Wydatek energetyczny.docx

Wydatek energetyczny

Aktywność zawodowa człowieka jest związana z obciążeniem fizycznym, które wynika z pokonywania przyciągania ziemskiego i pokonywania oporu mechanizmu (tarcia). Pokonywanie obciążenia fizycznego jest możliwe dzięki czynnością układu mięśniowego i przemianom energetycznym w organizmie. Waga mięśni stanowi 45% ogólnej wagi ciała. Mięśnie składają się z włókien o średnicy 0,5 – 14 µm. liczba włókien w jednym mięśniu wynosi od 100 000 do 1 miliarda. Włókna ścięgnowe są przyrośnięte do kości. Podstawą czynności mięśnia jest skurcz wywołany pobudzeniem z ośrodka nerwowego. Siła jest przenoszona w różnych kierunkach dzięki rusztowaniu kostnemu, tworzącemu system dźwigni, przeważnie jednostronnych.Energię do skurczu miesień czerpie ze swoich zasobów energetycznych, następuje przemiana energii chemicznej w energię mechaniczną.

Źródłem energii są: węglowodany, tłuszcze, białko. Komórki utleniają te substancje tlenem, który dostaje się przez drogi oddechowe i układ krwionośny.  „Ładowanie” energii u ludzi odbywa się podczas utleniania związków organicznych w komórkach, „rozładowanie” – przy wykonywaniu przez komórkę pracy mechanicznej – skurcz mięśnia – utrzymanie różnic w stężeniu substancji chemicznej po obu stronach błony komórkowej bądź chemicznej – tworzenie nowych złożonych cząstek. Część energii chemicznej jest zamieniana na ciepło, część na energię kinetyczną, czyli ruch. Podczas skurczu mięśni wykonywana jest praca mechaniczna oraz uwalnia się ciepło.

Krew dostarcza do komórek tlen i produkty odżywcze, wydala produkty przemiany energii, bierze udział
w procesach odpornościowych. Nośnikiem procesów tlenowych krwi są krwinki czerwone i zawarta w nich hemoglobina.

Ze względu na systemy biorące udział w wykonywaniu jakichś czynności, przyjęto w ergonomii stosować następujące określenia:

·         pracą fizyczną określa się sytuację, kiedy następuje przewaga udziału organu wykonawczego (efektorów) – mięśni

·         pracę umysłową – kiedy w przeważającym stopniu zaangażowany jest system nerwowy człowieka

Ponadto pracę fizyczną różnicuje się na:

·         statyczną, gdy występuje jedynie napięcie mięśni bez ich ruchu

·         dynamiczną, kiedy mięśnie wykonują ruch (kurczenie i rozciąganie)

Ogólna wydolność fizyczna jest to zdolność organizmu do ciężkiej i długotrwałej pracy bez głębszych zmian
w środowisku wewnętrznym. Miarą jej jest maksymalne pochłanianie przez ustrój tlenu tzw. pułap tlenowy. Wydolność fizyczna kobiet jest mniejsza o 30% od wydolności fizycznej mężczyzn o siedzącym trybie pracy. Najkorzystniejszym przypadkiem stopnia ciężkości jest praca umiarkowana, gdyż wówczas zaopatrzenie w O2 jest wystarczające dla mięśni biorących udział w procesie pracy. Organizm osiąga wtedy stan równowagi pomiędzy powstawaniem, a wydalaniem produktów przemiany materii. Występująca tu oszczędność kosztów energii pozwala na znaczne przedłużenie czasu pracy.

Przy ocenie obciążenia fizycznego bierze się pod uwagę następujące elementy:

1.       wielkość wydatku energetycznego

2.       obciążenie fizyczne o charakterze statycznym

3.       monotypowość ruchów roboczych

Wydatek energii w spoczynku wynosi ok. 4 kJ/min, natomiast podczas wysiłku może przekraczać 50 kJ/min, Tempo wydatkowania energii stanowi bezwzględną miarę intensywności wysiłku fizycznego Ocena ciężkości pracy jest jednym z elementów analizy ergonomicznej stanowiska pracy, jest również niezbędna do realizacji rozporządzeń Rady Ministrów: w sprawie emerytur pomostowych, profilaktycznych posiłków i napojów oraz w sprawie prac wzbronionym kobietom. 

Składniki wydatku energetycznego:

1.       Podstawowa przemiana energii

2.       Swoiste, dynamiczne działanie pożywienia

3.       Wydatek czynnościowy poza pracą zawodową

4.       Wydatek czynnościowy podczas pracy zawodowej

Podczas wysiłku energia uzyskiwana jest w fazie:

początkowej - z glikogenu mięśniowego, głównie z metabolizmu:

·         węglowodanów: glikogen mięśniowy, glukoza z osocza, glikogen z wątroby, glukoza syntetyzowana na bieżąco w wątrobie z kwasu mlekowego i inne.

·         wolnych kwasów tłuszczowych (tkanka tłuszczowa)

dalszej:

·         glukoza z krwi,

·         kwas mlekowy wytworzony w kurczących się mięśniach jako substrakt może być zużywany przez mięśnie szkieletowe, mięsień serca i do syntezy glukozy w wątrobie,

·         bardzo dalekiej, przy długotrwałych wysiłkach, występuje tzw. dług tlenowy, organizm pozostaje pod kontrolą hormonalną.

W zależności od płci różnie jest czerpana energia:

·         u mężczyzn, którzy preferują wysiłki krótkie o dużej intensywności - z glikogenu mięśniowego,
a potem z wątroby,

·         u kobiet, które preferują wysiłki długotrwałe ale o mniejszej intensywności, występuje duży udział wolnych kwasów tłuszczowych i glukozy z krwi.

Wysiłek o dużej intensywności mobilizuje zasoby energii tkanki tłuszczowej w mniejszym stopniu niż zwykle wysiłek łagodniejszy ze względu na:

·         zwiększenie stężenia kwasu mlekowego we krwi,

·         zmniejszone uwalnianie wolnych kwasów tłuszczowych i trój-glicerydów na tkanki tłuszczowej.

Podczas wysiłku pracuje zwykle tylko część masy mięśniowej, zatem zasoby energetyczne węglowodanów są skąpe. Zawsze skurcz pojedynczego włókna mięśniowego jest maksymalny w chwili obecnej. Włókno kurczy się jednak różnie w zależności od treningu. Podczas pracy mięśniowej wzrasta liczba otwartych naczyń włosowatych w mięśniach (w stanie spoczynku są zasklepione).

Część energii wyzwolonej w organizmie zostaje zużyta na pracę (jak to opisano wyżej), część na procesy wegetatywne organów wewnętrznych, czyli służy do podtrzymania życia i temperatury ciała. Na procesy podstawowe (życia) dorosły człowiek zużywa 1,1 do 1,3 kcal/min, dla kobiet zużycie jest mniejsze o 15%. Zużycie energii na pracę nie powinno przekraczać 2000 do 2500 kcal/8h. Wydatek energetyczny jest podstawowym parametrem określającym ilość energii wydatkowanej przez człowieka podczas wykonywania pracy.

Miarą wysiłku fizycznego są wskaźniki fizjologiczne a wydatek energetyczny jest do nich proporcjonalny. Są to: ilość zużywanego tlenu (O2), częstość skurczu serca, ciśnienie krwi, temperatura ciała i skóry. Można zatem oprzeć się na wentylacji minutowej płuc: ilości wdychanego powietrza (zużycie w trakcie pracy i maksymalne zapotrzebowanie organizmu na O2), ilości wydalanego dwutlenku węgla (CO2). Badania WE wykonuje się jedynie dla wysiłku fizycznego typu dynamicznego.
Na podstawie znajomości wydatku energetycznego można określić:
- wydolność organizmu
- stopień wytrenowania
- stopień ciężkości pracy
Pomiaru wydatku energetycznego można dokonać stosując różnego rodzaju metody:

a)       kalorymetrię bezpośrednią,

b)       kalorymetrię pośrednią,

c)       chronometrażowo-tabelaryczną według Lehmanna

d)       na podstawie zachodzących w czasie pracy zmian fizjologicznych,

e)      badanie „odnowy tętna” jako metody stopnia obciążenia pracą. 

Metoda kalorymetrii bezpośredniej

Metoda ta polega na pomiarze ilości ciepła produkowanego przez organizm w specjalnych komorach kalorymetrycznych. Pozwala na jednoczesny pomiar wymiany gazowej i wytworzonego ciepła specjalnym aparatem. Zasada oznaczania opiera się na ustalania różnicy temperatur wody wchodzącej do układu
i wychodzącej z niego. Wentylację zapewnia zamknięty układ krążącego powietrza, a wytwarzany dwutlenek węgla jest absorbowany przez pochłaniacze zawierające wapno sodowe.
Przy pomocy tej metody można określić wartość:
a. tlenu pobieranego dla wykonywania konkretnych czynności,
b. maksymalnego poboru tlenu dla danego osobnika w dniu pomiaru.
Ilość O2, jaką człowiek jest zdolny przyjąć zależna jest m.in. od: jego stanu fizycznego, stopnia wytrenowania
i przystosowania do dalszej pracy. Uzyskane wyniki badań konfrontuje się z wartościami przyjętymi dla danego stopnia ciężkości pracy. Występuje także możliwość dokonania oceny wydolności organizmu.

Metodę tę można stosować dla prac o stałym niezbyt dużym wysiłku, mało ruchliwych, gdyż pracownik obarczony jest ciężarem aparatury.

Metoda kalorymetrii pośredniej

Podstawą metody kalorymetrii pośredniej jest pomiar ilości pobieranego przez organizm tlenu. Metoda znalazła duże zastosowanie w różnych gałęziach medycyny i w ergonomii. Można za jej pomocą zmierzyć z dużą dokładnością wydatek energii w spoczynku i podczas wysiłku o przewadze procesów tlenowych. W obu tych sytuacjach pobieranie tlenu (Vo2) jest proporcjonalne do wielkości wydatku energii.

Zasada pomiaru polega na pomiarze objętości powietrza wydychanego w jednostce czasu przez osobę badaną (wentylacji minutowej płuc) i określeniu zawartości tlenu w powietrzu wdychanym i wydychanym. Osoba badana oddycha podczas pomiaru przez ustnik (lub maskę) z wentylem wdechowo - wydechowym umożliwiającym kierowanie powietrza wydechowego do aparatu, który mierzy objętość przepływającego powietrza i analizuje jego skład.

Przy pomocy tej metody również można określić wartość:
a. tlenu pobieranego dla wykonywania konkretnych czynności,
b. maksymalnego poboru tlenu dla danego osobnika w dniu pomiaru.
Ilość O2, jaką człowiek jest zdolny przyjąć zależna jest m.in. od: jego stanu fizycznego, stopnia wytrenowania
i przystosowania do dalszej pracy. Uzyskane wyniki badań konfrontuje się z wartościami przyjętymi dla danego stopnia ciężkości pracy. Występuje także możliwość dokonania oceny wydolności organizmu.

Metodę tę również można stosować dla prac o stałym niezbyt dużym wysiłku, mało ruchliwych, gdyż pracownik obarczony jest ciężarem aparatury.

Metoda chronometrażowo-tabelaryczna oceny wydatku energetycznego

Stosując chronometrażowo-tabelaryczną metodę oceny wydatku energetycznego posługujemy się tabelami przedstawiającymi wielkości wydatku energetycznego przy różnych czynnościach w kJ efektywnych na minutę.

Metoda tabelaryczno-chronometrażowa polega na:

·         wyodrębnieniu czynności elementarnych,

·         posegregowaniu ich wg określeń zawartych w tabelach (opracowanych przez fizjologów), w których określono wartości jednostkowego WE, właściwe dla czynności składowych całego procesu ruchowego,

·         przeprowadzeniu dokładnego chronometrażu czasu czynności wykonywanych przez pracownika,

·         wyliczeniu łącznej wartości WE przypadającej na zmianę roboczą,

·         skonfrontowaniu wyniku z wartościami przypisanymi dla danej kategorii stopnia ciężkości pracy oraz dokonanie zakwalifikowania badanego typu obciążenia.

Posługując się tabelami ograniczymy się do dokładnego chronometrażu czynności wykonywanych przez pracownika. Obliczamy, ile czasu w ciągu zmiany roboczej zużywa pracownik na poszczególne jednolite pod względem energetycznym czynności, mnożymy uzyskane wartości w minutach przez odpowiednie liczby dżuli zamieszczone w tabelach. Suma tych iloczynów stanowi wielkość efektywnego wydatku energetycznego pracownika. Należy mieć na uwadze, że tabele nie obejmują wszystkich rodzajów prac, jakie występują
w przemyśle. Przy napotkaniu trudności w tym względzie można wykorzystać uproszczoną metodę chronometrażowo-tabelaryczną oceny wydatku energetycznego według Lehmanna.

Metoda uwzględnia pozycję ciała i rodzaj grup mięśniowych zaangażowanych przy wykonywaniu pracy. Metoda ta składa się z dwóch etapów. W pierwszym dokonywana jest ocena pozycji ciała podczas pracy
i szacowany wydatek energetyczny wynikający z utrzymania tej pozycji. W etapie drugim oceniany jest wydatek energetyczny na podstawie przeprowadzonej analizy czynności roboczych, główne grupy mięśni wykonujących te czynności. Podczas badań sporządzana jest „fotografia dnia pracy” z wykorzystaniem sprzętu audiowizualnego pozwalająca na wyodrębnienie typowych na danym stanowisku czynności roboczych.
Całkowity koszt energetyczny pracy jest sumą wyników uzyskanych w obu omówionych etapach. Metodę tę można stosować dla każdych warunków pracy, gdyż nie pociąga ona za sobą konieczności użycia jakiejkolwiek aparatury, nie ma zatem wpływu na przebieg czynności wykonywanych przez pracownika. Jest jednak mało dokładna, zależy w dużym stopniu od subiektywizmu pracownika i nie uwzględnia jego podstawowej przemiany materii.

Pomiar wydatku energetycznego na podstawie zachodzących
w czasie pracy zmian fizjologicznych 

 W tej metodzie dokonuje się pomiaru wentylacji płuc, częstotliwości skurczów serca i temperatury ciała. Pomiary częstotliwości skurczów serca należą do najczęściej stosowanych metod, a dokonywać ich można w sposób telemetryczny, przy pomocy np. Sport-testera. Zaletą tej metody jest stosunkowa łatwość stosowania, przy równoczesnym znacznym stopniu dokładności uzyskiwanych wyników. Dysponując tabelarycznym zestawieniem zmian fizjologicznych podczas różnych obciążeń fizycznych można uzyskać przybliżoną wartość wydatku energetycznego dla określonej czynności. Należy również pamiętać o tym, że na częstość skurczów serca mogą wywierać wpływ różnorodne dodatkowe czynniki, jak np. temperatura otoczenia, hałas czy emocje towarzyszące pracy. Czynniki te sprawiają, że pomiar częstości skurczów serca jest mało przydatny do oceny wydatku energii w pracy zawodowej. Stanowi on natomiast ważny element kompleksowej oceny obciążenia organizmu. Metodę tę można stosować przy pracach ruchliwych, niecyklicznych.

Pomiar wydatku energetycznego na podstawie badania „odnowy tętna” jako metody stopnia obciążenia pracą

Wykonanie znaczniejszego wysiłku fizycznego wymaga zaangażowania wielu funkcji fizjologicznych. Pomiar częstości tętna stanowi najbardziej dostępną metodę badania reakcji układu krążenia w czasie pracy zawodowej. Część tętna należy badać podczas wysiłku lub w czasie przerwy między kolejnymi wysiłkami. Ten ostatni sposób pozwala na sporządzanie tzw. krzywych odnowy tętna. Po zakończeniu pracy zaczyna się okres odpoczynku, podczas którego odbywa się restytucja, czyli powrót do normy. Na podstawie dynamiki zmian częstości tętna w okresie restytucji możemy wnioskować o ilościowych i jakościowych cechach jego odnowy. Sporządzenie krzywych odnowy tętna pozwala na bardziej pogłębioną analizę uciążliwości wykonywanej pracy.