2009-11-13

1

Fizjologia pracy

Ocena obciążenia fizycznego podczas pracy:

- wysiłek dynamiczny

- wysiłek statyczny
- monotypowość ruchów

Wydolność fizyczna jako wskaźnik zdolności do

pracy

dr hab. n. med. Teresa Makowiec-Dąbrowska

1

Ocena obciążenia wysiłkiem dynamicznym

Intensywność wysiłku fizycznego można określić poprzez

pomiar pracy (w znaczeniu fizycznym, zgodnie ze wzorem

praca=siła * droga), jaka została wykonana albo poprzez

określenie rozwijanej mocy (praca w jednostce czasu), lub też

poprzez pomiar energii, jaka została zużyta przez organizm na

wykonanie tej pracy (rozwinięcie mocy).

2

Miarą intensywności wysiłku jest nasilenie przemian metabolicznych

umożliwiających jego wykonywanie. Ponieważ nie możemy bezpośrednio

zmierzyć energii jaka jest wytwarzana w celu wykonania wysiłku określamy

jej ilość pośrednio poprzez pomiar zużycia tlenu, ponieważ ilość energii

wytwarzanej w procesach biochemicznych jest proporcjonalna do ilości

tlenu zużytego podczas tych przemian. Ilość zużytego tlenu można

przeliczyć na energię (wydatek energetyczny) uwzględniając jego wartość

kaloryczna zależną od ilorazu oddechowego RQ. Iloraz ten zależy od diety

i intensywności wysiłku.
Wartość RQ wynosi 1, gdy metabolizowane są węglowodany, a wówczas

wartość energetyczna 1 l tlenu wynosi 5,05 kcal/l (21,1 kJ/l). Gdy

metabolizowane są tłuszcze RQ wynosi 0,7, a wartość energetyczna tlenu –

4,69 kcal/l (19,6 kJ/l). U osoby na standardowej diecie, przy

umiarkowanym wysiłku fizycznym RQ wynosi ok. 0,82 a wówczas

zużycie

1 l tlenu wyzwala przeciętnie ok. 4,82 kcal (20,18 kJ).
Dla uproszczenia przyjmuje się, ze 1 l tlenu = 5 kcal (21 kJ).

3

Wydatek energetyczny

jest wyrażany

w kilokaloriach (kcal), a obecnie, zgodnie z układem SI

w kilodżulach (kJ) w jednostce czasu.

Wydatek energetyczny dla celów obliczania bilansu

cieplnego organizmu niezbędnego w ocenie obciążenia

termicznego i mikroklimatu wyrażany jest w watach (W)

na jednostkę powierzchni ciała (m

2

).

Wielkości wydatku energetycznego wyrażoną

w poszczególnych jednostkach można przeliczyć

na inne posługując się następującymi wzorami:

[kcal] • 4,1868 = [kJ]
[kJ] • 0,2388 = [kcal]
[kcal/min] • 69,78 = [W]
[W] • 0,01433 = [kcal/min]
[W] = J/sek

4

Jeżeli mamy wyrazić wydatek energetyczny w stosunku do

powierzchni ciała, to trzeba ją obliczyć. Można się przy tym

posłużyć następującym wzorem:

SA = H

0,725

• mc

0,425

• 0,007184

gdzie:

SA

– powierzchnia ciała w m

2

H

– wysokość ciała w cm

mc

– masa ciała w kg

Obliczana wg tego wzoru powierzchnia ciała tzw.

standardowego mężczyzny (o masie ciała 70 kg i wzroście

170 cm) wynosi 1,8 m

2

a tzw. standardowej kobiety

(o masie ciała 60 kg i wzroście 160 cm) – 1,6 m

2

.

5

6

Pomiar ciepła wytwarzanego podczas wysiłku (kalorymetria bezpośrednia)

Wymiennik
ciepła

Kalorymetria
bezpośrednia - polega
na umieszczeniu bada-
nego w szczelnej
komorze i określeniu
ilości wytworzonego
przez niego ciepła.
Następnie ilość wydzielo-
nego ciepła jest przeli-
czana na wartość kalorii
wykorzystanych do
utrzymania procesów
fizjologicznych.

2009-11-13

2

7

Kalorymetria
pośrednia – pomiar
zużycia tlenu (obieg
zamknięty)

W celu określenia zużycia tlenu należy dokonać:

1. Pomiaru wentylacji płuc.

2. Określić zawartość tlenu i dwutlenku węgla

w powietrzu wydychanym.

3. Obliczyć zużycie tlenu.

Do pomiaru wentylacji płuc można posługiwać się różnymi gazomierzami

lub przepływomierzami. Pomiaru objętości powietrza wydychanego należy

dokonywać w znanych warunkach temperatury i ciśnienia atmosferycznego,

by można było odczytać z odpowiednich tabel współczynniki korekcyjne do

przeliczania objętości na warunki STPD (temperatura 0 C, ciśnienie 760

mmHg, suchy gaz) lub BTPS (temperatura 37 C, ciśnienie 760 mmHg,

wysycenie parą wodną).

8

9

Przeliczenie objętości powietrza z
warunków ATPS na warunki STPD
(z zastosowaniem nomogramu)

Zmierzono pojemność życiową płuc
(przy użyciu spirometru). Uzyskano
wartość 3500 ml ATPS. Ciśnienie
atmosferyczne w czasie pomiaru
wynosiło 710 mmHg, temperatura
otoczenia 31 C

Wartość współczynnika
odczytanego ze skali
0,799

V

STPD

= 3500 x 0,799 = 2796.5ml

11

Pomiar wentylacji płuc – powietrze wydychane zbierane jest w worku
Douglasa

12

Powietrze wydychane

może być zbierane w

innym pojemniku, w

tym przypadku jest to

balon meteorologiczny.

2009-11-13

3

Do analizy powietrza wydychanego na zawartość tlenu i dwutlenku węgla

stosowane są różne metody pomiarowe.

13

Składniki

Powietrze wdychane

Powietrze wydychane

mmHg

%

mmHg

%

Tlen

158

20,9

116

15,3

Dwutlenek węgla

0,3

0,04

32

4,2

Azot

696

78,4

565

74,3

Woda

5,7

0,76

47

6,2

Aparat Haldane’a do oznaczania
zawartości O

2

i CO

2

w powietrzu

B

– biureta pomiarowa

K

– korek dwudrożny

a

– naczynie ze stężonym KOH

(pochłania CO

2

)

b

– naczynie z alkalicznym roztworem

pirogallolu (pochłania O

2

)

M

– manometr

Z

– zbiornik z rtęcią

Introduce 10ml of gas to
be analyzed into central
burette

Flush the sample into the 02
absorbent 16 times to remove all
02

—bring it back to the burette

and there’s now 8.5ml

10ml

– 8.5ml = 1.5ml absorbed

So there was 1.5ml of 02 in the
10ml sample = 15% 02

Now flush the 8.5ml into the C02
absorbent 16 times to remove
all the C02

– bring it back to

the burette and there’s now
8.0ml. 8.5

– 8.0 = .5ml C02

Analysis = 15% 02 & 5% C02

15

Znając wielkość wentylacji płuc oraz zawartość O

2

i CO

2

w powietrzu

wydychanym można obliczyć zużycie tlenu w jednostce czasu wg wzoru:

VO

2

zużytego = VO

2

wdychanego - VO

2

wydychanego

Po odpowiednich przekształceniach wzór na objętość zużytego tlenu

przyjmuje następującą postać:

VO

2

zużytego = Vpow. wydych/100 • [(100 - %O

2

w pow. wydych

- %CO

2

w pow. wydych) • 0,265 - %O

2

w pow. wydych.]

Objętość wydychanego dwutlenku węgla wylicza się ze wzoru:

VCO

2

wydych. = Vpow. wydych./100 • (%CO

2

w pow. wydych – 0,03)

W celu uproszczenia procedury dopuszczalne jest określanie tylko zawartości

tlenu w powietrzu wydychanym. Wówczas wydatek energetyczny oblicza się

ze wzoru:

E = (4,92 V

STPD

/ 100) • (20,93 - %0

2

w pow. wydych.)

we wzorze tym:

E

– wydatek energetyczny w kcal/min

V

STPD

– wielkość wentylacji płuc w l/min w warunkach STPD

Ponieważ istnieje dobra korelacja pomiędzy wielkością wydatku

energetycznego i wielkością wentylacji płuc, dla szacowania wielkości

wydatku energetycznego może być stosowany wyłącznie pomiar

wentylacji.

Wydatek energetyczny można obliczyć ze wzorów

E [kcal/min] = 0,173 • V

BTPS

- 0,52

(Durnin, Edwards, 1955)

E [kcal/min] = 0,210 • V

STPD

(Datta, Ramanathan, 1969)

lub

E [kJ/min] = 0,837 • V

BTPS

(Raport of UNU, 1974)

E [kJ/min] = 0,549 • V

BTPS

+ 11,383

(Verma i wsp., 1989)

we wzorach tych:

V

BTPS

- wentylacja płuc w warunkach BTPS

V

STPD

- wentylacja płuc w warunkach STPD

16

17

Pomiar wentylacji płuc powinien być wykonywany przynajmniej w

4–5 min po rozpoczęciu czynności, który to czas jest niezbędny do

ustalenia się stanu równowagi czynnościowej (wzrostu wentylacji

płuc do poziomu charakterystycznego dla intensywności danego

wysiłku).

Stan równowagi czynnościowej

Zalecany okres pomiaru

Energia z

przemian

beztleno-
wych

Energia z

przemian

tlenowych

Częstość skurczów

serca

Częstość skurczów

serca

Dług tlenowy

Wydatek energetyczny

Deficyt

tlenu

Czę

sto

ść

sk

ur

czó

w

se

rc

a/

m

in

W

yd

ate

k

en

er

g

ety

cz

n

y

kJ

/min

Czas min

Nowoczesne aparaty do pomiaru intensywności wysiłku (ciężkości

pracy) są wyposażone respirometry i analizatory gazów oraz układy

elektroniczne dokonujące odpowiednich przeliczeń w ten sposób, że

zużycie tlenu odczytuje się od razu.

18

BodyGem Oxycon

2009-11-13

4

19

Istnieją również przepływomierze (produkowany w Polsce pod nazwą

„Miernik wydatku energetycznego” – MWE - 1) wyposażone

w układ elektroniczny dokonujący przeliczeń zmierzonej wartości

wentylacji płuc na wydatek energetyczny.
Należy jednak brać pod uwagę to, że podczas bardzo lekkiej pracy

sam fakt pomiaru wentylacji staje się bodźcem emocjogennym na

tyle silnym, że może powodować jej zawyżenie w stosunku do

rzeczywistego zapotrzebowania metabolicznego. Podobnie

zawyżone wyniki możemy uzyskać przy bardzo ciężkiej

pracy, ale w tym przypadku hiperwentylacja jest objawem

gromadzenia się w organizmie kwaśnych produktów przemiany

materii i zakłócenia równowagi kwasowo-zasadowej.

Miernik wydatku energetycznego MWE - 1 jest przenośnym przyrządem

przeznaczonym do ilościowej oceny wydatku energetycznego. Na tej

podstawie możliwa jest klasyfikacja ciężkości pracy fizycznej na

stanowiskach pracy.

Zasada działania miernika MWE - 1 jest oparta na pomiarze wentylacji płuc

przez czujnik przepływu powietrza. Miernik oblicza wartość wydatku

energetycznego z wentylacji minutowej płuc wykorzystując wzór Datta -

Ramanathana, z uwzględnieniem temperatury otoczenia, współczynnika

ciśnienia atmosferycznego uśrednionego na obszar Polski oraz

współczynnika korekcyjnego, co weryfikuje pomiar do wzorcowej metody

kalorymetrii pośredniej.

Opis techniczny

Miernik MWE - 1 składa się z czujnika przepływu powietrza osadzonego w

półmasce mikroprocesowego układu przetwarzania umieszczonego w

osobnej obudowie. Półmaskę zakłada się na twarz badanej osoby a układ

przetwarzania zawiesza na pasku lub innym odpowiednim elemencie

ubrania.

20

21

Wydatek energetyczny może być też określony na podstawie

pomiarów

częstości skurczów serca

podczas pracy (wg normy ISO 8996:1990)

Zależność pomiędzy częstością skurczów serca a poziomem metabolizmu

opisuje wzór:

HR = HRo + RM (M - MB)

Przekształcając to równanie otrzymujemy równanie:

M = 1/RM ·(HR - HRo) + BM

które opisuje zależność między zmierzoną częstością skurczów serca

a tempem metabolizmu.
we wzorach tych:

M

- tempo metabolizmu w W/m

2

BM

- podstawowe tempo metabolizmu w W/m

2

RM

- przyrost częstości skurczów serca na jednostkę

metabolizmu

HR

- częstość skurczów serca określona podczas pracy

HRo

- częstość skurczów serca w pozycji leżącej w

neutralnych warunkach termicznych

Godząc się na pewne uproszczenia przybliżona ocena może być dokonana

przy pomocy następującego równania:

M = 4 · HR - 255

22

23

Wydatek energetyczny można również wyznaczyć na podstawie pomiaru

temperatury wewnętrznej ciała.

Zależność tę opisuje wzór:

M = 459,85 (T

w

-36,8) (H

1,45

/m

0,15

)

M – wydatek energetyczny (w Watach)

T

w

– temperatura wewnętrzna

H – wzrost

m – masa ciała

wg. Szubert i wsp. 2008

Jeżeli wydatek energetyczny podczas pracy obliczony jest na podstawie

pomiary parametrów fizjologicznych takich jak zużycie tlenu,

wentylacja płuc lub częstość skurczów serca otrzymujemy

wartości

“brutto”

, tzn. obejmujące wydatek na spoczynkową przemianę

materii i wydatek na samą pracę. Dla uzyskania odpowiedniej
porównywalności wyników przyjęto jednak podawać wydatek energetyczny

w wartościach

“netto”

, czyli na samą pracę. Dlatego też od wartości

“brutto” trzeba odejmować wartość przemiany spoczynkowej. Można

ją obliczyć wg wzorów Harrisa-Benedicta :

dla mężczyzn

BMR = 66,473 + 13,752mc + 5,003H - 6,755A

dla kobiet

BMR = 655,096 + 9,563mc + 1,850H - 4,676A

gdzie:

BMR

– przemiana podstawowa w kcal/24 godziny

mc

– masa ciała w kg

H

– wysokość ciała w cm

A

– wiek w latach

W przybliżeniu można przyjąć, że w spoczynku wydatek energetyczny

u mężczyzn wynosi 1 kcal/kg/godz., a u kobiet 0,95 kcal/kg/godz.

24

2009-11-13

5

Szacunkowe metody obliczania

wydatku energetycznego

Metody te powstały one dzięki

obserwacji, że wydatek energetyczny

na wykonywanie takich samych czynności
roboczych w takim samym tempie

przez różne osoby, mające odpowiednią

wprawę w wykonywaniu tych czynności,

jest podobny.

25

26

Wydatek energetyczny mężczyzn [kcal/min] podczas aktywności

zawodowej i rekreacyjnej. U kobiet wielkości te będą mniejsze o

ok. 10=20%. Źródło: Durnin i Passmore, 1967.

27

28

29

30

Określanie intensywności wysiłku w MET

1 MET = 3,5 ml O

2

/kg/min

lub

1 MET = 1 kcal/kg/godz.

Aktywność codzienna

Aktywność rekreacyjna

Aktywność zawodowa

Rodzaj aktywności MET

Rodzaj aktywności MET

Rodzaj aktywności/zawód MET

Siedzenie, niewielka 1,5

Gra na instrumencie 1,8-2,5 Praca biurowa 2,0

Aktywność

Podlewanie ogrodu 2,5

Siatkówka (rekreacyjnie) 2,9 Montaż części (siedząc) 3,0

Chodzenie (3,2 km/h) 2,5

Spacer z psem 3,0

Murowanie, tynkowanie 3,5

Wynoszenie śmieci 3,0

Rower (wolno) 3,5

Stolarstwo, spawanie 4,0

Prace domowe 3,5

Pływanie (wolno) 4,5

Naprawa samochodu 5,0

Grabienie trawnika 4,0

Rower (umiarkowanie) 5,7

Ciesielstwo 6,0

Koszenie trawnika 4,5

Narciarstwo 6,8

Praca w kotłowni 7,0

Wchodzenie po schodach 6,0 Jogging 10,2

Kopanie rowów, wyrąb drewna > 9,0

2009-11-13

6

31

Uproszczona metoda szacowania wydatku energetycznego podczas

pracy (wg G. Lehmanna)

Tablica A

Pozycja ciała

Wydatek energetyczny

kcal/min

kJ/min

W/m

2

W

Siedząca

0,3

1,26

12

21

Na kolanach

0,5

2,10

19

35

W kucki

0,5

2,10

19

35

Stojąca

0,6

2,51

23

42

Stojąca pochylona

0,8

3,35

31

56

Chodzenie

1,7 – 3,5 7,12 – 14,65 66 – 124 119 - 244

Wchodzenie

bez obciążenia

po pochyłości 10

o

(na 1 m wzniesienia)

0,7

3,14

27

49

32

Rodzaj

i ciężkość pracy

Wydatek energetyczny

kcal/min

kJ/min

W/m

2

W

Praca palców,

ręki i

przedramienia

lekka
średnia
ciężka

0,3 – 0,6
0,6 – 0,9
0,9 – 1,2

1,3 – 2,5
2,5 – 3,8
3,8 – 5,0

12 – 23
23 – 35
35 – 47

21 – 42
42 – 63
64 – 84

Praca jednego

ramienia

lekka
średnia
ciężka

0,7 – 1,2
1,2 – 1,7
1,7 – 2,2

2,9 – 5,0
5,0 – 7,1
7,1 – 9,2

27 – 47
47 – 66
66 – 85

49 – 84

84 – 119
119–153

Praca obu

ramion

lekka
średnia
ciężka

1,5 – 2,0
2,0 – 2,5
2,5 – 3,0

6,3 – 8,4

8,4 – 10,5

10,5 – 12,6

58 – 78
78 – 97

97 – 116

105 – 140
140 – 174
174 – 209

Praca mięśni

kończyn i

tułowia

lekka
średnia
ciężka
bardzo ciężka

2,5 – 4,0
4,0 – 6,0
6,0 – 8,5

8,5 – 11,5

10,5 – 16,7
16,7 – 25,1
25,1 – 35,6
35,6 – 48,1

97 – 155

155 – 233
233 – 329
329 – 445

174 – 279
279 – 419
419 – 593
593 – 802

Tablica B

33

Wartości podane w tabelach to wydatek energetyczny mężczyzn.
Dlatego w celu uzyskania wartości odpowiadających wydatkowi

energetycznemu kobiet wyniki oszacowanego u mężczyzn wydatku

energetycznego pomnożyć przez współczynnik o wartości od 0,8 do

0,85. Wyższa wartość współczynnika odnosi się do kobiet wysokich, o

silnej budowie, niższa – do małych, szczupłych kobiet.
Jeżeli jednak chcemy oszacować wielkość wydatku energetycznego

kobiety zatrudnionej na takim samym stanowisku jak mężczyzna, dla

którego określono już wydatek energetyczny, to trzeba sprawdzić, czy

oboje wykonują dokładnie takie same czynności. Jeżeli tak jest, to

wystarczy zastosować ten współczynnik.

Często zdarza się jednak, że na jednakowym z nazwy stanowisku kobiety i

mężczyźni pracują z różnym obciążeniem i najczęściej stąd, a nie tylko z

innej masy ciała wynikają różnice wielkości wydatku energetycznego

kobiet i mężczyzn.

34

35

Tempo metabolizmu związane z
pozycją ciała i z częściami ciała
zaangażowanymi w wykonanie
pracy, W/m

2

,

wg normy PN

–EN ISO 8996:2005

Lp. Wykonywana czynność

Czas

wykonywania
czynności w dniu
pracy [min]

Wydatek energetyczny

Na pozycję ciała
[kcal/min]

Na rodzaj pracy
[kcal/min]

Łącznie, na

pozycję +
rodzaj pracy

Na czynność

w czasie dnia
pracy

1

2

3

4=(2+3)

5=(1x4)

1

Wymiana szpul,
likwidacja zrywów

162

Stojąca – 0,6

Praca obu
ramion, lekka –

1,8

2,4

388,8

2

Zdejmowanie pełnych
szpul

59

Stojąca
pochylona – 0,8

Praca mięśni
kończyn i
tułowia, lekka –
2,8

3,6

212,4

3

Przygotowywanie
szpul i cewek

84

Stojąca – 0,6

Praca obu

ramion, lekka –
1,5

2,1

176,4

4

Czynności
porządkowe,
omiatanie maszyny

20

Stojąca i
chodzenie – 1,2

Praca jednego
ramienia, lekka –
1,0

2,2

44,0

5

Obserwacja pracy
maszyny

46

44
20

Stojąca – 0,6

Chodzenie – 1,7
Siedzenie – 0,3

0,6

1,7
0,3

27,6

74,8

6,0

6

Przerwy

45

0,5

22,5

Łącznie

480

952,5

Otrzymany wynik należy pomnożyć przez 0,8, ponieważ pracę wykonują kobiety 952,5 kcal x 0,8 = 762 kcal

Koszt energetyczny pracy skręcaczki oceniony wg metody G. Lehmanna

36

2009-11-13

7

Lp.

Wykonywana
czynność

Czas

wykonywania
czynności w
dniu pracy
[min]

Wydatek energetyczny

Na pozycję

ciała

[kcal/min]

Na rodzaj pracy

[kcal/min]

Łącznie, na

pozycję +

rodzaj

pracy

Na

czynność w

czasie dnia

pracy

1

2

3

4=(2+3)

5=(1x4)

1

Obszywanie
dywanów

360

Siedząca – 0,3

Praca obu ramion,

średnia – 2,2

2,5

900

2

Przenoszenie
dywanów

30

Chodzenie

powolne – 1,7

Praca obu ramion,

ciężka – 3,0

4,7

141

3

Chodzenie bez
ciężaru

30

Chodzenie w

umiarkowanym

tempie – 2,8

2,8

84

4

Wymiana nici

w maszynie

15

Siedząca – 0,3

Praca palców ręki i

przedramienia,

lekka – 0,6

0,9

13,5

6

Przerwy

45

0,5

22,5

Łącznie

480

1161

Otrzymany wynik należy pomnożyć przez 0,8, ponieważ pracę wykonują kobiety
1168 kcal x 0,8 = 929 kcal

Koszt energetyczny pracy podczas obszywania dywanów

oceniony wg metody G. Lehmanna

37

Znaczenie tempa pracy w kształtowaniu wydatku energetycznego

(ciężkości pracy)

Stanowisko

Liczba

operacji

/min

Przenoszony

jednostkowy

ciężar

Efektywny
czas pracy

Wydatek

energetyczny

[kcal/min]

Wydatek

energetyczny

[kcal/zmianę]

Pakowanie torebek w

kartony (A)

60

30-70 g

450

3,3

1500

Pakowanie torebek w

kartony (B)

25

125-250 g

410

2,3

980

Przenoszenie kartonów

z taśmy na paletę (A)

16

1,0-1,8 kg

450

4,0

1800

Przenoszenie kartonów

z taśmy na paletę (B)

4

1,8-2,7 kg

410

2,6

1090

38

Znaczenie podłoża, po jakim się chodzi i tempa chodzenia dla wydatku

energetycznego

Zgodnie z metodą Lehmanna

1,7 - 3,5 kcal/min

Wartownik -

chodzenie po drodze równej i gładkiej

oraz po podłożu nierównym, rozmiękłym

i trawiastym

3,1 - 4,2 kcal/min

Pracownik zakładu oczyszczania miasta -

chodzenie po wysypisku śmieci (teren

nierówny, pagórki, skarpy)

4,8 kcal/min

Dostarczanie korespondencji w IV-piętrowym budynku

kobieta - ciężar torby 7 kg

5,4 kcal/min

kobieta - ciężar torby 10 kg

5,1 kcal/min

mężczyzna - ciężar torby 8 kg

7,3 kcal/min

mężczyzna - ciężar torby 15 kg

7,0 kcal/min

mężczyzna - ciężar torby 16 kg

7,5 kcal/min

39

Wzory do obliczania wydatku energetycznego podczas przemieszczania

ciężarów (

Garg A, Chaffin DB, Herrin GD, AIHA, 1978, 39, 661-674

)

Utrzymywanie pozycji

siedzącej

E = 0,023 BW

stojącej

E = 0,024 BW

stojącej, pochylonej

E = 0,028 BW

Chodzenie (Kcal)

ΔE = 10

-2

(51 + 2,54 BW · V

2

+ 0,379 BW · G · V) t

Podnoszenie w pozycji pochylonej

ΔE = 10

-2

[0,325 BW (0,81-h

1

) + (1,41 L + 0,76 S · L) (h

2

-h

1

)]

dla h

1

< h

2

< lub = 0,81

Podnoszenie z przysiadu (z prostymi plecami)

ΔE = 10

-2

[0,541 BW (0,81-h

1

) + (2,19 L + 0,62 S · L) (h

2

-h

1

)]

dla h

1

< h

2

< lub = 0,81

BW=ciężar ciała [kg]; V=szybkość chodzenia [m/sek]; S - płeć: 1 - mężczyzna, 0 - kobieta;

L=ciężar [kg]; h

1

= wysokość początkowa; h

2

= wysokość końcowa; t = czas [min]

40

Niesienie ciężaru w rękach opuszczonych wzdłuż tułowia (w jednej lub w obu

rękach) (Kcal)

ΔE = 10

-2

[80+2,43 BWxV

2

+4,63 L+V

2

+4,62 L+0,379(L+BW)GxV] t

Niesienie ciężaru przed sobą
ΔE = 10

-2

[68+2,54 BWxV

2

+4,08 L+V

2

+11,4 L+0,379(L+BW)GxV] t

Trzymanie ciężaru w obu rękach opuszczonych wzdłuż tułowia (kcal)
ΔE = 0,037 L x t
Trzymanie ciężaru w jednej ręce, opuszczonej (kcal)
ΔE = 0,088 L x t
Trzymanie ciężaru przed sobą
ΔE = 0,062 L x t

BW=ciężar ciała [kg]; V=szybkość chodzenia [m/sek]; L= ciężar [kg];

G = nachylenie podłoża [%]; t = czas [min]

41

Popychanie lub pociąganie – uchwyt na wysokości 0,81 m (kcal/czynność)

ΔE = 10

-2

X (0,112 BW + 1,15 F + 0,505 S x F)

Popychanie lub pociąganie – uchwyt na wysokości 1,5 m (kcal/czynność)
ΔE = X (0,086 BW + 0,036 F)
Poziomy ruch obu rąk w zakresie 180 (kcal/ruch)
ΔE = 10

-2

(0,11 BW + 0,726 L)

Poziomy ruch jedną ręką w zakresie 180 (kcal/ruch)
ΔE = 10

-2

(0,097 BW + 0,946 L)

Poziomy ruch jedną lub obydwiema rękami w zakresie 90 , stanie (kcal/ruch)
ΔE = 10

-2

(3,31 + 0,726 L + 0,143 S x L)

Poziomy ruch obydwiema rękami w zakresie 90 , siedzenie (kcal/ruch)
ΔE = 10

-2

(3,5 + 0,682 L + 0,321 S x L)

Poziomy ruch jedną ręką w zakresie 90 , siedzenie (kcal/ruch)
ΔE = 10

-2

(2,54 + 1,1 L + 0,248 S x L)

42

2009-11-13

8

Ruch ręki lub obu rąk do przodu, stanie (kcal/ruch)

ΔE = 10

-2

X (3,75 + 1,23 L)

Ruch ręki lub obu rąk do przodu, siedzenie (kcal/ruch)

ΔE = 10

-2

X (6,3 + 2,71 L)

BW=ciężar ciała [kg]; F=przeciętna siła popychania/pociągania [kg]; S - płeć: 1 -

mężczyzna, 0 - kobieta; L=ciężar [kg]; X zakres ruchu [m]

43

44

wy

d

ate

k

en

er

ge

ty

cz

ny

n

a

m

2

p

rz

ec

ię

te

j

p

o

wi

er

zc

h

n

i

m

in

u

ty

n

a

m

2

p

rz

ec

ię

te

j

p

o

w

ie

rz

ch

n

i

Wydatek energetyczny na 1 m

2

przeciętej powierzchni (słupki

zakreskowane) i czas potrzebny na przepiłowanie 1m

2

(słupki puste)

w zależności od używanej piły. Pionowy znacznik (p<0,01) oznacza

statystycznie istotną różnicę wydatku energetycznego.

Źródło: Grandjean, Egli, Rhiner i Steinlin, 1952.

45

wydatek energetyczny

wydajność

kąt pomiędzy ramieniem

a przedramieniem

Wydajność pracy i wydatek energetyczny w zależności od wysokości

ustawienia stołu (co warunkuje ustawienie rąk) podczas pakowania

artykułów spożywczych.

Źródło: Tichauer, 1968.

46

cz

ęs

to

ść

tę

tn

a/m

in

cz

. tę

tn

a/m

in

Obciążenie podczas pracy może być zmniejszone poprzez wyeliminowanie

pochylania się. Wydatek energetyczny zmniejszył się o 25%, przyrost

częstości skurczów serca ponad poziom spoczynkowy o 20%.

Źródło: Scholz i Sieber, 1963.

Modelowe stanowisko pracy – (5) urządzenie utrzymujące odległość

badanego od krawędzi stołu. Praca polegała na przekładaniu pojemnika

o masie 5 kg 10 razy na min.

Zużycie tlenu i częstość skurczów serca podczas pracy na modelowym

stanowisku.

I słupek – wykonywanie czynności w bliskim zasięgu,

II słupek – wykonywanie czynności w maksymalnym zasięgu,

III słupek – maksymalny zasięg + pochylenie ku przodowi

2009-11-13

9

Mężczyźni

Klasy

ciężkości pracy

kcal/8 godz.

kcal/min

kJ/8 godz.

kJ/min

Bardzo lekka

Do 300

do 1,2

1250

do 5

Lekka

300 – 800

1,2 – 2,2

1250 – 3350

5 – 10

Średnio-ciężka 800 – 1500

2,2 – 4,5

3350 – 6300

10 – 20

Ciężka

1500 – 2000 4,5 – 7,0

6300 – 8400

20 – 30

Bardzo ciężka

> 2000

> 7,0

> 8400

> 30

Kobiety

Klasy
ciężkości pracy

kcal/8 godz.

kcal/min

kJ/8 godz.

kJ/min

Bardzo lekka

do 200

do 0,8

do 850

do 3,5

Lekka

200 – 700

0,8 – 1,8

850 – 2900

3,5 – 7,5

Średnio-ciężka 700 – 1000

1,8 – 3,0

2900 – 4200

7,5 – 12,5

Ciężka

1000 – 1200 4,0 – 4,8

4200 – 5000

12,5 – 20

Bardzo ciężka

> 1200

> 4,8

> 5000

> 20

Klasyfikacja ciężkości pracy na podstawie wartości efektywnego

wydatku energetycznego w ciągu zmiany roboczej

49

50

Ocena ryzyka zawodowego związanego z ciężkością pracy

Pracodawca zapewnia posiłki pracownikom wykonującym prace:

1) związane z wysiłkiem fizycznym, powodującym w ciągu zmiany roboczej

efektywny wydatek energetyczny organizmu powyżej 2000 kcal (8374 kJ)

u mężczyzn i powyżej 1100 kcal (4605 kJ) u kobiet,

2) związane z wysiłkiem fizycznym, powodującym w ciągu zmiany roboczej

efektywny wydatek energetyczny organizmu powyżej 1500 kcal (6280 kJ)

u mężczyzn i powyżej 1000 kcal (4187 kJ) u kobiet, wykonywane

w pomieszczeniach zamkniętych, w których ze względów technologicznych
utrzymuje się stale temperatura poniżej 10 C lub wskaźnik obciążenia

termicznego (WBGT) wynosi powyżej 25 C,

3) związane z wysiłkiem fizycznym, powodującym w ciągu zmiany roboczej

efektywny wydatek energetyczny organizmu powyżej 1500 kcal (6280 kJ)

u mężczyzn i powyżej 1000 kcal (4187 kJ) u kobiet, wykonywane na otwartej

przestrzeni w okresie zimowym; za okres zimowy uważa się okres od

dnia 1 listopada do dnia 31 marca,

4) pod ziemią.

ROZPORZĄDZENIE RADY MINISTRÓW z dnia 28 maja 1996 r. w sprawie profilaktycznych posiłków i napojów.
(Dz. U. Nr 60, poz. 279)

51

Ocena obciążenia statycznego

W ocenie obciążenia statycznego należy uwzględniać:

• zajmowaną pozycję ciała i stopień jej wymuszenia,
• obecność operacji roboczych wymagających

istotnych napięć statycznych,

• wielkość rozwijanych sił podczas napięć statycznych,

• czas trwania obciążeń.

52

Pozycja ciała

– większe obciążenie statyczne jest w pozycji

stojącej niż siedzącej, bo przestrzenna stabilizacja środka
ciężkości wymaga dodatkowych napięć mięśniowych.
Dlatego też, wszędzie gdzie jest to możliwe praca powinna
być wykonywana w pozycji siedzącej. Pozycja stojąca jest
wskazana tylko wówczas, gdy:
• wydatek energetyczny przekracza 2-3 kcal/min (praca
średnio ciężka)
• wymagana jest większa przestrzeń dla wykonywania
ruchów,
• konieczne jest używanie dużej siły.
Dodatkową uciążliwością pozycji stojącej jest konieczność
pochylania się. Wraz ze wzrostem kąta pochylenia rośnie
obciążenie statyczne mięśni grzbietu – trzeba utrzymać górną
połowę ciała.

53

Niezmienna pozycja siedząca również nie jest fizjologicznie
poprawną. Wskazana jest zawsze możliwość zmiany pozycji
podczas wykonywania czynności (konieczność rozluźnienia
mięśni, polepszenie warunków hemodynamicznych –
zapobieganie zastojom żylnym).

Pozycja wymuszona

– to taka, której nie można zmienić

przez czas niezbędny do wykonania czynności (np. przy
obsłudze niektórych obrabiarek, przy wczytywaniu danych do
komputera, podczas montażu drobnych elementów, podczas
długotrwałych operacji chirurgicznych). Przy takich
czynnościach występuje również konieczność skupienia uwagi i
wzmożona kontrola wzrokowa wykonywanych ruchów. Na
wymuszenie pozycji wpływa również duża powtarzalność
ruchów (monotypowość czynności).

54

2009-11-13

10

Ocena stopnia obciążenia statycznego wg Kirschnera (modyfikacja Fibigera)

55

Stopień

obciążenia

statycznego

Praca związana z trzymaniem

Pozycja ciała przy pracy

*

Mały

Sporadyczne trzymanie ciężaru < lub

utrzymywanie rąk w "niewygodnych"

pozycjach.

Siedząca, niewymuszona; stojąca niewymuszona z

możliwością okresowej zmiany na siedzą; stojąca

lub siedząca na przemian z chodzeniem.

Średni

Konieczność okresowego trzymania

ciężarów do lub utrzymywanie rąk

powyżej barków lub w innych

"niewygodnych" pozycjach.

Siedząca, wymuszona, niepochylona, bądź

nieznacznie pochylona; stojąca, niewymuszona bez

możliwości zmiany pozycji na siedzącą.

Duży

Konieczność dłuższego trzymania

ciężarów > lub utrzymywanie rąk

powyżej barków lub w innych

"niewygodnych" pozycjach.

Stojąca, wymuszona, niepochylona z możliwością

okresowej zmiany pozycji na siedzącą; siedząca,

wymuszona, bardzo pochylona; stojąca,

wymuszona, niepochylona bez możliwości zmiany

pozycji na siedzącą; stojąca, wymuszona,

pochylona niezależnie od możliwości zmieniania

pozycji.

Bardzo

duży

Jak wyżej, gdy czas utrzymywania jest

długi.

Klęcząca, w przysiadzie i inne nienaturalne pozycje.

*

Obciążenie statyczne występuje wówczas, jeżeli przyjęta pozycja trwa przynajmniej parę minut; gdy

trwa bardzo krótko, obciążenie ma charakter dynamiczny

Plecy

1 - wyprostowane

2 - zgięte do przodu

3 - skręcone

4 - zgięte i skręcone

Ramiona

1- obydwa poniżej stawu

ramieniowego

2 - jedno powyżej stawu

ramieniowego

3 - obydwa powyżej stawu

ramieniowego

Nogi

1- pozycja siedząca

2- stanie na obu nogach

3 - stanie na jednej nodze

4 - stanie na obu ugiętych nogach

5 - stanie na jednej ugiętej nodze
6 - pocycja klęcząca na jednym lub

obu kolanach

7 - chodzenie

Metoda OWAS (Ovako Working Posture Analysis System)

Karhu, Kansi & Kuorinka (1986)

56

Kod
obciążenia

Mężczyźni

[kg]

Kobiety

i młodociani

chłopcy

[kg]

Dziewczęta

[kg]

1

< 10

<5

< 2

2

10 – 20

5 – 10

2 – 6

3

>20

> 10

>6

Kody sił zewnętrznych w zależności od populacji

Klasyfikacji podlega również siła zewnętrzna. Zgodnie z

metodą OWAS siła ta może być klasyfikowana jako 1,

2 lub 3. Dla potrzeb oceny ryzyka poprzez czynnik

obciążenia statycznego zróżnicowano wartości siły dla

mężczyzn, kobiet i młodocianych, opierając się na

aktach prawnych

57

58

Plecy Ramiona

1

2

3

4

5

6

7

Nogi

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 Obciążenie

1

1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

2

1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1

3

1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 2

2

1

2 2 3 2 2 3 2 2 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 3 3

2

2 2 3 2 2 3 2 3 3 3 4 4 3 4 4 3 3 4 2 3 4

3

3 3 4 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 2 3 4

3

1

1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 3 3 4 4 4 3 3 3 1 1 1

2

2 2 3 1 1 1 1 1 2 4 4 4 4 4 4 3 3 3 1 1 1

3

2 2 3 1 1 1 2 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1 1 1

4

1

2 3 3 2 2 3 2 2 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 2 3 4

2

3 3 4 2 3 4 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 2 3 4

3

4 4 4 2 3 4 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 2 3 4

Kombinacje położeń pleców, ramion i nóg oraz odpowiadające im

kategorie oceny stanowiska pracy

1 - pozycje naturalne, obciążenie jest małe lub akceptowalne.
2 - pozycje mogą mieć negatywny wpływ na uklad mięśniowo-szkieletowy, obciążenie

umiarkowane, prawie akceptowalne, należy brać pod uwagę konieczność zmian na

stanowisku w najbliższej przyszłości.

3 - pozycje mają negatywny wpływ na układ mięśniowo-szkieletowy, obciążenie jest duże,

zmiany na stanowisku muszą być przeprowadzone tak szybko, jak to jest możliwe.

4 - pozycje mają bardzo negatywny wpływ na układ mięśniowo-szkieletowy, obciążenie jest

bardzo duże, zmiany na stanowisku muszą być przeprowadzone natychmiast.

59

Obciążenie

Pozycje ciała przy pracy

(kategorie OWAS)

Czas utrzymywania jednej

pozycji

(% zmiany roboczej)

Małe

Pozycja niewymuszona kategorii 1

do 70

Pozycja wymuszona kategorii 1 lub pozycja

niewymuszona kategorii 2

do 50

Pozycja wymuszona kategorii 2

do 30

Średnie

Pozycja niewymuszona kategorii 1

powyżej 70

Pozycja wymuszona kategorii 1 lub pozycja

niewymuszona kategorii 2

50 - 70

Pozycja wymuszona kategorii 2

30 - 50

Pozycja wymuszona kategorii 3 lub 4

do 30

Duże

Pozycja wymuszona kategorii 1 lub pozycja

niewymuszona kategorii 2

powyżej 70

Pozycja wymuszona kategorii 2

powyżej 50

Pozycja wymuszona kategorii 3 lub 4

powyżej 30

Zastosowanie metody OWAS do oceny

obciążenia statycznego

Ocena

obciążenia wynikającego z powtarzalności

ruchów (monotypowości)

Monotypowość występuje przy pracach ręcznych,

cechujących się wysoką powtarzalnością elementarnych czynności.
Jej konsekwencją jest obciążenie (a czasem przeciążenie) aparatu

mięśniowo-ruchowego.
Skutkiem monotypowości ruchów są dolegliwości układu ruchu.

60

2009-11-13

11

Częstotliwość ruchów określana jako “duża”

dla różnych części kończyny górnej

Część ciała

Liczba ruchów/minutę

Barki

Więcej niż 2

Ramię/łokieć

Więcej niż 10

Przedramię/nadgarstek

Więcej niż 10

Palce

Więcej niż 200

Wg:

Kilbom Ĺ [1994]. Repetitive work of the upper extremity;

Part II: The scientific basis for the guide. Int J Ind Erg 14:59–86.

62

63

Lp.

Częstotliwość

Liczba powtórzeń cyklu pracy

w ciągu zmiany roboczej

Liczba

punktów

1.

Bardzo mała

mniej niż 100

1

2.

Mała

100 200

2

3.

Średnia

200 1000

3

4.

Duża

1000 1800

4

5.

Bardzo duża

więcej niż 1800

5

Lp.

Sumaryczna liczba

punktów

Określenie stopnia

monotonii pracy

1.

3 5

mały

2.

6 7

średni

3.

8 9

duży

4.

10 11

bardzo duży

Lp.

Stopień

zmienności

sposobu

wykonania
operacji w

kolejnych

cyklach

Kryteria do ustalenia stopnia

zmienności

Liczba

punktów

1.

Duży

sposób wykonania operacji przy
kolejnych powtórzeniach często
(co 2-4 cykle) ulega istotnej
zmianie

1

2.

Średni

sposób wykonania operacji przy
kolejnych cyklach sporadycznie

(co ok. 5-10 cykli) ulega istotnej

zmianie

2

3.

Mały

sposób wykonania operacji
po kolejnych powtórzeniach
praktycznie nie ulega zmianie

3

Lp.

Stopień

złożoności

operacji

Kryteria do oceny

stopnia złożoności operacji

Liczba

punktów

1.

Duży

operacja trudna, wykonanie
jej wymaga od pracownika
doświadczenia oraz wysokich
kwalifikacji

1

2.

Średni

operacja przeciętnie trudna,
wykonanie jej wymaga od
pracowników niewysokich
kwalifikacji, przygotowanie
trwa ponad 1 miesiąc

2

3.

Mały

operacja prosta, łatwa
do poznania i wykonania,
możliwa do wykonania przez
pracowników bez żadnych
kwalifikacji, po minimalnym
okresie przyuczenia

3

Ocena stopnia zmienności i złożoności

Ocena liczby powtórzeń

Sumaryczna ocena

monotypowości

64

Ryzyko związane z

czynnościami

jednostajnie

powtarzanymi

Czas wykonywania czynności

jednostajnie powtarzanej

Małe

Czas wykonywania cyklu czynności
jest dłuższy niż 2 minuty

Średnie

Czas wykonywania cyklu czynności
wynosi od 30 sekund do 2 minut

Duże

Czas wykonywania cyklu czynności
jest krótszy niż 30 sekund

Ocena ryzyka zawodowego związanego z czynnościami

jednostajnie powtarzanymi, wykonywanymi bez użycia

siły, podczas pracy w pozycji siedzącej

65

Ryzyko

Liczba powtórzeń operacji roboczej w ciągu

zmiany roboczej

Ruchy

precyzyjne

Przy

wywieranej

sile

zewnętrznej

(równej masie

materiałów)

< 10 kG

Przy

wywieranej

sile

zewnętrznej

(równej masie

materiałów)

> 10 kG

Małe

< 1500

< 800

< 300

Średnie

1500 3000

800 1600

300 800

Duże

> 3000

> 1600

> 800

Ocena ryzyka zawodowego związanego z czynnościami

jednostajnie powtarzanymi, precyzyjnymi wykonywanymi

z użyciem siły

Zależność między liczbą cykli w ciągu zmiany roboczej (oś y)

a siłą zewnętrzną wyrażaną w kG (oś x) oraz odpowiednie strefy oceny

obciążenia

Ocena monotypowości ruchów

66

kg

Li

czb

a

cyk

li

/zm

ia

n

ę

2009-11-13

12

Wydolność fizyczna jako wskaźnik

zdolności do pracy

67

W celu wykonania wysiłku fizycznego

konieczne jest wytworzenie w organizmie

odpowiedniej ilości energii (wyrażonej w kcal,

kJ lub ilości pobranego tlenu) w celu pokrycia
zwiększonego zapotrzebowania

energetycznego związanego z tym wysiłkiem.

68

Wydolność fizyczna

jest to maksymalna zdolność

organizmu do pokrywania zwiększonego zapotrzebowania
energetycznego podczas wysiłku, czyli zdolność do wykonywania
ciężkich lub długotrwałych wysiłków fizycznych
wykonywanych z udziałem dużych grup mięśniowych,
w warunkach ciągłości metabolizmu tlenowego i bez szybko
narastającego zmęczenia, a także bez warunkujących jego
rozwój głębszych zmian środowiska wewnętrznego organizmu.
Pojęcie to obejmuje również tolerancję zmian zmęczeniowych
i zdolność do szybkiej ich eliminacji po zakończeniu wysiłku.

69

70

Przez pojęcie wydolności fizycznej najczęściej rozumie się

tzw. wydolność tlenową, która oznacza zdolność

do długotrwałego wysiłku o umiarkowanym nasileniu

z zachowaniem ciągłości metabolizmu tlenowego.

W sporcie wyczynowym pojęcie to jest niewystarczające,

ponieważ często mamy do czynienia z wysiłkami

krótkotrwałymi, ale bardzo intensywnymi, podczas

których przeważa metabolizm beztlenowy.

Dlatego też w sporcie ocenia się również tzw. wydolność

beztlenową (anaerobową).

Rzeczywistą miarą

wydolności fizycznej

jest czas

wykonywania wysiłków o określonej stałej lub zwiększającej

się intensywności, takich jak bieg, jazda na rowerze

(cykloergometrze) lub chód, do całkowitego wyczerpania.

Najlepszym ze znanych wskaźników

wydolności fizycznej

aerobowej

jest maksymalna zdolność pobierania tlenu

przez organizm (

VO

2

max

). Jest to sumaryczny wskaźnik

charakteryzujący sprawność układu krążenia i

oddechowego.
Wskaźnik ten u ludzi zdrowych umożliwia

przewidywanie reakcji na obciążenie wysiłkowe.

71

Zmiany poziomu zużycia tlenu w czasie wysiłku

o wzrastającej intensywności

72

2009-11-13

13

73

Wydolność fizyczna określają

:

1. Sprawność funkcji współdziałających w pokrywaniu

zapotrzebowania tlenowego mięśni i aktywność

procesów biochemicznych w mięśniach, decydujących

o wykorzystaniu tlenowych źródeł energii.

2. Zasoby substratów energetycznych w mięśniach

i innych tkankach oraz sprawność mobilizacji

substratów ze źródeł pozamięśniowych.

3. Sprawność procesów wyrównujących zmiany

w środowisku wewnętrznym organizmu

spowodowane przez wysiłek.

4. Tolerancja zmian zmęczeniowych.

74

Wskaźnikiem sprawności funkcji zaopatrzenia
tlenowego tkanek jest wielkość

maksymalnego

pochłaniania tlenu

.

Wielkość

VO

2

max

zależy od:

- maksymalnej wentylacji płuc,

- pojemności dyfuzyjnej płuc,

- objętości i pojemności tlenowej krwi,

- maksymalnej pojemności minutowej serca

(maksymalnej objętości wyrzutowej oraz

maksymalnej częstości skurczów serca),

- tętniczo-żylnej różnicy wysycenia krwi tlenem:

- regulacji naczynioruchowej

(rozmieszczenia krwi tłoczonej przez serce),

- mięśniowego przepływu krwi

(stosunku krwi płynącej przez zespolenia

tętniczo-żylne i przez naczynia odżywcze).

75

Maksymalna wentylacja płuc.

Możliwości zwiększania wentylacji płuc u zdrowego człowieka są
tak duże, że nawet podczas wysiłków maksymalnych istnieje

niewykorzystana rezerwa wentylacji płuc (dowolna wentylacja
maksymalna wynosi około 120-175 l/min, zaś podczas

maksymalnego wysiłku – 800-100 l/min).

Różnica miedzy maksymalną wentylacją wysiłkową a maksymalną wentylacją

dowolną ma jednak duże znaczenie, bo uczucie braku powietrza pojawia się

wówczas, gdy wentylacja wysiłkowa osiąga ok. 50% maksymalnej wentylacji

dowolnej.

Pojemność dyfuzyjna płuc.
Zazwyczaj nie ogranicza wydolności fizycznej, bo ilość tlenu jaka

przenika przez błonę pęcherzyka płucnego w jednostce czasu
przekracza możliwości absorpcyjne tlenu w kapilarach płucnych.

Obniżenie wydolności z powodu układu oddechowego może mieć miejsce

jedynie w przypadku chorób płuc (rozedma, przewlekła obturacyjna choroba

płuc) lub klatki piersiowej (duże zniekształcenie). Wzmożona wentylacja płuc

może nie zapewnić odpowiedniego dostarczania tlenu w warunkach dużego

spadku prężności tlenu w powietrzu wdychanym – pobyt na dużych

wysokościach.

76

Objętość i pojemność tlenowa krwi.

Poziom maksymalnego pobierania tlenu zależy od objętości

krwi każącej. Dramatycznie obniża się po utracie krwi

(krwotok), obniża się również w warunkach odwodnienia

(utrata płynów =5% masy ciała skutkuje obniżeniem

wydolności o 30%).

Pojemność tlenowa krwi zależy od ilości erytrocytów i ilości

hemoglobiny. Niedokrwistości zmniejszają pojemność tlenową

krwi. Ekspozycja na substancje blokujące przenoszenie tlenu

przez hemoglobinę (tlenek węgla – palenie tytoniu, tlenki

azotu - spaliny) również zmniejszają pojemność tlenową krwi,

a przez to wydolność.

77

Maksymalna objętość wyrzutowa serca.

Zależy od objętości krwi wypełniającej komory, od oporu

stawianego odpływowi krwi z serca (od ciśnienia

rozkurczowego w aorcie, obwodowego oporu naczyniowego

oraz od lepkości krwi) oraz od kurczliwości mięśnia

sercowego. O sprawności funkcjonowania serca jako mięśnia

informuje frakcja wyrzutowa. Jest to stosunek objętości

wyrzutowej do objętości końcowo-rozkurczowej komory.

U zdrowego człowieka sprawność wyrzutowa w spoczynku

wynosi ponad 60%, podczas wysiłku zwiększa się o ok. 10%.

Maksymalna częstość skurczów serca.

Zależy od wieku. Można ją oszacować wg wzoru:

HR

max

= 220-wiek

78

Tętniczo-żylna różnica wysycenia krwi tlenem.

Przepływ krwi przez mięśnie w czasie wysiłku rośnie

w wyniku rozszerzenia naczyń w pracujących mięśniach,

a także otwarcia naczyń, przez które dotychczas krew

nie płynęła. Ilość kapilar w mięśniu rośnie wraz z postępem

treningu, co ułatwia dostarczenie tlenu. Rośnie także ilość

i aktywność enzymów zaangażowanych w procesy

-oksydacji, cyklu Krebsa i glikolizę beztlenową. Poprawia

to procesy wykorzystania tlenu w pracujących mięśniach.

O wielkości maksymalnego pobierania tlenu decyduje

również zawartość mioglobiny w mięśniach (białko pełniące

rolę magazynu tlenu wewnątrz komórki mięśniowej)

i glikogenu mięśniowego (jego poziom zależy od diety

i stopnia wytrenowania).

2009-11-13

14

79

Poziom maksymalnego pobierania tlenu zależy również

od sprawności mechanizmów buforujących, które

prowadzą do wyrównania pH oraz od szybkości

metabolizowania mleczanów.

Wielkość maksymalnego pobierania tlenu jest

skorelowana ze sprawnością mechanizmów

odpowiedzialnych za termoregulację i usuwanie nadmiaru

ciepła powstajacego podczas wysiłku fizycznego.

Aktualna wielkość maksymalnego pochłaniania tlenu

(

VO

2

max

) zależy również od:

1. Rozmiarów ciała

(w tym od masy mięśni zaangażowanych w wysiłek).

2. Wieku.

3. Płci.

4. Pory doby, w jakiej wykonywany jest wysiłek.

5. Ciśnienia tlenu w powietrzu

(wysokości na jakiej się przebywa).

6. Stanu odżywienia.

80

Zależność VO

2

max od masy zaangażowanych

mięśni

81

bieg

wspi-
naczka

Zależność VO

2

max od wieku

Z analizy poziomu wydolności fizycznej u osób w różnym

wieku wynika, że wzrasta ona do ok. 20 roku życia, następnie

stabilizuje się na kilka lat, a później następuje stopniowe

obniżanie się wraz z upływem lat życia.
Mężczyzna w wieku 50 lat dysponuje wydolnością równą

ok. 80% szczytowej wielkości osiągniętej na początku trzeciej

dekady życia, zaś w wieku 60 lat wielkość ta odpowiada już

tylko około 70% poziomu, jaki miał w wieku ok. 25 lat.
Tempo obniżania się poziomu maksymalnego pochłaniania
tlenu wraz z wiekiem jest nieco większe u mężczyzn

niż u kobiet.

82

Maksymalne pochłanianie tlenu (VO

2

max) u elitarnych sportowców i

niewytrenowanych kobiet i mężczyzn

Wiek [lata]

Wytrenowani mężczyźni
Wytrenowane kobiety

Niewytrenowani

mężczyźni

Niewytrenowane

kobiety

83

Szybkość obniżania się VO

2

max w badaniach

przekrojowych oceniono na:

dla mężczyzn

od 0,25 do 0,80ml / kg / min / rok

dla kobiet

od 0,25 do 0,40ml / kg / min / rok

Natomiast na podstawie badań prospektywnych

stwierdzono, że tempo obniżania się VO

2

max jest nawet

szybsze i wynosi:

dla mężczyzn

od 0,56 do 1,62ml / kg / min / rok

dla kobiet

od 0,32 do 0,58ml / kg / min / rok

84

2009-11-13

15

Zależność VO

2

max od płci

Nie można przeprowadzić ostrej granicy pomiędzy

poziomem VO

2

max u kobiet i mężczyzn.

Wprawdzie przeciętne wartości są wyższe o ok. 30%

u mężczyzn w każdej grupie wiekowej, ale różnice te
zmniejszają się do ok. 17% gdy VO

2

max zostanie

przeliczone na kilogram masy ciała, a znikają wówczas,

gdy VO

2

max zostanie przeliczone na objętość mięśni

biorących udział w wysiłku, podczas którego VO

2

max

zostało określone.

85

Częstość tętna w zależności od zużycia tlenu u kobiet i mężczyzn.

Na wykresie przedstawiono wartości submaksymalne

i maksymalne.

86

RANGE OF VO2MAX VALUES

Zakres wartości

VO

2

max

Niewytre-

nowane

kobiety
Niewytre-

nowani

mężczyźni
Wytreno-

wane

kobiety

Wytreno-

wani

mężczyźni

87

Zależność VO

2

max od pory doby, w jakiej

wykonywany jest wysiłek

Na podstawie pomiarów maksymalnego pochłaniania tlenu

(VO

2

max) wykonanych dwukrotnie u tych samych osób

(młodych mężczyzn) stwierdzono, że jest ono istotnie

niższe w godzinach nocnych (po północy)

w porównaniu do poziomu określonego w godzinach

przedpołudniowych. Różnica wynosiła ok. 5%.

88

Obniżanie się

maksymalnego

pochłaniania tlenu wraz

z obniżaniem się prężności

tlenu w powietrzu podczas
wspinania się na duże

wysokości (dane pochodzą

z dwóch wypraw na

Mt. Everest).

Źródło West i wsp. (1983).

89

90

Maksymalna częstość tętna (f

H

MX

) oraz

maksymalne pochłanianie tlenu
w ml

-1

·kg

-1

·min

-1

oraz w l·min

-1

w

warunkach kontrolnych, w sytuacji
niedożywienia niewielkiego,
umiarkowanego i poważnego oraz w
warunkach ponownego dostarczania
pożywienia. Na dolnym rysunku
zaznaczono jaki %VO

2

max stanowiło

zużycie tlenu 0,75 l·min

-1

.

2009-11-13

16

91

Maksymalne

pochłanianie tlenu

w l·min

-1

oraz w

ml

-1

·kg

-1

·min

-1

w trzech grupach

pracowników

(zbieraczy trzciny

cukrowej) oraz

korelacje tych wartości

z wydajnością pracy.

Spurr i wsp., 1977

Klasyfikacja

wydolności fizycznej

na podstawie

maksymalnego pochłanianie tlenu u ludzi w różnym wieku

92

Wiek

[lata]

Wydolność - maksymalne pochłanianie tlenu [l/min]

b. niska

niska

przeciętna

wysoka

b. wysoka

Kobiety

20 - 29

30 - 39

40 - 49

50 - 56

< 1,69

< 1,59

< 1,49

< 1,29

1,70 - 1,99

1,60 - 1,89

1,50 - 1,79

1,40 - 1,50

2,00 - 2,49

1,90 - 2,39

1,80 - 2,29

1,60 - 2,09

2,50 - 2,79

2,40 - 2,69

2,30 - 2,59

2,10 - 2,39

> 2,80

> 2,70

> 2,60

> 2,40

Mężczyźni

20 - 29

30 - 39

40 - 49

50 - 59

60 - 69

< 2,79

< 2,49

< 2,19

< 1,89

< 1,59

2,80 - 3,09

2,50 - 2,79

2,20 - 2,49

1,90 - 2,19

1,60 - 1,89

3,10 - 3,69

2,80 - 3,39

2,50 - 3,09

2,20 - 2,79

1,90 - 2,49

3,70 - 3,99

3,40 - 3,69

3,10 - 3,39

2,80 - 3,09

2,50 - 2,79

> 4,00

> 3,70

> 3,40

> 3,10

> 2,80

Znaczenie

wydolności fizycznej

(poziomu

VO

2

max

) jest dlatego tak duże, że występuje ścisła

zależność pomiędzy zdolnością do wykonywania

wysiłków submaksymalnych (mierzoną czasem ich
wykonywania do całkowitego wyczerpania)

a wielkością tak zwanego

obciążenia względnego

.

93

Obciążenie względne

oznacza proporcję między

zapotrzebowaniem na tlen w czasie wysiłku

a indywidualną wielkością

VO

2

max

, wyrażoną

w

% VO

2

max

.

94

95

0,1

0,2

0,5

1

2

8

12

0

5

10

15

100

85

70

50

40

33

28

%

mak

sy

maln

ego

po

ch

łan

ian

ia

tle

n

u

Czas trwania
wysiłku

Czas [godziny]

Czas (w godzinach), przez jaki może być wykonywana praca

angażująca określony odsetek maksymalnego pochłaniania tlenu

96

2009-11-13

17

Z przedstawionych na poprzednim przezroczu

zależności wynika, że jeżeli praca trwa 8 godzin

jej intensywność powinna odpowiadać 1/3

indywidualnych maksymalnych możliwości.

Jeżeli praca ma być wykonywana przez 12 godzin

jej intensywność powinna być mniejsza, nie jest

wskazane by przekraczała 28% maksymalnych

możliwości.
Jeżeli intensywność pracy sięga 50%
maksymalnych możliwości czas jej wykonywania
powinien być ograniczony do 1 godziny.

97

Maksymalne pochłanianie tlenu podczas pracy

angażującej

górną połowę

ciała stanowi 63-78%

ogólnego VO

2

max. Dlatego też możliwości wykonywania

ręcznej pracy są mniejsze niż pracy angażującej duże

grupy mięśni.
Jeżeli, dla przykładu, VO

2

max pracownika wynosi

40 ml/kg/min, a wykonuje on pracę wymagającą zużycia

tlenu 14 ml/kg/min, to może tak pracować bez przerwy

przez ponad 4 godz., gdy jest to praca angażująca całe

ciało (35% VO

2

max dla całego ciała), lub tylko przez

1 godz., gdy jest to ręczna praca (50% VO

2

max górnej

połowy ciała).

98

Jeżeli wykonywana praca wymaga ciągłego

przenoszenia ciężarów przez 8 godz., co jest

związane z dużą komponentą wysiłku statycznego,

jej intensywność nie powinna przekraczać
27% VO

2

max.

99

100

Zależność miedzy zdolnością do wykonywania wysiłków

submaksymalnych (czas wykonywania wysiłku do zmęczenia)
a wielkością obciążenia względnego w zależności od poziomu

wydolności fizycznej

101

wysoka przeciętna niska

wydolność fizyczna

Wydolność fizyczna człowieka i jego

tolerancja obciążeń fizycznych

związanych z pracą zawodową

Fizjologiczna klasyfikacja intensywności wysiłku

Gdy zużycie tlenu podczas pracy sięga

10% VO

2

max

- praca jest lekka, lub obciążenie

jest małe

10-30% VO

2

max

- praca jest średnio ciężka, lub

obciążenie jest średnie

30-50% VO

2

max

- praca jest ciężka,

a obciążenie można określić jako duże
Powyżej

50% VO

2

max

- pracę oceniamy jako

bardzo ciężką, a obciążenie jako bardzo duże.

102

2009-11-13

18

Poziom ciężkości

pracy

Wydatek

energetyczny

[kcal na min

i na zmianę]

Zużycie tlenu

[l/min]

Minimalna wartość

VO

2

max

[l/min]

Mężczyźni

Ciężka

3,0-4,2 kcal/min

1500-2000 kcal/zmianę 0,84 - 1,09

2,8 - 3,6

Bardzo ciężka

4,2-4,6 kcal/min

2000-2200 kcal/zmianę 1,09 - 1,17

3,6 - 3,9

Kobiety

Ciężka

2,0-2,5 kcal/min

1000-1200 kcal/zmianę 0,60 - 0,70

2,0 - 2,3

Bardzo ciężka

2,5-2,9 kcal/min

1200-1400 kcal/zmianę 0,70 - 0,80

2,3 - 2,7

Minimalna wartość VO

2

max dla kobiet i mężczyzn wykonujących

ciężką lub bardzo ciężką pracę

103

Z danych przedstawionych w poprzedniej tabeli

oraz faktu obniżania się poziomu maksymalnego pochłaniania

tlenu wraz z wiekiem wynika, że dla mężczyzn:

spełnienie warunku akceptowalnego obciążenia podczas

pracy bardzo ciężkiej będzie możliwe tylko wówczas, gdy

będą mieli oni dobrą wydolność fizyczną w wieku do 45

lat, zaś bardzo dobrą w wieku do 55 lat;
po 55 roku życia, by nie występowało nadmierne obciążenie

podczas wykonywania bardzo ciężkiej pracy fizycznej, mężczyźni

powinni charakteryzować się znakomitą wydolnością

fizyczną.

104

Jeżeli mężczyzna po 55 roku życia będzie miał tylko przeciętną
wydolność, podczas wykonywania pracy bardzo ciężkiej,
obciążenie będzie wynosiło 50% VO

2

max, co nie jest możliwe

do zaakceptowania bez odpowiednich przerw w pracy.

Ciężką pracę fizyczną bez nadmiernego obciążenia mogą
wykonywać tylko ci mężczyźni, których maksymalne
pochłanianie tlenu mieści się w zakresie 2,5–3,3 l/min,
co odpowiada niskiej i przeciętnej wydolności mężczyzn
w wieku do 39 lat, przeciętnej i wysokiej wydolności
mężczyzn w wieku 40–49 lat, a wysokiej i bardzo
wysokiej wydolności mężczyzn w wieku ponad 50 lat.

105

Dla kobiet z zestawienia wielkości wydatku energetycznego

przy wykonywaniu pracy ciężkiej (1000-1200 kcal/zmianę)

i wymaganego przy takiej pracy poziomu maksymalnego

pochłaniania tlenu wynika, że w wieku 40 lat powinny mieć

one co najmniej przeciętną wydolność fizyczną, w wieku

50 lat – dobrą, a w wieku 55 lat bardzo dobrą – dla

danej grupy wiekowej.

106

107

Normy VO

2

max dla mężczyzn w różnym wieku

2200 kcal

2000 kcal

1500 kcal

108

Normy VO

2

max dla kobiet w różnym wieku

1400 kcal

1200 kcal

1000 kcal

2009-11-13

19

Wyniki wielu badań wskazują, że istnieje związek pomiędzy

poziomem wydolności fizycznej a rodzajem wykonywanej

pracy zawodowej, czyli ilością i intensywnością wysiłków

fizycznych związanych z tą pracą.

Analiza tych wyników wykazała, że ludzie, którzy

systematycznie wykonują podczas pracy zawodowej ciężkie

wysiłki fizyczne mają wyższy poziom wydolności niż ludzie

wykonujący pracę siedzącą lub inną, nie wymagającą wysiłku

fizycznego.

109

Maksymalne pochłanianie tlenu a wiek u mężczyzn

wykonujących pracę o różnej ciężkości

1

2

3

4

5

6

7

20

30

40

50

60

70

wiek [lata]

VO

2

m

ax

[

l/

m

in

]

praca lekka (pracownicy fizyczni)

praca lekka (pracownicy umyslowi)

praca średnio ciężka

praca ciężka

110

Maksymalne pochłanianie tlenu a wiek u kobiet

wykonujących pracę o różnej ciężkości

0,5

1,5

2,5

3,5

4,5

5,5

20

30

40

50

60

wiek [lata]

VO

2

m

ax

[

l/

m

in

]

praca lekka (pracownice

fizyczne)

praca lekka (pracownice
umysłowe)

praca średnio ciężka
(pracownice fizyczne)

praca średnio ciężka
(pracownice umysłowe)

praca ciężka

111

Interpretacja tego zjawiska nie jest jednoznaczna i,

przynajmniej obecnie, przeważają poglądy, że jest to

głównie wynikiem selekcji.
Ciężką pracę fizyczną mogą wykonywać przez lata tylko

ci, u których poziom wydolności fizycznej nie obniżył się

nadmiernie.

112

113

114

2009-11-13

20

Maksymalne pochłanianie tlenu a wiek u mężczyzn różniących się poziomem

fizycznej aktywności pozazawodowej

r= 0,232

r = 0,223

1

2

3

4

5

6

7

20

30

40

50

60

70

wiek [lata]

VO

2

m

ax

[

l/

m

in

]

o wyłącznie małej intensywnosci

o intensywności umiarkowanej
i dużej >1 godz./tydzień

pozazawodowa aktywność fizyczna

115

Maksymalne pochłanianie tlenu a wiek u kobiet różniących się

poziomem fizycznej aktywności pozazawodowej

r = 0,150

r = 0,304

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

20

25

30

35

40

45

50

55

60

70

wiek [lata]

VO

2

m

ax

[

l/

m

in

]

o wyłącznie małej intensywności

o intensywności umiarkowanej
i dużej >1 godz/tydzień

fizyczna aktywność pozazwodowa

116

Koniec wykładu

Dziękuję za uwagę

117