Исследования утомления. Работоспособность человека

Нет человека, который бы не испытал чувства утомления. Его знает рабочий, когда к концу дня утомление обычно снижает производительность труда. С ним знаком спортсмен, чувствующий, как оно становится препятствием на пути к рекорду. Оно известно ученому, обнаруживающему, что от утомления внимание его начинает рассеиваться. С ним встречается и домашняя хозяйка, которая в заботах о своей семье весь день проводит на ногах и жалуется на то, что к концу дня утомление не дает ей возможности все с той же энергией совершать тысячу мелких бытовых дел. С утомлением знаком и школьник, к концу уроков все хуже слушающий объяснения учителя… Разнообразны формы утомления и бесчисленны виды человеческой деятельности, при которых можно наблюдать отрицательное влияние утомления.

О проявлениях утомления

Повседневность утомления, отрицательное влияние его на трудовую деятельность возбуждает стремление познать причины, понять условия развития этого физиологического процесса и найти способы борьбы с ним.

Утомление было и остается центральной проблемой физиологии труда. Физиологи многих стран систематически изучают этот процесс, но, несмотря на обилие исследований, вопрос о природе утомления еще до сих пор не решен до конца. Вместе с тем энергичные поиски ученых позволили найти причины развития утомления, создать теории об его происхождении и указать меры борьбы с ним.

Не всякое падение работоспособности следует считать утомлением. Например, снижение работоспособности при заболевании, неблагоприятных метеорологических условиях (в сильную жару или холод), недосыпании, в состоянии голода или, наоборот, во время чрезмерной сытости нельзя называть утомлением. Только то падение работоспособности, которое появляется после какой-либо деятельности, можно называть утомлением.

Снижение производительности труда — наиболее яркий показатель утомления. Время производства трудовой операции увеличивается, возрастают паузы между операциями, увеличиваются ошибки, появляется брак. Изучение движений показывает, что скорость их уменьшается, падает их сила и размашистость, ухудшается точность и координированность.

Несмотря на утомление, продуктивность работы может и не снизиться. Однако в этом случае для поддержания прежней производительности труда потребуются большие усилия. Исследования физиологов показали, что при утомлении расход энергии на единицу продукции увеличивается. Это связано с появлением лишних движений, углублением дыхания, учащением сердцебиений, покраснением лица, появлением избыточного пота и т. п. Рано или поздно, несмотря на возрастающие усилия, производительность труда все же начинает падать.

Теория утомления, обманувшая многих

Почему работа вызывает утомление не сразу, а только по истечении некоторого времени? Не накапливаются ли при этом какие-либо вещества, которые, в конце концов, начинают влиять отрицательно? Не возникает ли утомление тогда, когда накопление этих веществ достигает какой-то вредной концентрации? Нет ли сходства между утомлением и отравлением? Ведь и отравление каким-нибудь ядом возникает лишь в том случае, если его концентрация достигнет определенной величины. А в малых дозах яд может не только не оказывать отравляющего действия, но, наоборот, влиять положительно и даже лечебно.

Мысль о том, что утомление может быть результатом накопления в организме каких-то ядовитых веществ, поддерживалась сходством внешних проявлений утомления и заболевания. Так возникла одна из теорий, объясняющих суть утомления, которую принято называть теорией отравления.

Для проверки этой теории проводились специальные эксперименты. Вот один из них. Подопытное животное совершало длительную, утомительную работу, скажем, бежало в специальном колесе. После того как вследствие усталости оно уже не могло двигаться, его мышцы раздражали электрическим током, пока и на эти раздражения мышцы не переставали отвечать. Затем животное убивали, а из его мышц извлекали экстракт. Этот экстракт впрыскивали в кровь другому — здоровому, не утомленному животному.

И что же? У этого животного сразу развивались все признаки утомления. Оно едва передвигалось, тяжело дышало, качалось из стороны в сторону.

Первое объяснение, которое, естественно, напрашивалось, сводилось к тому, что экстракт, полученный из мышц утомленного животного, содержал в себе специальные вещества — «яды утомления». Введенные в организм, они отравляли его, то есть вызывали утомление. Предпринимались даже попытки выделить эти яды в наиболее чистом виде. Немецкий ученый Вейхардт, особенно увлекавшийся такими опытами, дал этим ядам даже особое название — «кенотоксины», от греческих слов: «кеноо» — утомление и «токсикон» — яд.

Открытия Вейхардта и других сторонников теории отравления произвели большое впечатление. Найдена была, казалось, конкретная, материальная причина утомления, стало ясно, как бороться с ним: нужно нейтрализовать яд. Известно, что на каждый яд можно найти противоядие. Следовательно, если существуют кенотоксины, то нужно создать антикенотоксины.

В науке не раз встречались случаи, когда казалось, что сделано большое открытие и остается лишь произвести последнее небольшое усилие для окончательного решения проблемы. При этом даже честные ученые, оказавшиеся в этот момент в плену у предвзятости, начинали иногда, вопреки очевидности, желаемое принимать за действительное. Так случилось и в этот раз. Нашлись лица, заявившие, что ими найден не только кенотоксин, но удалось создать и антикенотоксин. Правда, большинство этих «исследователей» было хозяевами или сотрудниками аптечных фирм, быстро оценивших всю выгодность производства антикенотоксина. Происходило все это в десятых годах двадцатого столетия. Естественно, что если бы были найдены противоядия от утомления, то ими заинтересовались бы предприниматели, так как, снабжая этим противоядием рабочих, они добивались бы высокой производительности труда и новых прибылей. Да и сами рабочие не отказались бы от таблеток, уменьшающих утомление: и самочувствие улучшилось бы, и заработок, быть может, увеличился. Этот растущий спрос на пилюли против утомления и был одной из причин, обусловивших широкое их распространение.

Но прошло некоторое время и все увидели, что никакие антикенотоксины не избавляют человека от усталости. Начались проверки опытов, которые легли в основу кенотоксической теории, и тут обнаружилось, что вызвать «утомление» у собаки можно впрыснув ей экстракт не только из утомленных мышц, но из совершенно свежих, не работавших мышц. Оказалось, что поведение собаки, которой впрыснули такой экстракт, лишь внешне напоминает состояние утомления, на самом же деле это своеобразное состояние представляет собой болезненную реакцию организма на введение в его кровь чужеродного белка, всегда содержащегося в экстракте. Для этого не нужно даже приготовлять экстракт из мышц — достаточно ввести в кровь простой яичный белок, и животное заболевает, причем внешняя картина этого заболевания может быть сходна с внешней картиной утомления.

Множество проверочных опытов показало, что никаких ядовитых веществ в мышцах при утомлении не возникает.

В них происходит усиленный обмен веществ, причем те же вещества, которые образовывались при легкой работе, возникают и при утомительной работе. Все эти факты были настолько убедительны, что даже автор теории отравления Вейхардт под их давлением отказался от своих взглядов.

Может быть, не следовало останавливаться на одной из теорий, которая недолго просуществовала, если бы не тот вред, который она принесла. Помимо того, что эта теория не подкреплена солидными фактами и неверна по существу, она позволила кое-кому прийти к совершенно абсурдным заключениям. Стали раздаваться голоса, что раз в мышцах при работе образуются какие-то яды, то всякий труд представляет собой отраву для организма. Поэтому, чтобы избежать отравления и продлить жизнь, человек должен как можно меньше трудиться, а спорт должен быть категорически запрещен.

Таким образом, теория отравления оказалась несостоятельной во всех отношениях.

Засоренные мышцы

Поиски причин утомления шли и по другому пути. Исследователи решили выяснить — нельзя ли возникновение утомления объяснить нормальными процессами обмена веществ, происходящими в работающем органе?

Известно, что обмен веществ состоит из двух противоположных процессов: ассимиляции, то есть усвоения, накопления веществ, и диссимиляции — расхода, траты веществ. Во время работы второй процесс преобладает над первым. Всякая деятельность сопровождается расходом энергии и связана с расходом веществ. Нельзя ли объяснить утомление тем, что в ходе длительной работы запасы энергетических веществ, имевшиеся вначале, постепенно уменьшаются? Не прекращается ли работа подобно тому, как израсходование топлива приводит к остановке механизма, работающего на этом топливе?

Вероятно, в какой-то мере падение работоспособности организма может быть связано с истощением его запасов энергии. Нужно, однако, заметить, что полного истощения этих запасов даже в специальных исследованиях обнаружить не удалось. Падение работоспособности, например мышцы, наступало еще задолго до того, как ее энергия полностью истощается.

Еще одно важное обстоятельство, связанное с обменом веществ, может быть причиной развивающегося утомления. Дело в том, что во время работы в мышцах, как и в других органах, происходит распад, расщепление крупных молекул энергетических веществ на более мелкие. Эти мелкие молекулы подвергаются окислению, превращаясь в углекислый газ и воду, и удаляются из мышцы. Возможны и другие пути удаления этих конечных продуктов распада энергетических веществ. И вот наблюдения показали, что если своевременно удалять эти продукты распада из мышц, то их утомление наступит не скоро. Если же, наоборот, воспрепятствовать удалению этих веществ, вызвать их накопление в мышце, то утомление развивается быстро. Образно выражаясь, одной из причин утомления можно считать «засорение» мышцы продуктами нормального обмена веществ. В частности, такое засорение происходит при недостаточном снабжении мышц кислородом. Но если в этот момент обеспечить мышцу достаточным количеством кислорода, то работоспособность органа тут же восстановится.

Таким образом было доказано, что утомление связано с обычным обменом веществ, а не с образованием особых веществ утомления. Однако и эти наблюдения, много давшие для понимания процессов, происходящих в отдельных органах, не могли объяснить причин утомления целого организма.

Опыт Сеченова

Представим себе, что человек, закрепив руку на особом станке, поднимает указательным пальцем какой-либо груз. Он совершает эту работу в строгом ритме, стараясь каждый раз сгибать палец до предела. Но начинает развиваться утомление и с каждым разом высота подъема груза уменьшается; и вот уже при всем желании человек не может приподнять груз даже на сантиметр. Он ощущает сильное утомление мышц этого пальца и считает, что устали именно эти мышцы. Можно предположить, что движения пальца уменьшились от того, что в мускулатуре этого пальца истощились запасы энергетических веществ или же произошло чрезмерное накопление продуктов, возникших в результате распада энергетических веществ.

Начнем ритмически пропускать через мышцы несильный электрический ток. Известно, что при раздражении током мышца сокращается. Так произойдет и на этот раз: мышца начнет сокращаться, палец будет сгибаться и поднимать груз. Заставим палец некоторое время поработать таким способом, после чего прекратим электрические раздражения и предложим исследуемому самому производить движения пальцем. Казалось бы, мышца, дополнительно поработавшая под действием электрических раздражений, окажется теперь уже предельно утомленной и не сможет производить никакой работы. Однако мы обнаружим, что движения пальца будут совершаться довольно легко. Человек с удивлением отметит, что его усталые мышцы вновь обрели работоспособность и сокращаются с полной амплитудой.

Только одно объяснение возможно дать этому явлению: во время работы утомление развивалось не в самих мышцах, а в нервных центрах, которые посылали к этим мышцам импульсы. В тот период, когда мышца работала под действием электрического тока, нервные центры отдыхали. Поэтому, отдохнув за время раздражения мышцы током, они вновь с прежней силой стали посылать импульсы к мышце.

Эти наблюдения очень ярко свидетельствуют о том, что утомление, нередко воспринимаемое как чисто местный процесс, на самом деле есть процесс более общий и относится он не только к работающему органу, но и к нервной системе, управляющей деятельностью этого органа.

Убедительное доказательство значения нервной системы при утомлении дал И. М. Сеченов, проделавший над собой такой опыт: Иван Михайлович совершал правой рукой пилящие движения на особом приборе, который записывал размах этих движений. Когда развивалось утомление и размах движений начинал снижаться, И. М. Сеченов делал паузу, давал руке отдохнуть, после чего вновь приступал к работе. Так повторялось неоднократно. Но вот Сеченов изменил условия и во время отдыха правой руки начал совершать работу левой рукой. И что же? Правая рука при этом отдыхала лучше, чем после полного отдыха организма.

Единственное объяснение, которое здесь возможно, и которое дал этому опыту сам И. М. Сеченов, заключается в следующем.

При работе правой рукой утомление развивалось в нервных центрах, связанных с мышцей этой руки.

Если же во время отдыха работала левая рука, то нервные центры, связанные с этой рукой, при своей работе оказывали благотворное восстанавливающее действие на нервные центры правой руки или, как объяснял сам Сеченов, «заряжали энергией» эти нервные центры. Оказалось, что не только работа левой руки способствует отдыху правой, но и раздражение любых иных нервных центров улучшает отдых. Например, слабое электрическое раздражение кожи другой руки также способствовало отдыху правой руки.

Опыт И. М. Сеченова поясняет, почему обмывание тела прохладной водой увеличивает работоспособность, почему переключение с одной работы на другую не усиливает утомления, а, наоборот, уменьшает его. Опыт И. М. Сеченова объяснил значение «активного отдыха», то есть отдыха, сочетаемого с какой-либо иной деятельностью, и его преимущество перед полным пассивным отдыхом. Стало понятно, почему физкультурная пауза на производстве способствует повышению производительности труда больше, чем пассивная пауза, чем полный отдых такой же длительности.

И. М. Сеченов так сформулировал свою мысль: «Источник ощущения усталости помещают обыкновенно в работающие мышцы, я же помещаю его… исключительно в центральную нервную систему».

Что устает скорее?

Определяющая роль центральной нервной системы в утомлении подтверждена также работами ученика И. М. Сеченова Н. Е. Введенского. Он изучал работоспособность различных органов — мышцы, нерва и нервных центров.

Опыты Н. Е. Введенского показали, что наименьшей утомляемостью обладает нервное волокно. Оно может непрерывно на протяжении многих часов проводить импульсы из нервных центров на периферию. Значительно быстрее утомляется мышца. Но еще более утомляемыми оказались нервные центры. Поэтому при одновременной работе нервных центров, нервных проводников и мышц раньше всех начинают сдавать именно нервные центры. Таким образом, в то время как в мышцах еще сохранен запас сил и энергии, нервные центры отказываются посылать к ним импульсы и работа, естественно, уменьшается.

И. П. Павлов в своих замечательных исследованиях высшей нервной деятельности подчеркивает, что нервные центры являются особенно ранимыми и истощаемыми образованиями. Если вовремя не прекратить работу нервных центров, то произойдет их истощение, наступит тяжелое расстройство нервной системы. Павлов показал, что при этом возникает процесс, предохраняющий нервные клетки от истощения. Это — процесс торможения.

Если сильно раздражать нервные центры, то вначале они отвечают полностью на это раздражение. Но при его усилении в центрах возникает процесс торможения. Он как бы выключает их из работы, предоставляя им отдых. Такое торможение И. П. Павлов назвал охранительным. Примером охранительного торможения является сон.
Интересные опыты были проделаны учениками Павлова. Они раздражали двигательный нерв лягушки, который вызывал сокращения ее мышцы. Когда наступало утомление этой мышцы, начинали — присоединять раздражение еще одного нерва, связанного с ней, так называемого симпатического нерва. Эти дополнительные раздражения вызвали восстановление работоспособности мышцы. Она вновь оказалась способной с прежней силой отвечать на раздражения двигательного нерва. Было также выяснено, что раздражение симпатических нервов повышает работоспособность не только мышц, но и других органов, в том числе и самих высших нервных центров.

В естественных условиях возбуждение симпатической нервной системы происходит при положительных эмоциях. Радость, торжество, гнев вызывают возбуждение симпатической нервной системы, которое передается в различные органы. Таким образом, становится понятным, почему в момент эмоционального подъема человек забывает об усталости и может показать исключительно высокую работоспособность, силу и выносливость. И, наоборот, в угнетенном состоянии, когда симпатическая нервная система не возбуждается, работоспособность легко падает, утомление развивается быстро и охватывает весь организм.

Полезно ли утомляться?

Итак, опыты и наблюдения позволяют утверждать, что процесс утомления определяется главным образом нервной системой. Следовательно, и борьба с ним — в первую очередь борьба за высокую работоспособность нервных центров. Для этого необходимо обеспечить нормальные гигиенические условия труда: ликвидировать вредные факторы — чрезмерные шумы, сотрясения, засоренность воздуха, создать хорошее освещение, обстановку, обеспечивающую естественную свободную рабочую позу, соответствующую температуру, влажность, движение воздуха и т. п. Труд должен быть содержательным, должен заинтересовывать трудящегося, вызывать положительные эмоции, возбуждать творческое начало. В процесс работы необходимо включать мелкие паузы, чтобы дать возможность организму переключиться, хотя бы кратковременно, с одного вида деятельности на другой.

Важным фактором повышения работоспособности нервных центров является их упражнение, тренировка. Кто не знает, что работа, — трудная вначале, быстро вызывавшая утомление, — по мере ее систематического повторения становится более легкой, менее утомительной.

Интересно, что в повышении работоспособности нервных клеток, в увеличении их выносливости большую роль, как это ни странно, играет само утомление. Установлено, что если человек каждый раз прекращает работу до того, как возникли самые первые признаки утомления, то способность преодолевать усталость не развивается. Наоборот, если занятия требуют известного напряжения и если к концу их организм несколько утомлен, то раз от разу выносливость организма все больше увеличивается.

Разумеется, утомление является фактором отрицательным, мешающим работе. Но в нем есть и положительная черта. Организм, регулярно переносящий утомление, становится более работоспособным. Отсюда, конечно, нельзя делать вывод, что работать следует всегда до состояния глубочайшего утомления. Речь идет здесь совсем о другом. Речь идет о том, что в процессе обучения, в процессе тренировки, в тех случаях, когда необходимо повысить работоспособность организма, не следует избегать утомления, во всяком случае его первых признаков. Пусть при наступившем утомлении организм хоть немного поборется с ним. В следующий раз эта борьба будет более успешной.

Вот почему спортсмен на тренировках всегда доводит себя до какой-то степени утомления. Вот почему не нужно опасаться трудных заданий в учебе. Вот почему нужно приучать себя к упорной работе и не прекращать ее при первых трудностях. Усидчивость, упорство, трудолюбие, настойчивость — развитие всех этих качеств связано с преодолением чувства утомления.

Утомления не следует бояться, если оно служит средством тренировки, средством упражнений и повышения работоспособности.