Znanstvena priloga 35Delo in varnost Ergonomska ocena napora: centralno in periferno mišično utrujanje Avtorica: doc. dr. Mojca Amon UTRUJANJE Utrujanje je navadno definirano kot upadanje proizvodnje mišične sile ali nesposobnost generiranja začetne mišične sile, ki se odraža v povišanju občutka napora. Pri intenzivni neprekinjeni telesni dejavnosti je značilno progresivno utrujanje, kar zasledimo pri mnogih športih in nekaterih fizično zahtevnejših poklicih. Takrat je tipično prisoten upad mišičnega glikogena, zmanjšanje cirkulirajočega krvnega sladkorja, hipertermija in progresivno izgubljanje telesnih tekočin (1). Raziskovalci so opredelili dva različna pojava, in sicer centralno in periferno utrujanje (2). CENTRALNO UTRUJANJE Model centralnega utrujanja oziroma utrujanja centralnega živčnega sistema predstavlja zmanjšano proizvodnjo moči med dolgotrajno obremenitvijo, ki lahko vodi v prenehanje telesne dejavnosti. Vzrok temu niso omejitve v fizioloških procesih delujočih skeletnih mišic ali katerihkoli perifernih organov. Gre za zmanjšano produktivnost mišic, ki je posledica zmanjšane vzdraženosti motoričnih nevronov zaradi utrujanja motoričnih centrov v možganih. Utrujanje centralnega živčnega sistema se kaže kot zmanjšanje aktivacije nevronov, posledično upadanje produkcije sile in pojav mišičnega hipertonusa (3). PERIFERNO UTRUJANJE Periferno utrujanje je definirano kot zmanjšana sposobnost generiranja sile skeletne mišice zaradi upada akcijskega potenciala pri prenosu prek motorične ploščice ali oslabljeno prepletanje prečnih mostičkov ob nespremenjenem ali povečanem nevralnem prenosu. Živčno-mišično utrujanje otežuje doseg submaksimalnega ali maksimalnega vadbenega rezultata. Številni različni dejavniki povzročajo utrujenost motorične ploščice in ti so odvisni od zahtev specifične aktivnosti (4). Dejavniki, ki prizadenejo oskrbo energije vključujejo homeostatske spremembe znotraj mišice zaradi povečane akumulacije laktata. 36 Delo in varnost Znanstvena priloga Pri obremenitvi preko 60-% maksimalne porabe kisika (VO2maks) se koncentracija laktata v plazmi izrazito poviša in po tej točki ne govorimo več o aerobni vzdržljivosti. Sistemski upad v pH stanju se pokaže v povečanem zaviranju kemičnih reakcij, potrebnih za mišično kontrakcijo. To vodi v pomanjkanje ATP-ja, ponavljajočo se mišično utrujenost in prekinitev mišičnega dela. Odplavljanje metabolnih produktov iz mišice s krvjo tako igra ključno vlogo v preprečevanju mišične utrujenosti (5). Pomemben dejavnik utrujanja med dolgotrajno mišično aktivnostjo je tudi izčrpanje mišičnega glikogena (6). PRIMER: ERGONOMSKA OCENA TELESNO ZAHTEVNEGA VOJAŠKEGA POKLICA V vojaškem poklicu so lahko določene naloge fizično različno zahtevne in lahko trajajo nekaj ur, dni in tudi nekaj tednov. Kljub pomembni dobri telesni pripravljenosti lahko dolgotrajen napor vodi v akutno ali kronično utrujenost (7). Zato naj bi poklicno delo potekalo v stanju dinamične homeostaze, kar se nanaša na dinamično ravnotežje fizioloških (ohranjanje acidobaznega stanja, ozmotskega tlaka, telesne temperature, kardiovaskularne kapacitete, razmerja med anabolizmom in katabolizmom in podobno) ter psiholoških funkcij. Zaradi zahtev poklica je zdravstveno stanje posameznika pomembno že ob sprejemu v vojaški poklic. Med standardi zdravstvenega stanja posameznika ob sprejemu v vojsko so pred desetletji veljali osnovni minimalni standardi (Washington, junij 2006), kot je tudi: (1) dobra razvitost mišic s sposobnostjo izvajanja maksimalnega napora za nedoločeno časovno periodo; (2) sposobnost izvajanja maksimalnega napora dlje časa. Med omenjenimi pogoji zasledimo naslednje odgovornosti, ki jih posameznik sprejme ob zaposlitvi v vojski: »Po standardu (78 AR 40-501; 27.06. 2006) velja za telesno pripravljenost: Vzdrževanje fizične in zdravstvene pripravljenosti je vojaška odgovornost posameznika, zlasti primerna fizična telesna pripravljenost. Vojak se obvezuje, da vzdržuje sebe v dobri fizični pripravljenosti, da lahko opravlja vojaške dolžnosti učinkovito. Če ima vojak zdravstvene težave, mora sam nemudoma poiskati zdravstveno pomoč.« Pred sprejemom v vojaški poklic in tekom opravljanja poklica je za merjenje pripravljenosti posameznikov veljal osnovni borilni trening (Basic combat training), ki obsega standardni NATO test teka na dve milji (3.218 m), kjer mora posameznik doseči najmanj 60 točk za uspešno opravljen test. Ta omejitev pomeni v starosti 22–26 let za moške najmanj v času 16:36 minut; in za ženske najmanj v času 19:36 minut. Pri sodobni evalvaciji specifičnega poklica nas zanimajo poglobljene značilnosti dela in posameznika. Slednje vključuje poznavanje absolutne in relativne ergonomske obremenitve posameznika. 37Delo in varnost Znanstvena priloga ABSOLUTNA OBREMENITEV Absolutna obremenitev je celotna dana obremenitev in mora biti za vse enaka, če želimo primerjati relativno obremenitev posameznika za določeno absolutno delo. Med aktivnostjo določeni porabi kisika ustrezajo določene vrednosti energijske porabe (kcal · min-1) in ravno tako določena frekvenca srčnega utripa (fSU). Pri spremljanju mehanične učinkovitosti posameznika je v uporabi poraba kisika, katero pretvorimo v energijsko porabo. To pomeni, da predstavlja 1 L O2 = 5.0 kCal. Glede na fiziološke zahteve dela se dela lahko klasificirajo, kot je prikazano v Tabeli 1, ki velja za povprečno trenirane moške v dvajsetem letu starosti (8). Energijsko porabo lahko izrazimo tudi z mnogokratnikom stopnje energijske potrebe v mirovanju, kjer je (4): PORABA KISIKA (L · min-1) ENERGIJSKA PORABA (kcal · min-1) SRČNA FREKVENCA (utrip · min-1) LAHKO DELO < 0,5 < 2,5 < 90 ZMERNO DELO 0,5–1,0 2,5–5,0 90–110 TEŽKO DELO 1,0–1,5 5,0–7,5 110–130 ZELO TEŽKO 1,5–2,0 7,5–10 130–150 EKSTREMNO TEŽKO DELO > 2,0 > 10,0 150–170 Tabela 1. Klasifikacija fizioloških zahtev dela (8). 1 MET (metabolični ekvivalent) = 3,5 ml O2 · kg telesne teže · min-1 Upoštevajoč metabolizem, je en MET enako porabi kisika v mirovanju, to je pri 70-kg moškemu okrog 250 mL · min-1. Vadba, ki se izvaja pri 2 MET-ih, zahteva dvakratno energijsko potrebo v mirovanju (okrog 500 mL · min-1), pri 3 MET-ih zahteva trikratno energijsko potrebo v mirovanju, in tako dalje. Maksimalna delovna zmogljivost je odvisna od dejavnikov, kot so treniranost, telesna masa, zdravstveno stanje in starost. Absolutna poraba kisika označuje stopnjo aerobne zmogljivosti posameznika in se s starostjo zmanjšuje (Graf 1). Zaradi vpliva mišične mase na absolutno porabo kisika je aerobno zmogljivost posameznikov z različno telesno maso bolj primerno primerjati glede na VO2 na kilogram telesne mase (Graf 2). 38 Delo in varnost Znanstvena priloga Slika 2. Normalizirana absolutna VO2 pri moških v starosti 6 do 75 let (9). Slika 1. Absolutna VO2 pri moških v starosti 6 do 75 let (9). 39Delo in varnost Znanstvena priloga RELATIVNA OBREMENITEV Posameznikova sposobnost izvajanja fizično napornega dela je zaradi precejšnih razlik v telesnih merah in treniranosti posameznikov bolj primerno izraziti kot odstotek maksimalne porabe kisika (% VO2maks) (8). Relativna obremenitev je lahko opisana tudi kot % fSU ali v MET-ih. Razlike v fSU med posamezniki pri opravljanju enakega dela razkrijejo razlike v relativni obremenitvi oziroma naporu. Energetska poraba in proizvodnja metabolne toplote sta pri konstantni mehanski učinkovitosti sorazmerni z opravljenim absolutnim (mehanskim) delom. Izračunana relativna obremenitev pa predstavlja dejanski napor posameznika med opravljanjem dela. Vadbena intenzivnost je lahko ocenjena kot razdelitev telesne pripravljenosti glede na odstotek maksimalne porabe kisika in odstotek srčne frekvence, kar je predstavljeno v Tabeli 2, ki velja za določene aktivnosti. Stopnja telesne obremenitve Nizka Srednja Visoka Zelo visoka % fSU maks 50 60 66 70 74 77 81 85 88 90 92 100 % VO2 maks 28 42 50 56 60 65 70 75 80 83 85 100 Tabela 2. Tabela 2. Stopnja telesne obremenitve ocenjena kot razdelitev telesne pripravljenosti glede na odstotek maksimalne porabe kisika % VO2 maks in odstotek srčne frekvence % fSU maks, ki velja za tek na tekoči preprogi, cikloergometer in step test. SUBJEKTIVNA OCENA NAPORA Subjektivna ocena občutka napora med fizično obremenitijo po Borgovi 6–20 stopenjski lestvici (Rating of Perceived Exertion – RPE scale; Borg 1998) je oblikovana za opis občutka napora v povezavi s fiziološkimi odzivi, ki sorazmerno naraščajo z intenzivnostjo obremenitve (12). Razmerje med fSU in subjektivno oceno napora po Borgovi lestvici predstavlja naslednji primer: oceni občutka napora 12 ustreza povprečna vrednost fSU 101 udarcev · min -1, minimalna fSU 96 udarcev · min-1 in maksimalna fSU 122 udarcev · min-1. REFERENCE: 1. Mohr in sod., 2005 cit. po Meeusen in sod., 2006. Meeusen R., Watson P., Dvorak J. The brain and fatigue: New opportunities for nutritional interventions? Journal of sports sciences 2006; July; 24 (7): 773–782. 2. Bigland-Ritchie, B., Jones D. A., Hosking G. P., Edwards R. H. T. Central and Peripheral Fatigue in Sustained Maximum Voluntary Contractions of Human Quadriceps Muscle. Clin Sci Mol Med; 1978; 54 (6): 609–614. 3. Enoka R. M., Atuar D. G. Neurobiology of muscle fatigue. J. Appl. Physiol. 1992; 72(5): 1631–1648. 4. McArdle D. W. Katch I. F., Katch L. V. Exercise Physiology Energy, Nutrition & Human Performance 6th ed. Ch. 2007; 19: 392. 5. Sjøgaard G. Muscle fatigue. Karger, Basel., Medicine Sport Sci., 1987; 26: 98–109. 6. Gollnick, 1988 cit. po Myers in Ashley, 1997. Myers J., Ashley E. Exercise and the heart. A perspective on exercise, lactate, and the anaerobic threshold. Chest 1997; 111: 787–95. 7. Jouanin J. C., Dessault C., Peres M., Satabin P. in sodel. Analysis of heart rate variability after a ranger training course. Military Medicine 2004; Aug. 8. Astrand in sod., 1977 cit. po Hansen E. J., Sue Y. D., Oren A., Wasserman K. Relation of oxygen uptake to work rate in normal men and men with circulatory disorders. Am J Cardiol 1987; 59: 669–674. 9. Shvartz E, R. C. Reibold. Aerobic fitness norms for males and females aged 6 to 75 years Aviat Space Environ Med 1990; 61/1: 3–11. 10. Andersen in sod., 1987, cit. po Sušnik J. Ergonomska fiziologija. 4. del: Efektorni sistem. Radovljica: Didakta, 1992: 261–292. 11. NOISH. Technical report. Work practice Guide for manual lifting. 1981; March. 12. Eston R. G., Faulkner J. A., Mason A. E., Parfitt G. The validy of predicting maximal oxygen uptake from perceptually regulated graded exercise tests of different durations. Eur J Appl Physiol 2006; 97: 535–541.