Крушельницька Я. В. Фізіологія і психологія праці (2000)

4.3. Закономірності функціонування дихальної системи людини у процесі праці

Підтримання в організмі оптимального рівня окислювально-відновлювальних процесів забезпечується системою дихання. Суть дихання полягає в постійному оновленні газового складу крові та біологічному окисленні в тканинах.

Дихання — це сукупність складних процесів, внаслідок яких відбувається споживання організмом кисню і виділення вуглекислого газу. Розрізняють зовнішнє та внутрішнє (тканинне) дихання. Зовнішнє дихання — це обмін повітря між зовнішнім середовищем та легеневими альвеолами. Внутрішнє дихання — це споживання клітинами кисню і виділення ними вуглекислого газу.

Задоволення потреби організму в зростаючій кількості кисню в зв’язку із збільшенням енергетичного обміну під час праці і виведенні з нього надлишку вуглекислоти забезпечується за рахунок відповідного пристосування до роботи дихальної системи.

Збільшення газообміну стає можливим завдяки зростанню таких показників роботи дихальної системи, як частота і глибина дихальних рухів, легенева вентиляція, коефіцієнт використання кисню.

Легенева вентиляція — це кількість повітря, яке проходить через легені за одиницю часу (одну хвилину). Вона залежить від частоти дихань та об’єму одного вдиху (кількість повітря, яку людина вдихає).

Дихальний об’єм у стані спокою становить 300…500 мл, а частота дихань — 12…18 за одну хвилину. Таким чином, легенева вентиляція, або хвилинний об’єм дихання, дорівнює 5—8 л повітря. Під час роботи хвилинний об’єм дихання збільшується за рахунок зростання частоти дихань і збільшення дихального об’єму. Останній збільшується за рахунок резервного об’єму вдиху, тобто максимальної кількості повітря, яку можна вдихнути після спокійного вдиху. Резервний об’єм вдиху становить 1500…2000 мл.

Можливості збільшення дихального об’єму залежать від життєвої ємкості легень. Остання характеризується максимальною кількістю повітря, яку можна видихнути після максимального вдиху. Життєва ємкість легень у молодих чоловіків становить 3,5…4,8 л, у жінок — 3…3,5 л. У тренованих людей ці показники значно вищі — 5…7 л. Під час м’язової діяльності глибина дихання, як правило, не перевищує 30—40% життєвої ємкості легень.

При значних м’язових напруженнях частота дихань може досягати 50 і більше за хвилину, а об’єм одного вдиху — 2…2,5 л. Отже, хвилинний об’єм дихання зростає до 120—160 л. Проте в більшості людей під час м’язової роботи легенева вентиляція не перевищує 100 л/хв. Дослідженнями фізіологів було встановлено, що між середньою глибиною дихання і рівнем енергетичних витрат існує тісний кореляційний зв’язок. За показником частоти дихань працівника у процесі праці можна обчислити витрати енергії за хвилину, ккал [4]:

Е = 0,198 ng – 3,06,

де ng — частота дихань за хвилину.

Під час інтенсивної м’язової роботи збільшується коефіцієнт використання кисню до 4—8% проти 3—4% в стані спокою. При локальних роботах цього не спостерігається. Залежно від важкості роботи споживання кисню може зрости до 1…3 л/хв проти 150…300 мл/хв у стані спокою.

Можливі також зміни ритму дихання в процесі праці. Так, максимальні короткочасні зусилля виконуються за затримки дихання. При виконанні легких робіт цього не спостерігається, за винятком випадків, коли робота особливо точна, складна і відповідальна. Аналогічні процеси мають місце при виконанні розумової роботи, яка вимагає напруженої уваги.

Якщо робота дуже важка для людини, то може настати розлад у диханні, який суб’єктивно сприймається як задишка, порушення ритмів дихальних рухів. Як правило, такі явища спостерігаються у людей з низьким рівнем працездатності, що вказує на необхідність професійного добору для таких робіт за показниками м’язової сили і витривалості.

Залежно від об’єму легеневої вентиляції і споживання кисню за одну хвилину в процесі праці виділяють шість груп робіт за рівнем важкості (табл. 2).

Слід зазначити, що роботи однієї групи важкості можуть по-різному впливати на організм різних працівників. Це зумовлюється різними індивідуальними значеннями показника максимального споживання кисню (МСК). Оскільки можливості дихальної системи не безмежні, то для кожної людини існує індивідуальна межа, понад яку споживання кисню неможливе. Найбільша кількість кисню, яку організм може спожити за одну хвилину при максимально важкій роботі, називається максимальним споживанням кисню. Розмір МСК є показником аеробної продуктивності організму і характеризує його здатність використовувати енергію на м’язову роботу за рахунок аеробних процесів. Рівень МСК залежить від фізичного розвитку, віку, статі працівника і становить 2…4 л/хв. У спортсменів він може становити 7 л/хв.

Виконувати роботу з витратами на рівні МСК можна лише декілька хвилин. Тривала робота протягом робочої зміни може виконуватися з витратами на рівні 25—30% МСК. Отже, для працівника, показник МСК якого становить 2,5 л/хв, робота, що вимагає споживання 1 л кисню за хвилину, буде такою ж важкою, як робота з рівнем споживання кисню 1,6 л/хв для працівника, МСК якого становить 4 л/хв.

Це означає, що частина робітників справляється з важкими роботами, а для інших вони є надмірно важкими або виснажливими.

Для виконання будь-якої роботи необхідна певна кількість кисню, яка називається кисневим запитом. Розрізняють сумарний і хвилинний кисневий запит. Сумарний кисневий запит — це кількість кисню, яка необхідна для виконання всієї роботи. Хвилинний кисневий запит — це кількість кисню, яка необхідна для виконання цієї роботи протягом однієї хвилини. У деяких випадках фактичне споживання кисню може відставати від потреби організму. Значить, організм змушений працювати в анаеробних умовах. Робота буде тривати доти, поки не виснажаться енергетичні ресурси. При цьому нагромадження молочної кислоти може значно перевищувати норму, а ресинтез АТФ не зможе здійснюватися. Для ліквідації молочної кислоти потрібен кисень. Кількість кисню, яка необхідна для окислення продуктів обміну, що утворилися під час роботи, називається кисневим боргом. Іншими словами, кисневий борг — це різниця між сумарним кисневим запитом і кількістю кисню, який фактично споживається під час роботи. Величина максимально можливого кисневого боргу характеризує анаеробну продуктивність організму. У більшості працівників вона становить 4…10 л, у спортсменів — 15…22 л.

Ліквідація кисневого боргу відбувається після закінчення роботи. Це стосується надзвичайно важких робіт, тривалість яких незначна.

Для більшості робіт характерне пропорційне збільшення газообміну щодо механічної роботи. При цьому певне нагромадження продуктів розпаду на початку роботи може бути окислене у процесі роботи. Роботу, при якій потреба в кисні задовольняється повністю, називають роботою у стійкому стані. Це означає, що її можна виконувати без відпочинку протягом однієї-двох годин. Якщо ж споживання кисню досягло певного постійного рівня, який, проте, не забезпечує потреб організму і в ньому нагромаджуються продукти розпаду, то необхідно знизити темп роботи або організувати перерву для відпочинку.