Энергетические затраты и сдвиги в организме при работе

Количество энергии, расходуемое человеком при выполнении мышечной работы, может быть определено по количеству выделяемого организмом тепла. Согласно современному представлению мышечное сокращение совершается в результате взаимодействия сократительного белка мышц актомиозина с богатой энергией аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ). Энергия АТФ находится в ее фосфатных связях.

При взаимодействий актомиозина с АТФ последняя расщепляется на аденозиндифосфорную кислоту (АДФ) и фосфорную кислоту, в результате чего освобождается энергия фосфатных связей АТФ. За счет этой энергии происходит сокращение мышцы.

АТФ является своего рода аккумулятором и генератором энергии. Для зарядки этого аккумулятора необходимо восстановление его фосфатных связей, т. е. необходимо, чтобы АДФ восстановилась в АТФ.

Это восстановление осуществляется за счет энергии, освобождающейся при расщеплении имеющегося в мышце креатинфосфата и главным образом за счет реакции распада гликогена, который превращается при участии фосфорной кислоты, освободившейся при расщеплении АТФ и креатинфосфата, в гексозофосфорную кислоту, затем в гексозы, и наконец, в молочную кислоту (анаэробная фаза).

В аэробной фазе молочная кислота частично (1/5—1/4) окисляется и в виде Н2О и СО2 выводится из организма, а за счет энергии этого окисления остальная часть молочной кислоты ресинтезируется в гликоген.

В итоге всех. превращений как в анаэробной, так и в аэробной фазах сокращения мышцы часть гликогена окисляется. А так как кислород для окисления берется из атмосферного воздуха, потребление организмом кислорода может служить мерой освобождающейся в процессе работы энергии. Выделившаяся же в результате окисления углекислота может служить показателем количества окислившихся органических веществ.

Энергетический эквивалент 1 л кислорода при окислении углеводов равен 21,1 кДж (5,05 ккал), белков — 20,1 кДж (4,8 ккал), жиров— 19,6 кДж (4,69 ккал).

Отношение объема выделенной углекислоты к объему потребленного организмом кислорода — дыхательный коэффициент — дает представление о том, за счет энергии окисления каких веществ производилась работа. Если окислению подвергаются одни углеводы, то дыхательный коэффициент равен 1,0. При окислении белков дыхательный коэффициент равен 0,8, при окислении жиров — 0,7.

Зная объем потребляемого кислорода и дыхательный коэффициент и пользуясь указанными цифрами, легко вычислить энергетические затраты организма в покое и при выполнении определенной работы.

Затрата энергии при различных видах работы. Все возможные виды мышечной работы человека во время его трудовой деятельности можно отнести к легким, «средней тяжести и тяжелым работам.

Согласно ГОСТ 12.1.005—76 к легким физическим работам (категория 1) относятся работы, производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой, но не требующие систематического физического напряжения или поднятия и переноски тяжестей; энергозатраты до 172 Дж/с (150 ккал/ч).

К физически средней тяжести работам (категории II) относятся виды деятельности, при которых расход энергии составляет от 172 до 232 Дж/с (150— 200 ккал/ч)—категория IIа и от 232 до 293 Дж/с (200—250 ккал/ч) — категория Пб. К категории Па относятся работы, связанные с постоянной ходьбой, выполняемые стоя или сидя, но не требующие перемещения тяжестей. К категории IIб относятся работы, связанные с ходьбой и переноской тяжести (до 10 кг).

К тяжелым физическим работам (категория III) относятся работы, связанные с систематическим физическим напряжением, в частности с постоянным передвижением и переноской значительных (свыше 10 кг) тяжестей; энергетические затраты более 293 Дж/с (250 ккал/ч).

Взятый изолированно расход энергии не может быть надежным критерием для физиологической оценки всякой работы.

Во-первых, не всякая работа, характеризующаяся малой затратой энергии, может быть отнесена к легким работам. Например, напряженная статическая работа характеризуется небольшими энергетическими затратами.

Во-вторых, не всегда большой расход энергии при работе нужно расценивать как отрицательное явление, требующее вмешательства врача.

Определенные, сверх основного обмена, затраты энергии необходимы организму для его правильного развития и деятельности. Например, лыжный бег, требующий особо высоких затрат энергии, может выполняться в течение многих часов при удовлетворительном самочувствии человека и общем повышенном тонусе организма. Поэтому в целях правильной оценки трудового процесса изучение энергетических затрат организма необходимо проводить одновременно с изучением функционального состояния центральной нервной системы и динамики других физиологических функций организма.

В настоящее время применяется ряд показателей физиологических функций организма, по которым можно оценить степень тяжести и напряженности работы (средняя величина энергозатрат, средняя частота пульса, мышечная выносливость, объем оперативной памяти, простая и сложная зрительно-моторная реакция, концентрация внимания, напряженность анализирующих функций и др.).