Энергетические затраты и сдвиги в организме при работе

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

При взаимодействии актомиозина с АТФ последняя расщепляется на аденозиндифосфорную кислоту (АДФ) и фосфорную кислоту, в результате чего освобождается энергия фосфатных связей АТФ. За счет этой энергии развивается сокращение мышцы. АТФ является своего рода аккумулятором и генератором энергии. Для зарядки этого аккумулятора необходимо восстановление его фосфатных связей, т. е. необходимо, чтобы АДФ восстановилась в АТФ. Это восстановление осуществляется за счет энергии, освобождающейся при расщеплении имеющегося в мышце креатинфосфата и главным образом за счет реакции распада гликогена, который превращается при участии фосфорной кислоты, освободившейся при расщеплении АТФ и креатинфосфата, в гексозофосфорную кислоту, затем в гексозы и, наконец, в молочную кислоту (анаэробная фаза).

В аэробной фазе молочная кислота частично (¹/₅-¹/₄) окисляется и в виде H₂O и CO₂ выводится из организма, а за счет энергии этого окисления остальная часть молочной кислоты ресинтезируется в гликоген.

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

Энергетический эквивалент 1 л кислорода при окислении углеводов равен 5,05 ккалории, белков - 4,8 ккалории, жиров - 4,69 ккалории.

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

Энергетический эквивалент 1 л кислорода зависит от величины дыхательного коэффициента:

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

Количество энергии, которое расходуется человеком в состоянии полного покоя, натощак, при обычной комнатной температуре воздуха, называется основным обменом. Количество энергии, затрачиваемой человеком на определенную работу (динамический обмен), можно определить, если вычесть из общего количества энергии, израсходованной человеком за данный период, величину обмена так называемого относительного покоя.

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

К легким относятся работы, характеризующиеся величиной потребления кислорода менее 0,5 л/мин или энергетическими затратами менее 2,5 ккал/мин. По уровню суточных энергетических затрат к ним относятся работы, при которых суточные затраты равны 2300-3000 ккал.

К этой группе относятся работы, производимые в сидячем положении, не требующие особого мышечного напряжения (швеи-мотористки, браковщицы мелких изделий, конторские служащие и др.).

К работам средней тяжести относятся работы с потреблением кислорода от 0,5 до 1 л/мин и энергетическими затратами от 2,5 до 5 ккал/мин. По уровню суточных энергетических затрат они характеризуются величиной 3100-3900 ккал/сутки.

К этой группе относятся: а) работы, производимые в стоячем положении с ходьбой, связанные с мышечной деятельностью (рабочие инструментальных и механических цехов и им подобные, ткачи, прядильщики); б) работы, производимые в стоячем положении с ходьбой, связанные с подниманием тяжестей (рабочие на станочных работах, при которых приходится поднимать тяжести, обрубщики и др.).

К тяжелым относятся работы с потреблением кислорода, превышающим 1 л/мин и энергетическими затратами более 5 ккал/мин. По уровню суточных энергетических затрат они характеризуются величиной 4000-4500 ккал и более. К ним относятся работы, связанные с большим общим мышечным напряжением, подъемом и переноской больших тяжестей (кузнецы, вальцовщики, литейщики, грузчики, пильщики и др.).

Гигиеническая оценка энергетических затрат организма. Изучение энергетических затрат при мышечной деятельности человека имеет большое значение с точки зрения понимания жизненных процессов, лежащих в основе его трудовой деятельности. Оно имеет значение для характеристики работ, для решения практических задач устранения излишнего мышечного напряжения, организации режима труда, повышения работоспособности и т. д.

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

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

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

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