Тело человека приспособлено к воздействию на него этой силы посредством особой конструкции скелета, связок, мышц и вестибулярного аппарата, сформированных в процессе эволюции. Взаимосвязанная работа опорно-двигательной системы (ОДС) и вестибулярного аппарата позволяет нам не падать на землю и удерживать равновесие. Для этого скелетные мышцы тела должны находиться в тонусе или даже в напряжении в зависимости от позы. Скелетные мышцы можно разделить на две группы: большие мышцы — двигатели и малые мышцы — стабилизаторы. Основная функция мышц двигателей это перемещение одних частей тела относительно других. Задача малых — поддержание равновесия и координация движений.
Подробнее мы вернёмся к этому позже. Сейчас для нас важно, что в космосе отсутствие гравитации позволило снять нагрузку с мышечной системы по поддержанию позы в пространстве. В невесомости возможно максимально расслабить мышцы, «отключить» их. Это, в свою очередь, позволяет полностью снять со всех скелетных суставов и связок всё напряжение вследствие отсутствия воздействия на них тонуса мышц тела, а также привести позвоночник в максимально естественное для него состояние.
Известно, что большинство скелетных суставов сформированы суставной капсулой содержащей жидкость, суставными поверхностями покрытыми хрящевой тканью, внутренними связками и т. д. Связки и капсулы суставов состоят из соединительной и фиброзной ткани, волокна которой имеют определённое направление. Когда мышцы или внешние силы никак не воздействуют на суставы и связки, их волокна оказываются не натянуты и не сжаты ни в каком направлении. Условно говоря, возникает их «нулевое» или «нейтральное» состояние. То же самое касается состояния суставных сочленений позвонков, которые связаны между собой фиброзной капсулой, внутри которой находится межпозвоночный диск, а также связок, соединяющих суставные отростки. Нейтральное положение позвоночника у взрослого человека неразрывно связано с нормальной кривизной всех его изгибов, двумя лордозами (шейным и поясничным) и двумя кифозами (грудным и крестцово-копчиковым).
То есть,
нейтральная позиция при нулевой гравитации (НПНГ) характеризуется максимально естественным и расслабленным состоянием всей опорно-двигательной системы тела человека (мышц, суставов, связок и т. д.). В этой позе тело, руки, ноги, голова располагаются относительно друг друга под определенными, физиологически обусловленными углами, что обеспечивает им максимальную свободу, амплитуду и возможную силу движения
[4].
Крайне важным свойством нейтральной позиции является то, что в условиях расслабленного состояния мышц и связок освобождается большое количество энергии, а также ресурсов нервной системы, которые иначе затрачивались бы на поддержание позы. Теперь же эти ресурсы могут быть затрачены на выполнение рабочей задачи, в том числе, требующей высокого уровня концентрации внимания. Многолетние исследования и испытания показали, что НПНГ является наиболее оптимальной и эффективной рабочей позой человека в космосе.
Первые редакции стандартов NASA MSIS появились в 1980-х годах и затем подвергались неоднократным обновлениям и изменениям
[5]. Последняя редакция, NASA/SP-2010–3407/REV1 была опубликована в 2014 году
[6]. Стандарты использовались и используются для разработки оборудования и оснащения космических кораблей, а также самолётов и даже автомобилей.
Аналогичные исследования примерно в это же время проводились и в СССР и были зафиксированы в 1976 году в системе стандартов ГОСТ, как то ГОСТ 21889–76 «Система Человек-машина»
[7]. Причём данные стандарты были предназначены и для разработки машин и оборудования в том числе гражданского назначения.
Очевидно, что условия работы на земле отличаются от условий работы в космосе именно в смысле наличия гравитации, то есть силы земного притяжения. Как мы уже обсуждали выше, тело человека и его нервная система адаптированы к воздействию этой силы. Согласованная работа вестибулярного аппарата, мозга и мышц позволяет человеку сохранять в движении и статике равновесие и устойчивость. Как правило, для выполнения работы нам необходимо принять определённую позу, в которой будет возможно осуществить задачу. Для соблюдения определённой позы нам приходится бороться с силой притяжения и задействовать для этого разные группы мышц тела. Причём, чем сильнее положение тела отклоняется от равновесного состояния, в котором работают в основном мышцы стабилизаторы, тем большее количество мышц приходится задействовать. Работа больших скелетных мышц требует больших затрат энергии, в том числе и нервной, поэтому работу, связанную с повышенной концентрацией внимания на сложном объекте, очевидно, лучше выполнять в равновесном положении тела. Существует два равновесных положения тела, в которых можно эффективно трудиться — стоя и сидя. В положении стоя вектор воздействия силы тяжести проходит вертикально вниз через всё тело человека и его центр тяжести. Воздействие этой силы тяжести
компенсируется изгибами позвоночника, арочной конструкцией стопы и тонусом мышц стабилизаторов тела, идущих вдоль позвоночника и мышц ног. То есть на поддержание стабильного положения стоя всё же тратится довольно много ресурсов. Более того, при необходимости управления педалями процесс поддержания позы усложняется. В этом смысле положение сидя оказывается гораздо более выгодным. Причём положение сидя будет принципиально отличаться от положения стоя наличием опоры для тела, например, в виде стула или кресла. Именно опора, стул или кресло, позволяет максимально распределить силу тяжести, действующую на тело человека в целом и на его отдельные части, на элементы стула в виде сиденья, спинки, подлокотников и подголовника. То есть
положение сидя на опоре (на стуле с подлокотниками и спинкой), позволяет в значительной степени компенсировать силу тяжести (
P), действующую на тело человека, силой реакции опоры (
N), как показано на рисунке 4, что приводит тело в состояние близкое к нейтральной позиции при нулевой гравитации. Если мы вернёмся к схеме на рисунке 2, то увидим, что положение сидя на стуле с подлокотниками и НПНГ даже внешне очень схожи между собой.