Гигиена труда Основы физиологии труда Физиологические изменения дыхательной системы при работе

При работе наблюдается изменение как внешнего, так и тканевого дыхания. Повышенная доставка кислорода и удаление углекислого газа — основного компонента конечных продуктов обмена — обеспечивается учащением и углублением дыхания. Количество потребляемого в процессе работы кислорода находится в прямой зависимости от тяжести труда.

В покое частота дыхания колеблется от 7 до 22, при работе она может достигать 50 и более в минуту; возрастает при легкой и кратковременной работе, но особенно при тяжелой; при неудобной позе может уменьшиться. Тем не менее, дыхательный объем возрастает в 2—2,5 раза за счет уменьшения резервного объема вдоха и выдоха.

Учащение и углубление дыхания приводят к возрастанию легочной вентиляции — произведения частоты дыхания на дыхательный объем. В покое она колеблется от 4 до 10 л/мин, а при работе может достигать 50—100 л/мин и более.

Величина потребляемого организмом кислорода при динамической работе находится в прямой зависимости от тяжести труда. В норме человек в минуту потребляет в среднем 0,25 л кислорода, при легких работах — 0,5—1,0 л, при работах средней тяжести—1,0—1,5 л, при тяжелых и очень тяжелых работах уровень достигает 2,0—2,5 л.

Прямая зависимость, которая существует между изменениями в функции дыхания и тяжестью труда, может быть использована при определении категории тяжести труда лиц тех или иных профессий. Например, при физических работах, относимых к легким (энерготраты менее 174 Дж/с, или 150 ккал/ч), легочная вентиляция не превышает 12 л/мин; при работах средней тяжести (энерготраты менее 292 Дж/с, или 250 ккал/ч) она не превышает 20 л/мин, а при тяжелых (энерготраты более 292 Дж/с, или 250—450 ккал/ч)—достигает 86 л/мин. Существует предел максимального количества кислорода, который может потреблять человек, — так называемый кислородный потолок. У большинства людей он не превышает 3—4 л/мин.

В начале работы потребление кислорода нарастает, в основной период находится на определенном уровне устойчивого состояния и, наконец, по окончании работы потребление кислорода снижается, постепенно возвращаясь к предрабочему уровню. В первом периоде, когда поступление кислорода в организм еще не обеспечивает потребность в нем, возникает так называемая кислородная задолженность. Во втором периоде при работах легких и средней тяжести поступление кислорода покрывает возникшую в нем потребность, что соответствует истинному устойчивому состоянию. При очень тяжелых работах максимально возможная доставка кислорода не обеспечивает полного окисления метаболитов, возникает так называемое кажущееся, или ложное, устойчивое состояние. При этом доставка кислорода в организм достигает потолка, но потребность в нем является еще большей и не удовлетворяется в процессе работы. После окончания работы, в восстановительном периоде, потребление кислорода некоторое время еще превышает уровень покоя и лишь постепенно возвращается к нему. Это соответствует времени доокисления метаболитов, погашения кислородного долга, возникшего в организме во время работы. Такой характер потребления кислорода необходимо учитывать при определении мощности производимой работы, когда следует принимать во внимание не только величину потребления кислорода во время самой работы, но и после нее, т. е. исходить из величины кислородного запроса организма.

Восстановление газообмена после легких работ, работ средней и даже умеренной тяжести происходит быстро, в течение нескольких минут. После тяжелых работ период восстановления является более продолжительным и состоит из двух фаз. Первая фаза быстрого снижения газообмена длится несколько минут, вторая фаза — фаза медленного снижения может продолжаться 11/2—2 ч. Эта фазовость зависит от ресинтеза молочной кислоты, накопившейся в мышцах (более быстрый, процесс) и диффундировавшей в другие органы (более медленный процесс), от уровня окислительных процессов в мышцах, который наиболее высок во время работы и в первые минуты после ее окончания. Имеет значение и то, что различные системы организма и даже группы мышц по окончании работы с неодинаковой скоростью возвращаются в состояние покоя.

При статической работе наблюдается лишь незначительное увеличение легочной вентиляции, потребления кислорода и выделения углекислого газа, но после ее прекращения эти показатели дыхания резко возрастают, а затем снижаются. Установлено, что это наблюдается не при всякой статической работе, а лишь после очень тяжелой, обнаруживается не у всех лиц и исчезает по мере тренированности к статической работе. Как показали исследования, особенности газообмена при статической работе в значительной мере связаны с функциональным состоянием центральной нервной системы и прежде всего коры большого мозга.
При умственной работе газообмен либо не изменяется, либо возрастает очень незначительно. При массе головного мозга 1500 г количество потребляемого им кислорода в минуту составляет около 50 мл и во сне, и в период бодрствования. Эта величина при умственной работе существенно не изменяется. Наблюдаемое увеличение газообмена при некоторых видах умственной деятельности, например чтении, объясняется ростом мышечной активности в этот период.

С газообменом организма при работе связана величина дыхательного коэффициента (ДК), представляющего отношение количества выделенного углекислого газа к количеству поглощенного кислорода: ДК=С02/02. Величину ДК определяют по результатам анализа состава вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Состав вдыхаемого воздуха известен, поскольку процентное соотношение азота, кислорода и других газов в атмосферном воздухе практически неизменно, за исключением некоторых производственных ситуаций, например работ внутри емкостей и аппаратов. Состав выдыхаемого воздуха при работе изменяется в зависимости от того, какие продукты окисляются в организме. Соответственно величина ДК при окислении углеводов равна 1, при окислении жиров — 0,7. Величина ДК во время работы и после ее окончания изменяется не только в зависимости от того, какие продукты окисляются в организме, но и от сдвигов в физико-химическом составе крови (в частности, величины рН), вентиляции легких, степени тренированности (у тренированных ДК ниже). Определение ДК необходимо при расчете энерготрат организма во время работы по результатам исследования газообмена. При расчете энергозатрат по количеству потребленного кислорода с учетом величины ДК ее можно считать равной 0,82—0,85, поскольку допускаемая при этом ошибка не превышает 4%.

При работе наблюдается изменение не только внешнего, но и тканевого дыхания: возрастает скорость окислительно-восстановительных процессов в мышцах и других органах, увеличивается коэффициент утилизации кислорода тканями из крови.