ЛЕКЦИЯ 3
Опорно-двигательный аппарат и его рабочее применение
1. Опорно-двигательный аппарат человека
Эффективность трудовых действий, экономия мускульной силы, быстрота и точность движений во многом обусловлены тем, насколько их структура, направленность, последовательность отвечают биомеханическим особенностям человека, специфике его двигательного аппарата.
Биомеханикой называется раздел физиологии человека, изучающий условия движения частей тела, перемещения всего тела, равновесия и поддержания рабочей позы. Она использует методы математики и механики, данные физиологии и анатомии двигательного аппарата, законы рефлекторной регуляции двигательной деятельности.
Двигательный аппарат человека состоит из костно-опорного звена, скелетных мышц, двигательных нервных центров головного и спинного мозга и нервов, связывающих их с мышцами. Это — исполнительный механизм, с помощью которого человек осуществляет трудовые действия, использует орудия труда. Надо отметить, что двигательная деятельность — необходимое условие нормального существования и развития человека, недостаточная двигательная активность (гиподинамия) отрицательно сказывается на его здоровье
2 Статическая и динамическая работа мышц
Мышечные усилия позволяют выполнять два основных вида физической работы: статическую и динамическую. Динамическая работа — это усилия, осуществляемые для перемещения в пространстве тела или конечностей человека, а также груза. Она выполняется динамическими мышцами, которые укорачиваются при мышечном сокращении.
Измерить динамическую работу можно в единицах механической энергии — килограммометрах (величине грузопереработки за смену). В санитарных нормах в качестве допустимой указывается общая динамическая нагрузка (с участием мышц рук, корпуса и ног) — до 83 000 кгм за смену, региональная (при работе мышц плеча, пояса) — до 42 000 кгм. Так, если за смену рабочий перемещает груз весом 20 кг на расстояние 200 м десять раз, то совершает динамическую работу 40 000 кгм (20 кг х 200 м х 20). Сокращение динамической нагрузки достигается рациональной планировкой рабочего места, разработкой оптимальных маршрутов движения работников, применением средств механизации и автоматизации, малой механизации и т. п.
Статическая работа выолняется статическими мышцами, которые, сокращаясь, не изменяют длину. Мышцы в этом случае находятся в состоянии длительного сокращения, их отдыха в процессе деятельности не происходит, что часто вызывает затруднение оттока венозной крови. Измерить величину статической работы можно по расходу энергии — в калориях, или в килограммосекундах. Нормальными в соответствии с санитарными нормами, являются в расчете на смену статическая нагрузка на одну руку — до 36 000 кг-с, на две руки — до 86 000 кг-с, на все тело — до 123 000 кг-с. Следует отметить, что для женщин и лиц старше 50 лет допустимые нормы нагрузки берутся в пределах 70% приведенных величин.
В соответствии с законами механики в любой кинематической паре заложены сила рычага и сила сцепления. Двигательный аппарат представляет собой, по существу, совокупность взаимосвязанных рычагов, которые и позволяют совершать механическую работу.
Сила сцепления обеспечивает упорядоченность перемещения тела и его частей в пространстве. Каждый сустав обладает определенной степенью свободы — взаимной подвижностью сочленений в различных направлениях. Две степени свободы (перемещение в одной плоскости, «согнуть-разогнуть») имеют одноосные суставы, например, межфаланговые сочленения пальцев; четыре степени (перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях) — двухосные, например лучезапястный; шесть степеней (в дополнение к сказанному еще и вращение в двух направлениях) — трехосные, как тазобедренный
Сумма всех степеней свободы конечностей и головы человека по отношению к туловищу составляет свыше 100, т. е. он в пределах своего роста и длины рук располагает практически абсолютной свободой действий.
Большое значение имеет использование силы инерции, что происходит за счет плавности движений, округлости, овальности их траекторий. Овальные движения соответствуют строению суставов, они в 1,5 раза быстрее прямых. Плавные движения могут гармонично переходить одно в другое; таким образом сила инерции используется максимально, так как не требуется затрачивать дополнительную энергию на «торможение» одного движения и«разгон» для следующего. С этим связана еще одна рекомендация — непрерывность движений.
Необходим учет направленности движений, сочетания работы рук и ног, что обеспечит выигрыш в силе и расходовании энергии, устойчивость рабочей позы. Так, по ГОСТ 21752—76 «Маховики управления и штурвалы», вытянутой прямой рукой оператор может тянуть на себя рукоять с силой до 22 кг, толкать от себя — до 20 кг, выжимать вверх — до 5,5 кг, тянуть вниз — до 7 кг. Скорость движения рук «от себя» меньше, чем «к себе», в вертикальном направлении меньше, чем в горизонтальном. Сочетание сгибания правой руки с разгибанием левой повышает силу, развиваемую правой, на величину до 40%.
Экономию физических усилий, снижение расходования энергии обеспечивает ритмичность движений, физиологически оптимальный темп работы.
Важно также ограничение статических нагрузок, удобство и устойчивость рабочей позы. Обычно, если работа не требует больших физических усилий, рекомендуется поза «сидя» или произвольная, по усмотрению работника; при развитии усилий 10—20 кг — поза «стоя». Однако и рациональная рабочая поза при длительной неизменной фиксации вызывает утомление.
