作业与疲劳概述

2)氧债和劳动负荷
• • • • 劳动负荷分类： 常量负荷 高量负荷 超量负荷
非繁重劳动时，需氧量小 于最大摄氧量。此时，只 有作业开始2-3min内，呼 吸、循环系统暂时略欠氧 债。其后转人稳定状态， 这是人体可以持久作业的 最理想的状态。稳定状态 结束后，归还所欠氧债， 见图。
2)氧债和劳动负荷
人体单位时间内所消耗的氧气量 叫耗氧量。一般耗氧量和摄氧量 大致相等。 人在繁重体力劳动时，单位时间 内的耗氧量叫最大耗氧量Vo2max 。 此时最大耗氧量近似等于最大摄 氧量。最大可达安静休息时的30 倍，达到3一6L／min。
1 耗氧量 1)概念比较
• 最大耗氧量决定于年龄（AG）、性别、海 拔、训练、强度、持续时间等。 Vo2max=(56.592-0.398AG)×10-3L/（kg· min） • 最大能量消耗率与最大耗氧量关系 Emax=354.3Vo2maxW/100 • 其中体重W单位N;Vo2max单位mL/Nmin。
2)氧债和劳动负荷
• 氧债——剧烈活动时，呼吸、循环机能跟 不上氧需，致使肌肉缺氧，这时供氧量与 需氧量的差叫氧债。 • 缺氧时，能量必须以无氧分解代谢提供， 体内要透支1L氧，大约要产生7g乳酸。 • 氧债能力，一般人约为10L，训练有素的运 动员可达15-20L。氧债能力衰竭，血液中的 乳酸量会急剧上升，pH值迅速下降，这对 肌肉、心脏、肾脏及神经中枢都很不利。
阶段II
正常放松意识状态、 没有预测力和 创造力
大脑清醒，富有主动 性。
心事
休息、习惯性作业
较大
β波
14-25Hz
阶段III
集中
积极活动状态
最小
快 波
γ波 25Hz以上
阶段IV 过度紧张，一旦有紧 （含 张情况大脑马 β波） 上进人停止状 态
集中一点
过度兴奋
最大
9 脑电图
• 利用脑电波的频率和幅值可评价人大脑的 觉醒状态。在人机工程学研究领域内，常 利用脑电波研究环境与人的关系，如噪声、 室温、床类用具尺度及质地等对睡眠深度 的影响。在作业领域，它与事故的发生和 防止有密切的关系。
1 耗氧量 1)概念比较
• 需氧量 • 摄氧量 • 耗氧量
体内单位时间所需要的氧气量叫需氧量； 成年人安静时每分钟约为0.2-0.3L/min。 总需氧量—劳动及劳动结束后恢复期所 需氧量之和：Vo2z=Vo2l＋Vo2h一Vo2j(t1+th) 式中Vo2z—劳动时的总需氧量，mL/min ; Vo2l—作业期摄氧量，mL/min；Vo2h—恢 复期摄氧量，mL/min；Vo2j—安静时平均 需氧量，一般为2 5 OmL /min；t1—作业 时间，min；th—恢复时间，min。
6 脉搏数的测定
• 主要是测定与疲劳程度有关的刚结束作业 的脉搏数、脉搏积及回复到安静时脉搏数 所用的时间。 • 脉搏积=脉搏数×（最高最低血压差） ÷100
7 发汗的测定
• 发汗是肌体散热维持恒定体温的有效途径，发汗 量是高温下劳动或重体力劳动肌体丧失水分程度 的标志。发出大量汗水可造成脱水，因此对发汗 量及汗液化学成分等应进行测定，可以防止高温 中暑等疾病。 • 在安静状态下，当气温达到28±1℃时便发汗。 • 如果空气湿度高且穿衣较多，气温达到25℃时即 发汗。 • 劳动时，气温在20℃以下，也会发汗。劳动强度 越大，发汗量越显著。
二、疲劳的特点
• 1）局部引起的疲劳，可以引起全身症状和大脑疲劳； • 2）疲劳不但使作业能力下降，也使作业意志减弱，产生 休息的需要； • 3）疲劳能够恢复，不会留下损伤痕迹；年轻人比老年人 恢复得快；体力上的疲劳比精神上的疲劳恢复得快； • 4）心理造成的疲劳常与心理状态同步存在，同步消失； 同样由作业内容和环境引起的疲劳，当作业内容和环境改 变时，疲劳也可消减。 • 5）感觉和疲劳不一定同时发生，如乐不知疲。 • 6）疲劳有一定的积累效应，未完全恢复的疲劳可在一定 程度上继续存在到次日，如次日达到六分疲倦程度，就感 到十分疲乏。在重度劳累之后，第二天还感到周身无力， 就是积累效应的表现。 • 7）人对疲劳有一定的适应能力，如连续几天劳动，反而 不觉得累。
四、疲劳的产生机理
• • • • •
作业时，肌肉收缩，肌 1)疲劳物质累积机理 肉变得坚硬，其内压增 2)力源耗竭机理 大，可达几十千帕，引 起部分或全部血流阻断。 3)中枢变化机理 能量代谢在缺氧或无氧 4)生化变化机理 状态下进行，血液中产 5)局部血流阻断机理 生乳酸堆积，产生局部 疲劳感。 一般认为肌体疲劳是上 述机理共同作用的结果。
• • • • 劳动负荷分类： 常量负荷 高量负荷 超量负荷
劳动强度较大，需氧 量已接近或等于最大 摄氧量的负荷。此时， 氧债也是在需氧量上 升期间出现，到达最 大摄氧量后，便维持 稳定状态，见图。
2)氧债和劳动负荷
• • • • 劳动负荷分类： 常量负荷 高量负荷 超量负荷
劳动强度过大，需氧 量超过最大摄氧量， 人体一直在缺氧状态 下，形成较大氧亏， 处于“假稳定状态” 下的负荷，见图。
3 搏出量与心输出量
• 搏出量:心脏每次搏动从左心室注人主动脉的血液 量称搏出量。 • 心输出量:单位时间内从左心室射出血量Q叫心输 出量。 • 重作业时，心脏每搏输出血液量由安静时的40～ 70mL可增大到 150 mL，每分钟输出血量可达 15～25 L，有锻炼的人可达 35 L/min。 • 最大摄氧量与最大心输出量关系： Qmax=6.55+4.35Vo2max(L/min) 式 中Qmax最大心输出量，L/min ; Vo2max最大摄氧量， L / (N· min)。
1 耗氧量 1)概念比较
• 需氧量 • 摄氧量 • 耗氧量
单位时间内人体通过循环、呼吸 系统所能够摄入的氧气量称摄氧 量。 人在繁重体力劳动时，循环、呼 吸系统的功能经1－2min达到极限 摄氧能力，这时，单位时间内的 摄氧量叫最大摄氧量。
1 耗氧量 1)概念比较
• 需氧量 • 摄氧量 • 耗氧量
四、疲劳的产生机理
• • • • •
美、英学者认为全身性 1)疲劳物质累积机理 疲劳是由于作业及其环 2)力源耗竭机理 境所引起的体内平衡紊 乱，引起紊乱的原因除 3)中枢变化机理 包含局部肌肉疲劳外， 4)生化变化机理 还有其他许多原因，如 5)局部血流阻断机理 血糖水平下降、肝糖元 耗竭、体液丧失、体温 升高等，此机理称为生 化变化机理。
3组不同坐姿的2－3腰椎背棘直肌肌 电图
5 呼吸量的测定
• 人体的活动时，新陈代谢率增高，氧气的 消耗量与二氧化碳的呼出量都随着活动量 而增多： • 呼吸频率由平静时的每分12-18次增加到每 分40-50次； • 呼出量由平静时的500mL升到2000mL上； • 通气量由平静时的6-8L升到100L以上。
脑波名称 δ波 脑波频率 0.5-3.5Hz 意识层次 阶段0 意识状态 失去知觉、无意识、 无反应能力 注意力 零 生理状态 睡眠 事故潜在 性
成人如果在 觉醒时出现 慢波则可诊 断为大脑异 常
慢 波
θ波
4-7Hz
阶段I
知觉能力的下降，发 呆、发愣、恍 惚
不பைடு நூலகம்意
过度疲劳、单调作业、 饮酒
大
α波
8-13Hz
8 血液成分变化的测定
• 测量内容主要是与疲劳关系密切的pH值、 血糖量、血红蛋白量、乳酸含量等。
9 脑电图
• 人无论是处于睡眠还 是觉醒状态，都有来 自大脑皮层的动作电 位（脑电波）。 • 在头部表皮上通过电 极和高感度的低频放 大器可测得这种生物 电现象。即得到脑电 图( EEG)。
日本桥本对大脑意识状态的划分
四、疲劳的产生机理
作业者从事轻或中等劳 • 1)疲劳物质累积机理 动强度作业，时间较长， • 2)力源耗竭机理 造成肝糖元耗竭，使人 产生全身不适，即产生 • 3)中枢变化机理 全身性疲劳。
• 4)生化变化机理 • 5)局部血流阻断机理
四、疲劳的产生机理
• • • • •
前苏联学者认为，全身 1)疲劳物质累积机理 或中枢性疲劳是强烈或 2)力源耗竭机理 单调的劳动刺激引起大 脑皮层细胞贮存的能源 3)中枢变化机理 迅速消耗，这种消耗引 4)生化变化机理 起恢复过程的加强，当 5)局部血流阻断机理 消耗占优势时，会出现 保护性抑制，以避免神 经细胞进一步损耗并加 速其恢复过程，这一机 理称为中枢变化机理。
第二节 作业疲劳和恢复
• 当人体内的分解代谢和合成代谢平衡不能 维持，作业能力出现明显下降时叫疲劳。
一、疲劳的分类
疲劳分类
按疲劳原因分
按发生部位分
按疲劳程度分
生理性疲劳（新陈代谢） 心理性疲劳（感情影响）
精神疲劳（精神压力） 肌肉疲劳（肌肉劳累） 神经疲劳（用脑过度）
一般疲劳（肌体劳累） 过度疲劳（连续长期） 重度疲劳（接近病态）
人机学基础 ——作业与疲劳
教学目标
• 1、知道作业时人的生理变化特点，熟悉人 体的生理学参数（耗氧量、摄氧量、需氧 量、氧债、最大心输出量）的定义和计算 方法； • 2、知道疲劳概念、分类、机理、症状； • 3、掌握疲劳的测量方法、疲劳的影响因素、 疲劳的改善与消除。
教学的重点、难点
• 1、教学重点：氧债、疲劳的机理、测量方 法、疲劳的影响因素、疲劳的改善与消除 • 2、教学难点：疲劳的测量方法
三、疲劳的作用
• 疲劳是人所共有的现象，是劳动生理的一 种正常表现，它是提醒人们应该休息，起 着预防肌体过劳的警告作用。 • 如当大脑皮层的一个区域兴奋太久后，就 会进入抑制状态，产生一系列复杂的生理 变化从而达到保护大脑的作用。
四、疲劳的产生机理
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作业者短时间内从事大 1)疲劳物质累积机理 强度体力劳动，消耗较 2)力源耗竭机理 多能量，能量代谢需要 的氧供应不足，产生无 3)中枢变化机理 氧代谢，乳酸在肌肉和 4)生化变化机理 血液中储积，使人感到 5)局部血流阻断机理 身体不适，即产生疲劳 感。
本章目录
第一节 作业时的生理变化
作业
第二节 作业疲劳和恢复
第一节 作业时生理变化的测定
• 活动时，人会产生一系列的生理变化，进 而导致心率、耗氧量、肌电图、脑电图、 频闪值等一系列生理指标发生改变。通过 测定人的生理学参数，可以科学地推断人 从事某种活动所承受的生理负荷，并据此 合理安排劳动定额和节奏，从而提高工效 和安全。
4 肌电图
• 肌电图 :肌纤维细胞收缩时产生生物电位一 一动作电位，肌肉收缩时产生的动作电位 可通过电极引出，再放大、记录得到曲线 叫肌电图(简称EMG)。 • 放电频率和振幅:肌肉从轻微收缩增加到最 大收缩时，放电频率可从5次／s增加到50次 ／s。动作电位振幅(mV)的大小反映了参加 收缩的肌纤维数量的多少。因此，通过肌 电图可以测定肌肉收缩的强度。
4 肌电图
• 肌电图在安全人机工程学上的应用主要是 作业设计、作业姿势、机械和工具设计的 人性化、合理化和最优化研究。在工业座 椅、家用沙发和床等尺度的研究中，肌电 图是一个实用的评价指标。一个具有良好 人机工程学设计的工业座椅能有效地减少 人体不必要的能量消耗，提高工作效率； 一个舒适的坐姿或者卧姿可使全身肌肉放 松，这种放松程度，可通过肌电图来评价。
超量负荷时，当心肺功能的惰性逐 渐克服后，每分钟需氧量仍高于最 大摄氧量，运动强度的持续，局限 在氧债能力范围内，活动不能持久。 劳动结束后，人体还要继续维持较 高的氧需以补偿欠下的氧债。
2 心率和最大心率
• 心率:单位时间内心室跳动的次数称为心率（HR)。 • 心率和劳动强度密切相关。正常人安静时的心率约75次 /min。在作业开始前1 min，由于心理作用，心率稍有增加。 作业开始后，为适应供氧要求，前30～40 S内迅速增加， 以后缓慢上升。一般经4～5min达到与劳动强度适应的稳 定水平。轻作业，心率增加不多；重作业能上升到150～ 200次/min。青年人中，当以50％的最大摄氧量工作时， 男子心率约为130次／min，女子140次／min。 • 最大心率:当人达到最大负荷时心室每分钟跳动的次数称 为最大心率(HRmax)，最大心率几乎无性别差异，都随着年 龄(A)的增加而下降，近似计算式： HRmax=209.2-0.74AG(次/min) 式中HRmax —最大心率， 次／min；AG—年龄，岁。