Сущность утомления как физиологического процесса

Нередко общая усталость появляется при отсут­ствии утомления. На первый взгляд это может пока­заться странным. Однако память практически каждо­му из читателей может подсказать подобные ситуа­ции. Возьмем, к примеру, школьников. Они часто жа­луются, что быстро устают в классе. Специалисты уста­новили, что это далеко не всегда связано с истинным утомлением. Гигиенисты пишут об особой форме школьной усталости. Она развивается зимой в душ­ных классах со спертым, «мертвым» воздухом. Доста­точно посидеть в таком помещении полчаса  час, и возникают сонливость, вялость, плохое настроение. Собственно утомления здесь нет, его вызывает только работа. При заболевании нервной системы усталость иногда становится хронической. Врачи тогда говорят об астеническом состоянии. Утомления здесь тоже нет.

Еще одна особенность  при легкой, но однооб­разной деятельности утомление возникает и разви­вается значительно быстрее, чем при разнообразном труде. К тому же оно имеет, как правило, локальный характер. Устают только отдельные работающие орга­ны, обычно руки, спина, зрение или слух. Это связано с особенностями монотонной работы, вызывающей по­вышенное нервно-психическое напряжение. Имеют значение и особенности психики человека. Общитель­ные люди, стремящиеся к активному контакту с внеш­ним миром (экстраверты), особо чувствительны к монотонии. Замкнутые люди, углубленные в свои внут­ренние переживания, меньше подвержены ее дейст­вию. Причины локальной усталости лежат в утомлении нервных центров. Она развивается значительно рань­ше, чем периферическое утомление мышц. Чем тяже­лее работа, тем большее значение приобретает пери­ферический компонент.

С позиций физиологии утомление  это диспро­порция между расходованием и восстановлением энер­гетических веществ. Чувствуем ли мы это? Конечно. Усталость появляется обычно в тот момент, когда организм израсходовал большую долю энергоресур­сов, а их активное пополнение еще не началось. Как только включаются энергетические резервы, возбуж­дается кора головного мозга и работать становится легче  открывается «второе дыхание». Это  ста­дия компенсируемого утомления. Если же нагрузка продолжается, то чувство усталости нарастает, «третье дыхание» не возникает, и работа выполняется за счет силы воли. Это  стадия некомпенсированного утом­ления.

Воля контролируется корой больших полушарий, в которой развивается охранительное торможение. Оно защищает мозг от избыточного количества сигна­лов от рабочих органов и предохраняет его от повреж­дения. Чрезмерная работа приводит к стадии парабиотического торможения в коре больших полуша­рий. Тогда уже не срабатывает и воля  человек вы­нужден прекратить работу.

Таким образом, повышение работоспособности и ускорение роста производительности труда должны быть связаны не только с его облегчением, но и уме­нием человека получать радость от деятельности, ак­тивно преодолевать утомление, включать свои ре­зервы.

УТОМЛЕНИЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ РЕЗЕРВЫ ОРГАНИЗМА

Проблема утомления является одной из актуальных в физиологии и неразрывно связана с представлениями об адаптации, о работоспособ­ности, восстановлении и функциональных резервах организма. С медико-биологических позиций утомление целесообразно связать с особенностями мобилизации и использования функциональных резервов клеточного, ткане­вого, органного, системного и организменного уровней.

Функциональные резервы адаптации могут быть представлены в виде гетерогенной, биосоциальной системы, фундаментом которой выступает подсистема биохимических резервов, а вершиной  подсистема психологи­ческих резервов. Базовым (центральным) звеном системы является под­система физиологических резервов, объединяющая составляющие элементы системы функциональных резервов за счет нейрогуморальной регуляции.

В процессе адаптации к деятельности мобилизация функциональных резервов организма осуществляется в соответствии с особенностями деятельности, уровнем и спецификой адаптированности и текущего функ­ционального состояния организма. Возникновение утомления обусловлено исчерпанием определенной очереди мобилизуемых функциональных резервов адаптации. Продолжение деятельности на фоне развивающегося утомления обеспечивается включением более высокого уровня эшелона мобилизуемых резервов адаптации. Исчерпание функциональных резервов адаптации происходит сообразно характеру деятельности или действия адаптогенного фактора.

ДИНАМИКА УТОМЛЕНИЯ. ПЕРЕУТОМЛЕНИЕ

Утомление  временное снижение работо­способности, вызванное предшествующей деятельностью. Оно проявляется в уменьше­нии мышечной силы и выносливости, воз­растании количества ошибочных и лишних действий, изменении частоты сердечных со­кращений и дыхания, увеличении артериаль­ного давления, времени переработки посту­пающей информации, времени зрительно-моторных реакций. При утомлении ослабля­ются процессы внимания, его устойчивость и переключаемость, ослабляются выдержка, настойчивость, снижаются возможности па­мяти, мышления. Выраженность изменений состояния организма зависит от глубины утомления. Изменения могут отсутствовать при незначительном утомлении и приобре­тать крайне выраженный характер при глубо­ких стадиях утомления организма.

Субъективно утомление проявляется в виде ощущения усталости, вызывающего же­лание прекратить работу или снизить величи­ну нагрузки.

Различают 3 стадии утомления. В первой стадии производительность труда практичес­ки не снижена, чувство усталости выражено незначительно.

Первая, начальная стадия отличается тем, что постоянное возрастание за счет увеличения волевого напряжения уровня возбуждения всех централь­ных (корковых, подкорковых, спинальных) структур моторного аппарата обеспечивает рекрутирование дополнительных нейромоторных единиц и таким образом осуществляет компенсацию снижения величины сокра­тительного эффекта наиболее легко утомляемых (из состава задействован­ного в выполняемую деятельность нейромоторного пула) волокон в рабо­тающих мышцах.

Во второй стадии производительность труда снижена существенно, чувство усталости выражено ярко.

Вторая стадия утомления характеризуется активным торможением мышечной деятельности со стороны программно-контрольного механизма (акцептор результатов действия по П.К. Анохину) при наличии высокого уровня активации всех центральных структур моторной системы и наличии определенных резервов в мышечной системе, создающих возможность еще некоторое время продолжать выполнение мышечной работы.

В третьей стадии производительность труда может быть снижена до нулевых показателей, а чувство усталости сильно выражено, сохраняется после отдыха и иногда еще до возобновления работы.

Конкретный момент прекращения деятельности определяется про­граммно-контрольным механизмом в соответствии с характером мотивации и некоторыми другими условиями выполнения этой деятельности.

Эту стадию иногда характеризуют как стадию хронического, патологического утомления, или переутомления. Переутомле­ние проявляется в снижении производитель­ности труда, творческой активности и умст­венной работоспособности, росте заболевае­мости. Происходит и изменение периодики продукции биологически активных веществ.

Различают 4 степени переутомления: начи­нающееся, легкое, выраженное и тяжелое. Меры борьбы с ними должны соответство­вать выраженности психофизиологических проявлений. Так, начинающееся переутомле­ние хорошо компенсируется при четкой рег­ламентации времени труда и отдыха. Легкая степень переутомления эффективно снимает­ся в период очередного отпуска при рациональном его использовании. Выраженное переутомление требует срочного лечения в са­натории, а тяжелая степень переутомления требует лечения в условиях клиники. В зави­симости от характера труда различают физи­ческое и умственное утомление.

Функциональные системы трудовой дея­тельности человека отражают интеграцию центральных и периферических структур и механизмов, определяющих эффективное до­стижение полезных результатов труда. Утом­ление сопряжено с определенными измене­ниями, возникающими как в эфферентном, так и в центральном звеньях этих функцио­нальных систем. В историческом плане пер­выми были разработаны теории утомления периферического звена. Теория Шиффа свя­зывала развитие утомления с недостаточнос­тью энергетических запасов  гликогена, жирных кислот (теория истощения). Теория Ферворна связывала развитие утомления с недостатком кислорода (теория удушения). Пфлюгер объяснял утомление появлением в мышцах молочной кислоты или токсинов утомления (теория засорения). Современные исследования дают основание считать, что все вышеизложенные причины утомления могут иметь место при напряженной физи­ческой работе. В результате в мышцах может наблюдаться процесс разобщения электроме­ханического сопряжения.

При работе малой и средней интенсивности утомление развивается в центральном звене  в синапсах спинальных центров ра­ботающих мышц, а также в клетках коры большого мозга, формирующих произволь­ные (рабочие) движения. Эти положения нашли отражение во множестве вариантов центрально-нервной теории утомления. Со­гласно одному из них, к нейронам коры большого мозга поступает огромный поток сигналов от работающих мышц, зрительного, слухового и других анализаторов. Одновре­менно на эти же нейроны действуют метаболиты из работающих мышц, снижая их ла­бильность. Сочетанное действие этих факто­ров приводит к угнетению активности нейро­нов коркового отдела двигательного анализа­тора. Развитие торможения в центральных механизмах управления приводит к сущест­венным сдвигам в состоянии регуляторных систем на периферии, в эффекторах.

Механизмы утомления при физической работе во многом сходны с таковыми при ра­боте умственной. В обоих случаях лимитиру­ющим звеном является утомление в центральных механизмах, которые могут быть общими для физического и умственного труда. Поэтому физическое и умственное утомле­ние существенно влияют друг на друга. При физическом утомлении умственная деятель­ность малопродуктивна, равно как при умст­венном утомлении снижается физическая ра­ботоспособность, поскольку в обоих случаях имеет место существенное эмоциональное напряжение, сопровождаемое сходными ве­гетативными сдвигами.

Таким образом, различия между умствен­ным и физическим утомлением имеют отно­сительный характер. Поэтому и в методах профилактики утомления при различных видах труда много общего.

УТОМЛЕНИЕ И НЕУТОМЛЯЕМОСТЬ

Проблема утомления и восстановления, в разработку которой Г.В.Фольборт внес столь существенный вклад, продолжает оставаться одной из наиболее актуальных в теоретическом и практическом отношении. Четыре правила Фольборта, признанные И.П.Павловым, сыграли большую роль в формировании исходных позиций нескольких поколений физиологов и не утратили своего значения по настоящее время. Первое из них гласит: «Работоспособность органа не является его постоянным свойством, а определяется в каждый данный момент уровнем, около которого колеблется баланс процессов истощения и восстановления». После длительной или напряженной деятельности работоспособность снижается, что подтверждено как жизненной практикой, так и многочисленными экспериментами на мышцах и железах.

Вместе с тем известно, что, в отличие от скелетных мышц, или пищеварительных желез, кардио-респираторная система функционирует непрерывно на протяжении всей жизни организма. Физиологическую неутомляемость сердца И.М.Сеченов положил в основу научного обоснования восьмичасовой длительности рабочего дня  еще в 1895 г., когда его фактическая длительность составляла от 12  до 14 ч. При этом И.М.Сеченов исходил из того, что ритмическая деятельность сердца состоит их систолы и диастолы, длительность которых при частоте пульса 75 уд./мин соотносится как 3/5. Длительность диастолы становится достаточной для полного восстановления сократительной способности миокарда.

Деятельность дыхательного центра продолговатого мозга и главной дыхательной мышцы – диафрагмы могут служить еще одним примером относительной физиологической неутомляемости. В отличие от соотношения длительности систолы и диастолы в миокарде, соотношение длительности фаз вдоха и выдоха менее экономно: при нормальном спокойном дыхании с частотой 12 циклов в минуту составляет 5/6 или даже 9/10. Тем не менее, несмотря на более короткий период отдыха и дыхательный центр и диафрагма в обычных условиях работают в режиме физиологической неутомляемости.

Одним из механизмов неутомляемости системы, состоящей из утомляющихся элементов, может быть структурная организация, предусматривающая наличие дежурных единиц. Такая система требует определенной избыточности функциональных единиц, каждая из которых получает возможность восстановления своего энергетического потенциала за время, значительно превышающее длительность фазы отдыха в системе. Патологические процессы, связанные с деструкцией части органа или с хирургическим удалением, снижают число резервных функциональных единиц, создают предпосылки для утомления физиологически неутомляемых образований. Вторым механизмом неутомляемости следует считать одновременное протекание филогенетически наиболее древних анаэробных и более молодых – аэробных процессов освобождения энергии, типичное для миокарда или нейронов продолговатого мозга. Развитие утомления в физиологически неутомляемых системах проявляется в нарушениях ритма и является признаком обратимых или необратимых патологических изменений. В системе дыхания нарушения ритма проявляются в частом возникновении вставочных вдохов, укорочении дыхательных периодов, частой смене характера дыхания. Фазовый анализ кардио- и пневморитма позволяет осуществлять раннюю диагностику утомления в системе дыхания и кровообращения.