Біохімічні процеси та енергетика трудової діяльності. Обмін речовин і обмін енергії. Біохімічні процеси (реферат)

Реферат на тему:

Біохімічні процеси та енергетика трудової діяльності. Обмін речовин і
обмін енергії. Біохімічні процеси

Рівень витрат енергії є інтегральним показником діяльності організму
людини в процесі праці. Основні витрати енергії при цьому зумовлюються
роботою м’язів — чим більшу механічну роботу виконує працівник, тим
більше він витрачає енергії. Витрати енергії залежать також від
інформаційного змісту праці, умов виробничого середовища, емоційного
стану працівника.

Джерелом енергії для всіх життєвих процесів і функцій є обмін речовин.

Обмін речовин характеризується складними біохімічними реакціями, які
полягають в засвоєнні поживних речовин, що надходять із зовнішнього
середовища, складних перетвореннях цих речовин та виділенні в навколишнє
середовище відпрацьованих продуктів.

Процес засвоєння організмом речовин, створення з них нових та
відновлення порушених клітин і тканин називається асиміляцією. Процес
розпаду складних органічних речовин на прості сполуки називається
дисиміляцією. У процесі дисиміляції виділяється енергія, яка
використовується для підтримання життєдіяльності органів і систем
організму та на виконання роботи. Процеси асиміляції і дисиміляції
перебувають у відносній рівновазі. Співвідношення між кількістю енергії,
яка надходить до організму з їжею, і витраченою енергією називається
енергетичним балансом. Посилення діяльності призводить до посилення
процесів дисиміляції. Щоб зберігалась рівновага між надходженням і
витрачанням речовин та енергії, необхідно збільшити надходження поживних
речовин для посилення процесів асиміляції.

Обмін речовин і обмін енергії — єдиний процес. Кожна органічна сполука,
що входить до складу живого організму, має певний запас потенційної
енергії. Речовини з великою енергією біологічного окислення називаються
макроергічними. Серед останніх особливо велику роль в енергетичному
обміні відіграє аденозинтрисфосфорна кислота (АТФ). Вона утворюється з
інших макроергічних сполук і нагромаджується у клітинах організму.
Найбільша кількість АТФ у скелетних м’язах (0,2—0,5 %).

Запас енергії в їжі виражається її калорійністю, тобто здатністю
вивільняти при окисленні ту чи іншу кількість енергії. При окисленні 1 г
вуглеводів вивільняється 5,05 ккал енергії, 1 г білка — 4,85 ккал, 1 г
жирів — 9,3 ккал.

Однак для окислення різних поживних речовин потрібна різна кількість
кисню. Так, на окислення 1 г вуглеводів потрібно 830 мл кисню, 1 г білка
— 970 мл, а на 1 г жирів — 2030 мл кисню. Кількість енергії, яка
вивільняється при використанні 1 л кисню, називається калоричним
еквівалентом. Він становить від 4,7 до 5,05 ккал.

Для визначення калоричного еквіваленту кисню вираховують дихальний
коефіцієнт, тобто відношення об’єму видихнутої вуглекислоти до об’єму
поглинутого кисню. При окисленні вуглеводів дихальний коефіцієнт
дорівнює одиниці, білків — 0,85, жирів — 0,72. Якщо дихальний коефіцієнт
відрізняється від наведених цифр, то це означає, що в організмі згоряють
суміші жирів, білків і вуглеводів.

Таблиця 4.1

КАЛОРИЧНИЙ ЕКВІВАЛЕНТ ПРИ РІЗНИХ ЗНАЧЕННЯХ ДИХАЛЬНОГО КОЕФІЦІЄНТА

Показник Значення

Дихальний коефіцієнт 0,70 0,75 0,80 0,90 0,95 1,0

Калоричний еквівалент 4,70 4,74 4,80 4,92 4,98 5,05

Для визначення кількості енергії, що вивільняється в організмі,
застосовуються методи прямої і непрямої калориметрії. Більш доступним у
виробничих умовах є другий метод. Він ґрунтується на визначенні
кількості спожитого організмом кисню і виділеного вуглекислого газу.
Якщо працівник, наприклад, за 10 хвилин поглинув 5950 см3 кисню і
видихнув 4200 см3 вуглекислого газу, то дихальний коефіцієнт дорівнює
0,7 (4200 : 5950). Згідно з таблицею, енергетична вартість 1 л кисню при
такому дихальному коефіцієнті становить 4,7 ккал.

Перемноживши кількість спожитого у процесі праці кисню на калоричний
еквівалент, можна обчислити затрати енергії. Значить, за 10 хвилин
працівник витратив біля 28 ккал енергії (5,95 · 4,7). Витрати енергії за
1 хвилину в цьому випадку дорівнюють 2,8 ккал. На практиці часто
калоричний еквівалент при розрахунках беруть на рівні 5 ккал.

Збудження, яке виникає в м’язових волокнах, викликає хімічні процеси,
наслідком яких є їх скорочення. Первинною ланкою в ланцюгу хімічних
реакцій є розпад АТФ на аденозиндифосфорну і фосфорну кислоти. При цьому
з кожної грам-молекули АТФ вивільняється 10000 кал:

АТФ ? АДФ + Н3РО4 + 10000 кал.

Енергія, що вивільняється внаслідок цієї реакції, використовується для
виконання механічної роботи і частково переходить у теплову. Зруйновані
молекули АТФ мають відновлюватися, щоб м’яз міг знову скорочуватися.

Ресинтез (відновлення) АТФ полягає в приєднанні до АДФ, що утворилася
при розпаді АТФ, молекули фосфорної кислоти. Ця реакція вимагає енергії.
У м’язах є речовини, що містять енергію (вуглеводи, жири, білки). Проте
ця енергія може вивільнятися лише при їх розпаді.

Ресинтез АТФ відбувається двома шляхами:

анаеробним (за рахунок розпаду речовин без участі кисню);

аеробним (за рахунок розпаду речовин при їх окисленні).

Ресинтез АТФ анаеробним шляхом відбувається за рахунок креатинфосфорної
кислоти, яка реагуючи з АДФ, віддає їй фосфорну кислоту і відновлює АТФ.
Однак запас креатинфосфорної кислоти в м’язах обмежений, тому потужнішим
анаеробним механізмом ресинтезу АТФ є реакції розпаду вуглеводів
(глікогену, глюкози) до молочної кислоти. Вивільнювана при цьому енергія
акумулюється у фосфорних сполуках. Молочна кислота є проміжним продуктом
розпаду вуглеводів, нагромадження якої зменшує працездатність м’язів.

Ресинтез АТФ аеробним шляхом відбувається за рахунок окислювального
розпаду вуглеводів, жирів та інших речовин до вуглекислоти і води —
кінцевих продуктів, які виводяться з організму. При цьому вивільняється
велика кількість енергії, яка забезпечує ресинтез АТФ з молочної
кислоти. За участю кисню п’ята частина молочної кислоти окислюється до
вуглекислоти і води, а енергія, що при цьому вивільняється,
використовується для ресинтезу АТФ, глікогену, фосфаткреатину з решти
молочної кислоти.

Обидві фази при роботі м’язів відбуваються одночасно, що забезпечує
своєчасне виведення з організму кінцевих продуктів розпаду. Це так
званий «стійкий стан».

Основний і функціональний обмін енергії

У стані спокою енергія витрачається на синтез різних речовин та на
роботу органів і систем організму.

Кількість енергії, яку витрачає організм у стані повного м’язового
спокою, натщесерце і при температурі 18—20° С, називається основним
обміном. У стані спокою енергія витрачається на підтримання життєвих
процесів, біохімічних реакцій у тканинах, а також на підтримання
безперервної діяльності органів: напруження м’язів, роботи серця,
апаратів дихання, травлення тощо. У дорослої людини він становить 1 ккал
на 1 кг маси за 1 год. Добовий основний обмін залежить від ваги, віку,
статі, стану здоров’я людини та зовнішніх факторів і становить 1400—1700
ккал.

Найбільш інтенсивним чинником, що приводить до посилення обміну речовин,
є праця, зокрема динамічна фізична робота. Кількість енергії, яка
витрачається на виконання професійної діяльності, характеризується як
«робочі калорії» (за висловом Г. Лемана). Крім «робочих калорій», людина
витрачає енергію на інші види діяльності, які виконує протягом дня. Ці
два види затрат енергії становлять функціональний обмін енергії.

Отже, загальні добові затрати енергії включають функціональний та
основний обмін енергії. Добові енергетичні затрати значно відрізняються
у працівників різних професій. Так, у робітників-верстатників вони
становлять 3300 ккал, робітників ковальського цеху — 3700—4000 ккал,
ливарного цеху — 4000—4500 ккал, штукатурів — 3900 ккал, трактористів —
3000 ккал.

Залежно від розміру добових енергетичних затрат виокремлюють чотири
групи робіт. Згідно з цією класифікацією до легких віднесені роботи, при
виконанні яких добові затрати енергії становлять 2200—2600 ккал, до
робіт помірної важкості — 2800—3400 ккал, до важких робіт — 3600—4000
ккал, до дуже важких робіт — 4200—6000 ккал.

Зауважимо, що, згідно з цією класифікацією, до легких віднесені розумові
та сенсорно-напружені роботи. Насправді важкість цих робіт визначається
не стільки м’язовими, скільки нервовими навантаженнями. Тому поділ робіт
на групи важкості за показником енергозатрат має обмежене застосування і
стосується фізичної праці.

Важливе практичне значення має питання про оптимальний рівень затрат
енергії на щоденну роботу та гранично можливу величину затрат енергії
при тривалій роботі. Фізіологами доведено, що при оптимальних затратах
енергії у працівника розвиваються м’язова сила і витривалість, швидкість
і ритмічність рухів, підвищується опірність організму до впливу різних
несприятливих факторів зовнішнього середовища. Оптимальні фізичні
навантаження сприяють успішній розумовій роботі, а також підвищують
стресостійкість людини. Зменшення затрат енергії нижче середнього рівня
є несприятливим фактором для життєдіяльності людини. Збільшення
навантажень також небажане, оскільки воно призводило б до швидкого
зношування організму працівника.

На думку О. М. Крестовникова, мінімальний рівень чистих затрат енергії
на щоденну м’язову роботу повинен становити 1200—1300 ккал. Верхню межу
щоденних затрат енергії на м’язову роботу Г. Леман обмежує 4800 ккал.
Отже, в цих межах повинні міститися оптимальні затрати енергії на
виконання роботи. Різні автори наводять різні величини оптимальних
затрат енергії на роботу. Так, Г. Леман вважає, що при восьмигодинному
робочому дні чисті затрати енергії можуть досягати 2000 ккал. Чеські
фізіологи Е. Бена, А. Зелени вважають цю величину завищеною, оскільки
при її визначенні не враховується можливість тривалого (протягом 25
років) виконання такої інтенсивної роботи.

З врахуванням цієї умови щоденні чисті затрати енергії на виконання
фізичної роботи можуть становити 1500 ккал. Таким чином, близькими до
оптимального рівня є чисті затрати енергії за зміну при фізичній роботі
в 1500—1200 ккал [10]. При восьмигодинному робочому дні він відповідає
200—150 ккал/год. Якщо за хвилину роботи буде використовуватися 5—6
ккал, то годинна норма може бути використана за 30—40 хвилин роботи.
Звідси випливає, що важка праця не може тривати безперервно протягом
всієї робочої зміни, а в багатьох випадках навіть протягом однієї
години.

Якщо ж такі важкі роботи існують, то увага організаторів виробництва має
бути звернена на раціоналізацію режиму праці і відпочинку.

В цьому зв’язку значний інтерес становить класифікація робіт за їх
потужністю. Виділяють п’ять типів таких робіт:

1. Виснажлива робота, при виконанні якої затрати енергії перевищують
20 ккал/хв. Такі роботи можуть виконуватися лише протягом кількох
хвилин.

2. Максимальна робота з затратами енергії від 15 до 20 ккал/хв. Вона
може виконуватися не довше ніж півгодини.

3. Субмаксимальна робота з затратами енергії 10—15 ккал/хв. Виконання її
також обмежене.

4. Інтенсивна робота, при якій затрати енергії складають 5—10 ккал/хв.
Ці роботи найбільш поширені, однак значення 10 ккал/хв прийняте як
обмежуюче, і робота при таких затратах енергії неможлива протягом
восьмигодинного робочого дня.

5. Легка, при якій енергетичні затрати не перевищують 5 ккал/хв.

Зазначимо, що для організму працівника шкідливі як надмірні затрати
енергії у процесі праці, так і надто малі.

Дуже важкі роботи, пов’язані з тривалими великими затратами енергії,
можуть бути шкідливими для здоров’я працівника, особливо коли не
забезпечується повне відновлення працездатності в неробочий час.
Наслідком їх може бути виснаження в організмі запасів речовин, які
містять енергію. Надмірне зменшення м’язових зусиль, дефіцит рухової
активності у процесі праці призводять до професійної гіпокінезії, що
вимагає впровадження заходів щодо раціоналізації режимів праці і
відпочинку. Фізіологами доведено, що рівень середньозмінних затрат
енергії на м’язову роботу не може бути меншим за 0,5 ккал/хв. При цьому
необхідні різні компенсаторні заходи для підтримання здоров’я
працівників.

Енергетичний оптимум та енергетичний коефіцієнт корисної дії

Найефективнішим як щодо результатів праці, так і стану здоров’я є
середній, помірний рівень потужності роботи, який отримав назву
енергетичного оптимуму. Межі цього оптимуму різні у різних працівників
відповідно до їх працездатності. Відхилення від оптимальних енергозатрат
як у більший, так і менший бік можливі при виконанні різних робіт. Так,
наприклад, складні і точні роботи доцільніше виконувати із затратами
енергії, меншими від оптимальних.

Разом з тим для нормального функціонування організму кількість енергії,
яка витрачається безпосередньо на м’язову роботу, має становити в
середньому за добу не менш як 1200—1300 ккал. Оптимальне фізичне
навантаження сприяє підвищенню опірності організму до несприятливих
факторів.

Порівняння витрат енергії працівника з обсягом виконаної роботи показує,
що такі витрати перевищують абсолютну величину механічної роботи. Це
пов’язано з тим, що частина енергії працівника витрачається на статичні
напруження, частина — на подолання інерції рухових ланок, частина — на
протидію негативним впливам факторів виробничого середовища (мікроклімат
виробничих приміщень, шум, забрудненість повітря і т. ін.). Так, вплив
температури повітря виявляється в тому, що при охолодженні організму
обмін речовин посилюється на 10—20 % і більше, помірне зігрівання може
зменшити обмін речовин на 3—5 %. За умов високих температур обмін
речовин може збільшуватися на кілька десятків процентів [22].

Відношення кількості механічної роботи до затрат енергії називається
енергетичним коефіцієнтом корисної дії. У людини енергетичний коефіцієнт
корисної дії не перевищує 20—25 %. За розрахунками багатьох фізіологів,
до робіт, при виконанні яких коефіцієнт корисної дії організму
працівника досягає 20 %, відносяться підземні роботи по видобутку
корисних копалин, немеханізовані вантажно-розвантажувальні роботи та
інші. При затратах енергії за робочу зміну більше 2000 ккал, включаючи
основний обмін, обсяг механічної роботи, яку виконує робітник, становить
майже 105000 кілограмо-метрів. Такі роботи виконуються всіма великими
групами м’язів корпуса і кінцівок. При виконанні робіт за допомогою
м’язів лише плечового поясу коефіцієнт корисної дії організму в два рази
менший, а при виконанні роботи дрібними м’язами кистей і пальців рук він
становить лише 2—4 %. Однак не слід вважати, що більша частина енергії
працівника просто втрачається. Для людського організму корисною є та
частина енергії, яка витрачається на підвищення життєдіяльності клітин
під час роботи і на відновлення тимчасово зменшеної працездатності.

Розрізняють валовий і чистий коефіцієнти корисної дії. Валовий
коефіцієнт враховує всі затрати енергії, включаючи основний обмін, а
чистий коефіцієнт враховує затрати енергії за винятком основного обміну.
Значення енергетичного коефіцієнта корисної дії залежить від багатьох
факторів, зокрема від способу виконання роботи, робочої пози,
тренованості, здоров’я, рівня втоми працівника і т. ін.

Оптимізація енергозатрат має здійснюватися насамперед за рахунок
покращання умов праці, раціоналізації трудових процесів і робочої пози
як факторів, що вимагають від працівника додаткової енергії, не
пов’язаної з безпосереднім виконанням завдання.

Література

Агапова Е. Г. Основы физиологии и психологии труда. — Самара, 1991. —
149 с.

Асеев В. Г. Преодоление монотонности труда в промышленности. — М.:
Экономика, 1974. — 191 с.

Влияние условий труда на работоспособность и здоровье операторов / Под
редакцией А. О. Навакатикяна. — К.: Здоров’я, 1984. — 144 с.

Горшков С. И., Золина З. М., Мойкин Ю. В. Методики исследований в
физиологии труда. — М.: Медицина, 1974. — 311 с.

Зинченко В. П., Мунипов В. М. Основы эргономики. — М.: Экономика,
1980. — 343 с.

Интегральная оценка работоспособности при умственном и физическом труде
(Метод. рекомендации) / Е. А. Деревянко, В. К. Хухлаев и др. — М.:
Экономика, 1976. — 76 с.

Климов Е. А. Введение в психологию труда. Учебник для

ВУЗов. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1998. — 350 с.

Количественная оценка тяжести труда. Межотраслевые методические
рекомендации / Составители В. Г. Макушин и др. — М.: Экономика, 1988. —
116 с.

Косилов С. А. Очерки физиологии труда. — М.: Медицина, 1965. — 371 с.

Косилов С. А. Физиологические основы НОТ. — М.: Экономика, 1969. —
302 с.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *