Podstawy ergonomii i fizjologii pracy
Wydatek energetyczny
przy pracy
Całkowity wydatek energetyczny
Całkowity wydatek energetyczny (całkowita przemiana materii, Cpm) to łączny poziom
przemian energetycznych warunkujących życie i prawidłowe funkcjonowanie organizmu w
naturalnych warunkach. Wyraża średnie dzienne wydatki energetyczne (kcal lub MJ). Na całkowity
wydatek energetyczny składają się przedstawione w tabeli wartości.
Wielkości wydatku energetycznego
Składniki wydatku energetycznego
Symbol
w kcal/dobę
w kJ/dobę
Podstawowa przemiana materii
Ppm
1400-1800
5852-7524
Swoiste, dynamiczne działanie pożywienia
Sddp
40-510
585-2132
Wydatek czynnościowy poza pracą zawodową
Knzpz
500-600
2090 - 2508
Wydatek czynnościowy podczas pracy zawodowej
Kzpz
0-3500
0-14630
Całkowity wydatek energetyczny
Cpm
2040-6410
8527-26794
Podstawowa przemiana materii (PPM) jest to najniższy poziom przemian energetycznych
dostarczający energii niezbędnej do podstawowych funkcji fizjologicznych. Pomiar jest
wykonywany wczesnym rankiem, na czczo, przed rozpoczęciem jakiejkolwiek aktywności
fizycznej, bez wypicia herbaty, kawy, wypalenia papierosa co najmniej 12 godzin przed pomiarem.
Gdy któryś z tych warunków nie zostaje dotrzymany wtedy mamy spoczynkową przemianę materii
(SPM).
Podstawowa przemiana materii zależy od:
płci - kobiety mają więcej tłuszczu w stosunku do mięśni, u kobiet jest mniejsza PPM o 5-
10%;
wieku - jest najwyższa u dzieci, a następnie wraz z wiekiem stopniowo się obniża;
rozmiarów ciała - wielkości ciała - 10 kg to ok. 120 kcal, skład ciała - beztłuszczowa masa
ciała - najbardziej aktywna metabolicznie tkanka;
stanu hormonalnego - wzrost PPM o ok. 150 kcal/dzień podczas drugiej części cyklu
miesiączkowego,
nadczynności tarczycy – wzrost PPM;
temperatury ciała - powyżej 37 °C podwyższenie o 1 °C powoduje wzrost PPM o 13%;
stanu fizjologicznego;
stanu zdrowia i odżywiania;
podawania niektórych leków i odczynników genetycznych.
Podstawowa przemiana materii wykazuje charakterystyczny rytm dobowy i sezonowy.
Wpływ na nią wywiera również temperatura powietrza - najniższy poziom przemiany materii
zaobserwowano w temperaturze około 30°C.
Wydatek energetyczny związany ze swoistym działaniem pożywienia (swoiste
dynamiczne działanie pożywienia, sddp) - poziom przemiany materii podwyższa się pod wpływem
wprowadzenia pożywienia, przy czym zależnie od jego składu przyrost ten waha się od 5 do 40% w
stosunku do podstawowej przemiany materii. Zależy on od rodzaju posiłku. Zwiększa się przy
jedzeniu posiłków zawierających dużą ilość węglowodanów i białek, a także posiłków z dodatkiem
musztardy czy chilli. Zwiększa się również pod wpływem zimna, kawy i palenia papierosów
(wzrost do 11%). Zjawisko to jest uwarunkowane wzmożeniem czynności układu trawiennego oraz
intensywniejszą przemianą komórkową.
Wydatek energetyczny związany z wykonaniem pracy (kalorie pracy zawodowej, Kzpz)
zależy od rodzaju wykonywanej pracy. W tabeli poniżej przedstawiono klasyfikację pracy według
wielkości ogólnego wydatku energetycznego i liczby kalorii pracy zawodowej.
Stopień
Wielkość ogólnego
Wielkość wydatku energetycznego
ciężkości pracy
wydatku energetycznego
podczas pracy zawodowej
w kcal/dobę
w kJ/dobę
w kcal/dobę
w kJ/dobę
Lekka
2300 - 2800
9623-11715
0-500
0- 2090
Umiarkowana
2801 - 3300
11716-13807
501 -1000
2091- 4184
Średnia
3301 - 3800
13808-15899
1001 -1500
4185- 6276
Ciężka
3801-4300
15900-17991
1501 - 2000
6277- 8368
Bardzo ciężka
4301 - 4800
17 992 - 20083
2001 - 2500
8369-10460
Niezmiernie ciężka
4801 - 5300
20084-22175
2501 - 3000
10461-12552
Wyczerpująca
5301 - 5800
22176-24267
3001 - 3500
12553-14650
Wydatek na czynności po za pracą (Knzpz) – wszelkie czynności niezwiązane z pracą np.
dojście do pracy, zakupy, gotowanie. Przeciętnie wynosi on od 2000 do 2500 kJ na dobę.
Metody pomiaru wydatku energetycznego
Pomiaru wydatku energetycznego można dokonać, stosując różnego rodzaju metody:
kalorymetrię bezpośrednią,
kalorymetrię pośrednią,
chronometrażowo-tabelaryczną według Lehmanna,
metodę oceny na podstawie mechanicznego efektu pracy,
3
ocenę wydatku energetycznego na podstawie zachodzących w czasie pracy zmian
fizjologicznych,
ocenę uciążliwości wynikającej z wysiłków statycznych,
ocenę uciążliwości związanej z monotypowością ruchów roboczych,
badanie „odnowy tętna" jako metody stopnia obciążenia pracą.
Pierwsza metoda kalorymetrii bezpośredniej pozwala na jednoczesny pomiar wymiany
gazowej i wytworzonego ciepła aparatem Atwatera-Rosa-Benedicta. Zasada oznaczania opiera się
na ustalaniu 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.
Szeroko stosowana jest metoda kalorymetrii pośredniej. Opiera się ona na ilości
wykorzystywanego tlenu i wyprodukowanego w tym samym czasie dwutlenek węgla. Do oznaczeń
stosowane są dwa systemy aparatów: otwarty z przepływem powietrza i zamknięty, w którym
wydychany dwutlenek węgla jest pochłaniany przez wapno sodowe. Zużyty tlen zostaje
uzupełniany ze zbiornika, wykazującego jednocześnie wielkość przepływu. Znając ilość tlenu
potrzebnego do wytworzenia l kcal oraz współczynnik oddechowy, można obliczyć wielkość
wydatku energetycznego człowieka.
Pomiary wydatku energetycznego zarówno za pomocą kalorymetrii bezpośredniej, jak i
pośredniej wymagają odpowiedniej aparatury i specjalnie wyszkolonego personelu. Są one
niezwykle pracochłonne i kłopotliwe dla pracowników, na których dokonuje się badań. Dlatego też
metody te są stosowane w wyspecjalizowanych laboratoriach badawczych. Potrzeby związane z
analizą ciężkości pracy wymagają zastosowania bardziej dostępnych metod oceny wydatku
energetycznego na stanowisku roboczym.
Stosując chronometrażowo-tabelaryczną metodę oceny wydatku energetycznego,
posługujemy się tabelami przedstawiającymi wielkości wydatku energetycznego przy różnych
czynnościach w kJ efektywnych na minutę. Stosując tabele, 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 wykonuje pracownik. Przy
napotkaniu trudności w tym względzie można wykorzystać uproszczoną metodę chronometrażowo-
tabelaryczną oceny wydatku energetycznego według Lehmanna.
Metoda ta polega na uwzględnieniu zajmowanej przy pracy pozycji ciała oraz określonego
przez rodzaj pracy stopnia zaangażowania układu mięśniowego. Z tabeli odczytuje się liczbę dżuli
4
zużytkowaną na otrzymanie danej pozycji ciała przy pracy oraz zapotrzebowanie energetyczne związane z wykonywaniem pracy zależnie od zajmowanej pozycji. Po zakwalifikowaniu
wykonanych czynności do odpowiedniego typu obciążeń dokonuje się chronometrażu na podstawie
danych zawartych w tabeli, a następnie dodaje się obliczone wartości, otrzymując poszukiwany
wydatek energetyczny przy danym, rodzaju wykonywanej pracy.
Kolejna metoda oceny wydatku energetycznego na podstawie mechanicznego efektu
pracy jest możliwa do zastosowania tam, gdzie mechaniczny efekt pracy może być łatwo
wymierzony w kilogramometrach. W warunkach produkcyjnych ma to miejsce wówczas, gdy
mięśnie dynamicznie przeciwdziałają sile ciężkości, np. przenoszenie ciężarów na pewną
wysokość, ładowanie itp.
Pomiaru wydatku energetycznego można dokonać także na podstawie zachodzących w
czasie pracy zmian fizjologicznych. Fakt ten umożliwia wykorzystanie kształtowania się pewnych
parametrów hemodynamicznych i respiracyjnych do oceny natężenia wysiłku fizycznego
pracownika. W tym przypadku dokonuje się pomiaru wentylacji płuc, częstości tętna i temperatury
ciała. Liczby dżuli podane w tabeli ujmują zarówno efektywny wydatek energetyczny, jak i
przemianę podstawową. Są to tzw. dżule brutto. W celu wyliczenia dżuli efektywnych, bez
uwzględnienia przemiany podstawowej, odejmujemy od załączonych wartości 4,2 kJ.
W trakcie wykonywania pracy występuje zawsze obciążenie statyczne. W związku z tym
celowe wydaje się stosowanie metody oceny uciążliwości wynikającej z wysiłków statycznych.
Ocena obciążenia statycznego nie może być oparta na ścisłych metodach naukowych jako zbyt
kłopotliwych. W związku z tym dla celów praktycznych można zastosować analizę pozycji ciała
zajmowanej przez pracownika przy pracy.
Kolejna metoda polega na badaniu wpływu monotypowości wykonywanych ruchów na
wzrost ogólnego obciążenia fizycznego. Stosowana klasyfikacja stopnia obciążenia wynikającego
z monotypowości ruchów opiera się na założeniu, iż mamy do czynienia z powtarzającą się
operacją roboczą, obarczającą tylko pewne grupy mięśni, co wywołuje stany lokalnego zmęczenia.
W celu wyliczenia wielkości zmęczenia bierzemy pod uwagę liczbę powtórzeń stereotypowej
operacji roboczej w ciągu zmiany i wielkość użytej przy tym siły.
Ostatnią z omawianych metod, służącą do oceny wydatku energetycznego, jest badanie
„odnowy tętna" . Wykonanie znaczniejszego wysiłku fizycznego wymaga zaangażowania wielu
funkcji fizjologicznych. Pomiar częstości tętna stanowi najbardziej dostępną metodę badania reakcji
układu krążenia w czasie pracy zawodowej. Częstość tętna badać możemy podczas wysiłku lub w
czasie przerwy między kolejnymi wysiłkami. Ten ostatni sposób pozwala na sporządzanie tzw.
krzywych odnowy tętna.
5