Глава 4. Влияние условий труда на физиологические системы и функции человека

4.1. Деятельность сердечно-сосудистой системы при трудовой нагрузке.

4.2. Обмен веществ и энергии как основная функция организма. Энергетические затраты при выполнении различных видов работ.

4.3. Приспособление к работе органов дыхания человека.

4.4. Особенности терморегуляции человека в процессе труда.

Цель: рассмотреть деятельность основных физиологических систем человека под влиянием трудовой нагрузки и различных факторов окружающей среды, изучить особенности энергетических затрат и терморегуляции при выполнении различных видов работ.

Ключевые слова: сердечно-сосудистая и дыхательная системы, обмен веществ и энергии, энергетические затраты, терморегуляция.

4.1.

Деятельность сердечно-сосудистой системы при трудовой нагрузке

Трудовая нагрузка оказывает значительное влияние на функции сердца, тонус кровеносных сосудов, величину артериального давления и другие показатели деятельности системы кровообращения. Особенно заметны эти изменения во время физической работы в состоянии нервно-психологического напряжения.

При физической активности значительно возрастают потребности организма, в частности, потребность в кислороде. Уже в предрабочий период производственная обстановка способствует перестройке работы сердечно-сосудистой системы. Изменения, происходящие в подготовительный период, базируются на условнорефлекторной деятельности нервной системы. Условнорефлекторные реакции лежат и в основе предстартовых состояний спортсменов, когда резко возрастает частота сердечных сокращений и изменяются показатели деятельности системы кровообращения. Трудовая нагрузка сопровождается еще большими изменениями показателей геодинамики.

Кровь является универсальной внутренней средой организма. Она выполняет следующие функции:

• транспортная функциясостоит в том, что кровь переносит газы, питательные вещества, продукты обмена, гормоны, электролиты, ферменты и др. Эти вещества могут оставаться в крови неизменными или вступать в различные, в основном, неактивные соединения с белками плазмы (железо, медь, гормоны и др.), гемоглобином (кислород) и в такой форме доставляются к тканям;

• дыхательная функциязаключается в том, что гемоглобин эритроцитов переносит кислород от легких к тканям организма, а углекислый газ от клеток к легким. Кроме того, газы в небольшом количестве транспортируются кровью в состоянии простого физического растворения и в составе химических соединений;

• питательная функциясвязана с переносом основных питательных веществ от органов пищеварения к тканям организма. В зависимости от потребностей организма питательные вещества мобилизуются из депо и транспортируются к рабочим органам;

• экскреторная (выделительная) функцияосуществляется за счет транспорта конечных продуктов обмена веществ (мочевины, мочевой кислоты и др.) и лишних количеств солей и воды от тканей к местам их выделения (почки, потовые железы, легкие, кишечник);

• водный баланс тканейзависит от концентрации солей и количества белка в крови и тканях, а также от проницаемости сосудистой стенки. Например, при снижении уровня белка в крови (в результате усиленного выхода воды из сосудов в ткани) могут развиться отеки, так как белок обладает способностью удерживать воду в сосудистой русле;

• регуляция температуры телаосуществляется за счет физиологических механизмов, способствующих быстрому перераспределению крови в сосудистом русле. При поступлении крови в капилляры кожи теплоотдача увеличивается, переход же ее в сосуды внутренних органов способствует уменьшению потери тепла;

• защитная функциясостоит в том, что кровь является важнейшим фактором иммунитета. Это обусловлено наличием в крови антител (специфических белков, обезвреживающих бактерии и продукты их жизнедеятельности), ферментов, специальных белков крови, обладающих бактерицидными свойствами, и форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов). Одним из важнейших свойств крови является ее способностьсвертываться, что при травмах предохраняет организм от кровопотери;

• регуляторная функциязаключается в том, что поступающие в кровь продукты деятельности желез внутренней секреции, пищеварительные гормоны, соли, ионы водорода и др. через центральную нервную систему и отдельные органы изменяют их деятельность.

Общее количество крови в организме составляет в среднем 6-8%, или ¹/₁₃массы тела, т.е. около 5-6 литров. Потеря¹/₂–¹/₃количества крови может привести к гибели. В этих случаях необходимо срочное переливание крови или кровезаменяющих жидкостей.

Во время трудовой деятельности происходит увеличение кровотока за счет усиления деятельности сердца и расширения капилляров. Показателями изменения кровотока являются ударный (систолический) и минутный объемы крови.

Ударный (систолический) объем сердца – это количество крови, выбрасываемое желудочком сердца в соответствующие сосуды при каждом сокращении. Ударный объем зависит от размеров сердца, состояния миокарда и организма. У взрослого здорового человека при относительном покое систолический объем каждого желудочка составляет 70-80 мл. Таким образом, при сокращении желудочков в артериальную систему поступает 140-160 мл крови. При выполнении работы объем крови, выбрасываемый в артериальное русло одним желудочком, может увеличиваться до 100-150 мл.

Минутный объем – это количество крови, выбрасываемое желудочком сердца за 1минуту. Его количество вычисляется по формуле:

V_мин =V_уд.n, где

V_мин - минутный объем,

V_уд. – ударный объем,

n - частота сердечных сокращений.

В среднем в состоянии относительного покоя минутный объем составляет 3-5 л/мин. При интенсивной работе этот показатель увеличивается до 20-30 л/мин.

В период систолы (сокращения) желудочки способствуют ускорению тока крови по сосудам. Пользуясь физическими формулами и средними значениями параметров (давление и ускорение тока крови) для левого и правого желудочков, можно вычислить, какую работу выполняет сердце во время одного сокращения. Установлено, что желудочки в период систолы совершают работу около 1Дж. Суточная работа сердца равна работе крана, поднявшего груз в 400 кг на высоту 6-этажного дома. За 18 часов сердце совершает работу, за счет которой можно поднять человека массой 70 кг на высоту телевизионной башни в Останкино –533 м5, с.71. При физической нагрузке работа сердца значительно увеличивается.

Одним из важнейших показателей деятельности сердечно-сосудистой системы является частота сердечных сокращений (пульс). В спокойном состоянии частота пульса у человека составляет 60-80 ударов в минуту, при интенсивной физической работе или эмоциональном возбуждении эта величина может возрастать до 180-240 ударов в минуту. На частоту сердечных сокращений оказывают влияние также такие факторы, как температура воздуха, рабочая поза, индивидуальные особенности работника (пол, возраст, физическое состояние) и др.

Частота пульса значительно варьирует не только при выполнении физической, но и умственной, а также нервно-напряженной работы. В соответствии с «рабочим пульсом» выделяют следующие группы работ 8, с.69:

• очень легкие – до 80 уд/мин;

• легкие – 80-100 уд/мин;

• средней тяжести – 100-120 уд/мин;

• тяжелые –120-140 уд/мин;

• очень тяжелые – 140-160 уд/мин;

• изнурительные – более 160 уд/мин.

Считается, что среднесменная частота пульса работников не должна превышать 100 уд/мин, а продолжительность трудовых операций, выполняемых с частотой пульса 140 уд/мин и более не должна превышать 6 часов в неделю.

Коэффициент повышения частоты пульса рассчитывается по формуле 8, с.70-71:

_{, где}

K_n – коэффициент повышения частоты пульса,

n_сп – частота пульса во время работы;

_{n раб} – частота пульса в состоянии покоя;

Во время трудовой деятельности заметно изменяется и давление крови.Кровяное давление– это давление крови на стенки кровеносных сосудов. Оно измеряется в паскалях, или мм рт. ст. Нормальное кровяное давление необходимо для циркуляции крови и снабжения кровью органов и тканей. Величина кровяного давления зависит от трех основных факторов:

• частоты и силы сердечных сокращений;

• величины периферического сопротивления, т.е. тонуса стенок сосудов;

• объема циркулирующей крови.

Давление крови определяют в артериальных, венозных, капиллярных сосудах. Артериальное давление у здорового человека является достаточно постоянной величиной, хотя подвергается определенным колебаниям, в зависимости от фаз деятельности сердца и дыхания.

Различают систолическое, диастолическое, пульсовое и среднединамическое артериальное давления.

Систолическое(максимальное) давление отражает состояние миокарда левого желудочка. Оно составляет 13,3–16,0 кПа (100-120 мм рт.ст.).

Диастолическое минимальное давление характеризует степень тонуса артериальных стенок. Оно равняется 7,8-10,7 кПа (60-80 мм рт.ст.).

Пульсовое давление- разность между величинами систолического и диастолического давления. Пульсовое давление необходимо для открытия аорты и легочного ствола во время систолы желудочков. В норме оно равно 4,7-7,3 кПа (35-55 мм рт.ст.). Если систолическое давление станет равным диастолическому, движение крови будет невозможным и наступит смерть.

Среднединамическое давлениевыражает энергию непрерывного движения крови и представляет собой постоянную величину для данного сосуда и организма. Оно равняется сумме диастолического и¹/₃пульсового давления.

На величину артериального давления оказывают влияние возраст, время суток, состояние организма и центральной нервной системы, величина трудовой нагрузки.

При тяжелой физической работе артериальное давление значительно увеличивается, однако после ее прекращения оно быстро возвращается к исходным показателям.

Коэффициент повышения систолического(максимального) давления рассчитывается по формуле8, с. 70:

, где

К_С - коэффициент повышения систолического давления;

Р_{с раб} - систолическое давление при выполнении работы, мм рт. ст.;

Р_{с спок} – систолическое давление в состоянии покоя, мм рт. ст.;

Известно, что если коэффициент повышения систолического давления выше коэффициента повышения частоты пульса, то регуляция сердечно-сосудистой системы осуществляется нормально; в противном случае отмечается сердечная недостаточность.

Движение крови в различных отделах системы кровообращения характеризуется объемной и минимальной скоростью кровотока.

Объемная скорость кровотокаодинакова в поперечном сечении любого участка сердечно-сосудистой системы. Объемная скорость в аорте равна количеству крови, выбрасываемой сердцем в единицу времени, т.е. минутному объему крови. Такое же количество крови поступает к сердцу по полым венам за 1 мин. Одинакова объемная скорость крови, протекающей и оттекающей от органа.

Линейная скорость- это путь, пройденный в единицу времени каждой частицей крови. Линейная скорость, в отличие от объемной, неодинакова в разных сосудистых областях: максимальные значения линейной скорости наблюдаются в артериях, чуть меньше - в венах и минимальные - капиллярах.

В состоянии относительного покоя организма линейная скорость кровотока в аорте составляет 0,5 м/с. В период двигательной активности или физической нагрузки она может достигать 2,5 м/с. По мере разветвления сосудов ток крови замедляется. В капиллярах он равен 0,5 мм/с, что в 1000 раз меньше, чем в аорте. Такое замедление движения крови объясняется тем, что это облегчает обмен веществ между тканями и кровью.

Во время физической активности кровоснабжение мышц возрастает в несколько раз. Причиной этого является интенсивный обмен веществ в мышцах и активное раскрытие капилляров. А. Крог в 20-х годах XXвека показал, что в скелетной мышце в состоянии покоя на 1мм²поперечного сечения приходится около 30 открытых капилляров, а при максимальной работе мышц их число возрастает в 100 раз. При этом в менее интенсивно работающих органах наблюдается снижение кровотока7, с. 137.