فیزیولوژی کار

[Borna66]

هدف از ارگونومی ایجاد محیطی بهینه منطبق با ابعاد بدن انسان و ظرفیت های او میباشد.دسترسی به این هدف بوسیله تغییر سیستم و فراهم کردن محیط متناسب با خصوصیات و ظرفیت های جسمی و روانی انسان امکان پذیر میباشد.لذا شناخت ظرفییت های جسمی و روانی انسان یکی از مباحث مهم در علم ارگونومی است.
بخشی از دانش ارگونومی که تطبیق انسان با کار در مصرف انرژی و همچنین تغییرات پارامترهای فیزیولوژیکی بدن در حین انجام کار را مورد توجه قرار میدهد، به فیزیولوژی کار معروف است.
بطور کلی میتوان گفت مطالعه شرایط فیزیولوزیک بدن در حین کار ،موضوع علم فیزیولوژی کار است یعنی فیزیولوزی کار به تبیین فشارهای ناشی از کار حین انجام یک فعالیت و اثرات این فشارها بر ارگانیسم و چگونگی انطباق ارگانیسم با شرایط مذکور جهت ثابت نگاهداشتن محیط داخلی و فیزیولوژیکی بدن می پردازد.
در علم فیزیولوژی کار مباحث مختلفی نظیر :
- نحوه تولید انرژی در بدن
- منابع تولید انرژی هنگام کار و استراحت
- ارزیابی انرژی مصرفی حین انجام کار
- ارزیابی حداکثر توان جسمی انسان
- ساختمان و عمل عضلات در حین انجام کار
- خستگی و تغییرات پارامترهای فیزیولوژیکی هنگام کار
مطرح و مورد بحث و مطالعه قرار میگیرد. لذا شناخت و مطالعه ظرفییت کار جسمی افراد از مباحث مهم علم فیزیولوژی کار است.در این مقاله سعی میکنیم با توضیح تغییرات فیزیولوزیک بدن در هنگام کار و معرفی شاخصهای حداکثر توان جسمی و ظرفیت کار فیزیکی یک فرد به بیان روشهای کاربردی محلسبه شاخص ظرفییت کار جسمی (Physical work capacity) بپردازیم.
فشار کار- انجام کار و پاسخ فیزیولوژیک – ظرفیت کاری
بار یا فشار کار (Load) عبارت است از مقاومتی که کارگر برای انجام کار- که پارامترهای آن مستقل از ویژگیهای جسمی و روانی فرد است- باید بر آن غلبه کند . اقدام (Performance) عکس العمل نسبت به (Load) میباشد و به پارامترهای شخصی فرد بستگی پیدامیکند.
پاسخ فیزیولوژیک یا (strain) عبارت است از تغییرات فیزیولوژیکی بدن در واکنش به Load وارد شده تا اقدام Performance)) امکان پذیر گردد.
لذافشارکار(Load) منجربه بروز تغییرات فیزیولوژیک (strain) و اقدام(performance) می گردد. بدیهی است بخش مفید وکار قابل بهره برداری، اقدام(performance) بوده بین آن و (strain) رابطه معکوس برقرار است.Strain شامل تغییرات نبض-فشار خون-میزان مصرف اکسیژن و سایر متغییرهای فیزیولوژیک میباشد و در مواجهه با Load هر قدر Strain کمترباشد Performance بیشتر خواهد بود که این حالت مبیین P.W.C بیشتر و کفایت انجام کار بیشتر(Efficiency) میباشد.
پروفسور بینک(Bink,1962) توانائی یا ظرفیت کار فیزیکی (Physical Work Capacity) را مقدار حداکثر انرژی که شخص میتواند بدون آنکه به سلامتی خود آسیبی برساند در طول یک شیفت کاری مصرف نماید تعریف می کند.

[Borna66]

شار کار استرس-بار(task)
ظرفیت انجام کار Performance capacity
کارآییefficiency

توضیح نمودار:این شکل پارامترهای اصلی فیزیولوژی کار که شامل ارتباطات فشار کار-انجام کار- انعکاسات فیزیولوزیک ناشی از کار و ظرفیت کار (کفایت انجام کار ) را نشان میدهد .

- حداكثر توان هوازي و حداكثر توان جسمي:
انسانها از نظر ظرفيت جذب و مصرف اكسيژن در بدن با يكديگر تفاوت دارند. عوامل مختلفي بر ظرفيت جذب اكسيژن در بدن تاثير مي گذارد كه در قسمت بعد به آنها اشاره مي شود. اين عوامل به طرق مختلف بر كارآئي دستگاههاي تنفس، گردش خون و فعل و انفعالات داخل سلولي تاثير مي گذارند.
به حداكثر اكسيژني كه در مدت يك دقيقه مي تواند در بدن مصرف شود.، حداكثر توان هوازيmaximum Aerobic capacity)) و يا اختصاراً توان هوازي(Aerobic capacity) مي گويند و معمولاً آن را با VO2 Maxنشان مي دهند. توان هوازي بر حسب ليتر اكسيژن در دقيقه بيان مي گردد.
از طرفي همانطور كه میدانیم ، هر ليتر اكسيژن مصرفي در بدن حدود 5 كيلو کالري انرژي توليد مي كند. بنابراين چنانچه توان هوازي در عدد 5 ضرب شود، "حداكثر توان جسمي"" Maximum physical capacity شخص برحسب كيلو كالري در دقيقه بدست مي آيد.
هر قدر توان هوازي يعني ظرفيت جذب اكسيژن بيشتر باشد، توان جسمي نيز بيشتر خواهد بود و اين به معني آن است كه شخص مي تواند فعاليت هاي سنگين را بهتر و راحت تر انجام دهد.
لذا توان هوازي معيار خوبي جهت بيان توانايي جسمي افراد براي انجام كار مي باشد .

Norms for Aerobic Capacity (mlsO₂/kg/min)
Males Age Group

Females Age Group

ظرفیت هوازی در افراد مختلف متفاوت است و فاکتورهای زیادی بر روی آنها موثر است که عبارتند از:
1-فاکتورها بدنی(somatic factors) :سن-جنس اندازه بدن
2-فاکتورهای روانی(psychic factors) :انگیزه-تلقی و نگرش
3-محیط(Environment) :دما- رطوبت- ارتفاع
4-ماهییت کار (Nature of work): بار کاری- مدت کار- ریتم کار- روش کار
5-ویژگی های فیزیولوژکی ارثی (Inherited at birth).

[Borna66]

- ظرفيت كار جسمي (PWC):
اگر انسان با حداكثر توان هوازي خود به كار مشغول باشد، تنها براي چند دقيقه مي تواند به آن كار ادامه دهد زيرا بدن قادر نيست براي مدت طولاني با حداكثر ظرفيت خود كار كند. بنابراين، گرچه توان هوازي معيار خوبي جهت بيان توانايي جسمي افراد مي باشد، ولي نمي توان آن را بطور مستقيم مورد استفاده قرار داد. زيرا فعاليت هاي صنعتي اغلب در مدت طولاني (حدود 8 ساعت در روز) انجام مي شوند.
لذا، بهتر است براي بيان توانايي جسمي افراد، درصدي از حداكثر توان هوازي كه شخص مي تواند براي مدت نسبتاً طولاني از آن استفاده كند، بكار گرفته شود.
حداكثر مقدار انرژي كه شخص مي تواند براي 8 ساعت (يك شيفت كاري) مصرف كند. بدون آنكه به سلامت او لطمه اي وارد شود و يا دچار خستگي گردد، به "ظرفيت كار جسمي physical work capacity "معروف است و آن را با P.W.C نشان مي دهند. PWC معمولاً برحسب كيلوكالري در دقيقه بيان مي شود.
پروفسور بينك برای بیان PWC موفق گرديد تا فرمولي ارائه دهد كه با آن مي توان، حداكثر مقدار انرژي كه يك شخص مي تواند براي مدت معين (t) مصرف كند، بدون آنكه به سلامتي او لطمه وارد شده يا دچار خستگي شود، را تعيين نمود.
در اين فرمول t مدت انجام كار برحسب دقيقه مي باشد و A همان حداكثر مقدار انرژي مجازي است كه فرد مي تواند در مدت t مصرف كند. واحد A برابر با واحد توان هوازي (Aerobic capacity) بوده و معمولاً برحسب كيلوكالري در دقيقه بيان مي شود. مطابق با فرمول فوق، حداكثر انرژي كه شخص مجاز است براي مدت معين صرف كند، بصورت درصدي از حداكثر توان هوازي بيان مي شود كه مقدار اين درصد بستگي به زمان انجام كار دارد، مثلاً اگر زمان كار 8 ساعت (480 دقيقه) باشد، حداكثر انرژي كه فرد مجاز است مصرف كند، برابر با 34 درصد توان هوازي او خواهد بود.
در حدود 64 سال قبل برودی (Brody,1945) عنوان نمودکه چون ماشین آلات با حدود 50% ماکزیمم قدرت بکار گرفته میشوند برای انسان نیز این ضریب کافی بوده وشخص میتواند تا 50% ماکزیمم توانائی خود را در فعالییت های روزانه به مصرف برساند.
در همین زمینه ویندهام (Wyndham)در سال 1957 عنوان نمود که حد مطلوب انجام کار بدنی برای 6تا7 ساعت در روز معادل 55 % ماکزیمم توانائی انسان است.
در کشورهای در حال توسعه متوسط حداکثر توانائی افراد را معادل 3 لیتر اکسیژن در دقیقه فرض میکنند، بر طبق نظریه ویندهام 55% این مقدار برابر 3800 کیلو کالری در روز برای 8ساعت کار میشود.اگر 2300 کیلو کالری را جهت استراحت و مصارف روزانه در نظر بگیریم انرژی مورد نیاز روزانه 6100 کیلو کالری در روز خواهد بود.این مقدار انرژی بسیار بیشتر از انرژی است که انسان ها بطور میانگین در طول روز از راه غذا دریافت میکنند.(4000-4500 کیلو کالری ) .

[Borna66]

در سال 1960 آستراند اثبات کرد که رقم 55% ماکزیمم درصد بالائی است و رقم های پائین تر را پیشنهاد نممود.

بونجر (Bonjer) در سال 1973 مقدار 33% حداكثر توانايي شخص را بعنوان مقدار قابل قبول مصرف انرژي ارائه نمود كه بيشتر مورد توجه وقبول واقع گرديد.(البته اعداد ديگري از قبيل 35و40 درصد بوسيله دانشمندان ديگر عنوان شده است) آنچه مي‌توان در اين زمينه متذكر شد دست يافتن به ارتباط منطقي مابين حداكثر تـوانائي انسان وتوانايي انجام كار است كه محققين بدنبال آن بوده‌اند.

در سال1982 بورگ بر اساس مطالعات گلدبرگ و اکبلوم (Goldberg &Ekblom) جدولی را که در آن ضربان قلب بصورت انعکاس تنش فیزیکی فرد نسبت به سختی کار بیان شده بود ارائه نمود.
تني چند از دانشمندان از جمله مولر و آسموسن (Muller & Asmussen) معتقدند كه تعيين توانائي كاري انسان از روي توانائي حداكثر بدن شايد بهترين روش نباشد و براي اين منظور روش استفاده از ضربان قلب را مناسبتر مي‌دانند و به همين خاطر دانشمندان متعددي ضربان قلب را به عنوان شاخص تعيين كننده شدت كار فيزيكي و يا به منظور اندازه‌گيري انرژي مصرفي نيز بكار گرفته اند و مي‌توان از آن بعنوان شاخص تعين كننده ظرفيت كاري انسان با اطمينان استفاده نمود. از آنجا كه تاثير شرايط فيزيكي محيط كار (مثلا"گرما) بر ضربان قلب احساس مي‌گردد , استفاده از اين شاخص جهت تعيين فشار و يا سختي كار در محيط هاي غير عادي بسيار مناسب خواهد بود.

درمطالعاتی كه درسال 1996 توسط Janal وهمكاران باعنوان تخمينVo2max از عملكرد 9 دقيقه‌اي دويدن انجام شد، Vo2max بااستفاده از تست پيشرفته چندمرحله‌اي روي تردميل تعيين شد (بااستفاده از پروتكل بروس) .

درمطالعه‌اي كه درسال 2003 توسطchatterjee وهمكاران درهند باعنوان روايي تست قدم‌زدنQueens براي استفاده درمردان جوان‌هندي انجام شد حداكثر اكسيژن مصرفي درجوانان هندي بااين تست پيش‌بيني شد.

درمطالعه‌اي كه درسال 2003 درفنلاند توسط Kang صورت گرفت ، حداكثر اكسيژن مصرفي دركره‌اي‌ها Vo2max اندازه‌گيري شد.

[Borna66]

چگونگی تطابق با کار فیزیکی
بطور کلی فعالیت باعث عکس العمل هائی در اندام های مختلف می گردد.این ارگان ها عمدتا" شامل دستگاه قلب و عروق- دستگاه تنفسی و دستگاه عضلانی بوده و عکس العمل های کوتاه مدت و دراز مدتی در اثر Load کاری از خود نشان میدهند.
برای تعیین ظرفییت کارفیزیکی pwc میباید حداکثر ظرفییت هوازی فرد را تعیین نمود و برای این کار میباید متغییرهای فیزیولوژیک اکسیژن مصرفی (VO2) و ضربان قلب (Heart Rate) را در حین کار تعیین کرد.
ضربان قلب و اکسیژن مصرفی شاخصهای مطمئن جهت تعیین ظرفییت کاری انسان در محیط های مختلف میباشد. در شرایط طبیعی،دوعامل ضربان قلب و اکسیژن مصرفی با سختی کار رابطه خطی و مستقیم دارند.

- تغييرات فيزيولوژيكي در بدن هنگام كار
الف-تطبيق دستگاه تنفس:
1- افزايش دبي تهويه ريوي:
به حركت هماهنگ هوا به داخل ريه‌ها، تهويه ريوي" Pulmonary ventilation " گفته مي‌شود. دبي تهويه ريوي، مقدار هوايي است كه انسان در مدت يك دقيقه با محيط خود مبادله مي‌كند. مقدار اين دبي از حاصل ضرب حجم جاری) حجم جاري (TV) به مقدار هوايي گفته مي‌شود كه در يك بازدم از ريه‌ها خارج مي‌شود) در تعداد تنفس در دقيقه بدست مي‌آيد .
تعداد تنفس×(TV) حجم جاري=(VE) دبي تهويه ريوي(ليتر در دقيقه)
يك شخص بالغ در حال استراحت بين 10 الي 15 بار در دقيقه نفس مي‌كشد و هر بار حدود 600-400 سانتي‌متر مكعب هوا را با محيط مبادله مي‌كند. لذا دبي تهويه ريوي در حال استراحت بين 9-4 ليتر در دقيقه مي‌باشد كه در افراد مختلف متفاوت است.
در فعاليت‌هاي جسمي، به منظور تأمين اكسيژن مورد نياز عضلات، دبي تهويه ريوي افزايش مي‌يابد، بطوريكه در فعاليت‌هاي شديد عضلاني، اين مقدار ممكن است حتي به حدود 100 ليتر در دقيقه برسد. همانطور كه از رابطه نوشته‌ شده، استنباط مي‌شود، افزايش دبي تهويه ريوي در حين كار به دو طريق امكان پذير است:
1- افزايش حجم جاري.
2- افزايش تعداد تنفس در دقيقه.
در عمل، با شروع كار جسمي هر دو عامل افزايش مي‌يابد و تنفس تندتر و عميق‌تر از حالت استراحت مي‌گردد.
تغييرات دبي تهويه ريوي در حين كار را مي توان در سه فاز مورد بررسي قرار داد:
الف) فاز افزايش:
پس از گذشت مدت بسيار كوتاهي از شروع فعاليت جسمي، دبي تهويه ريوي به ميزان زيادي افزايش مي‌يابد، اين افزايش متناسب با شدت كار است، بطوريكه هر قدر شدت فعاليت زيادتر شود، ميزان تهويه ريوي نيز بيشتر مي‌شود .
ليكن بايد توجه داشت كه افزايش تهويه ريوي، تنها تا حد معيني امكان پذير است، اين حد معين در افراد مختلف متفاوت بوده و به عنوان حداكثر تهويه ريوي Maximum pulmonary ventilation محسوب مي‌شود .
ب)فاز استقرار:
چنانچه شدت كار ثابت باشد، دبي تهويه ريوي نيز پس از گذشت چند دقيقه از شروع كار، در حد معيني كه متناسب با شدت كار است، ثابت مي‌ماند. در اين حالت ميان دستگاه تنفس و شدت كارتطابق حاصل شده است.
ج) فاز بازگشت:
پس از اتمام كار، دبي تهويه ريوي كاهش مي‌يابد. ليكن مدتي طول مي‌كشد تا ميزان آن به حالت استراحت(يعني ميزان آن قبل از شروع به كار) برسد.به فاصله زماني كه بين ختم كار تا بازگشت به حالت طبيعي وجود دارد، دوره بهبودي Recovery period مي‌گويند .
- تطبيق دستگاه گردش خون:
مهمترين وظيفه دستگاه گردش خون كه شامل قلب و رگها مي‌باشد، رساندن اكسيژن و مواد غذايي به سلولهاي بدن و همچنين دفع مواد زائد و انيدريدكربنيك از سلولها مي‌باشد.
مهمترين تغييراتي كه هنگام كار در عمل دستگاه گردش خون ايجاد ميشود، عبارتند از:
الف) تغييرات در برون ده قلب.
ب) تغييرات در فشار خون و مقاومت عروقي.
ج) تغييرات در تركيب شيميايي خون.
تغييرات برون ده قلب هنگام كار، در واقع مهمترين تغييري است كه در عمل دستگاه گردش خون ايجاد مي‌شود و به آن تطابق قلب گويند.
لذا ابتدا تطابق قلب با كار و سپس تغييرات فشار خون هنگام كار را مورد بررسي قرار مي‌دهيم.
- تطابق قلب با كار:
افزايش فعاليت قلب هنگام كار را مي‌توان در ميزان برون ده آن مشاهده نمود.
برون ده قلب Cardiac output عبارت است از مقدار خوني كه در هر دقيقه از قلب خارج مي‌شود. هر قدر برون ده قلب زياد تر باشد، مقدار خون بيشتري به اعضاي بدن فرستاده مي‌شود.
برون ده قلب از حاصل ضرب دو عامل زير بدست مي‌آيد:
-حجم ضربه‌اي Systolic volume: عبارت است از مقدار خوني كه در هر ضربه از بطن خارج مي‌شود.
-ضربان قلب Heart rate: عبارت است از تعداد ضربه‌هاي قلب در مدت يك دقيقه. در حال طبيعي، در شخصي كه در حالت استراحت باشد، قلب در هر دقيقه حدود 70 بار ضربان دارد و هر ضربه حدود 70 سانتي‌متر مكعب خون را خارج مي‌كند. لذا برون ده قلب در حالت طبيعي واستراحت در حدود 5 ليتر در دقيقه است.
افزايش حجم ‌ ضربه‌اي: با شروع كار وفعاليت، حجم ضربه‌اي افزايش مي‌يابد، ليكن اين افزايش تنها هنگام پيشرفت از حالت استراحت به كار متوسط ديده مي‌شود و پس از آن با افزايش شدت كار، حجم ضربه‌اي ثابت مي‌ماند.
بعبارت ديگر، افزايش حجم ضربه‌اي تا فعاليت‌هاي متوسط ادامه دارد و ازدياد برون ده قلب در فعاليت‌هاي متوسط تا سنگين تنها از طريق افزايش ضربان قلب امكان پذير خواهد بود .
بدين ترتيب، هنگامي كه فرد به كاري مشغول باشد كه تنها 40 درصد از حداكثر ظرفيت هوازي او را اشغال كرده باشد، ميزان حجم ضربه‌اي به حداكثر مقدار خود رسيده است و پس از آن افزايش نمي‌يابد.
فرآيندي را كه موجب افزايش حجم ضربه‌اي در هنگام كار مي‌گردد، مدتها نتيجه قانون استارلينك Starling’s law of the heart مي‌پنداشتند .
قانون استارلينك بيان كننده اين است كه هر قدر حجم خوني كه در هنگام انبساط قلب، بطن را پر مي‌كند (حجم دياستولي) بيشتر شود، حجم ضربه‌اي نيز بيشتر خواهد بود.

افزايش ضربان قلب:
ازدياد ضربان قلب در حين كار، يكي از عوامل مهم در افزايش برون ده قلب مي‌باشد. زيرا حجم ضربه‌اي در فعاليت‌هاي متوسط به حداكثر مقدار خود مي‌رسد و ازدياد برون ده قلب در فعاليت‌هاي سنگين و خيلي سنگين تنها بدليل افزايش ضربان خواهد بود.
تغييرات ضربان قلب هنگام كار نظير تغييرات دبي تهويه ريوي به 3 مرحله تقسيم مي‌گردد.
- فاز افزايش: بلافاصله پس از شروع كار جسمي، ضربان قلب زياد مي‌شود. افزايش ضربان متناسب با شدت كار تا حد معيني ادامه دارد. هر قدر كار سنگين‌تر باشد، ضربان قلب ريتم سريعتري خواهد داشت.
- فاز استقرار: در اين مرحله ضربان قلب با كاري كه شخص انجام مي‌دهد به تطابق رسيده است و تا زماني كه شدت كار ثابت باشد، ضربان قلب نيز ثابت خواهد ماند.
- فاز بازگشت: پس از اتمام كار، مدتي طول مي‌كشد تا ضربان قلب بحالت طبيعي(حالتي كه قبل از شروع كار به كار داشته است) برسد، به اين فاصله زماني، دوره بهبودي مي‌گويند.
تغییرات فشار خون و مقاومت عروقي:
فشار خون شرياني است كه در اثر برخورد خون به جدار شريان ها بوجود مي‌آيدو هنگام انقباض قلب كه خون با حداكثر قدرت به داخل سرخرگ آئورت رانده مي‌شود، فشار خون سرخرگي به حد اعلاي خود مي‌رسد و آن را اصطلاحاً فشار سيستولي Systolic pressure يا ماكزيمم مي‌گويند. در مرحله انبساط قلب، فشار كمتر شده و به حداقل خود مي‌رسد كه آنرا فشار دياستولي Diastolic pressure يا مي‌نيمم مي‌گويند.
هنگام فعاليت جسمي، بعلت تغييرات برون ده قلب، فشار خون و مقاومت عروقي نيز تغيير مي‌كند. اين تغييرات بطور خلاصه بشرح زير است:
فشار سيستولي: فشار سيستولي با شروع كار، افزايش مي‌يابد و پس از گذشت مدتي به تطابق با كار مورد نظر مي‌رسد. يعني اگر شدت كار ثابت بماند فشار سيستولي نيز ثابت خواهد ماند.
پس از اتمام كار، فشار سيستولي تا مدتي بالا بوده و بتدريج به وضعيت قبلي خود باز مي‌گردد. هر چه كار زيادتر باشد، فشار سيستولي درمرحله تطابق(استقرار) بيشتر خواهد بود.
بنابراين تغييرات فشار خون سيستولي نيز مانند تغييرات ضربان قلب در حين كار در سه مرحله (فاز افزايش، فاز استقرار و فاز برگشت) انجام مي‌شود.
فشار دياستولي: تغييرات فشار دياستولي در حين كار بسيار كمتر از تغييرات فشار سيستولي است. با شروع كار، فشار دياستولي افزايش بسيار كمي پيدا مي‌كند وبعد از اتمام كار به سرعت به حالت طبيعي بر‌مي‌گردد. در نتيجه فاز برگشت مانند آنچه در مورد فشار سيستولي ذكر شد، در مورد فشار دياستولي وجود ندارد. .
مقاومت عروقي: مقاومت عروقي در حين كار، كاهش پيدا مي‌كند. اين كاهش بعلت اتساع عروق مربوط به عضلات فعال رخ مي‌دهد.

[Borna66]

روشهای کاربردی تعیین ظرفیت کار فیزیکی(P.W.C)
انجام کارهای بدنی برای مدت زمان طولانی بستگی به قابلیت و توانائی مصرف انرژی و در نتیجه نرخ جذب اکسیژن دارد.بنابر این اندازه گیری حداکثر نرخی که سیستمهای تنفسی و گردش خون (قلب و عروق) می توانند اکسیژن را به عضلات درگیر کار برسانند و نرخ مصرف اکسیژن بوسیله این عضلات،شاخص تعیین حداکثرتوانائی فیزیکی شخص (توانائی ایروبیک VO2 MAX) است.
در این مقاله به بیان روشهای کاربردی که در صنعت قابل اجراست می پردازیم:
- روشهاي استاندارد:
سه روش استانداردي كه امروزه براي تعيين توان جسمي افراد بكار مي روند عبارتند از:
1- روش مستقيم (Maximal test):
در اين روش كه مي تواند با استفاده از دوچرخه ارگومتر و يا نوار نقاله انجام شود، فرد به كاري مشغول مي شود كه در آن از حداكثر توان هوازي خود استفاده كند.
روش كار بدين ترتيب است كه شخص بر روي يكي از وسايل ذكر شده، شروع بكار مي نمايد، در حين كار ميزان مصرف اكسيژن توسط او در هر لحظه بوسيله دستگاه مخصوص نشان داده مي شود.
سپس بار كار بتدريج افزايش مي يابد و متناسب با آن مصرف اكسيژن نيز زياد مي شود. پس از افزايش تدريجي بار كار، به مرحله اي مي رسيم كه اكسيژن مصرفي ثابت مي ماند. در اين حالت چنانچه پس از گذشت 5 دقيقه، با افزايش بار كار، اكسيژن مصرفي ثابت بماند، نشانه اين است كه شخص با حداكثر توان هوازي خود بكار مشغول است. لذا مصرف اكسيژن در اين مرحله برابر با حداكثر اكسيژن مصرفي شخصي خواهد بود.
مخصوصاً در تست های استخدامی کارگر برای کارهای سخت يادر طول يك چكاب سلامتي ، اغلب مهم است كه يك تست مستقیم در رابطه با آزمايش سيستم كارديوواسكلار تحت استرس كاربردي انجام شود . معمولاً ECG و فشار خون ، تغييرات اختصاصي عيني ، نشانه و علايم نشاندهنده سلامتي شخص اند . يكي از ملاك ها براي خاتمه تست رسيدن ضربان قلب به b/min200 است . نکته اصلی براي خاتمه اتوماتيك يك تست ،85 درصد ضربان قلب ماكزيمم پيش بيني شده بر پايه سن فرد است .بر اساس تجربیات Bruce يك تست را تا زماني كه بيمار علائم هشداردهنده را داشته باشد ودچار خستگي شدید شد ادامه میدهيم . اين نقطه پاياني ، بيشترين عملكرد را در بر خواهد داشت . اما جذب اكسيژن محاسبه شده لزوماً جذب اكسيژن ماكزيمم فرد نخواهد بود . Blomquist و همکاران گزارش دادند كه درجه ST دپرسيون ، اگر در ECG وجود داشته باشد . جذب حد اكثر اكسيژن را خواهد داشت. Pollock و بقيه از گزارشاتي صحبت كردند كه نشان دهنده تجربه ای از موسسه ائروبيك در دالاس بود.كه 7059 مرد براي يك تست ورزش ماكزيمم مورد استفاده قرار گرفته بودند . تقريباً 15درصد از آنها غير نرمال بودند . در ميان 552 تست غير نرمال 34 درصد ،بعد از اينكه ضربان قلب به 85درصد ضربان قلب پيش بيني شده رسيده بود موارد غير نرمال را نشان دادند . با وجود اين اغلب موارد اشتباه در يك تست غير مستقيم ظاهرمی شوندتا یک تست مستقیم.

[Borna66]

- تصمیم گیری براي پايان دادن يك تست :
مخصوصا هنگامي كه بيماران را با بيماريهاي شناخته شده قلبي – عروقي آزمايش مي كنم اين مهم است كه بعضي قوانين پيش بيني كننده را به عنوان راهنمايي براي تصميم گيري زمان پايان يك تست ارگومتری در نظر داشته باشيم .
Pollock و همكارانش نشانه هاي زير را براي پايان دادن تست ، ليست كردند :
1- نارسايي سيستم كنترل
2- آنژين پيش رونده (درد قفسه سينه )
3- ST دپرسيون 2 ميلي متري روي ECG
4- تاكي كاردي سوپر ونتيكولار
5- تاكي كاردي ونتي كولار
6- هر گونه تغيير مهم در فشار خون سيستوليك
7- احساس سبكي در سر ، گيجي ، آتاكس ، سيانوز ، تهوع ، يا هر گونه علائم نا كافي بودن گردش خون محيطي
8- برادي كاردي نا متناسب
9-فشار خون بالا سيستوليك بيشتر از mm Hg 260 و دياستول بيشتر از mm Hg 120
در روش مستقیم، مي توان از شاخص ضربان قلب نيز بعنوان شاخص كمكي استفاده نمود، بدين ترتيب كه هنگام آزمايش ضربان قلب بطور مرتب اندازه گيري شود و بار كار را بتدريج افزايش دهيم تا به مرحله اي برسيم كه در آن با افزايش بار كار، ضربان قلب زياد نشود و ثابت بماند. در اين مرحله، شخص با حداكثر توان خود به كار مشغول است و ميتوان با اندازه گيري مصرف اكسيژن در اين مرحله، حداكثر توان هوازي شخص را تعيين نمود.
اين روش، گرچه دقيقترين روش براي تعيين حداكثر توان هوازي افراد است، ليكن داراي محدوديت كاربردي است و تنها براي ورزشكاران و افراد داوطلب مورد استفاده قرار مي گيرد. زيرا افراد عادي (نظير كارگران) قبل از رسيدن به حداكثر توان خود، بعلت خستگي دست از كار مي كشند و نمي توان آزمايش را براي آنها ادامه داد.

2- روش غير مستقيم (Sub maximal test):
امروزه روشهای غیر مستقیم متعددی در تخمین ظرفیت ایروبیک (VO2 max)وجود دارد که بطور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد .پایه روشهای غیر مستقیم جدید بر اساس تحقیقات Astrand-Rodahl ,1986و Siconolfi,1985 استوار است .
در اين روش ها ، فرد مجبور نيست آزمايش را تا رسيدن به حداكثر توان خود ادامه دهد، بلكه حداقل در 3 مرحله جداگانه مورد آزمايش قرار مي گيرد.
روش كار بدين ترتيب است كه با استفاده از دوچرخه ارگومتر و يا نوار نقاله،حد اقل 3 بار كاري معين در 3 مرحله به شخص داده مي شود وشدت كار در هر مرحله افزايش مي یابد .
کاربردی ترین روشهای (sub maximal)که دارای پروتوکل های معتبری هستند و در این مقاله مورد بررسی قرار می گیرند عبارتند از :
الف .روش رگرسیون
ب. روش نموگرام آستراند
ج. تست پله سیکونولفی
د.روش طیاری
الف.روش رگرسیون Regression Method:
این روش بر پایه وجود ارتباط خطی بین مصرف اکسیژن و ضربان قلب در مراحل مختلف کار با سختی های متفاوت طرح ریزی شده است .
در این روش دستگاه اکسیژن آنالیزور (آکسیلوگ) و دستگاه ثبت ضربان قلب (Sport tester)مورد نیاز است و به شخص مورد آزمایش حداقل 3 مرحله کار با سختیهای متفاوت ارجاع می گردد که هر یک از کارهای تعیین شده را به مدت 5 دقیقه انجام میدهد ارجاع سختی کار باید به نحوی باشد که ضربان قلب فرد مورد آزمایش را حداقل به 110bpM(ضربه در دقیقه) برساند تا تغییرات غیر خطی در ارتباط با VO2مصرفی ایجاد نشود .
سپس با استفاده از فرمول های پیشنهادی زیر حداکثر ضربان قلب مجاز بر حسب سن فرد مورد آزمایش تعیین می گردد .
(فرمول 1975-Cooper) HRmax=220-age
(HRmax=206-(0.62*age
(فرمول Astrand &Rodahl -1986)
سپس با استفاده از فرمول های زیر ابتدا معادله خطی ارتباط بین اکسیژن مصرفی و ضربان قلب را نوشته و با جایگزین کردن HRmax در معادله ،VO2max را بدست می آوریم :
VO2=b+m.H
b= 12HR2VO2-HR HR*VO2nHR2-(HR)2'>


m= 12nHR*VO2-HRVO2nHR2-HR2'>


VO2max=b+m.HRmax
ب- روش نموگرام آستراند
این روش اولین بار توسط آستراند در سال 1960 با ارائه یک نموگرام پیشنهاد شد ، سپس در سال 1985 توسط Astrand &rodahl اصلاح گردید . در سال 1986آقایان فریبرز طیاری و Ramseyمدلی را بر پایه نموگرام آستراند پیشنهاد کردند که خطای بسیار کمتری دارد . در این مدل VO₂max با استفاده از فرمول های زیر برای خانم ها و آقایان محاسبه می گردد :
برای آقایان VO₂max=AG.(131/5.VO₂)/(HR-62)
برای خانم ها VO₂max=AG.(131/5.VO₂)/(HR-72)
VO₂=مصرف اکسیژن در حین اجرای تست بر حسب لیتر در دقیقه
HR=ضربان قلب در حین اجرای تست بر حسب ضربه در دقیقه
VO₂max=حداکثر توانایی ایروبیک بر حسب لیتر در دقیقه
A.G=فاکتور تصحیح سن که پس از تصحیح وارد فرمول می شود .
فاکتور سن در فرمول پس از تصحیح قرار می گیرد . فاکتور سن با استفاده از فرمول زیر محاسبه می گردد :
AG=1/12 -0/0073.age
الزاماًسن فرد بر حسب سال در فرمول فوق قرار گرفته و به صورت فاکتور سن (AG) در می آید و سپس در فرمول محاسبه VO₂maxقرار می گیرد .
ج- تست پله سیکو نولفی
در بسیاری از صنایع دسترسی به دستگاه اکسیژن آنالیزور (آکسی لوگ ) ممکن نیست و در این موارد تست پله به عنوان روش جایگزین پیشنهاد می گردد . آزمایش پله یکی از راههایی است که توسط آن با استفاده از تعیین ضربان قلب در حین تست می توان حجم مصرفی اکسیژن را در مورد فرد مورد آزمایش تخمین زد .
تا کنون انواع مختلفی از تست پله ،پیشنهاد شده است از جمله پیشنهاد Astrand & Rodahl -1986 روش Kromer 1990 و روش Siconolfi 1985 . در این روشها ، روش سیکونولفی که در سال 1985 ارائه گردیده است برای استفاده در صنعت مناسب تر به نظر می رسد .
روش سیکونولفی یک تست غیر فشرده پله می باشد که برای افراد 70 تا 19سال می تواند بکار رود ، در این روش از یک پله به ارتفاع 10 اینچ (25cm)استفاده می گردد . در روش سیکونولفی تست طی 3 مرحله 3دقیقه ای انجام می گیرد که هر مرحله توسط یک دقیقه استراحت از مراحل دیگر جدا می شود .
روش سیکونولفی بر اساس راهنماییهای (American college of sports medicine 1991) تدوین شده است در این روش فرد طی 3 مرحله روی پله مورد نظر با ریتم حرکتی 30 بار در دقیقه تست را انجام میدهد و با استفاده از فرمول زیر اکسیژن مصرفی در حین تست تعیین می گردد :
VO₂=0/35 .f + 2/395 .f . h
f:فرکانس بالا رفتن پله (گام در دقیقه)
h:ارتفاع پله (mمتر)
VO₂:اکسیژن مصرفی بر حسب ml/kg.min میلی لیتر بر کیلوگرم دقیقه
د- روش طیاری (1995)
این روش قراردادی در سال 1995 توسط فریبرز طیاری برای تخمین ظرفیت هوازی ارائه گردید . در این مدت که با در نظر گرفتن وزن فرد مورد آزمایش و همچنین سرعت حرکت راه رفتن فرد روی تسمه نقاله (tread mill) ، ضربان قلب فرد در حین فعالیت اندازه گیری می شود (حداقل زمان فعالیت 5 دقیقه ) می توان با استفاده از فرمول زیر ، توانایی ایروبیک فرد (VO₂max) را تخمین زد .
VO₂ max = 120.263Wb+10V+13.15HR+G-72'>
VO₂max=حداکثر توانایی ایروبیک بر حسب لیتر در دقیقه
Wb=وزن بدن بر حسب کیلوگرم
V=سرعت راه رفتن روی تسمه نقاله بر حسب کیلومتر در ساعت (حدود 10 تا 7 کیلومتر در ساعت پیشنهاد می شود )
HR=ضربان قلب در حین راه رفتن بر حسب ضربه در دقیقه
G=فاکتور جنس برای مردان 10=G و برای زنان 0=G می باشد .
در این روش برای افراد 30 سال به بالا ، پس از محاسبه VO₂max،
فاکتور تصحیح سن از فرمول زیر تعیین شده و در VO₂max ضرب می گردد تا مقدار تصحیح شده (حقیقی) بدست آید .
AG=1/12 -0/0073 .age
VO₂max (correct) =VO₂max . AG
3- روشهای قراردادی(conventional method ):
-آزمون راه رفتن راکپورت(Rockport Walk Test )
کلاین kline و همکارانش روشی برای بدست آوردن ماکریمم اکسیژن مصرفی از طریق یک مایل راه رفتن (1609.35) را منتشر کردند.فرد مسافت یک مایل را تا جائی که ممکن است به تندی راه میرود.زمان تمام کردن مسیر یک مایل ثبت می گرددو ضربان قلب اوبه مدت 15 ثانیه بلا فاصله پس از به پایان رسیدن مسیر، اندازه گیری می شود.به خاطر داشته باشیم فرد نباید بدود بلکه باید مسافت را با سرعت معین طی کند و برای اینکار باید آموزش داده شود. اندازه گیری ها ی ضربان قلب باید توسط sport tester ویا chest starp monitor انجام گیرد. VO2 MAX با استفاده از فرمول زیر محاسبه می گردد:
VO2 MAX= 12[6965.2+20.02ظˆط²ظ† ط¨ط¯ظ†-25.7ط³ظ†+ 595.5ط¬ظ†ط³+ 224ط²ظ…ط•ظ†-11.5(ط¶ط±ط¨ط•ظ† ظ‚ظ„ط¨ )ظˆط²ظ† ط¨ط¯ظ†'>

در فرمول فوق زمان بر حسب دقیقه ضربان قلب بر حسب ضربه در دقیقه عدد جنس برای مردان 1 و برای زنان 0 صفر است سن بر حسب سال میباشد.