CC BY
47
Окончание табл. 2
1 2 3 4 5 6
6 Прием пищи (завтрак, обед, ужин) 1,5 180 112,5 292,5
7 Устройство лагеря, активный отдых, личная гигиена и т. п 6,5 975 487,5 1462,5
8 Сон 8,0 - 600 600
Итого 24 3732,3 1800 5532,5
Представленная методика позволяет рассчитать суточные энергозатраты лесных пожарных при выполнении различных видов лесопожарных работ.
Литература
1. Покровский, В.М. Физиология человека / В.М. Покровский, Г.Ф. Коротько. - М.: Медицина, 2003. - 501 с.
2. Шимановский, В.Ф. Питание в туристическом путешествии / В.Ф. Шимановский, В.Н. Ганопольский. - М.: Профиздат, 1986. - 176 с.
3. Леман, Гунтер. Практическая гигиена труда / Гунтер Леман. - М.: Медицина, 1967. - 280 с.
4. ОСТ 55-38-2000. Машины лесохозяйственные. Методы определения безопасности и эргономичности / ВНИИ и информационный центр по лесным ресурсам. - М., 1994. - 46 с.
УДК 630.432.0 Н.В. Цугленок, Ю.Т. Цай
ОПТИМИЗАЦИЯ СБАЛАНСИРОВАННОГО АССОРТИМЕНТА ПРОДУКТОВ И НОРМАТИВЫ ПИТАНИЯ ДЛЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРНЫХ
Авторами определен оптимальный суточный рацион питания для лесных пожарных. Оптимизация суточного рациона питания представлена как задача линейного программирования. Рассчитанные нормы питания лесных пожарных сбалансированы, в рацион питания включены разнообразные продукты, минеральные вещества, микроэлементы и витамины в соответствующих сочетаниях и количествах.
Питание оказывает существенное влияние на физическое состояние лесного пожарного и, следовательно, на его работоспособность. Питательные вещества нужны организму ежесуточно и потребность в них зависит от массы человека, возраста, пола, занятий, интенсивности работ, физиологических особенностей, климатических условий и других факторов. Организм человека нуждается в постоянном притоке питательных веществ (белков, жиров, углеводов, микроэлементов), необходимых для нормальной работы организма. Одна часть питательных веществ превращается в строительный материал для клеток, другая идет на образование необходимой для жизни энергии. Энергетическая ценность продуктов питания оценивается в килокалориях. При сгорании 1 г белка и 1 г углеводов образуется 4,1 ккал., а при сгорании 1 г жира - 9,3 ккал. [1-2]. Потребность человеческого организма зависит от энергетических потерь во время физической работы. Чем тяжелее мышечная работа, тем больше затрачивается энергии и тем больше калорий должен получить организм с пищей.
Условия труда рабочих, занятых на тушении лесных пожаров, характеризуются рядом особенностей, отличающихся от других видов трудовой деятельности. К этим особенностям можно отнести: воздействие на организм человека опасных факторов лесных пожаров и внешней среды (задымленность, угарный газ, углекислый газ, повышенная температура, открытое пламя пожара, искры, тепловое излучение, комары, клещи, мошка, нервно-психологические и физические перегрузки); неравномерность напряженности труда в отдельные периоды времени; удлинение рабочего дня при тушении лесных пожаров; большие физические нагрузки; дробление рабочего времени (утром, вечером и ночью); проживание и ночлег в лесу в полевом лагере; отдаленность работы от места проживания и другие особенности. В соответствии с классификацией условий труда [3-4], лесные пожарные по тяжести и интенсивности работ соответствуют 4 классу. 4 класс - опасные (экстремальные) условия труда. Они характеризуются такими условиями производственных факторов, воздействие
которых в течение рабочей смены (или её части) создаёт угрозу для жизни и высокий риск возникновения тяжёлых форм острых профессиональных поражений. К этой классификации относятся парашютисты-пожарные; десантники-пожарные; инструкторы парашютно-пожарных и десантно-пожарных групп; рабочие лесопожарных бригад; бригадиры лесопожарных бригад; трактористы-машинисты; водители по доставке людей, пожарного оборудования и огнетушащих материалов; руководители тушения пожара; рабочие, выполняющие работы по тушению лесных пожаров.
С целью определения оптимального суточного рациона питания, исходные данные и условные обозначения представляются в форме, приведённой в табл. 1.
Таблица 1
Наименование продуктов (х, - количество /-го продукта) Количество усваиваемых веществ Ко вида в 100 г ко продукта, г (а,у) Энергетическая ценность, ккал. (и) Стоимость /-го продукта, руб. (с,)
Белки (Эц) Жиры Э) Углеводы (Эй)
6,9 0,4 45,2 217 1,35
Хлеб пшеничный (Х1) (ап) (а 12) (аіз) N (С1)
Молоко сгущённое с сахаром (Х4) 6,8 8,3 53,5 324 5,6
(а4і) (а42) (а4з) N (С4)
9,3 0,8 70,9 336 1,30
Макаронные изделия (х) (а л) (а,2) (а ,3) (и) (с)
Помимо введённых обозначений в табл. 1, введём дополнительные:
ву - количество усваиваемых веществ ] - го вида, которое необходимо в ежедневном рационе лесного
пожарного 0=1 - белок; ]=2 - жиры; ]=3 - углеводы), г;
и* - необходимая суточная энергетическая ценность продуктов питания, ккал. Тогда суммарные затраты на питание одного пожарного в сутки равны:
п г = Т^СгХг' 2=1 (1)
количество усваиваемых веществ ] - го вида:
п 2=1 (2)
количество потребляемых калорий:
п II = V их.1 1 1 /=1 (3)
Задача оптимизации может быть сформулирована как задача линейного программирования:
п Найти пппУсх (4)
при следующих ограничениях:
п 2=1 х>а Н,2,3; 3 ‘ ] (5)
п V 1 * . 2_и& >и . 7-1 (6)
X/>0. (7) Основные требования к питанию: суточная энергетическая ценность продуктов питания на 1-го лесно-
го пожарного составляет 5500 ккал.; соотношение белков, жиров и углеводов по массе - 1:1,2:4,6; питание разнообразное, т.е. кроме белков, жиров и углеводов должны быть включены микроэлементы и витамины (поливитамины «Компливит», «Ундевит» и др.); 4-разовое питание: 1-й завтрак - 10-15%, 2-й завтрак - 2530%, обед - 40-45%, ужин - 15-20% от суточной энергетической ценности 5500 ккал.
В соответствии с основными требованиями к питанию, введены дополнения к постановке задачи оптимизации суточного рациона, т.е:
1. Количество ву не определять заранее, а пользоваться их соотношением 1:1,2:4,6. Для этого определим необходимое долевое участие усваиваемых веществ ву.
белки: а. --------\-------= 0 147; жиры: а< -----------Ы------= 0,176!
1 + 1,2 + 4,6 1 + 1,2 + 4,6
углеводы: а. ---------4^6-----= 0 677.
1 + 1,2 + 4,6
_р ___ п 3
ДЭ а3 =а'3 ТарХг - аЖТарХг '
У "=1 .7=1
И ограничения (5) записывается в виде:
п 3
і=1 і~\ ./=1
или
п / 3 ^ (9)
I ар ~а^ар Хі>0-
2=1 V
С целью подготовки исходной информации к конкретным расчетам необходимо определить коэффи-
3
циенты а:=а..-а.Уа..-
V V 3 V }=1
Это означает, что нужно значения, приведенные в табл. 1 (столбцы чисел 1,2,3), заменить следующим образом:
В первом столбце (белки):
а*п = ап — 0,147 ал + ап + ав . (10)
Во втором столбце (жиры):
а-2=аг2-0,\76 ап+аг2+аг3 . (11)
В третьем столбце (углеводы):
агз=аг3 -0,677 ап+а12+а13 . (12)
Например, ац = 5,1 (см. табл. 1),
тогда ап - 6,9-0,147 5,1 + 1,0 + 42,5 --0,2442.
Аналогично рассчитываются все другие значения а* (по формулам (10-12)).
2. Ограничения по энергетической ценности в расчёте на 4-разовое питание:
Можно и разбить на 4 составляющих щ'+щ'+иэ'+щ*, где и* и2*: из: щ* = 0,15:0,25:0,40:0,20 .
В качестве и* можно принять установленную по результатам экспериментальных исследований и из литературных источников величину и*= 5500 ккап.,
тогда щ = 0,15-5500 = 825; иг = 0,25-5500=1375; из = 0,4-5500=2200; и4* = 0,2-5500=1100.
В этом случае ограничение (6) заменяется четырьмя неравенствами, каждое из которых соответствует одному приёму пищи.
Чтобы записать эти ограничения, нужно перейти от переменных х, к новым переменным. х,к - количество ко продукта, употребляемого в к-й приём пищи (к=1 - первый завтрак; к=2 - второй завтрак; к=3 - обед; к=4 - ужин).
Таким образом, ограничения по энергетической ценности рациона имеют вид:
п
>к;,к=1,2,3,4. (13)
2=1
В связи с переходом к новым переменным, требуется внести изменения в (4) и (9):
Найти
п 4
тш1Е
СгХгк
2=1 к=1
при ограничениях:
п 4
1>21 о„-0.1472
1=1 к=1 у j=l
п 4 ( 3
2) ЕЕ ап -0,1762
;=1 к=1 ^ 7=1
п 4 ( 3
3) ЕЁ »п-0,6772
2=1 к=1
\
і=і )
ъ Л
м У
•2 Л
х >0 (побелкам);
X >0 (по жирам);
аУ-м )
> о (по углеводам);
п
4) У их >825 (по энергетической ценности 1-го завтрака);
/ у 2 г'1
2=1 П
5) 1«Л2 >1375 (по энергетической ценности 2-го завтрака);
2=1
П
6) У и х >2200 (по энергетической ценности обеда);
2 2 3
2=1
П
7) 2>.х4 >1100 (по энергетической ценности ужина).
(14)
2=1
Таким образом, имеем линейную целевую функцию и систему линейных ограничений. Данная задача решена на компьютере с помощью симплекс-метода, который реализован в пакете программ «ЭТЛТОРДР».
При этом были рассчитаны суточные нормы питания на одного лесного пожарного. Суточные нормы питания и калорийность на одного лесного пожарного представлены в табл. 2.
При использовании сухого пайка необходимо включить в состав его специальные обработанные продукты, не требующие кулинарной обработки и дополнительные биологически активные вещества. Сухой паёк предназначается для индивидуального использования и должен удовлетворять следующим требованиям: быть пригодным для употребления без какой-бы то ни было обработки; по составу соответствовать привычной пище пожарного; содержать минимальное количество воды; иметь защитную воздухо- и влагонепроницаемую упаковку; каждая затаренная единица должна соответствовать одному приему пищи или одному блюду; пищевая и энергетическая ценность сухого пайка должна обеспечивать покрытие среднесуточных энергозатрат; биологическая полноценность сухого пайка должна обеспечиваться за счет сохранения в нем природных биологических свойств продуктов, а также дополнительного включения комплекса биологически активных веществ (витамины, микроэлементы и др.).
Таблица 2
№ п/п Наименование продуктов Кол-во на 1 чел. в Кол-во усваиваемых веществ, г Кол-во калорий,
сутки, г Белки Жиры Углеводы ккал.
1 2 3 4 5 6 7
1 Мясо тушеное (говядина тушеная, свинина тушеная, мясо в белом соусе и др.) 340 51 68 1,2 851,5
2 Колбаса сырокопченая (сало)* 100 20,4 37,4 - 431
3 Консервы рыбные в масле 125 3,75 58,3 1,4 156,3
4 Масло сливочное (топленое)* 80 0,64 39,1 0,3 695
5 Сыр 50% жирности 50 9,0 12,0 1,3 189,5
6 Крупа (гречка, рис, овсянка и др.), или 150 10,0 1,4 109,2 501
макаронные изделия, или 150 14,0 1,2 106,4 504
картофель, овощи 300 5,1 - 60,0 258
7 Молоко сгущенное с сахаром 80 5,44 6,64 42,8 259,2
8 Карамель с начинкой 20 - - 20 60
Окончание табл. 2
1 2 3 4 5 6 7
9 Сахар-рафинад, сахар-песок 50 - - 49,9 200
10 Хлеб пшеничный 500 31,7 2,3 253,3 1085
11 Сухари пшеничные (галеты, пряники) 100 10,5 1,2 68,5 335
12 Лук репчатый (чеснок, специи) 50 1,0 - 3,5 21,2
13 Соль пищевая 20 - - - -
14 Чай «Майский» и др. 20 - - 3,0 12,0
15 Какао-порошок с молоком и сахаром 20 3,6 3,0 2,7 89,5
16 Кетчуп «Ассорти» 50 0,4 - 1,6 8,20
17 Соки плодовые и ягодные 200 0,6 220 мл калия 24,0 120
18 Шоколад* 50 3,5 20,0 22,1 275
19 Фрукты свежие или изюм, курага и др.* 200 50 0,6 2,4 - 23,0 35,5 115,5
20 Поливитамины «Компливит», «Ундевит» и др. 1 шт. Витамины А,В,С,Е и др. микроэлементы
Итого 2130 153 250 633,4 5405
Примечание. * - продукты могут быть заменены по желанию работающих на равноценные.
В условиях повышенных температур для работающих важно сохранить водный баланс организма. В процессе теплоотдачи, которая происходит, главным образом, в виде потоотделения, терморегуляция организма значительно ухудшается, что приводит к большим потерям воды и минеральных солей. При неблагоприятных условиях потеря жидкости организмом может достичь 8-10 дм3 за смену, в т.ч. 60 г поваренной соли. Следует знать, что при увеличении интенсивности потери воды организмом восполнение потерь сокращается, при потере воды 20 г/ч восполнение происходит на 95%, при 500 г/ч - на 75%, при 750 г/ч - на 50%. Потеря же 2% жидкости (1,5 л) для человека массой в 70 кг соответствует потере работоспособности на 20%, 4% - 40%, 10% - может привести к летальному исходу, так как обеднение организма водой вызывает сгущение крови, нарушение деятельности сердечно-сосудистой системы, питания тканей и органов. Соблюдение рационального питьевого режима является важным условием обеспечения выносливости лесных пожарных. Количество выпиваемой жидкости зависит от метеоусловий на рабочем месте и индивидуальных особенностей человека. Для здорового человека в климатических условиях средней полосы оно должно составлять 2-2,5 л, а при повышенной температуре окружающей среды - до 3,5 л. При механизированном и тяжёлом труде в жару (от +39 ... - 40 °С и выше) количество потребляемой жидкости увеличивается до 6-8 л в сутки; при менее высокой - до 4 л. При выполнении тяжёлой физической работы чувство жажды притупляется и трудно определить потерю воды организмом, поэтому рекомендуется пить воду во время работы до появления чувства жажды. Чувство утоления жажды обычно наступает через 10-15 мин после приёма жидкости, поэтому в условиях повышенных температур, при усиленном потоотделении, утолять жажду лучше несколькими глотками воды (150-200 г) с кратковременными промежутками (10-15 мин). При индивидуальном режиме потребления жидкости следует руководствоваться общим самочувствием, работоспособностью и степенью нагретости кожи. Если кожа сухая и тёплая - необходимо увеличить приём жидкости; если пот течёт по телу каплями - надо пить меньше; если кожа под одеждой влажная и сухая - режим питья можно считать правильным. Питьевая вода должна иметь температуру не выше +20°С и не ниже +7°С, оптимальной считается температура воды от +8°С до +12°С. Тем, кто сильно потеет и испытывает постоянную жажду, можно до завтрака съесть 5-10 г соли и запить её водой до полного утоления жажды, однако избыточное потребление соли также вредно. При напряженной физической работе в условиях повышенной температуры окружающей среды резко повышается потребность в витамине С, источником которого являются овощи, ягоды фрукты, поэтому более эффективной для утоления жажды является подкисленная вода с добавлением органических кислот (лимонной, клюквенной), можно употреблять минеральную воду для полоскания рта.
На основании вышеизложенного можно заключить, что работающие на тушении лесных пожаров в течение суток затрачивают энергии от 21500 до 22900 кДж (от 5100 до 5500 ккал). В связи с этим, суточные нормы питания и калорийность продуктов рассчитаны из средних энергозатрат лесных пожарных на выполнение различных видов лесопожарных работ. Предложенные нормативы питания лесных пожарных сбалансированы, т.е. составлен такой рацион, когда соотношение белков, жиров и углеводов по граммам сле-
дующее: 1 : 1,2 : 4,6. В рацион питания лесных пожарных включены разнообразные продукты, включая белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, микроэлементы и витамины в соответствующих сочетаниях и количествах. В условиях тушения лесных пожаров обоснованным и физически выгодным считается 4-разовое питание, которое создает равномерную нагрузку на органы пищеварения и обеспечивает наиболее полную ферментативную обработку. Суточное распределение рациона в процентах рекомендуется следующее: 1-й завтрак - 10-15%; 2-й завтрак - 25-30%; обед - 40-45%; ужин - 15-20%. Распределение питания по времени должно осуществляться в зависимости от конкретных условий, но в определенные промежутки времени. При тяжелом труде количество потребляемой жидкости на одного лесного пожарного составляет 6-8 л в сутки.
Проект нормативов питания лесных пожарных рассмотрен на ученом совете ФГУ «ВНИИПОМлесхоз», прошел производственную проверку в региональных авиабазах и был отправлен для утверждения в Агентство лесного хозяйства Российской Федерации.
Литература
1. Головина, И.А. Снижение веса (методические рекомендации) / И.А. Головина. - Красноярск, 1999. - 21 с.
2. Коломийцев, Ф.М. Профилактика преждевременной старости / Ф.М. Коломийцев. - М.: Медицина, 1964. -98 с.
3. Классификация основных видов работ и профессий по степени вредности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса в лесном хозяйстве. - М., 1997. - 140 с.
4. Гигиенические критерии оценки и классификации условий труда по показателям вредности и опасных факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса. - М.: Агрохим, 2000. -162 с.
