Научную деятельность Устьянцев Сергей Леонидович начал в период работы санитарным врачом в Кувандыкской районной санэпидстанции Оренбургской области, опубликовав статью в журнале Гигиены труда и профессиональных заболеваний на тему «Сравнительная гигиеническая характеристика сухого и мокрого способов производства фтористых солей», посвященную улучшению условий труда рабочих на Южно-Уральском криолитовом заводе. В последствии, поступив в НИИ гигиены труда и профессиональных заболеваний (НИИ ГТиПЗ) МЗ РСФСР, возглавляемом д.м.н. Станиславом Георгиевичем Домниным, продолжил научную работу в отделе физиологии труда, руководимом к.м.н. Солониным Юрием Григорьевичем. В процессе выполнения хозяйственных договоров, заключаемых с руководством промышленных предприятий Свердловской, Волгоградской, Кемеровской областей, совместно с трудовым коллективом НИИ ГТиПЗ выполнял научно-практические работы по изучению условий труда в различных отраслях промышленности в целях разработки и внедрения уменьшающих профессиональный риск научных рекомендаций. В этот начальный период своей научной деятельности проявил интерес к изобретательству в профилактической области медицины, способствовавший мне в короткие сроки собрать научно-практический материал для написания и защиты в 1991 г. в Казанском медицинском институте кандидатской диссертации на тему «Сравнительная физиолого-гигиеническая характеристика утомления при разных формах динамических и статических мышечных нагрузок». После защиты кандидатской диссертации сразу приступил к разработке темы докторской диссертации, набирая необходимый литературный и научно-практический материал, журнальные публикации и публичные выступления, позволившие мне защитить эту диссертацию в 2001 году в г. Москве в НИИ медицины труда РАМН.
В дальнейшем продолжил научную работу с акцентом на изобретательство, что позволило расширить и, вместе с тем, углубить круг моих научных интересов в разработке проблем в практической и научной медицине труда. В частности, им начал разрабатываться комплексный, физиолого-гигиенический, методологический подход к измерению, нормированию и оценке влияния на здоровье работников производственных факторов. Если в прежних методиках комплексность изучения условий труда выражалась количеством применяемых в исследовании гигиенических показателей, то в таковых новых мной разрабатываемых методиках комплексность отражается участием в каждом из применяемых показателей не только гигиенических параметров факторов производственной среды и трудового процесса, но и физиологических характеристик состояния работника. Данный методологический подход позволил перейти от парадигмы изучения воздействия фактора на организм к парадигме его влияния на здоровье, причем, влияния на рабочем месте. Влияния в наибольшей степени свободного от в дальнейшем возможных методических ошибок в оценке причины нарушении здоровья, поскольку это влияние управляется первичной – преформированной связью между нагрузкой на организм и его напряжением. Необходимость в разработке физиолого-гигиенического методологического подхода к исследованию условий труда на основе выявления указанной первичной причинно-следственной связи вытекает из доказанного мной явления о том, что воздействие всех производственных факторов (шум, вибрация, вручную перемещаемые грузы, количество объектов одновременного наблюдения и др.) на организм работника обязательно трансформируется в их влияние на здоровье. И величина такой трансформации индивидуальна – влияния фактора на здоровье далеко не всегда совпадает с величиной его воздействия на организм. И таким преломляющим вредность/благоприятность производственного фактора здоровью кристаллом служит состояние физиологических функциональных систем организма работника. Чем более высок потенциал физиологических возможностей у работника, измеряемый величиной энтропии (α) в организме, тем менее он восприимчив и уязвим вредным параметрам воздействия производственных факторов, и наоборот.
С помощью разработки, в недавно прошедшие годы, ряда изобретений, например, по определению энтропии (α) в организме, определению развитости свойства человека и животных быть открытыми термодинамическими системами по величине энтропии в их организмах, измерению скорости старения организмов животных и человека при различных видах жизнедеятельности, и др. творческая деятельность Устьянцева Сергея Леонидовича обогатилась новым научным направлением по применению интегральных физиологических показателей состояния здоровья человека на рабочем месте (например, скорости старения) в показателях эффективных экспозиций вышеуказанных овеществленных факторов производственной среды и трудового процесса (шум, вибрация и др.). Для этого была проведена серия экспериментальных, производственных и аналитических научных работ по обоснованию физиологического функционального состояния работника на рабочем месте профессиональным фактором (одушевленным профессиональным фактором), имеющем не только общие родовые признаки с овеществленными (гигиеническими, эргономическими) общепризнанно профессиональными факторами, но и превосходящим их по способности управлять условиями труда по влиянию на здоровье. В медицине труда ранее физиологический фактор не входил в статус профессионального, что не способствовало и обоснованию ряда связанных с производственным трудом заболеваний профессиональными, если их нет в утвержденном МЗ РФ списке профессиональных.
В настоящее время, указанное развиваемое Устьянцевым С.Л. научное направление развивается работами, проливающими свет на неизвестные стороны взаимодействия скелетно-мышечной и дыхательной систем. В результате ретроспективного анализа эргономических и физиологических норм труда, утвержденных МЗ РСФСР и МЗ СССР, в экспериментальных и производственных исследованиях было выявлено ранее неизвестное явление, названное «периодическим законом воспроизводства прибавочной свободной энергии в организме». Было обосновано, что в основе этого закона лежат физиологические процессы в скелетном нервно-мышечном аппарате и кардио-респираторной системе, в определенных условиях согласованное взаимодействие между которыми приводит к образованию прибавочного количества свободной энергии (∆G), используемой организмом для достижения здоровья, подтверждаемое уменьшением энтропии (α). В кардиореспираторной системе генератором ∆G является так называемый волновой кислород (О2*), образующийся всякий раз в периоды удлиненного выдоха и при короткой (5-20 с, в зависимости от метаболической потребности в О2) задержке дыхания. А в скелетно-мышечной системе генератором ∆G служит повышение КПД расхода мышечной (G1М, G2М) и преимущественно нервно-эмоциональной энергии (G1Н, G2Н) с ростом вовлекаемой в работу скелетной мышечной массы (М).
Применение указанного явления в условиях производственного труда позволило в виде выполнения рабочими короткого произвольного (до 20 с) апноэ перед выполнением производственных операций значительно, на 8-13% (Р<0,001), уменьшило минутный объем дыхания, скорость старения при работе и снизило на 20-29% тяжесть и напряженность труда за смену, определяемых физиологическими методом. Предполагается, что этот эффект связан со стимуляцией указанной формой дыхания свойства организма быть открытой термодинамической системой (условно названного свойством открытости молекулярному кислороду). В свою очередь, временно повышающаяся открытость организма молекулярному кислороду приводит к повышению и КПД работы структур организма и к такому же временному облегчению выполнения производственного задания.
Видимо (нельзя исключать), что, этот же физиологический эффект наблюдается и в тяжелой атлетике, в эмпирически разработанных правилах работы с грузом: выдох с последующим коротким апноэ совершать в моменты подъема штанги, а вдох – при ее опускании.