Stresssensitive subjektorientierte Modellierung
und Ausführung von Geschäftsprozessen
in produzierenden Unternehmen
Masterarbeit
zur Erlangung des akademischen Grades
Master of Science (MSc.)
im MasterstudiumWirtschaftsinformatik
Eingereicht von:Jürgen Krammer, BSc.
Angefertigt am:Institut für Wirtschaftsinformatik – Communications Engineering
Begutachter:
o.Univ.Prof. Dr. Christian Stary
Eidesstattliche Erklärung
Ich erkläre an Eides statt, dass ich die vorliegende Masterarbeit selbstständig und ohne fremde Hilfe verfasst, andere als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel nicht benutzt bzw. die wörtlich oder sinngemäß entnommenen Stellen als solche kenntlich gemacht habe.
Die vorliegende Masterarbeit ist mit dem elektronisch übermittelten Textdokument identisch.
Inhaltsverzeichnis
Vorbemerkung ... 1
Einleitung ... 1
Aufbau der Arbeit ... 5
1 Stress in Arbeitssituationen ... 9
1.1 Mögliche Ursachen für arbeitsbedingten Stress in produzierenden Unternehmen ... 9
1.2 Messbare Auswirkungen von Stress auf den menschlichen Körper ... 15
1.2.1 Herzfrequenz ... 16 1.2.2 Herzratenvariabilität ... 18 1.2.3 Blutdruck ... 24 1.2.4 Körpertemperatur ... 27 1.2.5 Atemfrequenz ... 29 1.2.6 Hautleitfähigkeit ... 29
1.3 Interventionsmöglichkeiten gegen arbeitsbedingten Stress ... 34
1.3.1 Belastungsquelle Rolle ... 36
1.3.2 Belastungsquelle soziales Umfeld ... 37
1.3.3 Belastungsquelle physikalische Umgebung ... 38
1.3.4 Belastungsquelle zeitliche Dimension ... 39
1.3.5 Belastungsquelle Arbeitsaufgabe und Arbeitsorganisation ... 41
2 Modellierung ... 47
2.1 Anforderungen an die Modellierungssprache und die verfügbare Werkzeugunterstützung ... 47
2.1.1 Szenario ... 47
2.1.2 Anforderungen an die Modellierungssprache und die Werkzeugunterstützung ... 49
2.2 Prüfung der Modellierungssprache und Werkzeugunterstützung auf Eignung ... 51
2.2.1 Grundlagen der Modellierungssprache S-BPM ... 52
2.2.2 Prüfung der Eignung von S-BPM und Metasonic Suite ... 53
2.3 Modellierung eines stresssensitiven Prozesses ... 56
2.3.1 Interventionsauslösende Grenzwerte von Vitalparametern ... 56
2.3.2 Beispiel für einen stresssensitiven Prozess in der Produktion ... 63
2.3.3 Prüfung der Anforderungen ... 90
3 Implementierung der Software und Prüfung der Sensoren ... 93
3.1 Prüfung der Eignung der Sensoren ... 93
3.1.1 Szenario ... 94
3.1.2 Polar H7 Brustgurt ... 95
3.1.3 BioRing ... 98
3.1.4 Ergebnis der Prüfung ... 101
3.2 Implementierung der Mobiltelefonanwendung und des Webservices ... 101
3.2.1 Android Anwendung ... 101
3.2.2 Webservice ... 104
4 Erprobung des stresssensitiven Modells ... 106
4.1 Design der Laborstudie ... 106
4.2 Testfälle ... 109 4.3 Erprobung ... 109 4.3.1 Proband 1: ... 109 4.3.2 Proband 2: ... 111 4.3.3 Proband 3 ... 113 4.3.4 Proband 4 ... 113 4.3.5 Proband 5 ... 115 4.3.6 Proband 6 ... 116 4.3.7 Proband 7 ... 117 4.3.8 Proband 8 ... 118 4.3.9 Proband 9 ... 121 4.3.10 Proband 10 ... 123
4.3.11 Diskussion der Erprobung ... 125
5 Erkenntnisse ... 129
Abbildungsverzeichnis ... 133
Tabellenverzeichnis ... 134
6 Anhang ... 146 6.1 Messwerte Humandaten ... 146 6.1.1 Proband 1 ... 146 6.1.2 Proband 2 ... 149 6.1.3 Proband 3 ... 151 6.1.4 Proband 4 ... 153 6.1.5 Proband 5 ... 156 6.1.6 Proband 6 ... 159 6.1.7 Proband 7 ... 162
6.1.8 Messwerte BioRing RR Intervalle zur Auswertung in Kubios ... 165
6.1.9 Auswertung BioRing Messwerte in Kubios ... 166
6.2 Android ... 167 6.2.1 BLEHeartRateSensor.java ... 167 6.3 WebService ... 171 6.3.1 Resources.java ... 171 6.3.2 MySQLService.java ... 174 6.3.3 Tabellen in Datenbank ... 177 6.4 Testfälle ... 178 6.4.1 Testfall 1: ... 178 6.4.2 Testfall 2: ... 180 6.4.3 Testfall 3: ... 182 6.4.4 Testfall 4: ... 183 6.4.5 Testfall 5: ... 185 6.4.6 Testfall 6: ... 188 6.4.7 Testfall 7: ... 191 6.4.8 Testfall 8: ... 193 6.4.9 Testfall 9: ... 194
6.5 Erprobung des Modells ... 195
6.5.1 Messwerte Proband 1 ... 195 6.5.2 Messwerte Proband 2 ... 198 6.5.3 Messwerte Proband 3 ... 202 6.5.4 Messwerte Proband 4 ... 203 6.5.5 Messwerte Proband 5 ... 207 6.5.6 Messwerte Proband 6 ... 213 6.5.7 Messwerte Proband 7 ... 217 6.5.8 Messwerte Proband 8 ... 220 6.5.9 Messwerte Proband 9 ... 224 6.5.10 Messwerte Proband 10 ... 229 6.5.11 Befragung Proband 1 ... 234 6.5.12 Befragung Proband 2 ... 234 6.5.13 Befragung Proband 3 ... 235 6.5.14 Befragung Proband 4 ... 236 6.5.15 Befragung Proband 5 ... 236 6.5.16 Befragung Proband 6 ... 237 6.5.17 Befragung Proband 7 ... 237 6.5.18 Befragung Proband 8 ... 238 6.5.19 Befragung Proband 9 ... 239 6.5.20 Befragung Proband 10 ... 239
Vorbemerkung
In dieser Arbeit wurde auf die Nennung beider Geschlechter (die Arbeiterinnen und Arbeiter) oder die Darstellung beider Geschlechter mittels Binnen-I (ProbandInnen) zugunsten einer einfacheren Lesbarkeit des Textes verzichtet. Es wurde ebenfalls auf eine Schreibweise, welche nur weibliche Begriffe verwendet, verzichtet. Daher soll hier betont werden, dass bei allgemeinen Personenbezügen beide Geschlechter gemeint sind, und Frauen nicht benachteiligt werden sollen. [Bös et al. 2000, S. 2]
Einleitung
Unternehmen werden immer mehr von Umweltdynamik und Umweltkomplexität beeinflusst [Kurz 2011, S. 193]. Aus diesem Grund müssen auch Geschäftsprozesse diesen geänderten Anforderungen Rechnung tragen. Geschäftsprozesse sind eine Menge an Aktivitäten, welche sich auf ein Unternehmen beziehen und in einem logischen Zusammenhang stehen um ein gewünschtes Ergebnis zu erreichen [Aguilar-Saven 2004]. Ein Geschäftsprozessmodell kann zur Bildung eines
gemeinsamen Verständnisses und zur Kommunikation dieses Prozesses verwendet werden. Geschäftsprozessmodelle können auch mittels einer Workflow Engine zur Ausführung gebracht werden [Wolf et al 2009]. [Aguilar-Saven 2004] hebt weiters hervor, dass eine korrekte Modellierung des Prozesses wichtig ist. Bei der korrekten Modellierung bezieht sich [Aguilar-Saven 2004] auf den Grundsatz der Richtigkeit aus den Grundsätzen der ordnungsmäßigen Modellierung. Dieser besagt, dass ein Modell eine syntaktische und eine semantische Ausprägung hat [Becker et al. 1995, S. 437]. Die syntaktische Ausprägung bezieht sich auf die formale Korrektheit eines Modells, also ob es vollständig und konsistent gegenüber dem zugrundeliegenden Metamodell ist. Die semantische Ausprägung bezieht sich auf die Abbildungsfunktion und lässt sich an der Struktur- und Verhaltenstreue des Modells im Vergleich zu dem abgebildeten Objektsystem feststellen [Becker et al. 1995, S. 437f].
[Wagner & Ferstl 2011, S. 174ff] beziehen sich wie [Aguilar-Saven 2004] auf den Grundsatz der Richtigkeit und stellen fest, dass die Abbildungstreue, also die semantische Ausprägung eines Modells, durch die Einbeziehung von
Kontextinformationen in ein Modell erhöht werden kann. Diese Kontextinformationen werden als sekundäre Einflussgrößen bezeichnet und beeinflussen den Ablauf der
modellierten Prozesse, ohne das ursprüngliche Modell zu verändern. Sie bestimmen den konkreten Ablauf eines Prozesses. [Rosemann et al. 2006, S. 3] und
[Kannengiesser et al. 2014] erachten diese Kontextinformationen für Prozessmodelle als wichtig, da hierdurch eine höhere Flexibilität der Prozesse erreicht werden kann. Sie beschreiben flexible, agile und adaptierbare Geschäftsprozesse als Prozesse die zum Ausführungszeitpunkt auf sich ändernde Anforderungen reagieren können. [Rosemann et al. 2006] und [Rosemann & Recker 2006] stellen fest, dass durch die Kontrolle und Überwachung von kontextspezifischen Einflussgrößen und der
Einbindung dieser in ein Modell, ein kontextsensitiver Geschäftsprozess entsteht. Diese Einflussgrößen haben in Folge Einfluss auf Prozessdesign und
Prozessausführung. [Wagner & Ferstl 2011, S. 174] heben jedoch hervor, dass diese Kontextinformationen meist nicht im Modell berücksichtigt werden um die Komplexität des Modelles zu reduzieren. [Ploesser et al. 2009], [Dey 2001], [Rosemann & Recker 2006] und [Wagner & Ferstl 2011] erachten es für Geschäftsprozesse als wichtig, sich an einen sich ändernden Kontext anzupassen. [Rosemann et al. 2006] stellen fest, dass Geschäftsprozesse durch diese Anpassung dynamisch ändernde
Situationen besser abbilden können.
Durch diese erhöhte Abbildungstreue der Geschäftsmodelle können Personen, welche Prozesse ausführen, besser in der Ausführung unterstützt werden. Dies spiegelt sich in einer erhöhten Effektivität wider, da sich Personen nicht an das Modell anpassen müssen, sondern den Anforderungen der jeweiligen Situation entsprechende Geschäftsprozesse bereitgestellt bekommen. Hierdurch können zum Beispiel Durchlaufzeiten reduziert werden, was sich wiederum in einer gesteigerten Effizienz widerspiegelt [Rosemann & Recker 2006, S. 155], [Rosenmann et al. 2009]. Geschäftsprozesse umfassen eine Abfolge von Aktivitäten, welche von Menschen und/oder Maschinen zur Leistungserbringung in Organisationen ausgeführt werden [Heravizadeh & Edmond 2008]. [Litzcke & Schuh 2010, S.3] heben hervor, dass Stress ein Bestandteil von Arbeitssituationen ist.
Stress ist ein äußerer Einflussfaktor welcher auf den Menschen einwirkt [Litzcke & Schuh 2010, S.7]. Stress am Arbeitsplatz kann mitunter in die Kategorien Rolle, soziales Umfeld, physikalische Umgebung, zeitliche Dimension, sowie
Arbeitsaufgabe und Arbeitsorganisation unterteilt werden [Ulrich & Wülser 2015, S.69f]. Der Dimension Rolle werden Stressoren wie zum Beispiel Rollenkonflikte
soziale Konflikte beinhalten. Der physikalischen Umgebung können Stressoren wie Temperatur oder Lärm zugewiesen werden. Die zeitliche Dimension beinhaltet Stressoren wie lange Arbeitszeiten oder Schichtarbeit. Die Begrifflichkeit
„Arbeitsaufgabe und Arbeitsorganisation“ beschreibt Stressoren wie zum Beispiel Überforderung oder Unterforderung des Menschen.
Diese Stressoren können Stress verursachen, welcher eine messbare Auswirkung auf das vegetative Nervensystem (VNS) hat [Litzcke & Schuh 2010, S. 27ff]. Das vegetative Nervensystem ist der willentlichen Kontrolle des Menschen entzogen und regelt die Veränderung der Organfunktionen, wodurch sich der Körper den
Außenbedingungen anpasst [Litzcke & Schuh 2010, S. 28]. Das VNS besteht aus zwei Teilen, dem Parasympathikus, welcher der Schonung und Erholung dient und dem Sympathikus, welcher eine Bereitschaft zur Leistung bewirkt [Litzcke & Schuh 2010, S. 27ff]. Die Veränderungen können am menschlichen Körper durch Herz, Atmung, Durchblutung, Stoffwechsel, Magen/Darm, Bauchspeicheldrüse, Auge, Schweißdrüsen, Haare und Körpertemperatur gemessen werden [Litzcke & Schuh 2010, S. 29].
[Litzcke et al. 2013, S.19f] heben hervor, dass Stress die Fähigkeit zum langfristigen Denken minimieren kann, welches eine direkte Auswirkung auf eine adäquate
Einschätzung einer zukünftigen Situation und der daraus resultierenden Folgen hat. Weiters heben sie hervor, dass durch Stress Denkstörungen zunehmen, was sich in irrationalen Denkmustern manifestiert. Sie beschreiben auch, dass die
Konzentrationsfähigkeit, Beobachtungsfähigkeit und Aufmerksamkeit abnimmt und im Gegenzug die Ablenkbarkeit zunimmt. [Maryssek 2003] beschreibt, dass Stress auch zu Flüchtigkeitsfehlern führt. [Wenchel 1999, S.32] beschreibt, dass durch Stress Hektik und Konfusion entstehen können. [Arbeitssicherheit 2014] beschreibt weiters, dass Stress zu einem sicherheitswidrigen Verhalten führen kann.
Durch diese, aus Stress resultierenden Einschränkungen ergibt sich eine erhöhte Unfallgefahr [Wenchel 1999, S.31f], [Maryssek 2003, S.51], [Strobach 2014]. [Litzcke et al. 2013, S.52] beschreiben sogar, dass sich durch Stress häufige und schwere Unfälle ergeben. Dies kann sogar bis zum Todesfall durch chronischen Stress am Arbeitsplatz führen [Madea 2007]. Da gerade im Produktionsprozess mit schweren Maschinen gearbeitet wird, verlangt dieser ein hohes Maß an
Konzentration und Aufmerksamkeit um die Gefahr eines Arbeitsunfalls zu senken. Stress kann als äußerer Einfluss auf Menschen, welche Bestandteil eines Prozesses
sind als Kontextfaktor gesehen werden und wie von [Ploesser et al. 2009], [Dey 2001],[Rosemann & Recker 2006] und [Wagner & Ferstl 2011] gefordert, in ein Modell integriert werden. Durch die Einbindung des Kontextfaktors Stress zur
Laufzeit kann eine höhere Abbildungstreue eines Prozesses erreicht werden. Durch das Verständnis dieses Kontextfaktors und einer höheren Abbildungstreue kann wiederum ein effektiverer Prozess resultieren [Ploesser et al. 2009, S. 2]. Durch die dynamische Anpassung eines Prozesses auf den Kontextfaktor Stress zur Laufzeit und eine entsprechende Intervention auf Stress könnte dieser Prozess mitunter auch effizienter sein, da Stress, wie durch [Stauder C. 2009, S. 12] festgestellt, Einfluss auf die Arbeitsleistung hat.
Durch die geminderte Arbeitsleistung und Krankenstände resultierende Störung der Arbeitsabläufe entstehen Unternehmen erhebliche Kostensteigerungen [Stauder C. 2009, S. 12].
Vor diesem Hintergrund kann die zentrale Fragestellung „Wie kann arbeitsbedingter Stress bei Menschen am Körper in Arbeitssituationen in produzierenden
Unternehmen gemessen und bei der Modellierung von fertigenden Arbeitsabläufen und in der Ausführungsunterstützung berücksichtigt werden?“ abgeleitet werden.
Aufbau der Arbeit
Aus der zentralen Fragestellung: „Wie kann arbeitsbedingter Stress bei Menschen am Körper in Arbeitssituationen in produzierenden Unternehmen gemessen und bei der Modellierung von fertigenden Arbeitsabläufen und in der
Ausführungsunterstützung berücksichtigt werden?“ werden zur Strukturierung Teilfragestellungen abgeleitet.
FS 1:
Was können auslösende Faktoren für Stress in Arbeitssituationen in produzierenden Unternehmen sein, welche in einem
Prozessmodell berücksichtigt werden können?
Im Rahmen dieser Fragestellung wird in Abschnitt 1.1 auf mögliche, Stress auslösende Faktoren in Arbeitssituationen in produzierenden Unternehmen eingegangen. Diese können zum Beispiel Überforderung, Unterforderung,
Arbeitstempo oder Monotonie sein. In Folge wird diskutiert welche Auswirkungen Stress auf den Menschen im Bereich der kognitiven Ebene, Verhaltensebene und auf das vegetativ-hormonelle System hat.
FS 2:
Wie kann arbeitsbedingter Stress am menschlichen Körper in Arbeitssituationen in produzierenden Unternehmen gemessen
werden?
Der Abschnitt 1.2 diskutiert, welche Veränderungen Stress am Arbeitsplatz im vegetativen Nervensystem eines Menschen hervorrufen kann. Es wird auch darauf eingegangen, welche am menschlichen Körper messbaren Vitalparameter Stress in Arbeitssituationen widerspiegeln. Es wird auch erörtert, wie diese Vitalparameter am menschlichen Körper gemessen werden können.
FS 3:
Wie können die erhobenen Messwerte interpretiert werden?
Im Abschnitt 1.2 wird weiters auf mögliche Normwerte und Interpretationen der festgestellten Vitalparameter eingegangen. In Abschnitt 1.3 wird anhand der Literatur diskutiert, welche der identifizierten Vitalparameter zur Erkennung von Stress in Arbeitssituationen, welchem möglichen Stressor zugeordnet werden können.
FS 4:
Wie kann arbeitsbedingter Stress in Prozessmodellen repräsentiert werden?
Der Abschnitt 1.3 greift weiters die in den vorherigen Kapiteln identifizierten möglichen Ursachen für Stress am Arbeitsplatz auf, kategorisiert diese und stellt einen Zusammenhang mit den Vitalparametern her. Weiters werden mögliche Interventionen gegen Stress in Arbeitssituationen in produzierenden Unternehmen anhand der Literatur diskutiert. Kapitel 2 beschreibt welche Anforderungen an eine Modellierungssprache und ein Modellierungswerkzeug für die Modellierung eines ausführbaren Modells, welches Arbeitsabläufe in Fertigung und Produktion abbildet, gestellt werden. Weiters wird die Eignung der Modellierungssprache S-BPM und die des Modellierungswerkzeugs Metasonic Suite 5.2 geprüft und die grundlegenden Elemente dieser Modellierungssprache werden erklärt. Abschnitt 2.3.1 beschreibt mögliche Grenzwerte zur Erkennung von Stress in Arbeitssituationen, welche im Modell zu Anwendung kommen. Abschließend zeigt Abschnitt 2.3 die Modellierung eines stresssensitiven Prozesses in Metasonic Suite 5.2 und zeigt, anhand von an Vitalparametern erkanntem Stress in Arbeitssituationen in produzierenden
Unternehmen, wie die in Abschnitt 1.3 beschriebenen Interventionen berücksichtigt werden können.
FS 5:
Wie kann arbeitsbedingter Stress bei der Ausführung eines Prozessmodells berücksichtigt werden?
Kapitel 3 überprüft zwei Sensoren zur Messung von Vitalparametern auf deren Eignung zur Verwendung für die Erprobung des in Kapitel 2 erstellten Modells. Weiters wird in diesem Kapitel auf die Implementierung einer Android Anwendung und eines Webservices, welche für diese Erprobung benötigt werden, eingegangen. Kapitel 4 beschreibt die Erprobung des in Kapitel 2 erstellten prototypischen Modells. Das prototypische Modell wird mit Probanden getestet und überprüft, ob dieses Modell Stress am Arbeitsplatz erkennen und zur Laufzeit gegen diesen Stress Interventionen setzen kann. Es werden nach der Ausführung Daten in Form einer Befragung erhoben und diskutiert.
Die Abbildung 1 illustriert den Zusammenhang zwischen den Fragestellungen, Methoden und Kapiteln, sowie Abschnitten der Arbeit.
Se ite 8 d u n g 1 Au fb a u d e r Ar b e it
1 Stress in Arbeitssituationen
In diesem Kapitel wird darauf eingegangen, was auslösende Faktoren für Stress in Arbeitssituationen eines produzierenden Unternehmens sein können. Wie sich Stress in diesen Situationen am menschlichen Körper widerspiegeln und gemessen werden kann. Des weiteren wird auf mögliche Interpretationen dieser erhobenen Werte anhand der Literatur eingegangen. Abschließend werden Interventionsmöglichkeiten gegen Stress in Arbeitssituationen eines produzierenden Unternehmens anhand der Literatur aufgezeigt.
1.1 Mögliche Ursachen für arbeitsbedingten Stress in
produzierenden Unternehmen
Stress ist ein Phänomen, welches sowohl aus komplexen Zusammenhängen, als auch aus einem Wechselspiel von Körper, Psyche und Umwelt entstehen kann [Steinmann 2005, S. 41]. [Ulrich & Wülser 2015, S. 58ff] beschreiben Stress anhand der DIN EN ISO 10075-1 als Belastungen, welche von außen kommend, auch psychisch auf den Menschen einwirken. Stress kann in positiven und negativen Stress unterteilt werden [Litzcke et al. 2013, S. 8ff], [Myers 2008, S. 947], [Cox 1993, S. 7]. Der positive Stress bewirkt Motivation und negativer Stress versetzt den menschlichen Körper in Anspannung, sowie in einen Alarmzustand [Litzcke et al. 2013, S. VI]. Da nur der negative Stress eine nachteilige Auswirkung auf den Arbeitsprozess hat, beschäftigt sich diese Arbeit nur mit dem negativen Stress. Auslösende Faktoren für Stress werden Stressoren genannt [Steinmann 2005, S. 41], [Litzcke et al. 2013, S. 2]. Stress ist gegeben, wenn ein Ungleichgewicht zwischen inneren und äußeren Anforderungen und Belastungen sowie eine
Auswirkung auf körperlicher, psychischer oder sozialer Ebene besteht [Steinmann 2005, S. 42]. Stress manifestiert sich als eine unspezifische Reaktion des Körpers auf diese Stressoren [Steinmann 2005, S. 41], [Litzcke et al. 2013, S. 2]. Dies kann zum Beispiel eine Reaktion des Körpers auf Hitze oder Kälte sein [Litzcke et al. 2013, S. 2]. Durch Stress kann eine mangelnde Arbeitsleistung in Form von Passivität oder Nachlässigkeit, sowie ein erhöhtes Unfallrisiko, welches zum Beispiel durch
unzureichende Aufmerksamkeit oder Schläfrigkeit bei Steuertätigkeiten bedingt ist auslösen [Braun 2009, S. 134]. [Wenchel 1999, S.31f], [Maryssek 2003, S.51] und [Strobach 2014] beschreiben, dass durch Stress bedingte Einschränkungen eine
erhöhte Unfallgefahr entstehen kann. [Litzcke et al. 2013, S.52] beschreiben sogar, dass sich durch Stress häufige und schwere Unfälle ergeben.
Im Bezug auf Arbeitssituationen in produzierenden Unternehmen werden mögliche Stressoren aus der Literatur in Tabelle 1 dargestellt.
Se ite 11 Str es so r Er lä u te ru n g L ite ra tu rq u el le Z ei td ru ck Dr u ck , we lc h e r e n ts te h t, we n n in k u rz e r Z e it vi e l A rb e it e rl e d ig t we rd e n m u ss [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 2 f], [U n fa llk a ss e 2 0 0 5 , S . 5 6 ], [J a n d o va 2 0 1 0 , S . 23] , [S char nhor st 2008, S . 51] , [W enc hel et al 2009] , [H ar lfi nger -Wo itz ik et al . 2011, S . 24] , [S tei nm ann 2005, S . 56] , [K endal l et al . 2000, S . 30f f] , [C o x 1 9 9 3 , S .3 6 ] , [U lr ic h & W ü ls e r 2 0 1 5 , S . 7 4 ] Termi n d ru ck Dr u ck a u f Gr u n d e in e s n a h e n d e n T e rm in s [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 3 ], [U n fa llk a ss e 2 0 0 5 , S . 5 3 ], [S ch a rn h o rs t 2 0 0 8 , S. 5 1 ], [ St e in m a n n 2 0 0 5 , S. 5 6 ], [ C o x 1 9 9 3 , S. 3 6 ], [ Br a u n 2 0 0 9 , S. 1 3 4 ] A rb ei ts te m p o Ge sc h wi n d ig ke it in we lc h e r g e a rb e ite t we rd e n m u ss . [L itz ck e e t a l. 2013, S . 3] , [J andova 2010, S . 23] , [C ont i et al . 2006, S . 1020] A rb ei ts ü b er la stu n g Ei n e n ic h t m e h r zu b e w ä lti g e n d e Ar b e its b e la st u n g [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 2 ], [H a rlfin g e r-Wo itz ik e t a l. 2 0 1 1 ], [ A n b a zh a g a n & Ra ja n 2 0 1 3 ], [ K e n d a ll e t a l. 2 0 0 0 , S . 3 0 ff ], [F a ir b ro th e r & W a rn 2 0 0 2 , S . 9] , [C ont i et al . 2006, S . 1020] A rb ei ts u m fa n g Zu er ledi gende Tät igk ei ten [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 3 ], [C o n ti e t a l. 2 0 0 6 , S . 1 0 2 0 ], [B ra u n 2 0 0 9 , S . 134] A rb ei ts sc h w ie ri g ke it „D ie D iff e re n z zw is ch e n e rw a rt e te r u n d a kt u e lle r Lei st ung“ [S ch m id t 2 0 1 0 , S . 4 9 9 ] [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 3 ], [U n fa llk a ss e 2 0 0 5 , S . 5 6 ] m o n o to n e A rb ei t Ge ke n n ze ic h n e t d u rc h g e ri n g e De n ka n fo rd e ru n g e n u n d Gl e ic h fö rm ig ke it, wo b e i t ro tz d e m e in e s tä n d ig e K o n ze n tr a tio n abver langt w ir d [U lr ic h & W ül ser 2015, S. 7 4 ] [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 2 f], [U n fa llk a ss e 2 0 0 5 , S . 5 6 ], [H a rlfin g e r-Wo itz ik et al . 2011, S . 11] , [W enc hel 2009, S . 33] Über - / U n te rfo rd er u n g Ei n e Ü b e rf o rd e ru n g k a n n d u rc h e in e z u g ro ß e Ar b e its m e n g e oder ei ne zu ger inge Q ual ifi kat ion her vor ger uf en w er den. Ei n e U n te rf o rd e ru n g k a n n d u rc h g e ri n g e Ar b e its m e n g e o d e r ei ner Ü ber qual ifi kat ion für di e Tät igk ei t ent st ehen. An fo rd e ru n g e n s in d z u h o ch o d e r zu k o m p le x, s o k a n n e in e quant itat ive oder qual itat ive Ü ber for der ung ent st ehen [U lr ic h & Wü ls e r 2 0 1 5 , S. 2 2 ] [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 2 f], [U lr ic h & W ü ls e r 2 0 1 5 , S . 6 9 f], [U n fa llk a ss e 2005, S . 53] , [U nf al lk as se 2005, S . 56] , [Lanz C . 2010, S . 47] , [C ooper 1989] , [J andova 2010, S . 23] , [H ar lfi nger -Wo itz ik e t a l. 2 0 1 1 , S . 2 4 ], [S te in m a n n 2 0 0 5 , S . 5 6 ], [A n b a zhagan & R aj an 2013] , [C ox 1993, S . 36] , [W e n ch e l 2 0 0 9 , S . 3 0 ]
Se ite 12 so r Er lä u te ru n g L ite ra tu rq u el le d ig e U n te rb re ch u n g en [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 2 ], [U n fa llk a ss e 2 0 0 5 , S . 5 6 ], [S te in m a n n 2 0 0 5 , S . 56] , [W enc hel 2009, S . 32] lls tä n d ig e In fo rm ati o n [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 2 f], [U n fa llk a ss e 2 0 0 5 , S . 5 6 ] rü ch lich e ts an w ei su n g en [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 2 f], [U n fa llk a ss e 2 0 0 5 , S . 5 3 ], [U n fa llk a ss e 2 0 0 5 , S. 5 6 ], [ Bü ss in g 1 9 9 9 , S. 2 0 4 ] ic h td ie n st [L itz ck e et al . 2013, S . 2f ], [ U lr ic h & W ül ser 2015, S . 69f ], [ Lanz C . 2010, S. 4 7 ], [ C o o p e r 1 9 8 9 ], [ An b a zh a g a n & R a ja n 2 0 1 3 ], [ C o x 1 9 9 3 , S. 3 6 ], [C o x 1 9 9 3 , S . 4 7 ] e A rb ei ts ze ite n [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 2 ], [U lr ic h & W ü ls e r 2 0 1 5 , S . 6 9 f], [L a n z C . 2 0 1 0 , S. 4 7] , [S tei nm ann 2005, S . 56] , [C ont i et al . 2006, S . 1020] , [W enc hel et al . 2008, S . 13] , [C ox 1993, S . 48] , [U dr is & Fr es e 1999, S . 434] stu n d en [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 2 ], [C o x 1 9 9 3 , S . 3 6 ] h ta rb ei t [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 3 ], [L a n z C . 2 0 1 0 , S. 4 7 ], [ St e in m a n n 2 0 0 5 , S. 56] , [U dr is & Fr es e 1999, S . 435] t au f A b ru f [U lr ic h & W ü ls e r 2 0 1 5 , S . 6 9 f], [L a n z C . 2 0 1 0 , S . 4 7 ], [C o x 1 9 9 3 , S . 3 6 ] ti o n [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 2 ] fl ik te m it M ita rb ei te rn [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 2 ], [B ra u n 2 0 0 9 , S . 1 3 4 ] te n d es es etzte n ve rh al te n [U lr ic h & W ü ls e r 2 0 1 5 , S . 6 9 f], [L a n z C . 2 0 1 0 , S . 4 7 ], [W e n ch e l e t a l. 2008, S . 13] n ko n fl ik te En ts te h t, w e n n e in M e n sc h e in e R o lle in n e h a t, w e lc h e n ic h t mi t se in e n in n e re n W e rt e n ü b e re in st immt o d e r w e n n e r gl ei chz ei tig m ehr er e ink om pat ibl e R ol len inne hat . [U lr ic h & W ü ls e r 2 0 1 5 , S . 6 9 f], [L a n z C . 2 0 1 0 , S . 4 7 ], [A n b a zh a g a n & Ra ja n 2 0 1 3 ], [ F a ir b ro ther & W ar n 2002, S . 9] , [C ox 1993, S . 36]
Se ite 13 Str es so r Er lä u te ru n g L ite ra tu rq u el le Rollenunklarheit En ts te h t, w e n n M e n sc h e n n ic h t g e n a u w is se n w a s vo n ih n e n er w ar tet w ir d und w ie di es e sel bs t ihr e A uf gaben def ini er en so lle n . [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 2 ], [K e n d a ll e t a l 2 0 0 0 , 3 0 ff], [S e is t 2 0 0 1 , S . 6 6 ] R o lle n ü b er fo rd er u n g Re su lti e rt b e i e in e r K n a p p h e it d e r A u fg a b e n e rf ü llu n g . [B e rt h e t al . 2008, S . 44] [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 2 ], [A n b a zh a g a n & R a ja n 2 0 1 3 ], [S e is t 2 0 0 1 , S . 67] Ve ra n tw o rtu n g sd ru ck Dr u ck , we lc h e r d u rc h Üb e rt ra g u n g v o n V e ra n two rt u n g a n ei nen M ens chen ent st ehen kann [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 3 ], [C o x 1 9 9 3 , S . 3 6 ], [W e n ch e l e t a l. 2 0 0 8 , S . 1 3 ], [B ra u n 2 0 0 9 , S . 1 3 4 ] D au er au fm er ks am ke it [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 3 ] T em p er atu r [L itz ck e e t a l. 2013, S . 3] , [U lr ic h & W ül ser 2015, S . 69f ], [ U nf al lk as se 2005, S . 56] , [Lanz C . 2010, S . 47] , [A nbaz hagan & R aj an 2013] , [W e n ch e l e t a l. 2 0 0 8 , S . 1 3 ] , [C o x 1 9 9 3 , S . 3 4 ] B el eu ch tu n g Un zu re ic h e n d e B e le u ch tu n g d e s A rb e its p la tz e s [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 3 ], [U n fa llk a ss e 2 0 0 5 , S . 2 2 ], [J a n d o va 2 0 1 0 , S . 14] , [A K 2010, S . 39] Lärm [L itz ck e e t a l. 2 0 1 3 , S . 3 ], [U lr ic h & W ü ls e r 2 0 1 5 , S . 6 9 f], [U n fa llk a ss e 2005, S . 56] , [Lanz C . 2010, S . 47] , [A nbaz hagan & R aj an 2013] , [F a ir b ro th e r & W a rn 2 0 0 2 , S . 9 ], [C o x 1 9 9 3 , S . 3 2 ], [W e n ch e l e t a l. 2 0 0 8 , S. 1 3 ] Ta b e ll e 1 Mö g li c h e S tr e s s o re n i n p ro d u zi e re n d e n U n te rn e h m e n
Ob Ereignisse von einem Menschen auch als Stressoren wahrgenommen werden, kann von Mensch zu Mensch verschieden sein [Litzcke et al. 2013, S. 3f]. Derselbe Mensch kann sogar die objektiv gleiche Belastung in unterschiedlichen Situationen unterschiedlich empfinden [Litzcke et al. 2013, S. 6]. Stress wird bei einem
Menschen nur ausgelöst, wenn er ein Ereignis als bedrohlich und daher auch als relevant empfindet [Litzcke et al. 2013, S. 5].
Stress verursacht beim Menschen eine Stressreaktion [Litzcke et al. 2013, S. 18]. Diese Stressreaktion kann laut [Litzcke et al. 2013, S. 18ff] mitunter in eine kognitive Ebene, Verhalten und in das vegetativ-hormonelle System unterteilt werden. Da der Fokus dieser Arbeit am Erkennen von Stress am menschlichen Körper liegt, werden die kognitive Ebene und das Verhalten nur der Vollständigkeit halber kurz
beschrieben.
Die kognitive Ebene beschreibt geistige Vorgänge, welche die Denk- und
Wahrnehmungsprozesse eines Menschen umfassen. Als Stressreaktion verengt sich die Wahrnehmung eines Menschen auf die Reize, welche für die Stresssituation als wichtig erscheinen [Litzcke et al. 2013, S. 18]. [Litzcke et al. 2013, S. 18f]
beschreiben, dass hierdurch Denkblockaden und eine Abnahme der Kreativität entstehen können. Es können auch Denkstörungen durch Stress auftreten, welche die Realität weniger effizient aufnehmen oder sogar irrationale Denkmuster
entstehen lassen. Weiters beschreiben sie, dass die Fähigkeit zum langfristigen Denken abnimmt und hierdurch gegenwärtige und zukünftige Situationen nicht adäquat eingeschätzt werden können. Über dies hinaus kann es zu einer Abnahme der Konzentrationsfähigkeit und Aufmerksamkeit kommen, welche auch zu einer geminderten Beobachtungsfähigkeit führen kann. [Litzcke et al. 2013, S. 18] beschreiben auch, dass Menschen unter Stress leichter abzulenken sind. Es kann sogar das Kurz- und Langzeitgedächtnis verschlechtert werden, sodass die
Gedächtnisspanne in Folge abnimmt.
Reaktionen des Menschen auf Verhaltensebene werden von [Ulrich & Wülser 2015, S. 78] als Leistungsschwankungen, Nachlassen der Konzentration, schlechte
sensumotorische Koordination, Hastigkeit, Ungeduld oder Fehlhandlungen beschrieben. Diese Reaktionen des Menschen können zu Fehlzeiten
Das vegetativ-hormonelle System beschreibt die Auswirkungen von Stress bezüglich der Aktivierung von Hormonen, sowie des vegetativen Nervensystems und der daran angeschlossenen Organe [Litzcke et al. 2013, S. 21]. Das vegetative Nervensystem besteht aus zwei Teilen, dem Parasympathikus, welcher der Schonung und Erholung dient und dem Sympathikus, welcher eine Bereitschaft zur Leistung bewirkt [Litzcke et al. 2013, S. 21]. [Jänig 1995, S. 340] beschreibt, dass das vegetative
Nervensystem der willentlichen Kontrolle des Menschen weitgehend entzogen ist. Durch die Freisetzung von Hormonen werden in Folge die Funktionen des
menschlichen Körpers, wie Herz, Durchblutung oder Körpertemperatur beeinflusst [Litzcke et al. 2013, S. 21f].
Dieser Abschnitt identifizierte mögliche Ursachen für arbeitsbedingten Stress in Arbeitssituationen in produzierenden Unternehmen. Diese Ursachen werden in der Literatur auch Stressoren genannt und wurden in Tabelle 1 mit Quellen dargestellt. Weiters wurden mögliche Auswirkungen von Stressoren auf kognitiver Ebene, Verhaltensebene und auf das vegetativ-hormonelle System des Menschen erörtert. Dieser Abschnitt soll die Fragestellung 1 nach auslösenden Faktoren für Stress in Arbeitssituationen in produzierenden Unternehmen beantworten. Die gefundenen Stressoren sollen als Grundlage zur Identifikation möglicher Interventionen gegen Stress in Arbeitssituationen dienen (vgl. Abschnitt 1.3).
Der folgende Abschnitt greift Auswirkungen auf das vegetativ-hormonelle System des Menschen auf und beschreibt Vitalparameter, anhand welcher die Messung von Stress in Arbeitssituationen am menschlichen Körper vorgenommen werden kann.
1.2 Messbare Auswirkungen von Stress auf den menschlichen
Körper
Das vegetative Nervensystem ist weitgehend der willentlichen Kontrolle des Menschen entzogen und besteht aus Sympathikus und Parasympathikus [Jänig 1995, S. 340], [Litzcke et al. 2013, S. 21] (vgl. Abschnitt 1.1). Das Konzept der autonomen Balance bezieht sich auf das Zusammenspiel dieser beiden Zweige des vegetativen Nervensystems [Schandry 1998, S. 70ff]. Der menschliche Organismus befindet sich in seinem normalen Funktionszustand, wenn ein Gleichgewicht
zwischen Sympathikus und Parasympathikus herrscht. Interne Veränderungen, wie zum Beispiel Krankheit oder äußere Bedingungen, wie zum Beispiel eine erhöhte
Arbeitsanforderung, beeinflussen das Gleichgewicht des vegetativen Nervensystems. Stress stellt ein Ungleichgewicht im vegetativen Nervensystem her, da er durch einen Sympathikotonus, also eine anhaltende Sympathikus-Erregung gekennzeichnet ist [Schandry 1998, S. 74]. Dieses entstehende Ungleichgewicht äußert sich anhand einer Reaktion der angeschlossenen Organe des vegetativen Nervensystems und bietet daher die Möglichkeit, Rückschlüsse auf das Vorhandensein beziehungsweise das Ausmaß von körperlichen und/oder psychischen Belastungen zu messen
[Schandry 1998, S. 70ff]. Als mögliche Vitalparameter bieten sich Atemfrequenz, Hautleitfähigkeit, Körpertemperatur, Blutdruck und Herzschlagabstand an [Schandry 1998, S. 72]. Um den Herzschlagabstand oder die Herzratenvariabilität zu messen, wird eine Messung der Herzfrequenz vorausgesetzt [Sammito et al. 2014]. [van Amelsvoort et al. 2000] und [Wilhelm & Perrez 2008] stellen fest, dass auch über die Herzfrequenz Rückschlüsse auf psychische und physische Belastungen bei
Menschen geschlossen werden können.
1.2.1 Herzfrequenz
Durch jeden Herzschlag wird ein elektrischer Impuls ausgelöst [Thews & Vaupel 2005, S. 100ff]. Dieser Impuls kann mittels Elektrokardiogramm (EKG) gemessen werden und besteht im Regelfall aus fünf verschiedenen Wellen- oder Zackenformen, welche die verschiedenen Phasen des Herzschlags abbilden [Thews & Vaupel 2005, S. 123f]. Diese Phasen, mit P, Q, R, S und T beschriftet, werden in Abbildung 2 visualisiert.
Herzfrequenz kann mittels Brustgurt durchgeführt werden [Sammito et al. 2014, S. 6], [Karim et al. 2011]. Es ist jedoch auch möglich die Herzfrequenz am Finger zu
messen [Pasch 1986, S. 5].
Durch Stress schlägt das Herz schneller und die Herzfrequenz steigt in Folge [van Amelsvoort et al. 2000], [Schandry 2008, S. 115ff], [Wilhelm & Perrez 2008, S. 171]. Dies kann zum Beispiel durch extreme Temperaturen eine Erhöhung um bis zu 10 Schläge pro Minute und mehr betragen [Bar-Or 2013, S. 31], [Schurr 2007, S. 33]. Eine Erhöhung der Herzschlagfrequenz kann jedoch nicht nur durch Stress
verursacht werden. Die Frequenz kann auch durch die Verdauungstätigkeit nach den Mahlzeiten um 10 – 15 Schläge pro Minute ansteigen [Schurr 2007, S. 33]. Die Tabelle 2 beschreibt Richtwerte für die Herzfrequenz in Ruhe nach Altersstufen.
Altersstufe Herzfrequenz (Schläge/min)
12 – 15 Jahre 75 – 85
15 – 18 Jahre 60 – 75
>18 Jahre 60 – 80
Tabelle 2 - Richtwerte für Herzfrequenz in Ruhe [Schneider et al. 2010, S. 559]
[Vrijkotte et al. 1999, S. 885] stellen fest, dass hoher Arbeitsstress zu einem Anstieg der Herzfrequenz führt. Weiters stellen [Schurr 2007, S. 33] und [Chen et al. 2003] fest, dass hohe Umgebungstemperatur am Arbeitsplatz die Herzfrequenz steigen lässt. [Unfallkasse 2005, S. 46] stellt fest, dass bei Monotonie eine Minderung der Herzfrequenz und bei Ermüdung ein Anstieg zu erwarten ist.
Bei der Interpretation der Werte muss berücksichtigt werden, dass auch die Herzfrequenz zyklischen Trends unterliegt und stark vom jeweiligen Individuum abhängt [Schandry 1998, S. 143]. Weiters beschreibt [HRV24 2015a], dass eine Schwankung der Herzfrequenz um mehr als 15 Schläge pro Minute in Abhängigkeit der Atmung als normal bei gesunden Menschen gesehen werden kann.
Schwankungen zwischen 11 und 14 Schlägen pro Minute seien grenzwertig und unter 10 Schläge pro Minute als krankhaft zu beurteilen [HRV24 2015a]. Bei
gesunden Erwachsenen kann die Herzfrequenz bei Stress um etwa 30 – 50 Schläge pro Minute vom jeweiligen Basiswert gesteigert werden [Bar-Or 2013, S. 31]. Weiters ist zu beachten, dass die Herzfrequenz nicht sofort nach Beendigung der Belastung sinkt, sondern erst nach circa 6 – 10 Minuten ihr Minimum erreicht [Mick 2011, S. 50].
1.2.2 Herzratenvariabilität
Die Herzfrequenz hat auch bei konstanter Belastung eine physiologische Variabilität [Sammito et al. 2014, S. 6]. Diese Variabilität ist der Unterschied zwischen zwei aufeinanderfolgenden R-Zacken (RR-Intervall) im EKG über den
Betrachtungszeitraum gesehen und spiegelt das Gleichgewicht von Sympathikus und Parasympathikus wider. Dies wird symbolisch in Abbildung 3 dargestellt.
Abbildung 3 - Elektrokardiogramm mit RR-Intervall [Schandry 2008, S. 114]
Der sympathische Teil des vegetativen Nervensystems reduziert die
Herzfrequenzvariabilität (HRV) und der parasympathische Teil erhöht die HRV [Sammito et al. 2014, S. 6]. Das Gleichgewicht zwischen den beiden Teilen des vegetativen Nervensystems wird in Ruhebedingungen oder bei geringer Belastung zu Gunsten des parasympathischen Teils verschoben, wodurch eine höhere HRV
resultiert [Sammito et al. 2014, S. 6], [Karim et al. 2011]. Ein sinkender HRV Wert kann also als Indikator für Stress gesehen werden [Sammito et al. 2014, S. 20]. Zur Messung wird ein Gerät, zum Beispiel EKG oder Brustgurtsystem benötigt, welches eine sogenannte „beat-to-beat-Aufzeichung“ aller Herzaktionen mit einer hohen Abtastrate ermöglicht [Sammito et al. 2014, S. 6], [Karim et al. 2011].
Die Parameter der HRV können grob in zeitbezogene Parameter („Time-Domain“) und frequenzbezogene Parameter („Frequency-Domain“) unterteilt werden [Strümpell 2007, S. 10]. Bei den zeitbezogenen Parametern werden die Intervalle der HRV über die Zeit gemessen und diese gemessenen Werte werden dann zur Interpretation aggregiert [Strümpell 2007, S. 10], [Karim et al. 2011]. Die Daten für die
zeitbezogene Messung werden üblicherweise über eine Periode von fünf Minuten oder 24 Stunden erhoben [Karim et al. 2011, S.74]. Die wichtigsten Kennzahlen der zeitbezogenen Auswertung werden in Tabelle 3 dargestellt.
Kennzahl Weitere Bezeichnung
Einheit Definition
RR NN ms Abstand zweier Herzschläge (R-Zacken im
EKG)
SDNN SD, SDRR, RRSD ms Standardabweichung aller RR-Intervalle RMSSD r-MSSD,rMSSD Kurzzeitvariabilität ms 𝑅𝑀𝑆𝑆𝐷 = 1 𝑁 (𝑅𝑅!!! − 𝑅𝑅!)! ! !!!
SD1 ms Standardabweichung der orthogonalen
Abstände der RRi/RRi+1 –Punkte zum
Querdurchmesser der Ellipse 𝑆𝐷1 = !! 𝑆𝐷(𝑥!− 𝑥!!!)
[Golińska 2013, S. 119]
Tabelle 3 - Definition der zeitbezogenen HRV Parameter [Hottenrott 2002, S. 15], [HRV24 2015]
[Mick 2011] beschreibt, dass sich die Kennzahlen RMSSD, NN50 und pNN50 besonders für die Kurzzeitanalyse eignen. Zur Erkennung von psychischen
Belastungen empfiehlt [Sammito et al. 2014, S. 31] mitunter die Parameter RMSSD sowie SD1 zu verwenden.
Bei den frequenzbezogenen Parametern werden mittels
mathematisch-physikalischer Verfahren (Fast Fourier Transformation) die zeitbezogenen Daten in frequenzbezogene Daten umgewandelt [Strümpell 2007, S. 10]. Hierbei wird in einen hochfrequenten Parameter (HF), welcher dem Parasympathikus zugeordnet werden kann, und einen niederfrequenten Parameter (LF), welcher dem Sympathikus
zugeordnet werden kann, unterschieden [Strümpell 2007, S. 10]. Die wichtigsten frequenzbezogenen Kennzahlen werden in Tabelle 4 dargestellt.
Kennzahl Einheit Definition
TP ms2 Total power: Gesamtleistung oder Gesamtspektrum; entspricht Energiedichte im Spektrum von 0,00001 bis 0,4 Hz
LF - Band ms2 Leistungsdichtespektrum von >0,04 bis 0,15 Hz LF% % prozentualer LF-Anteil am Gesamtspektrum HF - Band ms2 Leistungsdichtespektrum von >0,15 bis 0,40 Hz HF% % prozentualer HF-Anteil am Gesamtspektrum
LF/HF Ratio Verhältnis des LF-Bands zum HF-Band. „Oft als Ausdruck der vegetativen Balance von Parasympathikus und Sympathikus bezeichnet. Trifft nur bedingt zu. HF-Bereich ist zuverlässig dem Parasympathikus zuzuordnen, der LF-Bereich enthält sowohl sympathisch, als auch parasympathisch vermittelte
Regulationen. Je höher der Wert, desto mehr Sympathikusaktivität.“ [HRV24 2015]
Tabelle 4 - Definition der frequenzbezogenen HRV Parameter [Sammito et al. 2014, S. 15ff], [HRV24 2015]
Die Tabelle 5 zeigt Normwerte einer 24 Stunden HRV Messung und Tabelle 6 illustriert Normwerte mit Standardabweichung für eine fünf Minuten HRV Messung. Hier kann festgestellt werden, dass die Standardwerte zwischen den zwei
Erhebungsmöglichkeiten deutlich differieren. Weiters muss beachtet werden, dass eine Abweichung von diesen Normwerten auf Grund des Alters, Trainingszustands, Tageszeit, sowie Medikamenteneinnahme des zu beobachtenden Menschen
HRV-Parameter Mw ± SD Mw Männer Mw Frauen RR [ms] 926 ± 90 922 885 SDNN [ms] 50 ± 16 40 36 RMSSD [ms] 42 ± 15 21 19 LF [ms2] 519 ± 291 356 414 LFnu 52 ± 10 53 46 HF [ms2] 657 ± 777 475 516 HFnu 40 ± 10 39 38 LF/HF 2,8 ± 2,6 2,1 1,2
Tabelle 6 - Mittelwerte und Standardabweichungen HRV nach Geschlecht [Sammito et al. 2014, S. 29]
Die HRV bildet die Reaktion des vegetativen Nervensystems auf Stress, Emotionen oder physische Beanspruchung ab [Karim et al. 2011, S. 74].
[Curic et al. 2007, S. 24], [Teisala et al. 2014] stellen weiters anhand von Studien fest, dass die HRV durch unterschiedliche Stress- und Entspannungsbedingungen beeinflusst wird und daher wertvolle Informationen über den psychischen Zustand des beobachteten Menschen gibt. Ein reduzierter RR Intervall Wert lässt auf eine erhöhte sympathische Aktivität und in Folge auf Stress schließen [Sammito et al. 2014, S. 20]. [HRV24 2015a] beschreibt, dass ein LF/HF Wert zwischen 1,5 und 2,0 normal ist und bei höheren Werten auf Stress geschlossen werden kann. Weiters wird beschrieben, dass eine Erhöhung des RMSSD Wertes auf eine erhöhte parasympathische Aktivität schließen lässt und dieser als Indikator für einen
Entspannungszustand verwendbar ist. Eine Erhöhung des SDNN Wertes lässt auch auf Entspannung schließen [VNS Analyse 2015]. Bei der Interpretation der Werte muss darauf geachtet werden, dass nicht alle gemessenen Daten zur Interpretation verwendet werden dürfen. Die Messung kann falsche Artefakte, welche durch Messfehler entstehen können beinhalten [Fenzl & Schlegel 2010], [Sammito et al. 2014]. Daher müssen die aufgezeichneten Werte durch Glättung oder lineare Interpolation korrigiert werden [Fenzl & Schlegel 2010]. Die automatisierten
Artefakterkennungsverfahren gelten als fehleranfällig, daher sollte man sich nicht auf diese verlassen und eine Sichtkontrolle und manuelle Korrektur vornehmen, um exakte Werte zu erhalten [Task Force 1996, S. 1051]. Als einfache Methode zur Artefaktkorrektur können Artefaktwerte, welche um 20 – 30% vom Wert des
Vorgängerartefaktes abweichen gelöscht werden [Heikki et al. 1999, S. 1881]. Dieses Korrekturverfahren hat jedoch das Problem, dass es unter Umständen auch valide Werte löscht [Huikuri et al. 1999, S. 1881]. Die Abbildung 4 illustriert diese Artefakte.
Abbildung 4 - HRV Messung – Artefakte [Sammito et al. 2014, S. 11]
Ein weiteres einfaches Korrekturverfahren ist, alle Artefakte, welche mehr als 250 ms vom durchschnittlichen RR Intervall abweichen zu verwerfen, welches in Kubios HRV als mittlere Korrekturstärke beschrieben wird [Franz 2014, S. 35]. In diesem Fall sollte die Korrektur bei der Gesamtmessung nicht mehr als 5 % aufweisen, um die Analyse nicht zu verzerren [Franz 2014, S. 35]. Weiters muss beachtet werden, dass eine 10 bis 30%ige Abweichung der Messung durch die Verwendung von
Messgeräten, wie zum Beispiel S810i von Polar oder T6 von Suunto, im Vergleich zu einer EKG Messung entstehen können [Weippert et al. 2008, S. 155]
[Weippert et al. 2013, S. 130] liefern Grenzwerte für statische und dynamische Belastungen, welche auf einen Menschen wirken. Die durchschnittliche dynamische Belastung lag bei 20 bis 75 Watt. Diese Grenzwerte werden in Tabelle 7 dargestellt. Die subjektive Einschätzung der Belastung basiert auf einer Skala von 0 bis 10, wobei 0 als minimal und 10 als maximal bewertet wird.
Vitalparameter Statische Belastung Dynamische Belastung RR – Intervall [ms] 691,8 ± 80,4 692,8 ± 77,9 SDNN [ms] 23,1 ± 6,6 16,7 ± 6,1 RMSSD [ms] 16,9 ± 8,5 13,1 ± 6,9 SD1 12,1 ± 6,0 9,4 ± 4,9 Subjektive Einschätzung der Belastung 4,4 ± 1,6 2,3 ± 1,1
Tabelle 7 - Grenzwerte für isometrische und dynamische Belastung [Weippert et al. 2013, S. 130]
[Löllgen et al. 2008, S. 200] stellen einen starken Effekt zwischen HRV und mentaler und physischer Belastung fest und beschreiben die Veränderung der HRV zwischen Stresssituationen und Ruhephasen in Prozent. Dies wird in Tabelle 8 dargestellt.
Vitalparameter Mentale Belastung Physische Belastung
RR – Intervall 90,8 % 95,3 %
SD1 77,2 % 79,2 %
RMSSD 77,2 % 79,2 %
Tabelle 8 - Veränderung der HRV bei mentaler und physicher Belastung im Vergleich zur Ruhephase [Löllgen et al. 2008, S. 200]
[Tonello et al. 2014] stellen anhand eines Literaturreviews fest, dass sich die HRV zur Feststellung von Stress am Arbeitsplatz eignet. Es kann auch ein
Zusammenhang zwischen HRV und Hitze, Lärm, Stress/mentaler Anspannung und Schichtarbeit mit Nachtschicht nachgewiesen werden [Sammito et al. S. 20ff] Bei der Beurteilung der erhobenen Werte muss jedoch beachtet werden, dass die Werte auf Grund von Alkoholkonsum, Fitness, Geschlecht sowie Erkrankungen beeinflusst werden können [Sammito et al. S. 19ff]. Weiters ist zu beachten, dass die Kennzahlen der HRV nach Beendigung der Belastung noch weiter fallen können und auch nach circa 6 – 10 Minuten ihr Minimum erreichen können, in Folge steigen die Werte wieder an [Mick 2011, S. 51ff]. Die HRV Werte können zum Beispiel mittels eines Polar H7 Brustgurtes unter Verwendung der HRV Logger Anwendung, welche für Apple Iphone verfügbar ist aufgezeichnet und ausgewertet werden. Die HRV Logger Anwendung bietet auch die Möglichkeit, die aufgezeichneten Messwerte zu exportieren. Hierdurch ist auch ein Import und eine genauere Analyse der
Department of Applied Physics der University of Eastern Finland etwickelt wurde möglich. Diese Anwendung ist unter http://kubios.uef.fi abrufbar.
1.2.3 Blutdruck
Der Blutdruck hat eine zunehmende Relevanz als Vitalparameter zur
Stresserkennung [Schandry 1998, S. 153]. Der Blutdruck ist der Druck, welcher vom Blut auf die Gefäße ausgeübt wird [Schandry 1998, S. 154]. Der Blutdruck ist jedoch in Arterien höher als in Venen [Schandry 1998, S. 154]. Vereinfacht spiegelt der arterielle Blutdruck die Auswurfleistung des Herzens und den peripheren Widerstand wider [Schandry 1998, S. 154]. Es wird zwischen systolischem Blutdruck und
diastolischem Blutdruck unterschieden [Thews & Vaupel 2005, S. 167ff]. Diese beiden Werte werden im arteriellen System gemessen, wobei hier das
Druckmaximum der systolische Wert und das Druckminimum der diastolische Wert ist [Schandry 1998, S. 154].
In ärztlicher Praxis wird der Blutdruck in einem indirekten Verfahren nach RIVA-ROCCI bestimmt [Thews & Vaupel 2005, S. 173]. Bei diesem Verfahren wird eine elastische Manschette am Oberarm angelegt und der Druck bis kurz über den erwarteten systolischen Wert erhöht. Hierdurch wird die Blutströmung unterbrochen. Zur Messung wird der Druck der Manschette langsam verringert. Mittels Stethoskop wird unter der Manschette überprüft ob ein klopfendes Geräusch zu hören ist. Tritt dies ein, ist der systolische Blutdruckwert erreicht und kann vom angeschlossenen Manometer abgelesen werden. Der Druck der Manschette wird weiter abgelassen, bis kein klopfendes Geräusch mehr zu hören ist. Zu diesem Zeitpunkt ist dann der diastolische Blutdruckwert erreicht. Eine manuelle Messung nach dem RIVA-ROCCI Verfahren ist in Abbildung 5 dargestellt.
[Schandry 1998, S. 159f] beschreibt, dass dieses Verfahren auch automatisiert durchgeführt werden kann, jedoch der zu Untersuchende durch diese Methode einen unangenehmen Druck durch die Manschette und eine andauernde Unterbrechung des Blutflusses verspürt. Mit dieser Methode kann der Blutdruck auch nur zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessen werden. [Schandry 1998, S. 160] beschreibt weiters eine Möglichkeit zur kontinuierlichen Blutdruckmessung anhand des Penaz-Prinzips. Hierbei wird an einem bestimmten Körpergebiet soviel externer Druck erzeugt, dass keine Blutvolumenänderungen mehr stattfinden können. Durch einen
Servomechanismus wird der Druck in Folge computergesteuert reguliert und
auftretende Volumenschwankungen werden eliminiert. Das bedeutet, dass hierdurch auch keine für den zu Untersuchenden unangenehmen Pulsationen stattfinden und der Blutdruck kontinuierlich photoelektrisch gemessen werden kann. Diese
Messmethode wird schematisch am Finger in Abbildung 6 dargestellt.
Abbildung 6 - Schematische Darstellung der Blutdruckmessung nach der Penaz-Methode [Pohl et al. 1985, S. 222]
Der Blutdruck kann auch aus Pulstransitzeit (PTZ) und der
Pulswellengeschwindigkeit (PWG) berechnet werden [Poon & Zhang 2005]. Diese zwei Werte können zum Beispiel mittels eines Sensors, welcher am Finger
angebracht ist, gemessen werden [Schandry 1998, S. 164ff]. Die PTZ ergibt sich aus der Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden R-Zacken der Herzfrequenz. Die Berechnung der PWG und die Berechnung des Blutdrucks anhand dieser
Messwerte können bei [Poon & Zhang 2005, S. 5878] nachgelesen werden. [Poon & Zhang 2005] beschrieben, dass diese Messmethode des Blutdrucks sogar genauer sein soll als mittels einer Armmanschette.
Stress kann eine Erhöhung des Blutdrucks bei Menschen bewirken [Schandry 1998, S. 154ff], [Unfallkasse 2005, S. 52], [Schandry 2008, S. 116ff], [Wilhelm & Perrez 2008], [Fauvel et al. 2001]. In der Stressforschung wird auch eine 24
Stundenmessung des Blutdrucks durch automatisch arbeitende
Blutdruckmessgeräte, welche am Körper getragen werden durchgeführt [Schandry 2008, S. 117]. Die Tabelle 9 liefert Richtwerte der World Health Organization (WHO) für den Blutdruck in Ruhe.
Einstufung Blutdruck
systolisch diastolisch
Optimal [mmHg] < 120 < 80
Normal [mmHg] 120 - 139 80 - 89
Bluthochdruck [mmHg] > 139 > 90
Tabelle 9 - Richtwerte für Blutdruck in Ruhe [Khatib & El-Guindy2005, S. 14]
Chronischer Stress am Arbeitsplatz kann zu Bluthochdruck führen [Illic et al. 2001]. [Illic et al. 2001] definieren jedoch Normwerte des Blutdrucks als unter 125/80 mmHg (systolischer / diastolischer Wert) und Bluthochdruck durch höhere Werte als 135/80 mmHg. Auch Umgebungslärm am Arbeitsplatz kann den Blutdruck erhöhen [BAUA 2015]. Wenn bei der Bedienung von Maschinen der Dauerschallpegel von 95 dB(A) auf 82 dB(A) gesenkt wird, konnte eine Abnahme des systolischen Wertes um 6,6 mmHg und des diastolischen Wertes um 1,2 mmHg festgestellt werden [BAUA 2015, S. 45]. Es kann auch ein Anstieg des systolischen Wertes um 3.9 mmHg und des diastolischen Wertes um 3.3 mmHg bei hohem Umgebungslärm beobachtet werden [Melamed et al. 1999]. [Schandry 1998, S. 72] hebt hervor, dass auch alleine durch den diastolischen Blutdruck auf eine Veränderung der vegetativen Balance
geschlossen werden kann.
[Weippert et al. 2013, S. 130] liefern Grenzwerte für statische und dynamische Belastungen, welche auf einen Menschen wirken. Die durchschnittliche dynamische Belastung lag bei 20 bis 75 Watt. Diese Grenzwerte werden in Tabelle 10 dargestellt. Die subjektive Einschätzung der Belastung basiert auf einer Skala von 0 bis 10, wobei 0 als minimal und 10 als maximal bewertet wird.
Vitalparameter Statische Belastung Dynamische Belastung Systolischer Blutdruck [mmHg] 158 ± 12,1 140,2 ± 15,3 Diastolischer Blutdruck [mmHg] 95,3 ± 6,3 68,5 ± 8,2 Subjektive Einschätzung der Belastung 4,4 ± 1,6 2,3 ± 1,1
Tabelle 10 - Grenzwerte Blutdruck für isometrische und dynamische Belastung [Weippert et al. 2013, S. 130]
Bluthochdruck kann jedoch nicht nur durch Stress entstehen. Weitere mögliche Ursachen für Bluthochdruck können zum Beispiel das Ernährungsverhalten, familiäre Vorbelastungen oder die Persönlichkeit eines Menschen sein [Khatib & El-Guindy 2005, S. 25ff].
1.2.4 Körpertemperatur
Als Körpertemperatur wird die Temperatur im Inneren des menschlichen Organismus verstanden, welche sich von der Hauttemperatur unterscheidet [Schandry 1998, S. 270]. Die Hauttemperatur ist wesentlich höher als die Körpertemperatur, da diese auch von der Umgebungstemperatur beeinflusst wird [Schandry 1998, S. 270]. Die Körper Innen- oder Kerntemperatur wird hingegen reich durch thermoregulatorische Prozesse gesteuert [Schandry 1998, S. 270]. Die Abbildung 7 stellt die Kern- und Hauttemperatur des menschlichen Körpers bei kalter (a) und warmer (b)
Umgebungstemperatur dar.
[Schandry 1998, S. 270] beschreibt, dass diese Kerntemperatur durch
Aktivierungsbedingungen, wie zum Beispiel bei Übergang von Ruhe in Belastung erhöht wird. Er stellt weiters fest, dass durch diese Aktivierungsbedingungen nicht nur die Kerntemperatur ansteigt, sondern auch die Hauttemperatur, welche zum Beispiel am Finger gemessen werden kann, sinkt. Die Hauttemperatur wird im Biofeedback als Indikator für den Spannungs- und Entspannungszustand eines Menschen verwendet und an der Hand gemessen [Schmidt 2010, S. 223]. Diese Temperaturreaktion des menschlichen Körpers läuft in der Regel im Bereich von Sekunden ab [Schandry 1998, S. 271]. Zur Interpretation der Hauttemperatur im psycho-physiologischen Bereich reicht eine Messgenauigkeit von 0,01°C bis 0,1°C, wobei sich als Ableitungsort der Finger oder der Unterarm anbieten [Schandry 1998, S. 271]. Erhöhte Anspannung oder Stress bedingt eine Muskelanspannung, welche eine Verengung der Blutgefäße zur Folge hat [Bruns & Praun 2002]. Durch die geringere Gewebedurchblutung sinkt die Hauttemperatur ab und kann zum Beispiel anhand kalter Hände gemessen werden [Bruns & Praun 2002], [Litzcke et al. 2013, S. 22]. Im entspannten Zustand kann der gegenteilige Effekt festgestellt werden [Litzcke et al. 2013, S. 22]. Die Abbildung 8 zeigt die Veränderung der
Hauttemperatur am Finger bei Stress. In Phase 3 wurde dem Probanden Stress zugefügt und Phase 4 zeigt das Aussetzen dieses Stresses und den Beginn der Entspannung des Probanden [Begum et al. 2009]. Stress kann sich bereits durch eine Veränderung der Fingertemperatur von ca. 0,5 °C abzeichnen. [Begum et al. 2009], [Bichindaritz et al. 2010, S. 173]
Abbildung 8 - Fingertemperatur bei Stress und Entspannung [Begum et al. 2009]
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass auf Grund der Hauttemperatur
unkritisch ist, da unter den abnehmenden Elektroden ein Wärmestau entstehen kann, welcher das Messergebnis verfälschen kann [Schandry 1998, S. 271]. Weiters ist bei der Interpretation der Messwerte darauf zu achten, dass sowohl die Kerntemperatur, als auch die Hauttemperatur des menschlichen Körpers innerhalb von 24 Stunden eine Kurve beschreibt und die Hauttemperatur auch von der Umgebungstemperatur beeinflusst wird [Schandry 1998, S. 270f]. Es muss weiters beachtet werden, dass die Körpertemperatur auch durch Aktivierung des Bewegungsapparats, unwillkürliche Muskelaktivität ohne Arbeitsleistung oder Bekleidung verändert werden kann
[Schmidt 2010, S.222].
1.2.5 Atemfrequenz
Die Atemtätigkeit wird zwar in psychophysiologischen Untersuchungen häufig angeführt, jedoch selten als eigenständiges Reaktionsmaß, da sie teilweise der willentlichen Steuerung unterliegt und die Atemtiefe und Atemfrequenz manipuliert werden können [Schandry 1998, S. 272]. Die Messung dieser Werte wäre anhand eines Atemgürtels, welcher Veränderungen am Brustkorb misst möglich [Schandry 1998, S. 273]. Um jedoch eine aussagekräftige Messung durchführen zu können, müssen Messgrößen wie Atemzugvolumen oder Sauerstoffaufnahme herangezogen werden, welche nur unter Verwendung einer Atemmaske beziehungsweise eines Mundstücks erhoben werden können [Schandry 1998, S. 272]. Da die Verwendung einer Atemmaske oder eines Mundstücks Menschen in produzierenden
Unternehmen in ihrer Arbeit stark einschränken würde, wird die Messung der Atemfrequenz in der weiteren Arbeit nicht mehr behandelt.
1.2.6 Hautleitfähigkeit
Die elektrodermale Reaktion spiegelt Veränderungen im vegetativen Nervensystem wider [Schandry 1998, S. 184]. Das Maß für die elektrodermale Aktivität ist die Leitfähigkeit sowie die Potentialänderungen der Haut, welche deutlich im
Zusammenhang mit psychischen Prozessen stehen [Schandry 1998, S. 184]. Die Hautleitfähigkeit wird gemessen, indem dem Menschen zwei Elektroden mit niedriger Spannung angelegt werden [Schandry 1998, S. 187]. Bei der Messung des,
Hautleitwerts werden möglichst große Elektroden empfohlen, um eine hohe Signalstabilität zu erreichen [Schandry 1998, S. 191]. Um bei der Messung
vergleichbare Werte zu erhalten, ist es nötig sich immer auf die aktive
Elektrodenfläche zu beziehen [Schandry 1998, S. 191]. Anhand der Messung des durch den menschlichen Körper fließenden Stroms können Veränderungen in
Zusammenhang mit einer Reihe von Vorgängen erkannt werden [Schandry 1998, S. 187]. Diese Vorgänge können zum Beispiel mentale Aktivität, tiefes Atemholen oder das Einwirken von Stressreizen sein [Schandry 1998, S. 187]. [Schandry 1998, S. 188] hebt hervor, dass die Hautleitfähigkeit an Körperstellen, welche die meisten Schweißdrüsen haben, also an den Fußsohlen und Handflächen, am größten ist [Schandry 1998, S. 188]. Bei Menschen ohne Schweißdrüsen kann keine
Hautleitfähigkeit gemessen werden [Schandry 1998, S. 188]. Die Maßeinheit des Leitwerts ist das Siemens (S). In der psychophysischen Literatur hat sich die
Verwendung der Einheit Ohm (mho) eingebürgert [Schandry 1998, S. 190]. Es gilt 1 S = 1 mho, wobei 1 mho als sehr hoher Leitwert gesehen werden kann und bei der Messung der Hautleitfähigkeit in der Praxis nie vorkommt [Schandry 1998, S. 190]. Die Hautleitwerte schwanken individuell sehr stark und können typischer Weise in einem Bereich von 2 bis 100 microohm/cm2, und die häufigsten Werte zwischen 5 und 20 microohm/cm2 liegen [Schandry 1998, S. 198]. Es kann kein generell gültiger mho Wert für die Aktivierung durch Stress festgelegt werden, da der Ruhewert bei einer Person bei 25 microohm/cm2 und der Wert bei Aktivierungsbedingungen bei 35 microohm/cm2, oder eine andere Person einen Ruhewert von 5 microohm/cm2 und einen Aktivierungswert von 30 microohm/cm2 haben kann [Schandry 1998, S. 199]. Zur Gewinnung eines weitgehend unabhängigen Wertes bedarf es einer
Bereichskorrektur, welche den maximalen und minimalen Hautleitwert der zu beobachtenden Person benötigt [Schandry 1998, S. 199]. Um diese Werte
festzustellen, müsste jede zu beobachtende Person individuellen Tests unterzogen werden [Schandry 1998, S. 199]. Im Gegensatz zu [Schandry 1998, S. 199]
beschreibt [Sicher-Fritsch 2013, S. 5], dass eine stressbedingte Aktivierung ab einem Wert von 2,5 microohm zu diagnostizieren sei.
Eine sympathische Aktivierung des Nervensystems kann durch den Vergleich zweier Messwerte der Hautleitfähigkeit festgestellt werden [Bruns & Praun 2002, S.22f]. Wenn der zweite Messwert niedriger als der erste Messwert ist, kann eine
sympathische Aktivierung des Nervensystems festgestellt werden [Bruns & Praun 2002, S.22].
Als Messwert zur Interpretation kann nicht nur die absolute Veränderung des
Hautleitwerts, sondern auch die Anzahl der Spontanfluktuationen in einer gegebenen Zeiteinheit, zum Beispiel pro Minute, verwendet werden. Je mehr spontane
phasische Hautleitwerterhöhungen auftreten, desto höher kann die Erregung des Menschen interpretiert werden [Schandry 1998, S. 199]. Es kann von einer mittleren Fluktuation von 3 – 7 pro Minute in Ruhe und circa 10 – 15 pro Minute bei
Aktivierungsphasen ausgegangen werden [Schandry 1998, S. 200]. Bei der Zählung dieser Fluktuationen dürfen Fluktuationen, welche durch unregelmäßige Atmung auftreten, zum Beispiel durch Husten, Räuspern oder tiefes Atemholen nicht mitgezählt werden [Schandry 1998, S. 200]. Daher beschreibt [Schandry 1998, S.200f], dass für die Messung der phasischen Hautleitwerterhöhungen die Atmung gemessen und berücksichtigt werden muss.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass sich alle Vitalparameter bis auf die Atemfrequenz zur Feststellung von Stress in Arbeitssituationen in produzierenden Unternehmen eignen würden. Die Tabelle 11 stellt die Veränderungen der
Vitalparameter bei der Aktivierung des sympathischen Nervensystems dar, durch welche man auf Stress schließen kann.
Vitalparameter Tendenz Veränderung bei sympatischer Aktivierung bzw. Stress
Herzfrequenz Steigend Erhöhung vom Basiswert um 30 – 50 Schläge/Min [Bar-Or 2013, S. 31]
Steigende Herzfrequenz [Schandry 2008, S. 115ff]
RR Sinkend Statische Belastung 691,8 ± 80,4 Dynamische Belastung 692,8 ± 77,9 [Weippert et al. 2013, S. 130]
Mentale Belastung 90,8 % vom Ruhewert Physische Belastung 95,3% vom Ruhewert [Löllgen et al. 2008, S. 200]
SDNN Sinkend Statische Belastung 23,1 ± 6,6
Dynamische Belastung 16,7 ± 6,1 [Weippert et al. 2013, S. 130]
RMSSD Sinkend Statische Belastung 16,9 ± 8,5
Dynamische Belastung 13,1 ± 6,9 [Weippert et al. 2013, S. 130]
Mentale Belastung 77,2 % vom Ruhewert Physische Belastung 79,2% vom Ruhewert [Löllgen et al. 2008, S. 200]
SD1 Sinkend Statische Belastung 12,1 ± 6,0 Dynamische Belastung 9,4 ± 4,9 [Weippert et al. 2013, S. 130]
Mentale Belastung 77,2 % vom Ruhewert Physische Belastung 79,2% vom Ruhewert [Löllgen et al. 2008, S. 200]
LF/HF Steigend > 2.0 [HRV24 2015a]
Blutdruck Steigend Bluthochdruck (> 139 /90) [Khatib & El-Guindy 2005, S. 14]
Statische Belastung 158 ± 12,1 / 95,3 ± 6,3 Dynamische Belastung 140,2 ± 15,3 / 68,5 ± 8,2 [Weippert et al. 2013, S. 130]
Hauttemperatur Sinkend Fingertemperaturabfall um mehr als 0,5 °C [Begum et al. 2009]
Hautleitwert (SCL) Steigend > 2,5 microohm [Sicher-Fritsch 2013, S. 5]
Anzahl der phasischen Hautleitwert-erhöhungen pro Minute
Steigend Aktivierungsphase ab 10 – 15 Erhöhungen/Minute und steigend [Schandry 1998, S. 200].
Da jedoch alle Vitalparameter den Menschen als Ausgangspunkt haben und stark durch dessen Individualität beeinflusst werden, empfiehlt es sich die Messwerte nicht nur anhand der beschriebenen Normwerte zu interpretieren, sondern die Normwerte als Ausgangspunkt für eine Beurteilung zu verwenden. Weiters wird das vegetative Nervensystem auch durch die Intensität der körperlichen Arbeit beeinflusst [Thews & Vaupel 2005, S.65ff], [Thews & Vaupel 2005, S.85ff], [Thews & Vaupel 2005,S. 140ff]. Daher sollte zur Erkennung von Stress in Arbeitssituationen auch die jeweilige Arbeitstätigkeit, sowie die individuellen Ausgangswerte des jeweiligen Menschen bei der Interpretation der Messwerte berücksichtigt werden. Es sollten auch zur
Erkennung von Stress immer mehrere Werte gemeinsam interpretiert werden [HRV24 2015a]. Es muss bei der Beurteilung der Vitalwerte nach Beendigung der Belastung berücksichtigt werden, dass diese noch 6 – 10 Minuten später sinken oder steigen können, bevor diese zur Normalisierung tendieren (vgl. Abschnitt 1.2.1 und 1.2.2).
Dieser Abschnitt identifiziert messbare Vitalparameter und beschreibt technische Hilfsmittel zur Erkennung von Stress am menschlichen Körper in Arbeitssituationen. Hierdurch wird die Fragestellung 2 „Wie kann arbeitsbedingter Stress am
menschlichen Körper in Arbeitssituationen in produzierenden Unternehmen gemessen werden?“ beantwortet. Weiters beschreibt dieser Abschnitt Normwerte und Möglichkeiten zur Interpretation dieser Vitalparameter. Dies löst die
Fragestellung 3 „Wie können die erhobenen Messwerte interpretiert werden?“. Der folgende Abschnitt greift die in Abschnitt 1.1 identifizierten Stressoren auf, untersucht den Zusammenhang zwischen diesen Stressoren und den, in diesem Abschnitt beschriebenen Vitalparametern und liefert mögliche Interventionen gegen Stress in Arbeitssituationen in produzierenden Unternehmen.
1.3 Interventionsmöglichkeiten gegen arbeitsbedingten Stress
Wie bereits in Kapitel 1.2 beschrieben, kann Stress am menschlichen Körper anhand von Veränderungen des vegetativen Nervensystems erkannt und gemessen werden. Ein Entgegenwirken auf arbeitsbedingten Stress ist wichtig, da dieser sowohl eine negative gesundheitliche Auswirkung auf den Menschen, eine höhere Fehlerquote bei der Arbeit als auch Mehrkosten für den Betrieb verursachen kann [Cox 1993, S. 53ff].
Es gibt verschiedene Ansätze um den Stress von Menschen am Arbeitsplatz zu senken. In den Vereinigten Staaten bezieht sich die Intervention meistens in Form von Stress Management Programmen direkt auf den Menschen, in Europa hingegen wird die Intervention auf beruflicher Ebene zum Beispiel durch eine Erhöhung der zur Verfügung stehenden Ressourcen oder eines Job Redesign praktiziert [Sonnentag & Freese 2003, S. 33].
Als Basis für mögliche Interventionen kann die Feststellung des arbeitsbedingten Stresslevels am menschlichen Körper verwendet werden. Hierfür bieten sich die Herzfrequenz, Herzratenvariabilität, Blutdruck, Hauttemperatur oder Hautleitfähigkeit zur Messung an. Grundsätzlich kann Stress am menschlichen Körper durch alle Vitalparameter quantitativ dargestellt und interpretiert werden. Es gibt jedoch Methoden, welche zur Feststellung gewisser Stressoren besser geeignet sind. Die Tabelle 12 veranschaulicht, welche Vitalparameter bereits in welchem
stressauslösenden Kontext in der Literatur beschrieben wurden. Hieraus kann zum Beispiel abgeleitet werden, dass der Zusammenhang zwischen Herzfrequenz und Temperatur bereits in Studien erforscht wurde oder dass sich der Blutdruck zur Erkennung von chronischem Stress eignet.
Vitalparameter Verknüpfte Stressoren aus der Literatur
Herzfrequenz • Hoher Arbeitsstress [Vrijkotte et
al. 1999, S. 885]
• Hohe Umgebungstemperatur [Schurr 2007, S. 33], [Chen et al. 2003]
Herzratenvariabilität • Arbeitsstress [Tonello et al. 2014]
• Hitze [Sammito et al. S. 20ff] • Lärm [Sammito et al. S. 20ff] • Stress / Mentale Anspannung
[Sammito et al. S. 20ff]
• Schichtarbeit mit Nachtschicht [Sammito et al. S. 20ff]
Blutdruck • Chronischer Stress am
Arbeitsplatz [Illic et al. 2001] • Umgebungstemperatur [Chen et
al. 2003]
• Lärm [BAUA 2015]
Hauttemperatur • Spannungs- und
Entspannungszustand [Schmidt 2010, S. 223]
Hautleitfähigkeit • Erregung des Menschen
[Schandry 1998, S. 199]
Körperkerntemperatur und Herzfrequenz
• Beleuchtung [de Korte & Smolders 2010]
Tabelle 12 – Zusammenhang Vitalparameter und Stressoren aus der Literatur
Die in Abschnitt 1.1 identifizierten möglichen Stressoren am Arbeitsplatz in produzierenden Unternehmen können in die von [Ulrich & Wülser 2015, S. 69] vorgeschlagenen Kategorien für Belastungen in Organisationen eingeteilt werden. [Ulrich & Wülser 2015, S. 69] beschreiben physikalische Umgebung, Arbeitsaufgabe und Arbeitsorganisation, Rolle, zeitliche Dimension und soziales Umfeld als relevante Kategorien. Bei der Kategorie physikalische Umgebung ist eine unmittelbare
