Функциональные изменения в организме при работе и их анализ

PAGE 2

БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра клинической токсикологии и профпатологии с курсом ИПО

	Утверждаю:
	_____________________
	Заведующий кафедрой, профессор
	З.С. Терегулова
	"____"__________200_ г.

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ЛЕКЦИИ № 3

01. ТЕМА: Функциональные изменения в организме при работе

и их анализ

02. Медико-профилактический факультет, 4 курс

03. Раздел: Основы физиологии и психологии труда

04. Лекционный курс 9 семестра

05. Продолжительность: 2 часа (90 мин.)

06. Контингент: Студенты 4 курса медико-профилактического факультета

07. ОБЩАЯ ЦЕЛЬ ЛЕКЦИИ: для создания базовых представлений о влиянии трудовой деятельности и её условий, рассмотреть и обсудить классические сведения об изменениях в функциональном состоянии работающего человека.

ЧАСТНЫЕ ДИДАКТИЧЕСКИЕ ЦЕЛИ (ЗАДАЧИ):

1. Создать понятие о функциональном состоянии и анализе изменений её характеристик.

2. Показать, что при выполнении работы происходят закономерные процессы изменения физиологического состояния человека.

3. Рассказать об изменениях в отдельных органах и системах работающего организма, дать основы для физиологического анализа влияния труда.

4. Обсудить аспекты центрально-нервной регуляции и энергетики функциональных изменений в организме человека при работе

08.Оснашение:

Схема: Краткий перечень изменений в органах и системах человеческого организма при выполнении работы

Таблица: Классификация труда по энерготратам и потреблению кислорода

Таблица: Изменение объема воздуха в лёгких в покое и при работе

Таблица: Зависимость величины минутного объема сердца от мощности мышечной работы и потребления кислорода

Таблица: Скорость восстановления частоты пульса в зависимости от интенсивности работы

Таблица: Число капилляров в мышцах при покое и работе

09. Новая информация (отсутствующая в предыдущем обучении): закономерности динамики функционального состояния работающего человека

10. ПЛАН ЛЕКЦИИ:

1 час: Затраты энергии при различных видах работы.	45 мин
Особенности анализа энергетических изменений	15
Особенности анализа функциональных изменений отдельных	15
органов и систем при работе
Обобщённые характеристики физиологических сдвигов	15
у работающего человека
2 час: Изменения функционального состояния отдельных	45 мин
органов и систем.
Особенности анализ динамики функциональных показателей	25
по органам и системам работающего человека
Особенности изменений в центральной нервной системе	20
работающего организма

11. Контроль усвоения материала: активный опрос в конце лекции

Вопросы:

1. Определите термин: "функциональное состояние человека"

2. Определите термин: "функциональное состояние работающего человека"

3. Дайте характеристику общих изменений в системе крови при любой работе.

4. Перечислите основные химические изменения в крови при работе.

5. Норма сахара в крови человека в покое?

6. До каких величин может колебаться содержание сахара в крови работающего человека?

7. В чём биологическая сущность изменений крови при работе?

8. Почему у тренированных лиц при чрезмерной физической работе накопление молочной кислоты в крови, другие изменения в ней носят более благоприятный характер, чем у нетренированных?

9. Что такое "резервная щёлочность крови"?

10. Что такое кислородная ёмкость крови?

11. Что препятствует связыванию кислорода кровью при выполнении физической работы?

12. Что способствует лучшей отдачи кислорода кровью при работе?

13.Число дыханий в покое?

14. Минутный обьём сердца в покое?

15.Предельные величины числа дыханий при физической нагрузки?

16. Предельные величины минутного объёма сердца в покое?

17. За счет каких механизмов происходит увеличение минутного объёма сердца при физической работе?

18. Какие факторы трудовой деятельности изменяют кровяное давление в организме работающего человека?

12. СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ:

Алексеев С.В., Усенко В.Р. Гигиена труда. М., Мед., 1988, 576с.
Белозёрова Л.М. Возрастная работоспособность лиц умственного и физического труда // Физиологические и медицинские вопросы нетрадиционных форм производственной деятельности человека: В 2 ч. - Тюмень. - 1991. - Ч.2. - С. 179 - 182.
Быков К.М., Владимиров Г.Е., Делов В.Е., Конради Г.П., Слоним А.Д. Учебник физиологии. М., 1975
Виноградов М. Проблема утомления. М., 1978 г. - 298 с.
Гигиена труда. Гигиенические критерии оценки условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряжённости трудового процесса: Руководство (Р 2.2.755 - 99) / Государственная система санитарно-эпидемиологического нормирования Российской Федерации. Издание официальное. - Москва, Минздра`в России, 1999 - 150 с.
Горшков С.И., Золина З.М., Мойкин Ю.В. Методы исследований в физиологии труда. М.: Медицина, 1974. - 311 с.
Евстафьев В.Н. Физическая работоспособность и эргономические показатели функционального состояния сердечно-сосудистой системы у плавсостава // Гиг. труда. - 1989. - № 7. - 22 - 25.
Карамова Л.М., Красовский В.О. О системном моделировании зависимостей функционального напряжения работающего человека // Мед. труда. - 1993. - № 10 - 12. - С. 36 - 38.
Карамова Л.М., Красовский В.О. Сравнительная оценка функционального состояния по количеству используемых функций в трудовой деятельности // Актуальные вопросы физиологии умственного труда: Тез. докл. симпозиума. – Киев, 1993. - С. 26
Красовский В.О., Аскаров А.Ф. Компактная укладка для физиолого-гигиенических исследований // Рационализаторское предложение № 6/86 от 22.12.86. Уфимский НИИ гигиены и профессиональных заболеваний.
Красовский В.О. Прогноз функционального состояния научных сот рудников // Акт. вопросы физиологии умственного труда: Тез. докл. симпозиума. - Киев. - 1993. - С. 26
Красовский В.О. Способ оценки физиологических сдвигов по развёрнутому изображению их показателей. Рационализаторское предложение № 270 от 19.12.2000 г. Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека.
Конради Г.П., Слоним А.Д., Фарфель В.С. Общие основы физиологии труда. - М. ; Л., Биомедгиз, 1934. - 672 с.
Кулак А.И., Гурипович Л.А., Васильевская К.В. и др. Физиологическая оценка тяжести и напряжённости труда рабочих и служащих различного возраста // Геронтология и гериатрия: Ежегодник (Социальная среда, образ жизни и старение). Киев, 1970. - С. 106 - 111.
Кулак И.А. Физиология утомления при умственной и физической работе человека. Минск : Беларусь, 1968. - 272 с.
Марищук В.Л. Функциональное состояние и работоспособность // Методология исследований по инженерной психологии и психологии труда. - Л., 1974. - С. 81-95
Розенблат В.В. Проблема утомления. М.: Медицина, 1975 - 240 с.
Руководство к практическим занятиям по гигиене труда / Под ред. проф. А.М. Шевченко. - Киев, 1986.- 336 с.
Руководство по физиологии труда / Под ред. З.М. Золиной, Н.Ф. Измерова. - М.: Медицина, 1983. - 528 с.,ил.
Сапов И.А., Солодков А.С. Состояние функций организма и работоспособность моряков. Л.: Медицина, Ленинградское. отделение, 1980. - 192 с.: ил.
Человеческий фактор: В 6 т. / Т1. Эргономика - комплексная научно-техническая дисциплина: Пер с англ. / Ж. Кристенсен, Д. Мейстер, П. Фоули и др. - М.: Мир, 1991. - 599 с., ил.

ТЕКСТ ЛЕКЦИИ

Функциональное состояние организма - совокупность характеристик физиологических функций и психофизиологических качеств, определяющих уровень активности функциональных систем организма, особенно жизнедеятельности и работоспособности организма. Для работающего организма - это совокупность тех функций, возможностей и качеств личности, которые несут наибольшую нагрузку в обеспечении профессиональной деятельности.

Сейчас производительность труда человека определяется его энерговооруженностью, способностью управлять и применять машины, оборудование для выполнения требуемой работы.

Способность человека к трудовой деятельности, в том числе и к управлению огромными производственными комплексами (машинами) во многом зависит от динамического рабочего стереотипа - относительно устойчивой целостной системой условно-рефлекторных связей, создаваемых в процессе обучения и упражнения и, являющихся физиологической основой навыков, необходимых для обеспечения высокого уровня профессиональной работоспособности.

Работоспособность человека (Син.: трудоспособность) в общем - это способность обеспечить некоторое количество и качество работы (труда). С других позиций, работоспособность - величина функциональных возможностей организма (физиологической системы, органа), характеризующаяся количеством и качеством работы при максимальной напряжённости, интенсивности и/или длительности труда.

Нам представляется, что термин “трудоспособность” более уместен при определении производительности человека в очень длительном периоде, а термин “работоспособность” применим для обозначения потенции к труду за один рабочий день или смену.

Важно также проводить четкую грань между понятиями “физиологическая функция” и её “показателями”, о чём мы уже говорили. Напомню, что физиологическая функция - свойство, качество, реакция, способность организма проявлять жизненные потенции.

Функциональные изменения в работающем организме не происходят параллельно энергозатратам, поскольку имеется множество причин и обстоятельств, влияющих на эту зависимость. Однако, в этом вопросе, всегда можно выявить некоторые значимые, закономерные взаимозависимости, что и обсудим в этой лекции.

Сейчас, в связи с непрерывно растущей механизацией и автоматизацией трудовых процессов, остается все меньше видов работ, выполнение которых требует больших энергетических затрат. По потреблению кислорода и энергетическим затратам трудовые процессы можно отнести к трём-четырём типам, представленным в нижеследующей таблице 1.

Таблица 1

Классификация труда по энерготратам и потреблению кислорода

Характер работы	Потребление кислорода л/мин	Энерготраты ккал/мин	Необходимая энергия ккал/сутки
Лёгкая	До 0.5	До 2.5	2200-2600
Средней тяжести	От 0.5 до 1.0	2.5 – 5.0	2800-3400
Тяжёлая	Больше 1.0	Выше 5.0	3600-4000
Очень тяжёлая			4000-6000

Использование показателя энергетических затрат для оценки тяжести работы лиц различных профессий или лиц одной и той же профессии ограничивается прежде всего, разным удельным весом статического напряжения при различных работах. На расход энергии влияют также степень тренированности, формы организации труда, режим труда и отдыха, состояние внешней атмосферы (высокая или низкая температура воздуха, газы, пыль) и др.

Сами по себе энергетические показатели не дают представления о функциональном состоянии организма в целом, зависящего от состояния центральной нервной системы, сердечно-сосудистой и дыхательной систем, а также биохимических процессов в организме.

Известно, что время восстановления различных функций организма после прекращения работы и восстановления потребления кислорода не совпадает: функции сердечно-сосудистой и дыхательной систем (их показатель - дыхательный коэффициент) восстанавливаются позже, чем потребление кислорода. Но, при прочих равных условиях показатели расхода энергии могут быть использованы для сравнительной оценки различных режимов труда и отдыха, оценки эффективности вновь введенного элемента в трудовой процесс.

Начнём с того, что любая работа предполагает изменения в гомеостазе, а то есть в изменениях внутренней среды организма. Во время работы происходят существенные морфологические, физические и химические изменения крови.

Морфологические изменения претерпевает как красная, так и белая кровь.

Количество эритроцитов, гемоглобина и лейкоцитов при работе увеличивается; при этом, чем интенсивнее работа, тем больше увеличивается количество эритроцитов, гемоглобина и лейкоцитов. Повышение количества эритроцитов и лейкоцитов в связи с работой происходит за счет как поступления их из депо (селезенки), так и усиления эритропоэза (в крови увеличивается количество ретикулоцитов) и лейкопоэза. Биологическая сущность изменений крови состоит в компенсаторном процессе, вызываемом повышенной потребностью организма в кислороде.

Механизм регуляции происходящих изменений условно-безусловно-рефлекторный: рефлекторное сокращение селезенки, раздражение костного мозга через хеморецепторы.

Физические изменения крови в связи с работой характеризуются изменениями осмотической стойкости эритроцитов, осмотического давления и вязкости. Осмотическая стойкость эритроцитов в одних случаях может быть повышена, а в других – понижена. В частности, понижение её наблюдается при тяжелой работе, выраженном ацидозе и особенно резко, при высокой температуре воздуха.

Осмотическое давление в эритроцитах (концентрация осмотически активных веществ поваренной соли, молочной кислоты) при работе резко повышается.

Вязкость крови возрастает вследствие увеличения количества форменных элементов и уменьшения в плазме крови воды, которая из крови диффундирует в работающие мышцы.

К основным химическим изменениям крови при работе относятся изменения содержания сахара, молочной кислоты, щелочных резервов крови, газов крови.

Содержание сахара в крови человека в покое может колебаться от 60 до 150 мг%; наиболее часто оно составляет 80-90 мг %. Поступление сахара в кровь и потребление его тканями регулируются взаимосвязанными системами: симпатико-адреналовая система увеличивает поступление сахара из печени в кровь, инсулино-парасимпатическая система понижает содержание сахара в крови.

Инсулин способствует усилению обеих фаз углеводного обмена окисления и рёсинтеза, а также повышает проницаемость клеточных мембран, способствуя проникновению сахара в ткани.

В начале работы количество сахара в крови повышается, что объясняется условно-рефлекторными влияниями. Таков же механизм увеличения содержания сахара в крови и для предрабочего состояния. Отметим, что больше всего содержание сахара в крови наблюдается при работе, связанной с высоким уровнем эмоционального напряжения.

При выполнении привычной работы, особенно тренированными лицами, содержание сахара в крови у них несколько снижается и держится примерно на одном уровне длительное время. Значительное снижение обычно наступает при очень тяжелой и длительной работе. У нетренированных лиц может наступить столь резкое уменьшение содержания сахара в крови, что оно окажется опасным для жизни. При переутомлении и перенапряжение может возникнуть гипогликемическая кома.

Введение сахара в организм во время работы вызывает увеличение концентрации его в крови и благоприятно влияет на повышение работоспособности.

Принято считать, что падение содержания сахара в крови ниже 60 мг% свидетельствует о тяжелой работе и/или недостаточной тренированности.

Молочная кислота в крови в покое содержится в пределах 10-25 мг%. При легкой работе, например при ходьбе и ряде производственных работ, содержание молочной кислоты в крови не повышается: она успевает окислиться и ресинтезироваться там, где образовалась, т. е. в мышцах, и в кровь не поступает. При работе средней тяжести в первые минуты возможно повышение содержания молочной кислоты в крови. При дальнейшей же работе, даже длительной, содержание молочной кислоты в крови не превышает исходного уровня.

Это объясняется тем, что при наличии микропауз в деятельности - при кратковременном расслаблении мышц, молочная кислота успевает окислиться и ресинтезироваться в них.

Как правило, молочная кислота может накапливаться в крови при очень интенсивной работе, иногда в значительном количестве. Такая работа бывает обычно кратковременной и характеризуется недостаточным снабжением кислородом, образованием большого кислородного долга.

Принято считать, что накопление в крови молочной кислоты до 50 - 60 мг% характеризует тяжелую работу. При большом накоплении в крови молочной кислоты она выделяется с потом и мочой.

У людей, тренированных к физической работе, образование молочной кислоты меньше, чем у нетренированных, а ресинтез происходит более быстрыми темпами.

До сих пор мы говорили о кислотных изменениях. Но, нельзя забывать и о щелочных резервах крови, поскольку при работе возникает необходимость усиленного удаления и/или связывания образующейся углекислоты.

Количество углекислоты, которое кровь способна связать при парциальном давлении углекислоты 44 мм рт. ст. и постоянной температуре 18°, носит название резервной щелочности крови и является показателем способности крови связывать кислые продукты.

Резервная щелочность крови выражается в объемных процентах углекислоты. У людей в покое резервная щелочность плазмы крови значительно колеблется (43-67 об %). На уровень щелочных резервов крови большое влияние оказывает тренированность к физической работе. Показано, что у тренированных людей резервная щелочность на 10-20% выше, чем у нетренированных. Обычно можно наблюдать значительное снижение щелочных резервов при кратковременной, но очень интенсивной работе. При этом отмечается совершенно четкая обратная зависимость уровня щелочных резервов от содержания в крови молочной кислоты: чем больше содержание молочной кислоты, тем ниже уровень щелочных резервов.

Снижение щелочных резервов крови можно также наблюдать у рабочих в начале обучения профессиональной работе. По мере приобретения навыков и закрепления их, т. е. по мере повышения тренированности, уровень щелочных резервов возрастает.

При кратковременной работе большой интенсивности снижение уровня щелочных резервов можно поставить в зависимость от тяжести работы. При длительных работах средней тяжести такой зависимости между выполняемой работой и уровнем щелочных резервов обнаружить нельзя. Аналогичные изменения, как указывалось выше, претерпевает содержание молочной кислоты в крови при длительной работе средней тяжести, что указывает на тесную связь состояния буферной системы крови и накопления в крови кислых продуктов.

Кровь приносит клеткам кислород, питающие вещества и уносит переработанные отходы. Особым вопросом является изменение газового состава крови в процессе работы.

Количество кислорода в миллилитрах, связанное 100 мл крови при полном насыщении, носит называние кислородной емкости крови. Средняя величина кислородной емкости крови для мужчин - 18,3 мл, для женщин - 16,5 мл. В целостном организме насыщение крови кислородом зависит от парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе. При давлении кислорода 120-130 мм рт. ст. гемоглобин насыщается приблизительно на 100%. Однако практически насыщение колеблется в пределах 90-95%.

Сдвиг реакции крови в кислую сторону вследствие увеличения содержания углекислоты и молочной кислоты при работе препятствует связыванию кислорода гемоглобином.

При нормальном парциальном давлении достигается насыщение крови кислородом, при низком же парциальном давлении насыщение крови кислородом может резко снизиться. В то же время сдвиг реакции в кислую сторону способствует лучшей отдаче кислорода тканям и более быстрой диссоциации оксигемоглобина.

В капиллярах кислород отдается тканям; следовательно, в венозной крови содержание его ниже, чем в артериальной. В покое различные ткани организма забирают 20- 30% кислорода, при работе же потребление кислорода тканями достигает 70%.

Отношение артериовенозной разности кислорода к кислородной емкости носит название коэффициента утилизации кислорода. У тренированных людей он конечно, выше.

Содержание углекислоты в крови значительно колеблется в зависимости от наличия в ней различных катионов и интенсивности легочной вентиляции. В покое в артериальной крови у здоровых людей содержание углекислоты колеблется в пределах 44,6-54,7 об. %, а в венозной крови - в пределах 48,3-60,4 об. %. При работе снижению содержания углекислоты в крови способствуют связывание углекислоты катионами, а также вымывание кислоты из крови гипервентиляцией лёгких.

Изменения в крови не является единственными и отдельными в целостном работающем организме. Рассмотрим изменения дыхательной функции. Функция дыхания весьма лабильна и значительно изменяется в связи с работой. Так, выдох при работе осуществляется с участием грудных мышц, сокращение которых уменьшает объем грудной клетки и тем самым жизненную емкость легких. Уменьшение жизненной емкости легких при работе компенсируется перераспределением воздуха в легких. Данное утверждение наглядно иллюстрирует нижеследующая таблица 2.

Таблица 2

Изменения объёма воздуха в лёгких в покое и при работе

Условия

опыта

Дыхательный воздух

Резервный

воздух

Дополнительный воздух

Жизненная

ёмкость лёгких

Покой

0,93

1,77

1,50

5,66

Работа

2,18

0,80

0,86

5,36

Как видно из таблицы, объем дыхательного, т. е. альвеолярного воздуха в работе увеличивается примерно в 2,5 раза за счет объемов резервного и дополнительного воздуха. Жизненная емкость легких может уменьшаться также в зависимости от рабочей позы: если жизненную емкость при спокойном состоянии в вертикальном положении принять за 100, то при сгибании туловища вперед она будет составлять 88,5, а при сгибании назад - 75. При легкой и кратковременной работе может наблюдаться, наоборот, увеличение жизненной емкости легких,

В покое число дыханий в минуту колеблется в пределах 12-24, а легочная вентиляция в пределах 4-10 л, чаще 6-8 л. При работе эти величины возрастают в несколько раз. В покое человек потребляет кислорода 200-300 мл в минуту, а при тяжелой работе в 10-15 раз больше. Доставка такого большого количества кислорода обеспечивается путем значительного усиления функции легких. Легочная вентиляция может быть увеличена до 100-150 л/мин из-за учащения дыхания, и главным образом, увеличения глубины вдоха. У тренированных людей увеличение легочной вентиляции осуществляется за счет усиления глубины дыхания в большей степени, чем у нетренированных.

Величина легочной вентиляции растет пропорционально мощности работы и, следовательно, потреблению кислорода. Такая закономерность позволяет на основании определения величины легочной вентиляции с некоторым приближением судить о величине потребления кислорода ж тем самым об энергетических затратах.

В регуляции дыхания в связи с работой главную роль играет центральная нервная система. Опыты показали увеличение легочной вентиляции в предрабочем (предстартовом) состоянии. Образующиеся в процессе работы условно-рефлекторные связи между интенсивностью работы и легочной вентиляцией при многократном повторении одной и той же работы настолько закрепляются, что соответствующая легочная вентиляция становится неотъемлемым элементом динамического стереотипа. Примером формирования такого стереотипа являются ныряльщики - ловцы жемчуга.

Важную роль в регуляции дыхания при работе играют также гуморальные факторы, обусловливающие изменения рН крови, напряжения углекислоты, кислорода и оказывающие регулирующее влияние через дыхательный центр.

Параллельно с описанными изменениями в ходе работы происходят изменения и в сердечно-сосудистой системе. В покое минутный объем сердца колеблется в пределах 3,5-5,5 л, при мышечной работе он достигает 30-40 л. Между величиной минутного объема сердца, мощностью мышечной работы и потреблением кислорода существует линейная зависимость. Она справедлива только тогда и только тогда, когда состояние потребления кислорода достаточно устойчиво. Это видно из данных, приведенных в нижеследующей таблице 3.

Таблица 3

Зависимость величины минутного объёма сердца от мощности