4-4. Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej statycznej - pojęcia, metody oceny, optymalizacja obciążeń

Ze względu na stopień rozpowszechnienia i negatywne następstwa obciążenia typu statycznego są przedmiotem szczególnego zainteresowania w działaniach zmierzających do optymalizacji metod i warunków pracy. Istnieją uzasadnione powody, aby zmniejszać obciążenie pracą statyczną tam, gdzie jest to możliwe, lub co najmniej ograniczać negatywne skutki wynikające z tego rodzaju obciążeń. Realizacja tych postulatów w każdym przypadku wymaga dokonania jakościowej i ilościowej oceny występowania elementów statycznych podczas pracy.

W ocenie obciążeń statycznych powinny być wzięte pod uwagę następujące czynniki:

• zajmowana pozycja ciała i stopień jej wymuszenia
• obecność operacji roboczych wymagających istotnych napięć statycznych
• wielkość rozwijanych sił podczas napięć statycznych
• czas trwania obciążeń.

Pozycja ciała. Wśród pozycji ciała podczas pracy należy wyróżnić pozycję siedzącą, stojącą i chodzenie. Inne, bardziej szczegółowe rozróżnienia uwzględniają czynniki towarzyszące tym podstawowym pozycjom, a więc: stopień pochylenia tułowia i/lub jego skręt, zgięcie nóg w pozycji stojącej, a także uniesienie kończyn górnych w stosunku do stawu ramiennego.

Obciążenie statyczne jest bardziej nasilone w pozycji stojącej, ponieważ przestrzenna stabilizacja środka ciężkości ciała w tych warunkach wymaga dodatkowych napięć mięśniowych  (4-4. slajd 3). Dlatego, tam gdzie to jest możliwe, praca powinna być wykonywana w pozycji siedzącej. Postulat ten nie obejmuje stanowisk, na których:

• wydatek energetyczny podczas pracy przekracza 2-3 kcal/min praca wymaga większej przestrzeni dla wykonywanych ruchów
• wykonywane operacje wymagają użycia znaczących sił mięśniowych.

4-4. slajd 3 

Niezmienna pozycja siedząca również nie może być uważana za fizjologicznie poprawną. W każdej sytuacji pożądane są zmiany pozycji ciała, a jeśli rodzaj pracy na to nie pozwala, niezbędne są przerwy umożliwiające rozluźnienie mięśni, polepszenie warunków hemodynamicznych (m.in. w celu przeciwdziałania zastojom żylnym) i zmniejszenie monotonii.

W opracowanym i stosowanym w Polsce od początku lat 60. (tab. 2) schemacie oceny obciążenia statycznego, wynikającego z zajmowanej pozycji ciała, za podstawę klasyfikacji przyjęto następujące kryteria:

• zróżnicowanie na pozycję siedzącą i stojącą oraz chodzenie
• występowanie pochylenia tułowia
• stopień wymuszenia zajmowanej pozycji
• dopuszczalność okresowych zmian pozycji przy danej czynności.

Tabela 2. Obciążenie wysiłkiem statycznym zależnie od pozycji ciała podczas pracy (wg H. Kirschnera)

Przez wymuszenie pozycji należy rozumieć rygor w jej utrzymaniu przez dłuższy czas niezbędny do prawidłowego wykonywania pracy, np. przy obsłudze niektórych obrabiarek, montażu drobnych elementów, prowadzeniu długotrwałych operacji chirurgicznych, wczytywaniu danych do komputera itp. Wiąże się to z koniecznością skupienia uwagi i wzmożoną kontrolą wykonywanych ruchów. Na wymuszenie pozycji ciała wpływa również duża powtarzalność operacji ruchowych, tj. monotypowość czynności. Natomiast zmienność wykonywanych zadań zmniejsza stopień wymuszenia; można na przykład porównać pracę programisty komputerowego i operatora wprowadzającego dane do komputera.

Wymuszona pozycja stojąca jest bardziej uciążliwa niż odpowiednia pozycja siedząca, toteż możliwość dokonywania zmian pozycji ma tu szczególne znaczenie. Trzeba to brać pod uwagę w trakcie organizacji stanowisk pracy, np. stanowisko obsługi obrabiarek powinno być tak zorganizowane, by możliwie było okresowe korzystanie z siedziska.

Przeprowadzenie oceny obciążeń wynikających z zajmowanej pozycji ciała staje się trudniejsze, kiedy stanowisko pracy nie jest wyraźnie wydzielone przestrzennie, a wykonywane czynności mają charakter bardzo urozmaicony i wymagają przyjmowania wielu nietypowych pozycji, tak jak to jest na przykład podczas prac w rolnictwie, budownictwie, transporcie czy przy pielęgnacji chorych.

Do opisu pozycji ciała najczęściej służy obserwacja stanowiska pracy, wykonywanych przez pracownika czynności i jego zachowań. Jeśli chce się uzyskać bardzo dokładną charakterystykę zmian położenia poszczególnych elementów ciała w czasie wykonywania operacji roboczych, filmuje się ruchy pracownika, a następnie analizuje się je laboratoryjnie. Podobne znaczenie ma rejestracja zmian pozycji ciała za pomocą czujników położenia lub innych znaczników umieszczonych na ciele badanego. Tego rodzaju analizy ujmują pozycję ciała przede wszystkim w aspekcie dynamicznym. Jednocześnie stwarzają możliwość wzbogacenia oceny obciążeń statycznych przez uwzględnienie istotnych szczegółów wynikających z analizy struktury aktów ruchowych.

Statyczne napięcie mięśni. Wielkość napięć mięśniowych stanowi najbardziej istotną cechę obciążenia statycznego. Podczas ich oceny niezbędne jest posłużenie się pojęciem siły maksymalnej i maksymalnego czasu utrzymywania napięcia mięśniowego (maximum holding time).

Siła maksymalna ujawnia się przy maksymalnym dowolnym skurczu mięśnia, kiedy usiłujemy pokonać przewyższający ją opór. Czas trwania takiego skurczu jest bardzo krótki i nie przekracza 1 sekundy. Czas, w ciągu którego mięsień może pozostawać w stanie skurczu izometrycznego (napięcia), zależy od wielkości rozwijanej siły, tzn. od tego, jaki stanowi ona odsetek maksymalnej siły danego mięśnia. Im mniejszy jest ten odsetek, tym dłuższy jest maksymalny czas utrzymywania napięcia mięśniowego. Występująca przy tym zależność ma charakter wykładniczy  (4-4. Slajd 4). Na przykład, kiedy statyczny skurcz mięśnia osiąga poziom 20% jego siły maksymalnej, czas utrzymywania napięcia do zupełnego zmęczenia wynosi 5-7 minut, natomiast przy osiągnięciu 50% siły maksymalnej już tylko 1 minutę.

4-4. slajd 4 

Na wynikach przeprowadzanych badań oraz poczynionych obserwacji opierają się zasady klasyfikacji napięć mięśniowych oraz zalecenia dotyczące akceptowanego ich udziału w poprawnie zorganizowanej pracy. Z wielu danych wynika, że napięcie mięśnia funkcjonującego w ciągłym wysiłku statycznym nie powinno przekraczać 5-8% jego siły maksymalnej. Występują pod tym względem pewne różnice między poszczególnymi mięśniami.

Aby zapobiegać zmęczeniu i zmniejszaniu zdolności do pracy, trzeba ograniczać czas trwania nasilonych wysiłków statycznych. Zaobserwowano, że osoby, które same regulują sobie czas trwania pracy statycznej, robią przerwę (rozluźniają mięsień) po upływie 1/5 maksymalnego czasu utrzymania danego napięcia mięśniowego. Na przykład, przy napięciu o wartości 20% siły maksymalnej przerwa wypadnie po upływie około 1 minuty trwania skurczu mięśniowego.

Wcześniej zauważono, że operacje ruchowe, w których zasadniczą składową jest rozwijanie znaczącej siły mięśniowej, są pod pewnym względem zbliżone do wysiłku statycznego. Zgodnie z zaleceniami Komitetu Technicznego ISO powtarzalne czynności robocze nie powinny wymagać od pracownika posługiwania się siłą przekraczającą 50% maksymalnej siły zaangażowanych grup mięśniowych. Jeśli podczas pracy zachodzi potrzeba wywierania siły bliskiej wartości maksymalnej, to czynność tego rodzaju nie powinna występować częściej niż co 5 minut, a czas trwania obciążenia nie powinien wynosić dłużej niż 4 sekundy  (4-4. slajd 5).

4-4. slajd 5 

Opracowany i stosowany w Polsce od początku lat 60. schemat oceny obciążenia pracą monotypową zależnie od wielkości rozwijanej siły przedstawiono na 4-4. Slajd 6. Rozróżniono w nim częstość powtórzeń operacji ruchowej w ciągu zmiany roboczej oraz siłę wynoszącą poniżej i powyżej 10 kG. Zastosowane kryteria są na ogół zgodne z przyjmowanymi obecnie poglądami na temat klasyfikacji obciążeń siłowych.

4-4. slajd 6 

Pomiary sił rozwijanych w czasie operacji ruchowych mogą być wykonane za pomocą odpowiednich tensjometrów. Natomiast trudniej jest obiektywnie zmierzyć wielkość napięć statycznych i wyznaczyć ich względną wartość w stosunku do maksymalnej siły mięśni. Pewne możliwości pod tym względem stwarzają zapisy potencjałów elektrycznych ujawniających się podczas aktywności mięśniowej (emg). Wskazana metoda, bardzo przydatna w warunkach badań laboratoryjnych, nie znajduje większego zastosowania w badaniach na stanowiskach pracy, jako zbyt skomplikowana.

Stosunkowo prostą i tanią metodą oceny obciążeń statycznych są wywiady dotyczące odczuwanego przez pracowników dyskomfortu podczas pracy. Metody oparte na subiektywnych odczuciach dostarczają wyników, które należy traktować z odpowiednią ostrożnością. Jednakże mogą one być przydatne, przynajmniej we wstępnej analizie zagadnienia. W celu uporządkowania prowadzonego wywiadu można się posłużyć diagramem ciała ludzkiego, na którym wyznaczono strefy istotne z punktu widzenia występowania dyskomfortu czy bolesności spowodowanej obciążeniem statycznym  (4-4. Slajd 7)

4-4. slajdy 7 

Kompleksowa ocena obciążenia wg OWAS. Wśród różnych metod całościowej oceny obciążenia statycznego na uwagę zasługuje metoda, nazywana w skrócie OWAS (Ovako Working Posture Analysis System). W ostatniej dekadzie została ona upowszechniona w różnych krajach i jest stosowana w pierwotnej wersji lub po odpowiednim zmodyfikowaniu. Zaletą metody jest kompleksowe ujęcie zagadnienia oraz względna prostota, ponieważ można oprzeć się na zwykłej obserwacji stanowiska pracy. Uwzględniono w niej zajmowaną pozycję ciała i obciążenie zewnętrzne w kilogramach (4-4. Slajd 8).

4-4. slajd 8 

W zróżnicowaniu pozycji ciała wzięto pod uwagę położenie tułowia (pleców), ramion i nóg. Obciążenie zewnętrzne obejmuje masę poniżej 10 kg, od 10 kg do 20 kg i powyżej. Kombinacje różnych położeń poszczególnych członów ciała (plecy, ramiona, nogi) z uwzględnieniem wartości obciążenia zewnętrznego zgrupowano w czterech kategoriach oceny  (4-4. slajd 9). Podstawę kategoryzacji stanowi stopień łącznego obciążenia pozycją ciała i obciążeniem zewnętrznym. Tylko kategoria 1 nie budzi pod tym względem żadnych zastrzeżeń i dla tej kategorii nie sugeruje się potrzeby dokonywania zmian na stanowisku pracy.

4-4. slajd 9 

Wśród zalet metody OWAS należy wymienić również fakt, że jest ona ukierunkowana na działania korekcyjne, a nie tylko na identyfikację problemu. Znajduje to wyraz w kryteriach stanowiących podstawę podziału ocenianych pozycji ciała przy pracy na cztery kategorie. Metoda OWAS jest szczególnie przydatna do przeprowadzania ocen w warunkach dużego urozmaicenia czynności roboczych, kiedy chodzi o to, aby wyłowić z nich pozycje ciała najbardziej istotne z punktu widzenia obciążenia pracownika. Ta cecha metody jest prawdopodobnie powiązana z początkowym jej opracowaniem i zastosowaniem do oceny stanowisk pracy w budownictwie. Na pierwszy plan wysuwa się tam problem nietypowych i uciążliwych pozycji ciała przy pracy. Głównym celem oceny staje się zatem ujawnienie i ewentualna korekta niepożądanych pozycji.

W łącznej ocenie obciążenia statycznego, szczególnie przy pracach rutynowych, większe znaczenie ma czas utrzymywania niekorzystnych pozycji ciała niż sam fakt ich pojawiania się podczas pracy. Ten pogląd leży u podstaw sporządzenia klasyfikacji obciążenia statycznego zaprezentowanej na 4-4. slajd 10. Kategorie oceny stanowiska pracy według metody OWAS zostały tu dodatkowo zróżnicowane zależnie od tego, czy pozycje ciała są wymuszone bądź też niewymuszone, a w ostatecznej interpretacji wyników oceny wzięto pod uwagę względny czas utrzymywania danej pozycji w odsetkach czasu zmiany roboczej.

4-4. slajd 10 

Należy dodać, że współczesne podejście do oceny obciążenia statycznego układu mięśniowo-szkieletowego przewiduje m.in. modelowanie z użyciem technik komputerowych. Wymaga to przeprowadzenia doświadczeń pozwalających na zgromadzenie danych niezbędnych do stworzenia programu, który może ułatwić i pogłębić prowadzenie analiz na konkretnych stanowiskach pracy.