Идея визуализировать энергетический эквивалент работы человеческого мозга сегодня используется даже в рекламных объявлениях.
Источник: фрагмент рекламного объявления из журнала Nature
Они как будто сговорились! У Есенина: «Коль гореть, так уж гореть, сгорая». А вот у Маяковского: «Светить всегда, светить везде»... И, как итог, фактически парафраз этих строк из репертуара Пугачевой: «Жить, гореть и не угасать!» Но самое интересное начинается, если все эти строчки начать расшифровывать буквально.
Поразительно, но процесс дыхания аналогичен процессу горения, только это – «холодное» горение топлива (водород), взаимодействующего с окислителем (кислород воздуха). И в этом смысле аналог дыханию – это процессы медленного окисления: образование ржавчины, гниение, брожение...
А источником водорода как раз и служит пища: в желудке, кишечнике пища разлагается под действием ферментов до жирных кислот, которые, в свою очередь, распадаются в клетке до воды, углекислого газа и атомарного водорода. Образующийся в этой реакции электрон и запускает все идущие в живом организме процессы. В итоге, по существующим оценкам, мускульная энергия, развиваемая человеком, эквивалентна электрической лампочке мощностью в 150 Вт.
«...при работе мускула происходит почти такое же сгорание его тканей (то есть соединение этих тканей с кислородом), какое происходит с топливом в котельной топке паровой машины или в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, – растолковывает профессор Б.Вейнберг в заметке «КПД человека». – Таким образом, для работы мускула ему необходимо доставлять и материал для восстановления его тканей, и кислород для сжигания их. И то и другое доставляется посредством крови» («Техника – молодежи», № 2, 1935).
Все это дает основание физиологам теплопродукцию живых систем приравнять, с некоторым приближением, интенсивности потребления кислорода. Зафиксированные здесь рекорды, в энергетическом эквиваленте, таковы: максимальный обмен – у альпинистов и горцев: 250–280 МВт/г; жители равнин отстают почти на «корпус» – 160–200 МВт/г. То есть при адаптации человека к различным географическим условиям происходит увеличение мощности дыхательной системы на клеточном уровне. Ничего удивительного в этом нет, если учесть, что подъем в горах на 305 м приблизительно равен прохождению 480 км на север или на юг от экватора.
Любопытно, что согласно наставлениям каждый военнослужащий армии США должен получать 4,5 тыс. калорий в день, тогда как финские военные рекомендуют 6 тыс. калорий в день.
Но вообще-то нормальному взрослому человеку в день нужно с пищей потреблять 2500–3000 ккал. (За год же человек потребляет количество энергии, эквивалентное сжиганию 100 кг угля – sic!) Если этот энергетический прожиточный минимум обеспечен, человек способен с помощью своих мускулов совершить механическую работу, эквивалентную 500–600 ккал. Коэффициент полезного действия (КПД) человека, как нетрудно убедиться, 20%. Между прочим, это больше, чем у лошади (ее КПД около 10%), и значительно больше, чем у быка. (Может быть, интересно: одна лошадиная сила – подъем на 1 м 75 кг за 1 с.)
В то же время человек со своими мышцами далеко не лучший двигатель: его мощность, измеренная в лошадиных силах, составляет всего 0,03–0,04. Очень редко «мощность» взрослого мужчины доходит до 0,2–0,25 л.с.
Однако достоинством человека как энергетической установки является его большая выносливость. Так, например, по подсчетам академика Леонида Милова, через каждые четыре дня работы на пахоте лошади был необходим день выгула. В отличие от лошади русский крестьянин в XVIII веке с 22 апреля по 6 июня работал на поле без единого выходного, практически без отдыха и почти без сна.
Или вот еще пример ветхозаветной «безотходной» технологии. Пирамиду Хеопса строили 100 тыс. человек, заменявшиеся новыми каждые три месяца на протяжении 30 лет. Поднимались громадные тяжести: гранитные балки перекрытия склепа пирамиды Хеопса весят 500 тонн каждая, а в пирамиде Хефрена есть монолиты весом до 423 тонн. И все это ворочали вручную!
Когда находишься рядом с этими рукотворными исполинскими мегалитами, первое, что приходит на ум, – какая же чертова уйма обезличенного человеческого труда овеществлена в этих склепах! Тем более это тяжело представить себе, если знать (благодаря расчетам все того же профессора Б.Вейнберга), что 1 кВт может заменить собой 150 умеренно работающих людей, 33 тяжелоработающих или 20 очень тяжело работающих людей.
Но человек – это не только хороший генератор энергии, но и вполне сносный ее аккумулятор: он может работать, не получая пищи, в течение одних-двух суток. При массе в 75 кг взрослый мужчина способен накопить более 2–3 кВт-ч энергии (примерно 30 Вт-ч на 1 кг веса). Если пересчитать эти показатели на единицу массы, то «человеческая машина» окажется в иерархии энергий выше сжатых газов и всевозможных механических пружин. Но ниже кипящей воды. Так что с физической точки зрения не вполне понятна этимология широко распространенного определения непрофессионала – «чайник». Какой же это чайник, если он не может вскипятить стакан воды!
В культовом киберпанковском фильме «Матрица» (время действия – 2199 год, Земля) человеческие существа используются захватившими власть машинами в качестве обычных батареек... Тут создатели картины немного перемудрили. Ведь известно, что для производства одного джоуля энергии, содержащегося в пище, которую потребляет человек, затрачивается 10 Дж энергии. Машины просто не смогли бы прокормить свои биологические «батарейки». Игра не стоит свеч.
Впрочем, у этого сюжета есть варианты. Например, такой. «Скорее всего машины используют резервную мыслительную силу человечества в качестве громадного распределенного процессора для контроля над реакциями ядерного синтеза», – считает британский математик Питер Б.Ллойд. Вот это уже теплее!
Человеческий мозг, возможно, самый сложный объект во Вселенной. А вот для работы этому чуду живой «механики» нужно всего 10 Вт энергии! Правда, мозг очень привередлив в выборе топлива-пищи: просто жиры ему не подходят, хотя в 1 г жира запасено 37,7 Дж энергии. Мозгу подавай глюкозу и кислород. Видите ли, глюкоза «сгорает» полностью, не оставляя после себя в мозгу никаких «шлаков». В состоянии покоя мозг потребляет около двух третей всей циркулирующей в крови глюкозы и 45% кислорода. Снижение концентрации глюкозы в крови ниже 0,5–0,2 г/л приводит к потере сознания и коме.
На этом фоне вполне правдоподобно выглядит гипотеза, согласно которой именно особенности пищевой, то бишь энергетической, стратегии Homo sapiens’ов позволили им опередить неандертальцев в эволюционной гонке. Так, некоторые антропологи (Sorensen, Leonard, 2001) сравнивают средний уровень физических нагрузок неандертальцев с нагрузками атлетов, фермеров и грузчиков. По расчетам этих авторов, необходимые ежедневные энергетические потребности неандертальцев превышали таковые у современных эскимосов – людей с наибольшими энергетическими затратами среди современного человечества, с очень высоким уровнем основного обмена. Прокормиться было очень трудно. Исторической перспективы – никакой, увы...
А хитрые sapiens’ы взяли да изобрели приготовление пищи на огне. Сразу качественно возрастает энергетическая и питательная ценность, ее усвояемость. Не случайно приготовленная на огне пища – возможно, наиболее ранний объект кражи в обществе человека.
Как будто специально под этот случай сказал еще один поэт, Андрей Вознесенский:
Стоило гроши, и вдруг алтын.
Ложная растет дороговизна.
Ценность измеряется одним –
Единицей Вложенности Жизни!
Ну и еще, энергетической ценностью пищи...
Самарский Государственный Университет Путей Сообщения
Реферат на тему:
«Энергозатраты при физической нагрузке разной интенсивности»
Выполинла: Калашникова В.С
Группа Д-12
Проверила: Беленькая О.Н.
Самара, 2011
- Участие в соревнованиях в процессе самостоятельных занятий.
- Гигиена питания, питьевого режима, уход за кожей.
- Гигиенические требования при проведении занятий: места занятий, одежда, обувь.
- Самоконтроль за эффективностью самостоятельных занятий. Профилактика травматизма.
Чем больше мышечная работа, тем сильнее возрастает расход энергии. Ну это и правильно по закону сохранения энергии: если энергия где – нибудь убудет, то она обязательно прибудет в виде или такой же, или другой энергии. В лабораторных условиях, в опытах с работой на велоэнергометре, при точно определённом сопротивлении вращению педалей была установлена прямая (линейная) зависимость расхода энергии от мощности работы, регистрируемой в килограммах или ваттах. Вместе с тем было выявлено, что не вся энергия, расходуемая человеком при совершении механической работы, используется непосредственно на эту работу, ибо большая часть энергии теряется в виде тепла.
Известно, что отношение энергии, полезно затраченной на работу, ко всей израсходованной энергии называется коэффициентом полезного действия (КПД). Считается, что наибольший КПД человека при привычной для него работе не превышает 0,30 –0,35. Следовательно, при самом экономном расходе энергии в процессе работы общие энергетические затраты организма минимум в 3 раза превышают затраты на совершение работы. Чаще же КПД равен 0,20 – 0,25, так как нетренированный человек тратит на одну и ту же работу больше энергии, чем тренированный. Так, экспериментально было установлено, что при одной и той же скорости передвижения разница в расходе энергии между тренированным спортсменом и нетренированным (новичком) может достигать 25 – 30%. Общее представление о расходе энергии (в Ккал) во время прохождения разных дистанций дают следующие цифры, определенные известным физиологом спорта В.С. Фарфелем:
Таблица 1.
Бег легкоатлетический.
Бег на коньках
Плавание
Лыжные гонки
Велогонки
Зоны мощности в спортивных упражнениях.
С ориентацией на мощность и расход энергии были установлены следующие зоны относительной мощности в циклических видах спорта:
1. Максимальная степень мощности.
В этой зоне продолжительность работы достигает всего лишь от 20 до 25 секунд. В эту категорию попадают такие виды спорта как: бег на 100 и 200 метров; Плавание на 50 метров; Велогонка на 200 метров с хода, при чём эти физические упражнения делаются при рекордном исполнении.
2. Субмаксимальная степень мощности.
Эта степень немного ниже максимальной, и поэтому продолжительность работы при таких нагрузках может быть от 25 секунд до 3-5 минут. Сюда попадают: бег на 400, 800, 100, 1500 метров; плавание на 100, 200, 400 метров; бег на коньках на 500, 1500, 300 метров; а также велогонки на 300, 1000, 2000, 3000, 4000 метров.
3. Большая степень мощности.
Продолжительность работы достигает от 3-5 минут до 30 минут. Этой степени соответствуют: бег на 2, 3, 5, 10 километров; плавание на 800, 1500 метров; бег на коньках на 5, 10 километров; велогонки на 100 километров и более.
3. Умеренная степень мощности.
Продолжительность работы достигает даже свыше 30 минут! Физические упражнения, которые соответствуют этой степени мощности это: бег на 15 километров и более; спортивная ходьба на 10 километров и более; бег на лыжах на 10 километров и более, а также велогонки на 100 километров и более. Отсюда ясно проявляется закономерность: чем больше нагрузка, чем больше степень мощности, затрачиваемой на выполнение данных физических упражнений, тем меньше по продолжительности (минуты, секунды) и по количеству (например в метрах) спортсмен может работать на данном уровне нагрузок. И действительно. Как говорится, тише едешь, дальше будешь. Например, если при беге трусцой спортсмен пробегает километры и может держать темп очень долго, то на спринтерских дистанциях пробегаются всего лишь сотни метров и за меньшие промежутки времени. Или, например если штангист может небольшой вес держать минутами/десятками минут, то большие нагрузки буквально 2-5 секунд. Итак, эти четыре зоны относительной мощности предполагают деление множества различных дистанций на четыре группы: короткие, средние, длинные, сверхдлинные. Так в чём же суть разделения физических упражнений по зонам относительной мощности и как это связанно с энергозатратами при физических нагрузках разнойинтенсивности? Во-первых, мощность работы прямо зависит от её интенсивности, что было сказано выше. Во-вторых, высвобождение и расход энергии преодоления дистанций, входящих в различные зоны мощности, имеют существенно отличающиеся физиологические характеристики, которые представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Зона относительной мощности работы
| Показатель | Максимальная | Субмаксимальная | Большая | Умеренная |
| Предельная длительность | От 20 до 25 с | От 25 с до 3-5 мин | От 3-5 до 30 мин | Свыше 30 мин |
| Потребление кислорода | Незначительная | Возрастает к максимальной | Максимальная | Пропорциональна мощности |
| Кислородный долг | Почти Субмаксимальная | Субмаксимальная | Максимальная | Пропорциональна мощности |
| Вентиляция лёгких и кровообращение | Незначительная | Субмаксимальная | Максимальная | Пропорциональна мощности |
| Биохимические сдвиги | Субмаксимальные | Максимальная | Максимальная | Незначительная |
Теперь перейдём к более детальному рассмотрению данных, приведённых в таблице.
Зона максимальной мощности: в её пределах может выполняться работа, требующая предельно быстрых движений. Ни при какой другой работе неосвобождается столько энергии, сколько при работе с максимальной мощностью. Кислородный запас в единицу времени самый большой, потребление организмом кислорода незначительно. Работа мышц совершается почти полностью за счёт бескислородного (анаэробного) распада веществ. Практически весь кислородный запрос организма удовлетворяется уже после работы, т.е. запрос во время работы почти равен кислородному долгу. Дыхание незначительно: на протяжении тех 10 –20 секунд, в течение которых совершается работа спортсмен либо не дышит, либоделает несколько коротких вдохов. Зато после финиша его дыхание ещё долгоусиленно, в это время погашается кислородный долг. Из-за кратковременности работы кровообращение не успевает усилиться, частота же сердечных сокращений значительно возрастает к концу работы. Однако минутный объём крови увеличивается ненамного, потому что не успевает вырасти систолический объём сердца. Зона субмаксимальной мощности: в мышцах протекают не только анаэробные процессы, но и процессы аэробного окисления, доля которых увеличивается к концу работы из-за постепенного усиления кровообращения. Интенсивность дыхания также всё время возрастает до самого конца работы. Процессы аэробного окисления хотя и возрастают на протяжении работы, всё же отстают от процессов бескислородного распада. Всё время прогрессирует кислородная задолженность. Кислородный долг к концу работы больше, чем при максимальной мощности. В крови происходят большие химические сдвиги. К концу работы в зоне субмаксимальной мощности резко усиливается дыхание и кровообращение, возникает большой кислородный долг и выраженные сдвиги в кислотно-щелочном и водно-солевом равновесии крови. Это может вызвать повышение температуры крови на 1 – 2 градуса, что может повлиять на состояние нервных центров. Зона большой мощности: интенсивность дыхания и кровообращения успевает уже в первые минуты работы возрасти до очень больших величин, которые сохраняются до конца работы. Возможности аэробного окисления более высоки, однако они всё же отстают от анаэробных процессов. Сравнительно большой уровень потребления кислорода несколько отстаёт от кислородного запроса организма, поэтому накопление кислородного долга всё же происходит. К концу работы он будет значителен. Значительны и сдвиги в химизме крови и мочи. Зона умеренной мощности: это уже сверхдлинные дистанции. Работа умеренной мощности характеризуется устойчивым состоянием, с чем связано усиление дыханияи кровообращения пропорционально интенсивности работы и отсутствие накопления продуктов анаэробного распада. При многочасовой работе наблюдается значительный общий расход энергии, сто уменьшает углеводные ресурсы организма. Итак, в результате повторных нагрузок определённой мощности на тренировочных занятиях организм адаптируется к соответствующей работе благодаря совершенствованию физиологических и биохимических процессов, особенностей функционирования систем организма. Повышается КПД при выполнении работы определенной мощности, повышается тренированность, растут спортивные результаты.
Источником энергии мышечного сокращения служит энергия гидролитического расщепления АТФ с помощью фермента миозин-АТФ-фазы до АДФ и неорганического фосфата (3 молекулы АТФ на 1 «гребок»). Расщепление 1 моля АТФ обеспечивает около 48 кДж. 50-60% этой энергии превращается в тепло и лишь 40-50% идет на работу мышц, причем лишь 20-30 % превращается в механическую энергию, остальное идет на работу ионных насосов и окислительного восстановления АТФ.
Системы восстановления атф
Восстановление АТФ осуществляется сразу же после ее расщепления до АДФ. Этот процесс осуществляется при участии 3 энергетических систем.
1) фосфогенная система , где используется энергия креатинфосфата (система АТФ-КрФ). Эта система обладает наибольшей скоростью действия, мощностью, но незначительной емкостью, поэтому используется в самом начале работы или при работе максимальной мощности (но не более 5 с). Это анаэробный процесс, т.е. он протекает без участия кислорода.
2)система окислительного фосфорилирования разворачивается по мере удлинения времени работы (через 2-3 мин). Если интенсивность работы мышц не максимальна, то их потребности в кислороде удовлетворяются полностью. Поэтому работа может выполняться на протяжении многих часов. Необходимая для ресинтеза АТФ энергия поступает в результате окисления жиров и углеводов, причем чем больше интенсивность, тем меньше вклад жиров. Это аэробный процесс.
3) гликолитическая система , где восстановление АТФ идет за счет энергии анаэробного расщепления углеводов (гликогена, глюкозы) до молочной кислоты. Во время этой реакции скорость образования АТФ в 2-3 раза выше, а механическая работа в 2-3 раза больше, чем при длительной аэробной работе. Однако, емкость гликолитической системы в тысячи раз меньше, чем окислительной (хотя в 2,5 раза больше фосфогенной. Поэтому такая система может обеспечивать работу на время от 20 с до 1-2 мин. и заканчивается она значительным накоплением молочной кислоты.
Коэффициент полезного действия
Необходимо заметить, что и хемомеханическая реакция в системе актомиозиновых мостиков, и все последующие процессы идут с потерей энергии в форме теплоты.Коэффициент полезного действия (КПД) мышцы как механической машины (здесь надо оговориться, что мышца не только механическая машина, но и основной обогреватель организма, поэтому ее тепловой выход не бесполезен) может быть вычислен по формуле:
где А – совершаемая работа, а Q- тепловой выход мышцы.
Тепловой выход мышцы
Тепловой выход мышцы ( Q ) сложен. Во-первых, существует выход теплоты при изометрическом напряжении мышцы, при задержке ее сокращения стопором. Этот выход называюттеплотой активации . Если на фоне этого состояния мышца с грузом освобождается от стопора и, сокращаясь, поднимает груз, то она выделяет дополнительную теплоту -теплоту укорочения , пропорциональную механической работе(эффект Фенна ). По-видимому, перемещение нитей с подключением в работу все новых (заряженных энергией) мостиков способствует высвобождению дополнительной энергии (и механической, и тепловой).
В условиях свободного подъема груза теплота активации (соответстствующая фазе напряжения сухожилия) и теплота укорочения сливаются, образуя так называемое начальное теплообразование . После сокращения (одиночного или краткого тетануса) в мышце возникаетзадержанное теплообразование , которое связано с процессами, обеспечивающими ресинтез АТФ, оно длится секунды и минуты. Если рассчитывать КПД мышцы по начальному теплообразованию, то он составит примерно 50-60% (для оптимальных условий стимуляции и нагрузки). Если же вести расчет КПД исходя из видов теплопродукции, связанных с данной механической работой, то КПД составит примерно 20-30% (КПД мышц млекопитающих падает при адаптации к холоду, что способствует усилению теплопродукции в организме).
Сегодня в интернете можно встретить множество самых различных определений феномену жизни без еды, это и праноедение - питание пранической энергией, и солнцеедение - питание солнечным светом, и бретарианство - питание воздухом и пространственной энергией.
Но, несмотря на заявления представителей этих типов питания, о том, что они живут, питаясь нематериальной пищей, многие из них, регулярно пьют воду, чай и другие напитки, а иногда даже съедают немного шоколада, сыра и прочего, объясняя это желанием удовлетворить свои вкусовые ощущения. В общем, жизнью без еды это называть, конечно же, нельзя. Точнее назвать то можно, но по факту, это будет всё же некоторый образ питания, хотя и с экстремально низким уровнем потребления калорий с пищей.
В восточной традиции возможность существования человека на таком весьма необычном рационе, называется - Бигу
, что в переводе с китайского звучит «без еды». И в этой статье мы постараемся объяснить данный феномен, к которому можно отнести всех представителей праноедения, солцеедения и бретарианства.
Бигу или что тоже самое - жидкостное питание, это уникальный образ питания, при котором человек сознательно переходит на питание жидкими питательными растворами, исключая при этом из своего рациона любую твёрдую пищу. Оптимальным пищевым рационом человека в состоянии Бигу является употребление наиболее простых и малокомпонентных питательных смесей - фруктовых или овощных соков, либо водных растворов - фруктозы, глюкозы, сахарозы; однако в некоторых случаях также употребляются фруктово-ягодные или овощные отвары, травяные чаи, молочные продукты. Иногда, для компенсации дефицита вкуса в эти напитки добавляют соль и специи.
Перечислим наиболее важные из этих положительных приобретений:
* Малая зависимость от пищевых ресурсов
* Исключительная способность легко переносить голод и жажду
* Уменьшение потребности во сне
* Улучшение состояния здоровья
* Замедление процессов старения организма
* Повышение психологической устойчивости к стрессам
* Расширение интеллектуальных возможностей
Но наиболее значимой особенностью Бигу является то, что человек живя в таком режиме питания, потребляет с пищей намного меньше энергии, чем её требуется для его выживания по представлениям современной медицины и диетологии. Ведь согласно экспериментальным данным, даже когда человек находится в состоянии полного покоя и не выполняет никаких энергозатратных действий, то расход его энергии составляет примерно 1700 ккал
в сутки. Как же тогда возможно существование человека в состоянии Бигу, когда он ведёт физически активный образ жизни, не теряет вес, нормально себя чувствует и на протяжении длительного времени потребляет с пищей энергии намного меньше, чем это количество?
Существует множество попыток дать ответ на этот вопрос с точки зрения эзотерики, философии и теософии, нам же объяснить природу этого явления поможет наука. А так как согласно современным представлениям науки, все процессы превращения энергии в живых организмах происходят в соответствии с некоторыми термодинамическими принципами, которые универсальны для живой и неживой природы. То нам, для того чтобы обосновать возможность жизни человека в состоянии Бигу, в первую очередь, необходимо ознакомится с важнейшими из них.
Первый закон термодинамики для живых организмов
Первый закон термодинамики является законом сохранения энергии. В простой формулировке он звучит так: - энергия в изолированной системе не может возникнуть из ниоткуда, и не может исчезнуть в никуда, она может лишь трансформироваться из одного вида в другой, при этом общее её количество будет оставаться величиной постоянной. Было доказано экспериментально, что этот закон применим к процессам, которые происходят в любых биологических системах.
Второй закон термодинамики для живых организмов
Этот закон гласит, что любые процессы в биологических системах, обязательно сопровождаются рассеянием некоторой части энергии в теплоту. Все формы энергии - механическая, химическая, электрическая и прочие, могут быть превращены в теплоту без остатка. Однако сама теплота не может полностью превращаться в другие формы энергии, поскольку тепловое движение молекул является хаотическим процессом, и часть энергии всегда будет уходить на столкновение этих молекул между собой.
Эти два фундаментальных научных закона "запрещают" возможность создания вечного двигателя, а также обрекают на провал любые другие попытки получения работы без затраты энергии. И именно с позиции этих незыблемых принципов Мироздания мы и будем рассматривать питание физического тела человека, как непрерывный процесс потребления энергии и трансформации её из одних форм в другие.
Общие сведения
Важнейшим свойством живых организмов, является их способность превращать и хранить энергию в виде специальных веществ - аккумуляторов энергии. Так в процессе фотосинтеза растения могут накапливать получаемую извне энергию солнца в виде наиболее универсального аккумулятора энергии - молекулы аденозинтрифосфорной кислоты . Связи между атомами в этой молекуле при необходимости легко разрываются с выделением большого количества энергии, которая, в свою очередь, может использоваться как источник энергии для всех процессов в любой живой клетке. С помощью АТФ растения осуществляют синтез разнообразных органических веществ - белков, жиров и углеводов.
Животные, в свою очередь, приспособились использовать эти накопленные растениями питательные вещества для поддержания своих жизненных функций и синтеза всё тех же молекул АТФ. При умеренных физических нагрузках в организме взрослого человека ежедневно синтезируется около 75 кг АТФ. Но реально в теле человека его содержится всего около 50 гр . С чем связан этот парадокс?
А с тем, что в организме человека АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ, потому как непрерывно используется клетками в самых разнообразных процессах жизнедеятельности. Мудрая природа сделала так, что живые организмы, вместо того чтобы накапливать АТФ в больших количествах в тканях, постоянно ресинтезируют его в своих клетках. Из этого следует, что нашему организму не требуется постоянный приток АТФ с пищей, ему необходимы лишь энергия и определённые условия для восстановления уже имеющихся в его запасе ресурсов этого вещества.
Итак, значит прежде всего организму нужна энергия. Но для того чтобы понять, насколько эффективно человек может использовать и сохранять энергию в своём теле, мы с вами должны выяснить из чего складывается её баланс в живом организме. Для этого перечислим основные пути поступления и отдачи энергии.
Факторами повышающим расход энергии являются:
1.
Прием и переваривание пищи
2.
Физическая активность
3.
Терморегуляция организма
К источникам, обеспечивающим приток энергии можно отнести:
1.
Энергию пищи
2.
Источники теплового излучения
3.
Акустические и световые волны
Главным условием гарантированного выживания человека будет компенсация всех энергозатрат его организма с помощью перечисленных выше источников энергии. Далее в статье будет дано объяснение, почему именно пища является неотъемлемым условием активной физической деятельности человека. Также в ней, будет раскрыто, как за счёт внешних второстепенных источников энергии человеческий организм может настолько снижать свои энергозатраты, что для обеспечения нормального выживания его потребность в пище сводится к минимуму.
Влияние пищи на организм человека
Как известно энергия высвобождается из пищевых продуктов в процессе их биологического окисления, при этом основными отличиями этого процесса от обычного горения, являются: его большая протяжённость во времени и многоступенчатость биохимических реакций.
Питательные вещества окисляются вплоть до конечных продуктов, которые выделяются из организма. Например, углеводы окисляются в организме до углекислого газа и воды. Такие же конечные продукты образуются при сжигании углеводов в особой печи - калориметре. При этом величина энергии, высвобождаемой из каждого грамма глюкозы в этой реакции, составляет чуть более четырёх килокалорий. Но несмотря на то, что процесс окисления глюкозы в живых клетках, является многоступенчатым процессом, его суммарный выход энергии будет точно такой же. И как было сказано ранее, именно эта энергия используется организмом для синтеза АТФ. Аналогичным образом, с помощью калориметра, получили среднюю величину физиологически доступной энергии и для других веществ пищи. Например, в белках и углеводах содержится около - 4 ккал ; жире - 9 ккал . Но у пищи , кроме сухих цифр о её химическом составе и энергетическом потенциале , есть ещё целый ряд интересных свойств.
Например, то, что еда помимо поставки энергии организму, является фактором, усиливающим его энергопотребление. С помощью специального измерительного оборудования были получены данные, что после приема пищи интенсивность метаболизма у человека увеличивается на 10-20% по сравнению с его уровнем в состоянии покоя. И сохраняется это повышение обмена веществ в организме до десяти часов. Эти энергетические затраты связаны с приемом, перевариванием и усвоением пищи, так как все эти процессы, начиная с пережевывания еды, и заканчивая, её эвакуацией из организма требуют энергию.
Количество энергии расходуемой на пищеварение зависит, прежде всего, от химического состава потребляемой пищи. Максимум энергозатрат на переваривание наблюдается у белка, особенно животного происхождения, на его усвоение может расходоваться по разным источникам от 30% до 40% общей калорийности принятой белковой пищи. Для углеводов этот показатель находится в пределах 5% , а у жиров 3% . Удивительно, не правда ли? Ведь получается, что привычная для нас пища, совсем не безвозмездно отдаёт нам свою энергию.
Более того, пища не просто пассивный энергетический ресурс, она является ещё и морфообразующими фактором, то есть влияет на особенности строения живых организмов как в индивидуальном, так и в их историческом развитии. Четырёх-камерный желудок у жвачных, строение ротового аппарата муравьеда, различные пропорции желудочно-кишечного тракта у хищников и травоядных, а также множество других адаптационных приспособлений у разных видов животных, всё это, есть нечто иное, как результаты воздействия определённых пищевых предпочтений на эволюцию живых организмов. Пока пища поступает в организм, пищеварительная система востребована, но стоит убрать этот беспрерывный поток, и в теле человека незамедлительно начнут происходить различные перестройки внутренних органов направленные на уменьшение их энергопотребления.
Помимо всего прочего, употребление пищи предопределяет интенсивную циркуляцию веществ в организме. Распадаются и вновь синтезируются различные ферменты и гормоны, в пищеварительном тракте активизируются иммунные клетки, в печени нейтрализуются десятки токсичных соединений, повышается нагрузка на выделительную систему. Всё это обуславливает специфическое распределение энергопотребления в организме человека, и лидирующее место в нём принадлежит именно пищеварительной системе. Даже при отсутствии активных процессов переваривания пищи, у находящегося в состоянии покоя человека около 50%
всех энергозатрат приходится на органы, так или иначе связанные с пищеварением, по 20%
на скелетные мышцы и центральную нервную систему и около 10%
на работу органов дыхания и кровообращения.
Отдельно стоит упомянуть о том, что в организме человека с обычной схемой питания молекулы белков функционируют от нескольких часов до нескольких дней. Так как при интенсивном обмене веществ за этот короткий период в них накапливаются нарушения, и белки становятся непригодными для выполнения своих функций. Они расщепляются и заменяются на вновь синтезируемые.
Совсем другая картина наблюдается при низкокалорийном питании и голодании. В клетках тканей человека в состоянии Бигу начинают вырабатываться особые вещества, так называемые белки теплового шока. Функция этих соединений состоит в защите от разрушения уже существующих клеточных белков, также они помогают создавать в клетках правильные структуры новых белков, исключая тем самым потери энергии и материальных ресурсов. Помимо этого белки теплового шока отключают естественный механизм самоубийства старых клеток, что позволяет организму существенно сократить необходимость в обновлении тканей.
Из всего этого следует несколько выводов:
1.
При переходе на питание жидкой, преимущественно углеводистой пищей, потери энергии на переваривание и выделение продуктов её распада из организма уменьшается.
2.
Вследствие, сокращения поступления в организм пластических веществ и уменьшением функции выделения, в теле человека начинает более эффективней использоваться механизм рециркуляции уже отработанных и повреждённых структурных молекул.
3.
Благодаря действию белков теплового шока в организме снижается потребность в дополнительных энергозатратах, материальных ресурсах и обновлении тканей.
4.
При длительном отсутствии в рационе Бигу твёрдой пищи, происходит постепенная атрофия органов пищеварения и мышечного аппарата желудочно-кишечного тракта, что позволяет человеку дополнительно снизить связанные с ними расходы энергии.
Но, к сожалению, какими бы воодушевляющими небыли эти выводы, полностью отказаться от пищи на длительное время физически активному человеку невозможно! Почему так бескомпромиссно это утверждение, мы с вами узнаем поняв некоторые особенности физиологии тела человека.
Коэффициент полезного действия тела человека
При использовании ATФ функциональными системами организма, практически вся её энергия переходит в тепло. Исключение составляют случаи: когда мышцы выполняют работу над внешними телами, то есть придают этим телам кинетическую энергию движения; а также излучение электромагнитных волн, порождаемое нервной системой. Но даже при осуществлении механической работы около 80% энергии, используемой при мышечном сокращении, выделяется в виде тепла и только 20% превращается в саму работу(!!! )
Потери же в виде электромагнитного излучения от центральной нервной системы по сравнению кинетическими формами энергии просто ничтожны, то есть практически вся энергия в нейронах, тоже трансформируется в тепло. Мало того, доказано, что вообще интенсивная интеллектуальная деятельность не сопровождается большой затратой энергии. Трудные математические вычисления, чтение книг и другие формы умственного труда, если они не сопровождаются движением, вызывают едва заметное повышение затраты энергии, всего на несколько процентов от энергопотребления организма в состоянии покоя.
Если подвести итог, то можно сказать следующее: Организм не может использовать полностью всю энергию, содержащуюся в питательных веществах. Потому как всякий процесс превращения энергии из одного вида в другой, в том числе и получение энергии из пищи, происходит с обязательным образованием тепла, которое затем рассеивается в окружающем пространстве.
Также и в мышцах, только малая часть вырабатываемой в них энергии используется в самом мышечном сокращении, а львиная доля энергии опять-таки переходит в теплоту. Если представить это в цифрах, то получится, что
Взгляните на расход энергии, который совершают мышцы взрослого человека при различных видах физической активности.
Любой человек ведущий активный образ жизни, вынужден как-то восполнять энергетические затраты на ресинтез АТФ в мышцах. Но есть лишь две возможности обеспечить необходимые условия для протекания этого процесса: одна из них, это использование организмом ограниченного запаса питательных веществ из собственных тканей, другая, это употребление пищи. Почему так? Ответ на этот вопрос кроется в особенностях жизнедеятельности клеток животных и человека, у которых существует всего два способа восстановления использованных молекул АТФ. Оба из которых требуют присутствия в качестве необходимых компонентов реакций - питательных веществ пищи.
- Первый из них, это гликолиз — вспомогательный тип энергообеспечения, включающийся в условиях нехватки кислорода. В этом процессе молекула глюкозы расщепляется пополам, с образованием всего двух молекул АТФ.
- Второй, это окислительное фосфорилирование происходящее с участием кислорода в специальных клеточных органеллах - митохондриях, где в сложной цепи химических реакций из одной молекулы глюкозы синтезируется 38 молекул АТФ.
Остаётся открытым лишь вопрос о том, сколько вообще нужно человеку энергии из пищи? А получить ответ на него нам поможет очень простая формула.
Суточная потребность в калориях = физические нагрузки х на основной обмен
В этой формуле нам практически неподвластно изменить значение энергетических затрат на физические нагрузки, так как существует конечный предел эффективности мышечной работы (КПД мышечных сокращений равен всего 20-25% ). Однако со второй составляющей этого уравнения всё намного интересней.
Основной обмен - это то количество энергии, которое затрачивается организмом человека при комнатной температуре в состоянии полного мышечного покоя, при условии отсутствия каких либо процессов пищеварения. Проще говоря, это то количество энергии, которое тело затратит, если человек будет целый день спать. В таких условиях энергия затрачивается только на поддержание жизнедеятельности организма, то есть она используется для мышечной работы сердца и лёгких, сохранение постоянной температуры тела, проведение нервных импульсов, синтез ферментов, гормонов и прочих необходимых организму веществ.
В среднем для взрослого человека величина основного обмена составляет примерно 1700 ккал в сутки. При этом организм может сжигать до 70% от суточной потребности в калориях. Однако эта цифра может уменьшаться в зависимости от различных факторов:
Возраст
- с годами основной обмен веществ замедляется. На каждые десять лет этот показатель снижается в среднем на 2%
.
Диета
- голодание или резкое сокращение количества потребляемых калорий может снизить величину основного обмена на 30%
.
Температура тела
- при уменьшении температуры тела на каждый градус, интенсивность основного обмена падает примерно на 7%
.
Температура окружающей среды
- оказывает наибольшее влияние на основной обмен и поэтому на этом факторе стоит остановиться подробней.
Терморегуляция
Как мы уже знаем, в живом организме благодаря энергии пищи постоянно образуется тепло, а с поверхности его тела происходит постоянная отдача тепла в окружающую среду. Следовательно, температура тела зависит от соотношения двух процессов - теплообразования и теплоотдачи. Все животные в зависимости от способности регулировать течение этих двух процессов делятся на теплокровных и холоднокровных. У теплокровных температура тела сохраняется постоянной и не зависит от температуры внешней среды. Это свойство, особенно при понижении температуры окружающей среды, требует от них соответствующего усиления процессов метаболизма, в основном за счёт интенсивного потребления энергии из пищи и жировых запасов.
Принципиальное отличие теплообмена холоднокровных заключается в том, что благодаря относительно низкому уровню их собственного метаболизма, главным источником энергии у них является внешнее тепло. Поэтому температура их тела выше температуры окружающей среды максимум на несколько градусов. Такое подчинение температуре среды имеет целый ряд преимуществ.
Например, в условиях сухого жаркого климата холоднокровность позволяет избегать излишних потерь воды, потому что маленькая разница между температурами тела и среды не вызывает дополнительного испарения. Поэтому высокие температуры холоднокровные животные переносят легче и с меньшими энергетическими потерями, чем теплокровные, которые тратят много энергии на удаление избытка тепла из тела.
Также известно, что у холоднокровных под действием низких температур сильно замедляется метаболизм и резко уменьшается потребность в пище. У них приостанавливается интенсивность всех физиологических процессов: сердечные сокращения и дыхание становятся редкими, мышцы сокращаются медленнее, снижается интенсивность пищеварения. В такие моменты у этих животных процесс обмена веществ может протекать в 20-30 раз медленнее, чем у теплокровных (!!! )
Невольно напрашивается вопрос, как же способности холоднокровных организмов могут быть использованы человеком, ведь он по своему метаболизму относится к теплокровным животным? Оказывается, что могут! Потому что заботливая природа оставила нам возможность осуществления терморегуляции, с помощью элементов обеих стратегий теплообмена.
Обнаружено, что у человека, в условиях высокой температуры окружающей среды, обмен веществ в печени и других органах и тканях снижается, то есть нужная температура тела обеспечивается исключительно за счет поступления тепла извне, практически безо всяких энергозатрат со стороны организма.
Более сложная задача, это понижение температуры тела теплокровными животными в условиях холода. Но и тут человек показывает свои удивительные возможности адаптации и выживания. Когда температура тела человека падает ниже, чем это требуется для поддержания нормального обмена веществ, то такое состояние называется - гипотермия. В этих условиях жизнедеятельность организма снижается, что приводит к уменьшению потребности в кислороде и позволяет ему более экономно расходовать внутренние энергетические ресурсы. Установлено, что при падении температуры тела, на каждый градус Цельсия клеточный обмен замедляется на 5-7%
(!!!
) Причём человек способен выдерживать существенное снижение температуры тела, прежде чем это вызовет непоправимые нарушения его жизнедеятельности.
Из всего вышесказанного становится ясно, что величина основного обмена у человека может существенным образом изменяться. Нераскрытым остался лишь механизм компенсационного воздействия внешних источников энергии, в том числе и температуры, на метаболизм человека. Для того чтобы исправить это положение и выяснить, каким образом нематериальные источники энергии могут уменьшить потребность организма человека в пище, мы с вами познакомимся с одним жизненно важным процессом происходящим во всех живых клетках.
Циклоз - движение внутренней среды в клетках растений и животных, которое обеспечивает равномерное распределение вещества внутри клетки: получение питательных веществ, ферментов и генетической информации всеми органеллами и частями клетки.()
Поддержание нормальной скорости циклоза осуществляется за счёт энергии АТФ и имеет жизненоважное значение для клетки, а следовательно, и для всего организма в целом.
Для нас же этот процесс представляет интерес, потому что он может быть активизирован под действием внешних факторов: температуры, механических воздействий и т.д. Исследования влияния этих факторов на внутриклеточные движения показали, что внешнее тепловое излучение вызывает разжижение цитоплазмы клеток, и следовательно вызывает ускорение в них циклоза. Также было выявлено, что полная тишина и чрезмерный шум замедляют циклоз, а гармоничные звуки, в том числе и музыка, усиливают движение цитоплазмы. Получается, что под действием внешних источников энергии в клетках уменьшается расход АТФ, а следовательно, снижается и потребность организма в пище. В общем, диапазон возможностей для адаптивных реакций человека по замедлению метаболизма и компенсации его энергозатрат в состоянии Бигу существует. Однако любой человек в состоянии Бигу для восстановления энергетических запасов организма рано или поздно обязательно должен возвращаться к пище.
В таком образе жизни есть свои минусы и плюсы. Чего только стоит сокращение часов сна и отсутствие мыслей о еде. Только представьте себе сколько времени и сил, благодаря этому, освобождается для творчества, внутреннего преображения и интеллектуальной деятельности.
Однако тут же следует заметить, что подходит такой образ питания исключительно для людей с лишним весом. Регулярные голодания для полного человека, это прекрасное средство по поддержанию тела в форме и нормализации массы тела. Тем же, кто обладает нормальным или низким индексом массы тела Бигу не рекомендуется. Для этой группы лиц адекватное и здоровое питание намного предпочтительней, чем любые формы голодания(!!!
)
Существуют два вида работы – физическая и умственная; и спор о том, какая из них легче, совершенно неуместен. Утомление при умственной работе может быть нисколько не меньше, а иногда и больше, чем при физической. И, несомненно, оба этих вида деятельности важны и полезны.
Что влияет на уровень работоспособности человека
Работа - это осуществление клеткой, органом, системой органов или организмом свойственных им функций. Человек разумный выполняет, как правило, общественно полезную работу. Научно-технический прогресс изменил характер работы человека. На смену тяжелому физическому труду пришел труд умственный. И физическая, и умственная работа направлены на выполнение определенных задач, в выполнении каждого вида деятельности задействованы различные процессы. «Большинство современных рабочих выполняют задачи, требующие распознавания образов, быстрого получения и переработки информации, а также способности разрабатывать планы и принимать решения», - пишет известный физиолог труда Г. Ульмер (1997). И это накладывает серьезный отпечаток на здоровье человека.
Работоспособность - это способность человека выполнять максимально возможное количество работы на протяжении определенного (заданного) времени и с определенной эффективностью. Работоспособность, подобно работе, подразделяется на умственную и физическую. Исходя из приведенного выше определения, умственная работоспособность человека - это способность выполнять определенное количество работы, требующей значительной активации нервно-психической сферы. Физическая работоспособность человека - это способность выполнять максимально возможное количество физической работы за счет активации опорно-двигательного аппарата. Естественно, физическая работоспособность зависит и от состояния нервной системы, иннервирующей опорно-двигательный аппарат.
Что же влияет на работоспособность и как повысить эффективность выполняемой работы? Основной фактор, что влияет на работоспособность человека, это, в первую очередь, состояние его здоровья. Также умственная и физическая работоспособность человека зависит от уровня тренированности, опыта, физического и психического состояния. Немаловажным показателем уровня трудоспособности человека является его склонность к данной работе (т. е. талант), мотивация к труду и связанные с работой эмоции, состояние окружающей среды, организация труда. В работоспособности человека вжную роль играет оптимальная организация рабочего места, которая позволяет поддержать необходимое положение тела и его сегментов для выполнения работы.
Ниже вы узнаете, какие бывают виды работы, и какие механизмы задействованы при их выполнении.
Виды работы: физическая и умственная работоспособность человека
Умственная работа связана с мышлением и с членораздельной речью, так как человек имеет дело не с конкретными предметами, явлениями или живыми организмами, а с определяющими их символами или понятиями. Умственная работа включает прием и переработку информации, ее сравнение с информацией, хранящейся в памяти, преобразование информации, определение проблем и путей их решения, формирование цели.
Умственная работоспособность связана с мыслительным и эмоциональным компонентами. Мыслительный компонент связан с интеллектуальными способностями человека, он требует обдумывания и концентрации внимания. Эмоциональный компонент включает самооценку человека как субъекта умственного труда, оценку значимости цели и средств. Эмоциональный компонент вызывает возникновение многочисленных положительных и отрицательных эмоций, что проявляется четкими реакциями вегетативной нервной системы и изменениями настроения человека. Эмоциональные нагрузки и психическая перегрузка стимулируют симпатическую часть вегетативной нервной системы, что проявляется увеличением частоты пульса и дыхания, минутного объема сердца и дыхания, усиленным потоотделением («реакция борьбы и бегства»).
Физическая работа связана с деятельностью опорно-двигательного аппарата, основную роль в этом выполняют скелетные мышцы. Если благодаря сокращению мышцы меняется положение части тела, то преодолевается сила сопротивления, т. е. выполняется преодолевающая работа. Работа, при которой сила мышцы уступает действию силы тяжести и удерживаемого груза, называется уступающей. В этом случае мышца функционирует, однако она не укорачивается, а, наоборот, удлиняется, например, когда невозможно поднять или удержать на весу тело, имеющее очень большую массу. Несмотря на усилие мышц, приходится опустить это тело на какую-нибудь поверхность. Удерживающая работа выполняется, если благодаря сокращению мышц тело или груз удерживается в определенном положении без перемещения его в пространстве, например, человек держит груз, не двигаясь. При этом мышцы сокращаются изометрически, т. е. без изменения их длины. Сила сокращения мышц уравновешивает массу тела и груза. Когда мышцы, сокращаясь, перемещают тело или его части в пространстве, они выполняют преодолевающую или уступающую работу, которая является динамической. Статической является удерживающая работа, при которой не происходит движений всего тела или его части. При статической работе мышцы сокращаются изометрически, при этом расстояние не преодолевается, но работа осуществляется.
Энергетические затраты организма и физиологическая потребность человека в энергии
Выполнение работы требует затрат энергии. Общая потребность человека в энергии - это сумма основного и рабочего обмена. Энергетические затраты организма человека при основном обмене - это количество энергии, затрачиваемое организмом в условиях полного покоя для поддержания жизни. У мужчин энергетические затраты организма в среднем составляют 1 ккал на 1 кг массы тела в 1 ч (4,2 кДж). У женщин - 0,9 ккал (3,8 кДж). Рабочий обмен - это количество энергии, затраченной для выполнения какой-либо внешней работы. Общая суточная физиологическая потребность человека в энергии при умственном труде равна 2500-3200 ккал (10 475-13 410 кДж). При механизированном труде или легкой немеханизированной работе - 3200-3500 ккал (13 410-14 665 кДж). При частично механизированном труде или немеханизированном труде умеренной тяжести - 3500-4500 ккал (14 665-18 855 кДж), при тяжелом немеханизированном физическом труде - 4500-5000 ккал (18 855-20 950 кДж).
Анатомический и физиологический поперечники характеризуют величину или функцию той или иной мышцы. Анатомический поперечник - это площадь перпендикулярного длинной оси поперечного сечения мышцы в определенном ее участке. Физиологический поперечник - это сумма площадей поперечных сечений всех мышечных волокон, образующих мышцу. Первый показатель характеризует величину мышцы, второй - ее силу. Абсолютная сила мышцы вычисляется путем деления массы максимального груза (кг), который может поднять мышца, на площадь ее физиологического поперечника (см2). Этот показатель у человека для разных мышц составляет от 6,24 до 16,8 кг/см2. Так, например, абсолютная сила икроножной мышцы - 5,9 кг/см2, трехглавой мышцы плеча - 16,8 кг/см2, двуглавой мышцы плеча- 11,4 кг/см2. Напряжение, развиваемое при сокращении одним мышечным волокном, колеблется в пределах 0,1-0,2 г.
Размах сокращения (амплитуда) зависит от длины мышечных волокон. В веретенообразных и лентовидных мышцах волокна длиннее, а анатомический и физиологический поперечники совпадают, поэтому сила этих мышц не очень большая, а амплитуда сокращения велика. В перистых мышцах физиологический поперечник значительно больше анатомического и, соответственно, их сила больше. В связи с тем, что мышечные волокна этих мышц короткие, амплитуда их сокращения невелика.
Показатель эффективности работы: коэффициент полезной деятельности человека (КПД) человека на работе
Одним из показателей эффективности работы человека является коэффициент полезного действия, который говорит о том, какая часть затраченной энергии превращается в энергию, осуществляющую полезную внешнюю работу:
Коэффициент полезного действия (КПД) человека равен энергии, затрачиваемой на внешнюю работу, поделенный на вырабатываемую энергию и умноженный на100 %.
У человека коэффициент полезной деятельности человека изолированной мышцы может достигнуть 35%. Коэффициент полезного действия организма в целом и КПД человека на работе при различных видах мышечной деятельности низок. Он варьирует в пределах от 3 до 25%. При частом повторении одной и той же работы развивается рабочий динамический стереотип - система рефлекторных реакций, которые формируются при постоянном повторении одних и тех же раздражителей. Рефлекторные реакции приобретают характер автоматических, поэтому работа становится более энергетически экономичной и менее утомительной, не требует постоянного внимания и сосредоточения.
Причины и факторы временного снижения умственной и физической работоспособности организма
Вызывает реакцию всех органов и систем. При сильных нагрузках происходит снижение работоспособности, так как человек утомляется. В активно сокращающейся мышце увеличивается кровоток более чем в 20 раз, активизируется обмен веществ. При умеренной физической нагрузке в мышце преобладает аэробный обмен веществ, во время тяжелой работы часть энергии освобождается анаэробно, т. е. без использования кислорода. В результате этого в мышцах образуется и накапливается молочная кислота. Это является одним из факторов снижения работоспособности: при накоплении значительных количеств молочной кислоты в мышечных волокнах развивается мышечное утомление. При физической работе возрастают частота сердечных сокращений, ударный объем сердца, артериальное давление, потребление организмом кислорода. При легкой и умеренной физической работе с постоянной нагрузкой в течение 5-10 мин частота сердечных сокращений увеличивается, после чего достигает постоянного уровня, или стационарного состояния, которое не приводит к утомлению человека в течение нескольких часов. Через 3-5 мин после завершения такой работы частота сердечных сокращений нормализуется. При тяжелой работе стационарное состояние не наступает, происходит снижение физической работоспособности, развивается утомление, частота сердечных сокращений увеличивается, а после прекращения тяжелой работы период восстановления нормальной частоты сердечных сокращений длится несколько часов.
У каждого человека есть свой индивидуальный предел утомления при физической и умственной работе, разница для каждого индивидуума порой весьма существенна. После этого предела наступает снижение работоспособности организма в целом, человек уже не может выполнять свою работу эффективно. Предел утомительной работы разделяется на два уровня работоспособности. Работа, которую человек может выполнять в течение 8 ч без развития признаков мышечного утомления, считается легкой, она ниже предела. Выше него находится область максимальной работоспособности, выполнение такой работы существенно ограничено во времени. Снижение умственной и физической работоспособности происходит по мере увеличения длительности работы. Тренировка повышает работоспособность человека.
Как же определить предел утомительной динамической работы? Одним из важных показателей является частота пульса, которая сохраняется постоянно во время работы, не увеличиваясь в связи с утомлением. У нетренированных людей в возрасте от 20 до 30 лет она не превышает 130 ударов в 1 мин, менее чем через 5 мин после прекращения работы частота пульса становится менее 100 ударов в 1 мин; в возрасте от 31 до 50 лет превышает 130-140 ударов в 1 мин, частота пульса становится меньше 100 ударов в 1 мин лишь через 10-15 мин после прекращения работы. У тренированных людей наблюдается более быстрая нормализация пульса.
То же самое касается и снижения умственной работоспособности человека – только постоянные «тренировки мозга» дадут возможность не утомляться слишком быстро.
Утомление и восстановление при физической и умственной работе
Утомление
- это физиологическое состояние человека, наступающее вследствие напряженной или длительной работы. Оно выражается во временном снижении работоспособности, которое провоцируется мышечным (физическим) и нервно-психическим утомлением. При тяжелой работе они сочетаются. Утомление характеризуется уменьшением силы и выносливости мышц, нарушением координации движений, увеличением энергозатрат для выполнения одной и той же работы, нарушением памяти, скорости переработки информации, сосредоточения и т. д. Утомление субъективно ощущается человеком в виде усталости, при которой человек не способен нормально реагировать на стимулы. Кроме того, усталость обусловлена недостаточным сном. Усталость вызывает у человека желание прекратить работу или уменьшить нагрузки.
Причиной снижения работоспособности при тяжелой физической работе является накопление в мышечных волокнах некоторых продуктов обмена (например, молочной кислоты). Отдых, особенно активный, приводит к восстановлению работоспособности мышцы. Это связано с удалением молочной кислоты и возобновлением запасов энергии в мышце. Нервно-психическое (центральное) утомление вызвано длительной напряженной умственной работой, однообразной монотонной работой, шумом, плохими условиями труда, эмоциональными факторами, заболеваниями, неправильным или недостаточным питанием, гиповитаминозом.
Частое нервно-психическое утомление приводит к развитию хронического утомления. Это состояние, типично для многих людей в современных условиях. Оно ведет к развитию сердечно-сосудистых заболеваний, инфарктам, инсультам, неврозам, психозам, депрессиям, сексуальным нарушениям. Если же, несмотря на утомление, работа продолжается, возникает истощение. Напомним, что тяжелые физические и нервно-психические нагрузки вызывают стресс (вернее, дистресс).
Различают острое и хроническое истощение. Первое представляет собой резкое снижение работоспособности во время тяжелой работы, второе возникает вследствие длительной напряженной или слишком часто повторяемой тяжелой работы. Профессиональный спорт, спортивные соревнования и усиленные тренировки часто приводят к острому и хроническому истощению. Подчеркнем: речь идет о профессиональном спорте, а не о физической культуре, которая полезна и абсолютно необходима в любом возрасте.
Как отдохнуть и восстановиться после умственной и физической работы
Восстановление работоспособности
- это процесс постепенного возвращения функций организма к исходному состоянию после прекращения работы. По мере восстановления степень утомления уменьшается, а работоспособность увеличивается. Если человек выполняет работу, лежащую выше пределов его утомления, необходимо периодически отдыхать. Как быстро восстановиться после работы, чтобы обезопасить свой организм от опасных последствий тяжелого напряжения? Следует подчеркнуть, что для эффективного отдыха лучше несколько кратковременных перерывов, чем один-два длинных. Даже в состоянии полного покоя скелетная мышца сохраняет свою эластичность и определенную степень напряжения. Это называется мышечным тонусом. Перед тем как восстановиться после физической работы, помните, что мышечный тонус не вызывает утомления. Тонус - это нормальное состояние частичного сокращения расслабленной мышцы, благодаря которому она способна сокращаться в ответ на определенный стимул.
Отдых - это состояние покоя или особый, специально организованный вид деятельности, которые снимают утомление и способствуют восстановлению работоспособности. И.М. Сеченов во второй половине XIX в. установил, что работа одних групп мышц конечностей способствует устранению утомления других мышечных групп, вызванного их работой. Это положение легло в основу определения двух типов отдыха: активного и пассивного. Как отдохнуть от умственной работы и тяжелого физического труда? Активный отдых - это отдых, во время которого человек выполняет другой вид работы, отличный от обычного выполняемого труда. Восстановление при физической и умственной работе путем активного отдыха происходит быстрее и эффективнее, чем при пассивном отдыхе, когда организм находится в условиях относительного покоя. Так, интенсивную умственную деятельность следует регулярно прерывать физической активностью. И наоборот: интенсивную физическую - умственной.
Настоятельно советуем работникам умственного труда после 1-1,5 ч не «отдыхать» с сигаретой в зубах, а подняться на 10-15 этажей по лестнице, сделать 15-20 приседаний, столько же прыжков, выполнить 10-20 упражнений с гантелями.
Работникам физического труда целесообразно-целесообразно погулять или, если это возможно, полегать несколько минут с приподнятыми ногами на свежем воздухе.
Теперь, когда вы знаете об утомлении при физической и умственной работе и восстановлении после неё, попробуйте организовать ваш труд таким образом, чтобы КПД вашей деятельности не снижалась в течение всего трудового дня.