人机工程学第5章+人的作业能力与疲劳

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1、第5章人的作业能力与疲劳5.1人体作业时的能量代谢5.2作业时人体的调节与适应5.3体力劳动强度分级5.4作业能力的动态分析5.5作业疲劳及其测定5.6提高作业能力与降低疲劳的措施5.1人体作业时的能量代谢5.1.1人体能量的产生机理由于骨骼肌约占人体重的40%，故体力劳动的能量消耗较大。骨骼肌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29.3kJ的能量，即ATP＋H2O→ADP＋Pi＋29.3kJ/mol1.ATP—CP系列在要求能量

2、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：CP＋ADPCr(肌酸)＋ATP该过程简称为ATP—ＣP系列。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。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，即葡萄糖或脂肪＋氧氧化磷酸化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。3.乳酸系列在大强度

3、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：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。在食物营养充足地合理条件下，经过休息，可以较快的合成为糖原。糖酵解虽然糖酸解时1g分子葡萄糖只能合成2g分子ATP，但糖酵解的速度比氧化磷酸化的速度快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，这种产能方式不经济。此外，目前还认为乳酸是一种致疲劳性

4、物质，所以乳酸系列提供能量的过程不可能持续较长时间。三种产能过程可概括于图5-1中，其一般特性列于表5-1。图5-1肌肉活动时能量的来源示意图表5-1三种产能过程的一般特性5.1.2作业时人体的耗氧动态作业时人体所需要的氧量的大小，主要取决于劳动强度和作业时间。劳动强度越大，持续时间越长，需氧量也越多。从事体力作业的过程中，需氧量随着劳动强度的加大而增加，但人的摄氧能力却有一定的限度。因此，当需氧量超过最大摄氧量时，人体能量的供应依赖于能源物质的无氧糖酵解，造成体内的氧亏负，这种状态称为氧债。氧债与劳动负荷的关系，如图5-2所示。图5-2作

5、业中的氧债示意图(a)需氧量小于最大摄氧量；(b)需氧量大于最大摄氧量5.1.3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。在不对外做功的条件下，体内所产生的能量等于由身体散发出的热量，从而使体温维持在相对恒定的水平上。能量代谢分为三种，即基础代谢、安静代谢和活动代谢。1.基础代谢人体代谢的速率，随人所处的条件不同而异。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

6、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，通常以每小时每平方米体表面积消耗的热量来表示。我国正常人基础代谢率平均值见表5-2。表5-2我国正常人基础代谢率平均值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。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。体力劳动是使能量代谢量亢进的最主要的原因。因为在实际活动中所测得的能量代谢率(用AR表示)，不仅包括

7、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＝AR－RR（5-1）4.相对能量代谢率体力劳动强度不同，所消耗的能量不同。由于劳动者性别、年龄、体力与体质存在差异，即使从事同等强度的体力劳动，消耗的能量亦不同。为了消除劳动者个体之间差异因素，常用活动代谢率与基础代谢率之比即相对能量代谢率来衡量劳动强度的大小。相对能量代谢率RMR为（5-2）表5-3和表5-4为不同活动类型的RMR的实测值和推算值。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AR＝RR＋MR＝1.2×BR＋R

8、MR·BR＝（1.2＋RMR）×BR(5-3)总能耗M∑＝（1.2＋RMR）×BR×体表面积(B)×活动时间(t)(5-4)5.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