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1、第三章第三章 人体劳动生理特征人体劳动生理特征Human Factors Engineering主要学习内容主要学习内容n劳动的能量供应和消耗劳动的能量供应和消耗n劳动中各种生理机能的调节劳动中各种生理机能的调节n体力劳动强度与标准体力劳动强度与标准n人体的生理节律人体的生理节律n工作疲劳工作疲劳第一节第一节 劳动的能量供应与消耗劳动的能量供应与消耗n一.人体劳动的能量供应系统（一）ATPCP系统在极短的时间内释放出能量，维持的时间非常短，不是人体活动能量供应的主要形式。CPADP ATPC（肌酸）ATP ADPP能量第一节第一节 劳动的能量供应与消耗劳动的能量供应与消耗n（二）乳酸能系统（二
2、）乳酸能系统该系统的能量来自糖元的酵解。糖元酵解时产生的能量供应给ADP，再合成ATP。n（三）有氧氧化系统（三）有氧氧化系统有氧氧化供能系统是指糖或脂肪在氧的参与下分解为二氧化碳和水，同时产生能量，使ADP再合成ATP后向肌肉或其他细胞提供活动能量。 第一节第一节 劳动的能量供应与消耗劳动的能量供应与消耗n人体劳动能量供应方式比较人体劳动能量供应方式比较名称需氧情况供能速度能源物资产生ATP量 劳动类型ATP-CP无需非常快CP少劳动初或爆发力强的劳动乳酸能无需快糖元有限短时间内大强度劳动有氧氧化有氧较慢糖元、脂肪、蛋白质非常多持续时间长但强度小劳动第一节第一节 劳动的能量供应与消耗劳动的能
3、量供应与消耗n二二.能量代谢能量代谢n体内能量的产生、转移和消耗叫做能量代谢。 代谢能量热能维持体温体外做功能量体内做功能量能量代谢活动代谢基础代谢安静代谢第一节第一节 劳动的能量供应与消耗劳动的能量供应与消耗n（一）基础代谢（一）基础代谢基础代谢量，是人在绝对安静状态下(平卧状态)维持生命所必须消耗的能量。基础条件:即人清醒而极安静(卧床)、空腹(食后10h以上)、室温在20左右。基础代谢率随着年龄、性别等生理条件不同而有差异。基础代谢率记为B ：单位kJ(m2h) 基础代谢量=BSTS（m2）= 0.0061H（cm）+0.0128W（kg）第一节第一节 劳动的能量供应与消耗劳动的能量供应
4、与消耗 我国人正常的基础代谢率平均值（我国人正常的基础代谢率平均值（kJ/m2h） 年龄11-1516-1718-1920-3031-4041-5051以上男性195.5193.4166.2157.8158.7154.1149.1女性172.5181.7154.1146.4142.4142.4138.6例：身高180cm，体重85kg的22岁男子一天的基础代谢量为多少？解：体表面积 一天的基础代谢量=157.8*1.9691*24=7457.4kJ 第一节第一节 劳动的能量供应与消耗劳动的能量供应与消耗n（二）安静代谢（二）安静代谢安静代谢量是指机体为了保持各部位的平衡及某种姿势所消耗的能量。
5、安静代谢量包括基础代谢量和仅仅为维待体位平衡及某种姿势所增加的代谢量两部分。通常以基础代谢量的20作为仅仅维持体位平衡及某种姿势所增加的代谢量。安静代谢率记为R，R。安静代谢量RSt=1.2BSt第一节第一节 劳动的能量供应与消耗劳动的能量供应与消耗n（三）活动代谢（三）活动代谢 人体进行作业或运动时所消耗的总能量，叫作能量代谢量。能量代谢量包括基础代谢量，维持体位所增加的代谢量和作业时所增加的代谢量（活动代谢）三部分。能量代谢率记为M。活动代谢量是计算作业者一天的能量消耗，作为需要补给热量的依据和评价作业负荷的重要指标。 活动代谢量活动代谢量= =总能量代谢量总能量代谢量- -安静代谢量安静
6、代谢量第一节第一节 劳动的能量供应与消耗劳动的能量供应与消耗n（四）相对能量代谢率（四）相对能量代谢率(relative metabolic rate)n为了消除劳动者个体之间的差异因素，常用RMR的大小来衡量劳动强度的大小。第一节第一节 劳动的能量供应与消耗劳动的能量供应与消耗n例：某男工身高，体重70kg，基础代谢率平均值约为1587kJ(m2h)，连续作业2个小时，当RMR4时，试问能量消耗为多少？作业时增加的代谢量为多少?n解：人体表面积(m2)：n 身高(cm体重(kgn 0.0061170十n l.8161(m2)n能量消耗量(RMR+1.2) 基础代谢率平均值体表面积作业时间n
7、(4十 22997.44(kJ)n作业时增加的代谢量RMR基础代谢量nRMR*基础代谢率平均值人体表面积作业时间n4158.71.816l22305.72(kJ)第一节第一节 劳动的能量供应与消耗劳动的能量供应与消耗食物重量热量（大卡）白饭1碗 (135g)200粥1碗135g)70米粉1碗 (135g)132通心粉1碗 (135g)132面1碗 (135g)280方便面1 包 (100g)470麦皮1碗 (135g)90冰激凌200g250常见食物热量表常见食物热量表第一节第一节 劳动的能量供应与消耗劳动的能量供应与消耗n三三.能量代谢的测定能量代谢的测定直接法是通过热量计测定在绝热室内流过
8、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。 第一节第一节 劳动的能量供应与消耗劳动的能量供应与消耗n（一）间接法能量代谢测定计算原理（一）间接法能量代谢测定计算原理通过食物的热价或者氧的热价很好求出某单一食物氧化产生的热能。但是对于混合食物，就要用到呼吸商respiratory quotient （食物氧化时产生CO2和消耗O2的容积之比）来求具体食物产生的热能。食物名称食物的热价(KJ/g) 氧化每克食物氧的热价(KJ/L)呼吸商O2消耗/LCo2产生量/L糖类17.10.810.8121.131蛋白质17.10.950.7817.9
9、70.82脂肪38.91.981.419.580.71设被氧化的某混合食物（非蛋白）中脂肪比重为x，则糖类食物含量为1-x，其呼吸商为，求该混合食物的构成。0.71*x+1*（1-x）=0.9 X=34% 脂肪比重为34% ，糖类比重为66%第一节第一节 劳动的能量供应与消耗劳动的能量供应与消耗n（二）能量消耗计算步骤（二）能量消耗计算步骤 1、计算出呼出气中CO2，O2及N2的百分比； 2、算出呼入气体的体积； 3、计算O2消耗量和CO2产生量； 4、计算呼吸商（ CO2/ O2 ），根据呼吸商查出非蛋白质氧的热价。第一节第一节 劳动的能量供应与消耗劳动的能量供应与消耗n吸入气体量V吸：n氧
10、消耗量Vo2：nCo2产生量Vco2：n呼吸商RQ：n查表：该呼吸商氧热价：，n 总能耗：n例：某工人在例：某工人在8小时的工作时间内，共收集到呼出小时的工作时间内，共收集到呼出气体气体3200L，该，该3200L呼出气体中，呼出气体中，CO2的占的占10，O2占占10，N2占占80。求该工作时间内总能耗。求该工作时间内总能耗。第二节第二节劳动中各种生理机能的调节劳动中各种生理机能的调节43210最大摄氧量稳定状态劳动开始劳动结束 恢复结束安静时作业时作业后需氧量小于最大摄氧量需氧量大于最大摄氧量43210最大摄氧量劳动开始 劳动结束恢复结束作业后安静时作业时一一.氧债与氧需氧债与氧需（一）氧
11、债的发生（一）氧债的发生劳动每分钟需氧量水平劳动每分钟需氧量水平第二节第二节 劳动中各种生理机能的调节劳动中各种生理机能的调节n（二）氧需的调节（二）氧需的调节氧需超过最大摄氧量即构成氧债，摄氧量也是允许的最大能力消耗界限值，它随年龄、性别、所处地海拔高度、锻炼等情况地不同而不同。布鲁斯：年龄与摄氧量函数 VO2max56.592-0.398A A年龄根据最大摄氧量还可以求出人在从事允许的最大负荷时的能量代谢、心率、心输出量等。能量代谢与最大摄氧量函数 Emax（W）354.3* VO2max（L/min）20岁，70kg：3：20岁，70kg： 2.h第二节第二节 劳动中各种生理机能的调节劳
12、动中各种生理机能的调节n二二.心率与心输出量心率与心输出量n心率：是单位时间内心脏搏动的次数。它通常可作为衡量人们劳动强度的一项重要指标。n心搏频率储备：为最大心率与安静心率之差称，它可用来表示体力劳动时心率可能增加的潜在能力。 简单的可以用下面公式估算： 最大心率220年龄n心输出量：是指每分钟由左心室射出的血量，它也可以作为衡量人们劳动强度的一项指标。第二节第二节 劳动中各种生理机能的调节劳动中各种生理机能的调节n（三）血压及血液分配（三）血压及血液分配n血压是血管内血液对于单位面积血管壁的侧压力，通常多指血液在血液循环中的动脉血压，一般以毫米汞柱为单位。n心室收缩时动脉血压的最高值100
13、120mmHgn心室舒张时动脉血压的最低值6080mmHgn血液的重新分配：人处于安静状态时，血液流向肾、肝和其它内脏器官较多，体力作业开始后，血液大部分流向骨骼肌。第三节第三节 体力劳动强度与标准体力劳动强度与标准n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、排汗和相对代谢率作为指标分级。n但是以能量消耗和相对代谢率作为指标制定的劳动强度分级，只使用于体力劳动。nGB3869-83 劳动强度指数计算公式: I-I-劳动强度指数劳动强度指数; T-劳动时间率劳动时间率; M-8h工作日能量工作日能量代谢率代谢率I I=3T+7M=3T+7M第三节第三节 体力劳动强度与标准体力劳
14、动强度与标准劳动强度级别 劳动强度指数大概能耗值强度级15850kcal轻劳动201328kcal中等强度251746kcal重强度252700kcal很重强度体力劳动强度分级（绝对指标体力劳动强度分级（绝对指标 ） 第三节第三节 体力劳动强度与标准体力劳动强度与标准n例：某工人在8小时的工作时间内，共收集到呼出气体3200L，该3200L呼出气体中，CO2的占10，O2占10，N2占80。在工作中实际工作时间为小时，该工人体表面积为2试分析该工人工作在中国标准下所属的劳动等级 。n总能耗： n（1.6*480）n劳动等级： 级，中等强度第三节第三节 体力劳动强度与标准体力劳动强度与标准体力劳
15、动强度分级（相对指标体力劳动强度分级（相对指标 ） 强度级别RMR作业特点工种举例极轻劳动0-11.手指作业，精神作业，2.坐姿时多变，立姿时重心不动3.疲劳属于精神疲劳或者姿势方面的疲劳电话交换员，电报员，修理仪表，制图轻劳动1-21.手指作业为主及上肢作业，2.以一定的速度长时间工作，3.局部产生疲劳司机，在桌上修理器具，打字员中劳动2-41.立姿，身体水平移动为主，速慢2.上肢用力作业，3.可持续几小时油漆工，车工，电焊工，木工重劳动4-71.身体作业为主，全身用力2.全身疲劳，10-20min想休息炼钢、炼铁工，土建工极重劳动7以上1.短时间全身用全力，快速作业呼吸困难，2-5分钟想休
16、息伐木工大锤工第三节第三节 体力劳动强度与标准体力劳动强度与标准n最佳能耗界限 单位时间内人体承受的体力活动工作量必须在一定的范围内，负荷过小造成人力浪费，负荷过大，损害劳动者健康。国内外对最佳能耗界限的界定n国内：8h工作日的能量消耗在1400kcal1600kcaln国外：能量消耗5kcal/min、心率110115次/min、吸氧量为最大摄氧量的33左右。第四章第四章 人体的生理节律人体的生理节律n一一.昼夜节律昼夜节律n人在一天24小时之内，其生理机能有起伏性周期变化，人在工作中的错误发生率与一天24小时中人体机能的变化一致。69121518212436-50-10300时间/时机能变
17、化百分率第四章第四章 人体的生理节律人体的生理节律n二二.星期节律星期节律一二三四五六七第四章第四章 人体的生理节律人体的生理节律n三三. PSI周期节律周期节律体力(Physical)强弱周期为23天情绪(Sensitive)好坏周期为28天。 智力(Intellectual)高低周期为33天。每个人自出生之日起直至生命终结，都存在着以23、28、33天为周期的体力、情绪和智力的盛衰循环性变化规律。 我国常称“人体生物钟” 第四章第四章 人体的生理节律人体的生理节律n三三. PSI周期节律周期节律 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 24 28 30 高潮期 低潮期某年12月
18、 时间（日）体力曲线智力曲线情绪曲线临界点Physical（体力）、Sensitive（情绪）、Intellectual（智力） 第四章第四章 人体的生理节律人体的生理节律n例：2003年3月4日某运输公司承接了一项紧急运输业务：新疆发生级地震，必须连夜将一批救灾物质急运到事发地。由于货物价值昂贵，且路况不佳，为了保证救灾物资按时到位，该公司计划对当日的当班司机进行科学的挑选。请你根据所提供的司机情况和PSI周期规律进行合理安排，并说明理由。第五章第五章 工作疲劳工作疲劳n一一. 疲劳的概念疲劳的概念疲劳：疲劳：是指在劳动过程中，劳动者由于生理和心理状态的变化，产生某一个或某些器官及至整个机体
19、力量自然衰竭的现象。疲劳的反映：疲劳的反映：体现于人对疲劳主观体验的疲劳感；和作业效率下降的客观反映。 疲劳的害处：疲劳的害处：u作业效率下降u疲劳容易引发事故u长期疲劳容易造成身体和精神健康问题第五章第五章 工作疲劳工作疲劳n二二.疲劳的种类疲劳的种类体力疲劳：体力疲劳：劳动者在劳动过程中，随着工作负荷的不断累积，使劳动机能衰退，作业能力下降，且伴有疲倦感的自觉症状出现的现象。精神疲劳：精神疲劳：也叫脑力疲劳，即用脑过度，大脑神经活动处于抑制状态的现象。 第五章第五章 工作疲劳工作疲劳n三三.疲劳的一般规律疲劳的一般规律疲劳有累积效应疲劳有累积效应：未消除的疲劳能延续到次日。当人们在重度劳累
20、后，次日仍有疲劳症状，这就是疲劳积累效应的表现。疲劳可以通过休息恢复疲劳可以通过休息恢复：青年人比老年人休息恢复得快；体力疲劳比精神疲劳恢复得快；心理上造成的疲劳常与心理状态同步存在和消失。人对疲劳有一定的适应能力人对疲劳有一定的适应能力：机体疲劳后，仍能保持原有的工作能力，连续进行作业，这是体力上和精神上对疲劳的适应性。工作中有意识地留有余地，可以减轻作业疲劳。 第五章第五章 工作疲劳工作疲劳n疲劳的累积效应疲劳的累积效应环境条件：照明、气候、噪声、温度过度的体力或脑力负荷 个人的生理, 心理特性 营养、疾 病、饮食、睡眠等人的生理节奏 疲劳积累“容器”模式图第五章第五章 工作疲劳工作疲劳n
21、四四. 疲劳的检测方法疲劳的检测方法 p工作绩效p生理变化 闪光融合频率（3055hz） 反应时测定 皮肤敏感距离法 膝跳反射阀值法 心率值测定法 p主观感觉第五章第五章 工作疲劳工作疲劳n疲劳度自测疲劳度自测早晨不能按时醒来，醒后懒得起床。早晨不能按时醒来，醒后懒得起床。走路抬不起腿。走路抬不起腿。不想参加社交活动，尤其不愿见陌生人。不想参加社交活动，尤其不愿见陌生人。懒得讲话，说话声音细而短，自觉有气无力。懒得讲话，说话声音细而短，自觉有气无力。坐下后不愿起来，时常托腮呆想发楞。坐下后不愿起来，时常托腮呆想发楞。说话、写文章不时出错。说话、写文章不时出错。记忆力下降，想不起朋友的叮嘱或者忘
22、掉几小时前的事情。记忆力下降，想不起朋友的叮嘱或者忘掉几小时前的事情。提不起精神来，过分地想用茶或者咖啡提神。提不起精神来，过分地想用茶或者咖啡提神。口若、无味，食欲差，饭菜没有滋味，厌油腻，总想在饭菜中加些刺激性调料。口若、无味，食欲差，饭菜没有滋味，厌油腻，总想在饭菜中加些刺激性调料。吸烟、饮酒的嗜好有增无减。吸烟、饮酒的嗜好有增无减。耳呜、头昏、目眩、眼前冒金星、烦躁、易怒。耳呜、头昏、目眩、眼前冒金星、烦躁、易怒。眼睛疲劳，呵欠不断。眼睛疲劳，呵欠不断。下肢沉重，休息时总想把脚架在桌上。下肢沉重，休息时总想把脚架在桌上。入睡困难，想这想那，易醒多梦。入睡困难，想这想那，易醒多梦。打盹不
23、止，四肢像抽筋一般。打盹不止，四肢像抽筋一般。第五章第五章 工作疲劳工作疲劳第五章第五章 工作疲劳工作疲劳第五章第五章 工作疲劳工作疲劳n五五.降低工作疲劳的途径降低工作疲劳的途径（一）合理设计作业的用力方法随意性原则 平衡性原则 经济性原则 降低动作等级原则 正确的作业姿势和体位 第五章第五章 工作疲劳工作疲劳（二）合理安排作业休息制度 合理的休息时间 正确的休息方式（三）改进生产组织与劳动制度经济作业速度休息日制度轮班制 第五章第五章 工作疲劳工作疲劳（四）改善工作内容克服单调感 培养多面手 工作延伸 操作再设计 显示作业的终极目标动态信息报告 推行消遣工作法 改善工作环境 第五章第五章
24、工作疲劳工作疲劳第五章第五章 工作疲劳工作疲劳作业n1.某工人20岁，在8小时的工作时间内，共收集到呼出气体3600L，该3600L呼出气体中，CO2的占12，O2占8，N2占80。在工作中实际作业时间为小时，休息时间为小时，假定该工人在小时的休息中为安静代谢水平。另，该工人身高170cm，体重68kg，试分析：n（）该工人在小时内的能耗量n（）作业时间内的n（）确定该工人的劳动强度作业n2.请全面的解释氧债是如何产生的？并从氧债产生的角度解释人在过度体力劳动后为什么要及时休息？求解n解（）通过呼吸商求解该工人在8小时中的总能耗。n查表得到：该呼吸商为：20.582(KJ/L)n总能耗为：20.582*475.1=n（）求RMR(求得该男子的体表面积为2)n能量代谢总量：n20岁男子基础代谢率B为：2.hn安静代谢率：2.hn安静代谢量：22n活动代谢量：n活动代谢率：KJ/m2.hn（3）确定劳动强度nI=3T+7MnT=7.28=90%n2) nI=3n故：根据GB3869-83种中体力劳动强度分级的规定n该男子劳动强度属于级，相当于重强度劳动
