Содержание.

1.     Введение.

2.     Основные формы деятельности человека.

3.     Энергетические затраты на мышечную работу.

4.     Понятие о терморегуляции.

5.     Опасность переохлаждения, перегревания и его профилактика.

6.     Работоспособность человека и её динамика.

Введение.

Техническое развитие человечества сопровождается передачей человеку все большего числа управляющих функций, позволяя ему все больше отдаляться от орудий труда и превращаться из исполняющего в управляющий орган системы производства. Такая трансформация роли человека приводит к замене физического труда умственным, снижая необходимость мышечной работы и соответствующих энергозатрат. Однако при этом значительно возрастает нагрузка на психику человека, которому приходится решать задачи оценки и прогнозирования эффективности работы оборудования и других людей, надежного взаимодействия с различными элементами социотехнической системы — производственного механизма.

Главным виновником несчастных случаев является, как правило, не техника, не организация труда, а сам работающий человек, который по тем или иным причинам не соблюдал правила техники безопасности: нарушал нормальное течение трудового процесса - не использовал предусмотренные средства защиты и т.п. Согласно статистике, более половины аварий в социотехнических системах (в авиации до 90% происшествий) связаны с человеческим фактором — из-за возрастания концентрации управляемой мощности в руках одного человека.

Почему же люди, которым от природы присущ инстинкт самозащиты, самосохранения, столь часто становятся виновниками своих травм?

Самое общее рассмотрение закономерностей развития и жизни человека позволяет заметать, что обстоятельства, способствующие росту числа несчастных случаев, возникают по вполне объективным причинам.

Первая причина обнаруживается из анализа эволюции человека.

С развитием орудий труда увеличился диапазон воздействия человека на окружающий мир, как по разнообразию, так и по интенсивности. При этом расширился и круг ответных реакций внешнего мира. Если первобытный человек по своим индивидуальным физическим возможностям способен был противостоять возникающим в то время в процессе трудовой деятельности опасностям, то возможности современного человека существенно отстают от уровня возросшей опасности. Правда, развитие производства позволяет при разработке техники делать ее менее опасной, создавать соответствующие средства защиты от опасности, выбирать способы действия с учетом опасности и т. д., однако с развитием техники опасность растет быстрее, чем человеческое противодействие ей.

Второй общей причиной, делающей условия труда и жизни человека более жесткими и опасными, является рост цены  ошибки. Расплата за ошибку первобытного человека была не столь велика, ошибки же современного человека обходятся ему гораздо дороже

Третья общая причина, способствующая росту травматизма, - адаптация человека к опасности. Используя блага, даваемые техникой, человек зачастую забывает, что техника, обычно является еще и источником высокой опасности, а интенсивное использование ее повышает возможность реализации этой опасности.

Постоянное взаимодействие с машинами и неосведомленность о массовости несчастных случаев ведут к тому, что человек перестает бояться того, что на деле является очень опасным, и адаптируется к опасности. Нередко из-за текущих мелких выгод он преднамеренно идет на нарушение правил безопасности. Далеко не каждое нарушение влечет за собой несчастный случай. Люди, однажды безнаказанно нарушив правила и получив за счет этого какие-то выгоды, повторяют подобные нарушения. Постепенно происходит адаптация не только к опасности, но и к нарушениям правил. 

Рассмотренные закономерности  создают некую особую тенденцию, способствующую повышению опасности труда и росту травматизма.

Помимо общих причин, обнаруживается много чисто индивидуальных факторов, главным образом психологического порядка, способствующих преднамеренным нарушениям правил безопасности труда и росту числа несчастных случаев, так называемый «человеческий фактор», или личностный подход. Личностный аспект изучения профессионально значимых свойств человека за­ключается в том, чтобы рассматривать их как форму деятельности, возникающей при определенных мотивах, нравственных ценностях и потребностях и направлен­ной на решение важных для человека задач. Личностный подход - это понимание личности и отдельных ее психических проявлений в единстве с деятельностью.

Основные формы деятельности человека.

Формы деятельности человека и их физиологиче­ские характеристики

Трудовая деятельность требует от человека высокой подвижно­сти нервных процессов, быстрых и точных движений, повышенной активности восприятия, внимания, памяти, мышления, эмоциональ­ной устойчивости. Изучение человека в процессе труда осуществляют физиология и психология труда, а также другие науки, как-то: инже­нерная психология, эргономика, техническая эстетика и др.

Физиология труда - раздел гигиены труда, посвященный изу­чению изменения функционального состояния организма человека под влиянием производственной деятельности и разработке рекомен­даций по организации трудового процесса.

Многообразные формы трудовой деятельности принято условно подразделять на труд физический и умственный. Физический труд требует большой мышечной активности и имеет место при отсутствии механизированных средств для работы  (труд сталевара, грузчика, овощевода и т.д.). Он развивает мышечную систему, стимулирует обменные процессы в организме, но в то же  время социально неэффективен, обладает низкой производительностью, требует длительного отдыха.

Механизированная форма труда требует социальных знаний и длительных навыков, в работу включаются мелкие мышцы рук, ног, которые обеспечивают скорость и точность движения, но однообразие простых действий, малый объем воспринимаемой информации приводят к монотонности труда.

Труд, связанный с автоматическим и полуавтоматическим производством, имеет следующие недостатки: монотонность, повышенный темп и ритм работы, отсутствие творческого начала, так как обработкой  предметов занимается механизм, а человек выполняет простые операции по обслуживанию станков.

Конвейнерный труд отличается  дроблением процесса на операции, заданным темпом и ритмом, строгой последовательностью операций. Его недостатком является монотонность, приводящая к преждевременной усталости и быстрому нервному истощению.

Умственный труд связан с восприятием и переработкой большого количества информации и подразделяется на:

1) операторский - подразумевает контроль за работой машин; отличается высокой ответственностью и нервно- эмоциональным напряжением;

2) управленческий - характеризуется большим ростом объема информации при нехватке времени для ее переработки, большой личной ответственностью за принятые решения, стрессовыми и конфликтными ситуациями;

3) творческий труд - требует большого объема памяти, напряжения, внимания; он приводит к повышению нервно-эмоционального напряжения, тахикардии. повышению кровяного давления, изменению ЭКГ и другим сдвигам со стороны вегетативных функций;

4) труд преподавателей и медицинских работников - это постоянный контакт с людьми, повышенная ответственность, частая нехватка времени и информации для принятия правильного решения, что приводит к высокому нервно-эмоциональному напряжению;

5) труд учащихся и студентов - подразумевает концентрацию памяти, внимания; присутствуют стрессовые ситуации ( на экзаменах, зачетах).

Энергетические затраты человека при различных формах деятельности.

Уровень энергозатрат человека при различных формах деятельности служит критерием тяжести и напряженности выполняемой работы, имеет большое значение для оптимизации условий труда и его рациональной организации. Уровень энергозатрат определяют методом полного газового анализа, при этом учитывается объем потребления

кислорода и выделенного углекислого газа. С увеличением тяжести труда значительно возрастают потребление кислорода и количество расходуемой энергии.

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 перегрузка.

Физический труд характеризуется большой нагрузкой на организм, требующей преимущественно мышечных усилий и соответствующего энергетического обеспечения, а также оказывает влияние на функциональные системы (сердечно-сосудистую, нервно-мышечную, дыхательную и др.), стимулирует обменные процессы. Основным его показателем является тяжесть. Энергозатраты при физическом труде в зависимости от тяжести работы составляют 4000 - 6000 ккал в сутки, а при механизированной форме труда энергетические затраты составляют 3000 - 4000 ккал.

 При очень тяже­лой работе непрерывно нарастает потребление кислорода, и может возникнуть кислородная задолженность, когда в организме накапли­ваются неокисленные продукты обмена. Рост обмена веществ и рас­хода энергии приводит к повышению теплообразования, температуры тела на 1-1,5°С. Таким образом, энергозатраты являются критерием физической тяжести труда.

Умственный труд объединяет работы, связанные с приемом и передачей информации, требующие активизации процессов мышления, внимания, памяти. Данный вид труда характеризуется значительным  снижением двигательной активности. Основным показателем умственного труда является напряженность, отражающая нагрузку на центральную нервную систему. Энергозатраты при умственном труде составляют 2500- 3000 ккал в сутки. Но затраты энергии меняются в зависимости от рабочей позы. Так, при рабочей позе сидя затраты энергии превышают на 5 - 10 % уровень основного обмена; стоя-  на 10-25%, при вынужденной неудобной позе - на 40-50%. При интенсивной интеллектуальной работе потребность мозга в энергии  составляет 15-20% общего обмена в организме. Повышение суммарных энергетических затрат при умственной работе определяется степенью нервно-эмоциональной напряженности. Суточный расход энергии при умственном труде повышается на 48% при чтении вслух сидя, на 90% - при чтении лекций, на 90-100% - у операторов ЭВМ. Кроме того, мозг склонен к инерции, так как после прекращения работы мыслительный процесс продолжается, что приводит к большому утомлению и истощению ЦНС, чем при физическом труде.

Умственная работа связана с нервным напряжением, которое за­висит от значимости, опасности и ответственности работы. При нерв­ном напряжении возникает тахикардия, рост кровяного давления, из­менение ЭКГ, увеличение потребления кислорода. Для правильной организации умственной деятельности необходимо: постепенно "вхо­дить" в работу, соблюдать ритм, систематичность.

Мышечная работа влияет на сердечно-сосудистую систему, уве­личивая кровоток с 3-5 л/мин до 20-40 л/мин для обеспечения газообмена. При этом возрастает число сокращений сердца до 140-180 в мин. и кровяное давление до 180-200 мм рт.ст.

Увеличение интенсивности работы сопровождается ростом воздухообмена (с 5-8 л/мин до 100 л/мин), частотой дыхания (с 10-20 до 30-40 в мин) и долей использования кислорода (с 3-4% до 4-8%). Последнее обуславливается усилием диффузии С*2 в легкие.

Под действием мышечной работы меняется морфологический состав крови, ее физико-химические свойства: растет число эритро­цитов, содержание гемоглобина, усиливается процесс регенерации эритроцитов, увеличивается число лейкоцитов. Эти изменения свиде­тельствуют об усилении функции кроветворных органов. Определен­ные изменения при физической работе происходят в эндокринных функциях (повышение содержание в крови адреналина и др.), что способствует мобилизации энергетических ресурсов организма.

Методы оценки тяжести труда

 Тяжесть и напряженность труда характеризуются степенью функционального напряжения организма. При физическом труде оно может быть энергетическим, зависящим от мощности работы. При умственном  труде оно может быть эмоциональным.

 Физическая тяжесть труда - это нагрузка на организм при труде, требующая  преимущественно мышечных усилий и соответствующего энергетического обеспечения.

Энергетические затраты на мышечную работу.

Энергетика мышечной деятельности

Ни одно движение не может быть выполнено без затрат энергии. Единственным универсальным и прямым источником энергии для мышечного сокращения служит аденозинтрифосфат -АТФ; без него поперечные "мостики лишены энергии и актиновые нити не могут скользить вдоль миозиновых, сокращения мышечного волокна не происходит. АТФ относится к высокоэнергетическим (макроэргическим) фосфатным соединениям, при расщеплении (гидролизе) которого выделяется около 10 ккал/кг свободной энергии. При активизации мышцы происходит усиленный гидролиз АТФ, поэтому интенсивность энергетического обмена возрастает в 100-1000 раз по сравнению с уровнем покоя. Однако, запасы АТФ в мышцах сравнительно ничтожны и их может хватить лишь на 2-3 секунды интенсивной работы. В реальных условиях для того, чтобы мышцы могли длительно поддерживать свою сократительную способность, должно происходить постоянное восстановление (ресинтез) АТФ с той же скоростью, с какой он расходуется. В качестве источников энергии при этом используются углеводы, жиры и белки. При полном или частичном расщеплении этих веществ освобождается часть энергии, аккумулированная в их химических связях. Эта освободившаяся энергия и обеспечивает ресинтез АТФ (см. табл.).

Энергетические резервы человека ( с массой тела 75 кг)

Биоэнергетические возможности организма являются наиболее важным фактором, лимитирующим его физическую работоспособность. Образование энергии для обеспечения мышечной работы может осуществляться анаэробным (бескислородным) и аэробным (окислительным) путем. В зависимости от биохимических особенностей протекающих при этом процессов принято выделять три обобщенных энергетических системы, обеспечивающих физическую работоспособность человека:

алактная анаэробная, или фосфагенная, связанная с процессами ресинтеза АТФ преимущественно за счет энергии другого высокоэнергетического фосфатного соединения - креатинфосфата (КрФ);

гликолитическая (лактацидная) анаэробная, обеспечивающая ресинтез АТФ и КрФ за счет реакций анаэробного расщепления гликогена или глюкозы до молочной кислоты (МК);

аэробная (окислительная), связанная с возможностью выполнения работы за счет окисления энергетических субстратов, в качестве которых могут использоваться углеводы, жиры, белки при одновременном увеличении доставки и утилизации кислорода в работающих мышцах.

Каждый из перечисленных биоэнергетических компонентов физической работоспособности характеризуется критериями мощности, емкости и эффективности.

Критерий мощности оценивает то максимальное количество энергии в единицу времени, которое может быть обеспечено каждой из метаболических систем.

Критерий емкости оценивает доступные для использования общие запасы энергетических веществ в организме, или общее количество выполненной работы за счет данного компонента.

Критерий эффективности показывает, какое количество внешней (механической) работы может быть выполнено на каждую единицу затрачиваемой энергии.

Фосфагенная система представляет собой наиболее быстро мобилизуемый источник энергии. Ресинтез АТФ за счет креатинфосфата во время мышечной работы осуществляется почти мгновенно. При отщеплении фосфатной группы от КрФ высвобождается большое количество энергии, которая непосредственно используется для восстановления АТФ. Поэтому КрФ является самым первым энергетическим резервом мышц, используемым как немедленный источник регенерации АТФ. АТФ и КрФ действуют как единая система энергоснабжения мышечной деятельности. Эта система обладает наибольшей мощностью по сравнению с гликолитической и аэробной, и играет основную роль в обеспечении кратковременной работы предельной мощности, осуществляемой с максимальными по силе и скорости сокращениями мышц: при выполнении кратковременных усилий "взрывного" характера, спуртов, рывков, как, например, спринтерский бег, прыжки, метания или удары рукой и ногой в рукопашном бою и т. п. Наибольшая мощность алактатного анаэробного процесса достигается в упражнениях продолжительностью 5-6 секунд и у высоко подготовленных спортсменов достигает уровня 3700 кДж/кГ в минуту. Однако емкость этой системы невелика в связи с ограниченностью запасов АТФ и КрФ в мышцах. Вместе с тем, время удержания максимальной анаэробной мощности зависит не столько от емкости фосфагенной системы, сколько от той ее части, которая может быть мобилизована при работе с максимальной мощностью. Расходуемое количество КрФ во время выполнения упражнений максимальной мощности составляет всего лишь примерно одну треть от его общих внутримышечных запасов. Поэтому продолжительность работы максимальной мощности обычно даже у высококвалифицированных спортсменов не превышает 15-20 секунд.

Анаэробный гликолиз начинается практически с самого начала работы, но достигает своей максимальной мощности лишь через 15-20 секунд работы предельной интенсивности, и эта мощность не может поддерживаться более 2.5 - 3.0 минут.

Гликолитическая анаэробная система характеризуется достаточно большой мощностью, достигая у высокотренированных людей уровня примерно 2500 кДж/кГ в минуту. Энергетическими субстратами при этом служат углеводы - гликоген и глюкоза. Гликоген, запасаемый в мышечных клетках и печени - это цепочка молекул глюкозы (глюкозных единиц). При расщеплении гликогена его глюкозные единицы последовательно отщепляются. Каждая глюкозная единица из гликогена восстанавливает 3 молекулы АТФ, а молекула глюкозы - только 2 молекулы АТФ. Из каждой молекулы глюкозы образуется 2 молекулы молочной кислоты (МК). Поэтому при большой мощности и продолжительности гликолитической анаэробной работы в мышцах образуется значительное количество МК. Накапливающаяся в работающих мышечных клетках МК легко диффундирует в кровь и, до определенной степени концентрации, связывается буферными системами крови для сохранения внутренней среды организма

(гомеостазиса). Если количество МК, образующейся в процессе выполнения работы гликолитической анаэробной направленности, превышает возможности буферных систем крови, то это приводит к их быстрому исчерпанию и вызывает сдвиг кислотно-щелочного равновесия крови в кислую сторону. В конечном итоге, это вызывает угнетение ключевых ферментов анаэробного гликолиза, вплоть до полного торможения их активности. При этом снижается скорость и самого гликолиза. Значительное закисление приводит также к уменьшению скорости алактатного анаэробного процесса и общему снижению мощности работы.

Продолжительность работы в гликолитическом анаэробном рижиме лимтируется в основном не количеством (емкостью) ее энергетических субстратов, а уровнем концентрации МК и степенью тканевой адаптации к кислотным сдвигам в мышцах и крови. Во время выполнения мышечной работы, обеспечиваемой преимущественно анаэробным гликолизом, резкого истощения мышечного гликогена и глюкозы в крови и печени не происходит. В процессе физической подготовки гипогликемия (снижение концентрации глюкозы в крови) может возникнуть по другим причинам.

Для высокого уровня проявления гликолитической анаэробной способности (специальной выносливости) существенное значение имеет степень тканевой адаптации к происходящим при этом сдвигам кислотно-щелочного равновесия. Здесь особо выделяется фактор психической устойчивости, который позволяет при напряженной мышечной деятельности волевым усилием преодолевать возникающие с развитием утомления болезненные ощущения в работающих мышцах и продолжать выполнять работу, несмотря на усиливающееся стремление к ее прекращению.

При переходе от состояния покоя к мышечной деятельности потребность в кислороде (его запрос) возрастает во много раз. Однако, необходимо по крайней мере 1-2 минуты, чтобы усилилась деятельность кардио-респираторной системы, и обогащенная кислородом кровь могла быть доставлена к работающим мышцам. Потребление кислорода работающими мышцами увеличивается постепенно, по мере усиления деятельности систем вегетативного обеспечения. С увеличением длительности упражнения до 5-6 минут быстро наращивается скорость процессов аэробного образования энергии и, при увеличении продолжительности работы более 10 минут, энергообеспечение осуществляется уже почти целиком за счет аэробных процессов.

Однако, мощность аэробной системы энегообеспечения примерно в 3 раза ниже мощности фосфагенной, и в 2 раза - мощности анаэробной гликолитической системы (см. табл.)

Основные биоэнергетические характеристики метаболических процессов - источников энергии при мышечной деятельности.

Вместе с тем, аэробный механизм ресинтеза АТФ отличается наибольшей производительностью и экономичностью. В повседневных условиях жизни на его долю приходится иногда более 90% от общего количества энергопродукции организма. В качестве субстратов окисления при этом используются все основные питательные вещества: углеводы, жиры в виде аминокислот. Вклад белков в общий объем аэробной энергопродукции очень мал. А вот углеводы и жиры используются в качестве субстратов аэробного окисления до тех пор, пока они доступны мышцам.

Аэробное расщепление углеводов до определенной стадии (до образования пировиноградной кислоты) осуществляется так же, как и при анаэробном гликолизе. Но в аэробных условиях пировиноградная кислота не превращается в молочную кислоту, а окисляется далее до углекислого газа и воды, которые легко выводятся из организма. При этом из одной глюкозной единицы гликогена в конечном итоге образуется 39 молекул АТФ. Таким образом, аэробное окисление гликогена более эффективно, чем анаэробное. Еще больше энергии выделяется при окислении жиров. В среднем 1 моль смеси различных специфических организму человека жирных кислот обеспечивает ресинтез 138 молей АТФ. При одинаковом по весу расходе гликогена и жирных кислот, последние обеспечивают почти в три раза больше энергии, чем углеводы. Жиры, таким образом, обладают наибольшей энергоемкостью из всех биоэнергетических субстратов (см. табл.)

Сравнительная емкость источников энергии мышечного сокращения (на 1 моль субстрата)

Чем выше относительная мощность аэробной работы, тем выше относительный вклад в энергопродукцию углеводов, и меньше - жиров.

Между мощностью физической работы аэробного характера и скоростью потребления кислорода существует линейная зависимость, поэтому интенсивность аэробной работы можно охарактеризовать скоростью потребления кислорода. При определенной мощности физической нагрузки достигается индивидуальное ля каждого человека максимальное потребление кислорода (МПК), показатель которого является интегральным критерием мощности аэробной системы энергообеспечения. Мощность физической нагрузки (или скорость передвижения), при которой достигается МПК, называется критической. У молодых здоровых нетренированных мужчин МПК составляет в среднем 40-50 мл/кГ*мин, а у высокотренированных спортсменов в видах спорта на выносливость - достигает 80-90 мл/кГ*мин.

При равномерной непрерывной работе, если ЧСС не превышает 150-160 уд/мин, скорость потребления кислорода возрастает до такой величины, которая запрашивается работающими мышцами, а организм способен удовлетворять этот "запрос". Работа на данном уровне мощности физической нагрузки при "устойчивом состоянии" метаболических процессов может продолжаться достаточно долго.

При возрастании интенсивности работы, когда ЧСС увеличивается до 170-190 уд/мин, "устойчивое состояние" не устанавливается, хотя потребление кислорода возрастает до достижения МПК. Максимальный уровень потребления кислорода даже у тренированных людей не может поддерживаться долго - больше 6-8 минут. Если мощность работы превысила уровень МПК, то устойчивое состояние работоспособности не устанавливается, т. е. возникает ложное "устойчивое состояние".

При такой работе потребность организма в кислороде полностью не удовлетворяется, так как уже исчерпаны возможности сердечно-сосудистой системы по его доставке к работающим мышцам или исчерпана окислительная способность дыхательных ферментов в мышечных клетках.

В условиях кислородного дефицита активизируются анаэробные системы ресинтеза АТФ. С началом интенсивной работы и в первые секунды ее выполнения, при "врабатывании" организма или при резких кратковременных увеличениях мощности работы ("спрутах"), преимущественное значение для энергообеспечения имеет фосфагенная система. Но по мере исчерпания ее энергетических резервов в работающих мышцах, начинает возрастать роль анаэробного гликолиза. Организм при этом работает как бы "в долг". Этот кислородный "долг" устраняется во время отдыха или при существенном снижении мощности работы. При этом восстановление израсходованных фосфагенов (АТФ+КрФ) происходит полностью через 305 минут, а наполовину - за 25-30 секунд отдыха. Это так называемый быстрый (алактатный) компонент кислородного долга. Та же его часть, которая отражает степень участия в работе анаэробного гликолиза и, следовательно, восстановление израсходованных субстратов - полностью устраняется лишь за 1.5-2.0 часо, а наполовину - за 15-30 минут. Это медленный (лактатный) компонент кислородного долга.

Образование молочной кислоты в мышечных клетках имеет место с началом практически любой, даже преимущественно аэробной физической работы. Однако, содержание МК в крови во время легкой работы мало отличается от уровня покоя. При увеличении мощности работы и возрастания потребления кислорода более 5-% от МПК, кривая накопления МК в крови резко поднимается. Эта граница выраженного перехода от преимущественно аэробного энергообеспечения работы к смешанному аэробно-анаэробному, когда начинают активизироваться анаэробные процессы, называется анаэробным пророгом, или порогом анаэробного обмена (ПАНО). Если рабочая нагрузка превышает уровень ПАНО, в работающих мышцах и в крови начинает интенсивно накапливаться молочная кислота, тяжесть физической работы возрастает и она рассматривается в физиологии труда и спорта как напряженная работа смешанной аэробно-анаэробной направленности. Показатели ПАНО являются критериями аэробной эффективности. Для профессиональной деятельности это имеет вполне определенное значение: чтобы нетренированных человек был способен длительное время выполнять свою профессиональную работу, в которой задействованы большие мышечные группы, он не должен превышать мощности, соответствующей примерно 50%-му уровню МПК или своего анаэробного порога. С другой стороны, люди, систематически тренирующиеся в упражнениях на выносливость, способны не только увеличить МПК, а также минимизировать свои энерготраты за счет совершенствования техники рабочих движений.

Для профессионально-прикладной подготовки путь повышения физической работоспособности через увеличение аэробной эффективности менее рискован и наиболее приемлем, так как не требует значительного увеличения рабочей ЧСС и потому доступен всем возрастным категориям людей. Именно с этим связано широкое распространение оздоровительного бега трусцой и аналогичных по физиологическому воздействию других средств физической подготовки.

Во время выполнения относительно легкой работы, когда потребление кислорода не превышает 50% от максимума (с продолжительностью до нескольких часов), большая часть энергии поставляется мышцам за счет окисления жиров. Во время более напряженной работы, когда потребление кислорода превышает 60% от максимума, значительная часть энергии поставляется уже и за счет окисления углеводов. При мощности работы, близкой к критической, подавляющую часть энергопродукции обеспечивает окисление углеводов.

В реальных условиях физических нагрузок, как правило, задействованы все биоэнергетические системы. В зависимости от мощности, продолжительности и вида выполняемой работы меняется лишь соотношение механизмов ее энергообеспечения. Однако, совершенство методики физической тренировки заключается в том, чтобы добиться наибольшего прироста спортивной или профессиональной работоспособности с наименьшими затратами энергии и времени. Это становится возможным при направленном, избирательном тренировочном воздействии на отдельные компоненты физической работоспособности, но не при использовании физических нагрузок "внавал", т. е. по принципу "сколько выдержишь".

Понятие о терморегуляции

Терморегуляция («термо» - температура, «регуляция» - управление) - совокупность процессов поддержания относительного постоянства температуры организма, состоящая из процессов образования и отдачи тепла.

Организмы млекопитающих и птиц имеют постоянную температуру тела, относительно не зависящую от изменений температуры окружающей среды. Благодаря постоянству температуры химические реакции в этих организмах имеют возможность протекать с относительно постоянной скоростью. Ненаучно организмы млекопитающих и птиц называют теплокровными.

Организмы пресмыкающихся (змеи, крокодилы, черепахи, ящерицы), земноводных (лягушки), рыб и более низших животных и всех растений не имеют хорошо организованных механизмов поддержания постоянства температуры. Температура их организма во многом определяется температурой окружающего воздуха (или воды). При понижении окружающей температуры процессы жизнедеятельности этих организмов затормаживаются, а при повышении - ускоряются. Ненаучно такие организмы называют холоднокровными.

Поддержание постоянной температуры организма возможно благодаря наличию системы управления температурой или системы терморегуляции.

Терморегуляция может осуществляться двумя способами:

 -  за счет изменения скорости производства тепла (теплообразования)

 -  за счет изменения скорости отдачи тепла (теплоотдачи)

Процессы образования и отдачи тепла осуществляются под контролем нервной системы и системы желез внутренней секреции.

Теплообразование

Для протекания процессов жизнедеятельности в организме необходима энергия. Эта энергия образуется в результате распада химических веществ (в основном, углеводов и жиров), которые мы потребляем с пищей. Природа создала организмы так, что лишь часть освободившейся энергии может быть использована для процессов жизнедеятельности, другая же часть рассеивается в виде тепла. Эти процессы носят название процессов образования тепла (процессы теплообразования, теплопроизводства или теплопродукции).

В покое основную роль в производстве тепла играют такие органы, как печень, сердце, головной мозг, железы внутренней секреции, почки, в которых велика скорость обмена веществ (и, соответственно, велика скорость распада веществ с освобождением энергии). В виду высокой скорости обмена веществ температура клеток этих органов несколько выше температуры клеток других органов (например, температура печении - 380 С). Порядка 20 % тепла в покое дают неработающие мышцы. Хотя скорость обмена веществ в мышцах в покое невелика, однако мышечная масса составляет большой процент от массы тела, благодаря чему существенен вклад мышц в образование тепла. В других клетках организма также образуется тепло, но его доля в общем теплообразовании мала.

Относительно равномерное распределение тепла в организме обеспечивается кровью. Проходя по печени, сердцу, головному мозгу и другим «теплым» органам, кровь нагревается, одновременно охлаждая их, а, проходя по поверхностным мышцам, коже и другим «холодным» органам, кровь охлаждается, одновременно согревая их. Тем не менее, температура поверхности тела остается несколько ниже температуры внутри тела.

Во время мышечной деятельности к теплу, производимому клетками печени, сердца, головного мозга, желез внутренней секреции и добавляется огромное количество тепла, освобождаемое в результате мышечного сокращения.

Сокращающаяся мышца производит тепло несколькими способами,
основными из которых являются:

 -  тепло распада химических веществ, обеспечивающих энергией процесс мышечного сокращения (основной способ теплообразования)

 -  тепло, образующееся в результате трения сократительных элементов мышечных клеток.

Как уже говорилось в разделе «Двигательная система», лишь некоторая часть энергии распада химических веществ может быть использована на синтез АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты), и лишь часть энергии распада АТФ идет непосредственно на мышечное сокращение. Основная же часть энергии (более 70 %) рассеивается в виде тепла, обеспечивая согревание организма.
Таким образом, коэффициент полезного действия мышечного сокращения чрезвычайно низок (менее 30 %). КПД (коэффициент полезного действия) различных видов двигательной деятельности.

Теплоотдача - живой организм постоянно производит тепло.

Если бы не существовало противоположных процессов - отдачи тепла (процессов теплоотдачи), то организм довольно быстро нагрелся бы до температуры, при которой происходят необратимые изменения белков, и, соответственно, наступает смерть (смерть наступает при температуре выше 42-430 С).

Если бы отсутствовали механизмы теплоотдачи, температура организма взрослого человека в покое повышалась бы каждый час на 1.240 С.

Однако в норме нагревания организма не происходит благодаря тому, что организм отдает тепло во внешнюю среду примерно с той же скоростью, с которой оно производится.

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ.

Химическая терморегуляция имеет важное значение для поддержания постоянства температуры тела, как в нормальных условиях, так и при изменении температуры окружающей среды. У человека усиление теплообразования вследствие увеличения интенсивности обмена веществ отмечается, в частности, тогда, когда температура окружающей среды становится ниже оптимальной температуры, или зоны комфорта. При обычной легкой одежде эта зона находится в пределах 18—20 °С, а для обнаженного человека 28 °С. Оптимальная температура во время пребывания в воде выше, чем на воздухе. Это обусловлено тем, что вода, обладающая высокой теплоемкостью и теплопроводностью, охлаждает тело в 14 раз сильнее, чем воздух. Поэтому в прохладной ванне обмен веществ повышается значительно больше, чем во время пребывания на воздухе при той же температуре.

Наиболее интенсивное теплообразование в организме происходит в мышцах. Даже если человек лежит неподвижно, но с напряженной мускулатурой, окислительные нродес-сы, а вместе с тем и теплообразование повышаются на 10%. Небольшая двигательная активность ведет к увеличению теплообразования на 50—80%, а тяжелая мышечная работа — на 400—500%. В условиях холода теплообразование в мышцах увеличивается, даже если человек находится в неподвижном состоянии. Это обусловлено тем, что охлаждение поверхности тела, действуя на рецепторы, воспринимающие холодовое раздражение, рефлекторно возбуждает беспорядочные непроизвольные сокращения мышц, проявляющиеся в виде дрожи (озноб). При этом обменные процессы организма значительно усиливаются, увеличивается потребление кислорода и углеводов мышечной тканью, что и влечет за собой повышение теплообразования. Даже произвольная имитация дрожи увеличивает теплообразование на 200%.

Если в организм введены миорелаксанты — вещества, нарушающие передачу нервных импульсов с нерва на мышцу и тем самым устраняющие рефлекторную мышечную дрожь, при понижении температуры окружающей среды гораздо быстрее наступает понижение температуры тела. В химической терморегуляции, кроме мышц, значительную роль играют печень и почки. Температура крови печеночной вены выше температуры крови печеночной артерии, что указывает на интенсивное теплообразование в этом органе. При охлаждении тела теплопродукция в печени возрастает. Освобождение энергии в организме совершается за счет окислительного распада белков, жиров и углеводов. Поэтому все механизмы, которые регулируют окислительные процессы, регулируют и теплообразование.

ФИЗИЧЕСКАЯ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ.

Физическая терморегуляция осуществляется путем изменений отдачи тепла организмом. Особо важное значение она приобретает в поддержании постоянства температуры тела во время пребывания организма в условиях повышенной температуры окружающей среды. Теплоотдача осуществляется путем теплоизлучения (радиационная теплоотдача), конвекции, т. е. движения и перемешивания нагреваемого телом воздуха, теплопроведения, т. е. отдачи тепла веществам, непосредственно соприкасающимся с поверхностью тела, и испарения воды с поверхности кожи и легких.

У человека в обычных условиях потеря тепла путем теплопроведения имеет небольшое значение, так как воздух и одежда являются плохими проводниками тепла. Радиация, испарение и конвекция протекают с различной интенсивностью в зависимости от температуры окружающей среды. У человека в состоянии покоя при температуре воздуха ' около 20 °С и суммарной теплоотдаче, равной 419 кДж (100 ккал) в час, радиация составляет 66%, испарение воды —19%, конвекция -15% общей потери тепла организмом. При повышении температуры окружающей среды до 35 °С теплоотдача посредством радиации и конвекции становится невозможной и температура тела поддерживается на постоянном уровне исключительно посредством испарения воды с поверхности кожи и альвеол легких.

Для того чтобы было ясно значение испарения в теплоотдаче, напомним, что для испарения 1 мл воды необходимо 2,4 кДж (0,58 ккал). Следовательно, если в условиях основного обмена телом человека отдается посредством испарения около 1675—2093 кДж (400—500 ккал), то с поверхности тела должно испаряться примерно 700—850 мл воды. Из этого количества 300—350 мл испаряются в легких и 400—500 мл — с поверхности кожи. Характер отдачи тепла телом изменяется в зависимости от интенсивности обмена веществ. При увеличении теплообразования в результате мышечной работы возрастает значение теплоотдачи, осуществляемой посредством испарения воды.

Так, после тяжелого спортивного соревнования, когда суммарная теплоотдача достигала почти 2512 кДж (600 ккал) в час, было найдено, что 75% тепла было отдано путем испарения, 12% — путем радиации и 13 % —посредством конвекции. Одежда уменьшает теплоотдачу. Потере тепла препятствует тот слой неподвижного воздуха, который находится между одеждой и кожей, так как воздух — плохой проводник тепла. Теплоизолирующие свойства одежды тем выше, чем более мелкоячеиста ее структура, содержащая воздух. Этим объясняются хорошие теплоизолирующие свойства шерстяной и меховой одежды. Температура воздуха под одеждой достигает 30 °С. Наоборот, обнаженное тело теряет тепло, потому что воздух на его поверхности все время сменяется. Поэтому температура кожи обнаженных частей тела намного ниже, чем одетых.

В значительной степени препятствует теплоотдаче слой подкожной жировой клетчатки в связи с малой теплопроводностью жира. Температура кожи, а следовательно, интенсивность теплоизлучения и теплопроведения могут изменяться в результате перераспределения крови в сосудах и при изменении объема циркулирующей крови. На холоде кровеносные сосуды кожи, главным образом артериолы, сужаются; большее количество крови поступает в сосуды брюшной полости и тем самым ограничивается теплоотдача.

Поверхностные слои кожи, получая меньше теплой крови, излучают меньше тепла - теплоотдача уменьшается. При сильном охлаждении кожи, кроме того, происходит открытие артериовенозных анастомозов, что уменьшает количество крови, поступающей в капилляры, и тем самым препятствует теплоотдаче. Перераспределение крови, происходящее на холоду - уменьшение количества крови, циркулирующей через поверхностные сосуды, и увеличение количества крови, проходящей через сосуды внутренних органов, способствует сохранению тепла во внутренних органах. Эти факты служат основанием для утверждения, что регулируемым параметром является именно температура внутренних органов, которая поддерживается на постоянном уровне. При повышении температуры окружающей среды сосуды кожи расширяются, количество циркулирующей в них крови увеличивается. Возрастает также объем циркулирующей крови во всем организме вследствие перехода воды из тканей в сосуды, а также потому, что селезенка и другие кровяные депо выбрасывают в общий кровоток дополнительные количества крови. Увеличение количества крови, циркулирующей через сосуды поверхности тела, способствует теплоотдаче посредством радиации и конвекции.

Для сохранения постоянства температуры тела человека при высокой температуре окружающей среды основное значение имеет испарение пота с поверхности кожи. Значение потоотделения для поддержания постоянства температуры тела видно из следующего подсчета: в летние месяцы температура окружающего воздуха в средних широтах нередко равна температуре тела человека. Это означает, что организм человека, живущего в этих условиях, не может отдавать образующееся в нем самом тепло путем радиации и конвекции. Единственным путем для отдачи тепла остается испарение воды. Приняв, что среднее теплообразование в сутки равно 10 048— 11 723 кДж (2400—2800 ккал), и зная. что на испарение 1 г воды с поверхности тела расходуется 2,43 кДж (0,58 ккал), получаем, что для поддержания температуры тела человека на постоянном уровне в таких условиях необходимо испарение 4,5 л воды. Особенно интенсивно потоотделение происходит при высокой окружающей температуре во время мышечной работы, когда возрастает теплообразование в самом организме. При очень тяжелой работе выделение пота у рабочих горячих цехов может составить 12 л за день. Испарение воды зависит от относительной влажности воздуха. В насыщенном водяными парами воздухе вода испаряться не может. Поэтому при высокой влажности атмосферы высокая температура переносится тяжелее, чем при низкой влажности. В насыщенном водяными парами воздухе (например, в бане) пот выделяется в большом количестве, но не испаряется и стекает с кожи. Такое потоотделение не способствует отдаче тепла; только эта часть пота, которая испаряется с поверхности кожи, имеет значение для теплоотдачи (эта часть пота составляет эффективное потоотделение).

Плохо переносится также непроницаемая для воздуха одежда (резиновая и т. п.), препятствующая испарению пота: слой воздуха между одеждой и телом быстро насыщается парами и дальнейшее испарение пота прекращается.

Человек плохо переносит сравнительно невысокую температуру окружающей среды (32 °С) при влажном воздухе. В совершенно сухом воздухе человек может находиться без заметного перегревания в течение 2—3 ч при температуре 55—50°С. Так как некоторая часть воды испаряется легкими в виде паров, насыщающих выдыхаемый воздух, дыхание также участвует в поддержании температуры тела на постоянном уровне. При высокой окружающей температуре дыхательный центр рефлекторно возбуждается, при низкой — угнетается, дыхание становится менее глубоким.

К проявлениям физической терморегуляции следует отнести также изменение положения тела. Когда собаке или кошке холодно, они сворачиваются в клубок, уменьшая тем самым поверхность теплоотдачи; когда жарко, животные, наоборот, принимают положение, при котором поверхность теплоотдачи максимально возрастает. Этого способа физической теплорегуляции не лишен и человек, «сворачиваясь в клубок» во время сна в холодном помещении. Рудиментарное значение для человека имеет проявление физической терморегуляции в форме реакции кожных мышц («гусиная кожа»). У животных при этой реакции изменяется ячеистость шерстного покрова и улучшается теплоизолирующая роль шерсти. Таким образом, постоянство температуры тела поддерживается путем совместного действия, с одной стороны, механизмов, регулирующих интенсивность обмена веществ и зависящее от него теплообразование (химическая регуляция тепла), а с другой— механизмов, регулирующих теплоотдачу (физическая регуляция тепла). Схема соотношения процессов выработки и отдачи тепла представлена на рисунке

Соотношение механизмов физической и химической термолерегуляции в поддержание температуры тела.

Опасность переохлаждения, перегревания и его профилактика.

Опасное переохлаждение организма

 В связи с тем, что лето уже давно прошло, а холода все наступают, почти все успели подхватить насморк и пару раз подцепить какую-нибудь инфекцию. Объяснение таким болезням дается довольно простое: продрог, промерз, а одним словом - переохладился.

"Переохлаждение в зависимости от температуры тела делится на 4 степени", - рассказывают доктор медицинских наук, заведующий отделом водолазной медицины Борис Николаевич Павлов и аспирант Института медико-биологических проблем Николай Борисович Павлоа. При первой степени (температура тела 36-37°С) и второй (до 34-35°С) активизируется обмен веществ, учащается дыхание и повышается артериальное давление. Переохлаждение третьей степени (30-32°С) характеризуется замедлением сердцебиения и дыхания, расстройством координации движений. Снижение температуры до 30°С приводит к эйфории, затем спутанности сознания и его потере. При четвертой степени (температура тела до 23°С) постепенно угасают все важные жизненные процессы. По всем признакам человек напоминает умершего. Пульс еле прощупывается, дыхание едва заметно. Часто развивается сердечная недостаточность, нарушается детоксикационная функция печени, микроциркуляция внутренних органов.

 Болезнь или ее предвестник

Тяжелое переохлаждение организма представляет собой патологическое состояние, то есть является причиной появления болезней. Такое переохлаждение может быть общим и местным. Местное переохлаждение приводит к нарушению кровообращения в тканях и отмиранию клеток, в результате чего возникает гангрена.

 Когда человек, например, попадает в холодную воду, гангрены у него, конечно, не будет, но он получит общее переохлаждение организма. Происходят нарушения в эндокринной системе за счет того, что температура в организме упала, теплопродукция не может покрыть теплорасход. Такая ситуация требует немедленного вмешательства реаниматологов. В этом случае человеку понадобится специальная терапия против переохлаждений: общее согревание, коррекция водно-электролитного баланса, введение гормонов.
       Бывает, что переохлаждение само по себе нельзя назвать болезнью, но оно становится пусковым механизмом для различных инфекций. Например, когда вы съели мороженое или выпили холодного пива, у вас заболело горло. Тут переохлаждение сыграло свою нехорошую роль, но лечить его не нужно. В горле нарушилось кровообращение за счет того, что слизистая слишком сильно охладилась, сосуды сузились. Таким образом, нарушился местный иммунитет, который напрямую зависит от кровообращения. Специфические вещества попадают на слизистую оболочку горла из кровеносного русла и там убивают микробов, которых мы вдыхаем. В условиях нарушенного кровообращения этих веществ становится меньше, слизистая беззащитна перед микробами, которые начинают активно размножаться на переохлажденных тканях. Развиваются острые респираторные вирусные инфекции, ангина, и человек заболевает.

Чем меньше одежды, тем лучше

Часто родители жалуются: ребенок все время болеет - то простуда, то грипп. Есть действенный способ, который педиатры советуют своим пациентам уже очень давно. За 15-20 минут до того, как выйти гулять на холодный воздух, дайте ребенку выпить несколько глотков воды комнатной температуры. За это время организм настроит горло на восприятие прохлады (все-таки у нас в горле +37°, а вода комнатной температуры примерно +20°). Это мягкое воздействие хорошая тренировка для того, чтобы не заболеть в холодное время года. Плюс обыкновенное закаливание. Но не такое, что однажды утром вы встали и решили, что с сегодняшнего дня начнете закаляться, и вылили на себя таз ледяной воды. Сразу получаете обратный эффект - холодовый шок. Нужно делать по-другому. Сначала включить прохладную воду (25-28 градусов) на несколько минут, привыкнуть к ней, потом вернуться к теплой воде. Сосуды уже сделали свое дело: сжались, потом расширились. Постепенно вы натренируете свою систему регуляции, и при попадании на холодный воздух в сосудах не произойдет резкого спазма, но организм гораздо быстрее среагирует, чтобы дать дополнительное тепло.
      Как ни странно, но, для того чтобы не переохладиться, не нужно слишком тепло одеваться (особенно это касается тех, кто двигается). Хорошо укутанный человек рано или поздно обязательно зайдет в общественный транспорт, подъезд, квартиру, магазин. Тут он вспотеет, потому что тепло не выходит наружу. Потом он снова выйдет на улицу или разденется, когда придет в помещение. Достаточно небольшого сквозняка - и переохлаждение, а потом и простуда гарантированы. Мораль: одежда должна быть одновременно и теплой, и пропускать воздух. Нормальная терморегуляция организма должна исключать не только переохлаждение, но и перегрев. В метро лучше снять шапку, шарф, дать телу подышать.

 Есть еще и аппараты

 Кроме общеизвестных методов лечения и профилактики переохлаждения наука дошла до того, что придумала специальные аппараты для его лечения. Переохлаждения лечатся с помощью искусственных газовых смесей, которые человеку нужно вдыхать сидя или лежа. Для этого используются гелий и кислород, которые подогревают до 75-95°С. Причем такие аппараты проектируются и изготавливаются не за границей, а у нас в России, в Институте медико-биологических проблем. При вдыхании смесей аппарат может стимулировать кровообращение верхних дыхательных путей и восстановить нормальную температуру тела, расслабить гладкую мускулатуру и улучшить дыхательную функцию. Таким образом, он помогает пострадавшим от переохлаждения и его последствий: инфекционных заболеваний легких, бронхиальной астмы, бронхитов, тонзиллита, фарингита.

Работоспособность человека и её динамика.

Работоспособность проявляется в поддержании заданного уровня деятельности в течение определенного времени и обусловливается двумя основными  группами факторов – внешними и внутренними. Внешние – информационная структура сигналов, в частности количество и форма представления информации, характеристика рабочей среды – удобство рабочего места, освещенность, температура и т.п., взаимоотношения в коллективе. Внутренние – уровень подготовки, тренированность, эмоциональная устойчивость. Предел работоспособности – величина переменная. изменение ее во времени называют динамикой работоспособности.

Различают следующие фазы трудовой деятельности по уровню работоспособности (см. рис.).

I. Предрабочее состояние (фаза мобилизации) субъективно выражается в обдумывании предстоящей работы (т.н. идеомоторный акт).

II. Врабатываемость, или стадия нарастающей работоспособности, или фаза гиперкомпенсации. Преодолевается инерция, налаживается координация между участвующими в деятельности системами организма. Длительность периода врабатываемости может быть значительной. Например, утором после сна все характеристики сенсомоторных реакций значительно ниже, чем днем. Естественно, что и производительность труда в эти часы ниже. Здесь сказываются также и тренированность, тип нервной деятельности, возраст, опыт, интенсивность работы.

III. Период устойчивой работы (фаза компенсации). В этот период устанавливается оптимальный режим работы систем организма. Длительность его относительно всего времени работы — примерно 2/3. Предел устойчивой работоспособности является важнейшим показателем выносливости человека при заданном уровне интенсивности работы.

Выносливость, в свою очередь, определяется следующими факторами:

1) интенсивностью работы;

2) спецификой работы (при динамической работе, например, утомление наступает гораздо позже, чем при статической, при напряженной зрительной работе утомление наступает раньше);

3) возрастом;

4) полом; при нагрузке, равной половине максимальных возможностей, выносливость мужчин и женщин одинакова, при больших нагрузках выносливее мужчины;

5) концентрацией внимания и волевым напряжением (при работе, связанной с волевым, умственным напряжением, концентрацией внимания, при высокой интенсивности работы показатели выносливости снижаются);

6) эмоциональным состоянием (положительные эмоции удлиняют период устойчивой работоспособности, отрицательные — наоборот);

7) умением, навыками, тренированностью;

8) типом высшей нервной деятельности, определяющимся силой и подвижностью нервных процессов (сангвиник, флегматик, холерик, меланхолик). Сила нервной системы характеризует работоспособность и надежность работы оператора, особенно в экстремальных ситуациях.

IV. Период утомления (фаза декомпенсации).  Снижается продуктивность, замедляется скорость реакции, появляются ошибочные и несвоевременные действия, физиологическая усталость. Утомление может быть мышечным (физическим), умственным (психическим). Утомление — это временное снижение работоспособности из-за истощения энергетических ресурсов организма.

V. Период возрастания продуктивности за счет эмоционально-волевого напряжения.

VI. Период прогрессивного снижения работоспособности и эмоционально-волевого напряжения.

VII. Период восстановления. Может длиться от 5 мин (легкая физическая работа) до нескольких дней.

На основании кривых работоспособности устанавливается норма времени на отдых в зависимости от характера и продолжительности работы в течение рабочего дня.

Суточные колебания. Работоспособность изменяется также и в течение суток. Здесь можно выделить три интервала, в которых чередуется возрастание/снижение работоспособности:

1-й интервал: 6 — 10 (12) ч. — работоспособность повышается;

10 (12) — 15 ч. — работоспособность постепенно снижается;

2-й интервал: 15 — 18 ч. — работоспособность повышается;

18 — 22 ч. — уменьшается;

3-й интервал: 22 — 3 ч. — работоспособность существенно снижается;

3 — 6 ч. — начинает возрастать, оставаясь ниже среднего уровня.

Недельные колебания. Работоспособность обычно меняется также и по дням недели:

Понедельник — врабатывание, вторник-четверг — высокая работоспособнсоть, пятница, суббота — развивающееся утомление.

2