《人机工程学》第5章人的作业能力与疲劳
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•（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＋RMR·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)
•表5 - 4 相对能量代谢率RMR的推算值
• 图5 - 3 各种作业类型相对应的能耗(kCal/min)
作业方法不同， 能量消耗也不同。 S.R德塔 (S.R.Datta)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5 - 4所示。
各种不同姿势的相对氧耗量， 如图5 - 5所示。
《人机工程学》第5章人 的作业能力与疲劳
2020年5月30日星期六
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
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
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10 h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， 通常以每小时每平方米体表面积消耗的热量来表示。
条件下， 经过休息， 可以较快的合成为糖原。
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 一种致疲劳性物质， 所以乳酸系列提供能量的过程不 可能持续较长时间。
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
•
图5 - 4
• (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%)；
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。
ATP＋H2O→ADP＋Pi＋29.3 kJ/mol
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：
CP＋ADP Cr(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。
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。
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， 如作业类
型、 作业方法、 作业姿势、
。
由表5 - 3和表5 - 4可看出， 不同类型的作业对能 量代谢的影响。 图5 - 3给出了不同作业的能量消耗值 ， 其范围从1.6～16.2kCal/min。
•表5 - 3 不同活动类型的RMR实测值
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。
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
•(a) 需氧量小于最大摄氧量； (b) 需氧量大于最大摄氧 量
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：
•糖酵解
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
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＋RMR·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)
•表5 - 4 相对能量代谢率RMR的推算值
• 图5 - 3 各种作业类型相对应的能耗(kCal/min)
作业方法不同， 能量消耗也不同。 S.R德塔 (S.R.Datta)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5 - 4所示。
各种不同姿势的相对氧耗量， 如图5 - 5所示。
《人机工程学》第5章人 的作业能力与疲劳
2020年5月30日星期六
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
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
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10 h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， 通常以每小时每平方米体表面积消耗的热量来表示。
条件下， 经过休息， 可以较快的合成为糖原。
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 一种致疲劳性物质， 所以乳酸系列提供能量的过程不 可能持续较长时间。
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
•
图5 - 4
• (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%)；
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。
ATP＋H2O→ADP＋Pi＋29.3 kJ/mol
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：
CP＋ADP Cr(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。
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。
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， 如作业类
型、 作业方法、 作业姿势、
。
由表5 - 3和表5 - 4可看出， 不同类型的作业对能 量代谢的影响。 图5 - 3给出了不同作业的能量消耗值 ， 其范围从1.6～16.2kCal/min。
•表5 - 3 不同活动类型的RMR实测值
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。
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
•(a) 需氧量小于最大摄氧量； (b) 需氧量大于最大摄氧 量
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：
•糖酵解
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