Траты энергии при деятельности

Организм человека и животных даже в условиях покоя расходует определенное количество энергии, необходимое для обеспечения непрерывной работы ряда его физиологических систем, а у гомойотермных животных и для поддержания постоянной, отличной от внешней среды температуры его тела. Многочисленными исследованиями энергетического обмена в процессе пищеварения показаны существенные изменения интенсивности обмена веществ в различные периоды времени после начала еды, получившие название специфического динамического действия пищи. Основная роль в повышении обмена веществ, вызванного специфическим действием пищи, принадлежит образующимся в процессе ферментативной обработки продуктам расщепления пищевых веществ, всасывающихся в кровь. Специфическое динамическое действие пищи связано с ее химическим составом (содержанием углеводов, белков и жиров). Акт еды, очевидно, является сплошным раздражителем, который на фоне повышенной возбудимости усиливает метаболические процессы, и прежде всего те, которые непосредственно связаны с природой поедаемых веществ. Благодаря специфическому динамическому действию основной обмен повышается на 3% при приеме, переваривании и всасывании жиров, на 6%– углеводов и на 16% белков. В реализации динамического действия пищевых веществ основная роль принадлежит нервной системе. В специфическом динамическом эффекте приема пищи можно выделить две фазы: нервно-рефлекторную, продолжающуюся 3–4 ч, и химическую, гуморальную, длительностью до 12 ч. Специфическое динамическое действие пищи, проявляющееся у детей уже при первых кормлениях материнским молоком, постепенно увеличивается к 3–7 кормлению и достигает максимального значения при 40 м–50 м кормлении, что следует рассматривать как следствие образования новых условно-рефлекторных связей в течение онтогенеза. Любое движение тела животного организма связано с расходованием энергии. Мышечная работа значительно увеличивает траты энергии, поэтому суточный расход энергии у здорового человека занятого физическим трудом, намного превышает величину основного обмена. Интенсификация процессов обмена веществ во время мышечной деятельности и сразу после нее всегда ассоциируется с усилением легочной вентиляции, с увеличением работы дыхательных мышц. Последнее, в свою очередь, увеличивает энергетический расход организма и количество потребляемого О2 во время и после работы. Затраты энергии прямо пропорциональны интенсивности выполняемой мышечной работе. Так, если расход энергии в условиях основного обмена составляет в среднем 4,08 кДж/кг·ч, то при сидении затраты энергии повышаются уже до 5,9 кДж/кг·ч, при стоянии – до 6,2, при легкой работе они составляют 7,5–10,4, при ходьбе –10,4–12% кДж/кг·ч. Человек средней массы, занятый физическим трудом средней степени тяжести, вырабатывает в год примерно 41800 тыс. кДж. Если человек в течение года и прибавит в массе около 1 кг, то энергетический баланс его изменится лишь на 6%, поэтому в подавляющем большинстве случаев можно считать, что на протяжении года получение и расход энергии у здорового человека практически равны. Поскольку человек, занятый определенным физическим трудом, выполняет некоторую механическую работу, представляется возможным оценить коэффициент полезного действия (КПД). КПД при мышечной работе выражается в виде отношений количества энергии, затраченной на выполнение механической работы, к дополнительному количеству израсходованной энергии (рабочей прибавки): КПД=W/Ew – Еr = механическая работа/рабочая прибавка, где Er – энергия, расходуемая организмом в покое, Ew – энергия, израсходованная при работе в течение одной минуты, W – работа, произведенная в течение 1 минуты. Величина этой дроби всегда меньше 1, и ее обычно выражают в процентах. При различных формах деятельности человека величина КПД варьирует в пределах от 10 до 30%, составляет в среднем 20%.

Энергетические аспекты физиологии труда. В физическом труде по величине энергетических затрат и количеству потребляемого О2 (точнее, по отношению количества потребляемого О2 к максимально возможной величине) различают пять режимов работы (М. И. Виноградов 1966 г.).

Истощающая работа характеризуется энергетическим расходом, превышающим предельную аэробную емкость. За предельную аэробную емкость принимают ее затраты энергии в 84 кДж/мин. Истощающая работа может продолжаться всего несколько минут.

Максимальная работа характеризуется максимальной аэробной емкостью. В промышленных условиях встречается в исключительных случаях на короткий промежуток времени. Режим максимальной работы может продолжаться не более 30 минут.

При субмаксимальной работе используется 50–75% максимальной аэробной емкости, что соответствует энергетическим затратам в 41,8–62,7 кДж/мин., то есть в 8 раз превышающим величину основного обмена. Субмаксимальная работа – предельно допустимый режим труда, встречающийся в тяжелой промышленности с малой автоматизацией производства.

Интенсивная работа характеризуется использованием 25–50% аэробной емкости, что соответствует расходу энергии в 21– 42 кДж/мин. Интенсивная работа – часто встречаемый режим физического труда. Интенсивная работа при аэробной емкости>25% невозможна в течение всего 8-часового рабочего дня.

Легкая работа отличается использованием менее 25% максимальной аэробной емкости, то есть расходом энергии менее 16,5 кД/мин. такие энергетические затраты (8360 кДж за 8-часовую рабочую смену) считаются предельно допустимыми при постоянной интенсивности работы в течение всего рабочего дня.

Поскольку практически на любом производстве имеют место неравномерные затраты энергии в течение рабочего дня, в физическом труде широко используют представление о ступенчатом расположении величин расхода энергии. Для характеристики степени тяжести работы на различных производствах удобно пользоваться классификацией видов работы по энергетическим затратам. Наиболее распространенным является деление на 4 группы: первая группа (малая мышечная работа или умственная работа) характеризуется ежедневным расходом энергии 9200–10800 кДж, вторая группа (физическая работа умеренной тяжести) 11700–14200 кДж, третья группа (тяжелая физическая работа) 15000–16700 кДж, четвертая группа (очень тяжелая работа) –17500–25000 кДж. Во время физического труда у человека значительно увеличивается потребление О2. Если в покое потребление О2 составляет 0,3 л/мин., то при интенсивной работе оно достигает 2 л/мин.