Крушельницька Я. В. Фізіологія і психологія праці (2000)
7.1. Суть, причини і загальний механізм розвитку втоми
Проблема втоми належить до найскладніших і найбагатогранніших у фізіології і психології праці. Вона здавна становила інтерес для дослідників багатьох галузей науки. Так, спробу науково визначити суть втоми робили ще Галілей, Прохаска. Систематичне вивчення процесів втоми почалось з середини ХІХ ст. і триває досі. Таке ставлення до цієї проблеми зумовлюється теоретичним, практичним і соціальним значенням її розв’язання. У теоретичному плані значення вивчення втоми пов’язане з тим, що вона являє собою проміжний стан між нормою і патологією. Практичне значення такого вивчення визначається впливом втоми працівника на зниження продуктивності і якості праці, а соціальне — з тимчасовою втратою працездатності та інвалідністю тих працівників, які виконують роботу в умовах перенапруження фізіологічних систем.
Проте, незважаючи на численні літературні розробки з проблем втоми, поки ще не існує єдиного розуміння цього явища, а діагностика втоми становить значні труднощі. Достатньо сказати, що відомо понад 100 визначень поняття «втома». Спільним для них є констатація таких сторін втоми, як:
● зниження працездатності людини;
● вплив на розвиток втоми виконуваної роботи;
● тимчасовий, зворотний характер зниження працездатності.
Тому найбільш загальним є визначення втоми як тимчасового зниження працездатності внаслідок інтенсивної або тривалої роботи, яке виявляється в зниженні кількісних і якісних показників роботи і погіршенні координації робочих функцій. Фактори втоми різноманітні і пов’язані як з трудовою, так і позавиробничою діяльністю людини. Вирішальне значення, проте, має трудова діяльність, величина трудових навантажень і умови праці. Втома, яка розвивається під впливом трудової діяльності, характеризується як професійна, або виробнича, на відміну від загальної втоми, зумовленої життєдіяльністю людини. Слід також зазначити, що стомлення працівника і величина втоми певною мірою залежать від таких індивідуальних особливостей людини, як фізичний розвиток, стан здоров’я, вік, інтерес до роботи і мотивація, вольові риси характеру, тип нервової системи.
Розрізняють фізичну і розумову втому. Суть, причини і механізми їх розвитку були і залишаються основними теоретичними проблемами її вивчення.
На початкових етапах дослідження втома розглядалася як процес, що відбувається виключно в робочих органах, тобто м’язах. Відомі декілька варіантів так званих локально-гуморальних, або периферійних, концепцій, суть яких зводиться ось до чого:
● причиною втоми є продукти обміну речовин в м’язах, які утворюються в процесі роботи і отруюють організм, а також зміни в рідинному середовищі (крові, лімфі);
● шкідлива дія продуктів розпаду має локальний характер (м’язи або місця з’єднання периферійних нервів з м’язовим волокном).
Найвідомішими серед локально-гуморальних є теорії виснаження, забруднення і задушення клітин. Суть теорії виснаження, представником якої є Шіфф, полягає в тому, що втома наступає в зв’язку зі зменшенням так званих динамогенних речовин, у першу чергу глікогену, які є джерелом енергії м’язових скорочень. Теорія забруднення Пфлюгера пояснює втому тим, що в м’язах накопичуються продукти (вуглекислота, молочна кислота), які спричинюють інтоксикацію організму. Прихильники теорії задушення клітин, яку висунув Ферворн, виходять з того, що під час роботи працюючі м’язи відчувають нестачу кисню.
Всі ці теорії грунтуються на висновках, зроблених внаслідок експериментальних досліджень на ізольованому м’язовому препараті.
Основні недоліки цих теорій зводяться до:
● заперечення головної ролі центральної нервової системи в цілісному організмі людини;
● твердження, що процес втоми починається зразу ж з початком роботи і прогресує протягом її виконання. Сама м’язова робота розглядається як негативний фактор, що призводить до самоотруєння організму;
● ігнорування позитивного фізіологічного значення втоми, яка стимулює відновлювальні процеси і тренування організму.
Разом з тим перевірка цих теорій показала, що зазначені елементарні процеси, які відбуваються в м’язах людини під час роботи, мають місце і являють лише частину складних процесів життєдіяльності організму, підпорядкованих центрально-нервовій регуляції.
Сучасні уявлення про втому базуються на центрально-нервовій концепції. Обгрунтування її дав М. І. Сєченов, який, зокрема, підкреслював, що джерело відчуття втоми знаходиться виключно в центральній нервовій системі, а не в працюючих м’язах, як це вважалося раніше. Відкритий ним феномен ефекту активного відпочинку свідчить саме про стан працездатності нервових центрів.
Центрально-коркова концепція втоми розроблялась у працях І. П. Павлова, М. Є. Введенського, О. О. Ухтомського, М. І. Виноградова, П. К. Анохіна, С. О. Косилова, В. В. Розенблата та інших. Вона отримала своє експериментальне підтвердження, яке зводиться до таких висновків:
по-перше, накопичення в м’язах молочної кислоти не є основною причиною втоми, і в цілісному організмі людини втома не знаходиться в прямій залежності від накопичення метаболітів. Людина втомлюється і при виконанні легкої і розумової роботи, коли відсутнє накопичення в м’язах молочної кислоти;
по-друге, основна питома вага в механізмі втоми належить не периферійним, а центральним процесам, про що свідчать:
— надзвичайно низька втомлюваність периферійних апаратів;
— вплив на розвиток втоми стану центральної нервової системи (емоції, автоматизм дій);
— менша стомлюваність людини від мимовільної роботи порівняно з свідомо-вольовою роботою;
— можливість виконання мимовільної роботи після повної втоми від довільної роботи;
— зрушення в стані периферійних апаратів є вторинними і залежать від зміни в нервових центрах (робота м’язів змінюється під впливом розумової втоми).
по-третє, первинна ланка центрального механізму має коркову природу. Чим менший рівень свідомого контролю за виконанням роботи, тобто чим менший рівень збудження, а отже і затрат енергії кортикальних центрів при роботі, тим менше вона втомлює, хоча характер м’язових навантажень і зусиль не змінюється;
по-четверте, важливу роль в розвитку втоми відіграє процес гальмування в корковому центрі рухового апарату.
Усе це підтверджує думку про основну роль центрального механізму розвитку втоми. У межах цього механізму первинною ланкою є зрушення в коркових центрах.
Зрушення в стані коркових центрів зумовлюються багатьма причинами. Основна з них полягає в тому, що коркові центри, маючи найменший рівень працездатності, несуть велике навантаження, пов’язане з переробкою різної інформації і регулюванням роботи всіх органів і систем організму, а саме:
● в кору спрямовуються потоки аферентних імпульсів відносно трудового завдання;
● кора формує імпульси щодо скорочення м’язів;
● згідно з принципом зворотної аферентації в кору головного мозку надходить потік збуджень, які сигналізують про виконання програми дій відповідно до поставленої мети;
● від працюючих м’язів надходять сигнали про хімічні зрушення, що відбуваються в них під впливом виконуваної роботи;
● аналогічні сигнали надходять від інших органів і систем, які забезпечують виконання роботи (серцево-судинної, ендокринної, дихання і т. ін.);
● частина інформації виступає у вигляді результатів психічної діяльності мозку (пам’яті, уяви, мислення тощо);
● величезний потік збуджень надходить від ретикулярної формації, який підтримує необхідний тонус кори.
Залежно від конкретних умов і характеру роботи вирішальними можуть бути різні фактори втоми. Так, при виконанні динамічної і статичної роботи з локальними м’язовими навантаженнями переважаючими є потоки збудження, які безпосередньо пов’язані з виконанням трудових рухів.
Силова робота і статичні напруження викликають швидку втому внаслідок інтенсивних потоків збуджень як від пропріо- і хеморецепторів м’язів, так і від коркових центрів при формуванні вольових імпульсів до скорочення м’язів.
Виконання дуже важких робіт супроводжується накопиченням в м’язах і крові недоокислених продуктів, перевитратами вуглеводних резервів, порушенням терморегуляції, що зумовлює високу питому вагу в аферентних потоках імпульсів від хеморецепторів м’язів і судин.
При напруженій розумовій і нервово-емоційній праці збудження асоціативних зон кори за законами домінанти посилюється потоками імпульсів від різних аналізаторів та ретикулярної формації.
Зрушення в коркових центрах зумовлюються:
● затратами ресурсів, характером відновлення їх під час роботи і розвитком гальмування;
● нерівномірним зниженням лабільності різних елементів нервових центрів, що викликає дискоординацію робочих функцій і розвиток гальмівних процесів в коркових центрах.
Робота нервових клітин супроводжується затратами енергетичних ресурсів, які при нормальному стані організму відновлюються в процесі праці. Якщо робота інтенсивна, або тривала, то затрати ресурсів збільшуються і недостатньо компенсуються відновлювальними процесами. Щоб запобігти надмірним затратам ресурсів і функціональному виснаженню нервових клітин, на зміну процесам збудження приходить процес гальмування, яке за біологічним значенням є охоронним, а за природою — безумовним. Під час гальмування клітина відновлює свій енергетичний потенціал.
Проте не слід ототожнювати процеси втоми і гальмування. Втома передує гальмуванню. Відповідний рівень функціональних затрат є одним з автоматичних внутрішніх збудників процесу гальмування.
Зниження працездатності коркових центрів викликає складний комплекс зрушень в організмі. Зокрема, гальмуються імпульси до скорочення м’язів, що відчувається працівником як стомлення, кволість, неможливість продовжувати роботу. Відбуваються зміни стану всіх ланок рухового апарату і систем організму.
Таким чином, втома являє собою цілісний процес, який охоплює всі рівні рухового апарату, з лімітуючою корковою ланкою, і виявляється в зниженні працездатності.
Причиною втоми є критична величина затрат функціональних ресурсів і формування нейрофізіологічного конфлікту між діяльністю і відновлювальними процесами, загострення якого супроводжується дискоординацією і дефіцитом тонізуючої нервової імпульсації.
Дискоординація розвивається в центральній нервовій системі, а виявляється в рухах, мисленні, сприйманні, у діяльності внутрішніх органів. При максимальному дефіциті нервової імпульсації в діяльності мозку розвиваються фазові стани (рівноважна, парадоксальна, ультрапарадоксальна стадії парабіозу).
Отже, фізіологічна суть втоми полягає в зниженні лабільності нервової системи у зв’язку з затратами енергетичних ресурсів і розвитком процесу гальмування, внаслідок чого порушуються робочий динамічний стереотип і координація робочих функцій.
Поява гальмівного процесу в ряді груп нервових клітин викликає необхідність вольових зусиль у працівника для продовження роботи, що призводить до загострення нейрофізіологічного конфлікту між основною і відновлювальною функціональними системами.
Тривалий нейрофізіологічний конфлікт різного рівня загострення між функціональними системами організму — характерна риса виробничої втоми.
За біологічною суттю втома являє собою пристосовну фізіологічну захисну реакцію організму. Через такий компонент, як процес гальмування, втома захищає робочі апарати від глибоких місцевих зрушень і забезпечує можливість швидкого відпочинку та відновлення роботи. Функціональні затрати, які спричиняють втому, біологічно корисні для організму, оскільки стимулюють відновлювальні процеси, що забезпечує підвищення працездатності. Помірна втома не зашкоджує здоров’ю працівника, і на фоні початкових ознак її робота може тривати за рахунок резервних можливостей організму.
Оскільки будь-яка праця є єдиним нервово-м’язовим процесом, то механізм втоми при фізичній, розумовій, нервово-напруженій роботі не дуже відрізняється. У всіх випадках первинною ланкою втоми є коркові центри. Відмінність полягає лише в різних коркових аналізаторах. При цьому гальмування, яке виникає в певних групах нервових клітин, іррадіює на сусідні аналізатори, в зв’язку з чим після важкої фізичної праці розумова діяльність малопродуктивна, і навпаки.
Разом з тим розрізняють загальну і локальну (наприклад, зорова), м’язову і психічну втому, які є наслідком тимчасового зниження працездатності організму, окремих його систем і органів. На характер втоми впливає вид трудової діяльності, оскільки функціональні зміни переважно локалізуються в найбільш навантажених ланках або ключових фізіологічних системах.
Фізіологами встановлено, що зрушення в коркових центрах при короткочасній інтенсивній роботі і тривалій роботі невеликої інтенсивності суттєво відрізняються. Це виявляється у співвідношеннях між процесами затрати ресурсів і гальмуванням. На підставі цього розрізняють два типи втоми: первинну, або таку, що швидко розвивається, і вторинну, що розвивається повільно.
Залежно від характеру роботи, вихідного функціонального стану працівника втома може досягати різної глибини, переходити у хронічну втому, або перевтому.
Проте, незважаючи на численні літературні розробки з проблем втоми, поки ще не існує єдиного розуміння цього явища, а діагностика втоми становить значні труднощі. Достатньо сказати, що відомо понад 100 визначень поняття «втома». Спільним для них є констатація таких сторін втоми, як:
● зниження працездатності людини;
● вплив на розвиток втоми виконуваної роботи;
● тимчасовий, зворотний характер зниження працездатності.
Тому найбільш загальним є визначення втоми як тимчасового зниження працездатності внаслідок інтенсивної або тривалої роботи, яке виявляється в зниженні кількісних і якісних показників роботи і погіршенні координації робочих функцій. Фактори втоми різноманітні і пов’язані як з трудовою, так і позавиробничою діяльністю людини. Вирішальне значення, проте, має трудова діяльність, величина трудових навантажень і умови праці. Втома, яка розвивається під впливом трудової діяльності, характеризується як професійна, або виробнича, на відміну від загальної втоми, зумовленої життєдіяльністю людини. Слід також зазначити, що стомлення працівника і величина втоми певною мірою залежать від таких індивідуальних особливостей людини, як фізичний розвиток, стан здоров’я, вік, інтерес до роботи і мотивація, вольові риси характеру, тип нервової системи.
Розрізняють фізичну і розумову втому. Суть, причини і механізми їх розвитку були і залишаються основними теоретичними проблемами її вивчення.
На початкових етапах дослідження втома розглядалася як процес, що відбувається виключно в робочих органах, тобто м’язах. Відомі декілька варіантів так званих локально-гуморальних, або периферійних, концепцій, суть яких зводиться ось до чого:
● причиною втоми є продукти обміну речовин в м’язах, які утворюються в процесі роботи і отруюють організм, а також зміни в рідинному середовищі (крові, лімфі);
● шкідлива дія продуктів розпаду має локальний характер (м’язи або місця з’єднання периферійних нервів з м’язовим волокном).
Всі ці теорії грунтуються на висновках, зроблених внаслідок експериментальних досліджень на ізольованому м’язовому препараті.
Основні недоліки цих теорій зводяться до:
● заперечення головної ролі центральної нервової системи в цілісному організмі людини;
● твердження, що процес втоми починається зразу ж з початком роботи і прогресує протягом її виконання. Сама м’язова робота розглядається як негативний фактор, що призводить до самоотруєння організму;
● ігнорування позитивного фізіологічного значення втоми, яка стимулює відновлювальні процеси і тренування організму.
Разом з тим перевірка цих теорій показала, що зазначені елементарні процеси, які відбуваються в м’язах людини під час роботи, мають місце і являють лише частину складних процесів життєдіяльності організму, підпорядкованих центрально-нервовій регуляції.
Сучасні уявлення про втому базуються на центрально-нервовій концепції. Обгрунтування її дав М. І. Сєченов, який, зокрема, підкреслював, що джерело відчуття втоми знаходиться виключно в центральній нервовій системі, а не в працюючих м’язах, як це вважалося раніше. Відкритий ним феномен ефекту активного відпочинку свідчить саме про стан працездатності нервових центрів.
Центрально-коркова концепція втоми розроблялась у працях І. П. Павлова, М. Є. Введенського, О. О. Ухтомського, М. І. Виноградова, П. К. Анохіна, С. О. Косилова, В. В. Розенблата та інших. Вона отримала своє експериментальне підтвердження, яке зводиться до таких висновків:
по-перше, накопичення в м’язах молочної кислоти не є основною причиною втоми, і в цілісному організмі людини втома не знаходиться в прямій залежності від накопичення метаболітів. Людина втомлюється і при виконанні легкої і розумової роботи, коли відсутнє накопичення в м’язах молочної кислоти;
по-друге, основна питома вага в механізмі втоми належить не периферійним, а центральним процесам, про що свідчать:
— надзвичайно низька втомлюваність периферійних апаратів;
— вплив на розвиток втоми стану центральної нервової системи (емоції, автоматизм дій);
— менша стомлюваність людини від мимовільної роботи порівняно з свідомо-вольовою роботою;
— можливість виконання мимовільної роботи після повної втоми від довільної роботи;
по-третє, первинна ланка центрального механізму має коркову природу. Чим менший рівень свідомого контролю за виконанням роботи, тобто чим менший рівень збудження, а отже і затрат енергії кортикальних центрів при роботі, тим менше вона втомлює, хоча характер м’язових навантажень і зусиль не змінюється;
по-четверте, важливу роль в розвитку втоми відіграє процес гальмування в корковому центрі рухового апарату.
Усе це підтверджує думку про основну роль центрального механізму розвитку втоми. У межах цього механізму первинною ланкою є зрушення в коркових центрах.
Зрушення в стані коркових центрів зумовлюються багатьма причинами. Основна з них полягає в тому, що коркові центри, маючи найменший рівень працездатності, несуть велике навантаження, пов’язане з переробкою різної інформації і регулюванням роботи всіх органів і систем організму, а саме:
● в кору спрямовуються потоки аферентних імпульсів відносно трудового завдання;
● кора формує імпульси щодо скорочення м’язів;
● згідно з принципом зворотної аферентації в кору головного мозку надходить потік збуджень, які сигналізують про виконання програми дій відповідно до поставленої мети;
● від працюючих м’язів надходять сигнали про хімічні зрушення, що відбуваються в них під впливом виконуваної роботи;
● аналогічні сигнали надходять від інших органів і систем, які забезпечують виконання роботи (серцево-судинної, ендокринної, дихання і т. ін.);
● частина інформації виступає у вигляді результатів психічної діяльності мозку (пам’яті, уяви, мислення тощо);
● величезний потік збуджень надходить від ретикулярної формації, який підтримує необхідний тонус кори.
Залежно від конкретних умов і характеру роботи вирішальними можуть бути різні фактори втоми. Так, при виконанні динамічної і статичної роботи з локальними м’язовими навантаженнями переважаючими є потоки збудження, які безпосередньо пов’язані з виконанням трудових рухів.
Силова робота і статичні напруження викликають швидку втому внаслідок інтенсивних потоків збуджень як від пропріо- і хеморецепторів м’язів, так і від коркових центрів при формуванні вольових імпульсів до скорочення м’язів.
Виконання дуже важких робіт супроводжується накопиченням в м’язах і крові недоокислених продуктів, перевитратами вуглеводних резервів, порушенням терморегуляції, що зумовлює високу питому вагу в аферентних потоках імпульсів від хеморецепторів м’язів і судин.
При напруженій розумовій і нервово-емоційній праці збудження асоціативних зон кори за законами домінанти посилюється потоками імпульсів від різних аналізаторів та ретикулярної формації.
Зрушення в коркових центрах зумовлюються:
● затратами ресурсів, характером відновлення їх під час роботи і розвитком гальмування;
● нерівномірним зниженням лабільності різних елементів нервових центрів, що викликає дискоординацію робочих функцій і розвиток гальмівних процесів в коркових центрах.
Робота нервових клітин супроводжується затратами енергетичних ресурсів, які при нормальному стані організму відновлюються в процесі праці. Якщо робота інтенсивна, або тривала, то затрати ресурсів збільшуються і недостатньо компенсуються відновлювальними процесами. Щоб запобігти надмірним затратам ресурсів і функціональному виснаженню нервових клітин, на зміну процесам збудження приходить процес гальмування, яке за біологічним значенням є охоронним, а за природою — безумовним. Під час гальмування клітина відновлює свій енергетичний потенціал.
Зниження працездатності коркових центрів викликає складний комплекс зрушень в організмі. Зокрема, гальмуються імпульси до скорочення м’язів, що відчувається працівником як стомлення, кволість, неможливість продовжувати роботу. Відбуваються зміни стану всіх ланок рухового апарату і систем організму.
Таким чином, втома являє собою цілісний процес, який охоплює всі рівні рухового апарату, з лімітуючою корковою ланкою, і виявляється в зниженні працездатності.
Причиною втоми є критична величина затрат функціональних ресурсів і формування нейрофізіологічного конфлікту між діяльністю і відновлювальними процесами, загострення якого супроводжується дискоординацією і дефіцитом тонізуючої нервової імпульсації.
Дискоординація розвивається в центральній нервовій системі, а виявляється в рухах, мисленні, сприйманні, у діяльності внутрішніх органів. При максимальному дефіциті нервової імпульсації в діяльності мозку розвиваються фазові стани (рівноважна, парадоксальна, ультрапарадоксальна стадії парабіозу).
Отже, фізіологічна суть втоми полягає в зниженні лабільності нервової системи у зв’язку з затратами енергетичних ресурсів і розвитком процесу гальмування, внаслідок чого порушуються робочий динамічний стереотип і координація робочих функцій.
Поява гальмівного процесу в ряді груп нервових клітин викликає необхідність вольових зусиль у працівника для продовження роботи, що призводить до загострення нейрофізіологічного конфлікту між основною і відновлювальною функціональними системами.
Тривалий нейрофізіологічний конфлікт різного рівня загострення між функціональними системами організму — характерна риса виробничої втоми.
За біологічною суттю втома являє собою пристосовну фізіологічну захисну реакцію організму. Через такий компонент, як процес гальмування, втома захищає робочі апарати від глибоких місцевих зрушень і забезпечує можливість швидкого відпочинку та відновлення роботи. Функціональні затрати, які спричиняють втому, біологічно корисні для організму, оскільки стимулюють відновлювальні процеси, що забезпечує підвищення працездатності. Помірна втома не зашкоджує здоров’ю працівника, і на фоні початкових ознак її робота може тривати за рахунок резервних можливостей організму.
Оскільки будь-яка праця є єдиним нервово-м’язовим процесом, то механізм втоми при фізичній, розумовій, нервово-напруженій роботі не дуже відрізняється. У всіх випадках первинною ланкою втоми є коркові центри. Відмінність полягає лише в різних коркових аналізаторах. При цьому гальмування, яке виникає в певних групах нервових клітин, іррадіює на сусідні аналізатори, в зв’язку з чим після важкої фізичної праці розумова діяльність малопродуктивна, і навпаки.
Разом з тим розрізняють загальну і локальну (наприклад, зорова), м’язову і психічну втому, які є наслідком тимчасового зниження працездатності організму, окремих його систем і органів. На характер втоми впливає вид трудової діяльності, оскільки функціональні зміни переважно локалізуються в найбільш навантажених ланках або ключових фізіологічних системах.
Фізіологами встановлено, що зрушення в коркових центрах при короткочасній інтенсивній роботі і тривалій роботі невеликої інтенсивності суттєво відрізняються. Це виявляється у співвідношеннях між процесами затрати ресурсів і гальмуванням. На підставі цього розрізняють два типи втоми: первинну, або таку, що швидко розвивається, і вторинну, що розвивається повільно.
Залежно від характеру роботи, вихідного функціонального стану працівника втома може досягати різної глибини, переходити у хронічну втому, або перевтому.
