人的作业能力与疲劳分析课件.ppt
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- 作业 能力 疲劳 分析 课件
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1、 1第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析u教 学 内 容u3.1 人体作业时的能量交换人体作业时的能量交换u3.2 作业时人体的调节与适应作业时人体的调节与适应u3.3 作业能力的动态分析作业能力的动态分析u3.4 作业疲劳及测定作业疲劳及测定u3.5 降低疲劳的措施降低疲劳的措施 2基 本 要 求u1 正确理解人体作业时能量交换的特性,熟正确理解人体作业时能量交换的特性,熟练掌握能量代谢的测定方法,掌握作业时人练掌握能量代谢的测定方法,掌握作业时人体系统的调节特性;体系统的调节特性;u2 正确理解疲劳的概念,掌握疲劳的分类及正确理解疲劳的概念,掌握疲劳的分类及测定、降低
2、疲劳的措施测定、降低疲劳的措施本章重难点u重点:能量代谢的测定方法;作业时人体系重点:能量代谢的测定方法;作业时人体系统的调节特性;疲劳的分类及测定、降低疲统的调节特性;疲劳的分类及测定、降低疲劳的措施。劳的措施。u难点:能量代谢的相关计算及对疲劳概念的难点:能量代谢的相关计算及对疲劳概念的理解理解第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析 33.1 3.1 人体作业时的能量交换人体作业时的能量交换1 1、人体能量的产生机理人体能量的产生机理 人体的一切活动都是通过人体的运动系统完成的。人体的一切活动都是通过人体的运动系统完成的。第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力
3、与疲劳分析人体的运动系统人体的运动系统骨骼骨骼关节关节肌肉肌肉杠杆杠杆枢纽枢纽动力源动力源 4第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析ATP(三磷酸腺苷三磷酸腺苷)是肌肉收缩的唯一直接能量来源。是肌肉收缩的唯一直接能量来源。然而,在肌细胞中的然而,在肌细胞中的ATP贮量有限,因此,能量释贮量有限,因此,能量释放过程中必须及时补充肌细胞中的放过程中必须及时补充肌细胞中的ATP。补充。补充ATP的过程叫产能。有三个途径。的过程叫产能。有三个途径。ATP-CP系列系列在要求能量释放速度很快的情况下在要求能量释放速度很快的情况下ATP-CP系统系统能迅速产能,但由于能迅速产能,但由于
4、CP(磷酸肌酸)在人体内(磷酸肌酸)在人体内的贮量有限,其产能过程只能维持肌肉几秒钟大的贮量有限,其产能过程只能维持肌肉几秒钟大强度活动。强度活动。ATPCrADPCP肌酸)(其中ADP是二磷酸腺苷磷酸腺苷(也称(也称核苷酸核苷酸)5第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析需氧系列需氧系列在在中等劳动强度中等劳动强度下,需通过糖和脂肪的氧化磷酸化合下,需通过糖和脂肪的氧化磷酸化合才能得到才能得到ATP。在合成的开始阶段则是以糖的氧化磷。在合成的开始阶段则是以糖的氧化磷酸化为主,随着活动时间的持续延长,脂肪的氧化磷酸化为主,随着活动时间的持续延长,脂肪的氧化磷酸化逐渐转为主要过
5、程,即:酸化逐渐转为主要过程,即:ATP氧化磷酸化氧葡萄糖或脂肪 6第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析乳酸系列乳酸系列在在大强度劳动大强度劳动时,能量需求速度较快,时,能量需求速度较快,ATP的分解速的分解速度也必须加快,需氧系列受供氧能力的限制,不能满度也必须加快,需氧系列受供氧能力的限制,不能满足肌肉的需要。这时,要依靠无氧糖酵解产生乳酸的足肌肉的需要。这时,要依靠无氧糖酵解产生乳酸的方式提供能量。由于糖酵解的速度是氧化磷酸化的方式提供能量。由于糖酵解的速度是氧化磷酸化的32倍,所以是高速供能途径。倍,所以是高速供能途径。乳酸糖原葡萄糖糖酵解 ATP)(注意:注意:
6、乳酸系列需耗用大量葡萄糖才能合成乳酸系列需耗用大量葡萄糖才能合成ATP,在,在体内糖原含量有限的条件下,此产能方式不经济。另体内糖原含量有限的条件下,此产能方式不经济。另外,乳酸还是一种导致疲劳的物质,所以乳酸系列提外,乳酸还是一种导致疲劳的物质,所以乳酸系列提供能量的过程不可能持续较长的时间。供能量的过程不可能持续较长的时间。7第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析 8第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析2 2、作业时人体的好氧动态作业时人体的好氧动态作业时人体所需要的作业时人体所需要的氧量大小氧量大小取决于取决于劳动强度劳动强度和和作业时间作业时间
7、。几个概念几个概念氧需:氧需:人体在作业过程中,每分钟所需要的氧量。人体在作业过程中,每分钟所需要的氧量。最大摄氧量:最大摄氧量:血液每分钟能供应的最大氧量,正血液每分钟能供应的最大氧量,正常成年人不超过常成年人不超过3L/min;常锻炼者可达;常锻炼者可达4L/min;老年人只有老年人只有1-2L/min。氧债:氧债:需氧量与实际供氧量的差值。(危害)需氧量与实际供氧量的差值。(危害)9第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析最大摄氧量的计算最大摄氧量的计算Bruce于于1972年给出了年龄与最大摄氧量间的经年给出了年龄与最大摄氧量间的经验关系式:验关系式:AVO398.0
8、592.56)(max2max)(2OV为最大摄氧量,为最大摄氧量,cm/(kgmin);A为人的年龄,岁数。为人的年龄,岁数。10第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析3 3、能量代谢与能量代谢率能量代谢与能量代谢率人体能量产生和消耗称为人体能量产生和消耗称为能量代谢。能量代谢。能量能量代谢代谢基础代谢基础代谢安静代谢安静代谢活动代谢活动代谢生理学将人清醒、静卧、空腹以及室温在生理学将人清醒、静卧、空腹以及室温在20左右定左右定为基础条件。人体在基础条件下的能量代谢称为基础为基础条件。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基础代谢率,用代谢。单位
9、时间内的基础代谢量称基础代谢率,用B表示。表示。安静代谢是作业开始之前,为了保持身体各部位的安静代谢是作业开始之前,为了保持身体各部位的平衡以及某种姿势条件下的能力代谢,包括基础代平衡以及某种姿势条件下的能力代谢,包括基础代谢。安静代谢率用谢。安静代谢率用R表示,表示,R=1.2B人在从事特定劳动过程中所进行的代谢,也称劳动人在从事特定劳动过程中所进行的代谢,也称劳动代谢。实际能量代谢率用代谢。实际能量代谢率用M(其中包含基础代谢和(其中包含基础代谢和安静代谢)表示,活动代谢率安静代谢)表示,活动代谢率Mr=M-R 11 基础代谢率基础代谢率B随着性别、年龄等不同而不同。一随着性别、年龄等不同
10、而不同。一般说来,男子的般说来,男子的B比女子的高,幼年人的比成年人的比女子的高,幼年人的比成年人的高。高。式中:式中:Q单位时间的产热量,单位时间的产热量,kcal/h;Q=C ,其中,其中,C是氧的热价,是氧的热价,kcal/L,一般,一般可根据呼吸商查表获取。(教材表可根据呼吸商查表获取。(教材表4-7);是单位是单位时间的耗氧量,时间的耗氧量,L/h。S人体表面积,人体表面积,m2;H是身高,是身高,cm;W是体重,是体重,kg。活动代谢率活动代谢率M也可以通过此公式计算,只是此时也可以通过此公式计算,只是此时的耗氧量是活动时的耗氧量。的耗氧量是活动时的耗氧量。基础代谢率B的计算QBS
11、0.00610.01280.1529SHW2OV2OV 12第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析相对能量的代谢率(相对代谢率)相对能量的代谢率(相对代谢率)由于人的体质、年龄和体力等差异,从事同等强度由于人的体质、年龄和体力等差异,从事同等强度的体力劳动所消耗的能量则因人而异,因此无法用的体力劳动所消耗的能量则因人而异,因此无法用能量代谢量进行比较。为了消去个人之间的差别,能量代谢量进行比较。为了消去个人之间的差别,引进相对能量代谢率,用引进相对能量代谢率,用RMR(Relative Metabolic Rate)表示。表示。MRRMRB活动代谢率基础代谢率 13关于相对
12、代谢率的几点说明关于相对代谢率的几点说明关于关于RMR的几点说明:的几点说明:(1)RMR是表示是否易于疲劳的指标,但并不表示实际是表示是否易于疲劳的指标,但并不表示实际的疲劳程度。的疲劳程度。(2)环境因素,尤其是高温对)环境因素,尤其是高温对RMR的影响较大。的影响较大。设作业场所的平均温度是设作业场所的平均温度是T,辐射热因素为,辐射热因素为G,8小时小时工作后的平均工作后的平均RMR为为E,则环境因素指数,则环境因素指数In:In=TGE (若环境中无辐射因素(若环境中无辐射因素(G=1),则),则In=TE)当当In2000时,环境适宜;时,环境适宜;当当In:20004000时,环
13、境尚可;时,环境尚可;当当In4000时,就必须改善环境,否则易于疲劳。时,就必须改善环境,否则易于疲劳。(3)影响能量代谢的因素有:运动、劳动、精神劳动、)影响能量代谢的因素有:运动、劳动、精神劳动、食物、特殊动力效应及环境温度等。食物、特殊动力效应及环境温度等。14第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析4 4、能量代谢的测定能量代谢的测定(直接法,直接法,间接法间接法)间接法的基本原理:间接法的基本原理:先测得糖、脂肪等能源物资先测得糖、脂肪等能源物资在体内氧化时的耗氧量和二氧化碳的排出量,求在体内氧化时的耗氧量和二氧化碳的排出量,求得得呼吸商呼吸商,由此便可算出作业时
14、所消耗的能量。,由此便可算出作业时所消耗的能量。通常把通常把1g供能物质氧化时所放出的热量定义为该物供能物质氧化时所放出的热量定义为该物质的质的热价。热价。物质氧化时,每消耗物质氧化时,每消耗1L氧所产生的热量称为物质氧所产生的热量称为物质的的氧热价。氧热价。呼吸商(呼吸商(RQ):):通常把机体在同一时间内产生通常把机体在同一时间内产生的二氧化碳量与消耗的氧量之比称为呼吸商。的二氧化碳量与消耗的氧量之比称为呼吸商。22C OOVR QV 15第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析非蛋白呼吸商(非蛋白呼吸商(NRQ):由于蛋白质中的氮以尿素排由于蛋白质中的氮以尿素排泄,所以
15、受试者吸进的氧气量和产生的二氧化碳应泄,所以受试者吸进的氧气量和产生的二氧化碳应减去减去验尿测定出的尿氮分解所需要的氧气量和产生验尿测定出的尿氮分解所需要的氧气量和产生的二氧化碳量。此时的二氧化碳产生量与氧气的消的二氧化碳量。此时的二氧化碳产生量与氧气的消耗量之比称为非蛋白呼吸商。耗量之比称为非蛋白呼吸商。实际应用中,常采用省略尿氮测定的简便方法,直实际应用中,常采用省略尿氮测定的简便方法,直接根据受试者在同一时间内吸入的氧气量和产生的接根据受试者在同一时间内吸入的氧气量和产生的二氧化碳量,以混合食物每消耗二氧化碳量,以混合食物每消耗1L氧产生氧产生17.94kJ的热量近似计算能量消耗。的热量
16、近似计算能量消耗。16例题例题u某受试者在安静状态下,呼出气体的体积分某受试者在安静状态下,呼出气体的体积分数未:数未:O2=15.47%,CO2=3.96%,呼,呼出气量为出气量为8L/min;标准状态下空气的组成;标准状态下空气的组成未:未:O2=20.93%,CO2=0.03%,N2=79.04%,求受试者的能量消耗。,求受试者的能量消耗。u分析:分析:u欲求能量消耗欲求能量消耗Q,由公式,由公式 则应该确定氧的热价和耗氧量,氧的热价则应该确定氧的热价和耗氧量,氧的热价可由呼吸商查表求得可由呼吸商查表求得2OQC V 17例题例题u解:解:耗氧量:耗氧量:CO2消耗量:消耗量:呼吸商:呼
17、吸商:查表查表4.7,RQ=0.72时,氧的热价时,氧的热价C=19.683kJ/L,则,则219.683 0.43688.598kJOQCV2(0.20930.1547)80.4368OVL 2(0.03960.0003)80.3144COVL 220.3 1 4 40.7 20.4 3 6 8C OOVR QV 18第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析3.2 3.2 作业时人体的调节与适应作业时人体的调节与适应1 1、神经系统的调节与适应神经系统的调节与适应动力定型(习惯定型):动力定型(习惯定型):作业者作业者长期长期在在同一环境同一环境中从事中从事同一项作业活动,
18、同一项作业活动,借助复合条件反射便会借助复合条件反射便会形成一种程序化、自动化的熟练操作意识。形成一种程序化、自动化的熟练操作意识。好处:好处:不仅能提高作业能力,还会使机体各器官不仅能提高作业能力,还会使机体各器官从作业一开始就能去适应作业需要,使操作协调、从作业一开始就能去适应作业需要,使操作协调、轻松、反应迅速,能量消耗经济。轻松、反应迅速,能量消耗经济。注意:建立习惯定型应循序渐进,注意节律性和重注意:建立习惯定型应循序渐进,注意节律性和重复性。复性。19第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析体力劳动体力劳动会影响感觉器官的功能,适当的轻度作会影响感觉器官的功能,适
19、当的轻度作业能使眼睛的暗适应敏感;而大强度作业会使眼业能使眼睛的暗适应敏感;而大强度作业会使眼睛的暗适应敏感下降;重作业和大强度作业能引睛的暗适应敏感下降;重作业和大强度作业能引起视觉及皮肤感觉的时滞延长,作业后数分钟才起视觉及皮肤感觉的时滞延长,作业后数分钟才能恢复。能恢复。20第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析2 2、心血管系统的调节与适应心血管系统的调节与适应 心率心率心率是单位时间内心脏博动的次数。正常人安静心率是单位时间内心脏博动的次数。正常人安静时的心率为时的心率为75次次/min,最大心率随年龄增长而减,最大心率随年龄增长而减小,表达式为:小,表达式为:最
20、大心率最大心率=220-年龄值年龄值不同劳动强度下心率的变化不同劳动强度下心率的变化如图如图4-1所示所示 21第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析 22第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析心率通常可作为衡量劳动强度的一项重要指标,心率通常可作为衡量劳动强度的一项重要指标,若以该指标为标准,对于健康男性,作业心率为若以该指标为标准,对于健康男性,作业心率为110-115次次/min,停止作业后,停止作业后15min内恢复到安静心内恢复到安静心率时则认为该体力劳动负荷处于最佳范围,可连率时则认为该体力劳动负荷处于最佳范围,可连续工作续工作8h。如果停止
21、作业后。如果停止作业后0.5-1min测得心率不超测得心率不超过过110次次/min,且,且2.5-3min时测得心率不超过时测得心率不超过90次次/min,劳动也可持续,劳动也可持续8h。23第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析 心脏血液输出量心脏血液输出量每博输出量:每博输出量:心脏每博动一次,由左心室射入主动脉心脏每博动一次,由左心室射入主动脉的血量。的血量。心脏血液输出量:心脏血液输出量:每分钟由左心室射出的血量。为每分钟由左心室射出的血量。为每博输出量与心率的乘积。每博输出量与心率的乘积。正常成年男子安静时的每博输出量为正常成年男子安静时的每博输出量为50-70
22、mL,心脏,心脏血液输出量为血液输出量为3.75-5.25L/min,最高可达,最高可达25L/min。作业开始后,心率和每博输出量均增加,每博输出量增加较作业开始后,心率和每博输出量均增加,每博输出量增加较快。通常,中等劳动强度作业时,心脏血液输出量可比安静快。通常,中等劳动强度作业时,心脏血液输出量可比安静时增加时增加50%;特大强度时,达;特大强度时,达5-7倍。倍。心脏的结构心脏的结构见图见图2.前进前进 24第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析图图2心心脏脏结结构构返返回回 25第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析 血压血压血压是血压是血管
23、内的血液对于单位面积血管壁的侧压力,血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压力,通常多指血液在体循环中的动脉血压,单位通常多指血液在体循环中的动脉血压,单位mmHg。一般:收缩压为一般:收缩压为100-120mmHg,舒张压为,舒张压为60-80mmHg。动态作业时收缩压与舒张压的变化动态作业时收缩压与舒张压的变化如图如图4-2静态作业时,收缩压、舒张压、平均动脉压都升静态作业时,收缩压、舒张压、平均动脉压都升高,心率和心输出量相对增加较少。高,心率和心输出量相对增加较少。前进前进 26第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析返返回回 27第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的
24、作业能力与疲劳分析3 3、其他系统的调节与适应其他系统的调节与适应作业时呼吸系统的频率随作业强度的增加而增加,作业时呼吸系统的频率随作业强度的增加而增加,重强度时达重强度时达30-40次次/min,极大强度时达,极大强度时达60次次/min,肺通气量由安静时的肺通气量由安静时的6-8L/min增加到增加到40-120L/min。正常条件下,每昼夜排尿量为正常条件下,每昼夜排尿量为1-1.8L,体力作业,体力作业后,尿液减少后,尿液减少50%-70%,其余由汗液排出。汗,其余由汗液排出。汗腺具有调节体温和排泄代谢产物的双重功能。腺具有调节体温和排泄代谢产物的双重功能。28第三章第三章 人的作业能
25、力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析4 4、脑力劳动与持续警觉作业生理变化的特点脑力劳动与持续警觉作业生理变化的特点 脑力劳动脑力劳动 29第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析 持续警觉作业持续警觉作业 30第三章第三章 人的作业能力与疲劳分析人的作业能力与疲劳分析影响持续警觉作业效能下降的主要因素有:影响持续警觉作业效能下降的主要因素有:不良的作业环境(如噪声大、温度高、干扰信号不良的作业环境(如噪声大、温度高、干扰信号多)多);信号强度弱;信号强度弱;信号频率不适宜;信号频率不适宜;作业者的主观状态(如过分激动得情绪、失眠、疲作业者的主观状态(如过分激动得情绪、失眠、疲
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