Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Это интересно !

· В квадратном миллиметре расслабленной мышцы открыто только 10 процентов капилляров, при работе – до 100. Да и вообще в состоянии покоя по сосудам циркулирует не вся масса крови, а лишь 55-75 процентов. Только работа включает ее почти всю в кругооборот, улучшая обменные процессы [6,с.100}.

Сосуды внутренних органов и тканей обладают индивидуальными особенностями регуляции, связанными с их функциями. Например, сосуды кожи играют важную роль в теплорегуляции. Расширение их при повышении температуры тела способствует отдаче тепла в окружающую среду, а сужение – задерживает теплоотдачу. Тонус сосудов легочных альвеол определяется степенью их вентиляции. Так, в невентилируемых альвеолах кровообращение выключается.

Все механизмы регуляции сердечно-сосудистой деятельности являются врожденными, но на их основе в течение жизни вырабатываются сосудистые условные рефлексы, которые помогают организму в определенных условиях включить соответствующие реакции. Таким образом, организм оказывается заранее приспособленным к предстоящей деятельности, в том числе, к выполнению трудовых операций.

Основным показателем деятельности организма во время работы является уровень затрат энергии, определяемый тяжестью, напряженностью труда, условиями трудовой деятельности, эмоциональным состоянием работника и другими факторами. Основным источником энергии в организме является обмен веществ.

Обмен веществ и энергии, или метаболизм, - это совокупность химических и физических превращений веществ и энергии, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность [5, с.184].

Метаболизм обеспечивает восстановление постоянно теряемых организмом веществ (вода, минеральные соединения) и распадающихся органических соединений, входящих в состав тканей и тканевых жидкостей, снабжает организм энергией, необходимой для движения, секреции, экскреции, образования ряда веществ и других проявлений жизни.

Обмен веществ обеспечивается двумя взаимосвязанными процессами – ассимиляцией и диссимиляцией.

Ассимиляция (анаболизм) – процесс усвоения организмом веществ, при котором расходуется энергия.

Диссимиляция (катаболизм) – процесс распада сложных органических соединений, протекающий с высвобождением энергии. Выделяемая при диссимиляции энергия расходуется для поддержания жизнедеятельности организма и для выполнения работы

Источником энергии для человека является окисление органических веществ, поступающих с пищей. При расщеплении пищевых продуктов выделяемая энергия переходит в механическую работу, выполняемую мышцами, а также используется для синтеза более сложных соединений или накапливается в макроэргических веществах. Макроэргическими называют соединения, расщепление которых сопровождается выделением большого количества энергии. К ним относятся, в частности, аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). АТФ содержится в каждой клетке организма. Наибольшее ее количество наблюдается с скелетных мышцах – 0,2-0,5% [5, с. 205]. Любая деятельность клетки всегда точно совпадает по времени с распадом АТФ.

При беге на короткую дистанцию и при выполнении тяжелой работы мышцы работают в основном за счет содержащейся в АТФ энергии. Разрушившиеся молекулы АТФ должны восстановиться для того, чтобы мышцы смогли вновь сокращаться.

Соотношение между поступающей и затраченной организмом энергии называется энергетическим балансом. Минимальное количество энергии, необходимое для поддержания нормальной жизнедеятельности организма в состоянии полного покоя при исключении внутренних и внешних влияний, которые могли бы повысить уровень обменных процессов, называется основным обменом. Основной обмен измеряется утром натощак (через 12-14часов после последнего принятия пищи), в положении лежа на спине, при полном расслаблении мышц, в условиях температурного комфорта (18-20⁰С) и выражается в кДж/сут., т.е. количеством энергии, выделенной организмом.

В состоянии полного физического и психического покоя организм расходует энергию следующим образом:

· на постоянно совершающиеся химические процессы;

· на механическую работу, выполняемую органами;

· на постоянную деятельность железисто-секреторного аппарата.

Основной обмен зависит от пола, возраста, роста, массы тела человека. На величину основного обмена влияет также предшествующая мышечная работа. Мышечная деятельность повышает обмен веществ пропорционально тяжести выполняемой работы. Средняя величина основного обмена веществ у здорового человека составляет приблизительно 4,2 кДж (1ккал) в час на 1 кг массы.

При выполнении работы, особенно при мышечной деятельности, энергетические затраты организма значительно увеличиваются. Это увеличение энергетических затрат составляет рабочую прибавку, которая тем больше, чем интенсивнее работа (табл. 4.1), [5, с.208].

Таблица 4.1. Расход энергии в покое и при физической нагрузке

При кратковременных нагрузках энергия расходуется в основном за счет окисления углеводов. При длительных мышечных нагрузках в организме расщепляются преимущественно жиры. У человека, занимающегося физическим трудом, энергетические затраты возрастают пропорционально интенсивности труда.

В соответствии с энергетическими затратами все профессии подразделяются на четыре группы, каждая из которых характеризуется своим суточным расходом энергии (табл. 4.2), [5, с. 209]. В первую группу входят работники умственного труда, суточный расход энергии которых относительно невысок. Вторая группа – это работники механизированного труда и сферы обслуживания, работа которых не требует больших физических и, соответственно, энергетических усилий. К ним относят медсестер, продавцов, работников связи и т.п. Третья группа включает работников механизированного труда и сферы обслуживания, труд которых связан со значительными физическими усилиями (станочники, текстильщики и т.п.). Четвертая группа – это работники механизированного или частично механизированного труда большой или средней тяжести (шахтеры, металлурги и т.п.).

Таблица 4.2. Суточный расход энергии взрослого человека в зависимости от пола, возраста и рода его деятельности

Примечание. I группа — работники умственного труда (ученые, врачи, инженеры, конторские служащие и др.); II группа — работники механизированного труда и сферы обслуживания, работа которых не требует больших физических усилий (работники связи, продавцы, медицинские сестры, санитары, швейники и др.); III группа — работники механизиро­ванного труда и сферы обслуживания, труд которых связан со значительными физическими усилиями (станочники, текс­тильщики, обувщики, водители транспорта, агрономы, бригадиры тракторных и полеводческих бригад); IV группа — работ­ники механизированного или частично механизированного труда большой или средней тяжести (горнорабочие, шахтеры, строительные рабочие, металлурги, кузнецы, грузчики, землекопы и др.).

Значительный интерес представляет классификация работ, приведенная Я.В. Крушельницкой [7, с.63]. В соответствии с этой классификацией выделяют пять типов работ.

1. Изнурительная работа, при выполнении которой затраты энергии превышают 20 ккал/мин. Такие работы можно выполнять на протяжении только нескольких минут.

2. Максимальная работа с затратами энергии от 15 до 20 ккал/мин. Она может выполняться не более получаса.

3. Субмаксимальная работа, при которой затраты энергии составляют 5-10 ккал/мин. Ее выполнение также ограничено.

4. Интенсивная работа, при которой затраты энергии составляют 5-10 ккал/мин. Такие работы наиболее распространены, но величина 10 ккал/мин принята как предельная, и работа при таких затратах энергии невозможна на протяжении восьмичасового рабочего дня.

5. Легкая работа, при которой энергетические затраты не превышают 5 ккал/мин.

Физиологами установлено, что чрезмерная нагрузка на организм работника является чрезвычайно опасной, ибо приводит к его истощению. Недостаток двигательной активности также вызывает различные отклонения в организме. Уровень среднесменных затрат энергии на мышечную работу не должен быть меньшим 0,5 ккал/мин. Наиболее эффективной и безопасной для здоровья считается трудовая деятельность, требующая среднего расхода энергии работника, получившего название энергетического оптимума.

При вычислении энергетических затрат человека используют методы прямой и непрямой калориметрии.

Прямая калориметрия основана на непосредственном определении тепла, высвобождающегося в процессе жизнедеятельности организма. Человека помещают в специальную калориметрическую камеру, в которой учитывают все количество тепла, отдаваемого телом человека. Выделяемое организмом тепло поглощается водой, протекающей по системе труб. Данный метод весьма громоздок и применяется только в специальных научных учреждениях.

Непрямая калориметрия связана с определением дыхательного коэффициента. Дыхательным коэффициентом называется отношение объема выделенного человеком углекислого

газа к объему поглощенного кислорода [7, с.241]:

По величине дыхательного коэффициента можно судить о характере окисляемых веществ в организме. При окислении углеводов дыхательный коэффициент равен 1, т. е. для полного окисления 1 молекулы глюкозы до углекислого газа и воды потребуется 6 молекул кислорода, при этом выделяется 6 молекул углекислого газа:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂+ 6Н₂О.

Дыхательный коэффициент при окислении белка равен 0,8, жиров – 0,7.

Расход энергии у человека по газообмену с использованием дыхательного коэффициента определяют следующим образом [5, с. 208]. Человек дышит, как правило, 5 минут через мундштук (загубник). Взятый в рот мундштук, соединенный с мешком из прорезиненной ткани, имеет клапаны. Они устроены так, что человека свободно вдыхает атмосферный воздух, а выдыхает воздух в мешок. С помощью газовых часов измеряют объем выдохнутого воздуха. По показателям газоанализатора определяют процентное содержание кислорода и углекислого газа во вдыхаемом и выдыхаемом человеком воздухе. Затем рассчитывают количество поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа, а также дыхательного коэффициента. С помощью соответствующей таблицы (табл.4.3) по величине дыхательного коэффициента устанавливают калорический эквивалент кислорода и определяют расход энергии.

Таблица 4.3 Участие жиров и углеводов в обмене веществ и калорический эквивалент при различной величине дыхательного коэффициента

Определение энергозатрат человека при выполнении работы необходимо для оптимизации трудовой деятельности работника, сохранения его здоровья и работоспособности, снижения утомляемости и, в конечном счете, повышения эффективности его труда.

4.3. Приспособление к работе органов дыхания человека

Организм человека нуждается в непрерывном поступлении кислорода из окружающей среды и удалении углекислого газа, который образуется в процессе обмена веществ. Совокупность процессов, обеспечивающих в организме потребление кислорода и выделение углекислого газа, называется дыханием. Выделяют внешнее и внутренне дыхание. Внешнее дыхание обеспечивает обмен газов между организмом и атмосферой. Внутреннее дыхание – это процесс потребления кислорода и выделения углекислого газа в тканях и клетках организма.

При выполнении работы, особенно требующей мышечных усилий, потребление кислорода организмом увеличивается. Об изменении газообмена во время трудовой деятельности можно судить по таким показателям, как легочная вентиляция и дыхательный объем, частота и глубина дыхания и др.

Легочная вентиляция – это количество воздуха, обмениваемое в 1 минуту. Легочную вентиляцию определяют путем умножения дыхательного объема на число дыханий в одну минуту. В состоянии покоя эта величина составляет 6-8 литров в 1 минуту.

Дыхательный объем – это количество воздуха, которое человека вдыхает при спокойном дыхании. В состоянии спокойного дыхания при каждом акте вдоха в легкие поступает около 500 мл воздуха. Дыхательный объем варьирует в зависимости то глубины дыхания у разных людей в пределах от 300 до 800 мл.

После обычного вдоха человека может сделать максимальный вдох, в результате чего в легкие может поступить еще около 1500 мл воздуха, что составляет резервный объем вдоха. Резервный объем вдоха определяет способность легких к расширению, необходимость в котором имеется при увеличении потребности организма в газообмене.

Резервный объем – это объем воздуха, который удаляется из легких, если вслед за спокойным вдохом и выдохом произвести максимальных выдох (он составляет примерно 1500 мл).

Остаточный объем – это объем воздуха, который остается в легких после максимально глубокого выдоха. Его величина составляет 1000-1500 мл.

Дыхательный объем, резервные объемы вдоха и выдоха составляют жизненную емкость легких. Жизненная емкость легких – это самое глубокое дыхание, на которое способен данный человек. Она определяется тем количеством воздуха, которое может быть удалено из легких, если после максимального вдоха сделать максимальный выдох. Жизненная емкость легких у мужчин молодого возраста составляет 3.5-4,8 л, у женщин – 3 –3,5 л. Эти показатели достаточно изменчивы и зависят от пола, возраста, массы, положения тела, состояния дыхательных мышц, тренированности и других факторов.

Общая емкость легких состоит из жизненной емкости легких и остаточного объема воздуха.

При совершении мышечной работы значительно изменяются все показатели дыхания. Так, например, легочная вентиляция может увеличиваться до 100-120 л/мин, частота дыхания – до 50 в минуту (в спокойном состоянии частота дыхания равна 12-18 в минуту). При выполнении тяжелой или нервно-напряженной (точной, ответственной) работы возможны изменения ритма дыхания (задержка дыхания).

Важным показателем газообмена является максимальное потребление кислорода – наибольшее количество кислорода, которое организм может потреблять за одну минуту при максимально тяжелой работе. Его величина зависит от пола, возраста, физического состояния работника и составляет 2-4 л/мин (у спортсменов –7 л/мин). Выполнять работу при максимальном потреблении кислорода можно лишь несколько минут.

В зависимости от показателей легочной вентиляции и потребления кислорода работы подразделяются на следующие категории [8, с.266]:

· легкая (легочная вентиляция составляет 10-20 л/мин, потребление кислорода –0,5-1.0 л/мин);

· средняя (20-35 л/мин и 1,0-1,5 л/мин соответственно);

· тяжелая (35-50 л/мин и 1,5-2,0 л/мин);

· очень тяжелая (50-65 л/мин и 2,0-2,5 л/мин);

· чрезвычайно тяжелая (65-85 л/мин и 2,5-3,0 л/мин);

· изнурительная (более 85 л/мин и более 3,0 л/мин).

Для выполнения любой работы требуется определенное количество кислорода. Этот показатель называется кислородным запросом. Для ликвидации продуктов распада, образующихся в процессе деятельности (в частности, молочной кислоты) необходим кислород. Эту разницу между общим кислородным запросом и количеством кислорода, фактически использующимся во время работы, называют кислородным долгом. Величина максимально возможного долга обычно составляет у работников 4-10 л, у спортсменов – 15-10 л.

Изменение функциональной активности органов дыхания при физической нагрузке обусловлено нервными и гуморальными механизмами. При физической нагрузке увеличивается концентрация в крови и тканях углекислого газа и молочной кислоты, которые стимулируют нейроны дыхательного центра как гуморальным путем, так и за счет нервных импульсов, поступающих от сосудистых рефлексогенных зон. Кроме того, активность нейронов дыхательного центра увеличивается под воздействием нервных импульсов, идущих от проприорецепторов дыхательных и скелетных мышц. Наконец, активность нейронов дыхательного центра обеспечивается потоком нервных импульсов, поступающих от клеток коры головного мозга, обладающих высокой чувствительностью к недостатку кислорода и избытку углекислого газа.

Выполнение работы, особенно физической, связано с изменением теплообмена. Теплообменом называется обмен тепловой энергии между организмом и окружающей средой. Одним из показателей теплообмена является температура тела, которая зависит от двух факторов: образования тепла, т.е. интенсивности обменных процессов в организме, и отдачи тепла в окружающую среду. Если теплообразование равно теплоотдаче, то температура тела остается постоянной (36,5-37,0⁰С).

Процесс образования тепла в организме называется химической терморегуляцией; процесс, обеспечивающий удаление тепла из организма – физической терморегуляцией. Образование тепла в организме происходит за счет окислительных процессов, которые особенно активизируются в мышцах во время работы. Так, во время ходьбы теплообразование увеличивается в 1,5-2 раза, а при интенсивной мышечной работе в 10 и больше раз [8, с.72]. Источником тепла в организме являются все ткани. Кровь, протекая через ткани, нагревается.

При повышении температуры окружающей среды происходит рефлекторное снижение обмена веществ, вследствие чего в организме уменьшается теплообразование. Понижение температуры окружающей среды вызывает увеличение интенсивности метаболических процессов и, соответственно, теплообразования. Основной формой повышения теплообразования в организме является дрожь (непроизвольное сокращение мышц). Увеличение теплообразования в мышечной ткани может происходить и путем рефлекторного повышения интенсивности обменных процессов – так называемого несократительного мышечного термогенеза. Кроме мышечной ткани, в увеличении теплообразования большую роль играют печень и почки.

Физическая терморегуляция осуществляется за счет отдачи тепла путем конвекции, радиации и испарения воды [5, с.218].

Конвекция ( теплопроведение) заключается в непосредственной отдаче тепла прилегающим к телу предметам или частицам среды. Чем больше разница температуры между поверхностью тела и окружающим воздухом, тем интенсивнее отдача тепла. Чем холоднее воздух, тем сильнее идет процесс охлаждения. В случае, если температура окружающей среды выше температуры кожи, проведение тепла будет идти в противоположном направлении (происходит нагревание организма).

Интенсивность отдачи тепла увеличивается при движении воздуха и снижении его влажности. Так, при скорости движения воздуха, равной 0,5 м/с, кожа охлаждается на 2⁰С, а при скорости 1м/с – на 2,6⁰ С. Однако при температуре воздуха, большей 40⁰ С, его движение может быть фактором перегрева организма. Высокая влажность затрудняет испарение пота с поверхности тела работника уже при температуре +24⁰С. Оптимальное значение относительной влажности воздуха – 40-60 %, максимально допустимые – не более 75%.

Радиация (теплоизлучение) состоит в том, что выделение тепла из организма происходит путем инфракрасного излучения с поверхности тела. В состоянии покоя за счет радиации организм теряет до 60% тепла. При повышении температуры окружающей среды происходит покраснение кожи за счет расширения капилляров сосудов, что приводит к усилению радиации, а следовательно, и теплоотдачи. При снижении температуры окружающей среды происходит сужение капилляров и сосудов и уменьшение теплоотдачи.

Регулирование теплоотдачи происходит также путем испарения воды с поверхности тела. Даже при полном отсутствии видимого теплоотделения через кожу испаряется за сутки до 0,5 л воды. Испарение 1л пота у человека с массой тела 75 кг может понизить температуру тела на 10⁰ С.

В состоянии относительного покоя взрослый человек выделяет во внешнюю среду 15% тепла путем конвекции, около 68% - посредством радиации и 19% - за счет потоотделения и дыхания.

При повышении температуры окружающей среды и при физической нагрузке потоотделение увеличивается. Человек способен в сутки выделить с потом до 10-15 л жидкости. В среднем он теряет за сутки около 0,8 л пота, а с ним - 500 ккал тепла. При дыхании человек также выделяет ежесуточно около 0,5 л воды. При физической работе вентиляция легких увеличивается, а это приводит к повышению теплоотдачи. Большая потеря воды во время работы может привести к нарушению водно-солевого баланса. Во избежание этих нарушений работающим в условиях горячего микроклимата рекомендуется рациональный питьевой режим (подсоленная вода с добавлением белков и витаминов).