реакциям, возникающим при действии самых разнообразных сигнальных раздражителей.
Все эти теории не полностью вскрывают механизмы утомления, так как в качестве его основной причины рассматривают лишь местные изменения в мышечной ткани, и частные сдвиги принимаются за общие процессы. Однако каждая из этих теорий правильно отражала одну из многих сторон сложного процесса утомления.
Наиболее распространенная в нашей стране центрально-нервная теория утомления, сформулированная И. М. Сеченовым в 1903 году, всесторонне развития и дополненная А. А. Ухтомским, связывает возникновение утомления только с деятельностью нервной системы, в частности, коры больших полушарий. При этом предполагалось, что основой механизма утомления является ослабление основных нервных процессов в коре головного мозга, нарушение их уравновешенности с относительным преобладанием процесса возбуждения над более ослабленным процессом внутреннего торможения и развитием охранительного торможения.
Однако центрально-нервная теория не позволяет объяснить многочисленные факты, характерные для развития утомления при напряженной мышечной деятельности. В частности, в ряде исследований показано, что даже в состоянии глубокого утомления работа может быть продолжена, если изменить её интенсивность и особенно характер её обеспечения при сохранении состава работающих мышц
Следовательно, приписывать возникновение первичного утомления какой-либо одной системе неправомерно. В зависимости от состояния функций организма и характера деятельности человека первичное возникновение утомления вариативно и может наблюдаться в различных органах и системах организма
3. Физиологические изменения в организме в период утомления
Нервная система. Нервная система играет важную роль в регуляции всех происходящих в организме процессов. Управление движениями, высококоординированная связь между двигательным аппаратом и функциями вегетативных органов и систем осуществляется благодаря центральной нервной системе.
В процессе работы происходят отчетливые функциональные сдвиги в состоянии нервной системы, особенно при длительных нагрузках на выносливость. Значительные изменения в состоянии нервной системы, как правило, служат наиболее ранними и постоянными объективными симптомами перенапряжения.
При хроническом утомлении наблюдаются вегетативные реакции — стойкий розовый (иногда белый, приподнятый) дермографизм, дрожание пальцев рук, ничем не оправданная потливость или, наоборот, сухость кожных покровов. Сухожильные рефлексы усилены или угнетены. Нередко отмечается полное их отсутствие.
При значительном утомлении иногда развивается неврозоподобное состояние—неврастения, гиперстеническая и гипостеническая ее форма. В клинической картине гиперстенической формы преобладают следующие симптомы: повышенная нервная возбудимость, склонность к конфликтам, чувство усталости и утомления, общая слабость и др. Ослабление процесса торможения сопровождается нарушением функции сна, удлинением времени засыпания и более поверхностным сном. Гипостеническая форма клинически проявляется в общей слабости, истощаемости, быстрой утомляемости, отсутствии интереса к работе, апатии, сонливости днем, гипореактивности, иначе — синдром истощения центральной нервной системы, астеническое состояние. Из неврологических синдромов преобладают явления общей вегетативной дистонии, расстройство функций отдельных органов, чаще сердца и желудочно-кишечного тракта, явления ангионевроза и др.
Дыхательная система.
Основная функция системы органов внешнего дыхания — насыщение артериальной крови кислородом. У здоровых людей в покое 96—98% гемоглобина артериальной крови насыщено кислородом. Способность организма сопротивляться развитию гипоксемии при физической нагрузке зависит от функционального состояния системы органов дыхания, кровообращения и от быстроты и интенсивности включения различных приспособительных реакций, прежде всего от возможности увеличения легочной вентиляции. Умеренная мышечная нагрузка у здоровых людей не вызывает изменения уровня насыщения артериальной крови кислородом. При интенсивной же физической нагрузке возникает гипоксемия. Ее степень прежде всего зависит от увеличения легочной вентиляции и усиления кровообращения.
Сердечно-сосудистая система.
Пульс и артериальное давление, характеризующие наиболее полно функциональное состояние сердечнососудистой системы, при утомлении претерпевают определенные качественные и количественные изменения. Пульс нередко достигает частоты 200 и более ударов в минуту. Все зависит от характера физической работы и фона утомления. Однако обычно при достаточно интенсивной нагрузке пульс учащается в пределах 150-180 ударов. Рациональность увеличения сердечного ритма при выполнении физических упражнений рассматривается в связи с так называемой критической частотой пульса. Она определяется по той минимальной длительности сердечного цикла, дальнейшее укорочение которого ведет к уменьшению эффективности сердечного сокращения. Утомление проявляется в изменении артериального давления. При оптимальном утомлении артериальное давление максимальное при физической нагрузке умеренно повышается; минимальное, как правило, снижается. Вместе с тем следует заметить, что при прочих равных условиях уровень артериального давления находится в линейной зависимости от объема и интенсивности мышечной нагрузки. При остром утомлении повышается электрическая активность сердца.
Кровь. При утомлении увеличивается количество лейкоцитов, выявляется так называемый «миогенный» лейкоцитоз (по Егорову) с фазовыми изменениями. Первая фаза: общий лейкоцитоз (до 15—25—30%), относительный и абсолютный лимфоцитоз, относительная и абсолютная нейтропения, базопения, эозинопения. При этой фазе нет сдвига формулы нейтрофилов влево, но отмечается некоторое увеличение лимфоцитов с азурофильной зернистостью. Вторая фаза: наблюдается через полчаса-час после первой или непосредственно сразу же после предельной мышечной работы (на высоте утомления) и выражается в следующем комплексе: продолжение нарастания лейкоцитоза (еще на 30—40%), относительная и абсолютная нейтрофилия; относительный и абсолютный лимфоцитоз; всегда сдвиг формулы нейтрофилов влево; относительная и абсолютная эозинофилия. всегда уменьшение лимфоцитов с азурофильной зернистостью. Кроме того, может иметь место фазовый сдвиг в составе периферической крови иного характера Имеет место и лимфоцитоз. Нередко отмечается картина, указывающая на раздражение нейтрофильной системы (костного мозга) — от регенеративных сдвигов до гиперрегенерации и дегенерации (подавленность функции костного мозга). При утомлении отмечается сравнительно высокий лейкоцитолиз. Наблюдается резкое усиление гемолиза, меняется количество эритроцитов как в сторону понижения, так и увеличения. При утомлении может повышаться уровень гемоглобина, количество эозинофилов, больших лимфоцитов.
Свертывание крови. При утомлении после максимальной физической работы свертывание крови ускоряется. Ускоряется свертывание крови и при кратковременных мышечных напряжениях. Физическое утомление характеризуется качественными сдвигами в тромбоцитарной картине. При состояниях перенапряжения и перетренированности количество тромбоцитов может увеличиваться, с резким сдвигом в сторону крупных форм.
Пищеварение. При глубоком утомлении отмечается индифферентное отношение к пище или полное отсутствие аппетита, расстройство стула. Могут начинаться запоры или более частый стул, реже поносы, приступообразные боли в животе (спазмы кишечника). Отмечается чувство тяжести в желудке, особенно после приема пищи. При хроническом утомлении нередко нарушается желчевыделительная функция. Отмечаются разные показатели билирубина в крови. В норме его 1,6—6,2 мг% или 0,25—0,5 мг%. Нарушается жиролипидный обмен, снижается альбумино-глобулиновый коэффициент. Меняется общее количество и качество белка плазмы; синтетическая функция (проба Квика с бензойным натрием) может быть изменены; водный обмен (анализы мочи по Зимницкому) не нарушен. Наблюдается болевой печеночный синдром, особенно при остром утомлении, небольшое увеличение печени, иногда ее отек.
Почки. При развитии состояния переутомления отмечается изменение функции почек. Утренняя порция мочи может быть темно-кирпичного или бурого цвета. При кратковременном стоянии прозрачная моча быстро мутнеет и в ней появляется объемистый осадок оранжево-красного или кирпично-красного цвета. В осадке резко увеличено количество уратов. Нередко определяется белок от умеренных количеств (0,033—0,099 г%) до больших. Особенно часто белок в моче при утомлении наблюдается у подростков и юношей. Кроме того, в моче могут определяться цилиндры (гиалиновые, зернистые), лейкоциты (единичные в поле зрения), эпителиальные клетки (плоские до 10—12 в поле зрения), эритроциты.
4. Утомление при мышечной и умственной работе
Существует два вида утомления: одно возникает при умственной деятельности, другое – при мышечной работе. Однако сегодня, когда на производстве происходит сближение умственного и физического труда, стало практически сложно выделить в чистом виде умственное утомление или мышечное. При любой трудовой деятельности присутствуют компоненты, свойственные и умственному и физическому труду.
В начале напряжённой мышечной деятельности работоспособность человека постоянно возрастает – происходит врабатывание. Наличие периода врабатывания является биологической закономерностью и характерно для любой работы. В период врабатывания налаживается необходимый стереотип движений, происходит мобилизация вегетативных функций тех систем организма, которые в основном обеспечивают выполнение данной работы.
После окончания периода врабатывания работа выполняется в течение определённого времени на относительно постоянном уровне работоспособности – в устойчивом состоянии (период устойчивой работоспособности). В это время достигается согласованная деятельность двигательной и вегетативной функций. Нарушение состояния устойчивой работоспособности происходит вследствие развития процесса утомления.
Утомление проявляется в уменьшении силы и выносливости мышц, ухудшении координации движений, в возрастании затрат энергии при выполнении работы одной и той же работы, в замедлении реакций и скорости переработки информации и других явлениях.
Применительно к напряжённой мышечной деятельности целесообразно различать явное (некомпенсируемое) утомление и скрытое (компенсируемое) утомление.
Явное утомление – проявляющееся в снижении работоспособности и отказом от выполнения работы в заданном режиме вследствие некомпенсированных сдвигов в деятельности регуляторных и исполнительных систем.
Скрытое утомление характеризуется деэкономизацией работы, существенными изменениями структуры движений, но ещё не сопровождающееся снижением работоспособности вследствие использования компенсаторных механизмов.
Первые признаки скрытого утомления, связанные со снижением экономичности работы, ухудшением внутримышечной и межмышечной координации, значительными изменениями в координационной структуре движений, появляются чаще всего в начале второй половины работы. Постепенно эти изменения усиливаются в направлении всё более глубокого исчерпания функциональных резервов и достигают максимально доступных для данной работы величин в период перехода скрытого утомления в явное, т. е. в момент заметного снижения работоспособности человаека.
Основным показателем, свидетельствующим о наступлении скрытого утомления могут служить энергозатраты на единицу механической работы. Именно существенное повышение энергозатрат по отношению к показателям устойчивого состояния свидетельствуют об использовании нерациональных компенсаторных механизмов поддержания работоспособности и развитии скрытого утомления.
Исследования, проведённые учёными показали, что при однообразной мышечной деятельности циклического характера большой и субмаксимальной интенсивности, признаки утомления начинают проявляться через отрезок времени, равный 45 – 55 % общей продолжительности работы, выполняемой до наступления явного утомления. Скрытое утомление сопровождается субъективными, часто весьма сильными ощущениями усталости. Применительно к работе иной направленности компенсированное утомление развивается позднее, обычно после выполнения 60 – 75 % общего объёма работы до наступления явного утомления.
В выполнении любой работы можно выделить основные, ведущие, наиболее загружаемые системы, функциональные возможности которых определяют способность человека выполнять данную работу на данном уровне интенсивности или качества. Степень загруженности этих систем по отношению к их максимальным возможностям определяет предельную продолжительность данной работы, то есть период наступления состояния утомления.
При выполнении разных работ причины утомления неодинаковы. Рассмотрение причин утомления связано с двумя основными понятиями. Первое понятие - локализация утомления, то есть выделение той ведущей системы (или систем), функциональные изменения, в которой и определяют наступление состояния утомления. Второе понятие – механизмы утомления, то есть те конкретные изменения в деятельности ведущих функциональных систем, которые обусловливают утомление.
При изучении локализации утомления в первую очередь нужно обращать внимание на три группы систем, обеспечивающих выполнение любой работы:
1) регулирующие системы –
2) система вегетативного
3) исполнительные системы –
двигательный (периферический нервно-
При выполнении любой работы происходят функциональные изменения в состоянии нервных центров, управляющих деятельностью и регулирующие её вегетативное обеспечение. При этом наиболее «чувствительными» к утомлению являются корковые центры. Проявлениями утомления центральной нервной системы являются нарушения координации функций организма (в частности движений), возникновение чувства усталости.
Утомление может быть связано с изменениями в деятельности желез внутренней секреции и вегетативной нервной системы. Роль последней особенно велика при выполнении длительных упражнений. Указанные изменения могут вести к нарушениям регуляции вегетативных функций, энергетического обеспечения мышечной деятельности и т. д.
Причиной развития утомления могут служить многие изменения в деятельности систем вегетативного обеспечения, прежде всего дыхательной и сердечно-сосудистой. Главное следствие таких изменений – снижение кислородтранспортных возможностей организма работающего спортсмена.
Утомление может быть связано с изменениями в деятельности исполнительного аппарата – работающих мышцах. При этом мышечное (периферическое) утомление является результатом изменений возникающих в самом сократительном аппарате мышечных волокон. Мышечное утомление проявляется в снижении сократительных способностей мышц.
Умственное утомление и связанное с ним снижение работоспособности имеют свои специфические особенности. Оно, как правило, появляется при длительной и достаточно напряженной работе и связано с чрезмерным повышением или ослаблением деятельности внешних органов чувств. При умственном утомлении снижается сила памяти, вследствие чего возникает «убегание мыслей», быстрое исчезновение из памяти того, что незадолго до этого было усвоено.
При умственной работе может возникать и субъективное чувство усталости (в отличие от утомления, являющегося объективным показателем). Умственная усталость может нарастать при неудовлетворенности работой, неудаче в ней. И наоборот, в возбужденном состоянии, при повышенном интересе к работе чувство усталости может не появиться даже тогда, когда объективные, в том числе и внешние, показатели и признаки говорят о фактического наступлении состояния утомления у человека (табл.1). В этом случае показатели работоспособности, в частности продуктивность труда, могут не снижаться, но работа проводится на фоне фактического утомления, что не является положительным для организма человека. Вообще умственная работоспособность, умственное утомление, в отличие от физического, где действуют природные охранительные барьеры, имеют существенные отличия.
Хотя при напряженном умственном труде в течение часа энергопотери определяются всего 30-40 ккал (т. е. 240-320 ккал за 8 ч работы), физиологические и биохимические изменения, наблюдавшиеся при утомлении от такого труда, ликвидируются значительно медленнее, чем после физической работы. Однако снижение работоспособности в одном виде умственного труда может сопровождаться сохранением его эффективности в другом. Поэтому, устав заниматься вычислительными операциями, можно иногда успешно заниматься чтением. Таким образом, наступление нервно-эмоционального умственного утомления в отличие от физического (мышечного) не приводит к автоматическому прекращению работы. Оно не всегда обнаруживается через ощущение усталости, что может привести к различным степеням переутомления, к невротическим сдвигам.
Кроме того, следует учитывать то, что при длительном занятии профессиональным умственным трудом в организме могут возникать функциональные изменения, обусловленные главным образом малой подвижностью. Выражается это в ухудшении работы сердца, склеротических изменениях кровеносных сосудов, проявлении гипотонии (у молодых) и гипертонии (у пожилых), возникновении неврозов. Недостаток движений приводит также к ослаблению дыхания. В нижних отделах легких, в полости живота и ногах застаивается кровь. Возникает атония кишечника, в организме накапливаются продукты гниения, появляются головные боли. Снижение окислительных процессов в организме влечет за собой малокровие, а в некоторых случаях и ожирение.
Заключение
Процессы, лежащие в основе утомления, многообразны и сложны. Природа утомления до настоящего времени остается недостаточно изученной. Невозможно определенно указать, является ли состояние утомления следствием расходования каких-либо веществ или оно зависит от накопления продуктов обмена, от блокирования определенных этапов распада и ресинтеза энергетически важных веществ, от изменения ритма протекающих процессов (интервала возбуждения), от развития нервного торможения, от каких-либо определенных комбинаций всех этих явлений или других процессов.
Одни исследователи считают, что процесс утомления развивается в самом периферическом деятельном органе, другие - локализуют этот процесс исключительно в центральной нервной системе, третьи - придают особое значение вегетативной нервной системе.
Утомление – процесс, обусловленный временными изменениями состояния периферических рабочих систем, а в ряде случаев нарушениями относительной стабильности внутренней среды организма. Эти изменения, в свою очередь, поддерживают функциональные изменения в центральной нервной системе.
Утомление выражается в появлении чувства усталости, снижении работоспособности, уменьшении мышечной силы, нарушении координации движений.
