第二章人体生理特性

第二章人体生理特性第一节神经系统

第一节神经系统

一、神经组织 人的神经组织主要是由神经元和神经胶质细胞组成。神经元也称神经细胞，是神经系统的结构、功能和营养的基本单位，具有感受体内外刺激、整合信息和传导信息的功能。神经胶质细胞分布在神经元周围，构成网状支架，对神经元起支持、绝缘、营养、防御等作用。第一节神经系统

1、神经元一个神经元由以下三个部分组成：一是包含有细胞核的细胞体，它是神经元代谢和营养的中心；二是由细胞体向外伸出的呈树枝状的短突部分，称为树突；三是由细胞体向外伸出的一条细长的单突，称为轴突，如图所示。神经元模式图突触

2、突触突触由突触前膜、突触间隙和突触后膜三部分组成。第一节神经系统

二、中枢神经系统1、脊髓 脊髓的功能： 一是传导功能， 二是反射功能。第一节神经系统

2、脑 脑是中枢神经的高级部位，位于颅腔内，由大脑半球、间脑、中脑、脑桥、延髓和小脑六部分组成。

第一节神经系统

（1）延髓:它不仅是食物反射和某些防御反射的中枢,而且是呼吸和循环系统的反射性自动调节中枢,故有”生命中枢”之称。（2）脑桥：位于延髓上方、小脑腹侧，是联系小脑两半球上、下行神经纤维的桥梁。脑桥参与或完成头面部肌肉的运动以及某些感觉的形成。

第一节神经系统（3）中脑：位与脑桥上方，是视、听运动的反射中枢。（4）间脑：位于脑干上方，由丘脑和下丘脑组成。丘脑被称为感觉的中继站。（5）小脑：小脑位于颅后窝内，在延髓和脑桥的背侧，大脑的后下方。小脑的主要机能是维持身体的平衡、调节与校正肌肉的紧张度和协调肌肉的运动。

第一节神经系统（6）大脑半球：大脑半球位于中枢神经系统的最高部位，被分为左、右两个半球，大脑表面有许多深浅不一的皱褶，皱褶凹陷部位称为沟或裂，隆起部位称为回，半球表面被覆2～5mm厚的灰质细胞层，称为大脑皮质。皮质的深部为髓质，亦称白质。第一节神经系统 1909年，K·布罗德曼（K．Brodmann）根据皮质不同部位的组织结构特点不同、功能不同，将大脑皮质分为52区，并注上阿拉伯数字号码，成为至今仍有权威意义的细胞构筑图或脑地图。 1950年，加拿大的潘菲尔德（Penfield）也绘制出了相当精确的大脑皮质感觉区和运动区的定位图。第一节神经系统第一节神经系统第一节神经系统

三、周围神经系统周围神经系统是由脑和脊髓发出，其末梢分布于身体各器官和组织的神经系统。它包括脊神经、脑神经和植物性神经。周围神经的功能，一是接受来自体内外的各种刺激并将其传导至中枢神经；二是传递由中枢神经发出的指令并完成运动反应。第二节人的感觉和知觉 一、感觉

感觉是人脑对直接作用于感觉器官的事物的个别属性的反映。 能引起感觉器官有效反应的刺激称为该感觉器官的适宜刺激。人的感觉人的感觉

1、感受性和感觉阈限

感受性是感觉器官对适宜刺激的感觉能力，用感觉阈限的大小来度量。（1）绝对感受性和绝对感觉阈限。 产生感觉需要有达到一定强度的适宜刺激。刚刚能引起感觉的最小刺激量，称为绝对感觉阈限的下限，感觉出最小刺激量的能力称为绝对感受性。人的感觉

若刺激过大，超过了正常限度，将使感觉消失而引起痛觉，甚至造成感官的损伤。刚刚使感觉消失的最大刺激量称为绝对感觉阈限的上限。刺激量在上、下阈限之间才能引起感觉。人的感觉（2）差别感受性和差别感觉阈限。

当两个不同强度的同类型刺激同时或先后作用于某一感觉器官时，它们在强度上的差别必须达到一定程度，才能引起人的差别感觉。差别感觉阈限即为刚刚能引起差别感觉的刺激之间的最小差别量。对最小差别量的感受能力则为差别感受性。人的感觉

——差别感觉阈限；——最初刺激的强度；——常数，称为韦伯比例。德国生物学家韦伯（E·H·Weber）发现，在中等强度的刺激范围内，差别感觉阈限随最初刺激强度的变化而变化时是有一定规律可循的，即差别感觉阈限与最初刺激的强度之比为一常数。人的感觉

人的各个感觉器官的感受能力的发展是不平衡的，而不同的职业又有各自不同方面的感受能力要求。另一方面，人的感觉能力又具有很大的发展潜力，经过训练后，某些方面的感受性可以获得极大的提高。人的感觉

2、感觉的适应在同一刺激物的持续作用下，人的感受性发生变化的过程，称为感觉的适应。知觉 二、知觉 客观事物的各种属性分别作用于人的不同感觉器官，引起人的各种不同感觉，经大脑皮质联合区对来自不同感官的各种信息进行综合加工，于是在人的大脑中就产生了对客观事物的各种属性、各个部分及其相互关系的综合的整体的映象，这便是知觉。

知觉

1、知觉的基本特性

1）知觉的整体性。把知觉对象的各种属性、各个部分知觉成为一个统一的有机整体，称为知觉的整体性。知觉

2）知觉的理解性。根据已有的知识经验去理解当前的感知对象，称为知觉的理解性。 3）知觉的恒常性。当知觉的条件在一定范围内改变了的时候，知觉的映象仍然保持相对不变，这种特性称为知觉的恒常性。 4）知觉的选择性。人们总是按照某种需要或目的主动地有意识地选择其中少数事物作为知觉的对象，对它产生突出清晰的知觉映象，而对同时作用于感官的周围其他事物则呈现隐退模糊的知觉映象，从而成为烘托知觉对象的背景，这种特性称为知觉的选择性。知觉

知觉

影响知觉选择性的因素，主要有：知觉对象与背景之间的差别越大，对象越容易从背景中区分出来，如万绿丛中的一点红；在固定不变或相对静止的背景上，运动着的对象最易成为知觉对象；刺激物各部分相互关系的组合，如彼此接近的对象比相隔较远的对象。彼此相似的对象比不相似的对象易于组合在一起，而成为知觉的对象；人的主观因素，如任务、目的、知识、兴趣、情绪等不同，则选择的知觉对象也不同。视觉 三、视觉

光、对象物、眼睛是构成视觉现象的三个要素。但视觉系统并不只是眼睛，从生理学角度看，它包括眼睛和脑；从心理学角度看，它不仅包括当前的视觉，还包括以往的知识经验。换句话说，视觉捕捉到的信息，不只是人体自然作用的结果，而且也是人的观察与过去经历的反映。（一）视觉器官与视觉 人的视觉器官是眼，它由眼球及其辅助结构（包括眼球外肌和眼睑等）组成。

视觉 看近物时，晶状体曲率增加。反之，看远物时，晶状体曲率减小。瞳孔是虹膜中央的圆孔，作用是调节入眼的光量。当强光时，瞳孔缩小，减少进眼的光量，以保护视网膜不受过强刺激；弱光时，瞳孔开大，增加进眼的光量，使视网膜能得到足够的刺激。 看近物时瞳孔缩小，看远物时瞳孔开大，都是使视网膜上成像清晰的一种调节。视觉

视网膜是眼的感光部分，内有两种感光细胞：锥细胞和杆细胞。 锥细胞专司昼光觉和色觉，对物体的细小结构和颜色，具有高度的分辨能力，对弱光则不如杆细胞敏感。杆细胞专司暗光觉，只感知明暗和物体的粗大轮廓。根据感光细胞在视网膜上分布的情况，视觉可分为中央视觉和周围视觉。视觉（二）视觉特征

1、视角与视力

视角是被看目标物的两点光线投入眼球时的交角。如图所示，视角（单位为“´”’）与观察距离L和被看目标物上两点之间的直线距离D有关，即视觉 眼睛能分辨被看目标物最近两点的视角，称为临界视角。

视力是眼睛分辨物体细节能力的一个生理尺度，用临界视角的倒数来表示，即

视力=1/临界视角

视觉

认清物体形状的视力为中心视力。在暗环境中辨别物体形状的视力为夜视力。两只眼睛中所形成的物像，融合为双眼单视后，可用以辨别物体高低、深浅、远近、大小，这种辩别物体立体位置的视力称为立体视力。视觉

2、色觉

视觉 人眼感受色光刺激是由视网膜上的锥细胞承担的。三原色学说认为，视网膜上有三种锥细胞，分别感受红、绿、蓝三种基本颜色。当三种锥细胞受到同等程度的强刺激时，会引起消色的感觉，即同等强刺激产生白色效果，同等中等强度刺激产生灰色效果，同等弱刺激产生黑色效果。如果受到不同强度的刺激，则引起其他各种颜色感觉。视觉 对视野中某一颜色的感觉，由于受到邻近颜色的影响而发生变化的现象，称为色对比，例如在红色背景上放一小块灰色纸，注视几分钟后，这块灰纸就会表现出略带绿色。每种颜色在其邻近区域诱导出它的补色，或者由于两种相邻颜色的互相影响而使每种颜色在其邻近区域诱导出它们各自的补色，这种对比叫做同时对比。另外，如果先凝视一红点，几秒钟后移视灰色卡片，可见卡片上有一绿点；如先注视一绿点，几秒钟后移视灰色卡片，可见卡片上有一红点（黄和蓝也有类似现象），此现象称为继时对比。

视觉 人停止注视某一颜色之后，在一个短时间内，眼前还会有这种颜色，称为后像。仍能见到的颜色与注视色相同者称正后像，见到的颜色是被注视的颜色的补色，就是负后像。视觉

3、视野1）一般视野。视觉 人眼在垂直方向3°和水平方向3°的范围内看到的物体，其映像落在视网膜的黄斑中央的中央凹上，上下、左右视野均只有1.5°左右，这就是最佳视区。在垂直面内水平视线以下30°和水平面内零线左、右两侧各15°的范围内，获得的物像最清晰，为良好视野范围。在垂直面内水平视线以上25°，以下35°，在水平面内零线左、右各35°的视野范围为有效视野范围。视觉

2）色觉视野。

视觉

4、视距

视距是人在操作系统中正常的观察距离。一般应根据观察目标的大小和形状以及工作要求确定视距。通常，观察目标在560mm处最为适宜，小于380mm时会引起目眩，超过760mm时细节看不清。此外，观察时头部转动角度，左右均不宜超过45°，上下均不宜超过30°。当视线转移时，约97％时间的视觉是不真实的，所以应避免在转移视线中进行观察。视觉视觉

5、对比感度 人眼刚刚能辩别到物体时，背景与物体之间的最小亮度差称为临界亮度差。临界亮度差与背景亮度之比称为临界对比。临界对比的倒数称为对比感度。视觉 其关系式如下：

式中：——临界对比；——临界亮度差；——背景亮度；——物体的亮度；——对比感度

视觉 6、视觉适应

视觉适应是人眼随视觉环境中光量的变化而感受性发生变化的过程。

暗适应是人由明亮的环境转入暗环境，在暗环境中视网膜上的杆细胞感受弱光的刺激，使视觉感受性逐步提高的过程。

明适应是人由暗环境转入明亮的环境，杆细胞失去感光作用而视网膜上的锥细胞感受强光的刺激，使视觉阈限由很低提高到正常水平。视觉

7、眼球的运动规律1）眼球的水平运动比垂直运动快，因此一般先看到水平方向的东西，后看到垂直方向的东西。眼球的左右方向运动不像上下方向运动那样容易疲劳，而且对水平方向的尺寸比例的估计要比对垂直方向的准确得多。 2）视线习惯于从左到右和从上往下移动，看圆形物体总是沿顺时针方向看得迅速。视觉 3）当对象物偏离视中心时，在偏离距离相同的情况下，人眼对左上方的观察优于对右上方，对右上方的观察又优于对左下方，对右下方的观察最差。4）两眼球的运动是协调的、同步的，不可能一只眼球转动而另一只眼球不动，也不可能一只眼睛看东西，而另一只眼睛不看。听觉 四、听觉1、声音与测量

（1）声波的频率。 一般情况下，人耳对20～20000HZ频率范围内的声音较敏感，其敏感程度随频率而变，且存在着个体差异。

（2）声音的强度。声强是根据单位面积上的能量来定义的，比如瓦特每平方米。因为一般情况下能量的数值都很大，所以通常用对数来描述声强。贝尔B是测量时使用的基本单位。贝尔值是两个声强比率的对数。实际上，更方便、更普遍声强测量的单位是分贝（dB），ldB＝0.1B。

听觉听觉 多数的声音测量仪器并不能直接测量声音的能量，但是，声音会改变空气的压力，而这些气压的振动是能够直接进行测量的。声音的能量是与声压的平方成正比的，因此，单位是分贝的声压级（SPL）定义如下。听觉 最常用的参考值P0是20μN/m2，或者称为20微帕斯卡或微巴。这个声压相当于强度非常低的1000Hz的纯音阶，正常的成年人在理想的状态下也几乎听不到这样的声音。P1是要测量的声音的声压。 工程中的信噪比实际上就是指一个信号与背景噪音的分贝之差。听觉

（3）复合音。 复合音可以用两种方式表示：一种是由几个单独的波形叠加成它的波形；另一种是使用音谱来描述复合音，即把声音分成几个频率段，然后测量每一范围内的声强，这就要使用频率段分析方法。范围越窄，音谱就分得越细，音阶也就越多。听觉2、听觉器官 人的听觉器官是耳。耳包括外耳、中耳和 内耳三部分。

听觉3、听觉过程 1）将空气中的声波转变为机械振动。2）将机械振动转变为液体振动。 3）将液体波动转变为神经冲动。听觉4、听觉特征

1）接受信息无方向性2）强度辨别阈限 3）频率辨别阈限 4）方位辨别能力 5）距离知觉

6）掩蔽效应肤觉

五、肤觉 人体皮肤上分布着三种感受器：触觉感受器、温度感受器和痛觉感受器。

1、触觉触觉是微弱的机械刺激触及了皮肤浅层的触觉感受器而引起的，而压觉是较强的机械刺激引起皮肤深部组织变形而产生的感觉，由于两者性质上类似，通常称触压觉。肤觉

触觉的生理意义是能辨别物体的大小、形状、硬度、光滑程度以及表面机理等机械性质的触感。在人机系统的操纵装置设计中，就是利用人的触觉特性，设计具有各种不同触感的操纵装置，以使操作者能够靠触觉准确地控制各种不同功能的操纵装置。 皮肤的不同区域对触觉敏感性有相当大的差别，这种差别主要是由于皮肤的厚度、神经分布状况引起的。如面部、口唇、指尖等处的触点分布密度较高，而手背、背部等处的密度较低。肤觉

2、温度觉温度觉分为冷觉和热觉两种。这两种温度觉是由两种不同范围的温度感受器引起的。人体的温度觉对保持机体内部温度的稳定与维持正常的生理过程是非常重要的。

肤觉3、痛觉

凡是剧烈性的刺激，不论是冷、热接触，或是压力等，肤觉感受器都能接受这些不同的物理和化学刺激，而引起痛觉。 机体不同部位的痛觉敏感度不同；皮肤和外粘膜有高度痛觉敏感性；角膜的中央，具有人体最痛的痛觉敏感性。痛觉具有很大的生物学意义，因为痛觉的产生，将导致机体产生一系列保护性反应来回避刺激物，动员人的机体进行防卫或改变本身的活动来适应新的情况。嗅觉六、嗅觉

鼻子是探测各种气味的一个敏感的器官，它的敏感程度依靠物质的特点和用力吸的程度。尽管人们的嗅觉很灵敏，但往往有很高的错误警报率，一般都是把没有气味误认为有气味了。嗅觉

嗅觉的用途并不是很广，原因之一就是信息的来源不可靠，因为人们对不同气味的敏感程度差异很大；不新鲜的空气可能降低敏感程度；人们对气味适应的很快，片刻之后，对这种气味的感觉就会麻木；气味的传播很难控制。本体感觉

七、本体感觉 1、平衡觉

平衡觉是人对自己头部位置的各种变化及身体平衡状态的感觉。平衡觉感受器位于内耳的前庭器官——半规管和耳石器中。 壶腹脊的适宜刺激是旋转加速和旋转减速运动 囊斑的适宜刺激是直线加速和直线减速运动本体感觉本体感觉

影响平衡觉并导致失去平衡的因素主要有：酒（当喝多了的时候可引起头晕或失去平衡）；年龄（老年人常有一些内耳神经类型的损伤，因而造成眩晕、迷失方向）；恐惧（例如由于害怕高空，因而在高处时就眩晕）；突然的运动（如在床上躺几小时后突然跳起来）；热紧迫（在夏天的太阳光下工作时间太长可引起头晕）；不常有的姿势等。本体感觉

2、运动觉

运动觉是人对自己身体各部位的位置及其运动状态的一种内部感觉。运动觉的感受器有三种：一是广泛分布于全身肌肉中的肌梭，它接受肌肉收缩长短的刺激；二是位于肌腱内的腱梭，它接受肌肉张力变化的刺激；三是关节内的关节小体，它接受关节运动（屈、伸）的刺激。 人的各种操作技能的形成，有赖于运动觉信息的反馈调节。如熟练的打字。 由此可见，运动觉在随意运动的精确化和自动化方面有着其他感觉所不能及的作用。第三节人体的运动系统 工作对人体造成的损害往往是由于：工具的设计没有考虑人的因素，使工作人员长期采取不科学的姿势从事工作；或操作者的作业姿势不正确等。 人体的运动系统是由骨、骨连接（关节）和肌肉三部分组成。骨和骨连接构成人体的杠杆系统——骨架。肌肉附着在骨架上，并受神经系统的支配，能牵引着骨绕关节转动，人体便产生各种各样的运动。人体骨骼示意图

一、骨骼 骨依其所在部位可分为颅骨、躯干骨、四肢骨三部分；其中躯干骨又包括椎骨、肋骨和胸骨。 依其形态则可分为长骨、短骨、扁骨和不规则骨四种。 骨骼的主要功能是，骨骼构成人体的支架，有维持体型、支撑软组织、承担全身重量的作用；骨骼形成体腔壁，可保护大脑及内脏器官，并能帮助呼吸；骨是人体运动的杠杆，肌肉牵动骨绕关节转动，使人体产生各种运动；骨的红、黄骨髓有造血、储藏脂肪的功能，骨还是人体内矿物盐的储备仓库。 二、关节1、关节的基本构造 骨与骨以结缔组织连接构成关节，关节的基本构造包括关节面、关节囊和关节腔。关节的辅助结构包括韧带、关节盘、关节孟缘等。

2、关节的类型根据关节面的形态和运动形式，关节可分为单轴关节、双轴关节和多轴关节。

根据关节中骨的多少可分为，单关节，由两块骨构成，如肩关节。复关节，由两块以上的骨构成的，如肘关节。还有两个或两个以上结构完全独立，但必须同时进行运动的联合关节，如下颌关节。 根据连接组织的性质和活动情况，关节可分为不动关节，两骨之间以结缔组织相连接，中间没有任何间断和裂缝，这种连接又叫无腔缝的骨连接。根据骨连接组织的不同，又可分为韧带连接、软骨结合和骨性结合三种；动关节（即关节），骨与骨之间的连接组织中有腔隙，失去连续性。人体中绝大部分的骨连接为此种类型；

半动关节，介于动关节和不动关节之间的过渡的连接形式，其特点是两骨间以软骨组织相连接。半动关节的活动范围很小，如耻骨联合。

3、关节的运动

（l）滑动运动：这是一种最简单的运动，相对关节面的形态基本一致，活动量微小。 （2）角度运动：邻近的两骨绕轴离开或收拢，可产生角度的增大或减小。①屈、伸运动。关节沿矢状面运动，使相邻关节的两骨互相接近，角度减小时为屈；反之为伸。 ②内收、外展运动。关节沿冠状面运动，骨向正中面移动者称为“内收”，反之称为“外展”。 （3）旋转运动。骨环绕垂直轴运动时称为旋转运动。骨由前向内侧旋转时，称为“旋内”；相反，向外侧旋转时则称为“旋外”。 （4）环转运动。骨的上端在原位转动，下端则作圆周运动，全骨活动的结果犹如描绘一个圆锥体的图形，这样的运动称为“环转运动”。

三、肌肉 肌肉在人体上分布很广，根据其形态、功能和位置等不同的特点，可分为3种类型：骨骼肌、平滑肌和心肌。附着在骨骼上的肌肉称骨骼肌，骨骼肌有横纹，其收缩受人的意志支配。平滑肌大都构成脏器的壁，故又称内脏肌。心肌分布在心脏的壁上，其运动不受意志支配。1、肌肉的组织结构骨骼肌的形状一般可分为长肌、短肌、阔肌、轮匝肌四种。

2、骨骼肌的物理特性

①收缩性：表现为肌肉纤维长度的缩短和张力的变化。 ②伸展性 ③弹性 ④粘滞性3、肌肉收缩的机理和形式（1）肌肉收缩机理 （2）肌肉收缩的形式①等长收缩。肌肉收缩所产生的拉力等于外界阻力时，肌肉的长度不变，这种收缩形式称为等长收缩。等长收缩所产生的力主要用以维持身体一定的姿势。肌肉等长收缩，未使物体产生位移，故肌肉未做外功。

②非等长收缩。肌肉收缩所产生的拉力不等于外界阻力时，肌肉的长度发生改变，这种收缩形式称为非等长收缩。非等长收缩所产生的动态性力量是人体实现各种运动的基础。它包括两种形式：①当肌肉拉力大于外界阻力时，肌肉长度缩短，称为向心收缩，如伸手取物、举起重物等，此时，肌肉收缩所产生的动态性力量使物体发生了位移，因而肌肉做了外功；②当肌肉拉力小于外界阻力时，肌肉虽然积极收缩，但还是被拉长了，这种收缩形式称为离心收缩，此时，肌肉收缩所产生的能量转化为热能。

4、肌肉收缩的力学特征（1）潜伏期

负荷增大，潜伏期延长（2）缩短程度：负荷增大，肌肉缩短程度减少。（3）缩短速度：负荷增大，肌肉缩短速度慢。

5、肌肉收缩的机械效率 肌肉作功时所消耗的总能量E为E=A＋Q 式中：A一完成外功消耗的能量； Q一做内功所消耗的能量。 肌肉收缩的机械效率为6、肌力 肌肉收缩所产生的力通常以肌肉收缩时对外用力所测定的数值表示。 一个人能产生多大的肌力取决于其肌肉横截面面积的大小。肌力还与收缩肌肉的长度有关。 影响肌肉力量的因素很多，如遗传、营养、体重、年龄、性别、训练状况等等。 四、人体运动的杠杆原理

阻力矩为P×OD 拉力矩为F×OC

杠杆机械效率为OC/OD

o

CA

B

D

P

F 人体运动的骨杠杆形式基本有三种：

一是平衡杠杆，如图 头和颈椎的连结，寰 枕关节为支点，颈部 背侧肌群的起点为力 点，头的重心为阻力 点，因此支点位于重 心点和力点之间。

二是省力杠杆，如图， 跖趾关节为支点，体 重通过小腿骨施加于 踝关节处而成为阻力 点，腓肠肌的拉力作 用于足跟骨上而成为 力点，因此，重点位 于支点与力点之间。 这种杠杆由于力臂大 于阻力臂，故其机械 效益大于1，因而省力。

三是速度杠杆，髋关节为 支点，髂腰肌止点为力点， 下肢重心为阻力点，因此， 力点位于支点和重点之间。 这种杠杆由于力臂小于阻 力臂，故其机械效益小于1， 因而费力，但阻力点的移动 速度快，所以是以力的消耗 来换取较快的运动速度。人 体内特别是肢体内大多为速 度杠杆。

五、静态肌肉施力

肌肉收缩所产生的力作用于骨，然后再通过人体结构（如手、脚等）作用于其他物体，这一过程称为肌肉施力。 1、肌肉施力的类型 （1）静态肌肉施力

静态肌肉施力是依靠肌肉等长收缩所产生的静态性力量，较长时间地维持身体的某种姿势，致使肌肉相应地作较长时间的收缩。 （2）动态肌肉施力

动态肌肉施力是对物体交替进行施力与放松，使肌肉有节奏地收缩与舒张。

在其他操作条件基本相同的情况下，静态作业与动态作业相比较，产生如下生理效应：更大的能量消耗；心率加快，血压升高；需要更长的恢复时间。

2、静态肌肉施力特征

由此得出的一个重要的设计准则是：在长时间工作的情况下，不应使操作者的肌肉负荷超过其最大肌力的15％。该曲线称为Rohmert曲线，可将其用下列数学表达式给出3、常见静态作业和对人体的影响

常见的静态作业方式有：1）长时间或反复地向前或向两侧弯腰，如车床设计过低或身材高大者操作低车床；2）长时间手持或抓握物体，如手持加工机件，抓握风钻、铆枪、焊枪等；3）长时间双手前伸或手臂悬空抬起，如在设计过高的工作台上操作小台钻等； 4）一只脚支承体重，另一只脚控制机器，如使用像空气锤那样的单脚操作的脚踏板装置；

5）长时间站立在一个位置上，如操作各种机床；6）推拉重物；7）长时间、高频率地使用一组肌肉，如手指长时间高速敲击键盘等。

4、避免静态肌肉施力

为避免静态肌肉施力，设计应使操作者尽可能地不出现下列不良作业姿势和体位。1）长时间或反复弯腰，尤其是头和身体向两侧弯曲而造成的多块肌肉静态受力。弯腰使腰背部肌肉静态受力而造成能耗明显增加，坐姿、立姿的能耗大约只有弯腰能耗的2／3。2）长时间地抬手作业或上臂举着的作业姿势。这种姿势不仅使手臂和肩部肌肉静态受力，而且也影响作业的精确性。为避免这种状态，作业面应与肘关节高度相当或在肘关节以下。

3）负荷不平衡，单侧肢体承重或单手操作。4）头部和眼睛的不自然姿态，造成头部和颈部肌肉的静态施力。为避免这种状态，操作时手最好距离眼睛25～30cm，视线在水平线以下15º的方向。5）长时间的双手或单手前伸。最频繁的作业动作，应该在肘关节弯曲的情况下即可以完成。

6）静止不动，特别是长时间地站立于一个位置上。这种作业姿势，不仅造成静态肌肉施力，而且引起腿部静脉血压的增高。所以，通常坐姿作业比立姿作业省力。

六、操作动作与作业姿势 1、作业姿势的基本类型

人在日常生活和生产中，一般有4大基本姿势，即立姿、端坐姿、靠椅坐姿和卧姿。根据支持躯体的方式又可将上述4种基本姿势划分为34种姿势，其中立姿7种、端坐姿14种，靠椅坐姿10种、卧姿3种。

影响作业姿势的因素很多，主要有以下几个方面。①作业空间的大小及照明条件，变换姿势的可能性。②体力负荷的大小及用力方向，作业所要求的准确度和速度。③工作场所的布置，工具设备与材料的位置以及取用、操作的方法。④作业的方式、方法以及操作时的起坐频率。

⑤工作台面与座椅的高度，有无足够的容膝空间。⑥操作者随意采取的体位。

2、确定作业姿势的一般原则 不同的人体姿势所造成的肌肉负荷一般可用伴随肌肉收缩所产生的生物电位的变化即肌电图来显示。

在确定作业姿势时，一般遵循如下原则。

①操作者的作业姿势一般以坐姿为好，其次是坐一立姿。当工作过程非立姿不可时，才选择立姿。②应尽可能的使操作者采取平衡姿势，避免因作业姿势不当而给肌肉、关节和心血管系统造成不必要的负担。③作业过程中，应使操作者能自由地变换多种体位，尽可能的使操作者身体处于舒适状态。当强制保持的姿势无法避免时，应设置适当的支撑物 ④确定作业姿势应与肌力的使用以及作业动作相联系，三者应相互协调。

3、立姿 在下列情况下宜采取立姿作业。①常用的控制器分布在较大区域，远远超出坐姿的最大可及范围时。②需要用较大肌力的作业，而坐姿不可能达到时。③没有容膝空间的机器作业，坐着反而不如站着舒适时。 ④需要频繁坐、立的作业。因为频繁起坐所消耗的能量比立姿的耗能量还大。 ⑤单调的易引起心理性疲劳的作业。

4、坐姿

在下列情况下应采用坐姿作业。①持续时间长的静态作业。②精密度较高而又要求细致的作业。③需要手足并用的作业。④要求操作准确性高的作业。5、坐一立姿

坐一立姿是指在作业过程中既可以坐也可以站立，坐、立交替，但以坐姿为主。坐着可以解除站立所引起的下肢肌肉酸痛感，而站立又可放松坐着引起的腰部肌肉紧张，所以坐、立交替可以消除不同部位的肌肉负荷。第四节能量代谢

一、人体作业时的能量代谢1、人体能量的产生机理 补充ATP的过程称为产能。产能一般通过三种途径完成。

第四节能量代谢（1）ATP—CP系列

在要求能量释放速度很快的情况下，肌细胞中的ATP由磷酸肌酸（CP）与二磷酸腺苷合成予以补充：

ATP—CP系列提供能量的速度极快，但由于CP在人体内的贮量有限，其产能过程只能维持肌肉进行大强度活动几秒钟。第四节能量代谢

（2）、需氧系列

在中等劳动强度下，ATP以中等速度分解，又通过糖和脂肪的氧化磷酸化合成得到补充，即 由于这一过程需要氧参与合成ATP，故称为需氧系列。 在合成的开始阶段，以糖的氧化磷酸化为主，随着持续活动时间的延长，脂肪的氧化磷酸化转为主要过程。

第四节能量代谢（3）乳酸系列

在大强度劳动时，能量需求速度较快，相应ATP的分解也必须加快，但受到供氧能力的限制。此时，则靠无氧糖酵解产生乳酸的方式提供能量，故称为乳酸系列：第四节能量代谢第四节能量代谢

氧债示意图2、作业时人体的耗氧动态

氧债示意图3、能量代谢和能量代谢率

人体能量产生和消耗称为能量代谢。人体代谢所产生的能量等于消耗于体外做功的能量和在体内直接、间接转化为热的能量的总和。 （1）基础代谢

生理学将人清醒、静卧、空腹（食后10h以上）、室温在20℃左右这一条件定为基础条件。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BR表示。它反映单位时间内人体维持最基本的生命活动所消耗的最低限度的能量。

（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。安静代谢量包括基础代谢量。通常也可以常温下基础代谢量的120％作为安静代谢量。安静代谢率用RR表示。

（3）活动代谢

活动代谢亦称劳动代谢、作业代谢或工作代谢。它是人在从事特定活动过程中所进行的能量代谢。活动代谢率（用MR表示）应为

其中AR为在实际活动中测得的能量代谢率。

（4）相对能量代谢率

衡量劳动强度的大小 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

4、影响能量代谢的因素

作业方法不同，能量消耗也不同。S·R德塔等人对搬运重物的七种方式进行了研究，测得相应的氧耗量，如图所示。

各种不同姿势的相对氧耗量，如图所示。6、能量代谢的测定能量代谢的测定方法有两种，直接法和间接法。

直接法是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；

间接法是通过测定人体消耗的氧量，再乘以氧热价求出能量代谢率。 通常把1g供能物质氧化时所释放出的热量，称为物质的卡价。物质氧化时，每消耗1L氧所产生的热量称为物质的氧热价。 相对代谢率计算式又可写成 二、劳动强度

劳动强度是以作业过程中人体的能耗量、氧耗量、心率、直肠温度、排汗率或相对代谢率等作为指标分级的。由于最紧张的脑力劳动的能量消耗一般不超过基础代谢的10％，而体力劳动的能量消耗可高达基础代谢的10～25倍，因此，以能量消耗或相对代谢率作为指标制订的劳动强度分级，它只适用于以体力劳动为主的作业。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、过强五级。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），如表 该标准是以劳动时间率和工作日平均能量代谢率为标准制订的，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如下

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；3——劳动时间率计算系数；7——能量代谢率计算系数。

劳动时间率为一个工作日内净劳动时间（即除休息和工作时间持续1min以上的暂停时间外的全部活动时间）与工作日总时间的比，即工作日内净劳动时间/工作日总时间（%）。可通过抽样测定，取其平均值。

能量代谢率M的计算方法是：根据抽样计算各项作业活动与休息的能量代谢率ye，分别乘以相应累计时间，得出工作日内能量消耗总值，再除以工作日制度工作时间，即得出工作日平均能量代谢率M。ye用下列公式计算： 当肺通气量x值在3.0～7.3L／（min·m2）时，

当肺通气量x值在8.0～30.9L／（min·m2）时， 当肺通气量在7.3～8.0L／（min·m2）之间时，采用上述二式的均值确定ye值。

三、最大能量消耗界限

人体的最佳工作负荷是指在正常情景中，人体工作8h不产生过度疲劳的最大工作负荷值。最大工作负荷值通常是以能量消耗界限、心率界限以及最大摄氧量的百分数表示。国外一般认为，能量消耗5kcal／min、心率110～115次/min、吸氧量为最大摄氧量的33％左右时的工作负荷为最佳工作负荷。

能量消耗界限，即一个工作日（8h）的总能量消耗应在1400～1600kcal之间，最多不超过2000kcal。若在不良劳动环境中进行作业，上述能耗量还应降低20％。

对于重强度劳动和极重（很重）强度劳动，只有增加工间休息时间即通过劳动时间率来调整工作日中的总能耗，使8h的能耗量不超过最佳能耗界限。

对于在一个工作日中，劳动时间与休息时间各为多少以及两者如何合理配置，德国学者米勒认为：一般人连续劳动480min而中间不休息的最大能量消耗界限为4kcal/min，这一能量消耗水平也被称为耐力水平。如果作业时的能耗超过这一界限，劳动者就必须使用体内的能量贮备。为了补充体内的能量贮备，就必须在作业过程中，插入必要的休息时间。假定标准能量贮备为24kcal，要避免疲劳积累，则工作时间加上休息时间的平均能量消耗不能超过4kcal／min。

设作业时增加的能耗量为M，工作日总工时为T，其中实际劳动时间为T劳、休息时间为T休，则 式中：Tr——休息率；

Tw——劳动时间率。

由于实际劳动时间为24kcal能量贮备被耗尽的时间，所以

由于要求总的能量消耗满足平均能量消耗不超过4kcal/min，所以

例已知作业时能量消耗量为8.5kcal／min，安静时能量消耗量为1.5kcal／min，求作业与休息时间及劳动时间率。作业时增加的能耗量劳动时间休息时间休息率劳动时间率第五节心血管与呼吸系统 一、心脏1、心脏组织

心脏解剖图心脏工作示意图心脏的结构是与它的功能相适应的。心脏的肌肉发达，因而能够强有力地收缩，就像泵一样，能够将血液泵至全身，上至大脑，下至手指和脚趾。即使你做倒立时，血液也能向上流到脚趾。

心脏其实是由左右两个“泵”同时协同工作的，两个“泵”的中间由一层厚厚的肌肉壁分隔开。左侧收集来自肺部的血液，并将这些血液泵至全身；右侧收集来自全身其他部分的血液，并将这些血液泵至肺

（1）体循环 左心房→左心室→主动脉→毛细血管→静脉→右心房 （2）肺循环 右心房→右心室→肺动脉→肺泡毛细血管→肺静脉→左心房2、心肌的生理特征 心肌细胞都具有横纹，这些细胞的连接处的结构叫做“闰盘”。相邻细胞的膜在闰盘处融合，使动作电位从一个细胞传至另一个细胞。

（1）自动节律 自动节律是指心肌能自动地按一定节律产生兴奋的能力。心脏的自动节律性是心脏的特殊传导系统所产生的。

（2）传导性

是指一处产生兴奋能沿细胞膜扩布的特性。心室或心房的任何一个细胞发生电位变化，都能传导到整个心室肌或心房肌。 （3）兴奋性

兴奋性是指心肌对刺激具有的反应能力。心肌兴奋性的高低可用阈值表示。阈值高，表示兴奋性低；阈值低，表示兴奋性高。心肌接受刺激发生兴奋后，要经历以下3个时期。

①绝对不应期：对任何强度的刺激不发生反应，其时间等于整个收缩期加上舒张期。 ②相对不应期：对于阈值以上的刺激发生反应； ③超常期：对于低于阈值的刺激也产生兴奋，而后恢复正常。

（4）收缩性 收缩性是指心肌接受刺激而兴奋，肌肉发生收缩的特性。3、心动周期与心率

（1）心动周期

心动周期是指心房或心室收缩和舒张一次的时间。心动周期的长短与心率有关。 （2）心率（HR）

心率是单位时间内心脏搏动的次数。正常人安静时的心率为75次／min。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=220一年龄）。 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、搏出量和心输出量

心脏每搏动一次，由左心室射入主动脉的血量称为每搏输出量（SV）。每分钟由左心室射出的血量称为心输出量（Q）。心输出量为每搏输出量与心率的乘积。 即

5、心率与劳动的关系

Harvard采用台阶试验来评价心血管系统。测验时，受试者以30次/min的速度上下一个500mm高的板凳，踏凳5min后，计数l～1.5min的心率（可用遥测仪），如果坚持不了5min，可记下实际时间，然后测量恢复期的心率l～1.5min。完成5min踏凳的人，心率超过100次/min属于差；77-99次/min属于中；70次以下属于优。

二、血压与脉搏

1、血管的机能特点 （1）动脉

主动脉和大动脉的管壁厚，坚韧而富有弹性，叫做“弹性血管”。它能缓冲血压波动，小动脉和微动脉管壁收缩性好，可以改变血管口径血流阻力，叫做“阻力血管”。

（2）毛细血管 此种血管的数量极大，血流速度极慢，它的管壁薄，其内有一层内皮细胞，其外有一层基膜，通透性好，是血液与组织液交换的部位，叫做“交换血管”。

（3）静脉

静脉血管口径粗大；管壁较薄，易扩张，容量大，循环系统有66％～70％的血液在静脉系统中，故叫“容量血管”。静脉血管管壁有一定的舒缩性，可改变静脉容量，调整循环血量。三种血管关系示意图

动脉不断分支，管径也由大变小，最后变成了毛细血管（capillary）动脉和静脉的横切面

动脉（artery）是将血液从心脏（heart）输送到身体各部分去的血管。从心脏射出的血液压力较高，因此，动脉的管壁较厚、弹性大，管内血流的速度快。而静脉的管壁较薄、弹性也小，管内血流的速度慢 2、血流量

在单位时间内流过血管某一截面的血量称为“血流量”，也叫“容积速度”。血流量的大小取决于两个因素，即血管两端的压力和血管对血流的阻力。 按照流体力学的一般规律，在一段管道中，液体的流量与该段管道两端的压力差成正比，而与管道的阻力成反比，循环系统血流量的规律也是如此。3、血压

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（lmmHg=133.32Pa）。

4、动脉脉搏

每一个心动周期，由于大动脉内压力和容积变化所形成的搏动，称为动脉脉搏。动脉脉搏产生后沿着血管壁向末梢传播出去，因此，在浅表的动脉上可用手摸到这种搏动。 在劳动和运动中，常用测定脉搏来了解劳动强度和运动量对人体的影响。

三、呼吸1、外呼吸

大气与肺之间的气体交换叫做外呼吸。 呼吸是借大气与肺泡之间的压力差进行的。

膈肌的运动

肺内气体的总量包括以下4部分。

（1）潮气量：潮气量为一次呼吸中进入或排出肺部的气量。在安静状态下，潮气量为500mL左右。（2）补吸气量：是在潮气量之外再吸入的气体量，一般为1500～2200mL。 （3）补呼气量：是在潮气量之外再呼出的气体量，一般为900～1200mL。（4）余气量：是在最大呼气之后肺内仍残留的余气。

肺活量：经最大深吸气后，作最大呼气时所呼出的气量叫“肺活量”。

肺活量=潮气量十补呼气量十补吸气量

肺通气量：指单位时间内吸入（或呼出）的气量叫做肺通气量。以每分钟体积为单位计量的称为每分钟通气量。 每分钟通气量=潮气量（呼吸深度）☓呼吸频率（L）2、内呼吸 （1）肺内气体交换 （2）组织气体交换肺泡和血液之间的气体交换血液与组织细胞之间的物质交换示意图毛细血管是连通于最小的动脉与静脉之间的血管。毛细血管的内径仅有8～10微米，只能允许红