手疲劳对人的动作稳定性的实验.doc

研究生人体工效学实验研究生人体工效学实验 课程设计课程设计 手疲劳对人的动作稳定性的实验手疲劳对人的动作稳定性的实验 学 号 姓名班级 成绩 SY1110126王泽华SY11101 指导老师 柳忠起 2012 年 1 月 6 日 生物医学信号处理实验报告 第 I 页 I 摘要摘要 人类的手十分灵巧 可以完成各种各样的任务 手的灵巧性也使得手成为 人体 使用最为频繁的部分之一 并且能提供最有效的完成复杂工作的方式 因此 手在日 常得生活工作中也就承担了相当大的工作量 同时 手的效能对实际工作的效率以 及结果的好坏都有着极为重大的影响 而已有的研究已经证明手在频繁的繁重的工作 中极容易产生疲劳 而疲劳不仅会导致受的工作效率大大下降 而且极容易造成意外 损伤 此外 其稳定性也会大打折扣 致使工作质量下降 本文主要研究疲劳后手的 稳定性是否会出现显著的下降 通过实验表明在大量运动后手部发生疲劳 疲劳以后的手的稳定性会有显著下降 对于工作的效果会有极大的影响 因此 在一段时间的工作后应当进行适度的休息以 避免疲劳工作导致的功效下降甚至手部受伤 目前常用的缓解疲劳的方式有热敷 按 摩等 对于手部运动较多的工种应适当考虑采用 关键词 手 疲劳 稳定性 下降 生物医学信号处理实验报告 第 II 页 II 目录目录 摘要摘要 I 目录目录 II 一 引言一 引言 1 1 手的功能 1 2 疲劳 1 2 1 疲劳的定义 1 2 2 疲劳产生原因 2 2 3 疲劳的判断 2 二 对象和方法二 对象和方法 4 1 对象 4 2 方法 4 3 试验设备及使用方法介绍 4 三 三 实验结果 实验结果 7 1 九洞仪试验 7 2 凹槽平衡试验仪 8 四 四 实验结果分析实验结果分析 9 五 五 结论结论 11 致谢致谢 11 参考文献 参考文献 12 生物医学信号处理实验报告 第 1 页 1 一 引言一 引言 1 手的功能 手的功能 手是人体上最有特色的器官之一 科学家认为 手是使人能够具有高度智慧的 三大重要器官之一 其余两个器官是可以感受到三维空间的眼睛和能够处理手眼传 来的信息的大脑 在 400 万年的进化史中 人类的手逐渐演变成 了所能创造出的 最完美的工具 人类的手十分灵巧 可以完成各种各样的任务 如非握持功能 握持功能和感觉功能等 非握持功能是指用整个手或个别手指做推 提 勾 压等动 作 如拳击 拎皮箱 叩击 包括打字 弹琴 等 握持功能是指将所要拿或抓的物 体握在手里 握持又可分为强力握持和精细握持两种 如手拿榔头等工具是属于强力 握持 手拧小螺丝 执笔写字 拿筷子等动作是属于精细握持 手的不同功能发挥的来 源于手的感觉 当手握持某一物体时 手能够确切知道被握持的物品的形状 大小 重量 冷热等信息 另外人类的手指 也是十分灵敏 可以感觉到振幅只有 0 00002 毫米的振动 可以说是人类的第二副眼睛 没有感觉的手是 盲手 一个没有感觉 功能的手 在日常生活中就会感觉非常不方便 无法完成某些动作 甚至会受到伤害 如在光线黑暗的情况下很难用钥匙开门 也容易被烫伤或冻伤 所以手的感觉功能和运 动功能同样重要 手的灵巧性也使得手成为 人体使用最为频繁的部分之一 并且能提供最有效的完 成复杂工作的方式 因此 手在日常得生活工作中也就承担了相当大的工作量 同 时 手的效能对实际工作的效率以及结果的好坏都有着极为重大的影响 1 而已有的 研究已经证明手在频繁的繁重的工作中极容易产生疲劳 而疲劳不仅会导致受的工作 效率大大下降 而且极容易造成意外损伤 此外 其稳定性也会大打折扣 致使工作 质量下降 2 疲劳 疲劳 2 1 疲劳的定义疲劳的定义 疲劳是机体生理过程不能持续其机能在一定的水平上 或不能维持预定的运动强度 是 生物医学信号处理实验报告 第 2 页 2 一种由于活动使工作能力及身体机能暂时降低的现象疲劳的产生是一个十分复杂的过 程 2 目前人们对疲劳的产生机理仍未达成一致看法 既然疲劳产生是无法避免的生理 现象 那么对运动员的训练来说 恢复手段的采用与实施就有了一个十分重要的位置 经 常采用的方法有生物学方法和心理学方法 对运动员疲劳产生的原因和运动员疲劳恢复 的进行分析和探讨 针对运动员疲劳产生的原因 提出运动员疲劳恢复的方法和手段 2 2 疲劳产生原因疲劳产生原因 自人们研究人类疲劳开始各国学者从不同角度和层次探索疲劳产生的原因和分类 大致说来 疲劳可分为心理性和生理性的 心理疲劳主要表现为行为的改变 生理性疲劳 又分为中枢疲劳 神经肌肉接点疲劳和肌肉疲劳运动性疲劳应是身心的生理变化 是由 多种因素引起的一个复杂过程 目前关于运动性疲劳产生的原因众说纷纭 归纳起来主 要有一下几种 能源物质的消耗有一些学者认为疲劳产生是因为体内能源物质消耗竭尽 有机体运 动过程中其能量的主要来源于糖 脂肪 蛋白质的有氧代谢和无氧代谢随着运动负荷的 加大 机体能源物质消耗增多长时间运动使血糖浓度大幅度降低 有机体各器官系统的 功能下降 机体不能维持预定强度 出现了疲劳 乳酸堆积另外一些学者机体进行大强度运动时 其无氧代谢产生的代谢物乳酸等在 运动肌中大量堆积使肌活动发生障碍 细胞内 PH 值下降致使细胞内酸中毒 进而抑制糖 酵从而产生疲劳 机体内环境变化长时间激烈运动 机体内部环境的物理化学变化致使皮层下中枢的 协调功能紊乱 引起某些内脏器官的系统的功能下降 肌肉力量下降肌肉兴奋性及活动 性下降 工作效率降低 当这几个因素变化达到一定程度时机体出现衰竭产生了疲劳 3 中枢神经失调这种学说认为人体连续从事负荷的运动可使大脑皮层的兴奋与抑制 过程之间的均衡性遭到破坏 造成过度兴奋或过度抑制 破坏了原有的动力定型 导致皮 层下功能发生紊乱 引起器官和系统功能失调 疲劳发生的部位疲劳发生在中枢神经系统和外周部分 分为神经肌肉接点和肌纤维 的疲劳 两者同时存在看来从大脑皮质到肌纤维的每个环节都可以发生疲劳在不同性质 的工作不同性质的实验条件首先及主要产生疲劳的部位可能是不同的 4 生物医学信号处理实验报告 第 3 页 3 2 3 疲劳的判断疲劳的判断 在运动训练中找到比较灵敏和客观的指标来判断运动员是否疲劳对科学合理指导 运动训练和比赛有着十分重要的意义 评定疲劳的指标和方法很多 在对北京高校田径 足球 篮球教练员和运动员的调查后 我们可以把疲劳的表现分为以下三种 运动员的感觉 每次训练后稍有疲劳和肌肉酸痛是正常的一般来说经过休息后症状自然消除 但如 果感到精神不振 厌烦训练 无力 困倦气短 胸部憋闷等不良现象 要引起运动员的注意 可能是运动性疲劳的出现 教练员的观察 教练员中如发现运动员动作僵硬 错误增多动作幅度速度减小思想不集中或厌烦运 动成绩下降 这可能是运动员发生了疲劳 教练员应及时调整运动量以便有足够调整恢 复时 生理指标的变化 生理学指标有 根据体重变化和下肢围度测量可以作为判断疲劳的指标 大运动量 训练后肌肉内代谢产物增多 神经疲劳致使肌纤维募集减少 肌力下降 用握力计背 力计可以作为测定运动员疲劳产生的工具 测定反应神经机能的一系列指标可以判断人 体疲劳 具体说来有反应时 血压体位反射和皮肤空间阈等 生物化学指标主要有血红蛋 白 血乳酸 尿蛋白和血尿素氮等 5 一般都是根据项目特点和实际测试条件选择指标 通常是在训练不同时段 训练后 第二天清晨取样测定 生物医学信号处理实验报告 第 4 页 4 二 对象和方法二 对象和方法 1 对象 对象 被试者为北航生物与医学工程学院研一学生7名 男生5名女生2名 年龄在22 24 岁之间 230 3岁 平均体质量 68 23 15 37 kg 平均身高 174 3 9 98 cm 纳入 条件 受试者优势侧下手部无受伤史及手术史 优势侧手部最近未出现无疼痛 实验地点与时间 为防止不必要干扰 实验选择在上午被试者未进行过多运动及工作时进行 于 2012年3月5日上午10时在北航逸夫楼304实验室实施 2 方法 方法 使用九洞仪和凹槽平衡试验仪来测量手的稳定性 首先令被试者进行五组九洞仪 和凹槽平衡试验仪的测试以熟悉实验仪器 熟悉后测试三组数据并记录错误次数和试 验时间 以每组两者的乘积作为衡量手稳定性的指标 之后进行疲劳运动 疲劳后 再分别进行三组九洞仪与凹槽平衡试验仪测试 同样记录错误次数和用时 肌肉疲劳方法 使用握力计 进行持续反复的握力运动以达到疲劳的目的 疲劳标准 首先令被试者每隔五分钟进行一组握力实验 使出最大值 共实施4组 每组3次 记录其中最大值 MVC 之后持续反复握力 待连续三次出现握力低于MVC的50 时认为被试者已经达到疲劳 6 3 试验设备及使用方法介绍 试验设备及使用方法介绍 本实验使用动作稳定器测验保持手臂稳定能力 并间接测定情绪的稳定程度 本系统包括二个部分 EP704A 凹槽型平衡试验仪和 EP704B 九洞平衡实验仪 生物医学信号处理实验报告 第 5 页 5 EP704A 型凹槽平衡试验仪是为渐进地进行一种心理驱动控制方面的测量而设计的 本 试验仪由可调节的凹槽钢板构成 形成一个渐渐变窄的狭缝 狭缝边上刻有厘米数 以确定一个试验科目的特性 底部是一玻璃镜子 以减少摩擦 配接计时计数器 便 可进行实验和研究活动 EP704 九洞平衡实验仪 是为测量心理平衡现象而设计的 这个实验科目的任务是手握一针伸入尺寸渐次缩小的九个孔眼中 不得接触其边缘 配接计时计数器 便可进行实验和研究活动 可配接 EP105 型计时计数器 凹槽平衡试验仪使用方法 1 打开底板中央的盖板 装入二节 5 号电池 注意长时间不使用时请取出 2 将测试针的插头 插入仪器盒的右侧插座中 将测试针插入前面板之洞或槽中 并与中隔板接触 前面板上部中间的发光管将亮 将测试针与洞或槽的边缘接触 盒 内蜂鸣器将发出声响 3 九洞测试 令被试手握测试针 悬肘 悬腕 将金属针垂直插入最大直径的洞 内直至中隔板 灯亮后再将棒拔出 然后按大小顺序重复以上动作 插入和拔出金属 针时 均不允许接触洞的边缘 一经接触蜂鸣器即发出声音 表示试验失败 只有在 插入和拔了时皆未碰边才算通过 九洞测验以通过最小洞的直径之倒数作为被试手臂 稳定性的指标 4 曲线或楔形槽测试 将金属针插入楔形槽左侧最大宽度处或曲线槽中央最大宽 度处 必须插到与中隔板接触 然后悬臂 悬腕 垂直地将针沿槽向宽度减小的方向 平移 至最小宽度处为止 移动时不与中隔板接触 此过程中不允许针接触槽的边缘 如有接触发生 则蜂鸣器会发了声音 以不碰边时的最小宽度值之倒数为被度手臂稳 定性指标 5 度量测试 选配数字记时计数器 生物医学信号处理实验报告 第 6 页 6 1 将连线插头插入仪器盒左侧插座 右侧是测试针插座 中 另一头二线连接 记时计数器 其中黑 或白 线与记时计数器后面板的接线柱 地 相连 绿 或红 或黄 线与接线柱 计数 相连 打开记时计数器 其使用请见 BD II 308A 型定时 记时计数器 说明书 2 九洞 曲线或楔形槽测试同上 每次实验开始时 按记时计数器 开始 键 开始记时 如金属针与洞 曲线或楔的边缘接触一次 则记时计数器计数一次 3 实验可记录下被试移动整个曲线或楔的时间及接触边缘次数 也可以记录被 试在某一洞或曲线 楔某一位置稳定停留的时间 或某确定时间内接触边缘次数 4 稳定性指标可用 碰边次数 时间 之倒数表示 碰边次数越多 时间越长 则稳定性越差 凹槽平衡试验仪使用方法 以 EP105 型计时计数器为例 1 将连接插头插入计时计数器 将试棒的插头插入仪器的输入插口 打开计时计数 器的电源开关 计时计数器显示 0000 00 2 被试拿试棒 接触一下仪器的启动点 计时计数器开始计时 试棒在凹槽从宽口 处向窄口处移动 试棒不能移开镜面 如试棒碰到凹槽的边 计时计数器就计出错一 次 当试棒移出凹槽的窄口碰到终止点后 计时计数器停止工作 蜂鸣器鸣响 实验 结束 按动计时计数器上的 N T 按钮 获得实验的时间和出错次数 九洞实验仪使用方法 以 EP105 型计时计数器为例 1 将连接插头插入计时计数器 将试棒的插头插入仪器的输入插口 打开计时计数 器的电源开关 计时计数器显示 0000 00 2 被试拿黑色试棒 碰一下除最小孔以外任何孔的孔底 一般最大的孔 计时 计数器计数开始 从大孔到小孔依次往下做 每次试棒伸入时 必须碰到 底部 及碰 底指示灯点亮 如碰到孔壁 计时计数器计出错一次 同时蜂鸣器 鸣响 碰壁指示灯 点亮 当做到小孔时碰到孔底计数停止 结束指示灯点亮 同时蜂鸣器鸣响 实验结 束 按动计时计数器上的 N T 按钮 获得实验的时间和出错次数 生物医学信号处理实验报告 第 7 页 7 三 三 实验结果 实验结果 1 九洞仪试验 九洞仪试验 九洞仪试验 未疲劳时 时间 t s错误次数乘积 被试者 组别 123123123 王旭 3 153 543 9913121240 9542 4847 88 郑东 5 124 945 2215131476 864 2273 08 袁现坤 4 034 124 3412111248 3645 3252 08 王泽华 3 743 593 6713141248 6250 2644 04 李兴业 4 023 873 6614131556 2850 3154 9 孙嘉怿 3 353 613 2913121043 5543 3232 9 张朴 3 793 523 3815141256 8549 2840 56 九洞仪试验 疲劳时 时间 t s错误次数乘积 被试者 组别 123123123 王旭 3 753 944 2914151252 559 151 48 郑东 6 126 445 8915141591 890 1688 35 袁现坤 5 034 854 9213161065 3977 649 2 王泽华 4 013 934 0614121156 1447 1644 66 李兴业 3 874 044 216151461 9260 658 8 孙嘉怿 3 643 994 1115141354 655 8653 43 张朴 3 753 884 21614136054 3254 6 生物医学信号处理实验报告 第 8 页 8 2 凹槽平衡试验仪 凹槽平衡试验仪 凹槽平衡试验仪 未疲劳时 时间 t s 错误次 数 乘积 被试者 组别 123123123 王旭 1 771 621 932323 544 863 86 郑东 2 111 972 423426 337 884 84 袁现坤 2 082 231 981242 084 467 92 王泽华 1 891 961 843235 673 925 52 李兴业 1 952 332 143325 856 994 28 孙嘉怿 1 651 731 942413 36 921 94 张朴 1 691 822 011221 693 644 02 凹槽平衡试验仪 未疲劳时 时间 t s 错误次 数 乘积 被试者 组别 123123123 王旭 2 042 11 952244 084 27 8 郑东 2 232 092 413316 696 272 41 袁现坤 2 522 772 693437 5611 088 07 王泽华 1 992 142 374327 966 424 74 李兴业 2 132 362 423446 399 449 68 孙嘉怿 2 091 962 212324 185 884 42 张朴 1 982 252 152223 964 54 3 生物医学信号处理实验报告 第 9 页 9 四 四 实验结果分析实验结果分析 疲劳前后被试者九洞仪测试结果平均值对比 疲劳前后被试者凹槽平衡测试仪测实验结果平均值对比 实验结果数据显示尽管不同的被试者表现出了不同的测试水平 有的有着较大差 生物医学信号处理实验报告 第 10 页 10 异 但几乎所有的被试者的实验结果都显示 疲劳后的数据都明显大于疲劳前的 说 明疲劳后人手的稳定性 平衡性都有所下降 九洞仪整体均值结果 存在显著性差异九洞仪整体均值结果 存在显著性差异 P 0 05P0 05P 0 05 九洞仪的测试结果表明疲劳前后的实验数据存在统计学上的显著性差异 即疲劳 会导致人手的稳定性发生显著的下降 而凹槽平衡试验仪的结果在疲劳前后没有表现 出显著性的差异 这可能与其实验仪器本身的测量精度有关 由于实验仪器使用的细 则描述相对模糊 不容易界定 部分被试者可以以很快的速度完成而部分实验者为较 少碰壁而放慢速度 导致实验结果的有效性值得怀疑 可能不是很理想 但从实验的 数据趋势可以看出疲劳后手的稳定性都表现出下降的趋势 生物医学信号处理实验报告 第 11 页 11 五 五 结论结论 综上 通过实验表明在大量运动后首部发生疲劳 疲劳以后的手的稳定性会有显 著下降 对于工作的效果会有极大的影响 因此 在一段时间的工作后应当进行适度 的休息以避免疲劳工作导致的功效下降甚至手部受伤 目前常用的缓解疲劳的方式有 热敷 按摩等 7 对于手部运动较多的工种应适当考虑采用 致谢致谢 感谢柳忠起老师提供这个题目 给我们一个锻炼和学习的机会 以及在实验过程 的指导和帮助 同时也感谢 7 位被试者同学