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.