人因工程第二章ppt课件.ppt

第二章 劳动过程对人体的影响与劳动强度,人因工程,目 录,第一节 体力劳动时的能量消耗 第二节 体力劳动时人体的调节和适应 第三节 劳动强度等级的划分,一、人体能量的产生机理 二、作业时人体氧消耗动态,第一节 体力劳动时的能量消耗,一、人体能量的产生机理,由于骨骼约占人体重的40，故体力劳动的能量消耗较大，以骨骼肌为例，活动的能量来自细胞中的贮能元三磷酸腺苷（ATP）。 肌肉活动时，肌细胞中的三磷酸腺苷与水结合，生成二磷酸腺苷（ADP）和磷酸根（Pi），同时，释放出293KJ的能量，即 ATPH2OADPPi29.3KJmol,一、人体能量的产生机理,由于肌细胞中的ATP贮量有限，因此，能量释放过程中，必须及时补充肌细胞中的ATP。 补充ATP的过程称为产能。产能一般通过三种途径。,一、人体能量的产生机理,1ATPCP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 CPADP CrATP （肌酸） 该过程简称为ATPCP系列。ATPCP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种。,一、人体能量的产生机理,2需氧系列 在中等劳动强度条件下，ATP以中等速度分解，又通过糖和脂肪的氧化磷酸化合成予以补充，即 氧化磷酸化 葡萄糖或脂肪氧 ATP 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。,一、人体能量的产生机理,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 糖酵酸 葡萄糖（糖原） ATP乳酸 乳酸逐渐扩散到血液，一部分排出体外，一部分在肝、肾内部又合成为糖原。在食物营养充足的合理条件下，经过休息，可以较快的合成为糖原。,肌肉中ATP供应的三种途径,一、人体能量的产生机理,虽然糖酵解时1g分子葡萄糖只能合成1g分子ATP，但糖酵解的速度比氧化磷酸化的快32倍，所以是高速提供能量的重要途径。乳酸系列需耗用大量葡萄糖才能合成少量的ATP，在体内糖原含量有限的条件下（表21），这种产能不经济。此外，目前还认为乳酸是一种致疲劳性物质，所以乳酸系列提供能量的过程不可能持续较长时间。,一、人体能量的产生机理,一、人体能量的产生机理,三种产能过程可概括于图21所示，一般特性列于表22。,一、人体能量的产生机理,一、人体能量的产生机理,肌肉活动的时间愈长，强度愈大，恢复原有贮备所需的时间也愈长。 在食物营养充足合理的条件下，一般在24h内便可得到完全恢复。肌肉转换化学能作功的效率约为40，若包括恢复期所需的能量，其总效率大约为1030，其余7090的能量以热的形式释放。,二、作业时人体氧消耗动态,能量产生和消耗可以从人体消耗的氧量上反应出来。 作业时的劳动强度越大，时间越长，消耗的氧也越多，单位时间所需要的氧量叫做氧需。氧需能否得到满足主要取决于循环系统的功能，其次决定于呼吸器官的功能。 血液在单位时间内能供应的最大氧量叫做氧上限。,处于稳定状态的作业一般能维持较长的时间（图22a）。 若劳动强度较大，氧需超过氧上限，机体将继续处于缺氧状态下工作，肌肉内的贮能物质（主要指糖原）迅速消耗，这种作业就不能持久。,二、作业时人体氧消耗动态,作业停止后，机体的耗氧量并不能马上降到安静状态的耗氧水平，机体还需要继续消耗较多的氧以补偿氧债（图22b）。,二、作业时人体氧消耗动态,二、作业时人体氧消耗动态,作业时，肌肉收缩作用于物体的力叫做肌张力。物体作用于肌肉上的阻力称为负荷。 要提起或举起某一物体，肌张力必须大于负荷，此时肌肉收缩过程中的负荷相对恒定，肌张力保持不变，这种肌肉收缩叫做等张收缩。,二、作业时人体氧消耗动态,若人的躯体和肢体维持不动，运用肌张力将负荷支撑在某一位置，肌纤维长度不变，这种肌肉收缩叫做等长收缩。 以肌肉等长收缩为主的作业称为静态作业或静力作业。,二、作业时人体氧消耗动态,静态作业的特征是能量消耗水平不高却很容易疲劳。此时，即使用最大随意收缩的肌张力进行作业，氧需也达不到氧上限，通常每分钟不超过1L。但在作业停止后数分钟内，氧消耗不仅不象动态作业停止后迅速下降，反而先升高后再逐渐下降到原有水平（图23）。,二、作业时人体氧消耗动态,二、作业时人体氧消耗动态,这种现象可能是在静态作业时，由于一定肌群持续收缩压迫小血管使血流发生障碍，肌肉在缺氧条件下工作，无氧糖酵解产物乳酸等不能及时清除而积聚起来形成氧债，故呈现出作业停止后氧消耗反而升高的现象。,二、作业时人体氧消耗动态,神经系统调节和适应 心血管系统的调节与适应 其它系统的调节和适应 脑力劳动与神经紧张型作业的生理变化特点,第二节 体力劳动时人体的调节和适应,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，在大脑皮层内进行综合分析，形成一时性共济联系（Transient Association），调节各器官适应作业活动的需要，维持机体与环境的平衡。,一、神经系统调节和适应,若长期在同一环境中从事同一项作业活动，通过复合条件反射逐渐形成该项作业操作的自觉习惯的逻辑平衡潜意识，称为动力定型（Dynamic Stereotype），也称为习惯定型。,一、神经系统调节和适应,从开始该项作业时起，机体各器官去适应该作业的需要，这种现象叫做始动调节作用。 始动调节作用能使各器官在该项作业过程中相互配合得更协调，反应更加迅速，能量消耗更经济。,一、神经系统调节和适应,动力定型在建立时虽较困难，但一经建立，对提高作业能力极为有利，故应积极利用神经系统的这一特性，设法建立起良好的动力定型。 建立动力定型应循序渐进，注意节律性和重复性。若改变动力定型，就必须破坏已建立的动力定型，用新的动力定型代替，这对大脑皮层细胞是一种很大的负担，若转变过急，可能导致高级神经活动的紊乱。,一、神经系统调节和适应,因此，当作业性质或操作复杂程度需要作较大的变动时，不可操之过急，必须进行重新训练，这对保障身体健康和避免发生事故具有重要意义。,一、神经系统调节和适应,体力劳动还会影响感觉器官的功能，适当的轻度作业能使眼睛的暗适应更敏感； 而大强度作业会使眼睛的暗适应敏感性下降； 重作业和大强度作业能引起视觉及皮肤感觉的时滞延长，作业后数十分钟才能恢复； 而适度的轻作业后视觉及皮肤感觉的时滞反而会缩短。,一、神经系统调节和适应,心率 在作业开始3040s内迅速增加，然后缓慢上升，一般经45min后便可达到与劳动强度相适应的稳定水平。,二、心血管系统的调节与适应,安静时，心脏每搏输出量为4070ml，每分钟输出量为35L。大强度作业，每搏输出量可增至150ml，每分钟输出量可达1525L。 对于不经常锻炼的人，心脏每分钟输出量的增加，主要靠增加心率；而对于经常锻炼的人，则主要靠增加每搏输出量。 对于一般人，当心率未超过其安静时心率40次时，则可以胜任其所做的作业。,二、心血管系统的调节与适应,作业停止后，心率在几秒至15s后开始迅速减少，然后再缓慢地降到原有水平。 恢复期的长短随劳动强度、工间休息、环境条件和健康状况而异。因此心率可以作为衡量劳动强度的指标。,二、心血管系统的调节与适应,血压 作业开始后收缩压立即上升，舒张压几乎不变，即使大强度作业时，也不如收缩压上升显著，因而脉压增大。 脉压逐渐增大或维持不变，是体力劳动可以继续有效进行的标志。 但若继续进行紧张劳动，脉压可因收缩压下降或舒张压上升，或二者的综合效应使其下降，当脉压小于其最大值的一半时，则表示作业机体已经疲劳或糖原贮备接近耗竭。,二、心血管系统的调节与适应,作业停止后血压迅速下降，其恢复期的长短视劳动强度的大小和环境条件的舒适程度而定，一般在5min内便能恢复正常。 但在大强度作业后，收缩压可降到低于作业前的水平，需要经过3060min才能恢复正常，血压的恢复比心率恢复快。,二、心血管系统的调节与适应,二、心血管系统的调节与适应,血液再分配 安静时，血液流入肾、肝、胃、肠和脾等内脏器官的量最多，其次是肌肉和脑，再次是心、皮肤（脂肪）和骨等。 体力劳动时，流入肌肉的血量增多，流入心肌的比例虽然未增加，但血量却增加45倍，流入脑的血量维持不变或稍有增加，而流入内脏、肾、皮肤和骨的血量有所减少。,二、心血管系统的调节与适应,血液成分 人在安静时，机体血糖含量为:在轻度作业时，血糖可保持在稳定水平；中等强度作业条件下，开始血糖稍有降低，但很快会使血糖维持在较高水平，直至作业停止后一段时间； 若作业强度较大或持续时间过长，或肝糖原贮备不足，则可出现血糖降低现象，当血糖降至正常含量的一半（50mg/100ml）时，表明不能继续作业。,二、心血管系统的调节与适应,血液成分 人体内糖原贮量约300400g，其中约一半在肝脏。若作业时氧需为1.5Lmin，持续作业46h就会引起糖原耗竭。,二、心血管系统的调节与适应,对经常锻炼者，1 L血液能供给组织120ml氧，心脏的最高输出量为35Lmin时，可供组织4.2L氧，这相当于锻炼有素者的氧上限。 空气能给予血液的氧大约为空气体积的56，因此为了摄取4.2L的氧，需7084L空气通过肺。而锻炼有素者的最大通气量可达120Lmin，远远超过摄取4.2 L氧所需的空气量。 因此，决定氧上限的主要因素是心血管系统的功能。,二、心血管系统的调节与适应,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3040次min，极大强度作业时可达60次min，肺通气量也由安静时的68 Lmin增加到40120 Lmin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。,三、其它系统的调节和适应,当作业强度比较稳定时，肺通气量的增加一般与氧需的程度相适应，肺通气量的变化在一定程度上能反映机体的氧需。 因此，肺通气量可作为作业者作业能力和劳动强度的鉴定指标。,三、其它系统的调节和适应,人体在正常条件下每昼夜排尿量为1.01.8 L。体力劳动后一段时间内，尿量减少5070。主要由汗液分泌增加及血浆中水分减少造成。 尿液成分随着劳动强度的变化也有较大的变化，安静时肾脏每小时排出乳酸约20mg；作业时可排出乳酸100mg1300 mg。并且一些未经完全氧化的代谢产物一同随尿液排出。,三、其它系统的调节和适应,汗腺具有调节体温和排泄代谢产物的双重功能。汗液98为水分，体力劳动时汗液中的乳酸含量增多。,三、其它系统的调节和适应,体力劳动后一段时间内，体温比未作业时略有升高，体温升高的幅度与作业强度、作业持续时间及环境气候条件有关。 一般认为正常作业时体温不应超过安静时体温1，超过这一限度，人体不能适应，作业也不能持久。,三、其它系统的调节和适应,随着科学技术的发展和社会进步，采用电脑控制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。,四、脑力劳动与神经紧张型作业的生理变化特点,脑的氧代谢较其它器官高，安静时约为等量肌肉耗氧量的1520倍，占成年人体总耗氧量的10。,四、脑力劳动与神经紧张型作业的生理变化特点,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。 葡萄糖是脑细胞活动的最主要能源，平时90的能量都靠它的分解来提供。 脑组织对缺氧、缺血非常敏感。但总摄取量明显增高时，并不意味着脑力劳动效率的提高。,四、脑力劳动与神经紧张型作业的生理变化特点,脑力劳动时心率减慢，但特别紧张时，可引起舒张期缩短而使心跳加快、血压上升、呼吸频率提高、脑部充血而四肢及腹腔血液减少，脑力劳动时，脑电图的频率加快。,四、脑力劳动与神经紧张型作业的生理变化特点,脑力劳动时，血糖一般变化不大或稍有增加，对尿量无任何影响，其成分也无明显变化，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，但对排汗的量与质以及体温均无明显影响。,四、脑力劳动与神经紧张型作业的生理变化特点,能量代谢 劳动强度等级的划分 以心率为指标的体力劳动强度评价方法,第三节 劳动强度等级的划分,人体不仅在进行作业过程中需要消耗能量，为维持自身生命也需要消耗能量。 人体内的能量产生、转移和消耗，称为能量代谢。,一、能量代谢,能量代谢按机体及其所处的状态，可以分为三种： 维持生命所必须的基础代谢量； 安静时维持某一自然姿势时的安静代谢量（含基础代谢量）; 作业时的能量代谢量（含安静代谢量）。三种代谢量的关系如图25所示。,一、能量代谢,一、能量代谢,基础代谢量（Basal Metabolism） 为了进行比较，生理学上规定：在室温20条件下，被测者处于清醒、空腹（食后10h以上）、安静卧床时的能量消耗量，称为基础代谢量。 基础代谢量反映了人体处于基础状态下，维持心率、呼吸和正常体温的最基本的能量消耗量。,一、能量代谢,为了表示方便，将单位时间、单位表面积的耗能量记为代谢率。它的单位是KJ/（h）。基础代谢率记为B。,一、能量代谢,一、能量代谢,我国人体表面积的公式为： 体表面积()=0.0061×身高（cm）0.0128×体重（kg）0.1529,一、能量代谢,正常人的基础代谢率比较稳定，一般不超过正常平均值的15。通常体温增高1，基础代谢率可增加13。,一、能量代谢,安静代谢量（Repose Fully Expend Energy） 安静代谢量是指机体为了保持其各部位的平衡及其某种姿势所消耗的能量。 通常以常温条件下，基础代谢率的120作为安静代谢率。安静代谢率记为R，R1.2B。,一、能量代谢,能量代谢量（Energy Metabolism） 人体进行作业或运动时所消耗的总能量，叫做能量代谢量。能量代谢率记为M。对于确定的作业个体，能量代谢量的大小与劳动强度直接相关。 能量代谢量是计算作业者一天的能量消耗和需要补给热量的依据，也是评价作业负荷的重要指标。,一、能量代谢,相对代谢率（Relative Metabolic Rate） 体力劳动强度不同，所消耗的能量亦不同。但由于作业者机体的体质差异，即使是同样的劳动强度，不同作业者的能量代谢也不相同。 为了消除作业者之间的差异因素，常用相对代谢率这一相对指标衡量劳动强度。相对代谢率记为RMR。,一、能量代谢,RMR = 能量代谢率安静代谢率M1.2B 基础代谢率 B 或 M（RMR1.2)B,一、能量代谢,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。,一、能量代谢,人体消耗的能量来自于人体摄取的食物，糖、脂肪和蛋白质是食物中的三大供能物质。 通常把1g供能物质氧化所释放出的热量，称为物质的卡价（Calorlc value）。 糖和脂肪在体外燃烧与体内氧化所产生的热量相等，即1g糖平均产生热量171.6kJ；1g脂肪平均产生热量39.8kJ；1g蛋白质在体外燃烧产生热量23.4kJ，而在体内不能完全氧化只产生热量18kJ，其余5.4kJ的热量是以尿素的形式排泄到体外继续燃烧时产生的。,一、能量代谢,物质氧化时，每消耗1L氧所产生的热量称为物质的氧热价（Thermal Equivalent of oxygen）。 由于物质的分子结构不同，氧化时消耗的氧也不相同。例如1g糖完全氧化约消耗0.83L，根据1g糖的卡价，可以算出每消耗1L氧可产生17.4/0.83=20.9kJ热，同理可以算出其它物质的氧热价（表24）。,一、能量代谢,一、能量代谢,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。,一、能量代谢,相对代谢率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量的比值，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1 LO2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。,一、能量代谢,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的O2消耗量，此时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,一、能量代谢,能量消耗可按下式计算 基础代谢量基础代谢率平均值（KJ/（h）×体表面积（）（KJ/h） 某项作业或活动的能量消耗（RMR1.2）×基础代谢率平均值×体表面积×作业（或活动）延续时间,一、能量代谢,劳动强度是指作业者在生产过程中体力消耗及紧张的程度。劳动强度不同，单位时间内人体所消耗的能量也不同。,二、劳动强度等级的划分,用能量消耗划分劳动强度，只适用于以体力劳动为主的作业。 能量消耗指标主要有两种： 一种是相对指标（相对代谢率RMR）； 一种是绝对指标（劳动强度指数）。,二、劳动强度等级的划分,据研究表明，以能量消耗为指标划分劳动强度时，耗氧量、心率、直肠温度、出汗率、乳酸浓度和相对代谢率等具有相同意义。 典型代表是国际劳工局1983年的划分标准，它将工农业生产的劳动强度划分为6个等级（表26）。,二、劳动强度等级的划分,依作业时的相对代谢率（RMR）指标评价劳动强度标准的典型代表是日本能率协会的划分标准，它将劳动强度划分为5个等级（表27）。,二、劳动强度等级的划分,二、劳动强度等级的划分,二、劳动强度等级的划分,我国根据262个工种工人劳动时、能量代谢和疲劳感等指标的调查分析，1983年提出了按劳动强度指数划分体力劳动强度等级的国家标准（GB386983）（表28）。,二、劳动强度等级的划分,二、劳动强度等级的划分,它是绝对评价指标，基本能较全面地反映作业时人体生理负荷的大小。其计算式为 I3T7M 式中 I劳动强度指数 T净作业时间比率,二、劳动强度等级的划分,T = 工作日内净作业时间（min）/ 工作日总工时（min） M8h工作日能量代谢率（ kJ/（min/）； 3实际劳动率系数； 7能量代谢率系数。,二、劳动强度等级的划分,1997年在GB386983的基础上形成了GB38691997新标准。体力劳动强度指数计算公式为： IT·M·S·W·10 式中：I体力劳动强度指数； T劳动时间率，； M8h工作日平均能量代谢率，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0.40，推/拉0.05； 10计算常数。,二、劳动强度等级的划分,表29 以心率为指标的体力劳动强度分级方法 注：表中相对心率为瞬时心率与安静心率的比值,习 题,1、产能有几种途径？简述产能过程的一般特性。 2、简述静态作业的特征？ 3、简述氧消耗的动态变化规律？ 4、简述动力定型及其建立或改变时应注意的问题？ 5、为什么可以运用心率、血压和费通气量等生理指标衡量劳动强度的级别？,85,谢谢各位 ！,谢谢大家！,