Главная Прочие дисциплины Фізіологія і психологія праці - Крушельницька Я.В.

Фізіологія і психологія праці - Крушельницька Я.В.

4.2. Біохімічні процеси та енергетика трудової діяльності

Обмін речовин і обмін енергії. Біохімічні процеси

Рівень витрат енергії є інтегральним показником діяльності організму людини в процесі праці. Основні витрати енергії при цьому зумовлюються роботою м’язів — чим більшу механічну роботу виконує працівник, тим більше він витрачає енергії. Витрати енергії залежать також від інформаційного змісту праці, умов виробничого середовища, емоційного стану працівника.

Джерелом енергії для всіх життєвих процесів і функцій є обмін речовин.

Обмін речовин характеризується складними біохімічними реакціями, які полягають в засвоєнні поживних речовин, що надходять із зовнішнього середовища, складних перетвореннях цих речовин та виділенні в навколишнє середовище відпрацьованих продуктів.
Процес засвоєння організмом речовин, створення з них нових та відновлення порушених клітин і тканин називається асиміляцією. Процес розпаду складних органічних речовин на прості сполуки називається дисиміляцією. У процесі дисиміляції виділяється енергія, яка використовується для підтримання життєдіяльності органів і систем організму та на виконання роботи. Процеси асиміляції і дисиміляції перебувають у відносній рівновазі. Співвідношення між кількістю енергії, яка надходить до організму з їжею, і витраченою енергією називається енергетичним балансом. Посилення діяльності призводить до посилення процесів дисиміляції. Щоб зберігалась рівновага між надходженням і витрачанням речовин та енергії, необхідно збільшити надходження поживних речовин для посилення процесів асиміляції.

Обмін речовин і обмін енергії — єдиний процес. Кожна органічна сполука, що входить до складу живого організму, має певний запас потенційної енергії. Речовини з великою енергією біологічного окислення називаються макроергічними. Серед останніх особливо велику роль в енергетичному обміні відіграє аденозинтрисфосфорна кислота (АТФ). Вона утворюється з інших макроергічних сполук і нагромаджується у клітинах організму. Найбільша кількість АТФ у скелетних м’язах (0,2—0,5 %).

Запас енергії в їжі виражається її калорійністю, тобто здатністю вивільняти при окисленні ту чи іншу кількість енергії. При окисленні 1 г вуглеводів вивільняється 5,05 ккал енергії, 1 г білка — 4,85 ккал, 1 г жирів — 9,3 ккал.

Однак для окислення різних поживних речовин потрібна різна кількість кисню. Так, на окислення 1 г вуглеводів потрібно 830 мл кисню, 1 г білка — 970 мл, а на 1 г жирів — 2030 мл кисню. Кількість енергії, яка вивільняється при використанні 1 л кисню, називається калоричним еквівалентом. Він становить від 4,7 до 5,05 ккал.

Для визначення калоричного еквіваленту кисню вираховують дихальний коефіцієнт, тобто відношення об’єму видихнутої вуглекислоти до об’єму поглинутого кисню. При окисленні вуглеводів дихальний коефіцієнт дорівнює одиниці, білків — 0,85, жирів — 0,72. Якщо дихальний коефіцієнт відрізняється від наведених цифр, то це означає, що в організмі згоряють суміші жирів, білків і вуглеводів.

Таблиця 4.1

КАЛОРИЧНИЙ ЕКВІВАЛЕНТ ПРИ РІЗНИХ ЗНАЧЕННЯХ ДИХАЛЬНОГО КОЕФІЦІЄНТА

Для визначення кількості енергії, що вивільняється в організмі, застосовуються методи прямої і непрямої калориметрії. Більш доступним у виробничих умовах є другий метод. Він ґрунтується на визначенні кількості спожитого організмом кисню і виділеного вуглекислого газу. Якщо працівник, наприклад, за 10 хвилин поглинув 5950 см3 кисню і видихнув 4200 см3 вуглекислого газу, то дихальний коефіцієнт дорівнює 0,7 (4200 : 5950). Згідно з таблицею, енергетична вартість 1 л кисню при такому дихальному коефіцієнті становить 4,7 ккал.

Перемноживши кількість спожитого у процесі праці кисню на калоричний еквівалент, можна обчислити затрати енергії. Значить, за 10 хвилин працівник витратив біля 28 ккал енергії (5,95 • 4,7). Витрати енергії за 1 хвилину в цьому випадку дорівнюють 2,8 ккал. На практиці часто калоричний еквівалент при розрахунках беруть на рівні 5 ккал.

Збудження, яке виникає в м’язових волокнах, викликає хімічні процеси, наслідком яких є їх скорочення. Первинною ланкою в ланцюгу хімічних реакцій є розпад АТФ на аденозиндифосфорну і фосфорну кислоти. При цьому з кожної грам-молекули АТФ вивільняється 10000 кал:

АТФ > АДФ + Н3РО4 + 10000 кал.

Енергія, що вивільняється внаслідок цієї реакції, використову-ється для виконання механічної роботи і частково переходить у теплову. Зруйновані молекули АТФ мають відновлюватися, щоб м’яз міг знову скорочуватися.

Ресинтез (відновлення) АТФ полягає в приєднанні до АДФ, що утворилася при розпаді АТФ, молекули фосфорної кислоти. Ця реакція вимагає енергії. У м’язах є речовини, що містять енергію (вуглеводи, жири, білки). Проте ця енергія може вивільня-тися лише при їх розпаді.

Ресинтез АТФ відбувається двома шляхами:

• анаеробним (за рахунок розпаду речовин без участі кисню);
• аеробним (за рахунок розпаду речовин при їх окисленні).

Ресинтез АТФ анаеробним шляхом відбувається за рахунок креатинфосфорної кислоти, яка реагуючи з АДФ, віддає їй фосфорну кислоту і відновлює АТФ. Однак запас креатинфосфорної кислоти в м’язах обмежений, тому потужнішим анаеробним механізмом ресинтезу АТФ є реакції розпаду вуглеводів (глікогену, глюкози) до молочної кислоти. Вивільнювана при цьому енергія акумулюється у фосфорних сполуках. Молочна кислота є проміжним продуктом розпаду вуглеводів, нагромадження якої зменшує працездатність м’язів.
Ресинтез АТФ аеробним шляхом відбувається за рахунок окислювального розпаду вуглеводів, жирів та інших речовин до вуглекислоти і води — кінцевих продуктів, які виводяться з організму. При цьому вивільняється велика кількість енергії, яка забезпечує ресинтез АТФ з молочної кислоти. За участю кисню п’ята частина молочної кислоти окислюється до вуглекислоти і води, а енергія, що при цьому вивільняється, використовується для ресинтезу АТФ, глікогену, фосфаткреатину з решти молочної кислоти.

Обидві фази при роботі м’язів відбуваються одночасно, що забезпечує своєчасне виведення з організму кінцевих продуктів розпаду. Це так званий «стійкий стан».