Ocena obcienia prac fizyczn dynamiczn na stanowisku pracy

Transkrypt

1 Ocena obcienia prac fizyczn dynamiczn na stanowisku pracy dr med. Joanna Bugajska - Centralny Instytut Ochrony Pracy (artykuł z pakietu edukacyjnego Nauka o pracy - bezpieczestwo, higiena, ergonomia CIOP) 1. Wprowadzenie Analiza energetycznych zmian zachodzcych podczas wysiłku jest czsto stosowan metod oceny obcienia na stanowisku pracy, wynikajcego z wykonywania pracy fizycznej z duym udziałem wysiłku dynamicznego. Ocena kosztu energetycznego rónych czynnoci wystpujcych w pracy zawodowej ma due znaczenie w ergonomii i praktyce zakładowych słub bezpieczestwa i higieny pracy. Informacje tego typu umoliwiaj bowiem dokonanie charakterystyki stanowisk pracy i mog by pomocne w doborze pracowników do okrelonych prac. Podczas pracy fizycznej energia produkowana przez organizm jest zamieniana w czci na prac mechaniczn (do 25%) i ciepło. Wydatek energetyczny, definiowany jako ilo energii wydatkowanej przez organizm podczas wykonywania czynnoci roboczych jest czsto stosowan miar cikoci pracy Na ilo energii zuywanej przez organizm w czasie wykonywania pracy składa si wydatek energetyczny spoczynkowej przemiany materii oraz energia zuytkowana na wykonanie danej czynnoci, czyli tzw. wydatek energetyczny pracy efektywnej (lub netto). Zgodnie z układem jednostek SI, wydatek energetyczny okrelany jest w jednostkach pracy, czyli w dulach (J) na jednostk czasu lub w watach (W). Czsto równie koszt energetyczny pracy przedstawiany jest w watach w przeliczeniu na powierzchni ciała (W/m 2 ). Ponadto, ze wzgldu na długoletnie funkcjonowanie jednostek kalorymetrycznych kalorii (cal) lub kilokalorii (kcal) w okreleniu wydatku energetycznego, jednostki te wci spotykamy w praktyce przemysłowej, w przepisach czy podrcznikach przy okrelaniu cikoci pracy. 2. Energetyczne kryteria oceny cikoci pracy Wydatek energetyczny czsto jest stosowany jako energetyczne kryteria cikoci pracy fizycznej. Do oceny cikoci pracy wykorzystywana jest wielko wydatku energetycznego w cigu zmiany roboczej. Energetyczne kryteria cikoci pracy fizycznej przedstawione s w tabeli 1. Najmniejszym wydatkiem energetycznym charakteryzuj si prace wykonywane w pozycji siedzcej, np. prace biurowe. Zapotrzebowanie energii podczas wykonywania tych prac wynosi na ogół mniej ni 8 kj/min, w zakresie od 1,26 kj/min (pozycja siedzca) do 7 kj/min (maszynopisanie). W cigu zmiany roboczej wydatek energetyczny takiej pracy wynosi od 1200 do 3500 kj netto, a prace takie zalicza si do prac lekkich. Do kategorii prac rednio cikich zalicza si prace zwizane z wykonywaniem czynnoci o wydatku energetycznym w granicach 8 20 kj/min. Przykładem takich prac s prace zwizane z obsług wikszoci maszyn i urzdze oraz prace montaowe. Prace cikie i bardzo cikie to takie, które wymagaj dwigania ciarów (załadunek towarów) lub uywania cikich narzdzi (łopata, kilof, młot pneumatyczny i inne). Wydatek energetyczny podczas wykonywania takich czynnoci wynosi od 25 do 50 kj/min, a wydatek energetyczny w cigu zmiany roboczej moe przekracza 8400 kj dla mczyzn i 5000 kj dla kobiet. Dla kobiet ustalono poziom wydatku energetycznego na poziomie 5000 kj w cigu zmiany roboczej oraz 20 kj na minut podczas czynnoci roboczych jako wielkoci, powyej których nie mog one wykonywa pracy. Dla mczyzn nie okrelono w przepisach dozwolonych norm wydatku energetycznego, ale powszechnie przyjmuje si, e stała praca o wydatku powyej 8400 kj (2000 kcal) jest prac bardzo cik. 1

2 3. Metody okrelania wydatku energetycznego Ocen kosztu energetycznego mona oceni nastpujcymi metodami: - metody tabelaryczne - metoda oparta na podstawie pomiaru czstoci skurczów serca - metody kalorymetrii bezporedniej i poredniej. Metody tabelaryczne Przy braku moliwoci wykonania pomiaru wydatku energetycznego jedn z wymienionych wczeniej metod, wartoci te moemy okreli za pomoc szacunkowej metody chronometraowo-tabelarycznej, odczytujc z tabel warto wydatku energetycznego dla typowych czynnoci wystpujcych w yciu codziennym i pracy zawodowej. Metoda szacowania wielkoci wydatku energetycznego przy uyciu gotowych tabel jest obarczona najwikszym błdem i moe by stosowana jedynie w szczególnych przypadkach przy uwzgldnieniu rónic wynikajcych ze specyfiki bran przemysłowych i zmian technologicznych, jakie si dokonały w ostatnich latach na ocenianych stanowiskach. Szczególn form szacowania wielkoci wydatku energetycznego na stanowiskach pracy metod chronometraowo-tabelaryczn jest metoda Lehmanna. Metoda ta uwzgldnia pozycj i rodzaj grup miniowych zaangaowanych przy wykonywaniu pracy. Metoda Lehmanna jest dwuetapowa (tabela 2). W etapie pierwszym dokonuje si oceny pozycji podczas pracy i, stosujc tabel 2A, szacuje si wydatek energetyczny, wynikajcy z utrzymania tej pozycji. W etapie drugim, na podstawie analizy czynnoci roboczych, ocenia si główne grupy mini wykonujcych te czynnoci i, stosujc tabel 2B, szacuje si wydatek energetyczny, wynikajcy z wykonywania tej czynnoci. Koszt energetyczny pracy okrela si poprzez zsumowanie wyników uzyskanych w obu omówionych etapach. Ocena cikoci pracy na podstawie zmian czstoci skurczów serca Kada praca fizyczna, a dynamiczna szczególnie, powoduje pobudzenie układu krenia i oddechowego oraz mechanizmów termoregulacji. Jest to zwizane z pokryciem zwikszonego zapotrzebowania pracujcych mini na tlen i substraty energetyczne pochodzce ze ródeł pozaminiowych oraz stanowi efektywne usuwanie z mini produktów przemiany materii i nadmiaru wyprodukowanej energii, zapobiegajc tym samym wzrostowi temperatury ciała. Stopie zmian wskaników okrelajcych czynno tych układów moe wic by podstaw szacunkowej oceny intensywnoci pracy wykonanej przez organizm. Metody oparte na pomiarach wielkoci pobierania tlenu i wentylacji omówione zostan przy okazji metod kalorymetrii poredniej. Innym parametrem czsto stosowanym do oceny kosztu energetycznego i tym samym stopnia cikoci pracy jest analiza czstoci skurczów serca podczas pracy. Metoda ta jest mniej złoona ni pomiar pobierania tlenu, ale dokładno jej jest stosunkowo mała. Czsto skurczów serca moe by łatwo rejestrowana w sposób cigły, na przykład przy uyciu metod telemetrycznych lub mierzona rcznie przez badanie ttna. Ten ostatni sposób zmniejsza jeszcze bardziej dokładno tej metody i jest trudny do przeprowadzenia bez ograniczania swobody ruchów pracownika. Czsto skurczów serca jest zalena od wielu endo- i egzogennych czynników. Najwikszy wpływ na czsto skurczów serca wywiera wysiłek dynamiczny i stres cieplny. Nie mona pomija jednak równie wpływu, jaki na czsto skurczów serca wywiera wysiłek statyczny, obcienie psychiczne, hałas oraz stan zdrowia pracownika. Metoda oceny wydatku energetycznego podczas pracy na podstawie pomiaru czstoci skurczów serca ma zastosowanie jedynie w przypadku pracy dynamicznej, z zaangaowaniem duych grup miniowych, przy małym statycznym obcieniu mini i przy braku wpływu stresu cieplnego i obcienia psychicznego pracownika podczas pracy. 2

3 Zaleno midzy czstoci skurczów serca i kosztem energetycznym pracy moe by opisana nastpujcym wzorem: M = 4,0 HR - 255, (*) gdzie: M - jest kosztem energetycznym pracy, w W/m 2 HR - jest czstoci skurczów serca zmierzon podczas pracy. (*) według normy ISO Ergonomics - Determination of metabolic heat production. Metody kalorymetryczne Metoda kalorymetrii bezporedniej Wydatek energetyczny człowieka podczas wysiłku mona oceni na podstawie pomiaru iloci ciepła wytwarzanego w organizmie metod kalorymetrii bezporedniej, wykonywanego w specjalnych kamerach kalorymetrycznych. Metoda ta ze wzgldów oczywistych nie nadaje si do stosowania na stanowiskach pracy. Metoda kalorymetrii poredniej Inn powszechniej obecnie stosowan metod jest kalorymetria porednia. Zasada kalorymetrii poredniej opiera si na zalenoci midzy iloci pobieranego przez organizm tlenu w jednostce czasu a iloci energii uwolnionej w procesach metabolicznych. Kalorymetria porednia jest szczególnie przydatna podczas wysiłków, w których przewaaj procesy tlenowe (aerobowe). Ilo energii uzyskana w procesach metabolicznych, przy uyciu 1 litra tlenu jest róna, w zalenoci od rodzaju spalanej substancji, np. podczas spalania glukozy - 21,1 kj, tłuszczów za - 19,6 kj. Tak wic, wielko równowanika energetycznego 1 litra tlenu (niezbdna do przeliczenia iloci tlenu pobieranego podczas pracy na wielko wydatku energetycznego) waha si od 19,6 do 21,1 kj. Do wyboru odpowiedniego równowanika konieczne jest okrelenie wielkoci ilorazu oddechowego, czyli stosunku iloci wydalanego dwutlenku wgla do iloci pobranego w tym samym czasie tlenu. Tak wic, ocena wydatku energetycznego t metod sprowadza si do pomiaru objtoci pobieranego przez organizm tlenu i wydalonego dwutlenku wgla, wyliczeniu ilorazu oddechowego i pomnoeniu objtoci pobranego tlenu przez odpowiedni równowanik energetyczny, którego wartoci s podawane w tabelach, w wielu podrcznikach z tej dziedziny. Metoda ta polecana jest równie w normie ISO Ergonomics - Determination of metabolic heat production. Metoda oparta na pomiarze wentylacji płuc Oznaczenie wydatku energetycznego na stanowiskach pracy klasyczn metod kalorymetrii poredniej wymaga odpowiedniej aparatury, dowiadczenia osób wykonujcych pomiar i w rzeczywistych warunkach, na stanowiskach pracy nie zawsze jest moliwe. W praktyce przemysłowej do pomiaru wydatku energetycznego czsto stosuje si metod opart na wynikach pomiaru objtoci wydychanego (lub wdychanego) powietrza, czyli wentylacji płuc. Pomidzy wielkoci zuycia tlenu podczas wysiłku i wielkoci minutowej wentylacji istnieje wysoki współczynnik korelacji i prawie liniowa zaleno. Na podstawie zalenoci midzy wentylacj a zuyciem tlenu mona obliczy przyblion warto wydatku energetycznego, posługujc si równaniem Datta-Ramanathana: 3

4 E = 0,21 V E(STPD) gdzie: E - wydatek energii, w kj/min, V E(STPD) - wentylacja płuc, w l/min w warunkach STPD (objto gazu suchego w temperaturze 0 C i cinieniu atmosferycznym 101,3 kpa). Pomiar wydatku energetycznego przy uyciu miernika MWE Pomiar wydatku energetycznego, dokonany opracowanym w Centralnym Instytucie Ochrony Pracy miernikiem MWE, oparty jest na opisanej wczeniej zalenoci liniowej i wysokim współczynniku korelacji pomidzy wielkoci wentylacji płuc, pobieraniem tlenu i wydatkiem energetycznym. Miernik wydatku energetycznego MWE jest przenonym, lekkim, o małych wymiarach aparatem umoliwiajcym dokonanie pomiaru wydatkowanej energii w czasie wykonywania pracy fizycznej dynamicznej na stanowisku roboczym. To znaczy w sytuacji, w której utrudnione jest bezporednie okrelanie iloci pobieranego tlenu i wydalanego dwutlenku wgla. Ponadto miernik MWE, ze wzgldu na łatwo obsługi przeznaczony jest do powszechnego stosowania w zakładach pracy przez przeszkolone osoby. Zasada działania Za pomoc miernika MWE dokonuje si pomiaru wentylacji minutowej płuc w czasie wykonywania wysiłku. W tym celu zakłada si na twarz dokładnie dopasowan półmask, z wmontowanym przepływomierzem turbinowym połczonym z miernikiem. Wdech osoby badanej powoduje uruchomienie turbiny. Obroty turbiny s zliczane i daj warto przepływu powietrza. Zmierzona warto przepływu przeliczana jest na objto gazu w warunkach STPD. Miernik automatycznie wprowadza niezbdne dla takiego przeliczenia dane dotyczce temperatury otoczenia oraz współczynnik dla cinienia atmosferycznego urednionego na obszar Polski. Do wylicze wprowadzono równie współczynnik korekcyjny, który weryfikuje wyniki z pomiaru wentylacji minutowej płuc do wyników uzyskanych w klasycznej metodzie obliczania wydatku energetycznego z bezporedniego pomiaru zuycia tlenu. Wprowadzenie za pomoc klawiatury miernika danych dotyczcych masy ciała, wzrostu, wieku oraz płci osoby badanej i wykonanie pomiaru umoliwia automatyczne wyliczenie przez miernik MWE wartoci wydatku energetycznego netto, tj. iloci energii wydatkowanej przez badan osob w pracy oraz wydatku energetycznego brutto z uwzgldnieniem podstawowej przemiany materii. Wyniki pomiaru zgodnie z yczeniem podawane s w kcal, kj lub W/m 2. Badania porównawcze, laboratoryjne oraz terenowe, wykazały du zbieno wyników bada uzyskanych za pomoc miernika i aparatu umoliwiajcego pomiar pobierania tlenu i wydalania dwutlenku wgla, zwłaszcza przy ocenie pracy lekkiej, rednio cikiej i cikiej. Rónice mog si pojawia przy pracy bardzo lekkiej lub w spoczynku. Zawyone w tych okolicznociach wartoci wentylacji płuc mog by skutkiem wpływu innych czynników, głównie emocjonalnych, zwizanych z wykonywaniem bada. Rónice mog pojawi si równie przy pomiarze wydatku energetycznego podczas pracy bardzo cikiej, gdy wielko wentylacji płuc przekracza 60 litrów na minut. W tym przypadku jest to spowodowane przekroczeniem granic zalenoci liniowej midzy zuyciem tlenu a wentylacj płuc (hyperwentylacja). Warunki poprawnego wykonania pomiaru Osoba badana powinna by poinformowana co do celu i przebiegu wykonania pomiarów. Warunkiem prawidłowego wykonania pomiaru jest staranne dopasowanie półmaski do 4

5 twarzy. Naley w tym celu uwzgldni wymiary oraz kształt twarzy i dobra właciwy rozmiar półmaski. Ponadto naley odpowiednio cign paski gumowe mocujce półmask na twarzy. Pomiar wentylacji płuc przeprowadza si kilkakrotnie przez kilka minut i zawsze po kilku minutach pracy w półmasce, co jest niezbdne do przyzwyczajenia si pracownika do pracy w półmasce oraz unormowania oddechu zakłóconego w pierwszej fazie przez załoenie półmaski. Warunkiem prawidłowego obliczenia wielkoci wydatku energetycznego, poza zachowaniem zasad prawidłowego pomiaru, jest ustalenie chronometrau dnia pracy, polegajcego na pomiarze i zapisie czasu trwania poszczególnych czynnoci roboczych. Chronometra powinien by przeprowadzony w dniach o przecitnym rytmie pracy i obejmowa typowe czynnoci zwizane z obsług stanowiska pracy, powtarzajce si kadego dnia. W dokumentacji wszystkie rodzaje czynnoci roboczych, jak równie czynnoci pomocnicze i przerwy w pracy, powinny by pogrupowane w cykle o podobnym obcieniu prac. Najlepiej jest, gdy chronometra pracy opracowany jest wspólnie z pracownikiem, jego przełoonym i pracownikiem słub bhp. Pomiar czasu trwania poszczególnych czynnoci powinien by wykonywany kilkakrotnie, dla rónych osób i przy rónej intensywnoci pracy, aby mona było uzyska charakterystyczn, urednion fotografi dnia roboczego na okrelonym stanowisku. Czsto popełnianym błdem podczas ustalania chronometrau jest nadmierne rozczstkowanie procesu pracy na krótkotrwałe czynnoci, zamiast zgrupowanie ich w wyodrbnione, łatwo identyfikowane i powtarzajce si cykle. Innym, równie czsto wystpujcym nieporozumieniem jest denie do uwzgldniania w dniówce równie czynnoci roboczych, które chocia charakterystyczne dla danego zawodu, pojawiaj si stosunkowo rzadko, np. podczas awarii. Ocena kosztu energetycznego złoonych operacji roboczych jest obciona błdem, nawet przy zastosowaniu bezporedniego pomiaru zuycia tlenu na stanowiskach pracy. Podczas standardowych, prostych czynnoci wykonywanych przez tego samego człowieka wyniki powtarzanych pomiarów róni si przecitnie o ±5%, a przy złoonych operacjach o ±10%. Wartoci wydatku energetycznego zmieniaj si równie ze wzgldu na technik pracy, sta, jej intensywno, dowiadczenie zawodowe i rodzaj uywanych narzdzi. Duo trudnoci nastrcza równie oszacowanie wydatku energetycznego podczas całej zmiany roboczej, poniewa pomiary wi si z koniecznoci stosowania masek lub ustników do zbierania powietrza wydychanego, co moe by uciliwe dla badanych. Pomiary przeprowadza si wic na ogół w cigu zaledwie kilku minut, podczas wykonywania podstawowych czynnoci roboczych, a nastpnie sumuje si koszt energetyczny tych czynnoci. Trudnoci w ocenie czasu wykonywania poszczególnych czynnoci mog by ródłem dodatkowego błdu. Zarówno konieczno notowania czasu przez samych badanych, jak i obecno obserwatora s czynnikami, które mog zakłóca normalny tryb pracy. Czynnikiem, który naley równie uwzgldnia przy ocenie kosztu energetycznego pracy, jest rodowisko termiczne, w jakim ta praca jest wykonywana. W rodowisku termicznym gorcym nastpuje niewielki wzrost wydatku energetycznego spowodowany wzrostem temperatury ciała. Bardziej wzrasta wydatek energetyczny w rodowisku termicznym zimnym, co spowodowane jest pojawieniem si dreszczy, a take noszeniem cikiej odziey. 4. Literatura 1. Bezpieczestwo pracy i ergonomia. Red. nauk. D. Koradecka. Warszawa, CIOP Koradecka D., Bugajska J.: Ocena wielkoci obcienia prac fizyczn na stanowiskach roboczych. Warszawa, CIOP Kozłowski S., Nazar K.: Wprowadzenie do fizjologii klinicznej. Wyd. II. Warszawa, PZWL

6 5. Tabele Tabela 1. 6

7 Tabela 2. 7