Cardiovascular Reactivity during Repetitive Tasks in the Presence of Fatigue

Abstract

Priekšvēsture: Profesionālais stress ir saistīts ar depresijas un noguruma scenārijiem neatkarīgi no darba intensitātes. Nogurums, veicot atkārtotus uzdevumus darba vietā, ir cieši saistīts ar darba risku un izteiktu produktivitātes samazināšanos. Veiktie pasākumi parasti ir balstīti uz subjektīvām darbinieku noguruma interpretācijām vai tiešu muskuļu aktivitāti, ko pēc tam izmanto noguruma kumulatīvai novērtēšanai. “Industry 4.0” valkājamo ierīču koncepcija ļautu apiet šos šķēršļus, nodrošinot nepārtrauktu uzraudzību un tādējādi reālistiskāku to noguruma līmeņa attēlojumu. Mērķis: šī pētījuma mērķis ir kvantitatīvi noteikt sirdsdarbības ātruma mainīgumu, mērot sirds un asinsvadu sistēmas reakciju atkārtota darba laikā, kad ir nogurums. Uzdevumi: tika izstrādāts protokols, lai modelētu reālās dzīves darba vietas scenāriju, kurā darba maiņas laikā parasti tiek praktizēts zemas intensitātes atkārtotu uzdevumu kopums. Pēc tam iegūtie signāli tika apstrādāti, un sirdsdarbības ātruma mainīgums tika aprēķināts, izmantojot fraktāļu analīzi un laika domēna mainīgos. Hipotēze: Tika izvirzīta hipotēze, ka 1) mainīguma apjoms un 2) mainības struktūra mainīsies, veicot atkārtotu darbu noguruma klātbūtnē. Metodoloģija: Šajā pētījumā piedalījās 22 veseli indivīdi (11 sievietes, 11 vīrieši; vecums 27,0 ± 8,3 gadi; augums: 1,72 ± 0,09 m; svars: 63,4 ± 12,9 kg), kas bija pilnībā informēti un pieņēma protokolu, kas tika skaidri izskaidrots iepriekš. izmēģinājumi notika. Šim nolūkam dalībniekiem tika lūgts veikt trīs 10 minūšu izmēģinājumus, veicot atkārtotu uzdevumu. Starp katru izmēģinājumu tika veikts noguruma protokols, kas bija vērsts uz galveno agonista muskuļu. Trīs izmēģinājumu laikā (sākotnējais, 1. nogurums un 2. nogurums) tika savākta EKG, izmantojot valkājamu joslu, kas novietota xiphoid piedēkļa līmenī. Rezultāti: sirdsdarbības ātruma mainīguma nelinearitāte neuzrādīja statistiski nozīmīgas izmaiņas, lai gan HRV laika domēna mērījumi uzrādīja būtiskas atšķirības no bāzes līnijas līdz noguruma izmēģinājumiem, proti, NN intervālu standartnovirze, secīgu RR intervālu vidējais kvadrāts. atšķirības, variācijas koeficientu un pašu sirdsdarbības ātrumu. Šie rezultāti parāda, ka ir iespējams izmantot HRV kvantitatīvās noteikšanas laika domēna algoritmus, lai reāllaikā novērtētu fizioloģiskās izmaiņas, kuras darbinieks piedzīvo atkārtotā darbstacijā attiecībā uz nogurumu. Secinājumi: Šie rezultāti ir aizrautīgi, piemērojot algoritmus, kas izmanto sirdsdarbības mainīgumu, lai kvantitatīvi noteiktu sirds un asinsvadu sistēmas reakciju uz nogurumu atkārtota darba laikā. Tie parāda, ka ar informāciju laika domēnā ir iespējams pēc laika intervāla pārbaudīt fizioloģiskās izmaiņas, kuras darbinieks piedzīvo. Turklāt šīs izmaiņas ir saistītas arī ar mainīguma lielumu, nevis ar sirdsdarbības ātruma mainīguma fraktāļu struktūru.

Background: Occupational stress has been associated with depression and fatigue scenarios, regardless of the intensity at which work is performed. Fatigue during repetitive tasks in the workplace has been intrinsically connected with occupational risk and a pronounced reduction in productivity. The measures taken are usually based on subjective interpretations of fatigue by the workers or on direct muscular activity, which are then used for a cumulative evaluation of the fatigue. The concept of “Industry 4.0” wearable devices would allow to bypass these obstacles, providing a continuous monitoring and thus, a more realistic representation of their fatigue levels. Aim: The objective of this study is to quantify heart rate variability, measuring cardiovascular responsiveness, during repetitive work when fatigue is present. Tasks: A protocol was developed to simulate a real-life workplace scenario where a set of low-intensity repetitive tasks are commonly practiced during a work shift. The signals obtained were then processed, and heart rate variability was calculated using fractal analysis and time domain variables. Hypothesis: It was hypothesized that 1) the amount of variability and 2) the structure of variability will change during repetitive work in the presence of fatigue. Methodology: This study was composed of 22 healthy individuals (11 females, 11 males; age 27.0 ± 8.3 years; height: 1.72 ± 0.09 m; mass: 63.4 ± 12.9 kg), fully informed and accepting of the protocol which was plainly explained before the trials took place. For this purpose, participants were asked to perform three 10-minute trials while doing a repetitive task. Between each trial, a fatigue protocol was carried out, targeting the main agonist muscle. An ECG was collected during the three trials (Baseline, Fatigue 1, and Fatigue 2) through a wearable band placed on the level of the xiphoid appendix. Results: The nonlinearity of the heart rate variability showed no statistically significant changes, although the time-domain measurements of HRV showed significant differences from the baseline to the fatigue trials, namely the Standard Deviation of NN intervals, the Root Mean Square of successive RR interval differences, Coefficient of Variation, and Heart Rate itself. These results demonstrate the feasibility of using time-domain algorithms of quantification of HRV to assess in real-time physiological changes that the worker is experiencing in a repetitive workstation in regard to fatigue. Conclusions: These results are enthusiastic for applying algorithms that use heart rate variability to quantify cardiovascular responsiveness to fatigue during repetitive work. They show that with information in the time domain, it is possible to verify by time interval physiological changes that the worker is undergoing. Additionally, these changes are also related to the amount of variability and not to the fractal structure of heart rate variability.