Физическая деятельность человека

Основной физиологический показатель. Для поддержания нормаль­ной жизнедеятельности организма необходимы обеспечение клеток питательными веществами и удаление продуктов обмена. Эти функции могут быть обеспечены лишь движением крови.

Клетки по-разному реагируют на недостаток тех или иных веществ, что обусловлено различной потребностью и содержанием их в крови. В связи с этим говорят о «коэффициенте безопасности», т. е. о дополни­тельной величине того или иного вещества, которое может быть утилизи­ровано тканями в чрезвычайных условиях без увеличения притока крови. При постоянном уровне кровотока потребление кислорода может возрасти в 3 раза только за счет более полной отдачи его гемоглобином во время прохождения через ткани. Следовательно, коэффициент безо­пасности (величина резерва) снабжения тканей кислородом равен приблизительно 3. Для других веществ и продуктов обмена этот коэффициент составляет приблизительно: для глюкозы — 3, для жирных кислот — 28, для аминокислот — 36, для углекислоты — 25, для продуктов белкового обмена — 480.

Понятно, что при поддержании минутного объема кровообращения на уровне, обеспечивающем потребность тканей в кислороде, доставка остальных необходимых веществ будет осуществлена автоматически. Поэтому величина потребления кислорода является важнейшим фи­зиологическим показателем, отображающим уровень обменных про­цессов.

Изменение гемодинамики при физических нагрузках. Мышечная работа носит статический и динамический характер, причем при статической работе переносимость нагрузки зависит от функционального состояния тех или иных мышечных групп, а при динамической и от эффективности механизмов, поставляющих энергию (сердечно-сосу­дистая и дыхательная системы, кровь), а также от их взаимодействия с другими органами.

При статической работе повышается обмен веществ, увеличивается расход энергии, однако в меньшей мере, чем при динамической работе. Особенностью статической работы является ее выраженное утомляющее действие, обусловленное длительным сокращением и напряжением мышц и отсутствием благоприятных условий для кровообращения, вследствие чего происходит местное снижение напряжения кислорода и накопление конечных и промежуточных продуктов обмена. Длительное существо­вание определенного очага возбуждения в коре головного мозга, сформиро­ванного сигналами от одной группы напряженных мышц, быстро при­водит к развитию утомления.

Динамическая работа связана с перемещением тела или отдельных частей тела в пространстве. Энергия, расходуемая при динамической работе, превращается в механическую и тепловую.

Динамичные усилия всегда имеют прерывистый характер, т.е. сокращения мышц через короткие отрезки времени чередуются с их отдыхом. Ритмичный характер работы мышц способствует полноценному кровоснабжению, поэтому мышца при динамической работе намного меньше утомляется, чем при статической. Единицей измерения энергии, затраченной при динамической работе, является джоуль.

Сокращаясь, мышца воздействует на кость, как на рычаг и выполняет механическую работу. Любое сокращение мышц связано с затратой энергии. Источником этой энергии является распад и окисление органи­ческих веществ (углеводов, жиров, нуклеиновых кислот). Органические вещества в мышечных волокнах претерпевают химические превращения, в которых участвует кислород. Вследствие этого образовываются продукты распада, главным образом углекислый газ и вода, и высво­бождается энергия.

Кровь, протекая через мышцы, постоянно снабжает их питатель­ными веществами, кислородом и забирает углекислый газ и другие продукты распада.

Если человек физически работает длительное время без отдыха, то работоспособность его мышц постепенно уменьшается. Временное снижение работоспособности, наступающее в меру выполнения работы, называют утомлением. После отдыха работоспособность восстанав­ливается.

Если выполнять ритмические физические упражнения, то утомление наступает позже, ибо в промежутках между сокращениями мышц работо­способность их частично восстанавливается. В то же время при быстром ритме сокращений быстрее наступает утомление. Работоспособность мышц зависит и от величины нагрузки: чем больше нагрузка, тем быстрее устают мышцы. При выполнение физической работы очень важно подобрать средние величины ритма и нагрузки. При этом производитель­ность будет высока, а утомление наступит позже.

Распространенное мнение, как будто наилучший способ восста­новления работоспособности — это полный покой. И.М. Сеченов доказал ошибочность такого представления. Он сравнил, как восста­навливается работоспособность в условиях полного пассивного отдыха и при изменении одного вида деятельности другим, т.е. в усло­виях активного отдыха. Оказалось, что утомление проходит быстрее и работоспособность восстанавливается раньше во время активного отдыха.

Во время работы любого органа к нему поступает больше крови, чем во время покоя. Чем большую работу осуществляют мышечные волокна, тем более питательных веществ и кислорода приносит к ним кровь. Когда регулярно физически работать, заниматься физкультурой и спортом, мышечные волокна быстрее растут и человек становится более сильным. Мышцам нужна систематическая тренировка.

Работа мышц сопровождается изменениями в деятельности многих систем органов: сердечно-сосудистой, дыхательной и тому подобное. Ткани получают больше кислорода, биохимические реакции в клетках уско­ряются, активнее происходит обмен веществ в тканях.

Физические упражнения хорошо влияют на весь организм, укреп­ляют здоровья, закаляют человека, делают его способным выдерживать различные неблагоприятные влияния окружающей среды.

Физические упражнения приводят к повышению уровня обменных процессов, возрастающих в меру того, как увеличивается нагрузка. Как уже говорилось, коэффициент безопасности для транспорта кислорода равен 3. Поэтому более чем троекратное увеличение метаболизма привело бы к выраженному кислородному голоданию тканей, если бы оно не сопровождалось усилением деятельности сердца. При интенсивной нагруз­ке минутный объем сердца может возрастать, по сравнению с состоянием покоя в 6 раз, коэффициент утилизации кислорода — в 3 раза. В результате доставка кислорода к тканям увеличивается приблизительно в 18 раз, что позволяет при интенсивных нагрузках у тренированных лиц достичь возрастания метаболизма в 15—20 раз по сравнению с уровнем основного обмена.

Величина физической работы, которая выполняется человеком, зависит от ряда факторов: конкретной профессиональной деятельности, индивидуальных особенностей человека, степени тренированности, физического развития и тому подобное.

Остановимся на изменениях основных показателей гемодинамики под влиянием физических нагрузок (по Н.М. Амосову).

Частота сердечных сокращений (ЧСС). Физическая нагрузка приводит к увеличению ЧСС, необходимому для обеспечения возрастания минутного объема сердца. Так, в состоянии покоя ЧСС составляет 65 толчков за минуту, при средней нагрузке — 113, а при максимальном — 185. Существует линейная зависимость между ЧСС и интенсивностью работы в пределах 50—90% максимальной переносимости нагрузок. Хотя, конечно, имеются значительные индивидуальные различия, связанные с полом, возрастом, условиями окружающей среды и физи­ческой подготовленностью человека.

По рекомендации ВОЗ, считаются допустимыми нагрузки, при которых ЧСС достигается 170 в 1 мин, и этот предел обычно используется при определении переносимости физических нагрузок и функционального состояния сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

Минутный объем сердца, Минутный объем сердца определяется ударным объемом сердца и ЧСС. В первые минуты ритмичной работы минутный объем сердца постепенно увеличивается до стабильного уровня, который зависит от интенсивности нагрузки и обеспечивает необходимый уровень потребления кислорода. После окончания нагрузки минутный объем сердца уменьшается постепенно. В частности, для лиц молодого возраста, ведущих сидячий способ жизни, минутный объем сердца составляет л/мин: в состоянии покоя — 5,1, при средней нагрузке — 17,0 и при максимальной — 26,0.

Кровяное давление. Системное артериальное давление при переходе от состояния покоя до физической нагрузки повышается. Начальный период повышения систолического артериального давления при ритмич­ной работе продолжается 1—2 мин, после чего оно устанавливается на стабильном уровне, который зависит от интенсивности нагрузки. Диастолическое артериальное давление остается без существенных изменений и несколько повышается лишь при большой физической нагрузке. Давление в легочной артерии при физических нагрузках существенно не повышается, а центральное венозное давление при мышечной работе возрастает.

Распределение кровообращения в органах и тканях. Кровоток в мышце в состоянии покоя составляет около 4 мл/мин на 100 г мышечной ткани. В интенсивно работающих мышцах кровоток может возрасти в 15—20 раз, причем количество функционирующих капилляров может возрасти в 50 раз. Хотя скорость кровотока в работающих мышцах увеличивается в 20 раз, аэробный обмен может возрастать в 100 раз за счет повышения утилизации кислорода.

Коронарный кровоток во время физической нагрузки возрастает соразмерно увеличению минутного объема сердца. В состоянии покоя он составляет около 60—70 мл/мин на 100 г миокарда и при нагрузке может усиливаться более чем в 5 раз.

Легочный кровоток во время физической нагрузки значительно возрастает. При интенсивных физических нагрузках площадь попереч­ного сечения легочных капилляров увеличивается в 2—3 раза и ско­рость прохождения крови через капиллярное ложе легких возрастет в 2 —3,5 раза.

Функция легкое. Легочная вентиляция повышается параллельно увеличению потребление кислорода, причем при максимальных нагрузках у тренированных лиц она может возрасти в 20—25 раз по сравнительно с состоянием покоя и достигать 150 л/мин.

Потребление кислорода — это суммарный показатель, отобра­жающий функциональное состояние сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Значение этого показателя в физиологической и клинической практике особенно велико еще и потому, что имеются достаточные возможности его прямого и косвенного определения.

При переходе из состояния покоя к нагрузке в течение нескольких минут, потребление кислорода возрастает, а затем при стабильной нагрузке достигает устойчивости уровня. В начальной стадии каждой физической нагрузки, независимо от ее интенсивности, возникает дефицит кислорода (рис. 4.1. Заштрихованная поверхность А). Он сохраняется на протяжении всего периода работы и стимулирует включение целого ряда механизмов, обеспечивающих необходимые изменения гемодинамики. Кислородный долг возмещается лишь по завершении мышечной работы в восстановительный период (заштрихованная поверхность Б)

Показателем уровня анаэробных процессов в организме при физической нагрузке является концентрация недоокисленных продуктов — молочной кислоты — в крови. В состоянии покоя содержание молочной кислоты составляет около 0,1 г /л крови, а сразу же после тяжелых физических нагрузок, сопровождающихся значительным возрастанием анаэробной энергопродукции, количество ее в крови может возрасти в 10—15 раз.

Потребление кислорода нарастает пропорционально увеличению нагрузки. Однако наступает предел, при котором дальнейшее увеличение нагрузки уже не сопровождается увеличением потребления кислорода. Этот уровень называется максимальным потреблением кислорода.

Максимальное потребление кислорода МПК — это наивысший достижимый уровень аэробного обмена при физической нагрузке. Обычно, такая нагрузка истощает пациента за 5—10 мин. Выше этого предела работающие мышцы оказываются в условиях недостаточного снабжения кислорода, и в них нарастают анаэробные обменные процессы. Следо­вательно, МПК является показателем аэробной способности организма, которая зависит от резервов сердца, возможностей кровоснабжения работающих мышц, кислородной емкости крови, состояния легочной вентиляции, диффузионной способности легких и других показателей, т.е. от физического состояния организма, а также от типа нагрузок и массы участвующих в работе мышц.

Рис. 4.1. Изменение потребления кислорода при физической нагрузке: А — дефицит кислорода, Б — кислородный долг.

Если какое-либо звено в цепи факторов, обеспечивающих высокий уровень обменных процессов при физических нагрузках, нарушается, то непременно снижается и аэробная способность организма. С другой стороны, тренирующий режим, увеличивая адаптационные возможности, приводит к увеличению аэробной способности.

Как видим, МПК является важнейшим физиологическим показателем, который отображает способность организма обеспечить большую потребность тканей в кислороде при предельной активации функции сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Этот показатель является основным при определении функционального состояния и работо­способности человека с помощью нагрузочных тестов. МПК определяется в литрах в минуту (л/мин). С учетом того, что оно пропорционально массе тела, для получения сравнимых данных его часто относят к 1 кг массы тела (мл/мин/кг).

Даже краткий обзор физиологии физических нагрузок свидетель­ствует, что интенсивная мышечная работа предъявляет высокие требова­ния к функциям основных органов и системам человека. Детренированность приводит к ухудшению состояния сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем, а физическая активность улучшает их функции.

Выявление уровня физической нагрузки человека в труде и определение ее оптимальных, а также максимальных и минимальных пределов, составляет одну из задач физиологии труда.

Классификация труда по степени тяжести и напряженности. Многообразие работ требующих различного напряжения функцио­нальных систем организма и выполняемых в разных условиях, выдвигает необходимость их классификации, решения ряда важных практических задач — нормирования труда и отдыха.

Классификация труда по тяжести и напряженности включает: физио­логическую классификацию, основанную на физиологических характе­ристиках напряжения функций и утомления, и професиографическую характеристику трудовой деятельности, основанной на описательных характеристиках труда.

Под термином «тяжесть труда» понимают напряжения функций, вызванные физической нагрузкой, а напряженность обозначает уровень напряжения центральной нервной системы.

Энергетическая оценка тяжести труда. Любая физическая деятель­ность человека требует расхода энергии. Энергетические затраты определяют тяжесть физического труда. Поэтому наиболее распростра­ненной и удобной формой оценки физических усилий является выражение их в виде энергетических затрат за единицу времени (кДж/с, кДж/мин, кДж/ч, кДж/8ч, ккал/с, ккал/мин, ккал/ч, ккал/8ч и тому подобное). Этот принцип лежит в основе исследований физиологии труда, позволяет приводить к единому знаменателю и сравнивать интенсивность физи­ческих усилий при самых разнообразных видах деятельности человека.

Ориентировочно определить расход энергии при трудовых процессах можно на основе данных Л.Бруха об энергетических затратах при различ­ной ЧСС. Если, например, в покое ЧСС 60—70 на 1 мин, то во время физи­ческой работы при частоте пульса 80 в 1 мин расходуется 2,5 ккал/мин, при 80—100 в 1 мин — 2,5—5 ккал/мин, при 100—120 в 1 мин 5— 7,5 ккал/мин, при 120—140 в 1 мин — 7,5—10 ккал/мин, при 140—160 в 1 мин — 10—12,5 ккал/мин, при 160—180 в 1 мин — 12,5—15 ккал/мин.

В зависимости от энергетических затрат предложено большое количество работ, в основу которых положены различные градации и принципы. Все они могут быть разделенные на 3 группы:

1. Сравнение с величиной основного обмена, эта классификация базируется на сравнении с основными затратами или основным суточным обменом. Так, Д. Диль выделяет мышечную роботу умеренной тяжести, когда энергетические затраты не превышают утраченной величины основного обмена, тяжелую — при энергетической стоимости в пределах 3—8 кратных основных затрат и очень тяжелую, когда энергетические затраты более чем в 8 раз превышают уровень основного обмена.

Классификация Г. Лехмана базируется на сравнении энергетических затрат труда с основным суточным обменом. Физическая деятельность разделяется на 10 классов с довольно мелким дроблением (порядка 300 ккал/в сутки для каждого класса).

М.Ф. Гриненко и Г.Г. Саноян выделяют четыре группы труда. К первой относятся работы умеренной тяжести, характеризирующиеся общим расходом энергии, включая основной обмен и затраты в покое (2800 — 3400 ккал) на сутки. Вторая — включает тяжелую работу с расходом энергии (3600—4000 ккал) в сутки. Третья — охватывает очень тяжелый физический труд с энергетическими затратами (4200 — 6000 ккал) в сутки, четвертая — легкий физический труд с общим расходом энергии (2200—2600 ккал) в сутки.

2. Оценка по уровню максимальных энергетических затрат. Эта классификация подразделяет физический труд в зависимости от тяжести на различные категории, предусматривая для каждой из них опреде­ленные пределы энергетических затрат в (ккал/мин) Ж. Кристенсен разделяет физическую работу на 5 классов тяжести с увеличением энергетических затрат в каждом классе на (2,5 ккал/мин). Наиболее интенсивная работа при энергетических затратах, превышающих 12,5 ккал/мин.

3. Оценка по отношению к аэробной способности. По С. Сула, физическая активность подразделяется на 5 групп: а) изнурительная работа, превышающая по мощности аэробную способность. Истощение наступает через несколько минут; б) максимальная работа — в пределах 75—100% аэробной способности (нагрузка такой интенсивности в производственных условиях допускается в особых случаях); в) субмаксимальная работа в пределах 50—75% аэробной способности, мышечная работа такой интенсивности используется в шахтах, в тяжелой про­мышленности; г) интенсивная работа в пределах 25—50% аэробной способности (наиболее распространенная категория физических работ); д) легкая работа — менее 25% аэробной способности. Для каждого энергетического уровня нагрузки существует максимально возможная и максимально допустимая длительность.

Максимально возможная длительность нагрузок уменьшается по мере возрастания интенсивности физических усилий, а следовательно и энергетических затрат. Г. Монод (1973) собрал в литературе данные, из которых видно, что при среднем уровне энергетических затрат 1250 кДж/мин (300 ккал/мин) максимальная возможная длительность физической работы составляет лишь доли секунды, при затратах 460 кДж/мин (ПО ккал/мин) — 5 с; 105 кДж/мин (25 ккал/мин) — 5 мин; 63 кДж/мин (15 ккал/мин) — 1 ч; 52 кДж/мин (12,5 ккал/мин) — 4 ч; 42 кДж/мин (10 ккал/мин) —10 ч; 21 кДж/мин (5 ккал/мин) — 2— 3 дня; 17 кДж/мин (4 ккал/мин) — 10 дней; 13 кДж/мин (3 ккал/мин) — несколько месяцев; 11 кДж/мин (2,5 ккал/мин) — неопределенное время для здорового человека.

При этом необходимо принимать во внимание, что приведенные цифры касаются среднего энергетического уровня за 24 ч. Поэтому при перерасчете энергетические затраты на профессиональную деятельность возрастут.

Максимально — допустимая длительность тяжелых физических нагрузок. Комитет экспертов ВОЗ указывает, для здорового человека допустимый уровень длительной физической нагрузки равен величине не превышающий 50% МПК.

Человек может выполнять тот или иной вид мышечной работы в пределах доступного для него расхода энергии. Этот предел определяется возможностями доставки необходимого количества кислорода для обеспечения возрастающего уровня обменных процессов, т.е. прежде всего, функциональным состоянием сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

Теории усталости. Любая трудовая деятельность, если она опти­мальна для организма по интенсивности и длительности и протекает в благоприятных производственных условиях, благотворно влияет на организм и способствует его совершенствованию. Человек обладает колоссальными резервными возможностями, и при оптимальном их использовании добивается наивысшего их развития. Если же работа чрезмерна по длительности или интенсивности, то это приводит к разви­тию выраженного утомления, снижению работоспособности, неполному ее восстановлению в период отдыха.

Утомление является естественным физиологическим процессом, нормальным состоянием организма. С биологической точки зрения, утомление — это временное ухудшение функционального состояния организма человека, проявляющееся в не специфических изменениях физиологических функций, в субъективном ощущении и снижении работоспособности. Она является защитной реакцией организма, которая направлена против истощения функционального потенциала центральной нервной системы.

Некоторые ученые утверждают, что причина усталости кроется в мышце как рабочем органе, так как, в результате физической работы в мышце накапливаются продукты обмена веществ (например, молочная кислота), и поэтому она не может выполнять дальнейшую работу. Другие выдвигают теорию, согласно которой утомление наступает как в рабо­тающих мышцах, так и в нервных центрах.

В настоящее время общепринятой является корковая теория утомле­ния. Утомление приводит к развитию охранительного торможения в коре головного мозга, необходимого для предотвращения развития истощения организма. Первичным звеном утомления при мышечной работе человека являются сдвиг в кортикальных центрах, что обуславливает сложнейший комплекс функциональных изменений организма.

Углубляет понимание утомления теория П.К. Анохина, которая раскрывает физиологическую сущность работоспособности и принципы ее регуляции. Согласно этой теории, в процессе работы принимают участие основная и восстановительная функциональные системы. Основная функциональная система в процессе работы обеспечивает собственно рабочий акт. Восстановительная система обеспечивает восстановление энергетических ресурсов, функционального потенциала организма, израсходованного в процессе работы. Оба процесса — расходование и восстановление функционального потенциала работоспособности — имеют протяженность во времени и фазный характер протекания смены периодов. Их можно наблюдать с помощью физиологических методов исследования, которые позволяют характеризовать динамику функ­ционального состояния организма человека и соответственно его работоспособность и степень утомления в процессе труда.

На рис. 4.2 приведена наиболее типичная кривая, характеризующая изменения эффективности работы, определение которой является основой для физиологической рационализации труда. Период врабатываемости, который может продолжаться до 1 ч и более, выражается в постепенном повышении работоспособности с определенными колеба­ниями производительности труда. В этот период формируется рабочая доминанта, которая характеризуется объединением в единую функ­циональную систему нервных центров, регулирующих те функции, кото­рые обеспечивают выполнение работы, т.е. в течение этого периода совершенствуются механизмы гомеостатического регулирования функциональной системы обеспечения работы.

Период формирования рабочей доминанты нередко характеризуется выраженными функциональными сдвигами, заключающимися в учаще­нии пульса, дыхания, в повышении артериального давления и т. п. Особенно выраженными подобные сдвиги могут быть при выполнении работ со значительным нервно-эмоциональным компонентом. В связи с этим важно сократить продолжительность периода врабатывания и как можно быстрее перевести организм в состояние оптимальной работо­способности. Вслед за ним наступает период высокой и устойчивой работоспособности, который обеспечивается оптимальным гомеостатическим регулированием функциональной системы. В этот период все изменения физиологических функций адекватные рабочей нагрузке и находятся в пределах физиологических норм.

После периода оптимальной работоспособности происходит постепенное падение последней. Вначале снижение не всегда заметно, так как может компенсироваться волевыми усилиями. Продолжительность этого периода наибольшая по сравнению с другими периодами и определяется гигиеническими условиями работы, интенсивностью, нервно-психическим напряжением, индивидуальными особенностями работающего, тренированностью, физическим состоянием, возрастом и т. д.

Рис. 4.2. Кривая эффективности работы:

A – период врабатывания; Б — период высокой работоспособности; В — период утомления

Начальное снижение работоспособности и развитие утомления характеризуются неустойчивой компенсацией функций. Появляются чувства усталости и разнообразные изменения показателей физиоло­гических систем. Раньше других наступают изменения в тех органах и системах, которые обеспечивают выполнение конкретной работы. Если в этот период не прекратить работу, то наступает быстрое снижение работоспособности, нарастает утомление, возрастают физиологические сдвиги, неадекватные выполняемой работе. При переутомлении период оптимальной работоспособности сокращается, а период неустойчивой компенсации увеличивается. Нарушаются восстановительные процессы в организме. Признаки утомления не исчезают на следующий день до начала работы. Усиливается раздражительность, реакции становятся неадекватными. При наличии хронического переутомления часто уменьшается масса тела, повышаются сухожильные рефлексы, потли­вость, возрастает лабильность показателей сердечно-сосудистой системы, снижается сопротивляемость организма к инфекциям и т. д. Ухудшается качество работы, увеличиваются количество ошибок и брак в работе.

В соответствии с концепцией П.К. Анохина о функциональных системах работоспособность организма подчиняется закону саморегуляции. Например, энергетические вещества, израсходованные во время деятель­ности, снова накапливаются в результате деятельности восстановительной функциональной системы. Побудителем деятельности последней является само отклонение физиологической величины от ее постоянного уровня. Существенной чертой деятельности функциональной системы является то, что она реализуется благодаря сложной комбинации процессов возбуждения и торможения во всех ее звеньях.

Степень работоспособности определяется также типом нервной системы. Сильный тип имеет сравнительно небольшую работоспособ­ность, слабый — незначительную. Работоспособность зависит от возраста, пола, навыка в работе, санитарно-гигиенических условий и других факторов. В определенной мере на нее влияют мотивы, моральные и ма­териальные стимулы.

Следовательно, на работоспособность человека влияет много факторов и действуют на нее в различных направлениях. Изучая и учиты­вая их, физиология труда дает рекомендации и предлагает конкретные меры, повышающие работоспособность человека и производительность его труда.

Дата добавления: 2014-12-29