職業活動における筋肉の仕事

先進工業国では、労働者の約 20% が今でも力仕事を必要とする仕事に就いています (Rutenfranz et al. 1990)。 従来の重労働の仕事は減りましたが、その一方で、多くの仕事はより静的で、非対称で、静止したものになっています。 発展途上国では、あらゆる形態の筋肉の仕事はまだ非常に一般的です.

職業活動における筋肉作業は、重度の動的筋肉作業、手作業による資材処理、静的作業、反復作業の XNUMX つのグループに大別できます。 たとえば、林業、農業、建設業界では、重くて動的な作業タスクが見られます。 看護、輸送、倉庫保管などではマテリアルハンドリングが一般的ですが、事務作業、電子産業、修理および保守作業では静的負荷が存在します。 たとえば、食品や木材加工業界では、繰り返しの作業が見られます。

手作業によるマテリアルハンドリングと反復作業は、基本的に動的または静的な筋肉作業、またはこれらXNUMXつの組み合わせであることに注意することが重要です.

筋肉の働きの生理学

ダイナミックな筋肉の働き

ダイナミックな作業では、アクティブな骨格筋がリズミカルに収縮および弛緩します。 筋肉への血流は、代謝のニーズに合わせて増加します。 血流の増加は、心臓のポンピング (心拍出量) の増加、腎臓や肝臓などの活動していない領域への血流の減少、および作業筋組織内の開いた血管の数の増加によって達成されます。 筋肉の心拍数、血圧、酸素抽出量は、作業強度に比例して直線的に増加します。 また、より深い呼吸と呼吸頻度の増加により、肺換気が高まります。 心肺系全体を活性化する目的は、活動中の筋肉への酸素供給を強化することです。 重い動的筋肉作業中に測定された酸素消費量のレベルは、作業の強度を示します。 最大酸素消費量 (VO_2max) その人の有酸素運動の最大能力を示します。 酸素消費量の値は、エネルギー消費量に換算できます (1 分間の酸素消費量 5 リットルは、約 21 kcal/分または XNUMX kJ/分に相当します)。

動的作業の場合、アクティブな筋肉量が小さい場合 (腕など)、最大作業能力と最大酸素消費量は、大きな筋肉を使用した動的作業よりも小さくなります。 同じ外部作業量で、小さな筋肉を使った動的な作業は、大きな筋肉を使った作業よりも高い心肺反応 (心拍数、血圧など) を引き出します (図 1)。

図 1. 静的作業と動的作業    

静的な筋肉の働き

静的な作業では、筋肉の収縮は、たとえば手足のように目に見える動きを生み出しません。 静的な仕事は、筋肉内の圧力を増加させ、機械的圧縮と相まって、血液循環を部分的または完全に遮断します。 筋肉への栄養素と酸素の供給と、筋肉からの代謝最終産物の除去が妨げられます。 したがって、静的な作業では、動的な作業よりも筋肉が疲れやすくなります。

静的作業の最も顕著な循環機能は、血圧の上昇です。 心拍数と心拍出量はあまり変化しません。 一定の運動強度を超えると、運動の強度と持続時間に直接関係して血圧が上昇します。 さらに、同じ相対的な努力の場合、大きな筋肉群での静的作業は、小さな筋肉での作業よりも大きな血圧反応を生み出します. （図2参照）

図 2. Rohmert (1984) を修正した拡張応力-ひずみモデル

原則として、静的作業における換気と循環の調節は動的作業の場合と似ていますが、筋肉からの代謝信号はより強く、異なる反応パターンを誘発します。

職業活動における筋肉過負荷の結果

労働者が筋肉作業で経験する身体的負担の程度は、作業筋肉量のサイズ、筋肉収縮のタイプ (静的、動的)、収縮の強度、および個人の特性によって異なります。

筋肉の作業負荷が作業者の身体能力を超えない場合、身体は負荷に適応し、作業を停止すると回復が速くなります。 筋肉への負荷が高すぎると、疲労が生じ、作業能力が低下し、回復が遅くなります. ピーク時の負荷または長時間の過負荷は、臓器の損傷を引き起こす可能性があります (職業病または仕事関連の病気の形で)。 一方、特定の強度、頻度、および持続時間の筋肉運動もトレーニング効果をもたらす可能性があります。一方、過度に低い筋肉要求はトレーニング効果を低下させる可能性があります. これらの関係は、いわゆる 拡張された応力-ひずみ概念 Rohmert (1984) によって開発されました (図 3)。

図 3. 許容可能なワークロードの分析

一般に、筋肉の過負荷が病気の危険因子であるという疫学的証拠はほとんどありません。 しかし、健康状態の悪化、身体障害、および職場での主観的な過負荷は、身体的に厳しい仕事、特に高齢の労働者に集中します。 さらに、仕事関連の筋骨格疾患の多くの危険因子は、筋力の発揮、作業姿勢の悪さ、持ち上げ、突然のピーク負荷など、筋肉負荷のさまざまな側面に関連しています。

人間工学の目的の XNUMX つは、疲労や障害の予防に適用できる筋肉のワークロードの許容限界を決定することでした。 慢性的な影響の予防が疫学の焦点であるのに対し、作業生理学は主に短期的な影響、つまり仕事中または勤務中の疲労を扱います。

激しい動的筋肉作業で許容されるワークロード

動的な作業タスクにおける許容可能なワークロードの評価は、従来、酸素消費量 (またはそれに対応するエネルギー消費量) の測定に基づいていました。 酸素消費量は、現場でポータブル デバイス (ダグラス バッグ、マックス プランク呼吸計、Oxylog、Cosmed など) を使用して比較的簡単に測定できます。また、職場で確実に行うことができる心拍数の記録から推定することもできます。 、SportTester デバイスで。 酸素消費量の推定に心拍数を使用するには、実験室の標準的な作業モードで測定された酸素消費量に対して個別に較正する必要があります。つまり、研究者は、特定の心拍数での個々の被験者の酸素消費量を知っている必要があります。 心拍数の記録は、体力、環境温度、心理​​的要因、アクティブな筋肉量のサイズなどの要因にも影響されるため、注意して扱う必要があります。 したがって、心拍数の測定値は、酸素消費量の値がエネルギー要件のみを反映することによって全体的な生理学的負担を過小評価する可能性があるのと同じように、酸素消費量を過大評価する可能性があります。

相対好気性ひずみ (RAS) は、作業中に測定された労働者の VO に対する酸素消費量の割合 (パーセンテージで表される) として定義されます。_2max 実験室で測定。 心拍数の測定値しか利用できない場合は、図 3 のようにいわゆる Karvonen 式を使用して、心拍数範囲のパーセンテージ (% HR 範囲) の値を計算することで、RAS に近似することができます。

VO_2max 通常、機械効率が高い (20 ～ 25%) 自転車エルゴメーターまたはトレッドミルで測定されます。 アクティブな筋肉量が少ないか、静的成分が多い場合、VO_2max 力学的効率は、大きな筋肉群を使った運動の場合よりも小さくなります。 たとえば、郵便小包の仕分けでは、VO_2max 自転車エルゴメーターで測定された最大値のわずか 65% であり、タスクの機械効率は 1% 未満でした。 ガイドラインが酸素消費量に基づいている場合、最大テストのテストモードは実際のタスクにできるだけ近いものにする必要があります。 ただし、この目標を達成するのは困難です。

Åstrand (1960) の古典的な研究によると、RAS は 50 日 50 時間の勤務中に 50% を超えてはなりません。 彼女の実験では、40% のワークロードで体重が減少し、心拍数が定常状態に達せず、日中の主観的な不快感が増加しました。 彼女は、男性と女性の両方に 25% の RAS 制限を推奨しました。 後に彼女は、建設作業員が 55 日の勤務中に平均 RAS レベル 50% (範囲 30 ～ 35%) を自発的に選択したことを発見しました。 最近のいくつかの研究では、許容可能な RAS が XNUMX% 未満であることが示されています。 ほとんどの著者は、営業日全体の許容可能な RAS レベルとして XNUMX ～ XNUMX% を推奨しています。

もともと、許容可能な RAS レベルは、実際の作業生活ではめったに発生しない純粋な動的筋肉作業のために開発されました. たとえば、荷物を持ち上げる作業では、許容可能な RAS レベルを超えていなくても、背中の局所的な負荷が許容可能なレベルを大幅に超える場合があります。 その制限にもかかわらず、RAS の決定は、さまざまな仕事での身体的負担の評価に広く使用されています。

酸素消費量の測定または推定に加えて、他の有用な生理学的フィールド法も、重い動的作業における身体的ストレスまたはひずみの定量化に使用できます。 観察技術は、エネルギー消費の推定に使用できます（例えば、 エドホルムスケール) (エドホルム 1966)。 知覚された運動の評価 (RPE) は主観的な疲労の蓄積を示します。 新しい外来血圧監視システムにより、循環反応のより詳細な分析が可能になります。

手作業によるマテリアルハンドリングで許容されるワークロード

手作業によるマテリアルハンドリングには、さまざまな外部負荷の持ち上げ、運搬、押し引きなどの作業が含まれます。 この分野の研究のほとんどは、特に生体力学的観点から、持ち上げ作業における腰の問題に焦点を当てています.

自転車エルゴメーターテストから得られた個々の最大酸素消費量と比較すると、持ち上げ作業には 20 ～ 35% の RAS レベルが推奨されています。

最大許容心拍数の推奨値は、絶対値または安静時の心拍数に関連しています。 男性と女性の絶対値は、連続的な手動マテリアル ハンドリングで毎分 90 ～ 112 ビートです。 これらの値は、安静時レベルを超える心拍数の増加の推奨値、つまり 30 ～ 35 拍/分とほぼ同じです。 これらの推奨事項は、若くて健康な男性と女性の重い動的筋肉作業にも有効です. ただし、前述のように、心拍数データは筋肉の働き以外の要因にも影響されるため、慎重に扱う必要があります。

生体力学的分析に基づいた手作業によるマテリアルハンドリングの許容ワークロードのガイドラインは、荷物の重量、取り扱い頻度、持ち上げる高さ、身体から荷物までの距離、人の身体的特徴など、いくつかの要因で構成されています。

ある大規模なフィールド調査 (Louhevaara、Hakola、および Ollila 1990) では、健康な男性労働者がシフト中に 4 ～ 5 キログラムの郵便小包を客観的または主観的な疲労の兆候なしに処理できることがわかりました。 取り扱いの大部分は肩より下で行われ、平均取り扱い頻度は 8 分あたり 1,500 個未満の小包であり、小包の総数は 101 シフトあたり 1.0 個未満でした。 労働者の平均心拍数は毎分 31 回で、平均酸素消費量は XNUMX l/分で、これは自転車の最大値に関連する RAS の XNUMX% に相当します。

たとえば、OWAS 法 (Karhu、Kansi、および Kuorinka 1977) に従って実行される作業姿勢および力の使用の観察、知覚された運動の評価、および歩行中の血圧の記録も、手動のマテリアルハンドリングにおけるストレスおよび緊張の評価に適した方法です。 筋電図検査は、腕や背中の筋肉などの局所的なひずみ反応を評価するために使用できます。

静的な筋肉の作業に許容されるワークロード

静的な筋肉の仕事は、主に作業姿勢を維持するために必要です。 静的収縮の持続時間は、収縮の相対的な力に指数関数的に依存します。 これは、例えば、静的収縮が最大の力の 20% を必要とする場合、持続時間は 5 ～ 7 分、相対力が 50% の場合、持続時間は約 1 分であることを意味します。

古い研究では、相対力が最大力の 15% 未満の場合、疲労は発生しないことが示されていました。 しかし、より最近の研究では、許容可能な相対力は筋肉または筋肉群に固有であり、最大静的強度の 2 ～ 5% であることが示されています。 ただし、これらの力の制限は、筋電図記録を必要とするため、実際の作業状況で使用するのは困難です。

開業医にとって、静的作業におけるひずみの定量化に利用できるフィールド メソッドは少なくなります。 悪い作業姿勢、つまり主関節の正常な中間位置から外れた姿勢の割合を分析するためのいくつかの観察方法 (OWAS 法など) が存在します。 心拍数はあまり当てはまりませんが、血圧の測定値と知覚された運動の評価は有用な場合があります。

反復作業における許容可能なワークロード

小さな筋肉群での反復作業は、循環および代謝反応の観点から見ると、静的な筋肉の作業に似ています。 通常、反復作業では、筋肉は 30 分間に 10 回以上収縮します。 収縮の相対力が最大力の 90% を超えると、持久力と筋力が低下し始めます。 ただし、耐久時間には個人差があります。 たとえば、筋肉が 110 ～ 10% の相対力レベルで 20 分間に 1974 ～ XNUMX 回収縮する場合、持久時間は XNUMX ～ XNUMX 分です (Laurig XNUMX)。

反復作業の明確な基準を設定することは非常に困難です。非常に軽いレベルの作業でも (マイクロコンピューターのマウスを使用する場合のように)、筋肉内圧が上昇し、筋肉繊維の腫れ、痛み、および減少につながる場合があるためです。筋力で。

反復的および静的な筋肉の作業は、非常に低い相対的な力レベルで疲労と作業能力の低下を引き起こします. したがって、人間工学的介入は、反復運動と静的収縮の数を可能な限り最小限に抑えることを目的とする必要があります。 反復作業におけるひずみ評価に使用できるフィールド メソッドはほとんどありません。

筋肉過負荷の予防

筋肉負荷が健康に有害であることを示す疫学的証拠は比較的少ない. しかし、仕事の生理学的および人間工学的研究は、筋肉の過負荷が疲労（すなわち、仕事能力の低下）を引き起こし、生産性と仕事の質を低下させる可能性があることを示しています.

筋肉過負荷の防止は、作業内容、作業環境、および作業者に向けられている可能性があります。 負荷は、作業環境、ツール、および/または作業方法に焦点を当てた技術的手段によって調整できます。 筋肉のワークロードを調整する最も速い方法は、個々の作業時間の柔軟性を高めることです。 これは、個々の労働者の仕事量とニーズと能力を考慮に入れた、仕事と休息の計画を立てることを意味します。

静的で反復的な筋肉の作業は最小限に抑える必要があります。 持久力タイプの体力の維持には、時折の重い動的作業フェーズが役立つ場合があります。 おそらく、仕事の日に組み込むことができる身体活動の最も有用な形態は、活発なウォーキングまたは階段を上ることです.

しかし、労働者の体力や作業能力が低い場合、筋肉の過負荷を防止することは非常に困難です。 適切なトレーニングは、作業スキルを向上させ、仕事での筋肉負荷を軽減する可能性があります. また、仕事や余暇の時間に定期的に運動することで、労働者の筋肉と心肺能力が向上します。

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