Г. В. Федорович Структура нормирования тяжести труда (№4, 2019) Читать в журнале по охране труда БИОТ в Нижнем Новгороде.

УДК 331.45

Структура нормирования тяжести труда

Г.В. Федорович, д.ф-м.н.,

Технический директор ООО «НТМ-Защита»

г.Москва, Россия,

Реферат

В статье предлагается последовательность действий, фиксируемых в стандартном наборе документов, обосновывающих итоговый нормативно-правовой акт (СанПиН)в области охраны труда:

Метаанализ эмпирических данных по медицине и гигиене труда, полученных в однотипных исследованиях, одного уровня достоверности, анализируемых с единых позиций.
Стандарт нормирования тяжести труда. Стандарт не являются обязательным к применению документом, однако, он аксиоматизирует вывод количественных значений норм, составляющих содержание СанПиН в соответствующей области.
Собственно СанПиН представляют собой итоговую, резолютивную (со ссылкой на Стандарт в качестве обоснования) часть системы норм в сфере охраны труда. В них должны быть зафиксированы границы допустимых значений вредных производственных факторов. Именно СанПиН являются обязательным к применению нормативно-правовым актом.

В статье дан пример формирования норматива тяжести труда, организованного в соответствии с изложенными правилами. В качестве единой гигиенической характеристики тяжести труда взят метаболический эквивалент работы. Для его измерения предлагается использовать методы непрямой калориметрии – по потреблению кислорода и частоте сердечного ритма. Ограничения тяжести труда определяются допустимой дозой физической активности. Для формулирования интегральных выводов и обоснования суммарных показателей факторов риска проведен обзор современных Руководств, Рекомендаций, Стандартов нормирования тяжести труда в промышленно развитых странах. Принятые в них допустимые дозы физической активности близки друг к другу. Результаты обзора составляют основания Стандарта нормирования тяжести труда, а система количественных характеристик допустимых доз формирует содержание СанПиН тяжести труда.

Ключевые слова: безопасность труда, энергозатраты, физическая активность, частота сердечных сокращений, уравнения прогнозирования, нормативный акт.

The structure of the regulation of high occupational physical activity

G.V.Fedorovitch

Ph.D., Technical director, NTM Ltd

Abstract

The article proposes a sequence of actions fixed in a standard set of documents substantiating the final regulatory act (RA) in the field of occupational safety:

(1) A meta-analysis of empirical data on medicine and occupational health obtained in the same type of research, of the same level of reliability, analyzed from a single attitude.

(2) Standard for the regulation of the occupational safety. The Standard should axiomatize the derivation of the quantitative values of the norms for RA.

(3) It is RA that represent the final, resolute (with reference to the Standard as a justification) part of the system of norms in the field of occupational safety. It fixes the boundaries of permissible values of physical activity. It is the RA that is mandatory for use by a regulatory legal act.

The article gives an example of the formation of a norm of occupational safety, organized in accordance with the above rules. The metabolic equivalent of task is taken as a single hygienic characteristic of the occupational safety. To measure it, it is proposed to use indirect calorimetry methods - according to oxygen consumption and heart rate. Restrictions on the occupational physical activity are determined by the permissible dose of metabolic activity. To formulate integral conclusions and justify the total indicators of risk factors, a review of modern Guides, Recommendations, Standards for standardizing the occupational safety in Western countries is carried out. The permissible doses of physical activity taken in them are close to each other. The results of the review form the basis of the Standard for the Standardization of Labor Severity, and the system of quantitative characteristics of permissible doses forms the content of RA in the field of occupational safety.

Keywords: occupational safety, energy expenditure, physical activity, heart rate, prediction equations, regulatory act.

Введение

По меньшей мере два обстоятельства требуют обновления корпуса нормативно-правовых актов (далее – НПА). Первое из них – серьезное отставание отечественного подхода к медицине и гигиене труда от мирового уровня развития в этой области. Действующие в стране акты, по большей части, представляют собой неоднократно переписанные (но не обновлявшиеся) нормы, принятые более полувека назад. Здесь следует искать корни реформы системы НПА, получившей название «регуляторная гильотина».

В мире печатаются в бумажном и электронном (в Интернете) виде тысячи медицинских журналов, в которых ежегодно публикуются миллионы статей по медицине, в том числе и по медицине и гигиене труда. Как правило, анализ и обобщение первичных данных из медицинских журналов проводится в систематизированных обзорах, представляющих собой серьезные научные исследования (клиника заболеваний, диагностика, эпидемиология, методы профилактики и лечения и пр.), выполняемые (инициативно или по заказу) высококлассными специалистами в своих областях. Те же специалисты пишут монографии, учебники, справочники. Эти материалы насчитываются, по меньшей мере, десятками в год.

Качественный и количественный уровень публикаций в отечественных медицинских журналах заметно ниже. Развитие российской медицины практически во всех областях существенно зависит от западных достижений, и это положение будет сохраняться до тех пор, пока современные методы получения и оценки информации не изменят культуру медицинских исследований и публикаций. Вместо того, чтобы заимствовать или копировать внешние проявления прогресса в науке, следует создавать систему, которая бы воспроизводила эти достижения и поддерживала научно обоснованные разработки. Здесь естественно перейти ко второму обстоятельству, требующему обновления нормативной базы в области медицины и гигиены труда.

Одно из основных направлений развития современной медицины – ее цифровизация. Нет уверенности, однако, в одинаковом понимании проблем в этой области основными действующими сторонами – государством, бизнесом/промышленностью, наукой. Есть основания полагать, что кроме некоторых общих теоретических статей на эту тему, реально нет сколько-нибудь продуманной стратегии. Настоящие решения для медицины и гигиены труда сложны, ресурсоемки и требуют ответственности за результат. В этих условиях существует соблазн «традиционного» подхода, когда дело сведется к программам для мобильных гаджетов, типа измерителей шагов или подкожного жира. В том же русле лежит использование средств вычислительной техники и соответствующего программного обеспечения для ускорения коммуникаций участников процесса за счет упрощения передачи информации. Если ограничиться оцифровкой нынешних банальностей на темы охраны труда, в результате получатся оцифрованные банальности, столь же бессодержательные, как и исходные.

Здесь недостаточно описательных заключений. Нужно то, что можно использовать в расчетах – количественные характеристики причинно-следственных отношений. Главной задачей должна стать поддержка принятия руководством промышленных предприятий решений о стратегических и тактических задачах развития службы охраны труда.

Несколько лет назад автор сформулировал [1] / [3] предложения о рационализации подхода к предмету и методам работы в области медицины и гигиены труда. Рациональность – это, в частности, необходимость обеспечения санитарно-гигиенических исследований полноценным научным фундаментом. Переход к решениям на основе данных следует начинать с выбора концепции их отбора и последующего анализа (структуры и иерархии) самих данных. Ситуация упрощается за счет использования уже выпускающихся в промышленно развитых странах Рекомендаций, Руководств и Стандартов. Они представляют собой результат тщательного отбора материалов ранее выполненных исследований, их обобщения и корректировки институтами, университетами, национальными или международными организациями (комитетами, комиссиями). Результаты обновляются каждые несколько лет в виде последовательных редакций.

Нечто подобное необходимо принять в нашей стране. Здесь надо иметь в виду, что как на Западе, так и у нас в стране, Стандарты не являются обязательным к применению НПА. Они служат основаниями вывода количественных значений норм, составляющих содержание СанПиН в соответствующей области. Последние представляют собой итоговую, резолютивную (без подробностей) часть системы НПА в сфере охраны труда. Именно они обязательны к применению.

Из приведенного описания Стандартов следует – какой высокой степени надежности должны быть содержащиеся в них данные. Именно поэтому Стандарты, во-первых, должны опираться на максимально возможный массив результатов конкретных исследований, а во-вторых, должны подвергаться постоянному обновлению в соответствии с постоянно появляющимися новыми научными данными. Обновления могут быть только результатом широкого обсуждения в научном сообществе. Соответственно, только по мере накопления изменений в Стандартах, должно обновляться содержание СанПиН.

В настоящей статье предлагается пример формирования норматива тяжести труда, организованного в соответствии с изложенными правилами. Обращение к теме тяжести труда оправдано тем, что во многих отраслях промышленности, особенно в угольной, горнорудной отрасли, в строительстве, на транспорте, в сельском хозяйстве есть немало профессий, для которых характерны тяжелые физические нагрузки. Общая (глобальная) физическая активность (далее – ФА), как правило, связана с приложением значительных усилий, подъемом и перемещением груза, наклонами корпуса, работой в неудобных и вынужденных позах. При чрезмерной продолжительности или интенсивном напряжении мышц утомление может накапливаться и приводить к развитию перенапряжения и нередко, в последующем, к возникновению патологических нарушений. Структура профессиональных заболеваний от функционального перенапряжения полиморфна и включает патологию периферической нервной системы, кардиореспираторной системы и опорно-двигательного аппарата. Однако, в настоящее время оценка этого фактора ограничивается общими показателями, такими как внешние наблюдения исследователя, название должности или самоотчет работника, что явно недостаточно для обоснования нормирования этого наиболее распространенного вредного производственного фактора. Принятая в стране Методика оценки условий труда [4], в этой части сводится к разрозненным описаниям отдельных работ и невнятным правилам их компоновки, явно недостаточным для создания общей картины единого трудового процесса. Ниже возможности нормирования тяжести труда рассмотрены в свете современных представлений о физиологических эффектах ФА.

В качестве концептуальной основы, обеспечивающей единство гигиенических исследований ФА, предлагается использовать метаболический эквивалент работы (Metabolic Equivalent of Task - МЕТ). В настоящее время именно через него во всем мире принято выражать результаты измерений (калориметрических и физиологических) энергетического уровня ФА. Существуют справочники, приписывающие МЕТ различным видам работы. Использование этих данных позволяет a’priori оценивать тяжесть труда на том или ином рабочем месте и, соответственно, оценивать норму безопасного труда. В определение МЕТ, однако, входит не только энергоемкость работы, но и характеристика работника. Поэтому, при подозрениях на возможные физические перегрузки при выполнении работы необходимо проводить непосредственные измерения тяжести труда. Здесь широкое распространение получили методы непрямой калориметрии – оценки МЕТ по потреблению кислорода, частоте сердечного ритма (Heart Rate – HR) и т.п.

Важным обстоятельством является то, что нередко напряжение опорно-двигательного аппарата в процессе работы сочетается с другими вредными производственными факторами (далее – ВПФ),такими как вибрация, перегрев организма и пр. Подобное сочетание оказывает существенное усугубляющее влияние на клиническую картину заболеваний, однако, никак не отражается в нормах по тяжести труда.

Одним из таких существенных факторов является воздействием на работника неблагоприятных микроклиматических условий на рабочем месте (далее – РМ). Реально работник трудится (тяжело или нет) в определенных (комфортных или нет) микроклиматических условиях. В зависимости от них один и тот же труд может оцениваться по-разному. И точно так же, по-разному могут расцениваться одни и те же микроклиматические условия в зависимости от тяжести труда. Раздельное рассмотрение этих факторов изначально противоречиво. Оно является следствием отсутствия единой концепции оценки. В том и другом случае нормируются разные характеристики, разрозненно описывающие отдельные стороны реально единого процесса труда в заданных внешних условиях. Синергетические эффекты неблагоприятного воздействия тяжести труда и других ВПФ в действующих НПА не рассматриваются. В настоящей работе предлагается возможный способ ликвидации указанного противоречия.

Разумеется, предлагаемая система разработки нормативов в области медицины и гигиены труда не идеальна и поэтому открыта для критики и модификации. Ее возможное несовершенство, однако, не может рассматриваться как повод отвергать любую систему, возвращаясь тем самым к существовавшей до сих пор практике появления нормативов по непонятным основаниям, неизвестного авторства, неясного происхождения.

Часть 1. Концепция нормировании тяжести труда.

На начальном этапе работы концепция – это некоторое допущение, предположение, догадка. О ней нельзя сказать – истинна она или ложна. Пока что она – недоказанный тезис, представляющий собой возможный ответ на вопрос о предполагаемых связях между условиями труда и его последствиями. Концепция может быть эмпирической, т.е. она не должна раскрывать механизмы связи между условиями, содержанием и формами трудовой деятельности и ее влиянием на здоровье работников. Однако, без концепции невозможно организовать эффективное исследование. В этом смысле она имеет функциональное значение – формирует понятийный аппарат,определяет последующие логические этапы, шаги к инструментовке, проверке истинности и воплощению конечного результата – нормированию тяжести труда. Здесь мы имеем дело с большим количеством исходных данных, и работа должна быть направлена на то, чтобы собрать из них целостную картину – ответ на задачу.

§ 1. Характеристики физической активности.

Тяжесть труда определяется тремя основными компонентами: интенсивностью и частотой мышечных усилий и их продолжительностью. Все остальные показатели, такие как изометрические, изотонические, изокинетические нагрузки, общее число стереотипных рабочих движений, характер рабочей позы, глубина и частота наклонов корпуса и перемещения в пространстве, представляют интерес постольку, поскольку они могут быть выражены в терминах основных компонент тяжести труда. Тем не менее, были предприняты попытки характеризовать ФА только по «внешним» показателям, не обращаясь к энергетике работы.

1.1. Рекомендации NIOSH

Профессиональные расстройства опорно-двигательного аппарата – мышц, сухожилий, суставов, хрящей, верхних и нижних конечностей, шеи и поясницы – достаточно уверенно связывают с тяжелым физическим трудом. До начала 80-х годов прошлого века профилактика таких расстройств сводилась к рекомендациям «при подъеме тяжестей нагрузка на ноги, а не на спину», «держать спину прямой» и т.п. В 1985 году в США Национальный институт по охране труда и промышленной гигиене (National Institute for Occupational Safety and Health - NIOSH) созвал специальный комитет экспертов по решению задачи оценки тяжести подъема грузов вручную. В результате было подготовлено и опубликовано Практическое руководство по ручному подъему (Work Practices Guide for Manual Lifting), содержащее рекомендации по ограничению веса перемещаемого вручную груза. В дальнейшем NIOSH неоднократно созывал специальный комитет экспертов по пересмотру и расширению Руководства NIOSH. Последнее издание относится к 2011 г. [5] . В настоящее время оно представляет собой комплексную эргономическую оценку тяжести ручного труда на основе конвергенции медицинских, научных и инженерных точек зрения. Целью Руководства является конкретизация определений безопасного (связанного с приемлемым риском) и опасного (приводящего к неприемлемому риску) ручного труда.

Концептуальной основой предлагаемых NIOSH оценок является формула для определения допустимого веса перемещаемого вручную груза. Отправной точкой расчета является величина нагрузки (Load Constant– LC) 23 кг, которая представляет собой рекомендованный максимальный вес груза для подъема в идеальных условиях. Влияние условий работы задается коэффициентами, которые служат для уменьшения нагрузки LC до величины рекомендованного предела веса (Recommended Weight Limit – RWL).

RWL = LC*HM*VM*DM*AM*FM*CM (1)

Здесь все сомножители меньше единицы, они отражают влияние:

HM - горизонтального расположения объекта по отношению к телу

VM - вертикального расположения объекта по отношению к полу

DM - расстояния, на которое объект перемещается по вертикали

AM - асимметрии или угла на который требуется развернуться

FM - частоты и продолжительности активных подъемов

CM - сцепления или качества захвата объекта

Каждый из этих сомножителей рассчитывается по специальным формулам, учитывающим конкретные параметры выполняемой задачи. Например (здесь и далее в квадратных скобках указана размерность величины), HM = 25/H, где Н[см] – расстояние от оси тела до переносимого груза; VM = 1- 0,003|V-75|, где V[cm] – высота груза над полом; DM= 0,82 + 4,5/D, где D[см] - высота подъема груза (от начальной точки до конечной); АМ = 1- 0,0032A, где A – угол [градусы], на который необходимо развернутся для того, чтобы переместить груз в нужное место. Последние два сомножителя FM и СМ определяются таблично.

Отношение реального веса W переносимого груза к рекомендуемому RWL обозначается как LI (Lifting Index) и определяет риск развития профессионального расстройства опорно-двигательного аппарата. Если LI < 1 риск считается приемлемым, при 1 < LI < 3 риск высок, при LI > 3 труд связан с неприемлемым риском.

Отдельные коэффициенты, определяющие RWL, могут быть использованы для выявления конкретных недостатков и прогнозирования результатов работы по улучшению условий труда. Предполагается, что с помощью Руководства NIOSH, можно оценить риск производственных задач, связанных с подъемом и перемещением грузов, а затем реализовать разумные меры для управления этими рисками. Тем не менее, предлагаемые рекомендации по ограничению веса перемещаемого вручную груза не дают понимания природы вредного воздействия этого производственного фактора. Реально, они и не могут этого, так как хоть и близки к ответу, но им не являются.

1.2. Энергетика физической работы.

Физическую активность организма можно характеризовать интенсивностью энерговыделения (Energy Expenditure - ЕЕ). В условиях умственного и физического покоя интенсивность основного (базального) метаболизма обусловлена постоянно активным состоянием, в котором находятся мозг, сердце, дыхательная мускулатура, печень и почки. Средняя ЕЕ у взрослого может быть принята равной 1800 ккал в сутки, что соответствует мощности ЕЕ0 ≈ 90 Вт. В общем случае скорость полного энерговыделения ЕЕпол за счет всех источников (химических процессов и мышечной деятельности) отличается от основного обмена на величину дополнительной энергии ЕЕдоп, связанной с мышечной деятельностью: ЕЕпол = ЕЕ0 + ЕЕдоп . Лишь некоторая часть энергии химических превращений используется на синтез молекул АТФ и лишь часть энергии распада АТФ идет непосредственно на мышечное сокращение. Основная часть дополнительной энергии ЕЕдоп рассеивается в виде тепла. Механическая мощность, развиваемая мышцами ЕЕмех составляет долю η= ЕЕмех / ЕЕдоп , которую условно можно назвать «коэффициентом полезного действия» мышц. Величина η меняется от человека к человеку, зависит от общего состояния организма и вида механической работы. Для ходьбы и бега (с небольшой скоростью) η ≈ (20 – 30) % , для поднятия и переноса тяжестей η ≈ (10 – 15) % При оценках можно принимать среднее значение η = 20 % [6]

Интерес гигиенистов к энергетике физической активности человека изначально был связан с определением комфортных микроклиматических условий на производстве [7]. Была предложена система оценки отдельных категорий работ на основе интенсивности энергозатрат организма:

К категории Iа относятся работы с интенсивностью энергозатрат до 120 ккал/ч (до 139 Вт), производимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением (ряд профессий на предприятиях точного приборо- и машиностроения, на часовом, швейном производствах, в сфере управления и т. п.).
К категории Iб относятся работы с интенсивностью энергозатрат 121-150 ккал/ч (140-174 Вт), производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением (ряд профессий в полиграфической промышленности, на предприятиях связи, контролеры, мастера в различных видах производства и т. п.).
К категории IIа относятся работы с интенсивностью энергозатрат 151-200 ккал/ч (175-232 Вт), связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких (до 1 кг) изделий или предметов в положении стоя или сидя и требующие определенного физического напряжения (ряд профессий в механосборочных цехах машиностроительных предприятий, в прядильно-ткацком производстве и т. п.).
К категории IIб относятся работы с интенсивностью энергозатрат 201-250 ккал/ч (233-290 Вт), связанные с ходьбой, перемещением и переноской тяжестей до 10 кг и сопровождающиеся умеренным физическим напряжением (ряд профессий в механизированных литейных, прокатных, кузнечных, термических, сварочных цехах машиностроительных и металлургических предприятий и т. п.).
К категории III относятся работы с интенсивностью энергозатрат более 250 ккал/ч (более 290 Вт), связанные с постоянными передвижениями, перемещением и переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей и требующие больших физических усилий (ряд профессий в кузнечных цехах с ручной ковкой, литейных цехах с ручной набивкой и заливкой опок машиностроительных и металлургических предприятий и т.п.).

В дальнейшем эта категоризация была перенесена в СанПиН 2.2.4.548 – 96[8]. Следует отметить, что приведенные категории ФА не являются нормами в смысле каких-либо ограничений или запретов. Их следует принимать во внимание при принятии решений о влиянии микроклиматических условий на РМ.

1.3. MET концепция.

В гигиенических исследованиях физическая активность измеряется в метаболических эквивалентах – специфических единицах МЕТ, которые являются физиологической мерой, выражающей энергетическую величину ФА. Так как вначале эти исследования относились к теплообмену организма с окружающей средой, величина МЕТ определялась как скорость ЕЕ, отнесенная к площади поверхности тела человека. В дальнейшем, однако, с расширением области использования этих величин, ЕЕ стали относить к весу W тела. Так определенная величина МЕТ позволяет точнее сопоставлять энергетические затраты для лиц разного веса. В качестве единицы METвначале принимался уровень метаболизм покоя (спокойное сидение, сон) равный ≈ 0,9 ккал/час/кг. В настоящее время единица МЕТ округлена до 1 ккал/час/кг (≈ 1,16 Вт/кг). Тем самым MET можно рассматривать как отношение ЕЕ во время активной деятельности к ЕЕ в состоянии покоя. Так как МЕТ и ЕЕ выражаются в различных единицах, для вычисления МЕТ через ЕЕ следует использовать соотношение

MET[ккал/кг/час] =1,163* EE[Ватт]/W[кг] (2)

Здесь и ниже в квадратных скобках при обозначении переменных указываются единицы измерения этого параметра.

Практическую реализацию МЕТ-концепция получила в документе Компендиум физической активности (CompendiumofPhysicalActivities). В 1987  89 годах National Heart, Lung, and Blood Institute (США) организовал разработку перечня видов ФА с указанием характерных для них уровней энергозатрат. Целью разработки было обеспечение сопоставимости результатов различных (в том числе и эпидемиологических) исследований ФА. Содержание Сборника обновлялось в 1993, 2000 и 2011 годах, в настоящее время он используется во всем мире для количественной оценки ФА взрослых, для надзорной деятельности, научных исследований, в быту, на работе и в клинических условиях.

В Сборнике содержится схема пятизначного кодирования, связывающая категории и типы ФА с соответствующими значениями интенсивности МЕТ. Классификация ФА представляет собой иерархическую структуру. Последнее по времени (2011 год) переиздание Сборника [9] содержит 821 кодов для конкретных видов ФА с указанием характерных для них МЕТ. Для последующего интерес представляет раздел 11 «Профессиональная деятельность». В нем перечислены 120 профессий и работ, требующих существенных затрат энергии, начиная от печатания документов на компьютере и легкой работы по дому (МЕТ = 1,3) и кончая профессией лесоруба (МЕТ = 17,5). В качестве примера, в табл.1.1 приведены расходы энергии для некоторых видов (наиболее тяжелых) профессиональной деятельности.

Таблица1.1.

Расход энергии при различных видах ФА

Код	MET	Вид ФА
11250	17,5	Лесоруб, рубящий, очень быстро, топор 1,25 кг, 51 ударов / мин, чрезвычайно энергичные усилия
11550	8,8	Землекоп с лопатой, более 6,4 кг / минуту, глубоко рытье, энергичные усилия
11850	8,5	Перенос предметов по лестнице или удержание их стоя, предметы от 40 кг или более
11262	8,0	Лесоруб, рубящий быстро, топор 1,25 кг, 35 ударов / мин, энергичные усилия
11540	7,8	Землекоп, рытье канав лопатой
11840	7,5	Перенос предметов по лестнице или удержание их стоя, объекты от 30 до 40 кг
11570	6,5	Землекоп с лопатой, от 4 до 6 кг / мин, энергичные усилия
11830	6,5	Перенос предметов по лестнице или удержание их стоя, объекты от 20 до 30 кг
11110	6,3	Добыча угля, лопатой
11560	5,0	Землекоп с лопатой, менее чем 4 кг / мин, умеренное усилие
11800	4,5	Перенос предметов, 4,8 км / ч, легкие объекты (менее чем 10 кг)
11793	4,3	Ходьба со скоростью 5,5 км/час, при исполнении служебных обязанностей, ничего не перенося
11797	3,8	Ходьба со скоростью 4 км / ч, переноска не тяжелых предметов (не более чем 10 кг)

Согласно приведенным в этой таблице данным, после лесоруба наибольшая тяжесть труда у землекопов и в других профессиях, где используются лопаты, например, в шахтах. Величины энергозатрат могут быть весьма значительными. Например, работа с МЕТ = 17,5 требует (от работника весом 80 кг) мощности ≈ 1,6 кВт . Для менее энергичной работы с МЕТ = 8 соответствующая мощность равна ≈ 742 Вт. Наконец, для работ из нижних строк табл.1 с МЕТ = 4 (напр. переноска легких предметов) получим мощность ≈ 370 Вт. Следует отметить, что здесь речь идет об общих энерготратах. Чисто механическая мощность гораздо меньше (см. выше п. 1.1). У лесоруба это ≈ 300 Вт, при переноске легких предметов развивается механическая мощность ≈ 60 Вт. Тем не менее, согласно предложенной в документах [7] и [8] категоризации тяжести работ, все работы, перечисленные в табл. 4, относятся к тяжелым – III категории.

§ 2. Нормирование физической активности.

Определенности с нормированием тяжести труда препятствует некоторая противоречивость установок о пользе и вреде ФА в быту и на работе. С одной стороны, польза умеренной ФА для сохранения хорошего здоровья и качества жизни известна еще с античного времени: «Отсутствие активности разрушает хорошее состояние каждого человека, в то время как движение и методические физические упражнения спасают и сохраняют его» (Платон). По сути то же утверждается в современных рекомендациях [10] Всемирной организации здравоохранения (далее – ВОЗ). Cдругой стороны, известно, что тяжелый физический труд приводит к воспалительным и дегенеративным состояниям мышцы, сухожилий, связок, суставов, периферических нервов и кровеносных сосудов. Они включают в себя клинические синдромы, такие как воспаления сухожилий и связанные с ними состояния (тендовагинит, эпикондилит, бурсит), расстройства сжатия нервов (кистевой туннельный синдром, радикулит), и остеоартроз, а также менее стандартизованы состояния, такие как миалгия, боли в пояснице и другие региональные болевые синдромы.

Такие заболевания широко распространены во многих странах и сопряжены со значительными финансовыми затратами и влиянием на качество жизни. Во многих странах они составляют основную часть всех зарегистрированных и /или компенсируемых заболеваний, хотя и не однозначно вызванных работой. Точные данные о заболеваемости и распространенности таких заболеваний трудно получить, и официальные статистические данные трудно сравнивать между странами. Тем не менее, там, где контроль налажен, такие заболевания являются крупнейшей категорией связанных с работой заболеваний [11]. Они составляют более половины всех зарегистрированных профессиональных заболеваний в США, странах Европы и Японии.

1.2. Ограничение энергии.

В США рекомендации по ограничениям ФА на работе занимается, например, Управление по профилактике заболеваний и укреплению здоровья (The Office of Disease Prevention and Health Promotion). Отчеты экспертов этого Управления посылаются в Министерство здравоохранения и социальных служб (US Department of Health and Human Services - DHHS). На основе этих отчетов Министерство периодически издает справочники [12] с рекомендациями как по умеренной интенсивности ФА, приносящей существенную пользу для здоровья, так и по ограничениям ФА, предотвращающим возможный вред здоровью от переутомленияна работе.

Рекомендации DHHS практически совпадают с аналогичными данными Всемирной организации здравоохранения [10], которая предлагает четыре градации уровней ФА:

Таблица 1.2.

Классификация уровней ФА по показателю МЕТ

Классификация	MET	Примеры
Сидячая работа	1.0 - 1.5	Работа за столом/компьютером, просмотр телевизора
ФА небольшойинтенсивности	1.5 - 2.9	Легкая работа, садоводство, приготовление пищи, игра на музыкальном инструменте, декоративно-прикладное искусство
Умереннаяактивность	3.0 - 5.9	Уборка полов, стрижка газона, ремонт (например, малярные работы)
Интенсивная ФА	>6	Подъем и перенос тяжелых грузов (например – кладка кирпича), работа на крыше, сельское хозяйство, работа в шахтах

2.2. Дозовый принцип нормирования тяжести труда.

Несмотря на то, что рекомендации DHHS и WHO основаны на большом объеме эпидемиологических исследований, тщательно проанализированных квалифицированными экспертами, остается потребность в концептуализации подхода с тем, чтобы сделать возможным обобщение результатов на случаи, изначально не изучавшиеся в рамках этих исследований.

Представляется целесообразным использовать в области нормирования тяжести труда дозовый подход. Вообще говоря, зависимость «доза-эффект» описывает действие на организм, различных стрессоров по истечении определенного времени экспозиции. В тех областях, где соотношение «доза-эффект» удалось сформулировать (токсикология, ионизирующие излучения, акустика), оно работает очень эффективно. Здесь изучение таких зависимостей имеет решающее значение для определения "безопасных" и "опасных" уровней воздействия, которым подвергаются работники [2].

В качестве дозы воздействия тяжелых условий труда естественно принять интегральное по времени удельное (отнесенное к весу тела) энерговыделение, сопровождающее физическую активность. Это определение дает стандартизированную метрику экспозиции:

(3)

В качестве нулевого целесообразно выбрать, например, время поступления на работу, а за конечное время Т можно выбрать, например, стаж работы.

Обращение к дозе воздействия в виде (3) может быть обосновано вполне общими соображениями из области медицины и биологии развития.

2.1.1. По определению, профессиональными считаются заболевания, в развитии которых прослеживается прямая причинно-следственная связь с воздействием вредных и/или опасных факторов рабочей среды и трудового процесса. Однако, заболевания,которые развиваются исключительно в производственных условиях (такие, например, как силикоз у шахтеров), сравнительно редки. Гораздо чаще встречаются болезни, этиология которых может быть обусловлена как влиянием вредных условий труда, так и действием общих причин. Соответственно, клинические проявления большинства профессиональных заболеваний малоспецифичны, что затрудняет их диагностику. Это обстоятельство не случайно, оно имеет глубокие корни. Дело в том, что болезни сердечно-сосудистой и костно-мышечной системпредставляются неотъемлемыми спутниками старости и воспринимаются как неизбежное, естественное зло. Вообще говоря, болезни поражают человека любого возраста, начиная с детского. Однако их распространенность в популяции имеет общеизвестную тенденцию к росту в старших возрастных группах. Уровень заболеваемости в пожилом возрасте (60-75 лет) почти вдвое выше, а в старческом возрасте (75 лет и старше) – в 6 раз выше, чем у лиц молодого возраста. Например, тенденция к росту патологии костно-мышечной системы обусловлена накоплением ревматических болезней у лиц пожилого и старческого возраста за счет хронического, многолетнего течения большинства из них. Кроме того, ряду болезней исходно свойственна возрастная избирательность, когда начало и дальнейшее развитие заболевания приходятся на последние десятилетия жизни человека.

Схожесть нозологий возрастных и профессиональных заболеваний сердечно-сосудистой и костно-мышечной системы позволяет предположить, что эффект тяжелого труда сводится к ускорению естественного процесса возрастного роста заболеваемости. Подробный разбор этой гипотезы содержится, например, в работе [13].

Аналогия между профессиональными и гериатрическими заболеваниями позволяет лучше понять этиологию последствий тяжелого труда так как природа процессов старения изучена гораздо лучше, чем природа профессиональных заболеваний.

Темпы старения сопряжены с понятием биологического возраста, предоставляющего возможность индивидуального подхода к решению вопросов оценки степени влияния вредных производственных факторов, обоснования необходимости изменения отдельных характеристик трудовой деятельности, применения различных методов оптимизации функционального состояния организма работающих. Методологической основой введения биологического возраста в качестве интегрального показателя состояния организма рабочих является то, что биологический возраст характеризует физиологический статус конкретного индивидуума в момент обследования, в то время как календарному возрасту присущ довольно широкий диапазон колебаний морфологических и функциональных признаков на уровне популяции.

2.2.2. Вполне общими словами старение организмов может быть определено как прогрессивное ухудшение физиологических функций, потеря жизнеспособности и увеличение уязвимости. Общепринятой этиологии старении до настоящего времени не предложено. Процесс старения сложен, для объяснения множества различных проявлений старения можно использовать множество различных подходов [14] .

Первые, относящиеся к началу прошлого века, механистические гипотезы рассматривали старение как простое изнашивание клеток и тканей. Например, согласноэнергетической теория старения, существует о6ратная зависимостьмежду интенсивностью о6мена, энергией и продолжительностьюжизни: количество энергии (отнесенное к килограмму массы тела), которое может6ыть израсходовано за всю взрослую жизнь, постоянно у всех животных одного вида.

Во второй половине прошлого века наибольшую распространенность получили более сложные молекулярно-генетические гипотезы. Биологический возраст организма — это не физический показатель, а статистический, то есть относительное здоровье или близость к смерти каждой отдельно взятой особи по сравнению со всей популяцией.

Позже возрастные изменения стали рассматриваться либо как наследственно запрограммированные, ли6о как случайные. С этой точки зрения, старение может быть либо запрограммированным закономерным процессом ли6о результатомнакопления случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации. Сюда же относятся теории, основывающиеся на предположении, что основная причина старения заключается в накоплении с возрастом генетическихповреждений в результате мутаций, которые могут быть как случайными (спонтанными), так и вызванными различными повреждающими факторами (ионизирующая радиация, стрессы, ультрафиолетовыелучи, вирусы, накопление в организме побочных продуктов химических реакций и др.).

В настоящее время механизмов старения известно более десятка; в зависимости от индивидуальных особенностей конкретного человека и его генотипа, одни играют большую роль, другие – меньшую, хотя свой вклад вносит каждый: у одних развиваются митохондриальные патологии и нарушения клеточного дыхания, у других идет «перекос» в сторону хронического воспаления или резистентности к инсулину и т.д. В итоге развиваются возраст-зависимые заболевания – сахарный диабет 2-го типа, заболевания сердечно-сосудистой системы, нейродегенеративные болезни, онкология. Таким образом, старение – доклиническая стадия возрастных заболеваний. Они, по сути, являются поздними симптомами основной болезни – старения. На ранних стадиях развития большинства таких заболеваний симптомы зачастую неспецифические, общие с другими возрастными изменениями.

Для того, чтобы определить, по какому «сценарию» будет развиваться старение у конкретного человека, необходимо разработать объективные биомаркеры старения – измеряемые параметры, которые, качественно, количественно и воспроизводимо изменяются при старении. Сейчас развиваются подходы, в которых предлагается использовать несколько десятков таких биомаркеров: выбрать один показатель, который удовлетворял бы всем критериям объективной оценки скорости старения, практически невозможно, так как старение – комплексная проблема, разные органы, например, печень, мозг или кожа стареют даже у одного и того же человека с разной скоростью.

2.2.3. Представляет интерес рассмотреть одну из возможных концепций нормирования тяжести труда, основанную на представлениях о биологическом возрасте человека.

Поскольку в основе развития организма лежат процессы роста и обмена, можно предполагать, что организм развивается по своему внутреннему (биологическому) времени, а внешнее (физическое) время служит лишь для организации его взаимодействия с внешней средой. Гипотеза о том, что суммарная (за время жизни) удельная скорость метаболизма (ее, например, можно выразить количеством кислорода, потребленного единицей активной массы животного за единицу времени) может служить мерой внутреннего (биологического) возраста организма, довольно популярна в биологии. Эта величина, рассчитанная за максимальное время жизни (так называемая константа Рубнера), является константой для животных, стоящих на одном уровне эволюционного развития [15], [16].

Биологический возраст – фундаментальная характеристика темпов развития (старения). Биологический возраст зависит от наследственности, условий среды и о6раза жизни [17]. Люди одного физического возраста могут значительно различаться по морфофункциональному статусу (биологическому возрасту). Среди сверстников по физическому возрасту о6ычно существуют значительные различия по темпам возрастных изменений. Расхождения между физическим и 6иологическим возрастом, позволяющие оценить интенсивность старения и функциональные возможности индивида, неоднозначны в разные фазы процесса старения.

Далеко не каждый меняющийся с возрастом признак можно использовать для определения 6иологического возраста.К основным проявлениям 6иологического возраста при старении можно отнести нарушения важнейших жизненных функций и сужение диапазона адаптации, возникновение 6олезней и увеличение вероятности смерти или снижение продолжительности предстоящей жизни.

Поэтому определять биологический возраст имеет смысл лишь у лиц старше ≈ 20 лет. При рутинном физиологическом старении организма его физический и 6иологический возрасты должны совпадать. Нет и не может быть «должного» биологического возраста, отличного от календарного.

В основе оценок биологического возраста лежат следующие соображения. Биологические системы существуют благодаря специфическим процессам, протекающим в них с определенными скоростями. Каждый из этих процессов может служить основанием для определения собственного, биологического времени этой системы. Величина единицы биологического времени зависит от того, какой именно процесс выбран для ее определения [18].

Проблема биологического возрастаинтенсивно разрабатывается в разных аспектах со второй половины XIX века. Рассматриваются различные биологические системы от белковой молекулы до биосферы. В зависимости от уровня рассмотрения даются разные определения биологического времени. Например, существует определение элементарной единицы биологического времени (цитохрона) как длительности одного деления клетки определенного вида. Число генетически заложенных делений составляет цитохронный потенциал организма и определяет продолжительность его жизни. Если интересоваться тем «собственным» временем, в котором существуеторганизм как целое, то за основу можно взять наиболее наглядные и универсальные для любого организма и любого периода его жизни процессы, скорости которых можно оценить. Это 1) процесс изменения массы и 2) процесс использования энергии (метаболизма), о скорости которого для аэробных организмов можно судить по скорости потребления кислорода.

Общепризнанным является способ определения внутреннего (физиологического) времени организма через удельную скорость метаболизма. Наиболее строгое определение дал Дж. Райс [17]. Он ввел понятие «удельный метаболизм за время жизни» и определил его (с точностью до обозначений) формулой (3). Иными словами, биологическим возрастом было названо количество энергии, использованной единицей массы организма за некоторый интервал физического времени.

Из такого определения следует, что суммарное за время жизни количество энергии, использованное единицей массы, определяет продолжительность жизни, и что это количество примерно одинаково для всех особей рассматриваемого вида живых существ.

Для последующего целесообразно определить биологический возраст так, чтобы он имел размерность обычного времени. Это можно сделать, например, разделив дозу (3) на среднее по времени значение фонового метаболизма <MET>0 . Среднее можно определить за сутки (T = 24 часа), тогда и недельное и годовое средние будут совпадать с <MET>0= 2,33 ккал/кг/час. Так определенный биологический возраст τ будет измеряться в часах и определяться формулой

(4)

Для фоновой физической активности биологический возраст по определению совпадает с физическим. Если речь идет о рабочем, занятом (в течение 8 часовой смены) тяжелым трудомс МЕТw ≈ 5, то биологический возраст за сутки увеличится до ≈ 31 час, за неделю – до ≈ 202 часа (вместо физических 168 часов), за год он увеличится до ≈ 10382 часа (вместо физических 8736 часов). Таким образом, у рабочего, занятого тяжелым трудом с МЕТw ≈ 5 ккал/кг/час биологический возраст растет в ≈ 1,2 раза быстрее, чем физический. Это обстоятельство может быть положено в основу концепции нормирования тяжести труда.

Постулируем принцип, который может ограничивать уровень тяжести труда:

Биологический возраст к концу стажа работы, характеризующейся тяжестью труда METw не должен превосходить продолжительность жизни с нормальным (фоновым) уровнем метаболизма METo.

Отсюда можно вывести ограничения на допустимый уровень метаболизма METw при регулярных занятиях тяжелым трудом на производстве. Если принять METw ≈ 5 ккал/кг/час, то во время рабочего стажа биологический возраст будет расти в ≈ 1,2 раза быстрее, чем физический.

Разобьем всю жизнь среднестатистического индивида (длительностью ≈ 75 лет) на 3 интервала:

до поступления на работу (≈ 18 лет),
стаж работы – физическое время ≈ 42 года, биологическое ≈ 1,2*42 ≈ 50 лет,
жизнь на пенсии (≈ 15 лет).

Видно, что к концу работы биологический возраст работника, не занятого тяжелым трудом (он совпадает с физическим, см.выше) составляет 18 + 42 = 60 лет, а биологический возраст работника, занятого тяжелым трудом 18 + 50 = 68 лет. Согласно высказанному принципу нормирования тяжести труда, отсюда следует, что труд с МЕТw ≈ 5 ккал/кг/час допустим, так как биологический возраст к концу стажа работы не превосходит продолжительность жизни с нормальным (фоновым) уровнем метаболизма (≈ 75 лет).

Задачу можно обратить и определить предельную допустимую величину ФА в течении стажа работы. Биологический возраст за это время не должен увеличиться более чем на ≈ 57 лет. Несложные расчеты с использованием формул (3) и (4) показывают, что допустимый уровень метаболического эквивалента max{МЕТ} составляет ≈ 5,5 ккал/кг/час. Такие уровни метаболизма имеют место, например, при копании земли лопатой, переносе тяжелых (более 20 кг) предметов, рубке леса и т.п. (подробнее см. в [9]). Полезно отметить, что близкая оценка (МЕТ < 6)допустимого уровня ФА рекомендована в США [12].

§ 3. Контроль уровня тяжести труда на рабочем месте.

Если принять предлагаемую предельную величину ФА в качестве нормы допустимой тяжести труда, то используя какой-либо из справочников (напр.[5],[9]), перечисленных выше, можно a’priori определить – удовлетворяет ли этой норме конкретная работа на конкретном РМ. Если уровень ФА превышает допустимую норму, необходимы организационные меры для того, чтобы «вернуть» тяжесть труда в допустимые пределы. Как для подтверждения необходимости таких мер, так и для последующей проверки их эффективности, требуется контроль реального уровня тяжести труда.

3.1. Измерения ЕЕ и МЕТ

Как уже было отмечено выше, только часть энергии, высвобождающейся при метаболизме, идёт на образование молекул АТФ. Большая часть превращается в тепло, поэтому интенсивность и количество освобождаемой энергии можно определить, измерив образующееся тепло. Этот метод называется прямой калориметрией. Калориметр представляет собой полностью изолированную камеру; человек помещается в неё, и регистрируется тепло, выделяемое его телом. Используя суммарные показатели, можно количественно оценить метаболизм. Преимуществом калориметров является то, что они непосредственно измеряют тепло, однако для получения достоверных результатов исследования должны проводиться в лаборатории и длиться довольно долго. Кроме того, такие исследования не могут быть массовыми. Поэтому метод прямой калориметрии редко используется в современных исследованиях. На сегодня разработано множество косвенных лабораторных методов, которые позволяют определить интенсивность и расход энергии в покое и при выполнении физической нагрузки.

Скорость метаболизма определяется потреблением О2, образованием СО2 и воды. Интенсивность обмена О2 и СО2 в лёгких определяется тем их количеством, которое используется и выделяется тканями тела. Зная об этом, можно определить расход энергии количественно, измеряя состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Этот метод называется непрямой калориметрией, поскольку образование тепла измеряется косвенно, на основании дыхательного газообмена СО2 и О2. Прибор для измерения скоростей образования СО2 и потребления O2 представляет собой маску, соединённую с газоанализатором. Несмотря на то что он несколько громоздок и ограничивает движения, при необходимости его можно использовать в различных условиях — в лаборатории, на производстве и т. д.

Содержание углерода и кислорода в глюкозе, свободных жирных кислотах и аминокислотах заметно отличается, в результате чего количество кислорода, используемого в процессе метаболизма, зависит от окисляемого субстрата. Метод непрямой калориметрии позволяет определить относительное количество потребляемого кислорода (VO2) и выделяемого углекислого газа (VCO2). Соотношение этих двух величин называется дыхательным коэффициентом. Он изменяется в зависимости от субстрата, используемого для образования энергии, и даёт соответственно возможность более точно оценивать интенсивность метаболизма.

Определение количества используемых углеводов и жиров на основании измерений газового состава воздуха можно считать достаточно надёжным лишь в состоянии покоя или при выполнении упражнений постоянной интенсивности. Несмотря на некоторые недостатки, метод непрямой калориметрии остаётся лучшим способом определения расхода энергии в покое и при субмаксимальных нагрузках.

Приближенные оценки количества энергии в покое и во время физической аэробной нагрузки основываются на измерении потребления организмом кислорода и его калорического эквивалента. Калорический эквивалент равен ≈ 4,80 ккал на литр потребляемого кислорода. В покое человек потребляет 0,15–0,3 литра кислорода в минуту (л/мин), а при тяжёлой физической работе потребность в нём может возрасти в 10–15 раз. Всё это позволяет связать величины ЕЕ и МЕТ со скоростью потребления кислорода. Единица метаболического эквивалента соответствует потреблению 0,0035 мл кислорода в минуту на каждый килограмм веса, и в соответствии со сказанным, величины ЕЕ иМЕТ оцениваются через VO2 соотношениями:

ЕЕ[ккал/час] =k*VO2[л/мин]; МЕТ[ккал/кг/час] = EE / W [кг], (5)

где κ= 288 для принятых размерностей EE, МЕТ и VO2. В общепринятых единицах k = 2*104Дж/л = 4,8 ккал/л .Для человека весом W= 90 кг фоновый / базальный уровень потребления кислорода VO2 составляет ≈ 0,3 л/мин.

Выражение интенсивности физической нагрузки в показателях потребления кислорода наиболее подходящим представляется при обследовании как групп различных людей, так и одного и того же человека в разных условиях. Для METn = 5 ккал/кг/час и W= 90 кг потребление кислорода составит ≈ 1,6 л/мин.

3.2. Частота сердечных сокращений

Естественным развитием методов непрямой калориметрии представляется поиск связи потребления кислорода с частотой сердечного ритма (Heart Rate – HR). Во время физической нагрузки происходят многочисленные изменения в работе сердечно-сосудистой системы [6]. В большинстве случаев частота сердечных сокращений HR коррелирует со скоростью потребления кислорода VO2 и, следовательно, скоростью расхода энергии ЕЕ. На протяжении последних 60 лет этот простой принцип контроля за ЕЕ опирается на использование частоты сердечных сокращений, для оценки скорости метаболизма в организме.

Изменения в работе сердечно-сосудистой системе направлены на обеспечение потребности в кислороде активных мышц. Скорость потребления кислорода, в свою очередь, определяется скоростью «прокачки» крови, т. е. в том числе – и частотой сердечных сокращений.

Практически во всех исследованиях ведётся поиск связи потребления кислорода VO2и HR вида:

VO2= K • HR + L. (6)

В литературе можно найти множество таких эмпирических зависимостей. Обычно коэффициент K предполагается постоянным, а величина L представляет собой взвешенную сумму возраста, веса, роста и других характеристик. По своей природе соотношение (6) связывает средние значения VO2и HR для групп. Для больших групп мониторинг сердечного ритма обеспечивает один из самых эффективных и экономичных средств оценки затрат энергии. Следует иметь в виду, однако, что на любое более-менее сложное явление оказывает влияние множество различных факторов. При построении моделей всё многообразие реального факторного пространства (включая неизвестные факторы) заменяется искусственным пространством предположительно независимых, a’priori отобранных показателей. Реальное пространство «натягивается» на искусственную систему независимых координат, и один из результатов — разброс результирующих показателей. Хорошим примером может служить обсуждавшийся в [19] разброс результатов изменения HR в зависимости от потребления кислорода при разных физических нагрузках [20].

В работах [21] и [22]показано, что факторы, которые оказывают значительное влияние на средний расход энергии, включают возраст, вес и пол человека. Там же указывается, что согласие между предсказаниями и наблюдениями для индивидуумов можно улучшить, если ввести в число значащих факторов индивидуальную характеристику, такую, например, как величину максимального потребления кислорода maxVO2 испытуемыми. Эта характеристика должна определяться a’priori при индивидуальном тестировании, например в ходе периодических медосмотров. Процедура такого тестирования состоит в следующем. Испытуемый совершает работу с постепенно увеличивающейся физической нагрузкой, по мере увеличения которой растёт потребление кислорода, и при определённой нагрузке достигается предел потребления, после чего оно остаётся постоянным или даже несколько снижается, несмотря на возрастающую интенсивность работы. Этот пиковый показатель представляет собой аэробную способность организма. Так измеренная величина maxVO2— надёжный показатель уровня кардиореспираторной выносливости и аэробной подготовленности индивида.

Логическое продолжение предложенного в [21]способа улучшения прогностических возможностей соотношений вида (6) состоит в следующем. Можно предположить, что линейная связь между VO2 и HR справедлива во всём диапазоне изменения этих величин — от минимальных до максимальных. В качестве maxHR следует взять пик частоты сердечного ритма в испытаниях, описанных выше. Минимальные величины minVO2 и minHR наблюдаются, когда испытуемый, например, продолжительное время лежит спокойно.

Если предположение о линейной связи верно, то относительные вариации VO2 и HR, определяемые соотношениями

RVO2= (VO2–minVO2)/(maxVO2–minVO2), RHR = (HR–minHR)/(maxHR–minHR) (7)

должны совпадать друг с другом.

Это обстоятельство проверялось в работе [21] и было показано, что такое совпадение действительно имеет место с точностью (10–20)% для условий стационарной нагрузки. Основываясь на этом предположении, коэффициенты K и L в формуле (6) можно записать в виде

K= (maxVO2– minVO2)/(maxHR–minHR);

L= (maxHR• minVO2–minHR• maxVO2)/(maxHR– minHR). (8)

Объединение формул (5), (6) и (8) даёт соотношение, которое можно использовать для определения индивидуальных энергозатрат по регистрируемому сердечному ритму:

МЕТ = (κ/W) • (K • HR+ L). (9)

Предельные (min и max) величины VO2и HR представляют индивидуальную характеристику работника и могут определяться в ходе предварительных (перед поступлением на работу) и периодических (во время работы) медицинских осмотров, как описано выше.

§ 4. Тяжелый труд в нагревающем микроклимате.

В области исследования, оценок и нормирования тяжести труда в нагревающей среде можно выделить проблему поиска и обоснования адекватных характеристик тяжести труда в заданных микроклиматических условиях, допускающих измерения в условиях реального производства, а также определение допустимого уровня МЕТ, т.е. нормы тяжести труда с учетом возможного перегрева организма.

Работа в условиях теплового стресса сопряжена с рисками последствий. К ним можно отнести, в первую очередь, расстройство психических функций и повышенную утомляемость. Связанные с жарой болезни варьируют от теплового истощения и судорог до, возможно фатального, теплового удара. Организация производства без ущерба для здоровья и безопасности работников требует, чтобы сотрудники отделов безопасности труда были оснащены простым и надежным показателем для количественной оценки степени стресса, создаваемого трудом в нагревающей среде. Индексы теплового стресса, которые в настоящее время используются (ТНС,WGBT) плохо применимы во многих ситуациях, в результате чего многие отрасли промышленности не имеют эффективной стратегии управления перегревом работников.

Поскольку основным фактором, стимулирующим выработку метаболического тепла, является мышечная активность, те, кто работает в условиях нагревающего микроклимата, подвергаются наибольшему риску. Для любого набора условий окружающей среды существует максимальная скорость, с которой организм может рассеивать тепло [6], то есть предельная скорость метаболизма с которой можно безопасно работать.

Защита работников в горячих средах требует средств выявления условий, при которых чрезмерное тепловое напряжение подвергает их здоровье риску. В Международном стандарте ISO 7933 [24] используется прогнозируемый индекс тепловой нагрузки. Чаще всего используются температуры влажного и шарового термометра (индексы ТНС, WBGT). Недостатки того и другого индексов известны (см. напр. [23], [24]). Основное – они не учитывают необходимость оценки скорости метаболизма и практически нечувствительны к охлаждающему эффекту движения воздуха. На практике эти индексы считаются чрезмерно консервативным и игнорируются во многих ситуациях, когда их учет приведет к недопустимым и ненужным организационным потерям.

Развитие контрольно-измерительных приборов легло в основу разработок индексов теплового стресса нового поколения, избавленных от неадекватности в WBGT. Одним из самых простых для реализации является индекс Теплового Ограничения Работы (Thermal Work Limit - TWL) [25]. Индекс TWL использует пять параметров окружающей среды (температуры сухого и смоченного термометров, внутренней температура тела, скорость ветра и атмосферное давление) и учитывает факторы одежды, чтобы предсказать безопасный максимальный устойчивый метаболизм ЕЕ для заданных метеоусловий.

Рекомендованные протоколы управления на основе TWL приняты и внедрены в подземной горной промышленности Австралии. Предполагается, что алгоритм в равной степени применим к работе на открытых территориях, где тепловое излучение является существенной составляющей тепловой нагрузки.

Одним из способов совместного анализа тяжелого труда и эффектов нагревающего микроклимата является расчет теплового состояния организма при выполнении работы с заданным уровнем энергозатрат [26]. Этот подход лежит в основе логической структуры распространенных на Западе компьютерных программ (см.напр. [24], [27]), предназначенных для прогнозирования теплового и физического перенапряжения. Они изначально учитывают множество внешних параметров среды и тяжести труда.

4.1. Системные сдвиги.

При работе в нагревающей среде возникает напряжение в деятельности различных функциональных систем организма, обеспечивающих температурный гомеостаз. Эти системы входят в состав афферентного и эфферентного звеньев. Первое включает в себя тепловые рецепторы кожи, сосудов и отдельных органов связанные нервными путями с центром терморегуляции. Эфферентное звено составляют органы кровообращения и системы потоотделения. Рост кожного кровотока происходит за счет расширения кожных сосудов. Кровяное давление при этом поддерживается за счет повышения частоты сердечных сокращений (далее – ЧСС) и объема единичного выброса.

Потери воды при теплоотдаче испарением пота с поверхности кожи определяются как эндогенными механизмами выделения воды и солей, так и поведенческими реакциями – усилением жажды, уменьшением двигательной активности. Последнее ведет к снижению теплопродукции. При длительном воздействии нагревающей среды развиваются приспособительные реакции. В афферентном звене повышается порог чувствительности тепловых рецепторов кожи и укорачивается латентный период реакции потоотделительной системы.

Изменения метаболизма проявляются в работе кардиореспираторной системы. В ее функционировании при перенапряжении организма можно выделить три периода. В начальном периоде ЧСС увеличивается рефлекторно в результате усиления афферентных импульсаций с терморецепторов кожи, температура которой повышается. Температура внутренних частей тела в этот период не увеличивается. В дальнейшем, с началом роста температуры тела, устанавливается прямая зависимость между накоплением тепла в организме и приростом ЧСС. Увеличение ЧСС является первой реакцией сердечно-сосудистой системы на действие высокой температуры. Оно обеспечивает рост кровообращения, необходимого для усиления притока крови к работающим мышцам и к коже. Однако, увеличение ЧСС в первый период теплового воздействия не сопровождается увеличением сердечного выброса. Такая гемодинамическая реакция вскоре теряет свою эффективность, так как в этих условиях не может быть обеспечено длительное поддержание интенсивного периферического кровообращения за счет высокой ЧСС.

Табл.1.3 иллюстрирует, как различные факторы окружающей среды могут изменить ЧСС в покое и во время физической нагрузки с интенсивностью МЕТ ≈ 5ккал/час/кг.

Таблица 1.3.

Изменение ЧСС при физической нагрузке

в зависимости от температуры ( t [^oC] ) и влажности (RH [%] ) воздуха.

Фактор внешней среды	ЧСС [уд/мин]
Фактор внешней среды	Покой	Нагрузка
Температура (RH = 50%)
21^oC	60	165
35^oC	70	190
Влажность (t = 21^oC)
50 %	60	165
90 %	65	175

ЧСС меняется почти втрое при переходе от покоя к нагрузке, а при изменении (при нагрузке) температуры от 21 ^oC до 35^oC , ЧСС изменилась на 25 уд/мин.

Кроме ЧСС меняются и другие показатели состояния сердечно-сосудистой системы:

параметры ЭКГ,
артериальное давление (систолическое, диастолическое, пульсовое),
ударный объем кровотока,
периферическое сопротивление,

Все это сопровождается ухудшением самочувствия, снижением работоспособности, производительности труда и может привести к нарушениям здоровья. Каждый из перечисленных показателей может быть использован для регистрации изменений метаболизма, связанных с тяжелым трудом в нагревающей среде. Регистрация ЧСС представляет собой наиболее простой и информативный метод определения состояния организма работника.

Характер и степень выраженности физиологических сдвигов (напряжение регулирующих и исполнительных систем организма) у рабочих «горячих» производств обусловлены как интенсивностью теплового воздействия, так и уровнем физической активности. Срыв термостабилизации, сопровождающийся снижением работоспособности, следует рассматривать в качестве главного физиологического критерия регламентации допустимой продолжительности тяжелого труда в конкретных микроклиматических условиях.

4.2. Моделирование гемодинамической реакция организма на тяжелый труд в нагревающей среде.

В целях разработки мер профилактики риска важно установить взаимосвязи между уровнем физической активности, характеристиками перегревания работников и показателями функционального состояния организма.

Гемодинамические реакции представляют собой пример процесса, допускающего, при вполне общих предположениях, достаточно обоснованные количественные оценки. С другой стороны, они легко отслеживаются в процессе труда, что позволяет связать их с уровнем метаболической активности организма.

Физическая активность сопровождается высвобождением в организме тепла. Даже при пиковых значениях КПД в условиях механической нагрузки, от 75 до 80 % энергии, эквивалентной совершаемой мышечной работе, высвобождается в форме тепла (см.выше разд.1.2). В состоянии покоя уровень метаболизма ≈ 300 мл О₂ в минуту соответствует тепловой нагрузке приблизительно в 90 ватт. В условиях стационарной и относительно устойчивой работы при потреблении кислорода ≈ 1 литр в минуту высвобождается около 350 Вт теплоты. Даже работа с такой умеренной интенсивностью должна приводить к повышению температуры организма на ≈ 1 ^оС каждые 15 мин, если бы не существовало эффективных средств теплоотдачи. Реально, наиболее развитые в физическом отношении люди могут в течение нескольких часов производить теплоту в количестве, превышающем 1200 Вт, не подвергая себя опасностям перегрева.

Передача тепла во внешнюю среду с поверхности тела происходит путем конвекции окружающего воздушного слоя, теплового излучения и за счет испарения влаги. В условиях метеорологического комфорта теплоотдача излучением составляет в среднем 44—59%, конвекцией – 14—33%, испарением – 22—29%. При пониженной температуре окружающей среды удельный вес конвекционно-радиационных теплопотерь возрастает. В условиях повышенной температуры среды теплопотери конвекцией и излучением значительно уменьшаются, но увеличиваются их доля за счет испарения пота. При температуре воздуха и ограждений, равной температуре тела, теплоотдача излучением и конвекцией практически теряет свое значение и единственным путем теплоотдачи становится испарение пота с кожи.

Физическая работа в нагревающей среде предъявляет различные требования к гемодинамике: между потребностями в усиленном кровоснабжении мышц (для выполнения работы) и кожи (для увеличения теплоотдачи) могут возникать «конкурентные отношения». Учитывая различия в функциях и «адресатах», весь сердечный выброс (кровопоток) Q можно разделить на два слагаемых: Q₁, переносящий тепло из внутренних областей к коже, и Q₂, обеспечивающий питание мышц (и других органов) кислородом: Q = Q₁+ Q₂ .

Если мощность выделения тепла мышцами и внутренними органами обозначить через (1-η)*ЕЕ (здесь η ≈ 0,2 – «коэффициент полезного действия» мышц, см. выше разд. 1.2),то для его отвода потребуется поток Q1, определяемый из соотношения (1-η)*ЕЕ= Q₁*С*∆t , где С – теплоемкость крови ( ≈ 1 ккал/литр), а ∆t – разница температур между внутренними органами и кожей. Последняя величина определяется многими факторами – температурой воздуха, интенсивностью теплового облучения, качеством одежды и пр. Как правило, при повышении температуры окружающей среды эта разница уменьшается.Ее вычисление представляет собой самостоятельную проблему теплового состояния организма во внешней среде (см. напр. [24], [26]). В норме ∆t ≈ 3,5 ^оС, при интенсивной работе в нагревающей среде величина ∆t может упасть до 1 ^оС и менее [6].

Для оценки потока Q₂ следует иметь в виду, что энергетика организма обеспечивается кислородом. Объемная скорость потребления кислорода VO₂ определяет развиваемую мощность ЕЕ = λ*VO2 ,где λ - энергетическая ценность кислорода (λ = 0,332 Вт*мин/мл). Для оценки скорости потребления кислорода в гемодинамике используется закон Фика VQ₂ = Q₂*AVDQ₂ , где AVDQ₂– артериовенозная разница по кислороду. Она пропорциональна разнице концентраций кислорода в артериальной и венозной крови. В норме это ≈ 40 мл/л.

Объединяя оценки Q₁ и Q₂ , получим для суммарного сердечного выброса соотношение

Q=Q₁ +Q₂ = ЕЕ*[(1-η)/(C*∆t) +1/(λ*AVDQ₂)] (10)

Проведем некоторые оценки. В средах с нормальными условиями при небольших физических нагрузках величина C*∆t ≈ 210 Вт*мин/л, λ*AVDQ2 ≈ 14Вт*мин/л. В сумме (10) слагаемое Q1 , описывающее теплопоток от внутренних органов к коже, на порядок меньше слагаемого Q2 , определяющего снабжение мышц и внутренних органов кислородом. При базальном (в покое) уровне энерговыделения ЕЕ ≈ 90 Вт, для величины сердечного выброса следует оценка Q ≈ 6 л/мин. По определению Q= HR*SV, гдеSV – ударный объем сердечного сокращения. В норме SV≈ 0,1 л, т.е. величина Q ≈ 6 л/мин обеспечивается при HR ≈ 60 уд/мин. Такое значение ЧСС характерно для спокойного поведения в среде с нормальными условиями (см. вышеТабл.1.3).

Если среда становится нагревающей, теплоотдача с кожи ухудшается и разница температур ∆t уменьшается до ≈ 1 ^оС . При этом слагаемое Q₂ в сумме (10) вырастает втрое и составит ≈ 0,2 от Q₁ . Соответствующая добавка к Q равна ≈ 1 л/мин. При постоянстве ударного объема это приводит к увеличению HR на ≈ 10 уд/мин . Результирующая оценка HR≈ 70 уд/мин также соответствует наблюдаемым (см.Табл.1.3) значениям.

Столь же неплохо согласуются результаты оценок по формуле (10) для физической нагрузки. Возьмем для оценок ту же величину нагрузки МЕТ = 5 ккал/час/кг, что указана для данных Табл.1.3. По определению, это соответствует пятикратному (по сравнению с базальным) увеличению уровня энерговыделения, т.е. ЕЕ ≈ 450 Вт. Известно, что физическая нагрузка ведет к увеличению ударного объема SV от полутора до двух раз, т.е можно принять SV≈ 0,15 л. Одновременно, примерно вдвое, возрастает артериовенозная разница по кислородуAVDQ2 ≈ 80 мл. Несмотря на то, что внешние условия остаются комфортными, величина разницы температур ∆t при физической нагрузке уменьшается до ≈ 1,5 ^оС. Эти величины влияющих параметров приводят к оценке суммарного сердечного выброса Q ≈ 450*(1/105 +1/26,5) л/мин ≈ 22 л/мин . С учетом возросшей величины SV, такой сердечный выброс соответствует ЧСС величиной HR≈ 150 уд/мин. Это неплохо согласуется с приведенной в Табл.1.3 наблюдаемой величиной 160 уд/мин.

При возрастании температуры воздуха до 35 ^оС разница температур ∆t уменьшается до ≈ 1^оС (см. выше), что ведет к росту оценки HR до ≈ 160уд/мин. Как тенденция изменения ЧСС, так и ее количественная оценка также согласуется с данными Табл.1.3.

4.3. Контроль тяжести труда в нагревающей среде.

Как следует из предыдущего рассмотрения, эффекты тяжелого труда и перегрева организма из-за воздействия нагревающей среды проявляются однотипно и аддитивны. Если отслеживать уровень ФА регистрируя величину HR, разделить эти эффекты невозможно. Более того, современные представления о причинах и проявлениях ускоренного старения из-за перенапряжения на работе (см. выше разд. 2.2) приводят к выводу о неразделимости вкладов тяжелого труда и перегрева организма в суммарный результат – превышение биологического возраста над календарным.

Отсюда следует вывод о возможности обобщения постулированного в разд. 2.2.3 принципа, ограничивающего уровень тяжести труда на случай тяжелой работы в нагревающей среде: биологический возраст τ, определяемый формулой (4) за время работы не должен увеличиться более чем на ≈ 57 лет. При этом величина МЕТ может вычисляться по частоте сердечных сокращений HR, определяемой формулой (9) с коэффициентами K и L по формулам (8). Набор индивидуальных кардиореспираторных параметров{maxVO₂ ,minVO₂ , maxHR , minHR }, так же, как и вес Wработника, определяются в ходе предварительного (при приеме на работу) и периодических (во время работы) медицинских осмотров.

Часть 2. Материалы к Стандарту нормирования тяжести труда.

Последующее представляет собой сжатое (с необходимыми повторами) изложение концепции нормирования тяжести труда. Цель – стандартизация подходов к выработке соответствующих норм.

1. Энергетика физической работы.

Физическая активность организма характеризуется интенсивностью энерговыделения (Energy Expenditure - ЕЕ). В условиях умственного и физического покоя интенсивность основного (базального) метаболизма обусловлена постоянно активным состоянием, в котором находятся мозг, сердце, дыхательная мускулатура, печень и почки. Минимальная величина (основной обмен) ЕЕ у взрослого может быть принята равной 1800 ккал в сутки, что соответствует мощности ЕЕ₀≈ 90 Вт. В общем случае скорость полного энерговыделения ЕЕ_пол за счет всех источников (химических процессов и мышечной деятельности) отличается от основного обмена на величину дополнительной энергии ЕЕдоп, связанной с мышечной деятельностью: ЕЕ_пол = ЕЕ₀ + ЕЕ_доп . Основная часть дополнительной энергии ЕЕдоп рассеивается в виде тепла. Механическая мощность, развиваемая мышцами ЕЕ_мех составляет долю η= ЕЕ_мех / ЕЕ_доп, которую условно можно назвать «коэффициентом полезного действия» мышц. Величина η меняется от человека к человеку, зависит от общего состояния организма и вида механической работы. При оценках можно принимать среднее значение η = 20 % [6]

Система оценки отдельных категорий работ на основе интенсивности энергозатрат организма предлагается в [7].Ее изложение дано выше в разд. 1.2.

MET концепция.

Уровень ФА измеряется физиологической мерой – метаболическими эквивалентами (МЕТ). Величина МЕТ определяется как скорость энерговыделения ЕЕ, отнесенная к весу W тела работника. В качестве единицы METпринимается уровень метаболизм покоя (спокойное сидение, сон) равный ≈ 1 ккал/час/кг (≈ 1,16 Вт/кг).Следовательно, MET можно рассматривать как отношение ЕЕ во время активной деятельности к ЕЕ в состоянии покоя. Если МЕТ и ЕЕ выражать в различных единицах (как принято в медицине и гигиене труда), для вычисления МЕТ через ЕЕ следует использовать соотношение (2).

Оценка тяжести труда a’priori.

Для априорной оценки тяжести труда в различных странах разработаны справочники ФА при выполнении различных работ. Периодически они пересматриваются и обновляются. Наиболее известен (и больше всего используется во всем мире для количественной оценки ФА работников) справочник Compendium of Physical Activities (USA) [9]. Рекомендован для надзорной деятельности, научных исследований, в быту, на работе и в клинических условиях.

Всемирная Организация Здравоохранения (World Health Organization - WHO)для некоторых (наиболее тяжелых) видов профессиональной деятельности рекомендует классификацию, приведенную выше в Табл. 1.2. Интенсивная работа с МЕТ >6 считается недопустимой.

Дозовые ограничения тяжести труда

При выполнении недопустимо тяжелой работы (с МЕТ >6) необходимо ограничивать ее время. Последнее приводит к ограничению дозы воздействия тяжелого труда. В качестве дозы D воздействия тяжелых условий труда принимается интегральное по времени Т удельное (отнесенное к весу тела) энерговыделение, сопровождающее ФА. Это определение дает стандартизированную метрику экспозиции (3). Последнюю формулу можно использовать для оценки ФА как за определенную рабочую смену (в этом случае 0 – начало смены, Т – длительность смены), так и за все время трудового стажа (в этом случае 0 – время поступления на работу, Т – стаж работы).

Предполагая, что организм развивается по своему внутреннему (биологическому) времени, а внешнее (физическое) время служит лишь для организации его взаимодействия с внешней средой. Определение (3) совпадает с определением биологического возраста данным Дж. Райсом (Reiss J.O.) [17]. В его терминах величина (3) соответствует «удельному метаболизму за время жизни». Иными словами, биологический возраст означает количество энергии, использованной единицей массы организма за некоторый интервал физического времени.

Для гигиенических оценок биологический возраст определяется так, чтобы он имел размерность обычного времени. Для этого следует разделить дозу (3) на среднее по времени значение фонового метаболизма <MET>₀ .Определяя среднее за сутки (dT = 24 часа), получаем, что определенный формулой (4) биологический возраст τ будет измеряться в часах

Постулируем правило, ограничивающее уровень тяжести труда:

Биологический возраст (4) за время работы, характеризующейся тяжестью труда MET_w не должен превосходить продолжительность жизни с нормальным (фоновым) уровнем метаболизма MET_o.

Пример применения этого правила.

Выведем ограничения на допустимый уровень метаболизма METw при регулярных занятиях тяжелым трудом на производстве. ПримемMETw ≈ 5 ккал/кг/час, при этом во время рабочего стажа биологический возраст будет расти в ≈ 1,2 раза быстрее, чем физический.

Разобьем жизнь среднестатистического работника (длительностью ≈ 75 лет) на 3 интервала:

до поступления на работу (≈ 18 лет),
стаж работы – физическое время ≈ 42 года, биологическое ≈ 1,2*42 ≈ 50 лет,
жизнь на пенсии (≈ 15 лет).

Оценка тяжести труда a’posteriori.

Оценки количества энергии в покое и во время физической аэробной нагрузки основываются на измерении потребления организмом кислорода. Единица метаболического эквивалента рассчитывается через калорический эквивалент (≈ 4,80 ккал на литр О₂). Она соответствует потреблению 0,0035 мл кислорода в минуту на каждый килограмм веса. В соответствии со сказанным, величина МЕТ оценивается через VO₂соотношением (5).

Выражение интенсивности физической нагрузки в показателях потребления кислорода представляется наиболее подходящим при обследовании как групп различных людей, так и одного и того же человека в разных условиях.

Изменения метаболизма проявляются в работе кардиореспираторной системы. Во время физической нагрузки происходят многочисленные изменения в сердечно-сосудистой системе, меняются все компоненты системы. Эти изменения направлены на обеспечение потребности в кислороде активных мышц. Скорость потребления кислорода, в свою очередь, определяется скоростью «прокачки» крови, т. е. в том числе – частотой HRсердечных сокращений.

Тяжелый труд в нагревающей среде.

Физическая работа в нагревающей среде предъявляет различные требования к гемодинамике: между потребностями в усиленном кровоснабжении мышц (для выполнения работы) и кожи (для увеличения теплоотдачи) возникают «конкурентные отношения». Весь сердечный выброс (кровопоток) Q делится на два слагаемых: Q₁, обеспечивающий передачу тепла из внутренних областей к коже, и Q₂ ,обеспечивающий питание мышц (и других органов) кислородом: Q = Q₁+ Q₂ . В этих терминах эффекты тяжелого труда и перегрева организма из-за воздействия нагревающей среды проявляются однотипно и аддитивно. При отслеживании уровня МЕТ по результатам регистрации величины HR, разделить эти эффекты невозможно и не нужно. Т.е. независимо от уровня воздействия на работника производственного микроклимата, величину МЕТ можно определять по частоте сердечных сокращений HR формулой (9).

Концепция ограничения тяжести труда остается неизменной и в случае тяжелой работы в нагревающей среде: биологический возраст τ, определяемый формулой (3) за время работы не должен увеличиться более чем на ≈ 57 лет.

Часть 3. Основания СанПиН для тяжести труда.

Содержанием СанПиН является итоговая, резолютивная (со ссылкой на Стандарт) часть вывода количественных значений норм в сфере охраны тяжелого труда.

1. Нормируемые параметры и единицы измерения

1.1. Оценка и нормирование тяжести труда осуществляется по следующим факторам (табл. 3.1):

Таблица 3.1

Наименование фактора	Наименование параметра	Условное обозначение	Единицы измерения
Тяжесть труда	Интенсивность энерговыделения	ЕЕ	Ватт
Гигиеническая характеристика тяжести труда	Метаболический эквивалент	МЕТ	ккал/кг/час
Удельная доза физической активности	Полное энерговыделение, отнесенное к массе тела	Q	ккал/кг

Соотношения между характеристиками физической активности (ФА) при выполнении тяжелой работы:

МЕТ = ЕЕ/W - интенсивность энерговыделения, отнесенная к единице массы тела;

D = T*MET доза полного (за время рабочей смены Т) энерговыделения, отнесенного к массе тела.

1.2. Оценка и нормирование тепловой обстановки на рабочем месте осуществляется по следующим факторам (табл.3.2):

Таблица 3.2

Наименование фактора	Условное обозначение	Единицы измерения
Температура воздуха	Т	оС
Относительная влажность	RH	%
Тепловое облучение	J	Ватт/м2

Тепловое состояние организма определяется теплосодержанием (энтальпией – Н), оценка которого, проводится по методике Европейского стандарта эргономики теплового окружения ISO 7730. Подробно расчеты описаны в книгах[2], [3]. Изменение теплосодержания ΔН организма непосредственно связано с изменением средней температуры тела ΔТ через коэффициент теплоемкости С :ΔН = С*ΔТ . Для удельных (на единицу массы тела) величин Δh = c*ΔТ.Допустимые вариации температуры 0,5 оС соответствуют допустимым вариациям теплосодержания Δh1,75 кДж/кг .

2. Оценки ФА a’priori .

2.1. Уравнение Харриса-Бенедикта.

Определяет базальную (фоновую) скорость метаболизма (BMR). Установлено методами прямой калориметрии. Определяет величину BMR(ккал/день) в зависимости от пола, возраста Age[годы], веса W[кг] и роста H[см] человека.

Таблица 3.3

Муж.	BMR = 88.362 + 13.397W[кг] + 4.799Н[см] - 5.677*Age[годы]
Жен.	BMR = 447.593 + 9.247W[кг] + 3.098Н[см] - 4.330*Age[годы]

2.2. Справочник по ФА.

Специалист по охране труда может использовать данные из справочника Compendium of Physical Activities [9] для того, чтобы определить ожидаемую метаболическую активность МЕТ и использовать эту информацию для оценки возможности превышения ПДУ [12].

3. Физиологические показатели для оценки ФА a’posteriori.

3.1 Потребление кислорода.

Определение энергозатрат в покое и во время физической нагрузки основывается на измерении потребления организмом кислорода через его калорический эквивалентk≈ 4,80 ккал на литр потребляемого кислорода. Единица МЕТ соответствует потреблению 3,5 мл кислорода в минуту на каждый килограмм веса. Скорость потребления кислорода VO2 и измеряется в единицах л/мин.

Величина МЕТ непосредственно связана с VO₂ соотношением (2.4).

3.2. Сердечный ритм HR.

В широком диапазоне сохраняется линейная зависимость между энергетическими характеристиками работы и параметром HR. Это приводит к установлению связи VO₂[л/мин] с HR[удар/мин]. Следует учитывать зависимость от пола, возраста и веса тела работников:

Для мужчин: VO₂= -1.169 + 0.02*HR – 0.035*A + 0.019*W

Для женщин: VO₂= -1.991 + 0.013*HR + 0.024*W

Пересчет к метаболическому эквиваленту энергозатрат имеет вид

Длямужчин: MET= 0.199+ (-55.0969 + 0.6309*HR+ 0.2017*A) / W

Дляженщин: МЕТ = - 0,126 + (-20.4022 + 0.4472*HR + 0.074*A) / W

3.3. Индивидуализация оценок.

Для оценок метаболической активности конкретного работника следует использовать соотношение (9) с индивидуальными коэффициентами (8).

Индивидуальные характеристики (предельные величины HR, VO2 и вес W) для каждого работника должны определяться в ходе предварительных (перед поступлением на работу) и периодических (во время работы) медицинских осмотров.

Таким образом тяжесть выполняемого работником труда нормируется с учетом его индивидуальных характеристик.

4. Параметры микроклимата, корректирующие норму тяжести труда.

Кардиореспираторные эффекты тяжелого труда и перегрева организма из-за воздействия нагревающей среды проявляются однотипно и аддитивны. Отсюда следует вывод о возможности определения величины МЕТ по частоте сердечных сокращений HR, формулой (9) с коэффициентами K и L по формулам (8). Тем самым складываются вклады тяжелого труда и перегрева организма в суммарный эффект высокой ФА.

5. Ограничения уровней ФА, нормирующие тяжесть труда.

5.1. Допустимой считается тяжесть труда, при котором ФА характеризуется средним за 8 часовую смену уровнем метаболического эквивалента не превышающем МЕТнорм = 5 ккал/кг/час. При этом удельная доза ФА D = Т*МЕТ не превышает величины Dнорм = 8 * МЕТнорм = 40 ккал/кг.

5.2. При превышении указанного уровня ФА следует использовать защиту временем: продолжительность Т выполнения тяжелого труда должна выбираться так, чтобы удельная доза физической активности D не превышала величины Dнорм .

5.3.Работа, требующая физической активности выше указанных величин должны осуществляться с помощью вспомогательных малых средств механизации (подъемные устройства, механизированные тележки, лебедки, тали и пр.).

5.4. Рабочая поза должна быть удобной с возможностью смены рабочего положения тела (стоя-сидя). Длительность поддержания неудобной и/или фиксированной позы должна быть не более 25% времени смены. Нахождение, в позе «стоя», включая переходы, не должно превышать 60% времени рабочей смены.

5.5. В течение смены необходимо предусматривать перерывы для отдыха, проведения производственной гимнастики, психологической разгрузки. Производственные паузы на отдых следует распределять равномерно в течение смены, при этом более короткие перерывы (5 мин.) должны приходиться на первую половину смены, а более длительные (10 мин) - на вторую. Суммарная величина перерывов за смену должна составлять не менее 3 % рабочего времени.

Заключение.

Формирование возрастных морфофизиологических изменений в организме человека определяется, наряду с генетическими и биологическими факторами, качеством питания, социально-бытовыми условиями жизни, условиями проживания и особенностями трудовой деятельности. При этом влияние неблагоприятных факторов производственной среды проявляется не только в развитии утомления, снижении адаптационно-компенсаторных возможностей организма, но и в ускорении темпа биологического старения. Количественные характеристики темпа старения имеют существенную прогностическую ценность для оценки здоровья как отдельного человека, так и групп, подверженных тем или иным рискам (наследственным, экологическим, социальным, производственным и др.).

Прямые методы измерения энергозатрат не могут использоваться в реальных рабочих условиях. При определении приемлемого метода отслеживания интенсивности физической активности необходимо соблюдать баланс между достоверностью результатов и практичностью использования метода измерения интенсивности. Длительность и частотная составляющая сердечного ритма относительно просты в контроле. Для измерения компонента интенсивности ФА необходимо использовать специальные методы, требующие специальной аппаратуры.

В качестве концептуальной основы, обеспечивающей единство медицинских и гигиенических исследований ФА, в статье предложено использовать метаболический эквивалент работы - МЕТ.В настоящее время именно через эту энергетическую характеристику во всем мире принято выражать результаты измерений (калориметрических и физиологических) уровня ФА. Существуют справочники, приписывающие МЕТ различным видам работы. Использование этих данных позволяет a’priori оценивать тяжесть труда на том или ином рабочем месте и, соответственно, оценивать норму безопасного труда. В определение МЕТ, однако, входит не только энергоемкость работы, но и характеристика работника. Поэтому, при подозрениях на возможные физические перегрузки при выполнении работы необходимо проводить непосредственные измерения тяжести труда. Здесь широкое распространение получили методы непрямой калориметрии – оценки МЕТ по потреблению кислорода, частоте сердечного ритма HR и т.п.

Важным обстоятельством является то, что часто напряжение опорно-двигательного аппарата в процессе работы сочетается с другими неблагоприятными производственными факторами - вибрацией, перегревом организма и пр. Подобное сочетание оказывает существенное синергетическое влияние на клиническую картину этой группы заболеваний (утомление, снижение адаптационно-компенсаторных возможностей организма, ускорение темпа биологического старения), однако, никак не отражается в нормах по тяжести труда.

Одним из таких существенных факторов является воздействием на работника неблагоприятных микроклиматических условий на РМ. Реально работник трудится (тяжело или нет) в определенных (комфортных или нет) микроклиматических условиях. В зависимости от них один и тот же труд может оцениваться по-разному. И точно так же, по-разному могут расцениваться одни и те же микроклиматические условия в зависимости от тяжести труда. Раздельное рассмотрение этих факторов изначально противоречиво. Оно является следствием отсутствия единой концепции оценки. В том и другом случае нормируются разные характеристики, разрозненно описывающие отдельные стороны реально единого процесса труда в заданных внешних условиях. В настоящей работе предложен возможный способ учета синергетических эффектов неблагоприятного воздействия тяжести труда и нагревающего микроклимата.

Литература:

Федорович Г.В. Рациональная эпидемиология профессиональных заболеваний. – Saarbrucken, Deutschland: PalmariumAcademicPublishing , 2014 – 343 p.
Федорович Г.В. Зависимость «доза-эффект» в гигиене труда. – Saarbrucken, Deutschland: PalmariumAcademicPublishing , 2017 – 201 p.
Федорович Г.В. Рациональная диагностика профессиональных заболеваний. – Saarbrucken, Deutschland: PalmariumAcademicPublishing , 2019 – 294 p.
Методика проведения специальной оценки условий труда. Приложение №1 к приказу Минтруда России от 24.01. 2014 г. № 33н.
Nelson G.S., Wickes H., and T.Jason. The NIOSH Work Practices Guide for Manual Lifting Determining Acceptable Weights of Lift.
Тимофеева Е.И., Федорович Г.В. Экологический мониторинг параметров микроклимата. М., НТМ-Защита, 2007, 212 с.
ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. М.: Стандартинформ, 2008.
Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.4.548–96. Гигиенические требования к микроклимату помещений. Минздрав России. — М., 1997.
AinsworthB.E., HaskellW.L., HerrmannS.D. etal. 2011 CompendiumofPhysicalActivities: asecondupdateofcodesandMETvalues. MedicineandScienceinSportsandExercise, 2011;43(8):1575-1581.
World Health Organization (WHO), Global recommendations on physical activity for health. Geneva, Switzerland, 2010.
Tenth Report of the Joint ILO/WHO Committee on Occupational Health World Health Organization, Epidemiology of work-related diseases and accidents. Geneva, Switzerland,1989
US Department of Health and Human Services, Physical Activity Guidelines for Americans. Интернет-ресурсhttps://health.gov/paguidelines/guidelines/
KangD., KimY., Kim J. et al, Effects of high occupational physical activity, aging, and exercise on heart rate variability among male workers // Ann.Occup.Envir. Medicine // 2015 v. 27, p. 22 – 30.
ФролькисВ. В..Старение и увеличение продолжительности жизни. - Л.: Наука 1988. - 239 с.
Алимов А.Ф.,Казанцева Т.И. Некоторые представления о соотношении между физическим и биологическим временем у животных // Журнал общей биологии //2005, т.65, №1, С.3-13.
АлимовА. Ф., КазанцеваТ. И., Удельный метаболизм, продолжительность жизни и «константа Рубнера» для птиц // Журнал общей биологии // 2008, т. 69. № 5, С. 355–363.
Reiss J.O. The meaning of developmental time: A metric for comparative embryology // Amer. Natur. 1989. v. 134. № 2.
Kroemer K.H.E. ,Grandjean E. Fitting The Task To The Human, (Fifth Edition): A textbook of occupational ergonomics. Taylor&Francis1997 , 391 p.
Федорович Г. В. Физиологические характеристики тяжести труда // БиОТ. 2016. № 4. С. 36–43.
Z. Yua, E. Volgyb, R. Wanga et al. Comparison of heart rate monitoring with indirect calorimetry for energy expenditure evaluation // Journal of Sport and Health Science. 2012. Vol. 1 (3). P. 178–183.
Bot S. D., Hollander A. P. The relationship between heart rate and oxygen uptake during nonsteady state exercise // Ergonomics. 2000. Vol. 43 (10).
Keytel L. R., Goedecke J. H., Noakes T. D. et al. // Prediction of energy expenditure from heart rate monitoring during submaximal exercise // Journal of Sports Sciences. 2005. Vol. 23. № 3.
Bates G. P., Brake D. J., Limiting metabolic rate (thermal work limit) as an index of thermal stress, Appl. Occup. Environ. Hyg., 2002, v. 17(3), p. 176-186.
ISO 7933, Ergonomics of the thermal environment-Analytical determination and interpretation of heat stress using calculation of the predicted heat strain (2004).
Miller V.S., Bates G.P., The Thermal Work Limit Is a Simple Reliable Heat Index for the Protection of Workers in Thermally Stressful Environments , Ann. Occup. Hyg., 2007, v. 51(6), p. 553-561
Кириллов В. Ф., Федорович Г. В. Расчет теплоизолирующих параметров одежды для комфортных условий работы // Медицина труда и пром. экология. 2011. № 4. С. 25–31.
Kenney W. L., Heat and Cold Physiological Response to the Thermal Environment. Encyclopaedia of Occupational Health and Safety, Chapter 42, 4th Ed., 1998.

Г. В. Федорович Структура нормирования тяжести труда (№4, 2019)

Читать еще: