Основные физиологические изменения в организме человека, происходящие в процессе трудовой деятельности

Любой вид трудовой деятельности представляет собой сложный комплекс физиологических процессов, в которых вовлекаются все органы и системы человеческого тела.

1) Центральная нервная система (ЦНС).

Центральная нервная система обеспечивает координацию функциональных изменений, развивающихся в организме при выполнении работы.

Все рабочие движения и их характер зависят, с одной стороны, от импульсов, идущих из коры головного мозга, с другой стороны, от импульсов, поступающих в центр из мышц.

Еще до начала работы в организме наблюдаются условно рефлекторные функциональные сдвиги, заключающиеся в повышении обмена веществ, в учащении пульса и дыхания. При этом условными раздражителями являются производственная обстановка и среда.

Установлено, что уровень энергетических процессов, происходящих в мышце, находится в зависимости от импульсов, исходящих из коры головного мозга. Так, основной обмен в рабочий день на 15-30% выше, чем в тот же обмен в нерабочий день, что связано с сигналами, идущими от привычной обстановки предстоящего рабочего дня. Увеличение потребления кислорода начинается уже тогда, когда рабочий только вошел в цех. Следовательно, рабочая обстановка воспринята ЦНС и последней посланы импульсы, подготовившие соответствующие органы и системы к выполнению сменного задания.

В процессе производственного обучения образуется динамический производственный стереотип — система условных рефлексов, определяющая уровень физиологических процессов в организме. Динамический производственный стереотип включает длительность выполнения основных элементов, микропаузы и т.д.

В процессе выполнения работы в ЦНС усиливаются процессы возбуждения. Одновременно углубляются и процессы торможения, благодаря чему между этими основными процессами сохраняется равновесие. При относительно легкой работе подобное состояние может сохраняться в течение всего рабочего дня, при тяжелой работе — с определенного момента в коре большого мозга начинают преобладать процессы охранительного торможения.

Фазность изменения функционального состояния ЦНС определяется характером и длительностью выполняемой работы. В фазе возбуждения наблюдают повышение величины условных рефлексов, увеличение скорости сенсомоторных реакций.

В фазе торможения наблюдаются обратные процессы: снижение величины условных рефлексов, уменьшение скорости сенсомоторных реакций. Характер изменений определяется тяжестью, длительностью работы, а также тренированностью человека.

Мышечная работа различной интенсивности вызывает изменения в деятельности коры головного мозга. Тяжелая физическая нагрузка нередко обуславливает понижение корковой возбудимости, нарушение условно рефлекторной деятельности, а также повышение порога чувствительности зрительного, слухового и тактильного анализаторов.

Напротив, умеренная работа улучшает условно рефлекторную деятельность и снижает восприятия для указанных анализаторов.

2) Скелетно-мышечная система.

Под влиянием нервных импульсов, притекающих из ЦНС, в мышцах происходят характерные для них биохимические и биофизические процессы. Источником химической энергии, превращающейся в механическую работу мышц, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Под влиянием нервных импульсов эта кислота взаимодействует с сократительной белковой структурой мышцы, причем происходит диссоциация актомиозина на его компоненты, изменение конфигурации белковых молекул, возникновение электрических зарядов, ферментативное расщепление АТФ миозином и т.д.

Именно комплекс всех явлений и ведет к сокращению мышечного волокна, в процессе которого активно участвуют ионы солей, в первую очередь калия, кальция и магния. Во время расслабления мышцы утратившая фосфор АТФ вновь фосфорилируется за счет фосфокреатинина. Затем начинаются процессы гликолиза и окислительного распада глюкозы, сопровождающегося связыванием фосфорной кислоты, отщепленной от АТФ в процессе сокращения мышцы.

Содержание АТФ в мышце относительно постоянно и составляет 3-5 мкмоль на 1 г сырого веса мышцы (около 0,25%).

С повышением интенсивности выполняемой нагрузки увеличивается количество потребляемого мышцами кислорода в единицу времени. Поскольку между скоростью потребления кислорода и мощностью работы аэробного характера существует прямая пропорциональная зависимость, поэтому интенсивность работы можно характеризовать скоростью потребления кислорода. При определенной, индивидуальной для каждого человека, нагрузке, достигается максимально возможная скорость потребления кислорода.

Для энергообеспечения мышечной работы кислородная система может использовать в качестве субстратов окисления все питательные вещества — углеводы (гликоген, глюкоза), жиры (жирные кислоты) и белки (аминокислоты).

Во время выполнения легкой работы, то есть при потреблении кислорода до 50% максимальной величины, большая часть энергии для сокращения мышц образуется за счет окисления жиров. Во время более тяжелой работы при потреблении кислорода более 60% от максимального значительную часть энергопродукции обеспечивают углеводы. При работах, близких по потреблению кислорода к максимальному — энергопродукция осуществляется только за счет углеводов.

Существует определенная последовательность включения и преобладания различных путей ресинтеза АТФ по мере выполнения физической нагрузки.

Креатинкиназный путь ресинтеза АТФ обеспечивает начальный этап физической работы. Он запускается очень быстро, протекает максимально эффективно (молекула АТФ из молекулы КФ), идет анаэробно, не дает побочных продуктов.

Затем включается гликолиз. На запуск гликолиза требуется 10-20 секунд. Гликолиз протекает анаэробно, обладает гораздо большим резервом мощности, но мало эффективен. В результате гликолиза значительно возрастает концентрация в мышцах и в крови гликолиза молочной кислоты.

В дальнейшем постепенно начинает превалировать аэробный механизм ресинтеза АТФ.

Конечные продукты — вода и углекислый газ. Избыток углекислоты удаляется через легкие с выдыхаемым воздухом.

3) Сердечно-сосудистая система

Увеличение потребности работающих мышц в кислороде и в питательных веществах ведет к тому, что при физическом труде заметно усиливается деятельность сердечно-сосудистой системы, где физическая нагрузка вызывает возрастание минутного объема вследствие учащения сокращений и увеличения ударного объема сердца.

Пульс с 60-70 ударов в минуту в покое учащается при некоторых видах работ до 90-150 и больше. Как правило, через 15-30 секунд после начала (а иногда рефлекторно и до работы) пульс учащается, достигает известной величины, зависящей от мощности работы, и держится на этом уровне в течение всей работы. Это дает право рекомендовать счет пульса — частоты сердечных сокращений (ЧСС) как простой и доступный метод контроля за состоянием работающего во время физической работы и за течением восстановительных процессов во время отдыха. В результате работы минутный объем крови, выбрасываемой сердцем, может возрасти с 3-5 до 30-40 л. На 5-30 мм рт.ст. может повыситься максимальное артериальное давление.

Увеличение минутного объема сердца происходит за счет учащения сокращений и увеличения ударного (систолического) объема сердца. Систолический объем сердца в покое колеблется в пределах 60-80 мл, при мышечной работе он может увеличиваться вдвое и больше. Между интенсивностью работы и частотой пульса имеется определенная зависимость. Так, при легких работах частота пульса не превышает 100-120 ударов в мин.

При тяжелых работах частота пульса может достигать 140-160 и более ударов в минуту. Во время тяжелой работы ЧСС возрастает до максимума, величина которого неодинакова у разных людей. При легкой работе и работе средней тяжести ЧСС увеличивается и стабилизируется на уровне, обеспечивающем потребности организма в кислороде.

Изменение пульса в процессе работы в значительной степени зависит от тренированности. У тренированного человека частота пульса при прочих равных условиях всегда меньше, чем у нетренированного. У нетренированных людей возрастание минутного объема сердца в процессе работы обеспечивается в основном за счет учащения числа сердечных сокращений, у тренированных — за счет увеличения систолического объема.

После прекращения работы частота пульса резко снижается. Однако время восстановления пульса до исходной величины в значительной степени определяется тяжестью выполненной работы. Восстановительный период составляет при:

легкой работе — 2-4 мин.;

средней тяжести — 30 мин.;

тяжелой — 65-70 мин.

Восстановительный период обусловлен накоплением в работающих органах недоокисленных продуктов обмена.

Под влиянием импульсов из ЦНС, а также в результате сосудорасширяющего действия продуктов мышечного сокращения (молочная кислота) значительно расширяются кровеносные сосуды скелетных мышц, развивается сеть мышечных капилляров, но сами капилляры сужаются. Этим достигается лучшее кровоснабжение работающей мышцы и удаление продуктов обмена.

4) Дыхательная система

Дыхательная система, так же как и сердечно-сосудистая, в самом начале работы обнаруживает значительные сдвиги в сторону усиления своей деятельности. Повышение вентиляции, так же как учащение пульса, может иметь место в порядке условного рефлекса и в дорабочий период. Величина легочной вентиляции, и характер дыхания зависят как от индивидуальных особенностей, так и от степени тренированности человека.

В покое число дыханий в минуту составляет от 8 до 22, а легочная вентиляция — 4-10 л/мин. При работе потребление кислорода увеличивается в 10-15 раз. Вентиляция при выполнении тяжелой работы может достигать за счет учащения дыхания (30-40 раз в минуту) и увеличения глубины вдоха (40-60 л/мин.). У тренированных людей увеличение легочной вентиляции осуществляется главным образом за счет усиления глубины дыхания.

Количество кислорода в минуту, необходимое для полного окисления продуктов распада, носит название кислородный запрос, максимальное же количество кислорода, которое организм может получить в минуту, — кислородный потолок.

Обычно кислородный потолок при выполнении физической работы у нетренированных людей составляет около 3 л/мин., а у тренированных может достигать 4-5 л/мин.

Важно заметить, что потребление кислорода в начале работы растет и только через 2-3 мин. устанавливается на определенном уровне, т.е. наступает его устойчивое состояние.

Вначале работа производится при неполном удовлетворении кислородного запроса, вследствие чего накапливается кислородный долг. Это объясняется тем, что энергетические процессы в мышце при сокращении ее происходят мгновенно, а доставка кислорода увеличивается не сразу. И только когда доставка кислорода соответствует кислородному запросу, наступает устойчивое состояние потребления кислорода.

Кислородный долг, образовавшийся в начале работы, полностью погашается уже после прекращения работы, в период восстановления. Это касается работы легкой и средней тяжести. При тяжелой работе потребление кислорода все время растет вплоть до достижения кислородного потолка. Если кислородный запрос при работе превышает кислородный потолок, то наступает так называемое ложное устойчивое состояние; при этом потребление кислорода отражает лишь кислородный потолок, а не истинную потребность в кислороде.

Восстановительный период при этом значительно удлиняется.

Восстановление потребления кислорода еще не означает восстановления всех функций организма. Напротив, другие функции, зависящие от состояния сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем, еще значительное время не достигают своего исходного уровня.

5) Изменения крови

При выполнении мышечной работы в крови можно отметить некоторые характерные явления. При тяжелой физической работе отмечается увеличение числа эритроцитов, повышение количества гемоглобина и некоторое повышение вязкости крови, количество лейкоцитов может увеличиться в три раза. Возрастает в целом масса циркулирующей в организме крови за счет выхода ее из депо — селезенки, печени, кожи. Аналогично лейкоцитоз развивается главным образом за счет выхода нейтрофилов и лимфоцитов из депо. Число лейкоцитов может достигать 15-20•109/л. Через 1-2 ч после тяжелой работы возможен вторичный лейкоцитоз за счет усиления кроветворения и поступление в кровь нейтрофилов.

Из биохимических изменений крови обращает на себя внимание динамика содержания сахара (глюкозы). Обычно в состоянии покоя содержание глюкозы в крови составляет 4,4-4,95 ммоль/л. В начале работы количество глюкозы в крови увеличивается, что объясняется условно-рефлекторными влияниями. При выполнении привычной работы, особенно тренированным человеком, содержание глюкозы в крови несколько уменьшается, потом несколько повышается и держится примерно на одном уровне, вследствие того, что повышается выход сахара из печени.

Выраженное снижение содержания глюкозы в крови наступает при выполнении тяжелой и длительной работы. Уровень глюкозы ниже 3,3 ммоль/л свидетельствует о тяжелой работе и недостаточной тренированности.

Падение уровня сахара во время работы нужно расценивать как неблагоприятный факт (истощение либо недостаточная мобилизация углеводных ресурсов). Практическое значение этого может состоять в рекомендации перерыва в работе для приема пищи.

При выполнении работ различной тяжести отмечается изменение содержания в крови молочной кислоты: если в норме ее содержится 1,1-2,8 мкмоль/л, то при очень тяжелой работе — 5,6-6,7 мкмоль/л. Работа легкая или средней тяжести не вызывает накопление молочной кислоты, так как она успевает окислиться и ресинтезироваться.

Длительные физические усилия умеренной сложности вызывают только первоначальное повышение содержания молочной кислоты в крови. Резкое повышение содержания молочной кислоты наблюдается при тяжелых работах, производимых в условиях кислородной задолженности. Повышение содержания молочной кислоты сопровождается одновременным падением резервной щелочности крови. Щелочной резерв крови является показателем способности крови связывать кислые продукты. При кратковременной интенсивной работе отмечается снижение щелочного резерва. При этом, чем больше содержание молочной кислоты, тем ниже показатель щелочного резерва.

Необходимо также отметить, что в результате повышения концентрации водородных ионов может ускоряться диссоциация оксигемоглобина, увеличиваться напряжение кислорода в плазме крови и скорость его перехода в ткани. Благодаря этому при работе значительно повышается коэффициент утилизации кислорода, особенно у тренированных лиц.

Особую роль в сосудистой регуляции играют продукты обмена (гистамин, адениловая кислота, ацетилхолин), а также адреналин, суживающий сосуды внутренних органов, и антидиуретический гормон (вазопрессин), действующий на артериолы и капилляры.

Содержание в крови углекислого газа зависит от содержания в ней катионов и интенсивности легочной вентиляции: в покое в артериальной крови его содержание составляет 44,6-54,7, в венозной — 48,3-60,4 объемных процентов.

При выполнении работы содержание углекислоты в крови уменьшается. Это обусловлено связыванием углекислого газа катионами и вымыванием из крови при гипервентиляции.

6) Температура тела

Во время работы происходит изменение температуры тела. При выполнении некоторых видов тяжелой мышечной работы она может доходить до 38,5-39,3.

При интенсивной умственной работе может повышаться температура кожи головы.

Возрастание теплопродукции в работающих мышцах сопровождается увеличением теплоотдачи через расширяющиеся сосуды кожи и путем испарения пота.

В то же время как небольшое повышение температуры тела при работе является благоприятным фактором, стимулирующим обмен веществ, тканевое дыхание, улучшающим условия утилизации кислорода, значительное повышение ее при работе нельзя признать благоприятным. При этом происходит усиленный распад белковых соединений, ухудшаются условия работы сердечно-сосудистой системы, нервных центров, значительно увеличивается расход энергии на внешнюю работу, усиливается потоотделение, изменяется водно-солевой режим организма (особенно при работе в горячих цехах или при выполнении тяжелой физической работы). При этом значительное повышение деятельности потовых желез может снижать выделительную функцию почек. Для пополнения влагопотерь рабочие, выполняющие тяжелые физические работы, должны выпивать большее количество жидкости, чем при легких работах (до 4-5 л за смену).

Следует отметить, что при тяжелой физической нагрузке возможно торможение секреции и моторной функции желудка, а также замедление переваривания и всасываемости пищи.

Интенсивная работа, как физическая, так и умственная, может привести к утомлению и переутомлению и как следствие — к травматизму и заболеваемости.

Один из объективных признаков — это снижение производительности труда, субъективно же оно обычно выражается в ощущении усталости, т.е. нежелании или даже невозможности дальнейшего продолжения работы. Рассмотрим утомление, переутомление и их профилактику в следующем пункте.

Поиск по сайту: