Temat : Bilans energetyczny pracownika

Spojrzenie na człowieka jako na wytwórcę energii jest w pewnym stopniu ergonomicznie uzasadnione. Energia ta powstaje w organizmie ludzkim w wyniku procesów spalania surowców dostarczanych człowiekowi w postaci pro­duktów żywnościowych. Dodajmy, że ta swoistego rodzaju żywa elektrownia wcale nie jest taka mała, jeśli wziąć pod uwagę koszt energetyczny surowców i wielkość wytwarzanej energii, a wydat­kowanej zarówno na utrzymywanie człowieka przy życiu, jak i niezbędnej do wykonywania pracy zawodowej. Ten wielki przy­rost energii możliwy jest dzięki specyficznym właściwościom organizmu ludzkiego, w którym dokonują się skomplikowane procesy przemiany materii zachodzące w mięśniach. Procesy te polegają na reakcjach chemicznych, których pierwszą fazę stano­wi powstanie energii cieplnej zamienianej w kolejnej fazie na energię mechaniczną.

Procesy reakcji chemicznej, w wyniku których otrzymujemy produkty wyjściowe oraz energię są dla organizmu ludzkiego pod­stawą ciągłości procesów życiowych, wśród których praca zawo­dowa odgrywa rzecz jasna najważniejszą rolę. Znaczy to, że nie cała energia procesów przemiany materii zamieniana jest w prace.

Dużo ciepła zużywa organizm na potrzeby własne związał z funkcjonowaniem wszystkich jego układów, a nie związane z pracą jako kategorią społeczno - ekonomiczną. Stanowi to waż­ną informację w rozważaniach nad bilansem energetycznym czło­wieka. Popatrzmy na schemat przedstawiony na rysunku 15.

W związku z powyższym, mówimy o przemianie podstawo­wej, na którą organizm dorosłego człowieka potrzebuje około 1700 Kcal na dobę. Dodajmy, że wielkość ta jest orientacyjna i dotyczy mężczyzn (organizm kobiety zużywa mniej energii) w wieku produkcyjnym. Z wielkości tej 38% przypada na energię zużywaną przez mięśnie, 12% na wątrobę, 7,6% na żołądek i jelita i tylko 3,3% na mózg. Obok tej podstawowej przemiany materii 170 Kcal organizm przeznacza na dynamikę działania pożywienia oraz 500 - 600 Kcal na czynności poza zawodowe.

Wynika więc z tego, że w ciągu doby organizm dorosłego mężczyzny pochłania 2300 - 2400 Kcal (kobiety-1560) na pod­stawową przemianę materii. W czasie pracy (głównie fizycznej) zapotrzebowanie na energię wzrasta i przy ciężkiej pracy zużycie energii wzrasta do 4.500 - 5000 Kcal. Przy ośmiogodzinnym za­trudnieniu w ciągu dnia dopuszcza się maksymalne obciążenie organizmu spowodowane pracą do 2500 K.cal na dobę. W zależ­ności od tych wskaźników, klasyfikujemy rodzaje pracy w skali od lekkiej do bardzo ciężkiej. Klasyfikacja ta zawarta została po­niżej w tabeli 2 opracowanej przez G. Lehmanna.

Tabela 2

Zużycie energii

Rodzaj pracy	Zużycie energii na przemianę czynnościową	Całkowite zużycie energii (przemiana czynnościowa i podstawowa)
Lekka	0-500	2300-2800
Umiarkowana	500-1000	2800-3300
Średnia	1000-1500	3300-3800
Ciężka	1500-2000	3800-4300
Bardzo ciężka	2000-2500	4300-4800

Jednak klasyfikacja pracy na podstawie zużycia energii nic jest w praktyce łatwa. Trudności rodzą się już w momencie próby oddzielenia zużycia energii potrzebnej na przemianę podstawową i czynnościową. W energii mechanicznej pozyskiwanej z energii cieplnej rozróżnienia takiego nie ma, bowiem na energię mecha­niczną mięśni zamieniona jest tylko część energii cieplnej z proce­su przemiany materii. Dodajmy, że większość energii cieplnej (prawie 70%) idzie na utrzymanie stałej temperatury organizmu i na przemiany wegetatywne. Ta część energii jest stalą, nie wyka­zuje dużych zmian skokowych i zależy od wagi, klimatu, pory roku czy też stanu zdrowotnego. Pozostała część energii cieplnej, tj. 30%, zostaje zamieniona na energię mechaniczną mięśni, a ta dzieli się na dwie części.

Pierwszą część stanowi energia zużywana na pracę mięśni po­za praca zawodowa. Zużycie to w pracującym mięśniu' ilustruje rysunek 16.

Rys. 16. Schemat przemian energetycznych w pracującym mięśniu:

IVK- wolne kwasy tłuszczowe, KoA- koenzym A, C- kreatyna, CP- fosfokreatyna, G- glukoza, G6F- glukoza-6-fosforan, KP- kwas pirogronowy

Za miernik zużycia energii przyjęto uważać l Kcal na l kg wagi w ciągu l godziny, zakładając określone warunki zewnętrz­ne. Druga część energii mechanicznej, o której tu mowa, idzie na wykonywanie pracy zawodowej trwającej 8 godzin. Łączne normy zużycia energii są więc bardzo zróżnicowane. Ustalono jednakowe krańcowości. I tak, największą ilość energii, jaką może organizm wydatkować określono na około 10.000 Kcal/1 godz.

Występuje to najczęściej u sportowców i trwa z reguły bardzo krótko. W pracy zawodowej przyjęto granicę maksymalnego wy­datkowania energii równa 2.000 - 2500 Kcal na godzin pracy. Inte­resujące dane o zużyciu dobowym energii opracował cytowany wyżej G. Lehmann, który sporządził taką tabelę dla pracy fizycz­nej (tab. 3).

Dobowe zużycie energii Tabela 3

Narząd	Praca fizyczna
	cal/min	%	cal/g/min
Cate ciało	3600	100.0	0.048
Mięśnie	2500	70,0	0.102
Wątroba	79	2.2	0.030
Żołądek-jelita	58	1.6	0.020
Nerki	26	0.7	0.050
Slcdziona	100	2.8	0.042
Serce	160	4.5	0,250
Mózgu	40	1.1	0,036
Trzustka	7	0.2	0.030
Krew	13	0.4	0.002
Slinianki	3	0,1	0.020

Rzecz jasna, że ilość wydatkowanej przez organizm człowieka energii uzależniona jest od wielu czynników, a przede wszystkim od temperatury efektywnej. I tak wzrost temperatury do 35"C w bardzo dużym stopniu hamuje wydatkowanie energii przez or­ganizm (nawet do 40%).

Natężeniem wydatkowania energii mechanicznej w mięśniach steruje sprawność tych mięśni. Wielkość i intensywność pracy tych mięśni daje zapotrzebowanie na ilość potrzebnej energii, zaś wielkość wydzielania energii decyduje o sile, jaką może ten mię­sień wykonywać. Widzimy więc, że musi zachodzić równowaga pomiędzy ilością zapotrzebowanej energii a ilością wytwarzanej. Równowaga ta jest uwarunkowana tym, że organizm ludzki nie może w dużym stopniu gromadzić energii. Możliwości gromadzenia w nim rezerw są bardzo skromne. Dlatego też zapotrzebowa­nie energii uruchamia funkcjonowanie mechanizmu fizjologiczne­go. który ją natychmiast wytwarza. Może jednak zajść taki przy­padek, kiedy wzrasta zapotrzebowanie, a równocześnie ilość wy­twarzanej energii tego zapotrzebowania nie zaspakaja.

Dzieje się to na skutek tego, że ilość dostarczonego tlenu przez płuca jest niewystarczająca do bardziej intensywnego spalania. Wtedy energia cieplna zaczyna powstawać w fazie beztlenowej procesów chemicznych. Odbywa się to w ten sposób, że glukoza zaczyna zamieniać się w pośrednie związki, aż produktem osta­tecznym będzie kwas mlekowy i energia. Do tych procesów tlen jest niepotrzebny, ale za to wydziela się duża ilość kwasu mleko­wego, który powoduje stan zmęczenia. Mięśnie mogą wtedy odmówić posłuszeństwa w pracy, a przynajmniej osłabić jej inten­sywność. Musi nastąpić wtedy okres odnowienia związków. Odnowienie to odbywa się dzięki energii pobranej w fazie tleno­wej ze spalania węglowodanów z tlenem.

Część energii wchodzi wówczas w proces chemiczny z kwasem mlekowym i prawie 2/3 tego kwasu zamienia się z powrotem na produkt wyjściowy - glikozę. Jest to jednak swego rodzaju

,,pogotowie ratunkowe" niezdolne do stworzenia normalnych warunków życia, w których kwas mlekowy nie zabija organizmu, lecz jest przezeń usuwany. Pogotowie dodajmy nawet czasowo niesprawne, skoro biegacz maratoński przebiegi w 490 r. p.n.e. 42 km, tj. od Maratonu do Aten i padł trupem po złożeniu meldunku o zwycięstwie Greków nad Persami. Stwierdzono, że był to skutek zatrucia właśnie kwasem mlekowym.

Warunkiem utrzymania zdrowego organizmu jest przemiana materii. Proces ten ilustruje szwajcarski fizjolog Grandiean w następujący sposób (rys. 17):

Rys. 17. Schemat procesu przemiany żywności w cie­pło i energie mechaniczną w organizmie ludzkim

Prawidłowy przebieg tych procesów może i musi być, rzecz jasna, odpowiednio kontrolowany i regulowany. Wykształciły się więc odpowiednio do potrzeb liczne metody badające regulację cieplną ustroju. Jest to istotna sprawa, wszak człowiek jest istotą stałocieplną i temperatura ciała podlega nieznacznym wahaniom. Zwierzęta zmiennocieplne (z wyjątkiem ssaków i ptaków) dosto­sowują się do temperatury otoczenia, dzięki czemu w chłodzie ich przemiana materii jest nieznaczna, a w wysokich temperaturach następuje odpowiednio wzrost przemiany materii.

Utrzymanie stałego bilansu cieplnego w organizmie możliwe jest dzięki regulacji chemicznej i fizykalnej. Podstawę jej stanowi dostarczane organizmowi pożywienie, ważne ze względu na ilość potrzebną do wytworzenia energii niezbędnej dla zdrowia i dobre­go samopoczucia. Zajmiemy się tym w następnym fragmencie skryptu i przytoczymy ważniejsze produkty spożywcze i ich pa­rametry w zakresie dostarczania niezbędnych kalorii.

Tutaj przypomnimy, że regulacja chemiczna dostosowuje pro­dukcję ciepła pracownika do zapotrzebowania na produkty przemiany materii bądź - przy nienadążaniu w tym zakresie - uruchamia środki prowadzące do zintensyfikowania tych procesów. Gdy i to nie wystarcza, mechanizm ten powoduje odruchowe skurcze mięśni prowadzące do dreszczy, w wyniku których produkcja ciepła rośnie 2 do 3 razy. Najczęściej wzrost wystarcza do pokrycia równowagi.

Regulacja fizykalna, przy której ilość wytwarzanego ciepła-zrasta 2,3,10 i więcej razy w stosunku do przemiany spoczynkowej jest mechanizmem fizycznym bardzo skomplikowanym. Wiąże się ze znajomością takich zjawisk fizycznych jak promieniowanie, przewodnictwo, parowanie. Procesy te uzależnione są zarówno od czynników zewnętrznych, jak i własności struktural­nych organizmu.

Przytoczymy dla ilustracji (tab. 4) niektóre wskaźniki fizjologiczne związane z procesem termoregulacji w czasie pracy.

]Tabela 4

Wskaźniki fizjologiczne związane z procesem termoregulacji

	W spoczynku	Podczas ciężkiej pracy
Częstotliwość tętna (na min)	70	ISO
Ciśnienie krwi
Skurczowe (w mm Hg)	120	200
rozkurczowe (w mm Hg)	80	40
ciśnienie tętna (w mm Hg)	40	140
Serce
objętość skurczowa (w cm')	60	180
objętość minutowa (l/min)	4.2	32
Oddychanie
częstość (na min)	10	35
głębokość oddechu (w l)	0.5	5.0
głębokość oddechowa (l/min)	6,0	80
Pobieranie 02 (l/min)	0.25	4,0
Zużycie CO2 (l/min)	0.2	3.5

Wnioski rysujące się z załączonych powyżej danych potwierdzają fakt ogromnego wpływu charakteru pracy (w tym wypadku pracy ciężkiej) na wskaźniki fizjologiczne człowieka. Liczby te świadczą o tym, że nie ma takiego wskaźnika, który był by obojętny na prace ciężka. Większość z nich zresztą wzrasta co najmniej dwukrotnie. Nie­które zaś, jak głębokość oddechu czy ciśnienie tętna wielokrotnie. To tylko krańcowe dowody na to, że wpływ pracy na organizm człowieka jest ogromny i wymaga rozlicznych badań, aby zabezpieczyć się przed szkodliwością i niebezpieczeństwami stąd płynącymi.

Badania takie prowadzą różni specjaliści przywiązujący do ergonomicznych zasad organizacji pracy coraz większą rolę. Toteż i sama ergonomia rozszerza swoje zainteresowania. Do praktycz­nych zasad organizowania właściwej pracy zalicza też odpowied­nie dopasowanie wyżywienia pracownika do wymogów wynikają­cych z wykonywanej pracy. Dotyczy to przede wszystkim różno­rakich zawodów stawiających określone wymagania w zakresie dostarczanej kaloryczności wyżywienia (tab. 5)

Tabela 5 Zapotrzebowanie na energie w różnych zawodach

Męż­czyźni Kca! dziennie	Kobiety Kcal dziennie	Rodzaj pracy	Przykłady zawodów
2400	2000	siedząca, lekka praca ręczna	księgowy
2700	2250	siedząca, lekka praca ręczna stojąca, lekka praca ręczna chodząca siedząca, ciężka praca ręczna	stenotypistka fryzjer pasterz (nizinny) prządka, koszykarz
3000	2500	siedząca, ciężka praca ramion stojąca, lekka praca ciała idąca, lekka praca ręczna chodząca po schodach	kierowca autobusu mechanik zakładacz prakty­kujący lekarz inkasent

3300	2750	siedząca, ciężka praca roczna siedząca, ciężka praca ra­mion. lekka praca ciała, stojąca, ciężka praca ramion, chodzą­ca lekka praca ciała, chodzą­ca po schodach, lekka praca ciała	szewc elektromonter listonosz
3600	3000	siedząca, ciężka praca ramion stojąca, średnia praca ciała chodząca, średnia praca ciała wdrapywanie się. ciężka praca ramion	kamieniarz drogowy ślusarz montażo­wy, masażysta gospodyni do­mowa, rzeźnik kominiarz
3900	3250	stojąca, bardzo ciężka praca całego ciała chodząca, ciężka praca całego ciała	tracz (piła tarczowa) baletnica, przetokowy
		wchodzenie, średnia praca całego ciała	cieśla budowlany
4200		stojąca, najcięższa praca całego ciała, bardzo ciężka praca całego ciała ciężka praca całego ciała	rębacz węglowy (przy korzystnym ułożeniu ciała) robotnik rolny winogrodnik (Mozolą)
4500		stojąca, najcięższa praca całego ciała chodząca, bardzo ciężka praca całego ciała	drwal trymer, tragarz worków z mąką
4800		niekorzystna pozycja, naj­cięższa praca całego ciała	rębacz węgla (płytkie złoże)
5100		chodząca, najcięższa praca całego ciała	robotnik żniwny (Węgry)

Jak wynika z przytoczonych w tabeli danych, zapotrzebowanie na energię w różnych zawodach jest wysoce zróżnicowane, przy czym zróżnicowanie to dotyczy również niejednakowych potrzeb energetycznych kobiet i mężczyzn. Kobiety na wykonanie tej sa­mej pracy zużywają często znacznie mniej kalorii niż mężczyźni. Jest to wynik procesów przemiany materii, czyli metabolizmu. Metabolizm określa sumę przemian biochemicznych i energetycz­nych organizmu w jednostce czasu. Nie mógłby on istnieć bez źródeł energii dostarczanej z zewnątrz.

Energia ta powstaje w wyniku spalania składników energe­tycznych znajdujących się w pokarmie. Proces ten da się więc przedstawić zwykłym równaniem: pokarm + tlen = energia + woda + dwutlenek węgla. Zdrowy dorosły człowiek charakteryzuje się stałym bilansem energetycznym, tzn. takim, w którym dopływ energii jest równy jej wydatkowaniu.

Podkreślmy, że wydatkowanie to związane jest przede wszystkim z pracą, która w wypadku pracy ciężkiej może pod­nieść przemianę materii pięciokrotnie, a w wypadku pracy bardzo ciężkiej nawet ponad dziesięciokrotnie w porównaniu do przemia­ny w spoczynku. Istnieją także krótkotrwałe niezwykle ciężkie rodzaje prac, jak np. podnoszenie ciężarów, w czasie których przemiana materii wzrosnąć może nawet dwudziestokrotnie.

8

---