Вопрос 2. Физиологические основы труда и влияние метеорологических условий на организм человека

Любой вид трудовой деятельности представляет собой сложный комплекс физиологических процессов. Работа – это осуществление клеткой, органом, системой органов или организмом свойственных им функций. Трудовая деятельность осуществляется благодаря затратам энергии мускулов, нервов, мозга.

Выполнение работы требует энергетических затрат. Общая потребность в энергии – это сумма основного и рабочего обмена. Основной обмен– кол-во энергии, затрачиваемое организмом в условиях полного покоя для поддержания жизни, определенные в строго контролируемых обычных условиях:

1) при удобной температуре (18-20 градусов тепла);

2) в положении лежа (но обследуемый не обязан спать);

3) в состоянии эмоционального покоя, так как стресс увеличивает метаболизм;

4) натощак, т.е. через 12- 16 ч после последнего приема пищи.

Основной обмен зависит от пола, возраста, роста и массы тела человека. Величина основного обмена в среднем составляет 1 ккал в 1 ч на 1 кг массы тела. У парней в день основной обмен приблизительно равен 1700 ккал, у женщин основной обмен на 1 кг массы тела приблизительно на 10% меньше, чем у парней, у детей он больше, чем у взрослых, и с увеличением возраста равномерно снижается. У мужчин эта величина в среднем составляет 1 ккал на 1 кг массы тела в час (4.2 кДж), у женщин 0.9 ккал (3.8 кДж).

Рабочий обмен–это затрата энергии для выполнения внешней работы. Так, общая потребность в энергии при умственном труде равна 2500-3200 ккал, при механизированном труде 3200-3500, при частично механизированном или немеханизированном труде умеренной тяжести 3500-4500 ккал, при тяжелом немеханизированном, физическом труде 4500-5000 ккал.

Вне зависимости от вида деятельности человек выполняет два вида работы: умственную и физическую.

Умственная работа включает прием, переработку информации, ее сравнение с информацией, хранящейся в памяти, преобразование информации, определение проблем и путей их решения, формирование целей. Умственная работа включает 2 компонента:

-мыслительный-связан с интеллектуальными способностями человека, он требует обдумывания, концентрации внимания;

- эмоциональный -включает самооценку человека как субъекта умственного труда, оценку значимости цели и средств. Эмоциональный компонент проявляется четкими реакциями вегетативной н.с. и изменениями настроения человека, вызывая многочисленные эмоции.

Эмоциональные нагрузки, нервно-психические перегрузки вызывают стимуляцию симпатической части вегетативной нервной системы, что проявляется увеличением частоты пульса, минутного объема сердца и дыхания, потоотделением, увеличивается кровенаполнение сосудов мозга, конечностей и брюшной полости уменьшается.

Физическая работа связана с деятельностью опорно-двигательного аппарата, основную роль играют скелетные мышцы. Если благодаря сокращению мышцы меняется положение части тела, то преодолевается сила сопротивления, т.е. выполняется преодолевающая работа.Работа, при которой сила мышцы уступает действию силы тяжести и удерживаемого груза, называется уступающей. В этом случае мышца функционирует, однако она не укорачивается, а удлиняется, например, когда невозможно поднять или удержать на весу тело, имеющее большую массу. При большем усилии мышц приходится опустить это тело на какую-нибудь поверхность. Удерживающая работа выполняется, если благодаря сокращению мышц тело или груз удерживается в определенном положении без перемещения в пространстве. Например, когда человек держит груз, не перемещаясь. При этом мышцы, мышцы сокращаются без изменения их длины. Сила сокращения мышц уравновешивает массу тела и груза. Когда мышцы, сокращаясь, перемещают тело в пространстве, они выполняют преодолевающую работу, которая называется динамической.Статической является удерживающая работа, при которой не происходит движений всего тела или его части. Она более тяжелая, чем динамическая. При статической работе происходит ускорение обмена веществ, увеличиваются энергетические затраты.

И динамическая, и статическая работы подразделяется на:

- общую – задействовано 2/3 массы мышц тела (грузчики, тяжелые с/ работы);

- региональную – в работу вовлечен плечевой пояс и верхние конечности (станочник, слесарь);

– локальную - работают верхние конечности и менее 1/3 скелетных мышц.

Одним из показателей эффективности физической работы является КПД, который показывает, какая часть затраченной энергии превращается в энергию, осуществляющую полезную внешнюю работу. Сила мышц человека очень большая. Например, при сгибании локтя она составляет до 40 кг, мышц рук до 250 кг, а ахиллесово сухожилие на ноге выдерживает груз до 500 кг.

При частом повторении одной и той же работы развивается рабочий динамический стереотип – система рефлекторных действий, которые формируются при постоянном повторении одних и тех же раздражителей. Рефлекторные реакции становятся автоматическими, поэтому работа становится менее энергоёмкой и утомительной, не требует постоянного внимания и сосредоточения. Физическая нагрузка вызывает реакцию всех органов и систем. В активно сокращающейся мышце кровоток увеличивается более чем в 29 раз, усиливается обмен веществ. При умеренной физической нагрузке обмен веществ в мышце осуществляется аэробно, во время тяжелой работы часть энергии освобождается анаэробно, в результате в мышце образуется и накапливается молочная кислота. При значительном накоплении молочной кислоты в мышцах развивается мышечное утомление.

При физической работе возрастают частота сердечных сокращений, ударный объем сердца, АД, потребление организмом кислорода. При легкой и умеренной физической работе с постоянной нагрузкой в течение 5-10 мин Частота сердечных сокращений увеличивается, после чего достигает стационарного уровня, которое не приводит человека к утомлению в течение нескольких часов. Через 3-5 мин после завершения такой работы, частота сердечных сокращений нормализуется. При тяжелой работе стационарного состояния не наступает, развивается утомление.

Возможны следующие изменения в организме при трудовом процессе (рис. 2.1.2):

Изменения в крови: происходят количественные и качественные видоизменения в крови (увеличение эритроцитов и лейкоцитов); качественные изменения – усиление регенерации эритроцитов; углеводы в крови находятся в виде глюкозы, продуктом обмена является молочная кислота.

Изменения в ссс и дыхательной системе:

- усиление деятельности ССС: усиление притока крови к сердцу; большое наполнение и опорожнение сердца; учащение сокращений; увеличение объема крови, выбрасываемого сердцем в минуту; перераспределение крови между органами;

- увеличение потребления объема воздуха в 10-13 раз.

Рисунок 2.1.2 – некоторые реакции организма на физическую нагрузку

Реакция организма на воздействие метеорологических (погодных) условий (метеочувствительсность) довольно широко распространена и возникает при любых, но чаще непривычных для данного человека климатических условиях. Погоду «чувствует» около трети жителей умеренных широт. Особенностью этих реакций является то, что они возникают у значительного числа людей синхронно с изменением метеорологических условий или несколько опережая их. Проявления метеочувствительности зависят от исходного состояния организма, возраста, наличия какого-либо заболевания и его характера, микроклимата, в котором живет человек, и степени его акклиматизации к нему. Метеочувствительность чаще отмечается у людей, мало бывающих на свежем воздухе, занятых сидячим, умственным трудом, не занимающихся физкультурой. Для здорового человека метеорологические колебания, как правило, не опасны. Различают три степени метеочувствительности. Легкая степень проявляется только субъективным недомоганием. При выраженной метеочувствительности (средней степени) отмечаются отчетливые объективные сдвиги: изменения артериального давления, электрокардиограммы и т. п. При тяжелой степени метеочувствительности наблюдаются резко выраженные нарушения, она проявляется пятью типами метеопатических реакций: сердечным, мозговым, смешанным, астеноневротическим и неопределенным. При сердечном типе возникают боли в области сердца, одышка. Мозговой тип характеризуется головными болями, головокружениями, шумом и звоном в голове. Смешанный тип - сочетанием сердечных и нервных нарушений. При астеноневротическом типе отмечаются повышенная возбудимость, раздражительность, бессонница, изменяется артериальное давление. Встречаются люди, которые не могут четко локализовать проявления. Это неопределенный тип реакции: общая слабость, боль и ломота в суставах, мышцах и т. п.

Значительные атмосферные изменения могут вызвать перенапряжение и срыв механизмов адаптации. На организм влияет как погода в целом, так и ее отдельные компоненты.

Температура тела человека характеризует процесс терморегуляции организма. Она зависит от скорости потери теплоты, которая, в свою очередь, зависит от температуры и влажности воздуха, скорости его движения, наличия тепловых излучений и теплозащитных свойств одежды.

В теле человека принято различать «ядро», температура которого сохраняется достаточно постоянной, и «оболочку», температуpa которой существенно колеблется в зависимости от температуры внешней среды. Изотермия присуща главным образом внутренним органам и головному мозгу. Поверхность же тела и конечности, температура которых может изменяться в зависимости от температуры окружающей среды. При этом различные участки поверхности кожи имеют неодинаковую температуру. Обычно относительно выше температура кожи туловища и головы (33—34°С).

Температура тела не остается постоянной, а колеблется в течение суток в пределах 0,5—0,7 °С. Покой и сон понижают, мышечная деятельность повышает температуру тела. Максимальная температура наблюдается в 16-18 ч вечера, минимальная — в 3-4 ч утра. Постоянство температуры тела у человека может сохраняться лишь при условии равенства теплообразования (теплопродукции) и теплопотери всего организма. Это достигается с помощью физиологических механизмов терморегуляции. Температура тела человека — результат сложных отношений между теплопродукцией различных органов и тканей и теплообменом между ними и внешней средой.

Теплообразование происходит во всех органах и тканях, но не одинаково интенсивно. Функционально активные ткани и органы (например, мышцы, печень, почки) производят больше тепла, чем менее активные (соединительная ткань, кости). Потеря тепла органами и тканями зависит в большой степени от их месторасположения. Поверхностно расположенные кожа и скелетные мышцы отдают больше тепла и охлаждаются сильнее, чем внутренние органы. Потеря тепла органами и тканями зависит в большой степени от их месторасположения: поверхностно расположенные органы, например кожа, скелетные мышцы, отдают больше тепла и охлаждаются сильнее, чем внутренние органы, более защищенные от охлаждения. Выделяют следующие отклонения температуры тела человека от нормы:

1. Гипотермия. При недостаточности теплоизоляции возникают физиологические реакции на охлаждение: ограничение теплоотдачи с кожи вследствие оттока от неё крови к внутренним органам, резкое повышение обмена и увеличение теплопродукции в мышцах при движениях, работе, мышечной дрожи. При гипотермии наблюдается состояние, подобное наркозу: исчезновение чувствительности, ослабление рефлекторных реакций, понижение возбудимости нервных центров и интенсивности обмена вещества, замедление дыхания и частоты сердечных сокращений, снижение сердечного выброса и артериального давления. Кратковременные и не чрезмерно интенсивные воздействия холодом не вызывают изменений теплового баланса организма и не приводят и гипотермии, но они способствуют развитию простудных заболеваний и обострению хронических воспалительных процессов. При температуре воды 0—4 °С смерть от гипотермии может наступить через 40—60 мин. Снижение температуры тела до 33—32°С вызывает сонливость и помрачение сознания, ниже 30°С — прогрессирующее снижение обмена, кровяного давления, замедление сердцебиений, дыхания, при 27—26°С — потерю сознания, около 23—20°С — остановку дыхания, потом сердца.

2. Гипертермия возникает при продолжительном воздействие высокой температуры окружающей среды, особенно при влажном воздухе (например, тепловой удар). Она сопровождается повышением и качественными нарушениями обмена веществ, потерей воды и солей, нарушением кровообращения и доставки кислорода к мозгу, вызывающими возбуждение, иногда судороги и обмороки. Развитию гипертермии способствуют повышение теплопродукции (например, при мышечной работе), нарушение механизмов терморегуляции (наркоз, опьянение, некоторые заболевания), их возрастная слабость (у детей первых лет жизни). Искусственная ипертермия. применяется при лечении некоторых нервных и вяло текущих хронических заболеваний.

3. Лихорадка. Температура при инфекционной лихорадке обычно не превышает 41° С, в отличие от гипертермии, при которой она бывает выше 41°С.

Для того чтобы физиологические процессы в организме протекали нормально, выделяемая организмом теплота должна полностью отводиться в окружающую среду. Нарушение теплового баланса может привести к перегреву либо к переохлаждению организма и как следствие к потери трудоспособности, быстрой утомляемости, потери сознания и тепловой смерти.

Нормальное тепловое самочувствие имеет место, когда тепловыделение (Q_ТП) человека полностью воспринимается окружающей средой (Q_ТО), т.е. когда имеет место тепловой баланс Q_ТП = Q_ТО. В этом случае температура внутренних органов остается постоянной. Если теплопродукция организма не может быть полностью передана окружающей среде (Qтп > Qтo), происходит рост температуры внутренних органов и такое тепловое самочувствие характеризуется понятием жарко. Теплоизоляция человека, находящегося в состоянии покоя (отдых сидя или лежа), от окружающей среды приведет к повышению температуры внутренних органов уже через 1 ч на 1,2 °С. Теплоизоляция человека, производящего работу средней тяжести, вызовет повышение температуры уже на 5 °С и вплотную приблизится к максимально допустимой. В случае, когда окружающая среда воспринимает больше теплоты, чем ее воспроизводит человек (Qтп < Qтo), то происходит охлаждение организма. Такое тепловое самочувствие характеризуется понятием холодно.

Теплообмен между человеком и окружающей средой осуществляется:

- конвекцией (Q_k) в результате омывания тела воздухом,

- теплопроводностью (Q_т) ,

-излучением на окружающие поверхности (Q_ИЗ),

- в процессе тепломассообмена при испарении влаги, выводимой на поверхность кожи потовыми железами (Q_ИС),

- при дыхании (Q_В) (рис. 2.1.3).

Терморегуляция организма осуществляется одновременно всеми способами. Так, при понижении температуры воздуха увеличению теплоотдачи за счет увеличения разности температур препятствуют такие процессы, как уменьшение влажности кожи, и, следовательно, уменьшение теплоотдачи путем испарения, снижение температуры кожных покровов за счет уменьшения интенсивности транспортирования крови от внутренних органов, и вместе с этим уменьшение разности температур.

Рисунок 2.1.3 – Теплообмен между человеком и средой

Терморегуляция обеспечивается изменением двух составляющих теплообмен процессов — теплопродукции и теплоотдачи. Теплопродукция возрастает при выполнении физической работы. Количество вырабатываемой теплоты зависит также от возраста и состояния здоровья человека.

Различают три вида теплоотдачи организма человека:

- излучение;

- конвекция (нагревание омывающего поверхность тела воздуха);

- испарение влаги с поверхности кожи, слизистых оболочек верхних дыхательных путей и легких.

В обычных условиях на большей части поверхности тела человека происходит неощутимое потоотделение, возникающее в результате диффузии воды без активного участия потовых желез. Исключение составляют поверхности ладоней, подошв и подмышечных впадин (составляющие примерно 10 % поверхности тела), на которых пот выделяется непрерывно. Вопреки установившемуся мнению величина потовыделения мало зависит от недостатка воды в организме или от ее чрезмерного потребления. Считается допустимым для человека снижение его массы на 2...3 % путем испарения влаги – обезвоживание организма. Обезвоживание на 6 % влечет за собой нарушение умственной деятельности, снижение остроты зрения; испарение влаги на 15...20 % приводит к смертельному исходу.

Вместе с потом организм теряет значительное количество минеральных солей (в 1 л пота содержится 2,5...2,6 г хлорида натрия) и водорастворимых витаминов (С, BI, 62), что приводит к сгущению крови и ухудшению работы сердца.

Параметры микроклимата оказывают непосредственное влияние на тепловое самочувствие человека и его работоспособность.

Колебания барометрического давления действуют двумя путями: снижают насыщение крови кислородом и механически раздражают нервные окончания (рецепторы).

Влажность воздуха играет роль в поддержании плотности кислорода в атмосфере, влияет на тепловой обмен и потоотделение. Особенно чувствительны к высокой влажности больные гипертонической болезнью и атеросклерозом. В большинстве случаев обострение заболеваний сердечнососудистой системы возникает при высокой относительной влажности (80-95%). Особенно неблагоприятное воздействие на тепловое самочувствие человека оказывает высокая влажность при t_ос > 30 °С, так как при этом почти все выделяемая теплота отдается в окружающую среду при испарении пота. При повышении влажности пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова. Возникает так называемое проливное течение пота, изнуряющее организм и не обеспечивающее необходимую теплоотдачу. Недостаточная влажность воздуха также может оказаться неблагоприятной для человека вследствие интенсивного испарения влаги со слизистых оболочек, их пересыхания и растрескивания, а затем и загрязнения болезнетворными микроорганизмами. Поэтому при длительном пребывании людей в закрытых помещениях рекомендуется ограничиваться относительной влажностью в пределах 30...70 %.

Неблагоприятно действует на организм и избыток положительных аэроионов, наблюдающийся в жаркую и влажную погоду, что может вызвать обострение заболеваний сердца. В последние годы большое значение придается изменениям солнечной активности и магнитного поля Земли (геомагнитные возмущения и бури). Их действие на организм проявляется за 1-2 дня до перемены погоды, в то время как остальные метеофакторы влияют непосредственно до или во время прохождения воздушных масс (циклона или антициклона). Непривычная устойчивая погода, как правило, тоже неблагоприятно действует на организм.

При высокой температуре воздуха легко расходуются углеводы, жиры, разрушаются белки. Параметры микроклимата оказывают существенное влияние и на производительность труда. Производительность труда человека при температуре 29,4 °С снижается на 13 %, а при температуре 33,6°С на 35 % по сравнению с производительностью при 26°С. На организм человека негативно влияют не только и не столько отдельные факторы, а их сочетание. Например, понижение температуры и повышение скорости воздуха способствуют усилению конвективного теплообмена и процесса теплоотдачи при испарении пота, что может привести к переохлаждению организма. Повышение скорости воздуха ухудшает самочувствие, так как способствует усилению конвективного теплообмена и процессу теплоотдачи при испарении пота. При повышении температуры воздуха возникают обратные явления. Исследователями установлено, что при температуре воздуха более 30°С работоспособность человека начинает падать. Предельная температура вдыхаемого воздуха, при которой человек в состоянии дышать в течение нескольких минут без специальных средств защиты, около 116 °С. Чем больше относительная влажность, тем меньше испаряется пота в единицу времени и тем быстрее наступает перегрев тела.

Нормы производственного микроклимата установлены системой стандартов безопасности труда ГОСТ 12.1.005–88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны», а также СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату помещений». Они едины для всех производств и всех климатических зон с некоторыми незначительными отступлениями.

Рисунок 2.1.5 – Влияние дискомфортного микроклимата на человека

Требования этого государственного стандарта установлены для рабочих зон и рабочих мест постоянного и временного пребывания работающих.

Факторы, влияющие на микроклимат, можно разделить на две группы:

1) нерегулируемые (комплекс климатообразующих факторов данной местности);

2) регулируемые (особенности и качество строительства зданий и сооружений, интенсивность теплового излучения от нагревательных приборов, кратность воздухообмена, количество людей и животных в помещении и др.).

Для поддержания параметров воздушной среды рабочих зон в пределах гигиенических норм решающее значение принадлежит факторам второй группы.

Стандартом установлены оптимальные и допустимые микроклиматические условия. В стандарте отдельно нормируется каждый компонент микроклимата в рабочей зоне производственного помещения: температура, относительная влажность, скорость воздуха в зависимости от способности организма человека к акклиматизации в разное время года, характера одежды, интенсивности производимой работы и характера тепловыделений в рабочем помещении.

Оптимальные параметры микроклимата распространяются на всю рабочую зону производственных помещений без разделения рабочих мест на постоянные и непостоянные (табл. 2.1.3). Кроме указанных в таблице 2.1..3 параметров микроклимата нормируется также интенсивность теплового облучения работников. Допустимое значение теплового облучения на постоянных и непостоянных рабочих местах не должно превышать 35 Вт/м², если в зоне облучения находится 50 % и более поверхности тела. При размере последней от 25 до 50 % предел допустимой интенсивности облучения составляет 70 Вт/м², а при облучении менее 25 % поверхности тела — 100 Вт/м². Интенсивность открытых источников теплового излучения (пламя, нагретый металл и т. п.) не должна превышать 140 Вт/м² при облучении не более 25 % поверхности тела и обязательном использовании средств индивидуальной защиты, в том числе лица и глаз.

Допустимые перепады температуры воздуха по высоте рабочей зоны не должны превышать 3 °С для работ всех категорий, а по горизонтали 4 °С для легких работ, 5 °С для работ средней тяжести и 6 °С для тяжелых работ. Во всех случаях абсолютные значения температуры воздуха, измеренной на разной высоте и в различных участках производственных помещений в течение смены, должны входить в пределы, устанавливаемые таблицами.