劳动过程对人体的影响.ppt

第二章劳动过程对人体的影响与劳动强度 本章内容提要 体力劳动时的能量消耗体力劳动时人体的调节与适应劳动强度等级的划分 提问 人为什么能进行各种各样的运动 体力劳动 肌肉生理学 肌肉 运动的动力 关节 运动的枢纽 骨骼 运动的杠杆 人体肌肉基本知识 人体全身有639块肌肉 400多条骨骼肌 约由60亿条肌纤维组成 成对分布在身体两侧 肌肉通过腱与骨节联结在一起 肌肉收缩产生运动 肌肉的运动 唯一的运动是收缩和变短 肌肉的新陈代谢 肌肉收缩需要的能量 糖 脂肪 蛋白质 食物 2 1体力劳动时的能量消耗 一 人体能量的产生机理 人体摄取食物 ATP H2O ADP Pi 29 3kJ mol 补充ATP的过程称为产能 产能的三种途径 1 磷酸原供能系统 ATP CP供能系统 ATP CP系列提供能量的速度极快 但由于磷酸肌酸 CP 在人体内的贮量有限 产生的能量只能供肌肉进行大强度作业时维持6 8秒钟 因此在要求能量释放速度很快的情况下 肌细胞中的ATP由这种方式产生的 例如 训练有素的短跑运动员的跑百米 举重运动员举杠铃的的爆发力就是通过这种方式提供能量的 2 乳酸供能系统 糖酵解 Glycolysis 供能系统 一般大强度作业6 8秒时 糖酵解供能系统被激活 乳酸是一种致疲劳性物质 这种供能的过程不可能持续较长时间 糖酵解供能系统在30 60秒时糖酵解速度最大 糖酵解供能系统所产生的能量可供肌肉收缩1 3分左右的时间 特点 乳酸逐渐扩散到血液后 一部分排出体外 一部分在肝 肾脏内又合成糖原 在食物营养充足 合理的条件下 经过休息 可以较快的合成为糖原 例如 800米以下的全力跑 短距离冲刺都是通过这种方式供能 3 需氧供能系统 有氧代谢供能系统 有氧氧化系统 例如 5000米以上的跑步 1500米以上的游泳 慢跑 交谊舞 自行车 太极拳等活动是通过有氧代谢供能系统来供能的 在中等劳动强度条件下 能量需求速度不太大时 ATP是通过糖和脂肪的氧化磷酸化合成予以补充的 即 特点 中等劳动强度条件下 供能时间长 二 作业时氧消耗动态 氧需 单位时间所需要的氧量 氧上限 血液在单位时间内能供应的最大氧量 氧债 氧需与供氧量之间的差值 补偿氧债 停止工作后 肌体还需消耗较多的氧以补偿氧债 1 氧需与氧上限 作业时氧需能否得到满足主要取决于血液循环系统功能 其次是呼吸系统的功能 成年人的氧上限一般不超过3L min 锻炼有素者可达4L min多 2 氧债与补偿氧债 补偿氧债的作用 重新储备劳动时消耗的能量物质及清除肌肉和血液中积累的乳酸 氧消耗动态 a 中等劳动强度 b 大强度作业 3 动态作业与静态作业 肌张力 作业时 肌肉的收缩力称为肌张力 负荷 物体作用于肌肉的阻力称为负荷 等张收缩 肌张力与负荷平衡而使肌张力保持不变的肌肉收缩称为等张收缩 动态作业 以等张收缩为主的作业称为动态作业 又称动力作业 如运用关节活动的作业属于动态作业 等长收缩 当人的躯体和肢体维持某种姿势或体位 并运用肌张力将负荷支撑在某一位置时 肌纤维长度不变 这种肌肉收缩称为等长收缩 静态作业 肌肉以等长性收缩为主的作业称为静态作业 又称静力作业 静态作业的基本特征 能量消耗水平不高却容易疲劳 结论 在工作中要尽量减少静态作业成分 1 操作的熟练程度越高 不必要的静态作业成分越少 2 通过动作分析和改革工具 改进操作方法 可以大幅度地减少不必要的静态作业成分 作业时每一个有目的的动作 既取决于中枢神经系统的调节作用 又取决于从肌体内外感受器所传入的各种神经冲动 在大脑皮层内进行综合分析 形成一时性共济联系 调节各器官适应作业活动的需要 维持肌体与环境的平衡 2 2作业过程中人的生理变化特征 一 体力作业过程中机体的调节与适应性变化 1 神经系统 大脑皮层 的调节与适应 长期在同一环境中从事同一项作业 通过复合条件反射逐渐形成一种对该项作业操作的自觉习惯的逻辑平衡潜意识 称为动力定型 Dynamicstereotype 习惯性动作 大脑皮层对定型化刺激形成的反应系统 即连锁式的条件反射系统 老爷叫 见面 训斥 发怒 打 痛 发抖 害怕 动力定型的形成分三个阶段 第一阶段是兴奋过程扩散 培养动力定型的初期阶段 主要是通过指导教师的讲解 操作示范和自己的实践 获得一种感性认识 对内在规律没有完全理解 这时条件反射暂时建立不起来 在操作上表现为动作僵硬 肌肉不协调 无效动作多 操作费力 第二阶段的特征是兴奋过程逐渐集中 通过反复练习和教师指导 对操作的内在规律有了初步理解 大部分错误动作得到纠正 多余动作逐渐消除 能够连贯地完成整套技术动作 这时初步建立了动力定型 所建立的动力定型不稳定 一旦遇到新的刺激 精神紧张 多余动作和错误又会重新出来 第三阶段的特征是动力定型的巩固 完善和自动化 经过一定时间的反复训练 条件反射得到巩固 大脑皮层的兴奋与抑制在时间和空间上的联系更加集中和精确 这时动作准确 姿势优美 失误率减到最小限度 出现不必有意识控制而作出动作 即使有新的刺激 技术动作也不易被破坏 表现为操作轻松省力 总结 1 动力定型不仅能提高作业能力 还会使机体各器官从作业一开始就去适应作业需要 使操作协调 轻松 反应迅速 能量消耗经济 2 动力定型建立时比较困难 一旦建立 对提高作业能力极为有利 因此应积极利用神经系统的这一特性 设法建立良好的动力定型 3 建立动力定型应循序渐进 注意节律性和重复性 体力劳动对大脑皮层活动的影响 1 大强度活动 兴奋性下降 2 中 轻度活动 反射性良好 3 长期不参加活动 动力定型退化 2 心血管系统的调节与适应 1 心率在作业开始后30 40秒内心率迅速增加 然后缓慢上升 一般经4 5分钟后便可达到与劳动强度相适应的稳定水平 一般正常人心脏输出量的增加 主要靠增加心率的方式来产生 经常锻炼的人 其心脏输出量的增加则主要靠增加每搏输出量 对于一般人 作业时的心率未超过其安静时心率40次时 则可胜任该项作业 安静时心脏每搏输出量 40 70毫升 大强度作业时心脏每搏输出量 150毫升 2 血压舒张压 80mmHg 和收缩压 120mmHg 脉压增大或维持不变 是体力劳动可以继续有效进行的标志 脉压 收缩压 舒张压 3 血液再分配 心肌的比例未变 但血量增加4 5倍人脑的血量维持不变或稍有增加 安静状态 血液流入肾 肝 胃 肠和脾等内脏器官的量最多 肌肉和脑 心 皮肤 脂肪 和骨 体力劳动时 肌肉的血量增多 85 内脏 肾 皮肤和骨的血量有所减少 4 血液成分 机体血糖含量的变化 血液中乳酸含量的变化 当血糖降至正常含量的一半 50mg 100mL 时 即表明糖原贮备耗竭而不能继续作业 安静时 血液中乳酸含量为10 15mg 100mL 中等强度作业 开始时乳酸略有增高 其后基本维持不变 较大强度作业 乳酸含量可增加到100 200mg 100mL或更高 安静时 机体血糖含量为100mg 100mL轻度劳动 血糖含量不变 中等劳动 血糖含量高 大强度劳动 持续时间长 出现低血糖 3 呼吸系统的调节与适应 作业时 呼吸的频率随作业强度的增强而增加 重强度作业时可达30 40次 分 极大强度作业时可达60次 分 肺通气量也由安静时的6 8L min增加到40 120L min以上 锻炼有素者的肺通气量增加主要靠增加肺活量来适应 一般作业者则靠加快呼吸频率来适应 4 排泄系统 1 肾脏正常条件下每昼夜排尿量为1 1 8L 体力劳动后尿量减少 尿量减少50 70 尿液成分随着劳动强度的变化也有较大的变化 安静时肾脏每小时排出乳酸约20mg 作业时可排出乳酸100 1300mg 2 汗腺具有调节体温和排泄代谢产物的双重功能 体力劳动时汗液中的乳酸含量增多 一般可以用每小时的排汗量来衡量劳动强度的大小 5 体温 体力劳动后一段时间内 体温略有升高 这种升高 有利于全身各器官系统活动 正常作业时体温不应超过安静时体温1 超过这一限度 人体不能适应 作业也不能持久 二 脑力劳动与神经紧张型作业的生理变化特点 脑的氧代谢较其它器官高 安静时约为等量肌肉氧耗量的15 20倍 占成年人体总耗氧量的10 脑力劳动时心率减慢 但特别紧张时 心跳加快 血压上升 呼吸频率提高 脑部充血 而四肢及腹腔血液减少 脑力劳动时 脑电图的频率加快 葡萄糖是脑细胞活动的最主要能源 靠血液输送葡萄糖 通过氧化磷酸化过程来提供能量 2 3人体的能量代谢 一 能量代谢的概念 Energymetabolism 人体内的能量产生 转移和消耗 称为能量代谢 能量代谢按机体所处的状态分为三种 维持生命所必须的基础代谢量 安静时维持某自然姿势时的安静代谢量和作业时的能量代谢量 1 基础代谢率 BasalMetabolicRate 在室温20oC条件下 被试者处于清醒 空腹 食后10小时以上 安静卧床时 在单位时间 单位体表面积上所消耗的能量 称为基础代谢率 kJ m2 h 我国正常人的基础代谢率的平均值 kJ m2 h 2 安静代谢率 ReposeMetabolicRate 机体为了保持其各部位的平衡及某种姿势 在单位时间 单位体表面积上所消耗的能量称为安静代谢率 通常以常温条件下基础代谢率的120 作为安静代谢率 并记为R R 1 2B 3 能量代谢率 EnergyMetabolicRate 人体进行作业或运动时 在单位时间 单位体表面积上的总能量消耗称为能量代谢率 记为M 能量代谢率的大小与劳动强度直接相关 它是计算作业者一天的能量消耗和需要补给能量的依据 也是评价劳动强度合理性的重要指标 4 相对代谢率 RelativeMetabolicRate 劳动强度不同 所消耗的能量不同 但由于作业者个体的体质差异 即使是同样的劳动强度 不同作业者的能量代谢率也不相同 为了消除作业者之间差异因素 常采用相对代谢率指标来衡量劳动强度 相对代谢率记为RMR M RMR 1 2 B 二 能量代谢的计算 R 1 2B 我国人体表面积的常用计算式 体表面积S m2 0 61 身高h m 0 0128 体重G kg 0 1529 基础代谢量 kJ h 基础代谢率 kJ m2 h 身体表面积 m2 M RMR 1 2 B 例 某男子身高1 7m 体重70Kg 基础代谢率的平均值约为158 7kJ h m2 连续作业70min 当RMR 4时 试问能量消耗量是多少kJ 作业时增加的代谢量为多少kJ 单位时间的能量消耗量 基础代谢量 1 2 RMR 基础代谢率平均值 体表面积 1 2 RMR 158 7 0 61 1 7 0 0128 70 0 1529 1 2 RMR 158 7 1 7801 1 2 4 1469 kJ h 24 48 kJ min 70min连续作业时的能量消耗量为 24 48 70 1713 84 kJ 基础代谢量158 7 0 61 1 7 0 0128 70 0 1529 282 5kJ h 4 71kJ min作业时增加的代谢量 RMR 基础代谢量 作业延续时间 4 4 71kJ min 70min 1318 8kJ故该男子连续作业70min的能量消耗量是1713 84kJ 作业时增加的代谢量是1318 8kJ 解 三 能量代谢的测定方法 1 直接测量法在绝热室内 通过热量计测定流过人体周围的冷却水温升 然后换算成代谢率 2 间接测量法测定人体氧消耗量 再乘以氧热价 换算出能量代谢率 1 卡价 1克供能物质氧化时所释放出的能量称为该物质的卡价 人体的供能物质有 糖 脂肪和蛋白质等 例如 1克糖平均产生热量17 4kJ 1克脂肪平均产生热量39 8kJ 1克蛋白质在体外燃烧产生23 4kJ 在体内不完全氧化时只产生18kJ 其余5 4kJ的热量是以尿素形式排泄到体外继续燃烧时产生的 2 氧热价 物质氧化时 每消耗1升氧所产生的热量称为物质的氧热价 例如 1克糖完全氧化消耗约0 83升氧 根据1克糖的热价 17 4kJ g 可以算出每消耗1升氧可产生20 9kJ的热 即糖的氧热价为20 9kJ L 3 呼吸商 人体在同一时间内产生的CO2量与消耗的O2量的比值 一般混合食物的呼吸商约为0 80左右 通常以混合食物每消耗1升氧产生17 94kJ的热量 氧热价 近似计算能耗 解 1 求单位容积的耗氧量 每升空气的耗氧量为 20 93 16 23 1000mL 47mL 2 求单位时间的耗氧量 47mL L 5L min 235mL min 即单位时间的耗氧量为0 235L min 3 求能耗 按氧热价17 94kJ L计算 每分钟能耗为 0 235 17 94 4 22kJ 每小时能耗为 4 22 60 253 2kJ 例2 某受试者在安静状态下 呼出气体的容积百分比为 O2 16 23 CO2 4 23 呼出气量为5L min 标准状态下空气的组成为 O2 20 93 CO2 0 03 N2 79 04 求受试者的能量消耗 解 本例也可按呼吸商计算 CO2呼出量 4 23 0 03 5L min 210mL min呼吸商RQ 210 235 0 89 氧热价为20 56kJ 能量消耗为 0 235L min 20 56kJ L 4 83kJ min 289 80kJ h 例2 某受试者在安静状态下 呼出气体的容积百分比为 O2 16 23 CO2 4 23 呼出气量为5L min 标准状态下空气的组成为 O2 20 93 CO2 0 03 N2 79 04 求受试者的能量消耗 表2 6非蛋白呼吸商的氧热价表呼吸商氧化的百分比 氧热价 kJ L 糖脂肪0 711 198 919 640 7515 684 419 840 8033 466 620 100 8550 749 320 360 8964 235 820 560 9067 532 520 61 4 通过作业者O2耗量可以换算出相对代谢率 能量代谢的测量 2 3 1测量氧耗 氧用来代谢摄入的食物并释放能量 对于较典型的食量 1L的氧大约可以释放5Kal的能量 因此通过测量氧耗可以直接测量能耗 测量步骤 1测量单位时间内吸入的气体量 2空气中氧的含量占21 可以确定吸入的氧量 3测量单位时间内呼出的气体 并进行采样 分析 确定样本中氧的比例 4通过测量可以确定单位时间内消耗的氧 氧耗与能耗有直接关系 但在实际生产中测量过于复杂 经证明 在氧耗和心率之间有一个线性关系 且心率的测量很容易实现 因此往往用心率来估算氧耗然后转换成能耗 2 3 2测量心率 3个需要注意的问题 心率与氧耗之间的线性关系对不同的人是不一样的 身体条件越好 最大有氧能量越强 在一定心率时 氧耗越大 正常人心率75次 min 运动员60次 min 当心脏的每搏心输出量稳定后 即劳动强度在人的最大载荷的40 左右时 用这时的心率来测定氧耗比较可靠 因此中等体力劳动时的心率用来测量氧耗是最准的 心率会受到劳动强度以外的其它因素的影响 比如情绪上的压力 疲劳等 而此时氧耗可能并没有发生变化 2 4劳动强度等级的划分 能反映体力劳动强度的生理参数 心率 血压 血乳酸含量 能量代谢 耗氧量 排汗量和体温 能在生产现场中应用的参数 心率 能量代谢和耗氧量 体力劳动强度的生理评价指标 2 4劳动强度等级的划分 劳动强度是指作业者在生产过程中体力消耗及紧张程度 劳动强度不同 单位时间人体所消耗的能量也不同 从劳动生理学方面来看 以能量代谢为标准进行分级是比较合适的 这种分级法可以把千差万别的作业 从能量代谢角度进行统一的定义 目前 国内外对劳动强度分级的能量消耗指标主要有两种 相对指标 即相对代谢率RMR 该指标在国外应用比较普遍 目前在我国已开始使用 绝对指标 如8h的能量消耗量 劳动强度指数等 2 4劳动强度等级的划分 一 以氧耗 心率等指标分级 根据研究表明 以能量消耗为指标划分劳动强度时 耗氧量 心率 直肠温度 出汗率 乳酸浓度和相对代谢率等具有相同意义 典型代表是国际劳工局1983年的划分标准 它将工农业生产的劳动强度划分为6个等级 见表2 6 p35 2 4劳动强度等级的划分 二 以相对代谢率指标分级用作业时的相对代谢率指标评价劳动强度标准的典型代表是日本能率协会的划分标准 它将劳动强度划分为5个等级 如表2 7所示 p36 作业的RMR越高 规定的作业率应越低 一般 RMR 2 7适宜的作业 RMR4的作业不能连续进行 RMR 7的作业应实行机械化 2 4劳动强度等级的划分 三 以能耗量指标分级不同劳动强度的能耗量与相对代谢率指标对照资料见下表 该资料为日本劳动研究所发表 2 4劳动强度等级的划分 我国于1984年颁布了体力劳动强度分级标准 GB3869 83 该标准以劳动强度指数分级 1997年重新确定标准 GB3869 1997 代替GB3869 83 标准规定了体力劳动强度分级的划分原则和级别 是劳动安全卫生和管理的依据 1 定义本标准采用下列定义 1 能量代谢率energymetabolicrate M 2 劳动时间率workingtimerate T 3 体力劳动性别系数sexcoefficientofphysicalwork S 4 体力劳动方式系数waycoefficientofphysicalwork W 5 体力劳动强度指数intensityindexofphysicalwork I 四 以劳动强度指数分级 单项劳动能量代谢率计算如下 每分钟肺通气量3 0 7 3L时采用式 1gM 0 0945x 0 53794每分钟肺通气量8 0 30 9L时采用式 lg 13 26 1 164