Энергетические затраты организма человека

 

Энергозатраты человека в процессе жизнедеятельности зависят от интенсивности мышечной работы, информационной насыщенности труда, степени эмоционального напряжения и других условий (температуры, относительной влажности и т.д.). Так как энергозатраты характеризуются окислительными процессами, уровень энергозатрат определяют методом прямой калориметрии, т.е. полного газового анализа (учитывается объем потребления кислорода и выделенного углекислого газа). С увеличением тяжести труда значительно возрастают потребление кислорода и количество расходуемой энергии.

Количество кислорода, потребляемого человеком натощак в состоянии мышечного покоя, является показателем обмена, необходимого для поддержания жизненно важных функций организма в покое, т.е. основного обмена.

Основной обмен характеризуется потреблением кислорода 200-250 мл/мин с энергетической затратой около 4,2-5 кДж/мин. На основной обмен оказывают влияние многие факторы: возраст, вес, пол, состав пищи, климатические условия и др.

За норму энергетического основного обмена взрослого человека принято 4,19 кДж на 1 кг массы в час.

Потребность организма в кислороде тем больше, чем напряженнее работа; он необходим для окисления продуктов распада углеводов и жиров и для поддержания других биохимических процессов.

Количество кислорода, необходимое для полного окисления продуктов распада, называется кислородным запросом. Количество кислорода, которое человек может получить в силу особенностей системы дыхания и кровообращения, называется кислородным потолком. У нетренированных людей он составляет 3 л/мин, а у тренированных может достигать 4-5 л/мин. Разность между кислородным запросом и кислородным потолком называется кислородным долгом.

Энергетические затраты при динамической отрицательной работе составляют 50 % от энергозатрат при динамической положительной (при этом перемещение груза по горизонтали в 9-15 раз легче, чем его подъем).

При динамической положительной работе начало работы характеризуется неполным удовлетворением кислородного запроса вследствие инерционности сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

Это приводит к возникновению кислородного долга, который погашается после работы в период восстановления. При тяжелой работе восстановительный период может быть значительным – от 30 мин до 50 % рабочего времени.

При статической работе потребление кислорода значительно меньше, чем кислородный запрос. В период, непосредственно следующий за работой, потребление кислорода резко возрастает, а затем падает. Потребление кислорода редко превышает 1 л/мин, но утомление наступает очень быстро, что связано с изменениями в ЦНС.

Суточные затраты энергии для работников умственного труда составляют 10,5-11,7 МДж; для работников механизированного труда и сферы обслуживания – 11,3-12,5 МДж; для работников, выполняющих работу средней тяжести (станочники, шахтеры, хирурги, литейщики, сельскохозяйственные рабочие) – 12,5-15,5 МДж; для работников, выполняющих тяжелую физическую работу (металлурги, лесорубы, грузчики) – 16,3-18,0 МДж.

Затраты энергии меняются в зависимости от рабочей позы. При рабочей позе «сидя», затраты энергии превышают на 5-10 % уровень основного обмена; при рабочей позе «стоя» – на 10-25 %; при вынужденной неудобной позе – на 40-50 %.

При интенсивной интеллектуальной работе потребность мозга в энергии составляет 15-20 % от общего обмена в организме, в то время как масса мозга составляет 2 % от массы тела.

Повышение суммарных энергетических затрат при умственной работе определяется степенью нервно-эмоциональной напряженности. Так, при чтении вслух «сидя» расход энергии повышается на 48 %, при выступлении с публичной лекцией – на 94 %, у операторов вычислительных машин – на 60-100 %.

Уровень энергозатрат может служить критерием тяжести и напряженности выполняемой работы, имеющим важное значение для оптимизации труда и его рациональной организации.

Тяжесть и напряженность труда характеризуются степенью функционального напряжения организма. Оно может быть энергетическим, зависящим от мощности работы – при физическом труде, и эмоциональным – при умственном труде, когда имеет место информационная нагрузка.

Физическая тяжесть труда – это нагрузка на организм при труде, требующая преимущественно мышечных усилий и соответствующего энергетического обеспечения.

Уровни факторов тяжести труда выражены в эргономических величинах, характеризующих сам трудовой процесс, независимо от индивидуальных особенностей человека, участвующего в этом трудовом процессе.

Напряженность труда – это характеристика трудового процесса, отражающая преимущественную нагрузку на ЦНС, т.е. определяется нервным, психоэмоциональным напряжением, длительностью и интенсивностью интеллектуальной нагрузки.

Напряженность труда является одним из психофизиологических факторов профессионального отбора и характеризуется эмоциональной нагрузкой на организм при труде, требующем интенсивной работы мозга по получению и переработке информации. Кроме того, при оценке степени напряженности учитывают эргономические показатели.

Классификация условий труда

Условия труда — это совокупность факторов производственной среды и трудового процесса, оказывающих влияние на здоровье и работо­способность человека в процессе труда.

В соответствии с ГОСТ 12.0.002—80 различают четыре группы факторов трудовой деятельности:

6. физические факторы, включающие микроклиматические пара­метры и запыленность воздушной среды, все виды излучений, виброа­кустические характеристики рабочего места и качество освещения;

7. химические факторы, включающие некоторые вещества био­логической природы;

8. биологические факторы, куда отнесены патогенные микроор­ганизмы, белковые препараты, а также препараты, содержащие жи­вые клетки и споры микроорганизмов;

9. факторы трудового процесса.

Условия труда, при которых воздействие на работающего вредных и опасных производственных факторов исключено или их уровень не превышает гигиенических нормативов (Р.2.2.2006—05 «Гигиениче­ские критерии оценки условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряжен­ности трудового процесса»), называют безопасными условиями труда.

Условия труда в целом оцениваются по четырем классам, которые представлены схемой на рис. 4.1. Безопасные условия труда — это оп­тимальные (1-й класс) и допустимые (2-й класс) условия.

Оптимальные (комфортные) условия труда (1-й класс) обеспечива­ют максимальную производительность труда и минимальную напря­женность организма человека. Этот класс установлен только для оценки параметров микроклимата и факторов трудового процесса. Для остальных факторов условно оптимальными считаются такие ус-

Рис. 4.1. Классы условий труда

 

ловия труда, при которых неблагоприятные факторы не превышают безопасных пределов для населения.

Допустимые условия труда (2-й класс) характеризуются такими уровнями факторов среды и трудового процесса, которые не превы­шают установленных гигиеническими нормативами для рабочих мест. Возможные изменения функционального состояния организма восстанавливаются во время регламентированного отдыха или к на­чалу следующей смены и не должны оказывать неблагоприятное воз­действие в ближайшем и отдаленном периоде на состояние здоровья работающего и его потомство. Оптимальный и допустимый классы соответствуют безопасным условиям труда.

Вредные условия труда (3-й класс) характеризуются наличием вредных производственных факторов, превышающих гигиенические нормативы и оказывающих неблагоприятное воздействие на орга­низм работающего и/или его потомства. В зависимости от уровня превышения нормативов факторы этого класса подразделяются на четыре степени вредности:

10. вызывающие обратимые функциональные изменения орга­низма;

11. приводящие к стойким функциональным нарушениям и росту заболеваемости;

12. приводящие к развитию профессиональной патологии в легкой форме и росту хронических заболеваний;

13. приводящие к возникновению выраженных форм профес­сиональных заболеваний, значительному росту хронических и высо­кому уровню заболеваемости с временной утратой трудоспособности.

Травмоопасные (экстремальные) условия труда (4-й класс). Уровни производственных факторов этого класса таковы, что их воздействие на протяжении рабочей смены или ее части создает угрозу для жизни и/или высокий риск возникновения тяжелых форм острых профес­сиональных заболеваний.

Работа в условиях несоответствия нормативным требованиям возможна только с сокращением времени воздействия вредных про­изводственных факторов, т. е. сокращением рабочей смены — защи­та временем.

Степень вредности условий труда 3-го класса определяют по сум­ме значений фактических степеней вредности, тяжести и напряжен-

п

ности труда: Х_фак = х_фХ + х_ф2 +... + х_фп =. Число баллов по каж-

дому фактору Хф\ представляется в карте условий труда с учетом про­должительности его действия в течение смены х_фХ = х_стХ • T_h где х_ст1 — степень вредности фактора или тяжести работ, устанавли­ваемая по показаниям гигиенической классификации труда; Т(= Тф1Лрс — отношение времени действия данного фактора х_ф1 к продолжительности рабочей смены т_рс; если х_ф1>х_рс, то 7) = 1,0.

В зависимости от фактического состояния условия труда руково­дителями предприятий и организаций по согласованию с профсою­зами устанавливается доплата в размере 4...24 % тарифной ставки. Доплаты устанавливаются по конкретным рабочим местам и начис­ляются рабочим за время фактической занятости на этих местах. По согласованию с профсоюзом временно сроком до одного года разме­ры доплат могут быть выше, чем установлено расчетом, но не более 12 % для тяжелых и вредных условий труда и 24 % — на работах с осо­бо тяжелыми и особо вредными условиями труда.

Микроклимат

 

Большую часть своей жизни человек проводит в помещении: дома, на работе, в транспорте. Его здоровье, самочувствие, работоспособность в значительной мере определяются состоянием теплового комфорта помещения. Требования теплового комфорта являются определяющими при выборе ограждающих конструкций зданий, систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха.

Микроклимат помещений – это климат внутренней среды, определяемый действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности, скорости движения воздуха, а также температуры окружающих поверхностей.

Повышенная температура воздуха способствует быстрому утомлению работающих, снижению скорости реакций. Низкая температура может привести к простудным заболеваниям. Общее переохлаждение организма приводит к снижению уровня обмена веществ, недостатку снабжения тканей кислородом, отморожению.

Для защиты от переохлаждений открытые участки тела (уши, кисти рук, лицо) снабжены разветвленной сетью артерий и вен, по которым могут протекать большие массы теплой крови. При резком охлаждении частей тела со стороны ЦНС подается команда на усиление кровенаполнения на переохлажденных местах.

Движение воздуха в среде обитания при низких температурах и, особенно, при повышенной влажности оказывает существенное влияние на процесс терморегуляции организма, приводит к охлаждениям, к простудным заболеваниям. Человек воспринимает движение воздуха при скорости около 0,25 м/с; скорость движения воздуха менее 0,1 м/с ощущается человеком как застой.

В случае, когда физическая терморегуляция исчерпывает свои возможности, включается механизм химической терморегуляции, проявляющейся в виде неприятных мышечных сокращений (дрожание). Таким образом подается команда мышцам на увеличение теплообразования.

При высоких температурах повышение скорости движения воздуха оказывает благоприятное действие, способствуя быстрейшему отводу тепла и влаги конвективным путем.

При оценке влажности используется относительная величина, выраженная в процентах, т. е. отношение содержания водяных паров в единице объема данного воздуха к содержанию паров в условиях полного насыщения воздуха при данной температуре.

Влажность φ (%) оказывает особенное влияние на организм человека в сочетании с температурой. При повышенной влажности происходит интенсивный процесс перегрева организма за счет сокращения отвода тепла от организма потовыделением (испарением).

Пониженная влажность при высоких температурах способствует отводу тепла потовыделением, поэтому жара легче переносится в тех местах, где воздух более сухой. Повышенная влажность и пониженная температура оказывают значительное охлаждающее действие.

Физиологические наблюдения за организмом позволили определить «эффективные» и «эффективно эквивалентные» температуры, характеризующие совокупное воздействие температуры, влажности, скорости движения воздуха на организм людей.