Kalorymetria pośrednia

Kalorymetria pośrednia – wiadomości ogólne

Wysiłek fizyczny towarzyszy nam na każdym etapie życia. Jako dzieci bawimy się, jeździmy na rowerach, biegamy, itp. w życiu dorosłym może on wynikać z pracy jaką wykonujemy (być jej częścią) albo tylko dodatkową atrakcją podczas chwili wolnej. Jeśli w firmie istnieją stanowiska pracy, którym towarzyszy wysiłek fizyczny, wtedy należy określić w jakim stopniu może być on uciążliwy dla pracowników podczas wykonywania czynności. Warto zapamiętać, że jeśli podczas pracy zostaną przekroczone  wartości 1500 kcal (6280 kJ) dla mężczyzn i 1000 kcal (4187 kJ) dla kobiet (wysiłek fizyczny na otwartej przestrzeni w okresie zimowym), wtedy należy zapewnić pracownikom darmowe posiłki i napoje (zgodnie z Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 28 maja 1996 r. w sprawie profilaktycznych posiłków i napojów). Dodatkowo jeśli pracownik wykonuje bardzo ciężkie czynności związane z wysiłkiem fizycznym, które przekraczają wartości u mężczyzn - powyżej 8400 kJ, a u kobiet - powyżej 4600 kJ (ustawa z dnia 19 grudnia 2008 r. o emeryturach pomostowych Dz.U.2018.1924) przysługuje mu prawo do wcześniejszej emerytury.

Do określenia wydatku energetycznego wyróżnia się klika metod, jedną z nich jest kalorymetria pośrednia, do której wyznaczenia wykorzystuje się zależności pomiędzy ilością pobieranego przez organizm tlenu (VO2) w określonym czasie, a uwalnianą ilością energii w procesie metabolicznym – objętość dwutlenku węgla (VCO2). Warto zaznaczyć, że metoda ta jest mało dostępna w codziennej praktyce. Jest to spowodowane dużymi kosztami sprzętu, jak również w zależności od modelu, jego wielkości. Wyniki dla 1 litra tlenu (niezbędna do przeliczenia ilości tlenu pobieranego w czasie pracy na wielkość wydatku energetycznego) mogą się różnić od siebie i mieć wartość pomiędzy 19,6 do 21,1 kJ. W sytuacji, w której chcemy skupić się na kalorymetrii pośredniej krążeniowej wykorzystuje się równanie Ficka, które przedstawia się następująco:

VO2 = CO x
(O2  krew tętnicza – O2 żylna krew mieszana)
VCO2 = CO x
(CO2 żylna krew mieszana – CO2 krew tętnicza)

Wyróżnia się również kalorymetrię pośrednią oddechową, w której analizuje się różnice objętości CO2 i O2 w wydechowej i wdechowej mieszaninie gazów. Podczas tej kalorymetrii wykorzystuje się równanie Weira (1948 r.):

EE [kcal/d] = (3,941 · zużycie O2 [g]) + (1,106 · produkcja CO2[g])

Na ilość CO2 mają wpływ poszczególne składniki pokarmowe, które różnią się szybkością spalania. Innym czynnikiem jest zużycie tlenu danej osoby. Spalanie poszczególnych składników pokarmowych cechuje się jako stosunek objętości CO2 do O2.

RQ – współczynnik (iloraz) oddechowy  

W celu dokładniejszego wyznaczenia zapotrzebowania określa się spoczynkowy wydatek energetyczny (REE) zwany też spoczynkową przemianą materii (RMR). Do określenia zapotrzebowania organizmu wykorzystuje się wzory matematyczne, jednym z najpopularniejszych jest wzór Harrisa-Benedicta, które oddzielnie przyjmuje postać dla mężczyzn i kobiet.

Dla mężczyzn:

BEE (kcal/24 godz.) = 66,47 + 13,7M + 5,0W – 6,76L

Dla kobiet:

BEE (kcal/24 godz.) = 655,1 + (9,567M) + (1,85W) – (4,68L)

gdzie:

M – masa ciała [kg],

W – wzrost [W],

L – wiek [w latach].

Występuje również modyfikacja Longa, która uwzględnia oprócz formuły Harrisa–Benedicta dodatkowo: aktywność A (1,0 – leży; 1,1 – chodzi przy łóżku; 1,2 – pełna aktywność), stan badanego S (1,0 – norma; 1,1 średnio ciężki; 1,2 – bardzo ciężki), temperaturę T (1 – 37oC; 1,1 -  38oC; 1,2 – 39oC; 1,3 – 40oC).

Wynik równania Harrisa–Benedicta x A x S x T

W sytuacji gdy chcemy wykonać pomiar na stanowisku pracy podczas realizowania czynności możliwe jest skorzystanie z miernika wentylacji płuc MWE-1, który został przygotowany przez Centralny Instytut Ochrony Pracy. Jest to przenośny aparat, dzięki któremu możliwe jest dokonanie pomiaru wydatkowanej energii w czasie wykonywania pracy fizycznej lub dynamicznej.

Najważniejsze informacje związane z badaniem

Przed przystąpieniem do wykonywania badań pomiaru wydatku energetycznego metodą wentylacji płuc, należy najpierw przygotować takie informacjach jak:

• chronometraż dnia pracy

Przy prawidłowym ustaleniu chronometrażu prac powinno się wykonać pomiar czasu trwania poszczególnych czynności roboczych w dniu, podczas którego badany wykonuje czynności w typowym dla niego tempie. Pomiar powinien być powtarzany każdego dnia. Warto wziąć pod uwagę różne intensywności pracy, w celu uśrednienia dnia roboczego na danym stanowisku. Zaleca się pogrupowanie poszczególnych prac np. czynności robocze, pomocnicze czy przerwy. Wybierając grupę powinno zwrócić się uwagę na podobieństwo obciążenia pracą. Jeśli chcemy prawidłowo sporządzić chronometraż, powinniśmy wykonać go wspólnie z pracownikami, przełożonymi, a także pracownikami służby bhp. Nie powinno się brać pod uwagę awarii, a także nadmiernie rozdzielać krótkotrwałych czynności.

• liczba pracowników do badań

W celu określenia liczby pracowników, na których będzie wykonywane badanie stosuje się normę określającą zasady pobierania próbek powietrza w środowisku pracy - PN-Z-04008-7:2002. Wyznacza ona, że w sytuacji gdy na stanowisku pracy występują te same zagrożenia, a pracownicy są w ten sam sposób narażeni, to jeśli jest ich sześć lub mniej zaleca się przeprowadzenie badań wszystkich pracowników. W przypadku gdy pracuje więcej niż sześć osób wykorzystuje się wzór 2√n, gdzie „n” jest liczbą pracowników na typowym stanowisku pracy.

• płeć badanych pracowników

W sytuacji gdy na stanowisku pracy pracują zarówno kobiety i mężczyźni, przed przystąpieniem do badań należy określić klasę ciężkości pracy. Podczas badania należy wziąć pod uwagę obie płcie z uwzględnieniem wyżej wymienionej normy.

•  stan zdrowia pracownika

Badane osoby nie mogą mieć problemów oddechowych (np. astma) oraz nie powinny mieć nadwagi. W celu określenia jaki pracownik może być poddany badaniu, w zależności od jego wagi, wykorzystuje się indeks BMI (ang. Body Mass Index), który powinien mieć wartość poniżej 25.

Oprócz wyżej wymienionych elementów należy wziąć pod uwagę mikroklimat środowiska pracy. W przypadku gorącego środowiska, następuje niewielki wzrost wydatku energetycznego, który jest wynikiem wzrostu temperatury ciała. Inaczej jest w zimnym środowisku pracy - również wzrasta temperatura ciała, jednak wynika to z faktu noszenia ciepłej odzieży, która waży przeważnie więcej i w związku z tym wydatek energetyczny jest większy.

Przeprowadzenie pomiaru

Na samym początku należy wprowadzić dane dotyczące masy ciała, wzrostu, wieku oraz płci badanej osoby. Wykonanie pomiaru pozwala na automatyczne wyliczenie (za pomocą miernika) wartości wydatku energetyczne netto czyli ilości energii wydatkowanej przez badaną osobę w pracy, a także wydatek energetyczny brutto – z uwzględnieniem podstawowej energii.

Pracownik zakłada na twarz dopasowaną półmaskę, która zawiera przepływomierz turbinowy wyposażony w miernik. Podczas wdechu uruchamiane są turbiny, które są zliczane i dają wartość przepływu powietrza. Za ich pomocą określa się objętość gazu w warunkach STPD (objętość gazu suchego w temperaturze 0oC i ciśnieniu atmosferycznym 101,3 kPa). Miernik automatycznie wprowadza niezbędne dane określające temperaturę otoczenia oraz współczynnik dla ciśnienia atmosferycznego uśrednionego dla obszaru Polski.

Po zakończonym pomiarze, wynik wentylacji minutowej płuc zostaje zweryfikowany, a także dokonywana jest korekta do wartości uzyskanych w klasycznej metodzie obliczania WE w procesie pomiaru pobierania tlenu. Gdy zakończy się badanie na wyświetlaczu miernika pojawia się wartość pomiarów wydatku energetycznego netto i brutto.

W celu uzyskania bardziej precyzyjnych wyników zaleca się przeprowadzenie pomiaru wentylacji płuc kilkukrotnie przez kilka minut. Inną wskazówką jest to, aby osoba badana pracowała kilka minut w półmasce, co przyczyni się do przyzwyczajenia organizmu oraz unormowania oddechu.

Zapamiętaj!

Badania wydatku energetycznego metodą wentylacji płuc mogą przeprowadzać laboratoria posiadające akredytacje z Polskiego Centrum Akredytacji.  

Czynniki jakie mogą wpływać na wynik przeprowadzonego działania to, m.in.:

• różnice w prędkości pracy, indywidualna zmienność badanego,
• różnice w technice pracy i umiejętnościach,
• różnice płci i cech antropometrycznych.

Dlatego tak ważne jest dobranie odpowiedniej liczby osób do badania, które będą stanowiły grupę reprezentatywną.  

Wady i zalety kalorymetrii pośredniej

Wady:

Istnieją pewne ograniczenie związane z tą metodą, a są to m.in. wysokie koszty urządzenia, a także zafałszowanie wyników w sytuacji wystąpienia przecieku wokół rurki intubacyjnej, przekraczający 10% lub zawartość tlenu w mieszaninie oddechowej przekraczający 60%. Dodatkowo badany czuje dyskomfort, który jest spowodowany wykonaniem czynności w masce. Inną wadą jest to, że badanie jest dość skomplikowane pod kątem technicznym.

Zalety:

Dokładność i precyzja, podczas gdy wszystko będzie wykonywane zgodnie z zaleceniami technicznymi. Jest ona bardzo znaną metodą, i cieszy się dobrą sławą. Zaletą jest również wykonanie badania w warunkach naturalnych np. podczas treningu.

Podsumowanie

Wydatek energetyczny powinien być określany w sytuacji gdzie istnieje prawdopodobieństwo uciążliwości wykonywania pracy. Kalorymetria pośrednia daje wiarygodne wyniki dzięki którym możliwe będzie określenie elementów analizy ergonomicznej stanowisku pracy. Za jej pomocą możliwa jest regulacja czy pracownikom należy się posiłek i napoje profilaktycznych, albo czy stanowisko pracy kwalifikuje się do wcześniejszej emerytury (pomostowej). Dodatkowo jest zalecanym elementem podczas starania się o otrzymanie dofinansowania z ZUS na poprawę bezpieczeństwa i higieny pracy.