Человеческий фактор в обеспечении производственной безопасности

Во время выполнения относительно легкой работы, когда потребление  кислорода не превышает 50% от максимума (с продолжительностью до нескольких часов), большая часть энергии  поставляется мышцам за счет окисления  жиров. Во время более напряженной  работы, когда потребление кислорода  превышает 60% от максимума, значительная часть энергии поставляется уже  и за счет окисления углеводов. При  мощности работы, близкой к критической, подавляющую часть энергопродукции  обеспечивает окисление углеводов.

В реальных условиях физических нагрузок, как правило, задействованы все  биоэнергетические системы. В зависимости  от мощности, продолжительности и  вида выполняемой работы меняется лишь соотношение механизмов ее энергообеспечения. Однако, совершенство методики физической тренировки заключается в том, чтобы  добиться наибольшего прироста спортивной или профессиональной работоспособности  с наименьшими затратами энергии  и времени. Это становится возможным  при направленном, избирательном тренировочном воздействии на отдельные компоненты физической работоспособности, но не при использовании физических нагрузок "внавал", т. е. по принципу "сколько выдержишь".

Глава 3.Понятие о терморегуляции.

Терморегуляция («термо» - температура, «регуляция» - управление) - совокупность процессов поддержания относительного постоянства температуры организма, состоящая из процессов образования и отдачи тепла.

Организмы млекопитающих и птиц имеют постоянную температуру тела, относительно не зависящую от изменений  температуры окружающей среды. Благодаря  постоянству температуры химические реакции в этих организмах имеют  возможность протекать с относительно постоянной скоростью. Ненаучно организмы  млекопитающих и птиц называют теплокровными.

Организмы пресмыкающихся (змеи, крокодилы, черепахи, ящерицы), земноводных (лягушки), рыб и более низших животных и  всех растений не имеют хорошо организованных механизмов поддержания постоянства  температуры. Температура их организма  во многом определяется температурой окружающего воздуха (или воды). При  понижении окружающей температуры  процессы жизнедеятельности этих организмов затормаживаются, а при повышении - ускоряются. Ненаучно такие организмы  называют холоднокровными.

Поддержание постоянной температуры организма  возможно благодаря наличию системы управления температурой или системы терморегуляции.

Терморегуляция  может осуществляться двумя способами:  

-  за счет изменения скорости производства тепла (теплообразования) 

-  за счет изменения скорости отдачи тепла (теплоотдачи)

Процессы  образования и отдачи тепла осуществляются под контролем нервной системы  и системы желез внутренней секреции.

Теплообразование

Для протекания процессов жизнедеятельности в  организме необходима энергия. Эта  энергия образуется в результате распада химических веществ (в основном, углеводов и жиров), которые мы потребляем с пищей. Природа создала организмы так, что лишь часть освободившейся энергии может быть использована для процессов жизнедеятельности, другая же часть рассеивается в виде тепла. Эти процессы носят название процессов образования тепла (процессы теплообразования, теплопроизводства или теплопродукции).

В покое  основную роль в производстве тепла  играют такие органы, как печень, сердце, головной мозг, железы внутренней секреции, почки, в которых велика скорость обмена веществ (и, соответственно, велика скорость распада веществ  с освобождением энергии). В виду высокой скорости обмена веществ  температура клеток этих органов  несколько выше температуры клеток других органов (например, температура  печении - 38⁰ С). Порядка 20 % тепла в покое дают неработающие мышцы. Хотя скорость обмена веществ в мышцах в покое невелика, однако мышечная масса составляет большой процент от массы тела, благодаря чему существенен вклад мышц в образование тепла. В других клетках организма также образуется тепло, но его доля в общем теплообразовании мала.

Относительно равномерное распределение тепла в организме обеспечивается кровью. Проходя по печени, сердцу, головному мозгу и другим «теплым» органам, кровь нагревается, одновременно охлаждая их, а, проходя по поверхностным мышцам, коже и другим «холодным» органам, кровь охлаждается, одновременно согревая их. Тем не менее, температура поверхности тела остается несколько ниже температуры внутри тела.

Во время  мышечной деятельности к теплу, производимому  клетками печени, сердца, головного  мозга, желез внутренней секреции и  добавляется огромное количество тепла, освобождаемое в результате мышечного  сокращения.

Сокращающаяся мышца производит тепло несколькими  способами, 
основными из которых являются: 

-  тепло распада химических веществ, обеспечивающих энергией процесс мышечного сокращения (основной способ теплообразования) 

-  тепло, образующееся в результате трения сократительных элементов мышечных клеток.

Как уже  говорилось в разделе «Двигательная система», лишь некоторая часть энергии распада химических веществ может быть использована на синтез АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты), и лишь часть энергии распада АТФ идет непосредственно на мышечное сокращение. Основная же часть энергии (более 70 %) рассеивается в виде тепла, обеспечивая согревание организма.  
Таким образом, коэффициент полезного действия мышечного сокращения чрезвычайно низок (менее 30 %). КПД (коэффициент полезного действия) различных видов двигательной деятельности.

Теплоотдача - живой организм постоянно производит тепло.

Если  бы не существовало противоположных  процессов - отдачи тепла (процессов  теплоотдачи), то организм довольно быстро нагрелся бы до температуры, при которой  происходят необратимые изменения  белков, и, соответственно, наступает  смерть (смерть наступает при температуре  выше 42-43⁰ С).

Если бы отсутствовали механизмы  теплоотдачи, температура организма  взрослого человека в покое повышалась бы каждый час на 1.24⁰ С.

Однако  в норме нагревания организма  не происходит благодаря тому, что  организм отдает тепло во внешнюю  среду примерно с той же скоростью, с которой оно производится.

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ.

Химическая  терморегуляция имеет важное значение для поддержания постоянства  температуры тела, как в нормальных условиях, так и при изменении  температуры окружающей среды. У  человека усиление теплообразования вследствие увеличения интенсивности обмена веществ  отмечается, в частности, тогда, когда  температура окружающей среды становится ниже оптимальной температуры, или  зоны комфорта. При обычной легкой одежде эта зона находится в пределах 18—20 °С, а для обнаженного человека 28 °С. Оптимальная температура во время пребывания в воде выше, чем на воздухе. Это обусловлено тем, что вода, обладающая высокой теплоемкостью и теплопроводностью, охлаждает тело в 14 раз сильнее, чем воздух. Поэтому в прохладной ванне обмен веществ повышается значительно больше, чем во время пребывания на воздухе при той же температуре.

 Наиболее  интенсивное теплообразование в  организме происходит в мышцах. Даже если человек лежит неподвижно, но с напряженной мускулатурой, окислительные нродес-сы, а вместе  с тем и теплообразование повышаются  на 10%. Небольшая двигательная активность  ведет к увеличению теплообразования  на 50—80%, а тяжелая мышечная работа  — на 400—500%. В условиях холода  теплообразование в мышцах увеличивается,  даже если человек находится  в неподвижном состоянии. Это  обусловлено тем, что охлаждение  поверхности тела, действуя на  рецепторы, воспринимающие холодовое  раздражение, рефлекторно возбуждает  беспорядочные непроизвольные сокращения  мышц, проявляющиеся в виде дрожи  (озноб). При этом обменные процессы  организма значительно усиливаются,  увеличивается потребление кислорода  и углеводов мышечной тканью, что и влечет за собой повышение  теплообразования. Даже произвольная  имитация дрожи увеличивает теплообразование  на 200%.

Если  в организм введены миорелаксанты  — вещества, нарушающие передачу нервных  импульсов с нерва на мышцу  и тем самым устраняющие рефлекторную мышечную дрожь, при понижении температуры  окружающей среды гораздо быстрее  наступает понижение температуры  тела. В химической терморегуляции, кроме мышц, значительную роль играют печень и почки. Температура крови  печеночной вены выше температуры крови  печеночной артерии, что указывает  на интенсивное теплообразование в  этом органе. При охлаждении тела теплопродукция в печени возрастает. Освобождение энергии в организме совершается  за счет окислительного распада белков, жиров и углеводов. Поэтому все  механизмы, которые регулируют окислительные  процессы, регулируют и теплообразование.

ФИЗИЧЕСКАЯ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ.

Физическая  терморегуляция осуществляется путем  изменений отдачи тепла организмом. Особо важное значение она приобретает  в поддержании постоянства температуры  тела во время пребывания организма  в условиях повышенной температуры  окружающей среды. Теплоотдача осуществляется путем теплоизлучения (радиационная теплоотдача), конвекции, т. е. движения и перемешивания нагреваемого телом воздуха, теплопроведения, т. е. отдачи тепла веществам, непосредственно соприкасающимся с поверхностью тела, и испарения воды с поверхности кожи и легких.

У человека в обычных условиях потеря тепла  путем теплопроведения имеет небольшое значение, так как воздух и одежда являются плохими проводниками тепла. Радиация, испарение и конвекция протекают с различной интенсивностью в зависимости от температуры окружающей среды. У человека в состоянии покоя при температуре воздуха ' около 20 °С и суммарной теплоотдаче, равной 419 кДж (100 ккал) в час, радиация составляет 66%, испарение воды —19%, конвекция -15% общей потери тепла организмом. При повышении температуры окружающей среды до 35 °С теплоотдача посредством радиации и конвекции становится невозможной и температура тела поддерживается на постоянном уровне исключительно посредством испарения воды с поверхности кожи и альвеол легких.

Для того чтобы было ясно значение испарения  в теплоотдаче, напомним, что для  испарения 1 мл воды необходимо 2,4 кДж (0,58 ккал). Следовательно, если в условиях основного обмена телом человека отдается посредством испарения  около 1675—2093 кДж (400—500 ккал), то с поверхности  тела должно испаряться примерно 700—850 мл воды. Из этого количества 300—350 мл испаряются в легких и 400—500 мл —  с поверхности кожи. Характер отдачи тепла телом изменяется в зависимости  от интенсивности обмена веществ. При  увеличении теплообразования в результате мышечной работы возрастает значение теплоотдачи, осуществляемой посредством  испарения воды.

Так, после  тяжелого спортивного соревнования, когда суммарная теплоотдача  достигала почти 2512 кДж (600 ккал) в  час, было найдено, что 75% тепла было отдано путем испарения, 12% — путем радиации и 13 % —посредством конвекции. Одежда уменьшает теплоотдачу. Потере тепла препятствует тот слой неподвижного воздуха, который находится между одеждой и кожей, так как воздух — плохой проводник тепла. Теплоизолирующие свойства одежды тем выше, чем более мелкоячеиста ее структура, содержащая воздух. Этим объясняются хорошие теплоизолирующие свойства шерстяной и меховой одежды. Температура воздуха под одеждой достигает 30 °С. Наоборот, обнаженное тело теряет тепло, потому что воздух на его поверхности все время сменяется. Поэтому температура кожи обнаженных частей тела намного ниже, чем одетых.

В значительной степени препятствует теплоотдаче  слой подкожной жировой клетчатки  в связи с малой теплопроводностью  жира. Температура кожи, а следовательно, интенсивность теплоизлучения и теплопроведения могут изменяться в результате перераспределения крови в сосудах и при изменении объема циркулирующей крови. На холоде кровеносные сосуды кожи, главным образом артериолы, сужаются; большее количество крови поступает в сосуды брюшной полости и тем самым ограничивается теплоотдача.

Поверхностные слои кожи, получая меньше теплой крови, излучают меньше тепла - теплоотдача уменьшается. При сильном охлаждении кожи, кроме того, происходит открытие артериовенозных анастомозов, что уменьшает количество крови, поступающей в капилляры, и тем самым препятствует теплоотдаче. Перераспределение крови, происходящее на холоду - уменьшение количества крови, циркулирующей через поверхностные сосуды, и увеличение количества крови, проходящей через сосуды внутренних органов, способствует сохранению тепла во внутренних органах. Эти факты служат основанием для утверждения, что регулируемым параметром является именно температура внутренних органов, которая поддерживается на постоянном уровне. При повышении температуры окружающей среды сосуды кожи расширяются, количество циркулирующей в них крови увеличивается. Возрастает также объем циркулирующей крови во всем организме вследствие перехода воды из тканей в сосуды, а также потому, что селезенка и другие кровяные депо выбрасывают в общий кровоток дополнительные количества крови. Увеличение количества крови, циркулирующей через сосуды поверхности тела, способствует теплоотдаче посредством радиации и конвекции.

Для сохранения постоянства температуры тела человека при высокой температуре окружающей среды основное значение имеет испарение  пота с поверхности кожи. Значение потоотделения для поддержания  постоянства температуры тела видно  из следующего подсчета: в летние месяцы температура окружающего воздуха  в средних широтах нередко  равна температуре тела человека. Это означает, что организм человека, живущего в этих условиях, не может  отдавать образующееся в нем самом  тепло путем радиации и конвекции. Единственным путем для отдачи тепла  остается испарение воды. Приняв, что  среднее теплообразование в сутки  равно 10 048— 11 723 кДж (2400—2800 ккал), и зная. что на испарение 1 г воды с поверхности тела расходуется 2,43 кДж (0,58 ккал), получаем, что для поддержания температуры тела человека на постоянном уровне в таких условиях необходимо испарение 4,5 л воды. Особенно интенсивно потоотделение происходит при высокой окружающей температуре во время мышечной работы, когда возрастает теплообразование в самом организме. При очень тяжелой работе выделение пота у рабочих горячих цехов может составить 12 л за день. Испарение воды зависит от относительной влажности воздуха. В насыщенном водяными парами воздухе вода испаряться не может. Поэтому при высокой влажности атмосферы высокая температура переносится тяжелее, чем при низкой влажности. В насыщенном водяными парами воздухе (например, в бане) пот выделяется в большом количестве, но не испаряется и стекает с кожи. Такое потоотделение не способствует отдаче тепла; только эта часть пота, которая испаряется с поверхности кожи, имеет значение для теплоотдачи (эта часть пота составляет эффективное потоотделение).