Franciszek Rosiek
Instytut Górnictwa
Politechniki Wrocławskiej

Oddziaływanie

środowiska

termicznego na

organizm człowieka

Fizjologia II

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Wprowadzenie

Ocena kosztu fizjologicznego i energetycznego pracy

fizycznej dynamicznej wymaga stałego operowania

pojęciem homeostazy ustrojowej

homeostazy ustrojowej

Zdrowie człowieka

Zdrowie człowieka

zależy od prawidłowego

przebiegu procesów przemiany materii, na który

wpływają czynniki endo- i egzogenne.

Czynniki egzogenne związane są np. z zagrożeniami

jakie występują w środowisku pracy

Czynniki endogenne to np. uwarunkowania

genetyczne i choroby

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

W ergonomii zajmujemy się głównie czynnikami

egzogennymi, chociaż nie można wykluczyć ich

synergizmu z czynnikami endogennymi.

Przykładowo, przy kwalifikowaniu pracownika do

odpowiedniej pracy lekarz bierze pod uwagę jego

aktualny stan zdrowia, a także wcześniej przebyte

choroby.

Należy również zwrócić uwagę na szeroko rozumianą

wydolność fizyczną organizmu mającą związek z

kosztem fizjologicznym i energetycznym pracy.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy

Pojęcie „

k

k

o

o

s

s

z

z

t

t

f

f

i

i

z

z

j

j

o

o

l

l

o

o

g

g

i

i

c

c

z

z

n

n

y

y

p

p

r

r

a

a

c

c

y

y

” różni się od pojęcia

„

k

k

o

o

s

s

z

z

t

t

e

e

n

n

e

e

r

r

g

g

e

e

t

t

y

y

c

c

z

z

n

n

y

y

”.

Koszt energetyczny wykonanej pracy możemy dość

precyzyjnie zmierzyć.

Obciążenie fizjologiczne związane jest z funkcjonowaniem

narządów i układów człowieka związanych z charakterem

wykonywanej pracy i nie ma obiektywnych metod

pozwalających je dokładnie określić.

Ma ono cechy wysoce zindywidualizowane, chociaż można

wyodrębnić pewne wspólne uwarunkowania wynikające z

charakteru wykonywanej pracy

.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Trudno czasami znaleźć bezpośredni związek

między wykonywaną pracą, a reakcjami

fizjologicznymi organizmu pracownika, chociaż

związek taki niewątpliwie istnieje.

Chcąc opisać procesy fizjologiczne związane z

pracą, należy przede wszystkim zdefiniować

podstawowe pojęcia związane z pracą mięśni,

wysiłkiem i zmęczeniem.

Związana z tym jest wydolność fizyczna, pułap

tlenowy oraz obciążenie bezwzględne.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Do oceny wydolności fizycznej organizmu

służą różnego rodzaju testy.

Najczęściej stosowane są:

 bezpośredni pomiar maksymalnego pobierania

tlenu

 pośrednia ocena maksymalnego pobierania

tlenu

 test chodzenia
 testy stosowane do oceny tolerancji wysiłkowej



testy stosowane w diagnostyce klinicznej.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Określenie tzw. pułapu tlenowego dobrze przedstawia

relacja między wydolnością a obciążeniem wysiłkowym.

P

P

u

u

ł

ł

a

a

p

p

t

t

l

l

e

e

n

n

o

o

w

w

y

y

j

j

e

e

s

s

t

t

t

t

o

o

s

s

u

u

m

m

a

a

r

r

y

y

c

c

z

z

n

n

y

y

w

w

s

s

k

k

a

a

ź

ź

n

n

i

i

k

k

c

c

h

h

a

a

r

r

a

a

k

k

t

t

e

e

r

r

y

y

z

z

u

u

j

j

ą

ą

c

c

y

y

s

s

p

p

r

r

a

a

w

w

n

n

o

o

ś

ś

ć

ć

u

u

k

k

ł

ł

a

a

d

d

u

u

k

k

r

r

ą

ą

ż

ż

e

e

n

n

i

i

a

a

i

i

u

u

k

k

ł

ł

a

a

d

d

u

u

o

o

d

d

d

d

e

e

c

c

h

h

o

o

w

w

e

e

g

g

o

o

.

.

J

J

e

e

s

s

t

t

t

t

o

o

z

z

d

d

o

o

l

l

n

n

o

o

ś

ś

ć

ć

p

p

o

o

b

b

i

i

e

e

r

r

a

a

n

n

i

i

a

a

t

t

l

l

e

e

n

n

u

u

p

p

r

r

z

z

e

e

z

z

o

o

r

r

g

g

a

a

n

n

i

i

z

z

m

m

,

,

z

z

w

w

a

a

n

n

a

a

t

t

a

a

k

k

ż

ż

e

e

w

w

y

y

d

d

o

o

l

l

n

n

o

o

ś

ś

c

c

i

i

ą

ą

a

a

e

e

r

r

o

o

b

b

o

o

w

w

ą

ą

o

o

r

r

g

g

a

a

n

n

i

i

z

z

m

m

u

u

(

(

V

V

O

O

2

2

m

m

a

a

x

x

)

)

Bezpośredniego pomiaru VO

2 max

można dokonać

podczas badania wielkości obciążenia na

cykloergometrze lub na bieżni elektrycznej. Często jest

to połączone z wykonaniem elektrokardiogramu.

Nadzór nad tego rodzaju testem powinien zawsze

sprawować lekarz

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Innym sposobem oceny ciężkości pracy jest pomiar wydatku

energetycznego mierzonego obciążeniem bezwzględnym

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Klasyfikację ciężkości pracy na podstawie wydatku energetycznego

przedstawia tabela (wyniki wg E. H. Christensena)

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Podział wg wydatku energetycznego z punktu widzenia

przewidywania reakcji fizjologicznych jest mało przydatny,

gdyż nie uwzględnia wydolności fizycznej człowieka

wykonującego pracę.

Wysiłek określony wg wielkości wydatku energetycznego

jako średnio ciężki może być wysiłkiem ciężkim dla osoby o

małej wydolności fizycznej lub lekkim dla osoby o dużej

wydolności.

Oprócz obciążenia bezwzględnego można posłużyć się

pomiarem obciążenia względnego.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Obciążenie względne określa stosunek między

zapotrzebowaniem na tlen podczas

wykonywania pracy a maksymalnym

pobieraniem tlenu przez organizm (% VO

2 max

).

Dzieli się na:

 wysiłki lekkie

< 10% VO

2 max

 wysiłki średnio ciężkie 10 ÷ 30% VO

2 max

 wysiłki ciężkie

30 ÷ 50% VO

2 max

 wysiłki bardzo ciężkie > 50% VO

2 max

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

W badaniach Astranda przeprowadzonych u ludzi zdrowych o

wysokiej wydolności fizycznej stwierdzono, że do 8 godzin

mogą oni bez zaburzeń homeostazy wykonywać wysiłki, przy

których obciążenia nie przekraczają 50% VO

2 max

.

Sformułowano kryterium dopuszczalności obciążeń

wysiłkowych w pracy zawodowej, którą mogą

wykonywać w sposób ciągły ludzie zdrowi i ustalono,

że 50% VO

2 max

stanowi granicę obciążeń.

Na podstawie tego kryterium autor proponuje sposób oceny

dopuszczenia do pracy zawodowej, w zależności od obciążeń

oraz wydolności fizycznej

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Wysiłki fizyczne można pogrupować w następujący

sposób:

 wysiłki lokalne występują wtedy, gdy w wysiłku

zaangażowanych jest mniej niż 30% całej masy mięśniowej

(np. praca tylko jednej lub dwóch kończyn górnych)



wysiłki ogólne występują wtedy, gdy w wysiłku

zaangażowanych jest ponad 30% masy mięśni (np. praca

wykonywana za pomocą obu kończyn dolnych)

 wysiłki maksymalne występują wtedy, gdy

zapotrzebowanie na tlen podczas wykonywania pracy jest

równe indywidualnej wartości VO

2 max

 wysiłki supramaksymalne występują wtedy, gdy

zapotrzebowanie na tlen przekracza VO

2 max

 wysiłki submaksymalne występują wtedy, gdy

zapotrzebowanie na tlen jest mniejsze, niż VO

2 max

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

W czasie wysiłku fizycznego następuje

przetworzenie energii chemicznej, powstającej

w czasie metabolizmu komórkowego w energię

mechaniczną, niezbędną w pracy mięśni.

Organizm człowieka w czasie pracy fizycznej

wykorzystuje zaledwie do 30% energii

zawartej w produktach żywnościowych.

Pozostała część energii jest zamieniana w

ciepło.

Procesy metaboliczne w komórce związane z

przemianą materii i energii mogą przebiegać, w

zależności od sytuacji, w warunkach tlenowych

i beztlenowych.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

W czasie wysiłku zaangażowane są układy:

 oddechowy,

 krążenia,

 nerwowy (termoregulacja)

 układ wydzielania wewnętrznego.

Dochodzi jednak do zmian także w

czynnościach narządów i układów, np.

trawiennego i moczowego.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Testy wysiłkowe należą do najważniejszych w

badaniach fizjologicznych. Służą one do oceny

zdolności wykonywania określonych wysiłków

oraz sprawności ruchowej, a także wydolności

fizycznej i tolerancji wysiłkowej.
W próbach wysiłkowych powinny być

stosowane pewne zasady, w zależności od

rodzaju wysiłków (maksymalne,

submaksymalne lub supramaksymalne).

Ważny tu jest również czas trwania wysiłku.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Do oceny wskaźników tolerancji wysiłkowej, badania reakcji

metabolicznych i hormonalnych związanych z procesami

fizjologicznymi zaleca się stosowanie dłuższych wysiłków (od kilku

do kilkudziesięciu minut).

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Sposób 1., czyli wysiłek o stałym obciążeniu jest wykonywany

przez 5-6 minut.

Jest on najczęściej stosowany w testach z obciążeniami

submaksymalnymi. Ze względu na jednorazowe stałe obciążenie

może stanowić zagrożenie dla zdrowia badanego (w razie

niewłaściwego dobrania obciążenia).

Wad tych nie mają sposoby: 2. (bezpieczniejszy ze względu na

przerwy na odpoczynek i ocenę reakcji organizmu) i 3., gdzie

wielkość kolejnych obciążeń ustala się na podstawie reakcji na

wysiłki poprzednie. Sposoby te stosowane są w badaniach

wysiłków submaksymalnych i maksymalnych.

Odmianą sposobów 2. i 3. jest sposób 4. stosowany głównie do

oceny wysiłków maksymalnych, gdyż umożliwia szybsze

uzyskanie obciążenia maksymalnego.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Podczas stosowania testów wysiłkowych dążymy do

eliminowania czynników mających związek z

reakcją organizmu na wysiłek.
Należą do nich:

 zmęczenie wysiłkiem poprzedzającym badanie,

 mikroklimat zimny lub gorący pomieszczeń,

 niewłaściwe ubranie,

 głodzenie,

 bezpośrednie spożycie posiłku przed badaniem,

 stres itp.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

W testach wysiłkowych należy również zwrócić

uwagę na bezpieczeństwo osób badanych. Próby

powinny być wykonywane pod nadzorem

lekarza, który też decyduje o ich zakończeniu.
Przed badaniem testem wysiłkowym należy

wykonać dokładne badania lekarskie, w tym

szczególnie EKG, oraz przeprowadzić wywiad

dotyczący dolegliwości związanych z układem

krążenia. W trakcie badania należy kontrolować

ciśnienie krwi przy każdej zmianie obciążenia.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Z wysiłkiem fizycznym, mierzonym wydatkiem energetycznym,

łączy się ściśle pojęcie pracy fizycznej dynamicznej

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Praca fizyczna dynamiczna jest definiowana jako praca

wykonywana z przeważającym udziałem skurczów

izotonicznych i krótkotrwałych skurczów izometrycznych

mięśni (chód, bieg, jazda na rowerze).

Skurcz izotoniczny zachodzi wtedy, jeśli jeden z przyczepów

mięśnia jest wolny i w wyniku pobudzania następuje jego

skracanie z maksymalną szybkością. Napięcie mięśnia w tej

sytuacji nie zmienia się.

Skurcz izometryczny zachodzi wtedy, gdy obydwa przyczepy

mięśni są unieruchomione, a opór przekracza wielkość siły

maksymalnej skurczu, co w efekcie powoduje w mięśniu

pobudzonym wzrost napięcia, natomiast jego długość nie

zmienia się. Taki typ skurczu przeważa w czasie wysiłków

statycznych.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

W czasie pracy dynamicznej następuje równocześnie skurcz

i rozkurcz mięśni i w związku z tym wykonują one pracę

fizyczną, która może być zmierzona w sposób obiektywny.

Skurcz i rozkurcz włókienek mięśniowych ułatwia

jednocześnie usuwanie z komórek tkanki mięśniowej

metabolitów przemiany materii, dzięki czemu jest mniejsze

odczucie zmęczenia, inaczej niż w pracy statycznej.

Do pomiaru wydatku energetycznego człowieka w czasie

wysiłku fizycznego służy szereg metod

.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Metody pomiaru wydatku energetycznego

Najdokładniejsza, a jednocześnie najbardziej skomplikowana ze

względu na unikatową aparaturę i w związku z tym rzadko

stosowana, jest metoda kalorymetrii bezpośredniej, polegająca na

bezpośrednim pomiarze ilości ciepła wytwarzanego przez organizm.

Częściej wykorzystuje się metodę kalorymetrii pośredniej

polegającą na pomiarze objętości pobieranego przez organizm tlenu.

Badania te umożliwiają obiektywny pomiar podstawowej

przemiany materii oraz całkowitej przemiany materii.

Pozwalają także badać wpływ odzieży, w tym także ochronnej, na

procesy przemiany materii.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Podstawowa przemiana materii jest to ilość

energii niezbędna do utrzymania podstawowych

procesów życiowych organizmu człowieka w

ciągu doby.
Całkowita przemiana materii jest to ilość energii

potrzebnej do normalnego funkcjonowania

człowieka. Jest to suma podstawowej przemiany

materii, ilości energii niezbędnej do wykonywania

codziennych czynności życiowych, energii

zużywanej w procesie trawienia składników

pokarmowych oraz niezbędnej przy wykonywaniu

pracy zawodowej i utrzymywania stałej

temperatury w zimnym otoczeniu.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Pomiar wydatku energetycznego na podstawie

równoważnika energetycznego tlenu.

Na podstawie objętości powietrza wdychanego oraz składu

chemicznego powietrza wydychanego można obliczyć ilość

zużywanego tlenu w jednostce czasu.

Zużycie 1 l tlenu odpowiada wydatkowi energii 19-21 kJ

Wydatek energetyczny można też zmierzyć na podstawie

pomiaru wentylacji minutowej płuc, czyli pomiaru ilości

powietrza wydychanego w jednostce czasu.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Najczęściej wydatek energetyczny w czasie wykonywanej pracy jest

określany na podstawie uśrednionych wartości doświadczalnych dla danej

populacji, zamieszczonych w odpowiednich tabelach.

Na podstawie znajomości takich parametrów jak płeć, wiek, wzrost i waga

określa się podstawową przemianę materii, a znając rodzaj wykonywanej

pracy i jej czas ustala się całkowitą przemianę materii.

T

T

e

e

n

n

s

s

p

p

o

o

s

s

ó

ó

b

b

o

o

k

k

r

r

e

e

ś

ś

l

l

a

a

n

n

i

i

a

a

w

w

y

y

d

d

a

a

t

t

k

k

u

u

e

e

n

n

e

e

r

r

g

g

e

e

t

t

y

y

c

c

z

z

n

n

e

e

g

g

o

o

,

,

o

o

b

b

a

a

r

r

c

c

z

z

o

o

n

n

y

y

w

w

p

p

r

r

a

a

w

w

d

d

z

z

i

i

e

e

p

p

e

e

w

w

n

n

y

y

m

m

n

n

i

i

e

e

w

w

i

i

e

e

l

l

k

k

i

i

m

m

b

b

ł

ł

ę

ę

d

d

e

e

m

m

,

,

j

j

e

e

s

s

t

t

n

n

a

a

j

j

s

s

z

z

y

y

b

b

s

s

z

z

y

y

i

i

w

w

y

y

s

s

t

t

a

a

r

r

c

c

z

z

a

a

j

j

ą

ą

c

c

o

o

d

d

o

o

k

k

ł

ł

a

a

d

d

n

n

y

y

w

w

p

p

r

r

z

z

y

y

p

p

a

a

d

d

k

k

u

u

n

n

a

a

j

j

c

c

z

z

ę

ę

ś

ś

c

c

i

i

e

e

j

j

p

p

r

r

o

o

w

w

a

a

d

d

z

z

o

o

n

n

e

e

j

j

o

o

c

c

e

e

n

n

y

y

w

w

y

y

d

d

a

a

t

t

k

k

u

u

e

e

n

n

e

e

r

r

g

g

e

e

t

t

y

y

c

c

z

z

n

n

e

e

g

g

o

o

n

n

a

a

s

s

t

t

a

a

n

n

o

o

w

w

i

i

s

s

k

k

u

u

p

p

r

r

a

a

c

c

y

y

.

.

Jest on szczególnie przydatny w sytuacjach, gdy nie dysponujemy

odpowiednimi przyrządami pomiarowymi, a zachodzi potrzeba dokonania

szybkiej oceny wydatku energetycznego.

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

KONIEC

cz. 4.2

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej

Oddziaływanie środowiska termicznego na organizm

człowieka

Koszt fizjologiczny i energetyczny pracy fizycznej

dynamicznej