生理系统与工作设计.ppt

人員的體力活動2,生理系統與工作設計,天马行空官方博客：,食物是人體能源的來源，其消化路程中各器官的主要功能：1.口-a牙齒：切斷並研磨食物。b唾液：分解澱粉，潤滑食物。2.胃-食物與胃液結合成食物糜，胃酸與酵素會進一步分解食物。3.小腸-吸收大部份的物質(包括脂肪、蛋白質、碳水化合物等)，並經由血液與淋巴輸送至肝臟與其他組織。,食物的主要成份分：脂肪(代謝1g，可提供9.5Kcal大卡)a.主要成份是三甘油，又可進一分解：1甘油：轉變為糖類分解反應中之中間代謝物。脂肪酸：可經由氧化而分解釋放出能量。,b.人體脂肪中分佈：皮下、2肌肉、3部份內臟組織。年輕男性體重之15%為脂肪、中年22%為脂肪。年輕女性體重之22%為脂肪、中年34%為脂肪。,碳水化合物(carbohydrates)(代謝1g可提供4.2kcal)主要成份由碳、氫、氧組成，經由稻米、麵等穀類食物消化後所產生。葡萄糖(C6H12O6)(屬單醣):可經由血液輸入至中樞神經及肌肉組織。肝醣(C6H10O5)n(屬雙醣):大多儲存於肝臟，代謝時可先轉換為葡萄糖。,蛋白質(代謝1g可提供4.5kcal):主要成份是氨基酸，氨基酸為人體形成酵素、紅血球、抗體、荷爾蒙等重要物質。,體重增加:輸入能量(攝取食物)輸出能量(新陳代謝活動)每Kcal約公斤(2)體重減少:輸入能量(攝取食物)輸出能量(新陳代謝活動),新陳代謝提供體力活動的能量來自下列方程式:ATP+H2OADP+P+能量EATP：三磷酸腺甘酸(adenosinetriphosphate)，存在肌肉細胞內，量少ADP：二磷酸腺甘酸(adenosinediphosphate)P：磷E：提供體力活動,ATP量少，必需有其他能源使ADP能夠跟P合成ATP。途徑有三種：CPP+C+EE+P+ADPATPCP：磷酸肌酸(Phosphocreatine)，存在於肌肉組織內，可分解得到能量。,此反應的特性如下:分解速度快，為合成ATP最快速之途徑為無氧過程(anaerobicprocess)一個單位CP可提供合成一個單位ATP的能量,C6H12O62C3H6O3+EE+3P+3ADP3ATPC3H6O3：乳酸(lacticacid)C6H12O6：葡萄糖，是由貯存在體內之醣類(碳水化合物)轉換而得，醣類是貯在肝臟及肌肉中。,此反應的特性如下：產生乳酸無氧過程一個單位葡萄糖(C6H12O6)分解可提供合成3個單位ATP之能量,C16H32O6+23O216CO2+6H2O+EE+130ADP+130P130ATPC16H32O6：脂肪酸，氧化分解產生能量。反應式的特性：有氧過程(aerobicprocess)一個單位C16H32O6之分解可提供合成130個單位ATP之能量,一般成年人體內儲存的能量分佈：ATP與CP約數kcal碳水化合物約2000kcal-為能源之主要來源脂肪約100,000kcal-為能源之主要來源,活動程度與能量途徑的關係：休息或輕度的體力活動時：由有氧過程提供合成ATP能量，其所需氧量以正常呼吸攝取即可。較高水準之體力活動時：初期由碳水化合物分解之無氧過程提供合成能量，後期由有氧過程提供能量。,長時間之體力活動時：主要由有氧過程提供能量，時間愈長則脂肪提供能源之比重愈高。Purett(1971)發現持續中度體力活動46hr後，脂肪分解供應了6070%之合成能量。,無氧過程產生乳酸，乳酸堆積超過一定值，肌肉感到疲勞可經由下列2途徑來降低血液中乳酸值：20%氧化分解成CO2、H2O80%在組織內轉換成葡萄糖，再合成肝醣，存在肝臟或血液中,乳酸需藉由活動及時間來加以排除：濃度下降的時間約需1小時以上休息時若體力活動水準保持在最大有氧能力的50%以下，有助乳酸濃度降低(Bonen1975)，McLellan&Skinner(1982)10%最適當,呼吸系統新陳代謝需要呼吸及心臟血管系統之配合來輸送吸入的O2及排放的CO2呼吸動作：藉由橫膈膜及內、外肋間肌之收縮來改變胸腔內之容積來吸入或排出空氣肺通氣(pulmonaryventilation)：呼吸時空氣進出肺部的過程潮容積(tidalvolume)：在休息狀態下一次呼吸中吸進呼吸系統的空氣量稱之，成年人約500ml,吸氣儲備(inspiratoryreserve)：在正常吸氣後再用力吸氣之空氣量，一般人最多約吸入3600ml呼氣儲備(exspiratoryreserve)：在正常呼氣後再用力呼氣之空氣量，一般人最多約吸入1200ml,餘容積(residualvolume)：再用力的呼氣(直到無任何氣體排出)後，在呼吸道及肺部之空氣量稱之，一般人約1200ml肺活量(vitalcapacity)：吸氣儲備呼氣儲備潮容積肺總容積(totallungcapacity)：肺活量餘容積,呼吸次數(又稱呼吸率)：成人約1218次/分，最多4050次/分最大意志通氣量(maximalvoluntary,MVV)：最快速深呼吸之肺通氣量成年男子約在100180公升分鐘成年女子約在70120公升分鐘,血液循環分為:體循環血液由左心室動脈組織微血管靜脈右心房肺循環血液由右心房右心室肺動脈(進入肺部)肺微血管(排出CO2取得O2)肺靜脈左心房左心室,收縮壓：心室收縮時，動脈產生的血壓(mm-Hg)舒張壓：心室舒張時，動脈產生的血壓(mm-Hg)120/80代表收縮壓為120mm-Hg，舒張壓為80mm-Hg,心輸出量(cardiacoutput,CO)：左心室每分鐘排出之血液量稱之，成人休息時約5L/min，體力活動時25L/min心縮排血量(strokevolume,SV)：心臟每收縮一次排入體循環之血量稱之CO(L/min)SV(L/次)心跳率(heartrate,HR)(次/min),最大心跳率：每個人的心跳率之上限稱之HRmax220年齡血液量：約佔人體水份(約佔體重60%)之10%成人男性約56L成人女性約45L,血液之分佈與體力活動過程的關係:肌肉(含皮膚)心肌骨骼腎消化系統腦休息1520453520202515重體8085450.51243534力活動,心理能力的量度活動初期：所需的能量超過體內代謝所能供應的，而產生了“氧不足”(oxygendeficit)現象，此時組織內的氧氣會被“借出”，同時為了增加氧氣，呼吸及心臟血管系統的活動水準也提高。,活動穩定期：呼吸及心跳呈穩定狀態，因VO2足以供應該體力活動所需。恢復期：呼吸及心跳會逐漸的降低至休息時的狀態，且呼吸及心臟血管系統會先補充氧氣給之前“出借”的組織，這些氧即為氧債(oxygendebt)。,氧攝取量(oxygenuptake，以VO2表示)及心跳率(HR)為體力活動水準的指標，新陳代謝每消耗1升的O2可產生約5kcal的能量。氧攝取量，即氧氣之消耗，當氧攝取量到上限以後即不可能再增加，此一上限即為最大有氧能力(maximalaerobicpower或maximalaerobiccapacity，以VO2max表示),氧攝取量(oxygenuptake)與：心輸出量遞增關係心跳率線性遞增關係心縮排血量體力活動的初期有遞增的關係，當氧攝取量到達最大有氧能力之40%時，心縮排血量即達到最大水準。,測定VO2max：直接法：受測者載呼吸罩，以進行呼吸測試，一般使用可輸出功率的：腳踏車健身器跑步機逐漸提高功率直至VO2不增加為止，即可測得VO2max,間接法：記錄次高水準體力活動之VO2值及心跳率，以最大心跳率代入迴歸線，即可得VO2max,VO2max與性別、年齡的關係：青春期之前，男性、女性無差異。1820歲，男女皆為最高狀態，20歲以後逐年下降。成年人，女約為男的6575%之間。,體力負荷的量度,工作方法與工作負荷,維持姿勢的平衡，且儘量不影響重心或使重心改變最小者為佳,工作姿勢與工作負荷,坐姿比蹲姿好，但不適需要移動的場合,工作速率與工作負荷,工作效率衡量工作或體力勞動效率的基本公式如下效率%=(工作產出/能量消耗)100%最佳條件人體的勞動效率約30%，70%能量變成熱量一般情況效率小於30%,工作與休息,疲勞生理疲勞(physicalfatigue)：由工作時體力負荷過度所引起的，可分為：一般疲勞(generalfatigue)：指全身性身體疲累的感覺。,肌肉疲勞(muscularfatigue)：新陳代謝產生的乳酸與二氧化碳在肌肉組織裡累積所致，通常是局部性的，所以也稱為局部疲勞(localfatigue)，其中快肌中乳酸累積的速度較慢肌快。疲勞的測定可分：主觀感覺：以問卷測定客觀量化：以肌電圖測定，電位會因肌肉產生疲勞而提高,肌電圖(EMG)由運動神經纖維傳達至肌肉的神經衝動，運動單位愈多，肌動波愈大，興奮程度愈高，有針狀與表面電極兩種，經由肌電圖可得以下資訊可以衡量特定肌束的活動水準可了解主動肌與抗拮肌在動作中發動的順序對肌肉疲勞的識別和預測,其他生理機能之量度閃動(臨界)融合頻率(flickerorcriticalfusionfrequency,FFForCFF)引發皮質電位(evokedcorticalpotential)似腦電波(EEG)，頭皮和頸部體液分析(bodyfluidanalysis)眼動和眼瞼瞬動(eyeandeyelidmovement)肌張力(muscletension),慢性疲勞(chronicfatigue)：其症狀為經常性倦怠的感覺，早晨剛起床全身疲憊不適，由下列二類引起：生理上經常性的未得到充分的休息之續肌肉疲勞心理與情緒方面,工作與能量需求基礎代謝：空腹平躺時，身體的能量消耗水準稱之，其與體重、性別有關例如70kg之男性，24小時約為1700kcal60kg之女性，24小時約為1400kcal,睡覺:1.3kcal/min坐著:1.6kcal/min站著:2.25kcal/min輕鬆洗燙:2.03.0kcal/min,一般而言，能量支出水準與下列有關：收縮的肌肉數量肌肉收縮強度活動頻繁程度,估計一日能量支出水準，可做為能量輸入及工作負荷設計的參考，有下列三種方式：24小時記錄受測者的心跳率，並以心跳率分與耗氧量的迴歸線來估計。錄受測者24小時中各種活動及時間長短，並以每一種活動的近似能量支出水準來做估計。以維持固定體重的每日飲食攝取量來計算。,Durbin&Passmore(1967)估計每日支出約1340至5000kcal，沒有粗重體力負荷而有經常戶外活動的男性，約2900kcal；女性，約2100kcalLehmann(1953)建議以4800kcal做為每日能量支出上限，2300kcal為基礎代謝，2500kcal用於工作上,Banister&Brown(1968)認為以2000kcal為一日體力活動能量支出水準較合理，約4.2kcal/minGrandjean(1985)主張以4.0kcal/min做為合理工作能量支出水準的限度,休息與作業績效能量消耗後不能立即補充，此時休息可做為緩衝期，適當的休息可提高人員績效。,工作中有四種不同的休息型態：自發性的休息：主動且時間短，頻率視工作負荷而定。隱藏性休息：由重負荷工作改為輕負荷工作。人員閒置：由“等待”產生的，其時間與工作排程及人員的靈巧度作業熟悉度有關。正式的休息：由管理部門訂定休息。,以上休息型態：彼此間有關聯性：例閒置時間少且沒正式休息，則自發性與隱藏式較頻繁，反之，則會減少。受到組織作業型態影響：多人共同執行之工作，則自發性與隱藏性不易產生；個別作業，則較易產生。因疲勞的關係，一般下午會有較多的自發性及隱藏式的休息。,安排休息時間的一般原則：合理的休息時間，約佔工作時間15%。體力負荷不重但緊湊、反複性較高的工作，23次hr，1次35min，有助維持工作效率。體力負荷重則依消耗能量決定休息時間。,休息時間的安排Murrell（1964）公式：（依能量供需的觀點）RT=T（MS）/（M1.5）其中RT：應安排休息時間（min）S：人員能量支出限度，一般用kcal/minT：總工作時間M：工作能量需求（Kcal/min）1.5Kcal/min：休息時之平均代謝水準若MS，則安排RT,Spitzer（1952）公式：（休息時間佔工作時間百分比）RT=（M/41）100%Rohmert（1973）以工作負荷等級與持續工作時間來決定休息放寬，如下,耐力限度時間(endurancetimelimit)(Ayoub&Mital,1989)：人員從事特定水準之體力活動直到因疲勞而需停止之最長持續時間，其估計公式如下：,ET=（0.26144M）/0.0712ET：可持續工作時間M：工作能量需求（Kcal/kg/min）若EThr，則工作能量需求應為最大有氧能力的男性工作量約5.0Kcal/min女性工作量約3.35Kcal/min,生理韻律包括女性生理週期月經週期(menstrualcycle)約天，平均天，由下視丘、腦下垂體，及卵巢的活動來控制其規律性，又可分為：,、月經期(menstrual)、前排卵期(preovulatory)、排卵期(ovulatory)、後排卵期(postovulatory)、前經期(premenstrual),造成生理上的影響：因子宮的劇烈收縮而產生疼痛，稱為經痛卵子通過輸卵管時，會有輕微腹痛前經症候群(premenstrualsyndrome)：無精打釆、精神煩躁、疲勞、注意力不集中、愛吃東西,日韻律(circadianrhythms)（hr為一週期者）如：心跳率、體溫、血壓及內分泌，其變化可以用下圖表示,造成日韻律最重要的因子是睡眠，睡眠時大腦活動產生腦波（electro-encephalo-graph，EEG）約0.525Hz15Hz以上稱快波(fastwave)3.5Hz以下稱慢波(slowwave)可分為：,波：15Hz以上，大腦清醒，機警狀態波：811Hz，感覺器官輸入大腦的訊息少，放鬆狀態波：3.57.5Hz，淺睡狀態波：3.5Hz以下，深睡狀態,若依眼球是否轉動而分：非快速眼動期(non-rapid-eye-movement，non-REM)：約佔睡眠時間70，包括、波的睡眠快速眼動期non-rapid-eye-movement，REM)：佔30，眼球會非自主性的快速轉動，大腦活動頻繁為、波，作夢通常發生在此期。,正常睡眠的前小時中，為非快速眼動期及部份之快速眼動期，此為維持精神狀態良好所需之基本睡眠，超過此部份的睡眠則可讓身體獲得進一步的休息。,午睡：超過30min以上，可進入及波，才有具體的效果趴著510min，則只在或波進入波之深沈睡眠，突然被吵醒，則會發生由“睡眠慣性”(sleepinertia)所產生的頭痛、精神不濟的現象，可持續30min以上,排班作業(shiftwork)國際勞工組織（ILO，1978）將企業依營運的連續性分為種：不連續系統：每日營運時間低於24小時，每日及每週有若干不營運的時間半連續系統：每日營運24小時，每週有若干不營運時間連續系統：每日營運24小時，全年無休,排班的實施可分為種型態：固定班(fixedshi