Мониторинг тяжести труда. Концепция, методы и средства. А. Л. Петрухин, Г. В.Федорович (№ 4, 2017)

А.Л. Петрухин,

 технический директор ООО «НТМ-Защита»

Е-mail: alp@ntm.ru

Г.В. Федорович, д-р физ.-мат. наук

технический директор ООО «НТМ-Защита»

Е-mail: fedorgv@gmail.com

(г. Москва)

Реферат

В статье рассматриваются возможности оценки тяжести труда по энергетике физической активности работника.  Ее предполагается характеризовать величиной метаболического эквивалента работы МЕТ. Для измерения МЕТ в процессе труда удобны  методы непрямой калориметрии, из них наиболее приемлем метод регистрации сердечного ритма HR. Надежные данные о величине МЕТ получаются, если использовать линейную интерполяцию зависимости МЕТ от HR , включающую индивидуальные характеристики, такие как минимальные и максимальные величины HR и скорости потребления кислорода.  Эти характеристики должны определяться a’priori при индивидуальном тестировании, например – в ходе периодических медицинских осмотров работников. Современные портативные беспроводные мониторы сердечного ритма, позволяют измерять интенсивность физической активности в реальных рабочих условиях. В статье дан обзор таких приборов. Приведен пример тестирования пульсометра PULSE-WATCH с ФПГ датчиком. Если для расчетов использовать только данные по HR, а для оценки физической активности использовать специальный алгоритм, результаты пригодны для вынесения суждений о тяжести труда. Обсуждается схема интервальной нагрузки при выполнении длительной тяжелой работы. Схема дает возможность выполнять более интенсивную работу и в то же время избежать переутомления.

Ключевые слова: тяжелый труд, метаболический эквивалент активности, энергетическая ценность кислорода, сердечный ритм, мониторинг, охрана труда.

Monitoring of the excessive workloads.

Concept, methods and means

 

A.L.Petrukhin

Technical director, NTM Ltd,

G.V.Fedorovitch

Ph.D., Technical director, NTM Ltd,

Abstract

The article examines the possibilities of assessing the excessive workloads by the physical activity. It is supposed to be characterized by the value of the metabolic equivalent of task (MET). To measure MET in the process of work, methods of indirect calorimetry are convenient. The most appropriate method is recording heart rhythm (HR). Reliable MET data are obtained by using a linear interpolation of the MET-HR relationship, which includes individual characteristics, such as minimum and maximum HR values ​​and oxygen consumption rates. These characteristics should be determined a'priori with individual testing, for example - during periodic medical examinations of employees. Modern portable wireless HR monitors allow you  to measure the intensity of physical activity in real working conditions. The article gives an overview of such devices. An example of testing the PULSE-WATCH pulse meter with an photoplethysmograph (PPG) sensor is given. If you use only HR data for calculations and use a special algorithm to evaluate physical activity, the results are suitable for making judgments about the workloads. The scheme of interval load is discussed when performing long hard work. The scheme allows you to perform more intensive work and at the same time avoid overwork.

Keywords: excessive workloads, metabolic equivalent of task, oxygen energy value, heart rate, monitoring, occupational safety.

 

Введение.

Определение вредности тяжелого труда, отнесенное к сфере государственного регулирования, производится по Методике проведения СОУТ (п.п.71–83 и Приложение № 20) [1].  Анализ этой части Методики показывает, что в качестве НПА она принципиально не может быть использована как основа для присвоения условиям труда конкретных классов вредности.

Основное внимание (4 таблицы из 7 Приложения 20) в Методике уделяется операциям с грузами:

- перемещению работника с грузом (п. 73 и табл. 1)

- подъем и перемещение груза (п. 75 и табл. 2)

- перемещение без подъема груза (п. 81 и табл. 7)

- подъем груза без перемещения (Правила по охране труда, утв. Приказом Минтруда РФ от 17 сентября 2014 г. № 642н)

- удержание поднятого груза (п. 78 и табл. 4)

Помимо того, что тяжелый труд работников многих профессий, таких как землекоп, лесоруб, слесарь-сборщик и пр., не описывается в этой понятийной системе, перечисленные выше требования к операциям с грузами противоречат друг другу. Например, перемещение работника в пространстве в течение рабочей смены на расстояние до 12 км, согласно табл.7, считается вредным (КУТ 3.1). Но, если при этом работник переносит груз до 3,8 кг, то согласно табл. 1, такая работа должна считаться допустимой (КУТ 2).  

Часть норм противоречит здравому смыслу. Например, затруднительный даже для подготовленного альпиниста подъем по вертикали в течение рабочей смены на высоту 2,5 км, согласно табл.7, для работника считается допустимым (КУТ 2).

Примеры внутренних противоречий Методики оценки тяжести труда выявляются и при анализе других операций. Например, можно указать на результаты оценки наклонов корпуса тела работника более 30°, за рабочий день (смену). Если работник наклоняется 1000 раз, то такая работа оценивается КУТ 3.2 (табл. 6). Но, если он делает то же самое, поднимая с пола груз  при региональной нагрузке (при работе с преимущественным участием мышц рук и плечевого пояса), то согласно табл. 3, это стереотипные движения в количестве менее 10 000 и условия труда будут оптимальны (КУТ 1).

Другой недостаток Методики СОУТ – ее отставание, по крайней мере, на четверть века от гигиенических оценок тяжести труда, принятых в промышленно развитых странах. 

Действующие сейчас в нашей стране нормы тяжести труда были сформулированы двадцать лет назад в документе [2]. В дальнейшем структура и конкретное содержание норм переносились из предыдущих НПА в последующие практически без изменений, что относится в том числе и к Методике выполнения СОУТ [1].

С учетом изложенного, необходимость пересмотра Методики СОУТ в части п.п.71–83 и Приложения № 20 представляется вполне обоснованной. Ниже рассматриваются возможности построения системы оценок вредности тяжелого труда по энергетике физической активности работника. 

1.МЕТ – концепция.

Термином «тяжесть труда» принято обозначать интенсивность мышечной работы. 

 

1. Определение и нормирование МЕТ.

 

В гигиенических исследованиях физические усилия измеряются в единицах МЕТ – метаболических эквивалентах активности (Metabolic Equivalent of Task), которые являются физиологической мерой, выражающей энергетическую величину этих усилий. МЕТ определяется как мощность ЕЕ, отнесенная к весу W тела. Так определенная величина позволяет точнее сопоставлять энергетические затраты для людей разного веса. В качестве единицы MET принимается уровень метаболизм покоя (≈ 0,9 ккал/час/кг; сон,  спокойное сидение), округленный до 1 ккал/час/кг (≈ 1,16 Вт/кг). Иначе говоря, 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]                                       (1)

Здесь и ниже в квадратных скобках при обозначении переменных указываются их единицы измерения. Приведенная выше величина базального энерговыделения 90 Вт привязана к весу W ≈ 90 кг.

В предыдущих работах [4] и [5] было высказано и, по мере возможности,  обосновано предположение о необходимости ограничивать дозу D метаболической активности за весь стаж работы. Если обозначить длительность стажа S[лет], количество рабочих дней в году N[дней], длительность рабочей смены T[час], то обозначая индексом «r» реальные значения переменных, получим

Dr = METr * Sr * Nr * Tr                                                                     (2)

Ведем в рассмотрение некий «нормальный» режим работы, обозначая индексом «n» соответствующие переменные Sn = 42 года, Nn = 365 – 28 – 2*48 = 241 день, Tn = 8 часов. Пусть параметр  METn  обозначает предельно возможную величину МЕТ, допустимую для указанного выше «нормального» режима работы. Если реальное значение MET не превосходит допустимого значения METn,  можно работать в «нормальном» режиме. Если же реальное значение  METr  превосходит допустимую величину METn, то работать следует только в таком режиме, для которого

(Sr/Sn) * (Nr/Nn) * (Tr/Tn)  ≤ METn/METr  < 1                                             (3)

Неравенство (3) определяет нормирование режима при необходимости работы с МЕТr, превосходящим нормированное значение METn . В работе [5] METn оценено величиной  ≈ 5 ккал/час/кг .

1. Измерения МЕТ.

Как уже отмечалось выше, только часть энергии, высвобождающейся при метаболизме,  идет на образование 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 нее, 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 очень дороги.  Именно поэтому метод прямой калориметрии редко используется в современных исследованиях. К настоящему времени 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 легких определяется тем их количеством, которое используется и выделяется тканями тела. Зная это, 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 О₂представляет собой маску, соединенную с газоанализатором. Несмотря на то, что он несколько громоздок и ограничивает движения, его, при необходимости, можно использовать в различных условиях:  в лаборатории, на производстве и т.д.

Содержание углерода и кислорода в глюкозе, свободных жирных кислотах и аминокислотах очень отличается. В результате этого 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, соответственно – дает возможность более точно оценивать интенсивность метаболизма.

Определение количества используемых углеводов и жиров на основании измерений газового состава воздуха можно считать достаточно надежным только в состоянии покоя или при выполнении упражнений постоянной интенсивности. Несмотря на некоторые недостатки метода непрямой калориметрии, он остается 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 тяжелой физической работе потребность в кислороде может возрасти в 10÷15 раз. Это позволяет связать величину МЕТ со скоростью потребления кислорода. Единица метаболического эквивалента соответствует потреблению 0,0035 мл кислорода в минуту на каждый килограмм веса. В соответствии со сказанным, величина МЕТ оценивается через VO₂ соотношением:

МЕТ [ккал/кг/час]  = ϰ*VO₂[л/мин]/W[кг]                                        (4)

где ϰ = 288 для принятых размерностей МЕТ и VO₂ . Для человека весом W = 90 кг базальный уровень VO₂ составляет ≈ 0,3 л/мин.

Выражение интенсивности физической работы в показателях потребления кислорода представляется наиболее подходящим 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.

1. Частота сердечных сокращений.

Естественным развитием методов непрямой калориметрии представляется поиск связи потребления кислорода с частотой сердечного ритма HR (Heart Rate). Во время физической нагрузки происходят многочисленные изменения в сердечно-сосудистой системе. Меняются все компоненты системы [6]. Эти изменения направлены на обеспечение потребности в кислороде активных мышц. Cкорость потребления кислорода, в свою очередь, определяется скоростью «прокачки» крови, т.е., в том числе – частотой сердечных сокращений.

Практически во всех исследованиях ищется связь потребления кислорода  VO₂ и HR вида:

VO₂  = K*HR + L                                                                     (5)

В литературе можно найти множество (см. напр. обзоры [7] и [8]) 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 (5) связывает средние значения VO₂  и HR для групп. Для больших групп мониторинг сердечного ритма обеспечивает один из самых эффективных и экономичных средства 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, отобранных a’priori показателей. Реальное пространство факторов «натягивается» на искусственную систему независимых координат, и один из результатов —  разброс результирующих показателей. Хорошим примером могут служить обсуждавшийся в [4] разброс результатов изменения HR в зависимости от потребления кислорода при разных физических нагрузках [8].

В работе [9] найдено, что факторы, которые оказывают значительное влияние на средний расход энергии в группе включают возраст, вес и пол участников. В этой же работе показано, 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 индивидуальная характеристика должна определяться a’priori при индивидуальном тестировании, например – в ходе периодических медицинских осмотров работников. Процедура такого тестирования состоит в следующем. Испытуемый совершает работу с постепенно увеличивающейся физической нагрузкой. По мере увеличения нагрузки растет потребление кислорода.  При определенной нагрузке достигается предел потребления, после которого оно остается постоянным или даже несколько снижается, несмотря на возрастающую интенсивность работы. Этот пиковый показатель представляет собой аэробную способность организма. Так измеренная величина maxVO₂ – надежный показатель уровня кардиореспираторной выносливости и аэробной подготовленности индивида.

Логическое продолжение предложенного в [9] способа улучшения прогностических возможностей соотношений вида (5) состоит в следующем. Можно предположить, что линейная связь между VO₂ и HR справедлива во всем диапазоне изменения этих величин, от минимальных до максимальных. В качестве maxHR следует взять пик HR в тестовых испытаниях, описанных выше. Минимальные величины minVO₂ и minHR наблюдаются, когда  испытуемый продолжительное время лежит спокойно.

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

RVO₂ = (VO₂ – minVO₂) / (maxVO₂ - minVO₂)                                             (6)

 RHR = (HR – minHR) / (maxHR - minHR)                                                   (7)  

должны совпадать друг с другом.

Это обстоятельство проверялось в работе [8] 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 (5) можно записать в виде

K = (maxVO₂ - minVO₂)/(maxHR - minHR);                                                  (8)

L = (maxHR*minVO₂ – minHR*maxVO₂)/(maxHR - minHR) .                                 (9)

Объединение формул (4 – 5) и (8 – 9) дает соотношение, которое можно использовать для определения индивидуальных энергозатрат по регистрируемому сердечному ритму.

МЕТ = (ϰ/W) * (K*HR + L)                                                            (10)

Предельные (min и max) величины VO₂ и HR представляют индивидуальную характеристику работника. Они могут определяться в ходе периодических медицинских осмотров,  как описано выше. 

1.4.Вариабельность сердечного ритма (ВСР).

Остановимся кратко на перспективах использования результатов  регистрации ЭКГ. Они представляют собой последовательность импульсов, сопровождающих сердечную электрическую активность – т.н. QRS-комплексы. Длительности интервалов между ними меняются. Это свойство называется вариабельностью сердечного ритма (далее - ВСР). Первый шаг измерения ВСР состоит в том, чтобы идентифицировать последовательные QRS-комплексы и определять интервалы между импульсами. Далее используется либо Фурье, либо регрессионный анализ. Результаты предоставляют информацию для определения изменчивости HR. Анализ ВСР становится в настоящее время довольно популярным методом функциональной диагностики. Начало развитию этого нового методического подхода было положено более 50 лет назад в космической медицине [10] . Эта наука оказалась первой, где анализ ВСР был использован для получения новой научной информации и решения задач медицинского контроля за человеком, выполняющим свою работу в экстремальных условиях. В настоящее время на борту международной космической станции регулярно проводятся ежемесячные исследования здоровья космонавтов с анализом ВСР, записью комплекса кардиологических параметров и функциональных тестов.

Разработан вероятностный метод оценки риска развития  патологии. Здоровье рассматривается как процесс приспособления организма к условиям окружающей среды, мерой здоровья являются адаптационные (приспособительные) возможности организма. На границе между здоровьем и болезнью возникает целый ряд переходных состояний, получивших название донозологических. Ключевым моментом донозологической диагностики, явилась разработка математической модели функциональных состояний, описывающей переход от нормы к патологии [11].  В этой модели используются показатели степени напряжения (СН) регуляторных систем  и их функционального резерва (ФР), которые вычисляются по данным анализа ВСР. При этом СН и ФР рассматриваются в качестве  координат фазовой плоскости. Дальнейшее сводится к анализу фазового портрета для  прогнозирования патологических отклонений и заболеваний. По результатам анализа вычисляются категории риска.

К настоящему времени сложились некоторые общие представления о связи ВСР с общим физиологическим состоянием организма [12]. На ВСР влияют пол и возраст. Уменьшение ВСР, как правило, сопутствует ухудшению общего состояния. Во время градиентных спортивных упражнений большинство исследований показывают что ВСР постепенно уменьшается до умеренных значений, после чего стабилизируется. Существует много доказательств, полученных в кросс-секционных эпидемиологических исследованиях,  свидетельствующих о более высоких ВСР у тренированных спортсменов, чем у людей, не занимающихся спортом.

2.Методы и средства измерения HR.

С развитием портативных беспроводных мониторов сердечного ритма, регистрация величины HR стала наиболее часто используемым методом, для получения представления об интенсивности физической активности в реальных рабочих условиях. HR легко отслеживается и демонстрирует стабильный характер во время стабильной активности,

Современные портативные приборы для контроля сердечного ритма разделяются на группы по нескольким признакам. Следует иметь в виду, что в различных контрольно-измерительных комплексах мониторинга HR могут использоваться устройства  с признаками, перечисленными ниже в п.п. 2.1 – 4 в различных комбинациях.

2.1.Датчики сердечного ритма.

Снимаются либо электрокардиограммы (ЭКГ), либо фотоплетизмограммы (ФПГ). Датчики ЭКГ – обычные электроды, имеющие электрический контакт с кожей. Фотоплетизмографы – это оптопара из твердотельных излучателя и приемника света, отслеживающая вариации коэффициента прохождения/отражения света, обусловленные вариациями кровенаполнения подкожных кровеносных сосудов.

По отношению друг к другу источник и приемник ФПГ могут располагаться либо  «на отражение», либо «на просвет». В случае «на отражение» приемник и источник располагаются рядом на одной плоскости. В варианте «на просвет» источник и приемник располагаются по разные стороны от тестируемого органа. Например, они могут находиться в разных половинках пульсометрической клипсы. Излученный свет проходит этот орган насквозь и попадает в фотоприемник. В любом случае, в принятом сигнале выделяют вариации интенсивности, связанные с пульсовой волной в сосудах, и по ним судят о частоте сердечных сокращений.

 

Рис.1 Синхронная регистрация ЭКГ и ФПГ.

 

На рис.1 представлены ЭКГ и ФПГ, регистрируемые параллельно.  Видно, что ФПГ-импульсы более «гладкие» по сравнению с ЭКГ. Это обстоятельство определяет преимущество работы с ЭКГ если важна точность отсчета интервалов между последовательными импульсами, например – при исследованиях ВСР. .

2.2.Места расположения датчиков.

Электроды, служащие датчиками ЭКГ, монтируются на эластичных поясах, охватывающих торс (см.рис.2).  Регистрируется разность потенциалов по обе стороны груди.

 

 

Рис.2. Эластичный пояс с вмонтированными датчиками ЭКГ.

 

Датчики ФПГ могут быть встроены в кольцо на палец (см.рис.3), клипсу на мочку уха, либо  в браслет на запястье.

 

 

Рис.3. Фотоплетизмографы в кольце на палец. Результаты отражаются либо на встроенном экране, либо на отдельном часовом циферблате.

 

 

 

2.3.Каналы обмена данными.

В простейших устройствах результаты измерения пульса высвечиваются на встроенном экране. Так работают миниатюрные пульсометры, встроенные в кольцо на палец или в корпус часов на запястье (см.рис 3). В последнем случае, однако, устройство может быть снабжено памятью, содержимое которой можно считать, подключив его к вычислительному устройству – смартфону, планшету или персональному компьютеру.

Рис.4. Фотоплетизмограф на пальце, подсоединен к передатчику в корпусе часов, результат передается по радиоканалу на смартфон. Визуализация на экране последнего.

В другом случае канал передачи данных может работать постоянно, так что данные передаются в место сбора, хранения и индикации данных в on-line режиме, по мере их съема (см.рис.4). Используются Bluetooth приемопередатчики, работающие по символьному протоколу обмена данными.

2.4.Анализ результатов.

Данные, поступившие в вычислительное устройство, могут быть представлены на экране в графическом виде или сохраняться в архиве. Он доступны для математической обработки – сглаживания, фильтрации, статистического и Фурье-анализа.

В настоящее время разработано большое количество приложений, поддерживающих функцию передачи, приема и анализа данных от беспроводных пульсометров: Runtastic, Endomondo, Runkeeper, Strava, Sports Tracker, MapMyRun, Motion X GPS, Runmeter, Polar Beat и др.

Практически все они созданы и применяются для контроля за спортивными тренировками. Их используют профессиональные спортсмены и тренеры. Пульсометры помогают тренироваться значительно эффективнее, безопаснее и быстрее улучшать физическую форму. Можно контролировать пульс в режиме реального времени, вести статистику тренировок, анализировать точный расход калорий. Современные приборы  рассчитывают maxVO₂ , а также время восстановления, которое потребуется организму после тренировки. 

Таким образом определяются максимальные усилия, которые можно поддерживать до тех пор, пока организм в состоянии избавляться от молочной кислоты в мышцах. Если производимые усилия превысят порог,  это приведет к эффекту переутомления мышц и спортсмену нужно будет прекратить тренировку или снизить темп, чтобы организм смог нейтрализовать молочную кислоту.

Все эти возможности представляют интерес не только для спортсменов, но и для работников, занятых тяжелым физическим трудом. Проблема в том, чтобы подобрать подходящее вычислительное устройство и программное приложение.  Минус в том, что фирменные программные приложения не допускают вмешательство в свою  работу и коррекцию алгоритмов обработки данных применительно к решению проблем гигиены труда.

1. Пример результатов регистрации пульса

Авторами был протестирован пульсометр PULSE-WATCH (фирма Mad Wave), представляющий собой прибор с ФПГ датчиком, совмещенный с наручными часами

(см.рис.5).

 

Рис.5. Пульсометр PULSE-WATCH в наручных часах.

 

 

Измеряется частота пульса, количество шагов, время физической активности. За это время определяются средняя и максимальная частота пульса. Вычисляются такие параметры, как расход калорий, время восстановления пульса, качество сна и другие параметры. Результаты в режиме on-line высвечиваются на экране часов, и, кроме того, запоминаются в памяти прибора. Через USB-порт они могут быть переданы на компьютер.

Пример таких данных за две недели измерений приведен в таблице 1. В первых 7 колонках – результаты регистрации: дата проведения измерений (в формате год:месяц:день), число пройденных шагов и километраж, длительность периодов физической активности (в формате часы:минуты:секунды), количество израсходованных килокалорий, средняя и максимальная частота пульса. 

Пульсометр проводит измерения и записывает результаты только в периоды физической активности. Это определяется либо по шагам, либо по превышению пульсом базального уровня частоты. Алгоритм подсчета израсходованных килокалорий фирма-изготовитель не публикует.

В 8-й колонке таблицы1 описываются действия в указанные дни. 05 и 06 августа был weekend и физическая активность сводилась к пешим прогулкам длительностью полчаса-час. В следующие 5 дней была работа в саду и огороде. Работа шла с перерывами и, как видно (см. 4-й столбец) суммарная длительность периодов активности не превышала 4 ¸ 5 часов.

В следующих колонках таблицы приводятся результаты расчетов энергозатрат за  периоды физической активности. Величина скорости энерговыделения ЕЕ определялась по количеству затраченных калорий и времени активности. Здесь уже заметна непомерно большая величина мощности – единицы (до десятка) киловатт. Самая большая мощность приходится на воскресные утренние разминки (17.08.13 и 17.08.20). Даже если учесть, что не более 1/5 этой мощности затрачивается на механическую работу (10-я колонка в таблице), все равно результат слишком велик – намного больше принятых величин, характеризующих типичные уровни энергозатрат (см. выше п.1). То же самое можно сказать про метаболический эквивалент. Величина МЕТ составляет десятки (до полутора сотен) единиц ккал/час/кг, что более чем на порядок превышает МЕТ, характеризующие обычные виды физической активности [13]. Все это результат завышенной оценки килокалорий, алгоритм которой фирма-производитель не раскрывает.  

 

Таблица 1

Результаты регистрации уровней физической активности

Результаты регистрации								Вычисленные параметры
Date	Steps	Dist.(km)	Time	kCalorie	Avr HR	Max HR	Примечания	EE[kW]	Mech[kW]	MechMET	Avr MET	MaxMET
17.08.05	3975	3,08	0:30:24	1553,8	73	185	Прогулка	3,56	0,711	39,5	1,16	4,96
17.08.06	6669	5,11	0:54:17	2562,2	80	154	- - - " - - -	3,29	0,657	36,5	1,40	3,90
17.08.07	13955	11,75	4:45:24	7530,1	87	170	С/х работа	1,84	0,367	20,4	1,63	4,45
17.08.08	13377	11,1	4:44:17	7617,4	88	199	- - - " - - -	1,86	0,373	20,7	1,67	5,43
17.08.09	11935	9,32	4:35:00	7797,3	81	158	- - - " - - -	1,97	0,395	21,9	1,43	4,04
17.08.10	12503	10,2	4:37:47	7935,8	80	170	- - - " - - -	1,99	0,398	22,1	1,40	4,45
17.08.11	12471	9,92	4:37:42	8213,9	78	153	- - - " - - -	2,06	0,412	22,9	1,33	3,87
17.08.12	5766	4,36	0:46:45	1920,4	77	168	Прогулка	2,86	0,572	31,8	1,30	4,38
17.08.13	1319	1,0	0:11:26	2111,2	71	143	Разминка	12,85	2,570	142,8	1,09	3,53
17.08.14	12870	10,32	4:39:35	7659,2	88	195	С/х работа	1,91	0,381	21,2	1,67	5,29
17.08.15	12499	10,37	4:33:24	7441,2	78	162	- - - " - - -	1,89	0,379	21,0	1,33	4,18
17.08.16	12515	10,31	4:35:57	7073,8	72	150	- - - " - - -	1,78	0,357	19,8	1,13	3,77
17.08.17	12538	10,53	4:35:27	8198,6	82	192	- - - " - - -	2,07	0,414	23,0	1,47	5,19
17.08.18	10608	8,3	4:23:24	8448,7	78	150	- - - " - - -	2,23	0,446	24,8	1,33	3,77
17.08.19	5927	4,56	0:45:40	1947,0	77	164	Прогулка	2,97	0,593	33,0	1,30	4,24
17.08.20	1810	1,36	0:14:41	2294,9	73	135	Разминка	10,88	2,176	120,9	1,16	3,26

 

 

 

Вполне приемлемыми представляются результаты расчетов МЕТ по данным о сердечном  ритме (см. п.1.3). Для вычислений принимались следующие индивидуальные параметры: = 60 мин^-1 ,  = 150 мин^-1 , ₂ = 0,225 л/мин (ЕЕ = 90 Вт), ₂ = 1,125 л/мин (ЕЕ  = 450 Вт), вес  = 90 кг .  Результаты расчетов МЕТ по данным о средней и максимальной частоте приведены в последних двух колонках табл.1. Видно, что здесь получаются вполне разумные данные: средняя активность МЕТ составляет (1,3 ÷ 1,6) ккал/час/кг. Согласно [13] эта активность  соответствует легкому труду.  Если определять активность по тем интервалам времени, когда частота поднималась  до значений , величина МЕТ достигает значений (3 ÷ 5) ккал/час/кг и выше. Согласно [13],  эти значения МЕТ соответствуют труду средней тяжести. Однако, таких моментов было немного и доза 

 

3. Рекомендации по применению пульсометров.

Замер пульса — один из важнейших неэнвазивных методов контроля уровня физической нагрузки, доступный как работникам, так и инспекторам по охране труда. Последние могут немедленно использовать данные о состоянии работников, чтобы при необходимости оптимизировать их работу.

Максимальную работоспособность можно поддерживать лишь непродолжительный отрезок времени. Если же работу необходимо выполнять длительно, следует снижать скорость и работать с меньшими усилиями или чередуя периоды интенсивной работы с периодами отдыха или малоинтенсивной работы. Утомление, которое наступает во время напряженной мышечной деятельности, обусловлено накоплением молочной кислоты, исчерпанием запасов гликогена в мышцах, непрерывным нарастанием величины кислородного долга. Когда работник прерывает интенсивную нагрузку периодами отдыха, организм получает возможность частично устранить факторы, обуславливающие наступление утомления: пополнить запасы гликогена в мышцах, снизить уровень молочной кислоты, окислить другие продукты распада энергетических веществ в мышцах. Подобный прерывистый характер нагрузок дает возможность выполнять более интенсивную работу и в то же время избежать кумулятивного эффекта утомления. Интервальная работа состоит из многократно повторяемых «порций» работы субмаксимальной интенсивности, чередуемых с точно дозируемыми паузами отдыха. Продолжительность каждой паузы отдыха может быть невелика – она обеспечивает лишь частичное восстановление частоты сердечных сокращений к началу выполнения очередной «порции» работы.

Не существует единого мнения об интервальной работе. Можно полагать, что основное внимание в интервальной работе надо обращать на постоянный интервал отдыха между интенсивной работой, а также на форму отдыха. Можно предположить, что основным для данной организации работы является длительность активных интервалов и их количество. Еще одно мнение – главное в данном методе, это обращать внимание на показатель HR во время выполнения работы, который не должен превышать 170 – 180 уд./мин, а еще лучше, остановиться на уровне 120 – 140 уд/мин., а время отдыха  должно соответствовать времени восстановления HR до базальных уровней.  

 

 

Заключение.

Недостатки Методики СОУТ в части оценки тяжести труда (п.п.71–83 и Приложение № 20) свидетельствуют о необходимости ее пересмотра. В работе рассматриваются возможности построения системы оценок вредности тяжелого труда по энергетике физической активности работника.  Последнюю предполагается характеризовать величиной метаболического эквивалента работы МЕТ. Для измерения МЕТ в процессе труда следует использовать методы непрямой калориметрии, из них наиболее приемлем метод регистрации сердечного ритма HR.

Наиболее надежные данные о величине МЕТ получаются, если использовать линейную интерполяцию зависимости МЕТ от HR , включающую индивидуальные характеристики, такие как минимальные и максимальные величины HR и скорости потребления кислорода.  Эти характеристики должны определяться a’priori при индивидуальном тестировании, например – в ходе периодических медицинских осмотров работников.

В последнее время популярным методом функциональной диагностики становится анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР). На его основе разработан вероятностный метод оценки риска развития патологии. Уменьшение ВСР, как правило, сопутствует ухудшению общего состояния организма. Существуют доказательства, того, что у тренированных спортсменов ВСР выше, чем у людей, не занимающихся спортом.

Современные портативные беспроводные мониторы сердечного ритма, позволяют проводить регистрацию величины HR не создавая помех для работы. Это стало наиболее часто используемым методом, для получения представления об интенсивности физической активности в реальных рабочих условиях.

В работе дан обзор современных портативных приборов, сгруппированных по следующим особенностям :

• по датчикам сердечного ритма
• по местам их расположения
• по каналам обмена данными
• по алгоритмам анализа результатов.

Приведен пример тестирования пульсометра PULSE-WATCH (фирма Mad Wave), с ФПГ датчиком. Прибор измеряет частоту пульса, количество шагов, время физической активности. За это время определяются средняя и максимальная частота пульса. Вычисляются такие параметры, как расход калорий, время восстановления пульса, качество сна и другие параметры. Вычисления производятся по собственной программе пульсометра, не подходящей для оценки тяжести труда. Если, однако, для расчетов использовать только регистрируемые данные, а для оценки физической активности использовать специальный алгоритм, получаются вполне приемлемые результаты, пригодные для вынесения суждений о тяжести труда. Это свидетельствует о необходимости разработки специального программного обеспечения для оценки тяжести труда по данным о сердечном ритме.

Предложена схема интервальной нагрузки при выполнении длительной работы, когда периоды интенсивной работы чередуются с периодами отдыха или малоинтенсивной работы. Подобный прерывистый характер нагрузок дает возможность выполнять более интенсивную работу и в то же время избежать кумулятивного эффекта переутомления. Продолжительности периодов работы и отдыха регулируются по частоте HR. Во время выполнения работы HR не должно превышать 170 – 180 уд./мин, а за время отдыха HR должно восстанавливаться до базальных уровней.

Литература

1. Приказ Минтруда России от 24.01.2014 № 33н «Об утверждении Методики проведения СОУТ, Классификатора вредных и/или опасных производственных факторов, формы отчета о проведении СОУТ и инструкции по ее заполнению».
2. Санитарные правила и нормы «Гигиенические требования к условиям труда женщин» СанПиН 2.2.0.555–96.

3. Тимофеева Е.И., Федорович Г.В.

4.Федорович Г.В. 

5.Федорович Г.В. 

6.Мазай Г.П., Петров Г.А. Состояние гемодинамики и механизма регуляции сердечно-сосудистой системы у рабочих горячих цехов. / / Врачебное дело. – 1990. - № 3. – с. 113-115.

7. 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, 1(3): p. 178–183

8.Bot S.D., Hollander A.P.

9. 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 V.23, 2005, № 3, P. 289-297

10.Парин В. В., Баевский Р. М., Волков Ю. Н., Газенко О. Г. // Космическая кардиология. Изд. "Медицина", М., 1967, 208 с.

11.Баевский Р.М., Берсенева А.П. // Введение в донозологическую диагностику. - М., 2008. – 218с.

12. Fumiharu T.F., Takahashi M. Heart Rate Variability in Occupational Health // Industrial Health 2009, v. 47: p. 589–602.
13. Ainsworth B.E., Haskell W.L., Herrmann S.D. et al. 2011 Compendium of Physical Activities: a second update of codes and MET values // Med.Sci.Sports Exerc., 2011, 43(8) : p. 1575-81.