Положение тела характеризует ориентацию тела в пространстве и

Положение тела характеризует ориентацию тела в пространстве и его отношение к площади опоры. В зависимости от ориентации длинной оси тела относительно горизонтальной поверхности выделяют вертикальное (ось перпендикулярна горизонту), горизонтальное (ось параллельна горизонту) и косое положение (ось тела находится к горизонтальной поверхности под углом, отличным от n· 900). Важно подчеркнуть, что при этом отдельные сегменты (звенья) тела могут быть расположены по разному. Например, вертикальная поза представлена положением стоя и положением сидя

Классификация положений тела (Б. А. Никитюк, А. А. Гладышева, 1989) Положение тела В зависимости от ориентации в пространстве По взаимодействию с опорой Горизонтальное С верхней опорой Вертикальное С нижней с опорой Со смешанной опорой Наклонное По нагрузке на правую и левую половину тела По виду равновесия Неустойчивое Симметричные Асимметричные Устойчивое Ограниченно неустойчивое

Позы Поза – это взаимное расположение звеньев тела, независимо от его ориентации в пространстве и отношения к опоре. Чаще всего описывается углами между сегментами тела (в суставах). Она является результатом включения комплекса физиологических механизмов, регулирующих тонус позных мышц в соответствии со схемой детерминированной координации. Как и всякая мышечная активность статического типа, любая поза сопровождается закономерными изменениями со стороны кровообращения и дыхания, характер которых хорошо изучен. Субъективное восприятие состояния, обусловленное поддержанием той или иной позы, выражается понятием комфорта.

Влияние позы на нагрузку различных суставов Варианты поз спортсмена приседании со штангой 50 кг на плечах (по Плагенхофу). В каждом из этих положений сила действия одинакова ( = 50 кг), а вращательные моменты силы в суставах различны Вращательные моменты силы, создаваемые действием мышц в суставах нижних конечностей, приседании со штангой весом 50 кг на плечах (ньютонометры; вес спортсмена 75 кг) Знак «+» означает, что момент силы направлен на разгибание в суставе, знак «—» - в направлении сгибания. Влияние позы на усилия, развиваемое в различных суставах, и на нагрузки, возникающие в различных структурах тела человека при одном и том же внешнем воздействии, очень велико. Одна и та же внешняя нагрузка, приложенная при различных соотношениях сегментов тела, различается в несколько раз.

Позные реакции Поддерживающие реакции – обеспечивающие сохранение основной позы, свойственной данному виду, при наличии соответствующей плоскости опоры Реакции восстановления позволяют восстанавливать основную позу из любой другой Реакции стабилизации — обеспечивают стабильность позы при воздействии сил, направленных на ее изменение Простая перестройка тонической активности мышц – Корректирующие движения тела

Условия равновесия жестких тел Рассмотрим условия равновесия при поддержании позы. Законы механики показывают, что равновесие твердого жесткого тела характеризуется двумя условиями: 1. нулевое значение результирующей прилагаемых сил. 2. результирующий момент прилагаемых сил в центре тяжести также должен быть равным нулю. Отсюда следует, что равновесие твердого тела на земной поверхности реализуется постольку, поскольку а) результирующая реакций опоры равна результирующей веса и внешних сил, прилагаемых к твердому телу, и противоположна ей по направлению; б) результирующий момент реакций опоры в центре тяжести равен результирующему моменту в той же точке внешних сил, прилагаемых к твердому телу, и противоположен ему по направлению. Отсюда вытекает, что равновесие зависит от 1. характеристик поверхности опоры, 2. от положения центра тяжести и 3. от системы внешних сил, прилагаемых к твердому телу. Если система внешних сил уменьшается до нуля, для сохранения равновесия необходимо, чтобы вертикальная результирующая реакции опоры была равна весу и противоположна ему по направлению при условии, однако, что центр тяжести проецируется в пределах площади опоры. Если к твердому телу прилагается горизонтально действующая сила, ее должна уравновесить добавочная реакция опоры, причем результирующая этой добавочной реакции и ее момент должны быть равны и противоположны по направлению таковым приложенной силы.

Условия равновесия тела человека Тело человека не является твердым жестким телом. Оно образовано многочисленными сегментами, из которых одни подвижны по отношению к другим вокруг осей их соединения, и представляет собой деформируемую систему твердых тел. Силы, воздействующие на каждый сегмент, также должны быть уравновешены. Ввиду того, что каждый сегмент располагается на другом, находящемся под ним сегменте, поверхностью его опоры будет являться суставная поверхность соединяющего оба сегмента сочленения. Из за незначительного размера этой поверхности равновесие сегментов довольно неустойчиво. В случае поддерживающих реакций для сохранения равновесия тела при воздействии на него исключительно механических факторов необходимы следующие условия: а) все центры тяжести сегментов должны располагаться на линии проекции центра тяжести; б) все оси вращения сегментов тела должны располагаться на линии проекции центра тяжести; в) линия проекции центра тяжести должна проходить внутри площади опоры. Однако реализуются не все эти условия. В результате равновесие осуществляется за счет включения сил мышечного происхождения или за счет сил связочного аппарата.

При реакции стабилизации эффект сил различного происхождения, нарушающих равновесие, присоединяется к эффекту силы тяжести. В каждом случае должны быть описаны условия пассивного равновесия тела. Как правило, необходимость вмешательства мышц и связочного аппарата при реакциях стабилизации выше, чем при поддерживающих реакциях.

Геометрия масс тела совокупность показателей, характеризующих распределение массы в теле человека: • масса отдельных звеньев тела; • положение центров масс (ЦМ) всего тела; • моменты инерции; • радиусы инерции и т. п. Для биомеханических расчетов нужны точные сведения о масс инерционных характеристиках сегментов тела человека. Неверные данные могут существенно исказить результаты: по данным Hay et al. (1977), при расчете кинетического момента у прыгунов в длину использование разных данных привело к различиям результатов расчета на 30 100%.

Общий центр массы тела человека Центр массы твердого тела вполне определенная фиксированная точка, не изменяющая своего положения относительно тела. У человека такой точки нет из за постоянных смещений структур тела (дыхание, кровообращение и т. п. ), поэтому правильнее говорить об области ЦМ. Горизонтальная плоскость, проходящая через ОЦМ тела человека, находится примерно на уровне S 2. В положении лежа ОЦМ смещается примерно на 1% в сторону головы (из за перераспределения внутренних органов). У женщин ОЦМ в среднем на 1 2% ниже, чем у мужчин. Положение ОЦМ зависит от возраста человека. Так, у детей дошкольников он заметно выше, чем у взрослых (у годовалых детей в среднем на 15%). Более точно можно определить по уравнениям регрессии. Для мужчин, абсолютное положение ОЦМ: у = 11, 066+0, 675 х1 0, 173 х2 0, 289 х3, где у высота ОЦМ от подошвенной поверхности стопы (см), х1 длина тела, х2 обхват голени, х3 длина корпуса. относительное положение: у = 52, 11 + 10, 308 х1 + 0, 949 х2, где у высота ОЦМ, х1 отношение массы туловища к массе тела, х2 отношение среднегрудинного передне заднего диаметра к тазогребневому. Для женщин у = 4, 667+0, 289 х1 + 0, 383 х2 + 0, 301 х3, где у высота ОЦМ от подошвенной поверхности стопы (см), х1 длина ноги, х2 длина тела в положении лежа, х3 ширина таза. Для положения лежа у = 7, 445 + 1, 059 х, где х длина тела в положении стоя (см). Работ по относительному положению сагиттальной и фронтальной плоскостей практически не проводилось. Отмечается, что правая часть тела несколько тяжелее левой.

Масса и центры массы сегментов тела человека Способ сегментирования тела человека. Обозначены антропометрические точки, определяющие границы сегментов (слева). Приведены также координаты положений центров масс сегментов на их продольных осях (в % к длинам сегментов, слева) и относительные веса сегментов (справа).

Средние величины масс-инерционных характеристик сегментов тела человека (100 мужчин)

Регрессионные уравнения для вычисления массы (у) отдельных сегментов по массе тела человека (х)

Коэффициенты уравнении множественной регрессии вида у = В 0 + В 1 х1 + В 2 х2 для вычисления МИХ сегментов тела мужчин по весу (х1) и длине (х2) тела

Коэффициенты уравнении множественной регрессии вида у = В 0 + В 1 х1 + В 2 х2 для вычисления МИХ сегментов тела мужчин по весу (х1) и длине (х2) тела

Моменты инерции тела Момент инерции системы материальных точек относительно оси вращения сумма произведений масс этих точек на квадраты их расстояний до оси вращения: I = mi ri 2 Центральным моментом инерции называют момент инерции относительно оси вращения, проходящей через ЦМ. Момент инерции относительно оси, параллельной центральной, рассчитывают по формуле Ix = Ic+ ml 2, где Ix искомый момент, Iс центральный момент, m масса звена, l расстояние от оси вращения до центра масс. Момент инерции тела зависит от позы тела и от оси вращения. Изменение позы может сильно изменить момент инерции. Так, группировка тела при выполнении сальто уменьшает этот момент примерно в 3 раза. Для определения моментов инерции отдельных звеньев относительно фронтальной и сагиттальной осей тела существует уравнение регрессии вида у= В 0 + В 1 х1 + В 2 х2 (х1 масса тела, х2 длина).

Теория функционального комфорта Функциональный комфорт – это оптимальное функциональное состояние активно действующего (работающего) человека, которое свидетельствует о благоприятных для него условиях, средствах деятельности, ее цели, процессах и содержании. Функциональное состояние — это целостная многокомпонентная характеристика внешних поведенческих и внутренних функций организма человека, которая позволяет оценить присущий ему в данный момент уровень активности высших психических функций и функциональных физиологических систем, обусловливающих выполнение трудовой деятельности. Характеризуется 1. уровнем функционирования физиологических систем; 2. состоянием психических функций (восприятие, внимание, память, мышление, волевые качества, мотивация, индивидуально психологические личностные качества и т. д. ); 3. показателями эффективности деятельности (безошибочность, скорость, надежность и т. д. )

Теория функционального комфорта Для работающего человека наиболее типичны состояния напряженности, утомления и стресса. Все остальные разновидности состояний (перенапряженность, переутомление) — не что иное, как определенные фазы развития этих состояний человека. Фазы функционального состояния позволяют ориентироваться в динамике его изменения во время работы, а при диагностике функциональных состояний — устанавливать ранние и поздние стадии состояния утомления, напряженности и стресса.

Теория функционального комфорта Критерий функционального комфорта основан на важном методологическом принципе, или законе соответствия, разработанном в эргономике. Согласно этому принципу средства деятельности должны быть адекватны функциональным возможностям человека, осуществляющего эту деятельность. Сущность и требования закона соответствия раскрываются в следующих основных положениях: • Социальная значимость, цель и содержание деятельности, а также эстетические свойства используемого технического средства (механизма, машины, информационной модели и т. д. ) должны удовлетворять психологическим требованиям человека, формируя в нем широту потребностей и обеспечивая мотивацию к труду. • Условия деятельности и конструкция технического средства, используемого человеком, должны соответствовать его психофизиологическим возможностям. • Всякая эффективно выполняемая деятельность должна быть высоко эргономична, т. е. организована или спроектирована таким образом, чтобы обеспечивалась ее минимально возможная психофизиологическая цена, которая не должна превышать для данных условий некоторого критического уровня, определяемого психофизиологическими возможностями человека.

Теория функционального комфорта Функциональный комфорт можно представить четырьмя блоками показателей. Первый блок включает индикаторы отношения субъекта к предметной среде, ее компонентам, эстетическим свойствам компонентов, их функциональному назначению. Для получения таких показателей применяются биомеханические и антропометрические методы, методы опроса и анкетирования. Второй блок состоит из показателей, характеризующих психофизиологическую цену деятельности и может быть получен в результате оценки функциональных состояний субъекта труда, в частности, состояния напряженности. Используются психологические и психофизиологические методы, например методика оценки самочувствия, активности, настроения, измерения частоты сердечных сокращений, артериального давления, тремора рук, тестирование по Люшеру. Третий блок предусматривает показатели эффективности деятельности субъекта труда. Такая деятельность состоит из выполнения различных функциональных процессов. Располагая показателями третьего и второго блоков, можно определить психофизиологические затраты на выполнение конкретной деятельности. Четвертый блок содержит признаки, полученные на основе данных анкетирования и включают показатели отношения человека к деятельности, к выполняемым процессам, результатам деятельности, к напряженности труда, ее темпу, содержанию и нагрузкам.

Критерии оценки рабочей позы • • • Энергетический критерий. С этой точки зрения оптимальной является поза, которая для своего поддержания требует минимальных энергетических затрат. Для того чтобы обеспечить этот минимум, необходимо максимально разгрузить мышцы человека. Иными словами, требуется минимизировать поддерживающую и стабилизирующую функции мышц, т. е. обеспечить максимально устойчивое положение тела, оптимальные углы в суставах и устранить ситуации, когда части тела лишены опоры (максимально использовать дополнительные опоры – подголовник, подлокотники и т. п. ). Так, поза сидя на 5 15% энергетически более затратна, чем поза лежа, но на 15 30% менее энергоемка, чем поза стоя. Физиологический критерий. Под этим показателем мы понимаем физиологическую цену деятельности. Психофизиологический критерий. В значительной мере это субъективный показатель, который выражается через удобство, чувство комфорта или дискомфорта. Данное чувство формируется посредством интеграции ощущений, вызванных сложным комплексом импульсов от различных групп рецепторов. Чувство комфорта – интегральный показатель. Объективным выражением удобства (неудобства) служит поведение человека, например, частота перемещений ягодиц по сиденью.

Критерии оценки рабочей позы • Патофизиологический критерий. Его применение обусловлено возможностью нарушений со стороны тех или иных систем и органов человека, вызванных длительным пребыванием в той или иной позе. Безусловно, появление грубых нарушений – свидетельство далеко зашедшего неблагоприятного воздействия условий размещения и работы человека. Однако, зная критические органы и системы, можно целенаправленно изучать функциональной состояние и регистрировать минимальные изменения, вызванные условиями труда. • Антропометрический критерий. Этот показатель регистрирует соответствие конструкции рабочего места размерным характеристикам человека. • Эргономический критерий. Применительно к изучаемой проблеме мы рассматриваем данный критерий в узком смысле слова, т. е. имеем в виду качество выполняемой деятельности. Следует учитывать, что при очень высокой мотивации человек может сохранять достаточно высокий уровень работоспособности, несмотря на плохие условия труда.

Работа, выполняемая в позе стоя Работа, выполняемая на месте — с незначительными передвижениями Работа, связанная с переходами с одного места на другое

Расположение центров тяжести сечений туловища (линия вдоль середины тела), по Parks (1959). В процентах указано положение центра тяжести среза по отношению к его переднезаднему диаметру Для пассивного сохранения вертикальной позы необходимо, чтобы все центры суставов, соединяющих костные сегменты скелета, поддерживающих вес тела, лежали на гравитационной линии. Поскольку так не бывает, важно знать положение этой линии по отношению к поперечным осям вращения межпозвоночных сочленений и суставов нижних конечностей. В зависимости от положения гравитационной линии впереди или позади этих осей тело под влиянием силы тяжести будет стремиться к падению вперед или назад. Кроме того, если эта линия проходит вблизи указанных осей, различные изменения позы приведут к ее смещению вперед или назад по отношению к осям. Очень важно тщательно определить изучаемую позу, от которой, очевидно, зависит положение гравитационной линии.

У испытуемого, находящегося в удобной позе стоя, центр тяжести располагается на расстоянии от пола, составляющем 54— 57% его роста, приблизительно в теле первого крестцового позвонка (Joseph, 1960). Гравитационная линия, по данным Akerblom (1948), проходит на 2, 30± 0, 28 см впереди от центра артикуляции голеностопного сустава, на 1, 6± 0, 2 см впереди центра артикуляции коленного сустава и на 0— 4 см (т = 1, 8 см) позади центра артикуляции тазобедренного сустава. По данным Basmajian (1962), она проходит посередине линий, соединяющих следующие симметричные точки: а) сосцевидные отростки; б) точки, располагающиеся непосредственно перед плечевыми суставами; в) тазобедренные суставы или точки, находящиеся непосредственно позади них; г) точки, находящиеся непосредственно перед центрами артикуляции коленных суставов; д) точки, располагающиеся непосредственно впереди голеностопных суставов. Гравитационная линия при удобной позе стоя. Представляет собой вертикаль, проходящую через общий центр тяжести тела. Последний можно определить, если известны частичные центры тяжести звеньев тела. Гравитационную линию можно также определить как перпендикуляр, опущенный из центра тяжести на плоскость опоры при неподвижном положении испытуемого (по Basmajian, 1962).

Схема сокращения мышц при различных положениях тела (поданным М. Ф. Иваницкого) Поскольку условия пассивного сохранения вертикального положения человеком не выполняются, необходимо включение работы мышц. Поддержание удобной вертикальной позы сопровождается: а) длительной активностью мышц голени (разгибателей стопы – m. soleus и m. gastrocnemius); б) относительно слабую активность мышц бедра, разгибателей туловища, некоторых затылочных мышц; в) упругим напряжением связок колена и свода стопы. Переход от удобной позы стоя к произвольным позам сопровождается повышением мышечной активности, соответствующей смещению центра тяжести, на ограничение которого направлена повысившаяся активность мышц. а —антропометрическое; б — спокойное; в — напряженное (военная стойка)

В сохранении равновесия стоящего человека ведущая роль принадлежит мышцам голени, обеспечивающим корригирующие движения в голеностопном суставе. Схема электромиографической активности передних и задних мышц голени в различных условиях. А — расслабленная поза стоя с небольшим наклоном назад; Б — удобная поза стоя; В — расслабленная поза стоя с некоторым наклоном вперед; Г — поза стоя на цыпочках; Д — на высоком каблуке (по Basmajian, 1962); + + + высокая активность; ++ умеренная активность; + слабая активность. — перемежающаяся активность; ± отсутствие активности.

Биомеханические проблемы, связанные с длительной работой в позе стоя Проблемы Со стороны нижних конечностей Ухудшение кровоснабжения мышц Ухудшение состояния вен Со стороны позвоночника Острые повреждения Хронические заболевания

Кровоснабжение мышц при различных режимах деятельности

Поза стоя и кровоток в голени Максимальные и минимальные значения давления в вене па уровне лодыжки у испытуемого, находящегося в вертикальном положении. Сначала испытуемый неподвижен, затем шагает по тредбану, а в конце опыта спокойно стоит. / — покой; // — первый шаг; /// — второй шаг; IV — третий шаг, V — пятый шаг; VI— седьмой шаг; VII — остановка тредбана; VIII — последний шаг Было выявлено, что уже после 1 часа работы стоя происходит увеличение объема голени, увеличивается число движений ногами (перешагиваний, переступаний), возрастают колебания тела и мышечная активность. Давление в венах голени по мере стояния нарастает, условия питания окружающих тканей ухудшаются, т. к. не работает «мышечный насос» . Долговременная работа в позе стоя ведет к хроническому перерастяжению вен ног, клапанной недостаточности и развитию тромбофлебита.

Роль твердости покрытия пола С эргономической точки зрения элементы рационализации работ стоя сводятся к определению оптимальных покрытий полов и обуви, совершенствованию рабочей позы и нормированию рабочего времени (введение перерывов для отдыха и пр. ). Первые два вопроса биомеханические в своей основе. Изучалось влияние покрытий пола разной твердости (от бетона до мягкого винилового) на изменение объема голени при стоянии (отек ног), частоту изменения позы, колебания тела, активность мышц. Проводили также опрос работниц о том, на каком покрытии они предпочитают работать (сами покрытия закрывались бумагой, чтобы опрашиваемые не знали, о каком покрытии идет речь). Однако четких связей с твердостью покрытий обнаружить авторам не удалось. В то же время была найдена существенная отрицательная ранговая корреляция (r>0, 5) между твердостью покрытий и субъективными предпочтениями: в большинстве случаев предпочтение отдавалось менее твердым поверхностям. Очень мягкие поверхности, однако, непригодны для транспортирования грузов. На них также трудно обеспечить необходимый коэффициент трения с подошвой обуви. Поэтому твердость покрытий для производственных помещений рекомендуется выдерживать в некотором среднем диапазоне — 80. . . 85 единиц твердости по А. Шору (стандарт ФРГ DIN 53505). Если в помещении приходится перемещать тяжелые грузы или оно предназначено для больших пешеходных потоков, твердость покрытий должна быть около 80 единиц, при малой пешеходной нагрузке рекомендуемая твердость около 85 единиц. Эти границы выдерживаются фирмами, производящими искусственные покрытия для производственных и бытовых помещений (например, ведущей итальянской фирмой по производству покрытий «Мондо раббер» ).

Роль обуви Здоровые коленные суставы человека обладают коэффициентом передачи, равным 0, 53±: 0, 25. Коэффициент передачи суставов, пораженных остеоартритом, увеличивается до 0, 694=0, 24. Снижение изолирующих способностей суставов с дегенеративными изменениями приводит к перенапряжению других элементов, опорно двигателыюго аппарата. Что касается демпфирующих свойств позвоночника, то при обычной ходьбе разность ускорений тазовой области и головы составляет 0, 5. . . 1 g, примерно на такое кинематическое возбуждение приходится реагировать позвоночному столбу при каждом шаге. Очевидно, что жесткие покрытия поглощают нагрузку существенно слабее, чем мягкие. Однако для производственных помещений с пешеходными потоками чаще всего используются покрытия полов с твердостью 80— 85 единиц по Шору. Поэтому особую роль приобретают защитные свойства обуви. Обувь с хорошими поглощающими свойствами существенно снижает ударные нагрузки, приходящиеся на тело. Наиболее благотворно влияние такой обуви проявляется при передвижении по жесткому покрытию (асфальт, бетон и т. п. ). При этом степень демпфирования зависит от конструкции обуви, материала подошвы и каблука, наличия изолирующей стельки и т. п.

Роль обуви Демпфирующая способность различной обуви: 1 — полуботинки, подошва из кожи; 2 — кеды, подошва из пористой резины; 3 — кроссовки, подошва из пористой резины; 4—кроссовки, подошва из вспененного полиуретана Оценка демпфирующих свойств обуви, находящейся на стопе, проведенная с помощью метода вибрационных испытаний, позволила установить, что из материалов, используемых при производстве подошв повседневной обуви, меньше всего демпфирует динамические воздействия кожа, значительно лучше пористая резина и вспененный полиуретан. Применение металлических подковок и косячков, укрепленных на каблуках, ухудшает поглощающие свойства обуви. Использование же эластичных каблуков с вставкой из полиуретана с высокими гистерезисными свойствами или полимерных прокладок, например из сорботана, вдвое снижает регистрируемые ускорения. Полезным также оказывается использовать обувь с закругленной пяточной гранью каблука — ходьба в такой обуви снижает динамическую нагрузку за счет амортизации перекатом по закругленной части каблука. Такую обувь следует рекомендовать людям с заболеваниями опорно двигательного аппарата, с остеохондрозом, спондилезом, с пояснично крестцовым радикулитом и т. п. Интересной новинкой является демпфирующая обувь с пневматической подошвой (в подошву подкачивается специальным насосом воздух), которая поглощает энергию ударного импульса, а затем, возвращаясь к первоначальной форме, способствует отталкиванию от опоры. Наряду с улучшенными поглощающими свойствами обувь с пневматической подошвой уменьшает затраты энергии при передвижениях на 2, 8%

Биомеханические требования к обуви ] Распределение парциальных нагрузок в здоровой стопе: а — без обуви; б, в — в обуви с различной высотой каблука; в обуви с высотой каблука 20 мм нагрузка между передним и задним отделом стопы распределяется равномерно; в обуви с высоким каблуком большая часть нагрузки падает на передний отдел стопы Помимо фрикционных и демпфирующих свойств (зависящих в равной мере как от обуви, так и от покрытий) и соответствия формы и размеров обуви форме и размерам столы, можно выделить еще ряд биомеханических требований к обуви. Одним из объективных критериев рациональной конструкции обуви является относительно равномерное распределение давления на поверхности стопы, т. е. отсутствие чрезмерной концентрации давления на каких либо участках. На распределение нагрузки на участки стопы влияют высота каблука и опорная жесткость обуви. Высота каблука. Распределение парциальных нагрузок в здоровой стопе при стоянии примерно соответствует соотношению: задний отдел 56%, передний отдел 44%. Подобный уровень нагрузок сохраняется в условиях 8 часового рабочего дня. Обувь с различной высотой каблука приводит к перераспределению нагрузок, действующих на передний и задний отделы стопы. Установлено, что пользование обувью с высотой каблука до 50 мм не сопровождается перегрузкой передних отделов. Высота же каблука свыше 50 мм приводит к такой перегрузке, а также изменяет характеристики ходьбы — уменьшается длина шага, угол разворота стоп и др.

Биомеханические требования к обуви Эти данные согласуются с результатами электромиографических исследований, которыми установлено, что у женщин степень участия мышц голени при ходьбе в обуви с различной высотой каблука различна. ЭМГ отличается как по величине, так и по длительности активности. Наименьшая активность икроножной и передней большеберцовой мышц зарегистрирована при ходьбе в обуви с высотой каблука 20. . . 40 мм. Ходьба на высоких каблуках увеличивает ударную нагрузку на межпозвоночные диски, в особенности при спуске по лестнице (табл. 3. 10) приводит к искривлению поясничного отдела позвоночника. Ударная нагрузка на межпозвоночные диски в области V поясничного позвонка при ходьбе в обычной обуви и на высоких каблуках (расчеты сил сделаны для человека весом 700 Н)

Биомеханические требования к обуви Опорная жесткость обуви это способность низа обуви приформовываться к стопе. Известно, что в первые дни носки обуви часто появляются потертости плантарной поверхности стопы и ощущения «жжения» . В дальнейшем на внутренней поверхности стельки под головками плюсневых костей, пальцами, в области пятки образуются углубления, т. е. создается индивидуальное ложе для стопы, что уменьшает удельное давление, благодаря чему исчезают неприятные ощущения. В результате экспериментов установлены материалы низа обуви и их: сочетания, лучше всего приформовывающиеся к стопе. Изгибная жесткость обуви. Различная изгибная жесткость обуви видоизменяет биомеханику ходьбы. Так, при ходьбе в обуви различной жесткости: (0, 025; 0, 06; 0, 2 Н/м) временные параметры ходьбы и ЭМГ мышц голени существенно изменяются. Вес обуви — существенный показатель ее свойств, влияющий на комфортные условия передвижения человека. При передвижении в тяжелой обуви затрачивается значительно больше усилий и энергии, чем при: передвижении в легкой обуви. В наибольшей степени на общий вес бытовой обуви влияет вес подошв, каблуков и стелек. Так, вес подошв составляет 15. . . 40%, вес каблуков 8. . . 30%, вес стелек 12. . . 20% общего веса обуви. В процессе носки вес обуви изменяется незначительно. Латеральная стабильность. При передвижениях человека нога обычно касается опоры латеральной стороной пятки и подгибается в медиальную сторону (пронируется). Мускулатура и связки голеностопного сустава в опре деленной степени противодействуют подворачиванию. Слишком низкие (менее 20 мм) или высокие (больше 35 мм) каблуки, в особенности при их сочетании с мягким материалом низа обуви, приводят к значительным латеральным смещениям. Вообще требования хороших демпфирующих свойств обуви и ее латеральной стабильности в известной мере противоречат другу— добиться одновременно того и другого трудно. Это связано с тем обстоятельством, что величина пронации только за счет деформации медиальной части подошвы может достигать 3°. Поэтому помимо традиционных конструкторских решений типа увеличе ния ширины подошвы, укрепления верха и в особенности задника обуви, в последние годы предлагается использовать корректирующую обувь со скошенной опорной поверхностью либо применять специальные вкладыши (по типу полусупинаторов), которые выгоднее всего размещать: одну ближе к пятке, другую латерально ближе к носку обуви.

При поднимании тяжестей на межпозвоночные диски поясничной области действуют очень большие механические нагрузки, приближающиеся иногда к пределу их механической прочности. Например, компрессионная нагрузка при усаживании больного с парализованными нижними конечностями в кресло каталку у разных санитаров варьировала от 485 до 9381 Н; подъем чугунных балок весом 680 Н приводил к сжатию дисков с силой 9000 Н. Предел прочности межпозвоночных дисков в составляет от 3698 Н (старая женщина) до 12981 Н (молодой мужчина). Поэтому актуальна задача максимально возможного снижения нагрузки, приходящейся на поясничную область. Это достигается правильной техникой подъема груза, использованием упомянутых выше поясов и корсетов и нормированием веса, размера и положения груза по отношению к рабочему.

Рекомендации по подъему тяжестей Рекомендации сводятся к следующему: 1. стараться приседать, а не наклоняться; 2. сохранять при подъеме естественную кривизну позвоночника (поясничный лордоз) и 3. поднимать грузы не рывком, а медленным и плавным движением. Первая рекомендация основана на предположении о том, что при подъеме ногами момент силы, создаваемый относительно пояснично крестцового сочленения, будет меньше, чем при подъёме спиной. В случае, показанном на рис. 3. 16, это, вероятно, так и будет. Однако при одинаковом расстоянии поднимаемого груза от стоп рабочего преимущество подъема ногами может исчезнуть. Сравнение разных вариантов подъема и опускания груза весом 150 Н при одинаковом его расстоянии от стоп рабочего, равном 0, 3 м показало, что различия между некоторыми вариантами оказались статистически несущественными (табл. 3. 3). Вообще, при подъеме грузов следует стараться подходить к поднимаемому предмету как можно ближе. Необходимо, однако, учитывать, что снижение нагрузок на поясничную область при подъеме грузов приседая (ногами) сопровождается одновременным возрастанием сил, действующих на анатомические образования коленных суставов (рис. 3. 17). Для рабочих с начальными признаками артроза коленных суставов такой способ подъема может оказаться непригодным.

Компрессионная нагрузка на пояснично-крестцовое сочленение при разных вариантах подъема и опускания груза весом 150 Н Способ подъема груза Сжимаю щая нагрузка, Н Достоверность различий 2 3 4 5 6 p>0, 05 p<0, 001 p<0, 05 p<0, 001 p<0, 05 p>0, 05 p<0, 001 1 Подъем наклоном 871 2 Подъем приседая 1087 3 Подъем на полку 4 Опускание наклоном 484 497 5 Опускание приседая 663 p<0, 001 6 Опускание на полку 546

Рекомендации по подъему тяжестей При подъеме грузов следует стараться подходить к поднимаемому предмету как можно ближе. Необходимо, однако, учитывать, что снижение нагрузок на поясничную область при подъеме грузов приседая (ногами) сопровождается одновременным возрастанием сил, действующих на анатомические образования коленных суставов. Для рабочих с начальными признаками артроза коленных суставов такой способ подъема может оказаться непригодным.

Рекомендации по подъему тяжестей Нагрузка на межпозвоночные диски при подъеме грузов весом 500 Н разными способами: а — неправильная техника ( «круглая спина» ) — нагрузка неравномерная; б— правильная техника Если при подъеме тяжестей сохраняется поясничный лордоз, можно избежать концентрации напряжений на передней поверхности межпозвоночных дисков. Такой способ подъема более предпочтителен. Указанным вариантам подъема тяжестей следует специально обучать. Механическая нагрузка да позвоночник, помимо веса поднимаемого груза, определяется его размерами и положением. Имеет также значение наличие ручек на поднимаемом предмете. Чем больше размеры поднимаемого предмета, тем дальше располагается его центр масс от тела и тем больший момент приводится развивать мышцам разгибателям позвоночного столба при его подъеме. Что касается положения груза, то имеют значение два обстоятельства.

Рекомендации по подъему тяжестей Активность мышц, разгибающих позвоночный столб, при выполнении наклонов: + слабая электрическая активность мышц, разгибающих позвоночный столб; + + + большая активность; — отсутствие активности Положение груза влияет на глубину наклона туловища при подъеме и его поворот. При наклоне туловища вперед активность мышц, разгибающих позвоночный столб, сначала увеличивается, но затем, при более глубоком наклоне, практически полностью исчезает. Нагрузку при этом берут на себя связки и фасции спины. Поскольку они расположены близко от оси вращения, то должны оказывать сильное противодействие моменту тяжести. При этом давление та межпозвоночные диски оказывается очень большим.

Рекомендации по подъему тяжестей В отношении поворота туловища установлено, что наиболее опасными являются не компрессионные, а торсионные (нагрузки, связанные с действием момента силы относительно продольной оси позвоночного столба. Трехмерное динамическое моделирование позволило рассчитать нагрузки, действующие на межпозвоночные диски. Для оценки потенциальной травмоопасности выполняемых движений использовалось отношение зарегистрированных сил и моментов к предельно допустимым значениям (они равнялись для компрессионной силы 6736 Н, для момента 31 Н • м).

Сила и момент, действующие на пояснично-крестцовое сочленение при подъеме тяжестей, находящихся на разном расстоянии от тела Вариант подъема Координаты груза, см X Момент относительно продольной оси -41 25, 5 51 80 40 Н % Н • м % 200 1500 22 10, 9 35 1193 17 5, 4 17 200 1463 21 32, 15 103 100 2 -41 Z Сжимающая сила 100 1 Y Вес груза, Н 1116 16 16, 06 51 Из таблицы видно, что при изменении положения: поднимаемого груза момент силы возрастает в 3 раза и может превысить допустимые значения даже при относительно небольшом поднимаемом грузе. Отсюда следует, что нормироваться должен не поднимаемый груз сам по себе, а создаваемая этим грузом механическая нагрузка, которая зависит не только от массы груза, но и способа его подъема.

Рукоятки для перемещения грузов Компрессионная нагрузка на пояснично крестцовое сочленение при подъеме ящиков разного размера и веса: Размеры и вес ящиков: 380 мм — 321 Н; — — — 510 мм — 289 Н; . . . 640 мм— 271 Н (для ящиков с ручками); * — 380 мм — 321 Н (для ящиков без ручек)]

Рукоятки для перемещения грузов Влияние диаметра рукоятки на время ее удержания (а) и влияние диаметра рукоятки на уменьшение силы ее хвата и ощущение комфорта (б) сила; х х предпочтение

Нормирование работ, связанных с подъемом тяжестей Критерии нормирования Физиологические критерии Биомеханические критерии Потребление кислорода; ЧСС: вентиляция; Мощность физической работы Психофизиологические критерии Субъективная оценка усилий. Физического напряжения

Нормирование работ, связанных с подъемом тяжестей Подходы к нормированию Нормирование только веса поднимаемого груза Нормирование механической нагрузки на отдельные части тела

Максимальное значение эпизодически поднимаемых грузов, Н, в соответствии с рекомендациями Международной организации труда Возраст, лет Мужчины Женщины 14— 16 143 96 16— 18 181 115 18— 20 222 134 20— 35 240 143 35— 50 202 125 Старше 50 153 96

Рекомендации Национального института по безопасности труда в промышленности США На основе биомеханических исследований прочности межпозвоночных дисков и хрящевых поверхностей позвонков были определены допустимые границы компрессионных нагрузок. Было выбрано два уровня нагрузки на пояснично крестцовое сочленение: 1. 3400 Н — при превышении этого уровня работа становится опасной для некоторых рабочих; 2. 6400 Н — при нагрузках больше указанной работа становится опасной для большинства рабочих. Соответственно было выделено два граничных значения нормируемых нагрузок: 1. условно приемлемая нагрузка (УПН) и 2. максимально допустимая нагрузка (МДН). При нагрузках ниже УПН риск заболеть поясничным болевым синдромом (ПБС) минимален. Если значение механической нагрузки находится между УПН и МДН, необходим специальный отбор рабочих и их тренировка. Желательна реорганизация рабочего места. Если нагрузки превышают МДН, рабочее место должно быть реконструировано и условия труда изменены.

Рекомендации Национального института по безопасности труда в промышленности США Уровни УПН и МДН выделены не только на основе биомеханических данных. При их определении учитывались также данные медицинской статистики (эпидемиологические данные), данные физиологических исследований, а также двигательные (физические) возможности работающих. УПН соответствует условиям труда, при которых эпидемиологические данные свидетельствуют об увеличенном риске заболевания ПБС для некоторых рабочих; компрессионная нагрузка на пояснично крестцовое сочленение превышает 3, 4 к. Н: расход энергии рабочим превышает 14, 7 к. Дж/мин; при этом свыше 75% женщин и 99% мужчин могут поднять рабочий груз. При достижении и превышении МДН: частота и тяжесть заболеваний двигательного аппарата (прежде всего ПБС) увеличивается у большинства рабочих, находящихся в подобных условиях; компрессионная нагрузка превышает 6, 4 к. Н; расход энергии превышает 21 к. Дж/мин для большинства рабочих; только 25% мужчин и 1% женщин обладают силовыми возможностями, позволяющими им поднять предлагаемый груз. Принято, что МДН = З УПН

Механическая прочность позвонков (средние и размах) и межпозвоночных дисков у лиц разного возраста применительно к нормированию

Рекомендации Национального института по безопасности труда в промышленности США Рекомендации Национального института по безопасности труда ограничены случаями подъема грузов двумя руками в сагиттальной плоскости при ширине объекта (расстоянии между руками) не более 750 мм, удобном хвате, возможности близко подойти к поднимаемому предмету (отсутствии препятствий), отсутствии опасности поскользнуться и благоприятных температурных условиях. Предполагается также, что условия труда не требуют подъема груза быстрым рывком.

Рекомендации Национального института по безопасности труда в промышленности США • • • В рекомендациях нормируются: вес поднимаемого груза L; удаление центра масс груза (или точки хвата) от тела, точнее от точки, лежащей на линии, соединяющей центры голеностопных суставов обеих ног на равном расстоянии от этих центров в начале h 0 и конце подъема HD; положение поднимаемого груза по вертикали перед началом подъема V 0; высота подъема груза D=VD—V 0; средняя частота подъемов в минуту , F; рабочее время, в течение которого выполняются подъемы (в диапазоне от менее 1 ч до 8 ч).

Рекомендации Национального института по безопасности труда в промышленности США Пять биомеханических факторов являются определяющими: вес предмета; размеры предмета; его положение в начале подъема (с пола, подставки, со стола); высота подъема и частота подъемов. Взаимодействие этих факторов предполагается мультипликативным и выражается формулой: Допустимый вес (на уровне УПН, Н) = 392(15/h)(1 – 0, 004{V – 75})(0, 7 + 7, 5/D)[(1 – F)/Fmax], где h = 15 +l/2 (15 см — расстояние от предмета до тела, см; l — размер поднимаемого груза; h может изменяться от 15 до 80 см); V 0 — положение груза по вертикали до начала подъема; варьирует от нуля (уровень пола) до 175 см; D — вертикальное перемещение (D = VD — V 0), может изменяться от 25 до 200 см (если D менее 25 см, принимается D = 25 cm); F — средняя частота подъемов (подъемы/мин), которая может изменяться от 0, 2 (подъем 1 раз в 5 мин) до максимальных значений; максимально допустимые значения определяются продолжительностью рабочего периода (от 1 до 8 ч), а также тем, выполняются ли подъемы только движениями рук или требуют также наклона туловища или приседания. Длительность работы, час Начальная высота груза, м 0, 75 (работа стоя) 0, 57 (подъем приседая или наклоняясь) 1 18 15 12

Перенос тяжестей вручную Предельные размеры грузов, переносимых в двух руках (а) и в одной руке (б) При необходимости переноски грузов желательно нести их так, чтобы тяжесть передавалась непосредственно на туловище. Например, сравнивая разные варианты переноса грузов, установили, что перенос груза в руках приводит к дополнительным энергозатратам в сравнении с другими способами (в заплечных мешках, на голове и т. п. ). Аналогичные результаты были получены при сравнении двух вариантов переноса груза: в носилках с наплечными лямками и без них. В первом случае работа была значительно более легкой. На этом основании рекомендуется, например, санитарам носильщикам использовать при работе наплечные лямки. Предельно допустимые размеры груза, переносимого в двух руках, приведены на рисунке а. Превышение этих размеров либо we позволяет дотянуться руками до передней кромки груза, либо затрудняет обзор. При переноске груза в одной руке размеры переносимого предмета должны быть таковы, чтобы его можно было нести на вытянутой руке Переносимые таким образом предметы, например чемоданы, должны быть как можно более узкими. Чем уже такой предмет, тем больший груз можно перенести. Установлена зависимость между предельной величиной груза, переносимого в одной руке, и его шириной: Максимально допустимый вес, Н = 351, 2 — 0, 169 Хширина (мм). В случае переноса груза в одной руке для обеспечения равновесия необходим равный и противоположно направленный момент относительно сагиттальной оси тела. При этом возникает значительная нагрузка на позвоночник, поэтому обычно предпочитают нести два более легких контейнера по одному в каждой руке, что улучшает равновесие. Допустимые нагрузки являются одинаковыми при статическом удержании как одного контейнера, так и двух контейнеров, каждый из которых имеет такой же вес, что и первый контейнер

Перенос груза на спине Переноска груза на спине изучалась Thomas (1959) путем фотографирования смещения отметок, расположенных на уровне суставов, в зависимости от веса и положения груза. Влияние веса груза проявлялось в смещении плечевого сустава кпереди, а коленного сустава кзади. Таким образом, при увеличении веса до уровня, превышающего определенную минимальную величину, его влияние проявляется изменением относительного положения сегментов тела, в частности, положения туловища по отношению к нижним конечностям. Кроме того, при данном весе наклон туловища вперед будет тем сильнее, чем ниже расположен груз. Полученные результаты показывают, что туловище служит в качестве противовеса и изменяет свой наклон таким образом, чтобы центр тяжести тела с нагрузкой оставался в том же месте, в каком он находился в теле без нагрузки. Наклон туловища под влиянием различных грузов. Сплошной линией изображена нормальная стоячая поза (1). Пунктиром: груз 12 кг (2); груз 24 кг (3) при высоком расположении; груз 24 кг (4) при низком расположении. Примерное положение центра тяжести груза показано квадратами (по Thomas, 1959).