Утомление и функциональные резервы организма

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………………………….. 2

Работоспособность…………………………………………………………. 3

Парадоксы утомления……………………………………………………… 7

Диапазон оптимальной  деятельности…………………………………….. 8

Утомление и функциональные резервы организма……………………… 11

Мышечное утомление с позиции теории функциональных систем…….. 12

Динамика утомления. Переутомление……………………………………. 13

Механизмы развития утомления………………………………………….. 16

Утомление и неутомляемость……………………………………………… 18

Отдых и профилактика утомления………………………………………… 19

Восстановление…………………………………………………………….. 21

Диагностика утомления……………………………………………………. 23

Литература………………………………………………………………….. 26

ВВЕДЕНИЕ

Возрастание роли человеческого  фактора в эпоху ускорения  научно-технического прогресса определяет необходимость усиления внимания к решению ряда теоретических и прикладных проблем физиологического обеспечения высокой работоспособности человека и сохранения его профессионального здоровья. Одно из центральных мест среди этих проблем занимает проблема утомления. Полтора века интенсивных исследований этой проблемы в области физиологии труда и спорта, решая одни вопросы, выдвигают другие. Проблема содержит и сегодня ряд спорных вопросов, а некоторые установившиеся положения заслуживают обсуждения в свете новых фактов и идей.

С точки зрения самой  сущности рассматриваемого понятия, утомление - функциональное состояние организма, процесс снижения работоспособности под влиянием труда или состояние сниженной работоспособности? Многие авторы под утомлением понимают временное снижение работоспособности под влиянием воздействия нагрузки. Однако работоспособность зависит не только от функционального состояния организма (в частности, утомления), но и от уровня профессиональной подготовленности, мотивации, интереса к работе и других факторов, не связанных непосредственно с содержанием рабочей нагрузки. Отсюда необходимо уяснить соотношение понятий утомления и работоспособности. Если понимать под утомлением функциональное состояние организма, то в его определение, по-видимому, следует ввести как внутренние (состояние функций), так и внешние (эффективность и качество труда) его проявления.

При определении понятия  утомления ряд авторов рассматривает  его в двух аспектах: как функциональное состояние определенной категории  специалистов и как состояние, развивающееся под влиянием конкретного вида деятельности, если она определяет специфические причины и признаки его развития.

Дискуссионным является вопрос о формах и стадиях развития утомления (переутомления), о принципах  классификации этого состояния.

В области изучения механизмов утомления несомненный интерес  представляют суждения о роли регуляторных и энергетических процессов и, в частности, об особенностях динамики этих процессов в центрально-корковых аппаратах и периферических отделах рабочих органов.

В отношении причин утомления  следует остановиться на вопросе  о том, какова роль в развитии этого  состояния, помимо рабочей нагрузки, других внешних и внутренних факторов деятельности и состояния человека.

В плане симптоматики и диагностики утомления требуют обсуждения вопросы о содержании его специфических и неспецифических признаков применительно к различным формам утомления и разным видам трудовой и спортивной деятельности, о дифференциальной диагностике утомления и других функциональных состояний организма (гипоксия, монотония, десинхроноз и т. д.), о дискоординации функций организма при развитии утомления и последовательности нарушений различных профессиональных и функциональных показателей.

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ

Что такое работоспособность? С физиологической точки зрения работоспособность определяет возможности организма при выполнении работы к поддержанию структуры и энергозапасов на заданном уровне. В соответствии с двумя основными типами работ - физической и умственной различают физическую и умственную работоспособность.

Работоспособность человека в течение трудового дня неодинакова. Можно говорить о ряде ее последовательных этапов (рис. 1). Первый этап - врабатывание - приходится, как правило, на первый час (реже на два часа) от начала работы. За это время происходит полный выход организма из сна и восстановление динамического стереотипа. Второй этап - устойчивой работоспособности - длится последующие 2 - 3 ч, после чего работоспособность вновь снижается (этап некомпенсированного утомления). Эти три этапа повторяются дважды за трудовой день: до обеденного перерыва и после него.

Рис. 1. Колебания уровня работоспособности  в течение трудового дня

Таким образом, в течение суток  кривая работоспособности выглядит волнообразной (рис. 2). Максимальные подъемы отмечаются в 10 - 13 и 17 - 20 часов. Минимум работоспособности приходится на ночные часы. Но и в это время наблюдаются физиологические подъемы с 24 до 1 часа ночи и с 5 до 6 часов утра.

По результатам многолетних  исследований биоритмолога из Владивостока кандидата медицинских наук Л. Я. Глыбина можно полагать, что периоды  подъема работоспособности в 5 - 6, 11 - 12, 16 - 17, 20 - 21, 24 - 1 час чередуются с периодами ее спада в 2 - 3, 9 - 10, 14 - 15, 18 - 19, 22 - 23 часа. Это нужно учитывать при организации режима труда и отдыха.

Рис. 2. Колебания уровня работоспособности  в течение суток

Любопытно, что в течение недели отмечаются те же три этапа (рис. 3). В понедельник человек проходит стадию врабатывания, во вторник, среду и четверг имеет устойчивую работоспособность, а в пятницу и субботу у него развивается утомление.

Рис. 3. Колебания работоспособности  по дням недели

Существует ли изменение работоспособности  в течение продолжительных периодов времени: месяца, года или нескольких лет? Хорошо известно, что работоспособность женщин зависит от месячного цикла. Она снижается в дни физиологического стресса: на 13 - 14-й день цикла (фаза овуляции), перед месячными и во время них. У мужчин подобные изменения гормонального фона выражены слабее. Некоторые исследователи связывают околомесячные колебания тонуса с гравитационным влиянием Луны. Есть подтверждения, что действительно в период полнолуния человек имеет более высокий обмен веществ и нервно-психическую напряженность и менее устойчив к стрессам, чем во время новолуния. Причем у женщин овуляция и падение тонуса приходятся чаще всего на полнолуние.

Сезонные колебания работоспособности заметили давно. В переходное время года, особенно весной, у многих людей появляются вялость, утомляемость, снижается интерес к работе. Это состояние называют весенним утомлением. Многолетние циклы работоспособности были открыты ленинградским ученым В. И. Шапошниковой. Она установила, что у спортсменов наибольшие достижения отмечаются через два года на третий.

Упомянем и о теории определения  трех биоритмов - физического, эмоционального и интеллектуального со дня рождения. Эти циклы действительно существуют, причем они имеют связь с показателями обмена веществ. Но их трудно прогнозировать с момента рождения из-за многочисленных привходящих факторов, вызывающих физические, эмоциональные, психические стрессы. Например, при напряженных тренировках спортсменов или во время студенческой сессии амплитуда соответствующих биоритмов была все время на подъеме, а частота увеличивалась. Это свидетельствует о том, что психологические факторы сильнее природных датчиков ритма.

В последние годы обнаружены ритмы функционирования нервной, мышечной и сердечно-сосудистой систем продолжительностью 5 - 16 дней. Их выраженность зависит от тяжести труда. У людей тяжелого физического труда они равны 5 - 8 дням, у работников умственного труда  -  8 - 16 дням. 

А как влияет на работоспособность  возраст? Установлено, что в 18 - 20 лет у человека наблюдается самая высокая интенсивность интеллектуальных и логических процессов. К 30 годам она снижается на 4%, к 40 - на 13, к 50 - на 20, а в возрасте 60 лет - на 25%. По данным ученых Киевского института геронтологии, физическая работоспособность максимальна в возрасте от 20 до 30 лет, к 50 - 60 годам она снижается на 30%, а в следующие 10 лет составляет лишь около 60% юношеской.

Все сказанное подводит к выводу, что чрезвычайно важно научиться выбирать оптимальное время для того или иного вида работы, совпадающее с пиком суточной, недельной, месячной работоспособности.

Оценка физической работоспособности проводится с помощью специальных тестов. В последние десятилетия наибольшее распространение получили такие, как Гарвардский степ-тест и PWC-170. Помимо этих методик, в условиях реального производства используют оценку работоспособности по производственным показателям. Психофизиологические методы включают в себя исследование функций зрительного и слухового анализаторов, динамометрию, вариационную пульсометрию, применение тестов на внимание, память, мышление. Эти методы разнообразны, и их набор в каждом конкретном случае определяется условиями труда и задачами исследования.

ПАРАДОКСЫ УТОМЛЕНИЯ

Длительное время ученые считали утомление отрицательным явлением, неким промежуточным состоянием между здоровьем и болезнью. Немецкий физиолог М. Рубнер в начале XX в. высказал предположение, что человеку отпущено на жизнь определенное число калорий. Поскольку утомление является «расточителем» энергии, оно ведет к сокращению жизни. Некоторым приверженцам этих взглядов даже удалось выделить из крови «токсины усталости», сокращающие жизнь. Однако время не подтвердило этой концепции.

Уже в наши дни академик АН УССР Г.В.Фольборт провел убедительные исследования, показавшие, что утомление  является естественным побудителем  процессов восстановления работоспособности. Здесь действует закон биологической  обратной связи. Если бы организм не утомлялся, то не происходили бы и восстановительные процессы. Чем больше утомление (конечно, до определенного предела), тем сильнее стимуляция восстановления и тем выше уровень последующей работоспособности. Важно и то, что в период восстановления происходит «текущий ремонт» органов и тканей, усиливаются процессы регенерации, заживления ран. Все это говорит о том, что утомление не разрушает организм, а поддерживает его. Подтверждением этого вывода являются исследования и советского физиолога профессора И.А.Аршавского, в ходе которых было установлено, что физические нагрузки не сокращают, а, наоборот, увеличивают продолжительность жизни.

Одно из наиболее емких  определений состояния утомления  дали советские ученые В.П.Загрядский и А.С.Егоров: «Утомление - возникающее вследствие работы временное ухудшение функционального состояния организма человека, выражающееся в снижении работоспособности, в неспецифических изменениях физиологических функций и в ряде субъективных ощущений, объединяемых чувством усталости».

Почему же такая полезнейшая  вещь имеет отрицательную окраску: снижается интерес к работе, ухудшается настроение, нередко возникают болезненные ощущения в теле?

Сторонники эмоциональной  теории объясняют: это происходит, если работа быстро наскучила. Другие основой усталости считают конфликт между нежеланием работать и принуждением к труду. Наиболее доказанной сейчас считается деятельная теория. Она основана на установочной модели поведения, разработанной советским психологом Д.Н.Узнадзе. Согласно этой модели потребность, побуждающая человека к работе, формирует у него состояние готовности к действию или установку на труд. Действительно, в порыве творчества люди обычно не испытывают усталости. А как легко воспринимаются студентами первые лекции. Положительная установка на физические упражнения дает не усталость, а мышечную радость. Установка психологически поддерживает тонус организма на должном уровне. Если она угасает, то и возникает неприятное чувство усталости. Следовательно, только от нас с вами зависит ощущение утомления как болезненного явления или как удовольствия. Умеют же спортсмены, туристы и просто опытные физкультурники воспринимать усталость как мышечную радость. Когда утомление становится привычным, потребность в труде включает дополнительные резервы тонуса организма и формирует ощущение легкости, подъема, прилива сил, творческого настроя.

ДИАПАЗОН ОПТИМАЛЬНОЙ  ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Итак, утомление - это состояние человека, вызванное работой. Физическому утомлению способствуют динамические нагрузки, например длительная ходьба, бег, и статические нагрузки - подъем тяжестей, их удержание, перенос. Умственное утомление вызывается нагрузкой на органы чувств (зрение, слух, осязание), сильным напряжением внимания, осознанием ответственности.

Чрезмерные нагрузки ведут к переутомлению. Чувство  усталости служит сигналом к отдыху от физического труда. При умственной деятельности усталость бывает выражена не так резко, обычно в форме снижения интереса к работе. Однако здесь больше опасностей к развитию чрезмерного нервно-психического перенапряжения. Симптомы утомления быстро проходят. При переутомлении подобные симптомы принимают стойкий характер. В случае легкой степени переутомления достаточно перерыва в работе, привычного отдыха и сна, чтобы силы восстановились. Тяжелая степень переутомления требует длительного прекращения работы и специального лечения. Если эти меры не будут приняты, может развиться заболевание. Следовательно, утомление целесообразно считать нормальным состоянием организма, а переутомление - пограничным состоянием между здоровьем и болезнью.

Парадокс заключается  в том, что и отсутствие физической деятельности, называемое гиподинамией, тоже порождает своеобразное утомление уже от детренированности мышц. К тому же нервная система, лишенная поддержки со стороны мышц, не может наладить правильную регуляцию функций. Вот почему при гиподинамии развиваются разнообразные, особенно сердечно-сосудистые, заболевания. Все это означает, что человек должен жить в определенном диапазоне оптимальных нагрузок.

Нередко общая усталость  появляется при отсутствии утомления. На первый взгляд это может показаться странным. Однако память практически каждому из читателей может подсказать подобные ситуации. Возьмем, к примеру, школьников. Они часто жалуются, что быстро устают в классе. Специалисты установили, что это далеко не всегда связано с истинным утомлением. Гигиенисты пишут об особой форме школьной усталости. Она развивается зимой в душных классах со спертым, «мертвым» воздухом. Достаточно посидеть в таком помещении полчаса - час, и возникают сонливость, вялость, плохое настроение. Собственно утомления здесь нет, его вызывает только работа. При заболевании нервной системы усталость иногда становится хронической. Врачи тогда говорят об астеническом состоянии. Утомления здесь тоже нет.

Еще одна особенность - при легкой, но однообразной деятельности утомление возникает и развивается значительно быстрее, чем при разнообразном труде. К тому же оно имеет, как правило, локальный характер. Устают только отдельные работающие органы, обычно руки, спина, зрение или слух. Это связано с особенностями монотонной работы, вызывающей повышенное нервно-психическое напряжение. Имеют значение и особенности психики человека. Общительные люди, стремящиеся к активному контакту с внешним миром (экстраверты), особо чувствительны к монотонии. Замкнутые люди, углубленные в свои внутренние переживания, меньше подвержены ее действию. Причины локальной усталости лежат в утомлении нервных центров. Она развивается значительно раньше, чем периферическое утомление мышц. Чем тяжелее работа, тем большее значение приобретает периферический компонент.

С позиций физиологии утомление - это диспропорция между расходованием и восстановлением энергетических веществ. Чувствуем ли мы это? Конечно. Усталость появляется обычно в тот момент, когда организм израсходовал большую долю энергоресурсов, а их активное пополнение еще не началось. Как только включаются энергетические резервы, возбуждается кора головного мозга и работать становится легче - открывается «второе дыхание». Это - стадия компенсируемого утомления. Если же нагрузка продолжается, то чувство усталости нарастает, «третье дыхание» не возникает, и работа выполняется за счет силы воли. Это - стадия некомпенсированного утомления.

Воля контролируется корой больших полушарий, в которой  развивается охранительное торможение. Оно защищает мозг от избыточного  количества сигналов от рабочих органов и предохраняет его от повреждения. Чрезмерная работа приводит к стадии парабиотического торможения в коре больших полушарий. Тогда уже не срабатывает и воля - человек вынужден прекратить работу.

Таким образом, повышение  работоспособности и ускорение  роста производительности труда должны быть связаны не только с его облегчением, но и умением человека получать радость от деятельности, активно преодолевать утомление, включать свои резервы.

УТОМЛЕНИЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ РЕЗЕРВЫ ОРГАНИЗМА

Проблема утомления  является одной из актуальных в физиологии и неразрывно связана с представлениями об адаптации, о работоспособности, восстановлении и функциональных резервах организма. С медико-биологических позиций утомление целесообразно связать с особенностями мобилизации и использования функциональных резервов клеточного, тканевого, органного, системного и организменного уровней.

Функциональные резервы  адаптации могут быть представлены в виде гетерогенной, биосоциальной  системы, фундаментом которой выступает  подсистема биохимических резервов, а вершиной - подсистема психологических резервов. Базовым (центральным) звеном системы является подсистема физиологических резервов, объединяющая составляющие элементы системы функциональных резервов за счет нейрогуморальной регуляции.

В процессе адаптации к деятельности мобилизация функциональных резервов организма осуществляется в соответствии с особенностями деятельности, уровнем и спецификой адаптированности и текущего функционального состояния организма. Возникновение утомления обусловлено исчерпанием определенной очереди мобилизуемых функциональных резервов адаптации. Продолжение деятельности на фоне развивающегося утомления обеспечивается включением более высокого уровня эшелона мобилизуемых резервов адаптации. Исчерпание функциональных резервов адаптации происходит сообразно характеру деятельности или действия адаптогенного фактора.

МЫШЕЧНОЕ УТОМЛЕНИЕ  С ПОЗИЦИИ ТЕОРИИ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ  СИСТЕМ

Многочисленные литературные данные, характеризующие мышечное утомление, свидетельствуют о том, что эта проблема исследуется по двум основным направлениям: первое – это изучение роли самой мышцы в процессе утомления, второе развивает представление И.М.Сеченова о том, что при мышечной работе утомление наступает в первую очередь в нервных центрах.

С позиции теории функциональных систем, разработанной П.К.Анохиным, утомление следует рассматривать не как локальный процесс, происходящий только в мышце или только в центральной нервной системе, а как новый уровень саморегуляции в системе, определяющей двигательную активность организма. Такая функциональная система  включает следующие основные звенья:

исполнительное звено  – сократительный аппарат мышцы, работа которого тесно связана с  обменом веществ в ней и  зависит от кровоснабжения, гормональных и нервных влияний; центральное звено – нейроны различных уровней центральной нервной системы, обеспечивающие через афферентные пути работу исполнительного звена; рецепторы результата – проприорецепторы мышцы, посылающие в центральную нервную систему по афферентным проводникам импульсацию, выполняющую роль трех типов афферентаций (обстановочной, пусковой и обратной), сформулированных в теории функциональных систем.

Полезным результатом  этой функциональной системы является обеспечение двигательной активности без нарушения гомеостаза в организме. Если между сократительной активностью и метаболическими возможностями мышцы имеется динамическое равновесие, то все звенья системы работают по принципу саморегуляции согласованно, работоспособность мышцы при этом не снижается. Так, при некоторой оптимальной частоте сокращений мышца может работать практически без утомления. Если же сократительная деятельность превышает метаболические возможности (слишком велик груз, частота сокращений) или сократительная деятельность невелика, но метаболические возможности снижены (например, при нарушении кровообращения), то есть, если в исполнительном звене наблюдается рассогласование, проприорецепторы информируют об этом центральное звено. Изменения в крови при этом еще не обнаруживаются.  Исследования показали, что в процессе длительной работы мышцы происходит постепенное уменьшение поступающей из нее афферентной импульсации. Изменение афферентного потока, поступающего в центральную нервную систему, вызывает перестройку саморегуляции двигательной системы, переход ее на низкий уровень функционирования.

С позиции теории функциональных систем утомление – это не истощение, а процесс, который, как писал  А.А.Ухтомский, не допускает истощения  организма.

ДИНАМИКА УТОМЛЕНИЯ. ПЕРЕУТОМЛЕНИЕ

Утомление - временное снижение работоспособности, вызванное предшествующей деятельностью. Оно проявляется в уменьшении мышечной силы и выносливости, возрастании количества ошибочных и лишних действий, изменении частоты сердечных сокращений и дыхания, увеличении артериального давления, времени переработки поступающей информации, времени зрительно-моторных реакций. При утомлении ослабляются процессы внимания, его устойчивость и переключаемость, ослабляются выдержка, настойчивость, снижаются возможности памяти, мышления. Выраженность изменений состояния организма зависит от глубины утомления. Изменения могут отсутствовать при незначительном утомлении и приобретать крайне выраженный характер при глубоких стадиях утомления организма.

Субъективно утомление  проявляется в виде ощущения усталости, вызывающего желание прекратить работу или снизить величину нагрузки.

Различают 3 стадии утомления. В первой стадии производительность труда практически не снижена, чувство усталости выражено незначительно.

Первая, начальная стадия отличается тем, что постоянное возрастание за счет увеличения волевого напряжения уровня возбуждения всех центральных (корковых, подкорковых, спинальных) структур моторного аппарата обеспечивает рекрутирование дополнительных нейромоторных единиц и таким образом осуществляет компенсацию снижения величины сократительного эффекта наиболее легко утомляемых (из состава задействованного в выполняемую деятельность нейромоторного пула) волокон в работающих мышцах.

Во второй стадии производительность труда снижена существенно, чувство усталости выражено ярко.

Вторая стадия утомления  характеризуется активным торможением  мышечной деятельности со стороны программно-контрольного механизма (акцептор результатов действия по П.К. Анохину) при наличии высокого уровня активации всех центральных структур моторной системы и наличии определенных резервов в мышечной системе, создающих возможность еще некоторое время продолжать выполнение мышечной работы.

В третьей стадии производительность труда может быть снижена до нулевых показателей, а чувство усталости сильно выражено, сохраняется после отдыха и иногда еще до возобновления работы.

Конкретный момент прекращения  деятельности определяется программно-контрольным механизмом в соответствии с характером мотивации и некоторыми другими условиями выполнения этой деятельности.

Эту стадию иногда характеризуют  как стадию хронического, патологического  утомления, или переутомления. Переутомление проявляется в снижении производительности труда, творческой активности и умственной работоспособности, росте заболеваемости. Происходит и изменение периодики продукции биологически активных веществ.

Различают 4 степени переутомления: начинающееся, легкое, выраженное и тяжелое. Меры борьбы с ними должны соответствовать выраженности психофизиологических проявлений. Так, начинающееся переутомление хорошо компенсируется при четкой регламентации времени труда и отдыха. Легкая степень переутомления эффективно снимается в период очередного отпуска при рациональном его использовании. Выраженное переутомление требует срочного лечения в санатории, а тяжелая степень переутомления требует лечения в условиях клиники. В зависимости от характера труда различают физическое и умственное утомление.

Функциональные системы  трудовой деятельности человека отражают интеграцию центральных и периферических структур и механизмов, определяющих эффективное достижение полезных результатов труда. Утомление сопряжено с определенными изменениями, возникающими как в эфферентном, так и в центральном звеньях этих функциональных систем. В историческом плане первыми были разработаны теории утомления периферического звена. Теория Шиффа связывала развитие утомления с недостаточностью энергетических запасов - гликогена, жирных кислот (теория истощения). Теория Ферворна связывала развитие утомления с недостатком кислорода (теория удушения). Пфлюгер объяснял утомление появлением в мышцах молочной кислоты или токсинов утомления (теория засорения). Современные исследования дают основание считать, что все вышеизложенные причины утомления могут иметь место при напряженной физической работе. В результате в мышцах может наблюдаться процесс разобщения электромеханического сопряжения.

При работе малой и  средней интенсивности утомление  развивается в центральном звене - в синапсах спинальных центров работающих мышц, а также в клетках коры большого мозга, формирующих произвольные (рабочие) движения. Эти положения нашли отражение во множестве вариантов центрально-нервной теории утомления. Согласно одному из них, к нейронам коры большого мозга поступает огромный поток сигналов от работающих мышц, зрительного, слухового и других анализаторов. Одновременно на эти же нейроны действуют метаболиты из работающих мышц, снижая их лабильность. Сочетанное действие этих факторов приводит к угнетению активности нейронов коркового отдела двигательного анализатора. Развитие торможения в центральных механизмах управления приводит к существенным сдвигам в состоянии регуляторных систем на периферии, в эффекторах.

Механизмы утомления  при физической работе во многом сходны с таковыми при работе умственной. В обоих случаях лимитирующим звеном является утомление в центральных механизмах, которые могут быть общими для физического и умственного труда. Поэтому физическое и умственное утомление существенно влияют друг на друга. При физическом утомлении умственная деятельность малопродуктивна, равно как при умственном утомлении снижается физическая работоспособность, поскольку в обоих случаях имеет место существенное эмоциональное напряжение, сопровождаемое сходными вегетативными сдвигами.

Таким образом, различия между умственным и физическим утомлением имеют относительный характер. Поэтому и в методах профилактики утомления при различных видах труда много общего.

МЕХАНИЗМЫ РАЗВИТИЯ УТОМЛЕНИЯ