职业生理与工效学课件参考.ppt

职业生理与工效学,职业生理学(workphysiology)研究一定劳动条件下人的器官和系统功能的变化与适应，及其对预防疲劳和提高作业能力的影响。职业心理学(workpsychology)研究职业群体中的个人与个人、个人与群体之间的心理互动关系。工效学(ergonomics)以人为中心，研究人、机器设备和环境之间的相互关系，以实现人在生产劳动及其他活动中的健康、安全、舒适，同时提高工作效率。,体力劳动过程的生理变化与适应,一、体力劳动时的能量代谢1.肌肉活动的能量来源,ATP,氧化磷酸化,ATP-CP,无氧酵解,ATP-CP系列,ATP+H2O,ADP+Pi+29.3kJ/mol/L,CP+ADP,Cr+ATP,需氧系列一分子葡萄糖形成38分子ATP，一分子脂肪形成130分子ATP。一升氧氧化葡萄糖可产生6.5mmolATP，而氧化脂肪产生5.6mmolATP。脂肪能源：贮存量约90000-110000kcal糖原能源：贮存量约2000kcal,C6H12O66O26CO26H2O38ATP(36ATP),乳酸系列优点：产生ATP非常迅速缺点：需动用大量的葡萄糖，产生的乳酸有致疲劳作用，故不经济，不能持久。,C6H12O62ATP2CHCOCOOH2CHOHCOOH,丙酮酸,乳酸,小结,糖原,ATP,葡萄糖,CP,乳酸,丙酮酸,脂肪酸氧化,乙酰辅酶A,O2,三羧酸循环,Cr+P,CO2+H2O,ADP,劳动时即时能量系統,短期能量系統,长期能量系統供能情况10”30”60”241030厌氧系列%9080705035155需氧系列%10203050658595,ATP-CP系列乳酸系列需氧系列氧需氧供能速度非常迅速迅速较慢能源ATP-CP糖原糖原脂肪蛋白质乳酸大量产生ATP很少有限几乎不受限制劳动类型任何劳动，包括短期重及长期轻及短暂的极重劳动很重劳动中等劳动,表肌肉能量供应系统的一般特性,2.作业时氧消耗的动态氧需（oxygendemand）劳动1min所需要的氧量。氧上限（最大摄氧量，maximumoxygenuptake）血液在1min内能提供的最大氧量。氧债（oxygendebt）氧需和实际供氧不足的量。,氧债分二种A.非乳酸性氧债：中等强度劳动氧需氧上限特点:(1)偿还时间长，10min1h(2)恢复期氧用于：氧化乳酸，乳酸合成糖原；合成ATP、CP，补充氧；体温、心率、呼吸消耗的氧,3.劳动强度分级,只适用于体力劳动为主的作业A.以毎分劳动时总能量消耗区分每分劳动总能量消耗（kJ/min)=劳动时能量消耗/劳动时间（min）很轻轻中重很重极重能量消耗10.4610.4620.9231.3841.8452.30kJ/minkcal/min2.52.55.07.510.012.5,B.以劳动时心率区分轻中重很重极重心率75100125150175,C.以毎分耗氧量区分劳动时每分耗氧量（l/min)=（劳动时及恢复期耗氧量同期内安静时耗氧量）/劳动时间（min)(1)中等强度作业：氧需氧上限(3)极大强度作业：完全在无氧条件下进行的作业，氧需=氧债,D.劳动强度指数区分我国已颁布“体力劳动强度分级”标准（GBZ2-2002）。I=3T+7MT(劳动时间率)=工作日净劳动时间(分)/工作日总工时(分)%M(8h工作日能量代谢率)=kcal/min.m2,二、体力劳动时机体的调节和适应,1.神经系统当长期在同一劳动环境中从事某一作业劳动时，通过复合条件反射逐渐形成该项作业的动力定型（dynamicstereotype），使从事该作业时各器官系统相互配合得更为协调、反应更迅速、能量较节省，作业更轻松。,2.呼吸系统重劳动可达30-40次/分钟，极大强度劳动时可达60次/分钟。肺通气量也可由安静时的68L/min增加到40120L/min或更高。肺通气量：毎分通气量=毎分呼吸次数潮气量(l)正常68l/min12160.5(0.30.6)重劳动60120l/min3040(60)23,3.心血管系统A心率对一般人，当心率增加未超过其安静时的40次时，表示能胜任该项工作。,安静时,3,5l/min,70,中等至重劳动,1525,150,195,100,150,极重,3040,195,150210,每分输出量心率每搏心输出量,B血压脉压小于其最大值的一半时，表示疲劳和糖原贮备接近耗竭。C血液成分血糖降至正常含量一半时，表示糖原贮备耗竭。D血液再分配,劳动时血液再分配安静轻劳动中等劳动ml/min%ml/min%ml/min%内脏1350(27)1100(12)600(3)肾1100(22)900(10)600(3)脑700(14)750(8)750(4)心200(4)350(4)750(4)肌肉1000(20)4500(47)12500(71)皮肤300(6)1500(15)1900(12)其他400(4)500(3)总量5000950017600,4.排泄系统肾脏：尿量可减少5090%，其成分变动较大，乳酸含量可从每小时20mg增至1001300mg，以维持体内酸碱平衡。汗腺：排汗有调节体温和排泄的双重功能。体力劳动时汗中乳酸含量增多。5.体温：不超过安静时的10C。,脑力劳动过程的生理变化与适应,脑力劳动（mentalwork）：指凡以脑力活动为主的作业。特点:通过感觉器官感受信息，经中枢神经系统加工处理信息，然后通过多种形式转化和输出信息。多是非重复性的，互不相同的，几乎没有明显规律可循。,脑的氧代谢较其他器官高，安静时约为等量肌肉需氧量的1520倍，占成年人体总耗氧量的10%。即使是最紧张的脑力劳动，全身能消耗量的增高也不超过基础代谢的10%。葡萄糖是脑细胞活动的最主要能源，但脑细胞中贮存的糖原甚微，主要靠血液送来的葡萄糖来提供能量。因此脑组织对缺氧缺血非常敏感。,A代谢,脑力劳动常使心率减慢，但特别紧张时，可使心跳加快，血压上升，呼吸稍加快，脑部充血而四肢和腹腔血液减少。脑力劳动时血糖一般变化不大或稍增高；对尿量没有影响，对其成分也影响不大，仅在极度紧张的脑力劳动时，尿中磷酸盐的含量才有所增加；对汗液、体温无明显影响。,B脑力劳动时机体的调节和适应,作业类型与劳动负荷评价,一、劳动和作业类型传统上分为脑力劳动和体力劳动。（一）劳动类型能量性劳动（要求产生力的活动）：肌力式、感觉运动式、反应式劳动信息性劳动（要求处理信息的劳动）：综合式、创造式劳动。,（二）作业类型1.静力作业（staticwork）又称静态作业，依靠肌肉等长收缩来维持体位，使躯干和四肢关节保持不动所进行的作业。,特点1.参与作业的肌群可以是大肌群或小肌群；2.肌肉供血不足；3.作业的能消耗水平不高，氧需通常不超过1L/min，却很容易疲劳，作业维持时间短;4.维持的时间取决于肌肉收缩力占最大随意收缩力的百分比，不受参与作业的肌群及性别的影响。,2.动力或动态作业（dynamicwork）在保持肌张力不变即等张性收缩的情况下，经肌肉交替收缩和舒张，运用关节活动所进行的作业。可分为重动力作业和反复性作业。重动力作业参与活动的是大肌群，能量消耗高。反复性作业又称轻动态作业，参与作业的是一组或多组小肌群，其量少于全身肌肉总量的1/7，肌肉收缩频率高于15次/分。能量消耗不高却容易疲劳甚至受损伤。3.手举过头顶的作业（overheadwork）工作肌及全身极易疲劳。,二、劳动负荷评价（一）基本概念1.劳动系统（worksystem）劳动系统包括人、劳动对象（物质、信息等）、劳动工具、劳动环境及产品等，交互作用来完成劳动任务。,2.负荷与应激（stressandstrain）：指劳动系统对人总的需求和压力，强调外界的因素和情况。：指负荷对个体的影响，强调在负荷作用下机体内部的生物过程和反应。如高温和低温等。,负荷,应激,3.个体特征（humancharacteristics）年龄和性别是人的两个重要特征。劳动负荷和个体特征一起决定应激的高低。图4.适宜水平劳动负荷的适宜水平指在该负荷下能够连续劳动8小时，不至于疲劳，长期劳动时也不损害健康的卫生限制。一般认为劳动负荷的适宜水平约为最大摄氧量的1/3，心率不超过安静时的40次/分钟。负荷过高会降低作业的质量和水平、引起疲劳甚至损害；过低会降低劳动者的警觉性、感觉单调、无兴趣，也影响作业能力。,应激高低个体特征负荷,图负荷与应激的相互关系,（二）方法和指标1.客观方法（1）体力劳动劳动能量代谢率：适用于评价全身性的动态体力劳动。心率：适宜反应动态体力劳动的应激程度，也可用于评价小肌群参与的劳动，甚至脑力劳动。肌电活性：肌电图测得的肌电电压皮肤温度、血乳酸含量、肌酸激酶、肌红蛋白、激素等。,（2）脑力劳动心理生理测定指标：如瞳孔测量术；心率；心率变异性（HRV）。2.主观方法：主观、可靠性差、难以定量。（1）体力劳动：调查表或谈话。Borg量表（2）脑力劳动：Cooper-Harper量表等。,作业能力,作业能力（workcapacity）：劳动者从事劳动过程中，完成特定工作的能力。一、体力劳动过程中作业能力的动态以日班的轻或中等劳动为例：工作入门期（introductionperiod）稳定期（steadyperiod）疲劳期（fatigueperiod）终末激发（terminalmotivation）,二、作业能力的主要影响因素,1.社会因素和心理因素：社会制度，经济体制，家庭关系、上下级关系，同事关系等都对作业能力有明显影响。2.个体因素：年龄、性别、身材、健康和营养状况等有关。3.环境因素：空气污染、强噪声、严寒、高温、不良照明等都对作业能力有较大影响。4.工作条件和性质：A生产设备与工具B劳动强度与劳动时间C劳动组织与制度图,5.疲劳（fatigue）和休息目前认为疲劳是体力和脑力效能暂时的减弱，它取决于工作负荷的强度和工作时间，经适当休息可恢复。图6.锻炼和练习锻炼（training）是通过反复使用而改善劳动者先天固有的生理功能和能力。练习（exercise）是通过重复来改善那些后天学得的技能。,体力疲劳及其预防,一、疲劳的定义疲劳是体力和功能性效率暂时的减弱。Christensen（1960）的定义是：疲劳是由于劳动和劳动环境引起的体内平衡又称自稳态（homeostasis）的紊乱状态，可引起主观和客观症状。疲劳是人不能在给定的劳动强度下继续进行劳动。生理性体力疲劳，又称健康性疲劳。,二、种类1.按疲劳发生的部位局部肌肉疲劳（localmuscurlarfatigue）：是局部肌肉或肌群较长时间处于静力收缩状态而无放松时，或长时间反复进行收缩与放松活动时，均可引起局部肌肉疲劳。全身性疲劳（whole-bodyfatigue）：需要许多大的骨骼肌群反复进行收缩和放松活动才能完成的工作称为全身性动力作业，当其劳动强度大、劳动时间长、氧债累积、糖原耗竭、代谢产物大量蓄积时，就会发生全身性疲劳。,2.按疲劳发展的阶段急性疲劳：疲倦感轻微，作业能力不受影响或稍下降。慢性疲劳：当急性疲劳未完全消除，又继续工作或加大工作量，使疲劳程度加重并累积起来就成为慢性疲劳。过度疲劳：慢性疲劳再加重，伴有对健康明显损害。,三、体力劳动时骨骼肌疲劳的原因1.ATP耗竭2.pH降低：可从7.0降至6.66.33.糖原耗竭4.最大氧流量受限5.骨骼肌量不足,五、预防体力疲劳1.控制劳动强度：2.加强耐力锻炼：加强有氧耐力亚最大强度（约相当于7080%最大摄氧量）锻炼，除可使最大心输出量增加、工作肌肉中毛细血管增多、肌红蛋白增加、线粒体数量增多、糖原储备增加、肌纤维变粗、骨骼肌量增加等，此外，可使工作肌肉发生代谢适应性变化。有效锻炼心率=0.8220-年龄（岁）-安静心率+安静心率持续时间：以每次达到适度疲劳为止，且每周应锻炼35次，每次至少30min，才能达到最佳效果。,3.合理休息：多次短时间休息比3、2次较长时间的恢复价值更大。积极休息、充足高质量的休息。4.合理膳食：高糖、高脂肪、足够蛋白质食物。蔬菜、水果、早餐。但是体力运动前3小时内大量吃糖反而会使疲劳发生。在劳动前2小时不需额外补充能量，但持续2小时以上的体力劳动，则需额外进食，可使糖原储备不致耗竭。在持续2小时左右的体力劳动中，需及时补充体液，最好是白开水。加糖以不超过2.5%为宜；最好是冷饮料，以1520度为宜。,5.采用兴奋剂问题代谢性兴奋剂：参与肌肉劳动的代谢过程，降低引起疲劳的不利体液变动。常用的是葡萄糖，其次是磷酸盐（如ATP）和抗坏血酸（常与葡萄糖合用）。神经性兴奋剂：如非那明即苯丙胺、肾上腺皮质制剂、咖啡因、烟碱、酒精等。因它们的兴奋作用可破坏抑制过程的功能，尤其是最常用的烟碱、咖啡因、酒精。有成瘾性，应慎用。,人类工效学（ergonomics）,发展一、定义、研究内容和任务工效学以人为中心，研究人、机器设备和环境之间的相互关系，旨在实现人在生产劳动及其他活动中的健康、安全、舒适，同时提高工作效率。,研究目的设计机器或设备时必须考虑人的各种因素（生理、心理）；要使人的操作简便、省力而准确；要使人的工作、生活环境舒适和安全；要达到提高工作效率。,二、作业过程的生物力学,生物力学（biomechanics）是研究生物与力学有关的问题，即用力学方法研究生物科学的问题。职业生物力学主要研究作业过程中人和机器设备之间的力学关系，目的在于提高人的作业能力和减少肌肉骨骼的损伤。,（一）肌肉骨骼的力学特征,1.肌肉的力学特征负荷过大，较多的化学能转变为热能，工作效率低，易损伤；负荷太小，肌肉收缩时用来做功的能量也很少，效率很低。当肌肉负荷为最大收缩力的50%左右，肌肉做功效率最高。2.肌肉-骨骼-关节动力单元（kineticelement）指包括关节在内的某些解剖结构结合在一起完成以关节为轴的运动，由肌肉、骨骼、神经、血管等组成。动力链,（二）合理用力,1.重心：物体重心、人体重心、体段重心为减少用力，在劳动时应尽可能使物体的重心靠近人体，缩短力矩。,2.姿势：也称体位。最常见站姿和坐姿，跪姿、卧姿等。姿势负荷：如颈椎需承担头部的负荷，腰椎需承担腰以上的负荷。在采取作业姿势时应注意：尽可能使操作者的身体保持自然状态；避免头部、躯干、四肢长时间处于倾斜状态或强迫体位；使操作者不必改变姿势即可清楚的观察到需要观察的区域；操作者的手和前臂避免长时间位于高于肘部的地方，或提供合适的支撑物。3.对称用力,三、人体测量与作业区设计,人体测量学是用测量的方法研究人体的特质，通过对人体的整体测量和局部测量，探讨人体的类型、特征、变异和发展规律。,1.人体测量数据称为人体尺寸，一般指人体所占有的三维空间，即人体高度、宽度和胸廓前后位，及各部分肢体大小等。在设计时不可能完全满足人体尺寸的所有要求，只能根据一部分人的人体尺寸来进行设计。它不是按平均值而是按百分数来设计。（90%设计、单限值设计、一般设计）,2.工作面高度工作面高度应按基本作业姿势（站立、坐位、交替式）来进行设计。站立或坐位作业的最佳作业面应为肘下510cm，或身高的57-60%左右。按工效学的观点，采用可调工作台来适应人的操作要求，这才是最理想的设计。,3.手和脚的作业区手和脚在水平和垂直面内所能触及的最大轨迹范围，称为作业范围，它是构成作业空间的主要部分。手在空间的最大作业范围，一般以减去手掌长度后的手臂为半径所形成的圆弧范围。工作台水平面抓握范围是指手到肩的范围，半径为55-65cm，而常用较舒适的抓握范围指手到肘关节的距离，半径为34-45cm。脚的作业范围是以脚在水平方向可能移动的尺寸来确定，但舒适范围要根据脚的出力、动作频率、操作姿势、作业内容等综合分析来确定。,4.工作座椅“动态坐位”理想的工作座椅是指能使体重均衡分布、大腿平放、两足着地、肌肉松弛、上臂不负担身体的重量，并有利于操作。,所谓多功能工作椅，还具有高靠背和垫腰凸缘，当操作时身体前倾，肩部离开靠背，由凸缘支承腰部；而放松休息时，身体后靠，靠背又保持了脊柱的“S”形自然弯曲。工作椅的高度很重要，决定座椅高度是人的肘部与工作面之间合适的高度差。座面要光滑平整，前缘不应有棱角，最好有与臀部形状相适应的凹槽。,四、人机系统,人机系统（man-machine-system）：在生产劳动过程中（包括使用各种生产工具）都需要人进行操作，并与有关的机器设备形成一个相互联系的整体，即人机系统。如加上与周围环境关系，又称为人机环境系统。（一）机器和工具人机界面主要包括显示器和控制器。从工效学角度研究人机系统主要是研究人机界面，尽可能使显示器和控制器适合于人的解剖、生理和心理特点。,显示器分为视觉显示器、听觉显示器、触觉显示器等；,控制器是操作者用以改变机械运动状态的装置或部件，常见的有开关、按钮、驾驶盘、操纵杆等，分为手、脚、声控制器等。劳动中经常使用各种工具，工具的设计和选择应注意外形、尺寸、重量等适合人体尺寸和人的解剖及生理特点。,（二）作业环境和工作效率,1.气温空气调节作业环境2.噪声在噪声环境中人的注意力不易集中，严重时可出现烦躁、反应迟钝等。且可掩盖作业场所的危险信号或警报。,3.照明照度过高，很容易使眼睛疲劳、甚至视觉损伤，另外可使人的兴奋性增高，很快转为抑制，导致全身疲劳，降低劳动效率。照度不足，不但影响生产效率和产品质量，还可引起差错事故。4.颜色颜色对人的心理可造成一定影响，使人产生感情或引起情绪变化。暖色使人兴奋，但也易引起精神紧张和不安，长时间作业的效率不高；冷色使人感到镇静，但会产生压抑感。,五、劳动过程有关疾病及其预防,（一）强迫体位所致疾患1.职业性肌肉骨骼损伤（occupationalmusuloskeletalinjury）：是一种常见的与工作有关的疾病。是一个总称，包括肌肉骨骼各个部位损伤和症状.,可分为反复紧张性损伤和腰背痛两大类。反复紧张性损伤主要指肢体与颈肩部软组织如肌腱、神经和关节周围结构的疾患，患者感到肢体或颈肩部不适或持续性疼痛，还有麻木、肿胀、感觉异常等。一般认为是由于反复的动作或持续维持某种工作姿势所致，多见于流水线工人、办公室职员、视屏显示终端作业操作者等。腰背痛，又称下背痛，主要症状是腰背部位的酸痛、强直、活动受限。分为：腰机能不全、腰痛、坐骨神经痛。,图2平板台常见操作姿势之二：身体前倾式（手臂无支撑导致肩颈部疲劳，驼背和观察屏幕时仰脖）,图1平板台常见操作姿势之一：身体后靠式(手臂无支撑导致肩颈部疲劳，手腕上屈导致腕部疾患）,图6手腕背屈是导致腕管症状的主要诱因之一,流行病学：欧美国家，职业性肌肉骨骼损伤在职业病的发生中占第二位，仅次于职业性皮肤病。据西德统计，因此类疾患造成的缺勤占工业缺勤天数的15%-22%。加拿大每年因肌肉骨骼损伤疾患而导致的直接和间接经济损失高达996亿美元。国内研究报导我国机械工人的职业性慢性肌肉骨骼损伤疾患率达到64%。,病因学下背痛的病因：搬运重物、不良劳动姿势、静态负荷、机械振动等可使腰部结构处于力学上不利条件，易导致腰椎间盘及腰部肌肉韧带劳损。反复紧张性损伤的病因：与下背痛基本相同，只是在静态负荷、不良姿势、反复用力动作以及不良劳动条件等方面的影响更加突出。工作时手臂和肘部反复抬高是引起颈肩劳损的重要危险因素之一。非职业因素：年龄因素最突出，以中年人居多，高发在3550岁之间。腰部损伤史，潮湿、阴冷气候，吸烟等。,临床特点可表现为不同的症状，如疼痛、僵硬、痉挛、麻木、震颤等。发生频率不同，或经常持续性、或偶尔间断性，或很少发生。可有全身症状，如疲乏、无力、偏头痛等。腰背痛往往自觉无损伤史，因弯腰、转身或抬举重物而突然发作，呈慢性和复发性是本病特点。主要症状是下背部疼痛，有压痛点，严重时使身体呈固定姿势，背部倾斜向前弯，甚至丧失劳动能力。持续数天后可逐渐缓解或消失，但又可因某一动作而复发，形成慢性反复性发作。,2.下肢静脉曲张：多见于长期站立或行走的作业，如警察。感到下肢及脚部疲劳、坠胀、疼痛。3.扁平足：脚部长期承受较大负荷，使胫部肌肉过劳，韧带拉长、松弛，导致脚弓变平。4.腹疝：多见于长期从事重体力劳动者。由于负重，使腹肌紧张，腹内压升高，久之形成腹疝。青少年易发。,（二）个别器官紧张1.视觉器官紧张所致疾患可以出现眼干、眼痛、视物模糊、复视等一系列症状，并可出现眼睛流泪、充血、眼睑浮肿、视力下降等临床改变，严重者可发生黄斑性脉络视网膜炎，甚至视网膜剥离。2.发音器官过度紧张所致疾患一类为功能性发音障碍，出现声音嘶哑、失调、或失声。另一类为器质性损害，表现为发音器官炎症、声带出血，甚至出现“歌唱家小结节”，引起发声障碍。,（三）压迫及摩擦所至疾患1.胼胝（callus）