第4章-人的作业特征(J)

第4章人的作业特征4.1人体作业时能量交换的特性4.2作业时人体的调节与适应4.3作业能力的动态分析4.4作业疲劳及其测定4.5提高作业能力与降低疲劳的措施主要内容：人机环境作业能力：完成某种作业所具备生理、心理特征，综合体现的个体所蕴藏的内部潜力作业操作者监视者决策者4.1人体作业时能量交换的特性人体摄入物质（糖，脂肪，蛋白质）氧化分解，释放热量主要能源（70℅）储存人体的主要组成部分

能量＋CO2,H2O热能（50℅）(化学能）三磷酸腺苷（ATP）能量代谢定义：体内能量的产生、转移和消耗4.1.1人体能量的产生机理4.1人体作业时能量交换的特性4.1人体作业时能量交换的特性4.1.1人体能量的产生机理体力劳动时，骨骼肌活动的能量有三个途径供给：

ATP-CP系列；需氧系列；乳酸系列1.ATP—CP系列ATP＋H2O→ADP＋Pi＋29.3kJ/mol

CP＋ADPCr(肌酸)＋ATP

4.1人体作业时能量交换的特性4.1.1人体能量的产生机理2.需氧系列

葡萄糖或脂肪＋氧ATP

氧化磷酸化4.1人体作业时能量交换的特性4.1.1人体能量的产生机理3.乳酸系列葡萄糖(糖原)ATP＋乳酸

糖酵解4.1人体作业时能量交换的特性4.1.1人体能量的产生机理三种产能过程如图所示，其产能特性如表4-1。图肌肉活动时能量的来源示意图4.1人体作业时能量交换的特性4.1.1人体能量的产生机理表三种产能过程的一般特性4.1人体作业时能量交换的特性4.1.2作业时人体的耗氧动态作业时人体所需要的氧量的决定因素：劳动强度作业时间循环系统的机能呼吸器官的功能氧债：当需氧量大于实际供氧量时，即两者出现差额，此时成为氧债。4.1人体作业时能量交换的特性4.1.2作业时人体的耗氧动态图作业中的氧债与劳动负荷关系图(a)需氧量小于最大摄氧量；(b)需氧量大于最大摄氧量4.1人体作业时能量交换的特性4.1.2作业时人体的耗氧动态能量代谢定义：人体能量产生和消耗称为能量代谢。能量代谢形式：基础代谢安静代谢活动代谢4.1人体作业时能量交换的特性4.1.3能量代谢和能量代谢率

1.基础代谢基础条件：清醒静卧空腹(食后10h以上)室温在20℃左右人体在基础条件下的能量代谢称为基础代谢。单位时间内的基础代谢量称为基础代谢率，用B表示。通常以每小时每平方米体表面积消耗的热量来表示(kJ/(hm2))。

4.1人体作业时能量交换的特性4.1.3能量代谢和能量代谢率

表4我国正常人基础代谢率平均值（kJ/hm2）年龄性别11~1516~1718~1920~3031~4041~5051以上男性195.5193.4166.2157.8158.7154.1149.1女性172.5181.7154.1146.5146.9142.4138.64.1人体作业时能量交换的特性4.1.3能量代谢和能量代谢率

2.安静代谢安静代谢是作业或劳动开始之前，仅为了保持身体各部位的平衡及某种姿势条件下的能量代谢。安静代谢率用R表示。4.1人体作业时能量交换的特性4.1.3能量代谢和能量代谢率

3.活动代谢是人在从事特定活动过程中所进行的能量代谢。在实际活动中所测得的能量代谢率(用M表示)，不仅包括活动代谢率，也包括基础代谢率与安静代谢率，所以活动代谢率(用MR表示)应为MR＝M－R4.1人体作业时能量交换的特性4.1.3能量代谢和能量代谢率

4.相对能量代谢率MRM-RRMR＝————=————BB4.1人体作业时能量交换的特性4.1.3能量代谢和能量代谢率

表相对能量代谢RMR的推算值

表为不同活动类型的RMR的实测值。

除利用实测方法之外，还可用简易方法近似计算人在体力劳动中的能量消耗，其计算公式为M＝R＋MR＝1.2×B＋RMR·B＝（1.2＋RMR）×B5.影响能量代谢的因素影响人体作业时能量代谢的因素很多，如作业类型、作业方法、作业姿势、作业速度等。4.1人体作业时能量交换的特性4.1.3能量代谢和能量代谢率

图各种作业类型相对应的能耗(kCal/min)图用不同方式搬运重物时氧耗量比较图(a)单肩双包(100%)；(b)头顶(103%)；(C)双肩背(109%)(d)前额挂背(115%)；(e)斜挎(123%)；(f)挑担(129%)；(g)双手提(144%)图不同姿势的氧耗量比较图(a)仰卧(100%)；(b)坐姿(103%～105%)；(C)立姿(108%～１１0％）（d）跪姿(130%～140%)；(e)弯腰(150%～１６0％)4.1.4能量代谢的测定

测定方法直接法：间接法：通过测定人体消耗的氧量，再乘以氧热价求出能量代谢率通过热量计测定在绝热室内流过人体周围的冷却水升温情况，换算成能量代谢率供能物质糖蛋白质脂肪4.1人体作业时能量交换的特性表三种营养物质氧化时的数据物质能量表征氧热价呼吸商每消耗1L氧所产生的热量机体在同一时间产生的CO2量与消耗的O2量比值物质热量(kJ/g)机体内氧化氧耗量CO2产量氧热价(Kj/L)呼吸商糖17.417.40.830.8320.91.00脂肪40.040.02.031.4519.70.706蛋白质17.917.90.950.7618.80.802C6H12O6+6O2==6CO2+6H2O食物热价每克营养物质氧化释放的能量4.1.4能量代谢的测定

4.1人体作业时能量交换的特性表4-7非蛋白呼吸商和氧热价的关系4.1.4能量代谢的测定

4.1人体作业时能量交换的特性实际应用中，经常采用省略尿氮测定的简便方法，即根据受试者在同一时间内吸入的O2量和CO2产生量求出呼吸商(混合呼吸商)，而不考虑蛋白质代谢部分，实践证明，采用简便方法得到的结果不会有显著误差。4.1.4能量代谢的测定

4.1人体作业时能量交换的特性既然通过作业时消耗的O2量和产生的CO2量可以换算能量消耗，相对代谢率也可以通过测定作业者在作业时、安静时消耗的O2量和产生的CO2的比值，计算作业者在安静时和作业时各自的O2消耗量，然后乘以每消耗1LO2所产生的热量(氧热价)，分别折算成作业时和安静时的能量消耗。同理若将作业者的基础代谢量换算成O2消耗量或直接测定出基础代谢时O2消耗量，则相对代谢率计算式又可写成RMR=作业时的O2消耗量－安静时的O2消耗量基础代谢时的O2消耗量(4-12)4.1.4能量代谢的测定

4.1人体作业时能量交换的特性4.2作业时人体的调节与适应4.2作业时人体的调节与适应

作业时的每一个有目的的动作，既取决于中枢神经系统的调节作用(主观能动性)，又取决于从机体内外感受器所传入的各种神经冲动(包括第一和第二信号系统)，在大脑皮层内进行综合分析，形成一时性共济联系(TransientAssoCiation)调节各器官适应作业活动的需要，维持机体与环境的平衡。4.2.1神经系统的调节与适应1.心率心率是单位时间内心脏搏动的次数。心率增加的限度即最大心率随年龄的增长而逐渐减小，可用年龄来推算。最大心率与安静心率之差称为心搏频率储备，可用来表示体力劳动时心率可能增加的潜在能力。

4.2作业时人体的调节与适应4.2.2心血管系统的调节与适应

图不同劳动强度的心率变化曲线2.心输出量心输出量为每搏输出量与心率的乘积。

4.2作业时人体的调节与适应4.2.2心血管系统的调节与适应

3.血压.是血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压力，通常多指血液在体循环中的动脉血压，一般以毫米汞柱(mmHg)为单位(1mmHg＝133.32Pa)。

图动态作业至力竭时收缩压与舒张压的变化4.2作业时人体的调节与适应4.2.2心血管系统的调节与适应

4.血液的重新分配人处于安静状态时，血液流向肾、肝及其他内脏器官较多，而体力作业开始后，心脏射出的血液大部分流向骨骼肌，以满足其代谢增强的需要。表5-7列出了安静状态和重体力劳动时血液流量的分配状况。由表可知，进行重体力作业时，流向骨骼肌的血液量较安静时多20倍以上，心肌血流量增加5倍。表安静时和重体力劳动时的血液分配4.2.3其他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/min，极大强度作业时可达60次/min，肺通气量也由安静时的6～8L/min增加到40～120Ｌ／min以上。对于锻炼有素者肺通气量的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。作业停止后，呼吸的恢复期比心率、血压恢复期短。4.2.4脑力劳动和持续警觉作业的特点随着科学技术的发展和社会的进步，采用电脑控制的生产过程日益增加和完善，大量繁重体力劳动和职业危害较严重的工种将逐步被机器人所取代，体力劳动的比重和强度将不断减小，而需要智力和神经紧张型的作业越来越多。1.脑力作业的生理变化特征脑的氧代谢较其他器官高，安静时约为等量肌肉耗氧量的15～20倍，占成年人体总耗氧量的10%。由于脑的重量仅为体重的2.5%左右，大脑即使处于高度紧张状态，能量消耗量的增高也不致超过基础代谢的10%。表5-8列出了脑力作业和技能作业的RMR。L表4不同类型的脑力作业和技能业的RMR实测值2.持续警觉作业持续警觉通常是在刺激环境单调和脑力活动以注意为主的条件下，长时间保持的警觉状态。在化工、发电厂、雷达站和自动化生产系统中的仪表监控工作以及舰艇、飞机的驾驶中，都要求作业者长时间地保持警觉状态。

图4信号频率与作业效能的关系图觉醒—效能曲线4.3作业能力的动态分析能力：是指一个人顺利完成一定活动所表现出的稳定的心理和生理特征。它直接影响活动的效率。4.3.1作业能力的动态变化规律

作业能力：是指作业者完成某种作业所具备的生理、心理特征，综合体现个体所蕴藏的内部潜力。这些心理和生理特征，可以从作业者单位作业时间内生产的产品产量和质量间接地体现出来。但在实际生产过程中，生产的成果(产量和质量)除受作业能力的影响外，还受作业动机等因素的影响，所以生产成果＝f(作业能力×作业动机)图4-10劳动生产率动态变化典型曲线一时性协调功能终末激发现象4.3.2动作的经济与效率法则

1、利用人体原则2、布置工作地点原则3、设计工具和设备的原则4.3.3劳动强度分级劳动强度：作业者在生产过程中体力消耗及紧张程度分类脑力劳动：体力劳动：脑力劳动的能量消耗一般不超过基础代谢的10%体力劳动的能量消耗是基础代谢的10~25倍基于能量消耗的劳动强度分级方法分类相对指标：绝对指标：以相对代谢量RMR8h的能量消耗量和劳动强度指数4.3.3.1国外的劳动强度分级国外常用的克里斯坦森(Christensen)标准，是以能耗量和氧耗量作为分级标准来划分不同劳动强度的，该标准所依据的为欧美人的平均值，即体重70kg、体表面积1.84m2。所分等级为轻、中等、强、极强、过强共五级。4.1.3.2我国的劳动强度分级

我国于1983年制订了按劳动强度指数划分的《体力劳动强度分级》国家标准(GB3869-83)，该标准是在对262个工种的工人劳动时、能量代谢和疲劳感等的调查分析基础上，以劳动时间率和工作日平均能量代谢率［kCal/（min·m2）］为指标制订的，能比较全面地反映作业时人体负荷的大小。劳动强度指数的计算公式为

I＝3T＋7M（4-6）式中：I——劳动强度指数；T——劳动时间率；

M——8h工作日能量代谢率，kCal/(min·m2)；3——劳动时间率计算系数；7——能量代谢率计算系数。1997年，又重新确定了新标准(GB3869-97)代替了原来的标准，规定了体力劳动强度分级的划分原则和级别，作为劳动安全卫生和管理的依据。体力劳动级别对应劳动体力劳动强度指数I轻劳动I≤15II中劳动15<I≤20III重劳动20<I≤25IV极重劳动I>25劳动强度指数计算公式为

I＝10TMSW（4-7）式中：I——劳动强度指数；T——劳动时间率,%；

M——8h工作日能量代谢率，kJ/(min·m2)；

S——性别系数(男性=1，女性=1.3)；

W——体力劳动方式系数(搬=1，扛=0.4，推/拉=0.05)劳动时间率T为一个工作日内净劳动时间(除休息和工作中持续1min以上的暂停时间外的全部活动时间)与工作日总时间之比，即4.4作业疲劳及其测定4.4.1体力疲劳的特点与分类作业者在作业过程中，产生劳动作业机能衰退，作业能力明显下降，有时并伴有疲倦等主观症状的现象，叫做作业疲劳，简称疲劳。疲劳是飞行员的大敌从医学的观点出发，身体疲劳的定义为：在操作过程中，人体由于生理和心理状态的变化，会产生某一个或某些器官甚至整个机体过度运转的状况，表现为人体功能衰退和周身出现不适感觉。自然性防护反应作业疲劳的特点突出表现在，疲劳不仅是生理反映，而且还包含着大量的心理因素、环境因素等。例如，作业者为了某种目的，通过自己的努力可以在短时间内掩盖疲劳的效应；相反，心理上的某种不适应或不满又会提前或加速疲劳的出现，如单调的作业内容、强制而令人不适的作业节奏，使作业者产生厌倦感，因而造成作业者的作业效率下降。美军飞行员服用安非他命(禁药)局部疲劳(如电脑前久坐)全身疲劳(搬运，游泳)短时间剧烈活动产生的疲劳(短跑)长时间中等作业产生的疲劳4.4.2疲劳的发生机理疲劳的类型不同，发生的机理也不尽相同。1.疲劳物质累积机理短时间大强度体力劳动所引起的局部肌肉疲劳，是由于乳酸在肌肉和血液中大量积蓄引起的，称为“疲劳物质累积机理”。三磷酸腺苷(ATP)葡萄糖糖酵解氢离子浓度上升肌肉酸碱度下降肌肉收缩能力下降乳酸积累2.力源耗竭机理较长时间轻或中等强度劳动引起的疲劳，既有局部肌肉疲劳，又有全身性疲劳。这种局部肌肉疲劳不是由于乳酸积蓄所致，而是由于肌糖原贮备耗竭之故，称为“力源耗竭机理”。3.中枢变化机理强烈或单调的劳动刺激会引起大脑皮层细胞贮存的能源迅速消耗，这种消耗会引起恢复过程的加强。当消耗占优势时，会出现保护性抑制，以避免神经细胞进一步耗损并加速其恢复过程，这种机理称为“中枢变化机理”。血糖降低中枢神经疲劳大脑神经抑制性递质“氨基丁酸”上升大脑兴奋性降低中枢和外围相结合肌肉疲劳4.生化变化机理全身性体力疲劳是由于作业及其环境所引起的体内平衡状态紊乱，引起这种平衡紊乱的原因除包含局部肌肉疲劳外，还有许多其他原因，如血糖水平下降、肝糖原耗竭、体液丧失(脱水)、电解质丧失(Na＋和K＋)、体温升高等，这称为“生化变化机理”。肌肉活动和收缩时，体内淀粉含量减少，分解为乳酸，并放出热能(121kJ/克分子)供肌肉活动，当体内淀粉含量不足或供不应求时，则产生明显的疲劳感5.局部血流阻断机理静态作业引起的局部疲劳，是由于局部血流阻断引起的。因为肌肉收缩时，使肌肉变得非常坚硬，其内压可达几十kPa，因此会部分地或完全地阻断血流通过收缩的肌肉。有氧状态股四头肌张力/最大收缩力51020306070血流乳酸

总体来说，疲劳产生的机理，因疲劳产生的形式不同而有所不同，也可能会是上述5种机理综合影响所致。人的中枢神经系统主管人的注意力、思考、判断等功能，无论何种类型的操作，最先、最敏感地反映出来的是中枢神经的疲劳，继之反射运动神经系统也出现相应的疲劳，表现为血液循环的阻滞、肌肉能量的耗竭、乳酸的产生和动力定型的破坏等。4.4.3测定疲劳的方法疲劳测定方法应能满足准则：测定结果应是客观的表达，而不依赖于研究者的主观解释；测定结果应定量化地表示疲劳的程度；测定方法不能导致附加的疲劳，或使被测者分神；测定疲劳时，不能导致被测者不愉快或造成心理负担与病态感觉。疲劳特征的表现生理状态发生特殊变化，如心率、血压、呼吸、乳酸；作业能力下降，如反应速度、正确率与感受性；疲倦的自我体验。

测定内容测定法呼吸机能呼吸数、呼吸量、呼吸变化曲线、浓度循环机能心率数、心电图及血压感觉机能触两点辨别阈值、平衡机能、视力、听力神经机能反应时间、闪光融合值、皮肤电反射运动机能握力、臂力、肌电图及膝腱反射阈值生化机能血液成分、尿量及成分、发汗量、体温综合机能自觉疲劳症状、身体动摇度、手指颤振度其他作业周期、宽裕、频度与强度1.生化法生化法通过检查作业者的血、尿、汗及唾液等体液成分的变化判断疲劳。这种方法的不足之处是，测定时需要中止作业者的作业活动，并容易给被测者带来不适和反感。2.生理心理测试法生理心理测试法又包括：膝腱反射机能检查法；两点刺激敏感阈限检查法；频闪融合阈限检查法；连续色名呼叫检查法；反应时间测定法；脑电肌电测定法；心率(脉率)血压测定法等。1)膝腱反射机能检查法：疲劳造成的反射机能钝化程度来判断，适用于体力疲劳和精神疲劳判定

根据小腿弹起角度大小评价疲劳5-10度：轻度疲劳；10-15度：中度疲劳；15-30度：重度疲劳。2)两点刺激敏感阈限检查法利用两个距离很近的针状物同时刺激皮肤表面，当两个刺激点间的距离小到刚刚使受试者感到是一点时的距离。称为两点刺激敏感阈限。疲劳程度阈限值3)频闪融合阈限检查法利用视觉对光源闪光频率的辨别程度判断机体疲劳的方法。融合现象：把闪变频率提高到使人眼对闪变感觉消失融合度：开始产生融合现象的闪变频率；闪变度：在融合状态下降低光源的闪变频率，使人感觉到闪变感觉的临界闪变频率。为了表征疲劳程度，一般以频闪融合阈限的日间变化率(dR)和周时变化率(wR)指标表示，即（4-9）（4-10）日本早稻田大学大岛的研究结果认为，正常作业应满足表4-14列出的标准表4–14频闪融合阈限值劳动类型日间变化率周间变化率理想界限允许界限理想界限允许界限体力劳动-10-20-3-13体力与脑力结合的劳动-7-13-3-13脑力劳动-5-10-3-134)连续色名呼叫检查法。通过检查作业者识别各种颜色，并能正确地叫出各种颜色色名的能力，从而判别作业者疲劳的方法。5)反应时间及脑电肌电测定法。反应时间的变化也同样能表征中枢系统机能的迟钝化程度。后者适用于局部肌肉疲劳

6)心率(脉率)、血压测定法。上述方法不足之处，是判断疲劳的过程不能与作业者的作业过程同时进行。疲劳程度测定指标根据当前技术条件，心率(脉率)、血压测定法可以在作业者的作业过程中，实现对作业者的心率(脉率)、血压遥控检测，而又不会给作业者增加负担。图4-12是一男性青年的强化疲劳试验的结果。图4-12某男性青年强化疲劳测定曲线3.他觉观察和主诉症状调查法疲倦的他觉观察和主诉症状调查法，也称自我感觉摄影。具体的做法是首先选定若干受试者，然后对他们进行若干天的跟踪调查。在受试者上班的时间内，每隔半小时向受试者提出询问：“在当前时刻你体验到什么样的疲劳特征?”要求受试者指出这种或那种症状及其程度——微弱、中等、剧烈。数据处理以程度的变异和新症状的出现作为单位数，如果出现中等或剧烈的新症状，则增加2或3个单位数，出现“普遍疲劳”或“全身症状”时加3个单位数，然后计算各个时间的平均数(见表4-15)。表4-15疲劳的自我症状计算表4.4.4疲劳的一般规律作业疲劳与休息恢复二者交替人体机能与适应能力日趋完善疲劳可以通过休息恢复；疲劳有累积效应；疲劳程度与生理周期有关；人对疲劳有一定的适应能力。青年人老年人休息疲劳程度4.5提高作业能力与降低疲劳的措施1改进操作方法，合理应用体力合理设计作业中的用力方法主要从以下几方面考虑：1)合理安排负荷，使单位劳动成果所消耗的能量最少。2)按生物力学原理，把力用到完成某一操作动作的作功上去。3)利用人体活动特点获得力量和准确性。4)利用人体的动作经济原则，保持动作自然、对称、有节奏。5)降低动作能级。能用手指完成的作业，不用手臂运动实现；能用手臂运动完成的作业，不用全身运动实现。6)充分考虑不同体位时的用力特点。2合理确定休息制度1).合理确定作业过程中的休息时间不同劳动强度的能量消耗亦不同。为了延缓疲劳的发生，减少错误和事故，保证产品质量，维护作业者的健康，必须在作业过程中插入必要的休息时间。因为延长作业时间对消除疲劳极为不利，所以必须根据不同的劳动强度，合理确定休息时间。

米勒：一般人可连续运动480min中间不休息的最大能量消耗界限为16.75kJ/min图4-13能量消耗水平与作业持续时间的关系设作业时增加的能量消耗量为M，制度劳动时间为t，实际劳动时间为tL，休息时间为tX。则

t＝tL＋tx