Лекция №2
Тема: Физиологические реакции организма человека на трудовые нагрузки
1. Понятие об адаптации и физиологические резервы организма человека
Труд как форма жизнедеятельности человека осуществляется в определенных условиях производственной среды и при определенных нервно-мышечных нагрузок. При любых изменениях внешних условий внутренняя среда остается постоянным, что является необходимым условием жизнедеятельности организма. Устойчивые постоянные количественные показатели, которые характеризуют нормальное состояние внутренней среды и всего организма, называются физиологическими константами. К ним относятся температура тела, артериальное давление крови, концентрация в крови сахара, белков и другие.
Адаптация (приспособление) - это динамический процесс, благодаря которому в организме поддерживается постоянство внутренней среды в меняющемся внешней среде. Она заключается в перестройке физиологических процессов в зависимости от изменения условий взаимодействия организма с окружающей средой. Связь организма с внешней средой, регулирование его работы в соответствии с изменениями внешних условий осуществляет центральная нервная система.
Приспособительные реакции организма человека к внешней среде проявляются в форме сложных рефлекторных актов. Кроме того, адаптация, как приспособительные изменения в организме, характеризуется расширением физиологических возможностей, увеличением работоспособности или повышением физиологической сопротивляемости организма внешним воздействиям. Существенное влияние на адаптационные процессы человека, в частности в трудовой деятельности, имеет психическая адаптация. Она базируется на использовании человеком ранее приобретенного опыта, учитывает потребности и мотивацию, что обеспечивает более точную дифференциацию реакций и поведения работника.
Приспособление организма работника к условиям производственной среды и трудовых нагрузок обеспечивается его резервами. Резервы организма - это его способность усиливать свою деятельность по сравнению с состоянием относительного покоя. Размер резервов отдельной функции - это разница между максимально возможным уровнем и уровнем в состоянии относительного физиологического покоя. При физических нагрузках физиологические показатели могут увеличиваться в 2-16 раз по сравнению с состоянием покоя. Организм человека имеет морфологические, биохимические, физиологические, психологические резервы.
Морфологические резервы характеризуются особенностями строения тканей и органов, избытком определенных структурных элементов по сравнению с потребностью. Например, в крови содержится в 500 раз больше протромбина, чем требуется для свертывания всей крови.
Биохимические резервы связаны с запасом энергетических веществ в организме.
Физиологические резервы обусловлены функциональным состоянием отдельных органов и организма в целом, деятельность которых усиливается в результате нейрорегуляции.
Психологические резервы связаны с психическими функциями человека, является показателем умственной работоспособности и определяются высокой устойчивостью к неблагоприятным факторам внешней среды.
Общие физиологические резервы зависят от резервов его двигательного аппарата, дыхательной и сердечно-сосудистой систем. Реализация физиологических резервов при выполнении работы происходит путем повышения эффективности обменных процессов, усиление работы органов дыхания и сердечно-сосудистой системы, перераспределения крови к работающим органам, расширение механизмов терморегуляции и др.
2. Биохимические процессы и энергетика трудовой деятельности
Уровень затрат энергии является интегральным показателем деятельности организма человека в процессе труда. Основные затраты энергии при этом обусловливаются работой мышц - чем большую механическую работу выполняет работник, тем больше он затрачивает энергии. Затраты энергии зависят также от информационного содержания труда, условий производственной среды, эмоционального состояния работника.
Источником энергии для всех жизненных процессов и функций является обмен веществ. Обмен веществ и обмен энергии - единый процесс. Каждое органическое соединение, входящее в состав живого организма, имеет определенный запас потенциальной энергии. Большую роль в энергетическом обмене играет аденозинтрисфосфорна кислота (АТФ). Наибольшее количество АТФ в скелетных мышцах (0,2-0,5%).
Возбуждение, которое возникает в мышечных волокнах, вызывает химические процессы, следствием которых является их сокращение. Первичным звеном в цепи химических реакций является распад АТФ. При этом из каждой грамм-молекулы АТФ высвобождается 10000 кал. Энергия, высвобождаемая в результате этой реакции, используется для выполнения механической работы и частично переходит в тепловую. Разрушенные молекулы АТФ должны восстанавливаться, чтобы мышца могла снова сокращаться.
Количество энергии, которую тратит организм в состоянии полного мышечного покоя, натощак и при температуре 18-20° С, называется основным обменом. У взрослого человека он составляет 1 ккал на 1 кг массы за 1 ч. Суточный основной обмен зависит от веса, возраста, пола, состояния здоровья человека и внешних факторов и составляет 1400...1700 ккал.
В зависимости от размера суточных энергетических затрат выделяют четыре группы работ. Согласно этой классификации к легким отнесены работы, при выполнении которых суточные затраты энергии составляют 2200...2600 ккал, к работам умеренной тяжести - 2800...3400 ккал, до тяжелых работ - 3600...4000 ккал, до очень тяжелых работ - 4200...6000 ккал. Разделение работ на группы тяжести по показателю энергозатрат имеет ограниченное применение и касается физического труда.
3. Закономерности функционирования дыхательной системы человека в процессе труда
Поддержание в организме оптимального уровня окислительно-восстановительных процессов обеспечивается системой дыхания. Удовлетворение потребности организма в большем количестве кислорода в связи с увеличением энергетического обмена во время труда и выводе из него избытка углекислоты обеспечивается за счет соответствующего приспособления к работе дыхательной системы. Увеличение газообмена становится возможным благодаря росту таких показателей работы дыхательной системы, как частота и глубина дыхательных движений, легочная вентиляция, коэффициент использования кислорода.
Легочная вентиляция - количество воздуха, которое проходит через легкие за единицу времени (одну минуту). Она зависит от частоты дыханий и объема одного вдоха (количество воздуха, которое человек вдыхает).
Дыхательный объем в состоянии покоя составляет 300...500 мл, а частота дыханий - 12...18 за одну минуту. Таким образом, легочная вентиляция, или минутный объем дыхания равен 5-8 л воздуха. Во время работы минутный объем дыхания увеличивается за счет роста частоты дыханий и увеличение дыхательного объема. Последний увеличивается за счет резервного объема вдоха, то есть максимального количества воздуха, которое можно вдохнуть после спокойного вдоха. Резервный объем вдоха составляет 1500...2000 мл.
Возможности увеличения дыхательного объема зависят от жизненной емкости легких. Последняя характеризуется максимальным количеством воздуха, которое можно выдохнуть после максимального вдоха. Жизненная емкость легких у молодых мужчин составляет 3,5...4,8 л, у женщин - 3...3,5 л. У тренированных людей эти показатели значительно выше - 5...7 л.
При значительных мышечных напряжениях частота дыханий может достигать 50 и более за минуту, а объем одного вдоха - 2...2,5 л. Следовательно, минутный объем дыхания возрастает до 120-160 л. Однако у большинства людей во время мышечной работы легочная вентиляция не превышает 100 л/мин.
Во время интенсивной мышечной работы увеличивается коэффициент использования кислорода до 4-8% против 3-4% в состоянии покоя. В зависимости от тяжести работы потребление кислорода может возрасти до 1...3 л/мин против 150...300 мл/мин в состоянии покоя.
Возможны также изменения ритма дыхания в процессе труда. Так, максимальные кратковременные усилия выполняются задержки дыхания. При выполнении легких работ этого не наблюдается, за исключением случаев, когда работа особенно точная, сложная и ответственная. Аналогичные процессы имеют место при выполнении умственной работы, которая требует напряженного внимания.
Если работа очень тяжелая для человека, то может наступить разлад в дыхании, который субъективно воспринимается как одышка, нарушения ритмов дыхательных движений. Как правило, такие явления наблюдаются у людей с низким уровнем работоспособности, что указывает на необходимость профессионального отбора для таких работ по показателям мышечной силы и выносливости.
Для выполнения любой работы необходимо определенное количество кислорода, которое называется кислородным запросом. Различают суммарный и минутный кислородный запрос. Суммарный кислородный запрос - количество кислорода, необходимое для выполнения всей работы. Минутный кислородный запрос - количество кислорода, которое необходимо для выполнения этой работы в течение одной минуты. В некоторых случаях фактическое потребление кислорода может отставать от потребности организма. Значит, организм вынужден работать в анаэробных условиях. Работа будет продолжаться до тех пор, пока не истощатся энергетические ресурсы. При этом накопление молочной кислоты может значительно превышать норму, а ресинтез АТФ не сможет осуществляться. Для ликвидации молочной кислоты необходим кислород. Количество кислорода, необходимое для окисления продуктов обмена, образовавшихся во время работы, называется кислородным долгом. Другими словами, кислородный долг - это разница между суммарным кислородным запросом и количеством кислорода, который фактически потребляется во время работы. Величина максимально возможного кислородного долга характеризует анаэробную производительность организма. У большинства работников она составляет 4...10 л, у спортсменов - 15...22 л.
4. Реакции сердечно-сосудистой системы работника на трудовые нагрузки
Трудовая деятельность, сопровождаясь определенными затратами энергии, требует увеличения интенсивности окислительных процессов, что, в свою очередь, отражается на показателях гемодинамики, состоянии сердца и кровеносных сосудов работника. Соответственно тяжести работы и факторов внешней среды в организме работника увеличивается кровоток, мерой которого является минутный объем крови, т. е. количество крови, которое проходит через систему кровообращения за одну минуту.
Увеличение минутного объема крови достигается за счет двух механизмов приспособления сердечно-сосудистой системы к условиям работы:
● усиление деятельности сердца;
● расширение капилляров.
Деятельность сердца усиливается увеличением частоты сокращений сердца за единицу времени, то есть увеличение пульса, а также путем увеличения ударного объема сердца. Ударный объем - количество крови, которая выталкивается в сосуды за одно сокращение. В состоянии покоя частота пульса у человека составляет 60...80 ударов в минуту, ударный объем - 50...80 мл, а минутный объем крови - 5...6 л. Во время интенсивной работы частота пульса может возрастать до 180...240 ударов за минуту, ударный объем крови - до 100...150 мл, а минутный объем - до 20...30 л.
На частоту пульса, кроме мышечных усилий, влияют уровень эмоциональных реакций, рабочая поза, температура окружающей среды. Так, в рабочей позе стоя частота пульса работника может быть на 10...15 ударов за минуту больше, чем в позе сидя (80...90 вместо 70...75). При температуре 25...30 °С частота пульса также возрастает на 10...15 ударов за минуту. При тяжелой физической работе, особенно в неблагоприятных условиях теплового перегрева, частота пульса у работника может достигать 150 ударов за минуту. 140...160 ударов в минуту может достигать частота пульса у работников, которые выполняют напряженную нефизической работу.
Частота пульса достаточно адекватно отражает функциональное напряжение организма во время не только физической, но и умственной и сенсорно напряженного труда. По показателю «рабочего пульса» работы делятся на такие группы:
● очень легкие - до 80 ударов/мин;
● легкие - 80...100 ударов/мин;
● средней тяжести - 100...120 ударов/мин;
● тяжелые - 120...140 ударов/мин;
● очень тяжелые - 140...160 ударов/мин;
● чрезвычайно тяжелые - 160...180 ударов/мин;
● изнурительные - более 180 ударов/мин.
В процессе работы большая часть крови поступает в расширенные сосуды работающих мышц. В органах, которые не принимают участия в работе, сосуды сужаются, и кровоснабжение уменьшается. Кровоснабжение сердца при тяжелой работе увеличивается в четыре раза по сравнению с состоянием покоя. Увеличение кровоснабжения работающих мышцах сопровождается не только увеличением количества раскрытия в них капилляров, но и уменьшением противодействия движению крови. Однако последнее не полностью соответствует увеличению кровотока, что приводит к повышению в процессе труда артериального давления. Максимальное давление повышается до 150 и даже 200 мм рт. ст. соответственно мощности выполняемой работы.
Состояние сердечно-сосудистой системы работника зависит от трудовых нагрузок. Для оценки ее адаптированности к этим нагрузкам сравнивают показатели систолического кровяного давления и частоты пульса во время работы и в состоянии покоя.
Работа вызывает физиологические сдвиги в составе крови, степень и направленность которых зависят от интенсивности работы. Сначала увеличение интенсивности работы приводит к увеличению в составе крови эритроцитов, лейкоцитов, гемоглобина, что способствует усиленному обеспечению тканей кислородом и повышению работоспособности. Дальнейшее увеличение нагрузок приводит к ухудшению этих показателей, а чрезмерно утомительная работа может вызывать патологические сдвиги. Во время работы в составе крови увеличивается содержание фосфорных соединений, молочной кислоты и углекислоты.
5. Терморегуляция организма человека в процессе труда
Усиления энергозатрат и обмена веществ при выполнении работы, в частности мышечной, вызывает в организме работника увеличение теплообразования, что отражается на его терморегуляции. Основные изменения терморегуляции при работе выражаются в повышении температуры тела и кожи, а также в изменении теплоотдачи.
У человека температура поддерживается на постоянном уровне (36,5...37,0 °С). Постоянство это обеспечивается двумя процессами – теплообразованием и теплоотдачей. Особенно много тепла образуется в мышцах во время работы. Так, во время ходьбы теплообразование увеличивается в 1,5-2 раза, а при интенсивной мышечной работе - в 10 и более раз.
При охлаждении организма теплообразование увеличивается за счет усиления окислительно-восстановительных процессов. Это так называемая химическая регуляция. Кроме того, усиление теплообразования обеспечивается непроизвольным мышечным тремором, что составляет механическую регуляцию.
Благодаря сложной системе терморегуляции в организме работающего человека поддерживается тепловой баланс. При этом, если накопления тепла в организме во время тяжелой работы в условиях нагревающего микроклимата сопровождается терморегуляцией за счет теплоотдачи, то при работе в условиях охлаждения вызванное ею теплообразование используется для защиты организма от переохлаждения. Это означает, что энергозатраты на выполнение самой работы в условиях охлаждения уменьшаются. Легкая работа в холодных условиях выполняется при повышенных энергозатратах по сравнению с такой же работой, которая выполняется при нормальных условиях.
Тяжелая работа выполняется при одинаковых энергозатратах за условий охлаждения и перегрева при различной направленности процессов терморегуляции.
Относительно умственного труда, то значительное тепловыделение характерно для тех ее видов, которые сопровождаются эмоциями. Особенно сильно оно проявляется при умственных нагрузках, решении сложных, ответственных задач.
Значительная потеря пота во время работы приводит к нарушениям в организме работника, в частности обезвоживания и в связи с этим сгущение крови, а также потерь большого количества солей и витаминов. Поэтому одной из важных мер предотвращения нарушений водно-солевого и витаминного баланса в организме работающих в условиях нагревающего микроклимата является рациональный питьевой режим.
6. Особенности восстановительных процессов в организме работника после работы
Во время работы в организме работающего человека преобладают процессы распада над процессами восстановления. Последние в основном происходят по окончании работы. В период восстановления:
● пополняются затраченные энергоресурсы;
● ликвидируются продукты распада;
● нормализуется внутренняя среда организма.
Особенностями восстановительных процессов является их фазный характер, зависимость от величины сдвигов в физиологических системах, а также различная продолжительность для отдельных показателей и функций.
Различают две фазы восстановительных процессов:
● фазу раннего восстановления, для которой характерно наиболее интенсивное восстановление;
● фазу позднего медленного и длительного восстановления.
Возвращение функций и показателей энергетического обмена до исходного уровня сначала проходит быстро, а затем замедляется.
Особенностью восстановительных процессов является то, что общая работоспособность организма, а также отдельные показатели обмена веществ и вегетативных функций достигают исходного уровня в разное время. Даже для одной и той же физиологической системы отдельные показатели восстанавливаются неодновременно. Отмечается также разная интенсивность восстановления одного и того же показателя в различных органах.
Необходимо учитывать, что динамика физиологических функций работника при выполнении различных работ имеет разнонаправленный характер и зависит от многих факторов (состояния здоровья работника, особенностей работы, условий внешней производственной среды и т. п.). Кроме того, в различных видах труда те или иные органы и системы организма принимают неодинаковое участие. Вот почему в одном случае профессионально важные функции могут сохраняться благодаря компенсаторным изменениям других функций, во втором - вследствие малых нагрузок, в третьем - они могут нарушаться, несмотря на компенсаторные изменения. Знание закономерностей восстановительных процессов позволяет более обоснованно подойти к организации трудовых процессов, разработки режимов труда и отдыха.
