劳动生理与工效

劳动卫生与环境卫生学系何丽华

劳动生理职业工效学劳动生理学（workphysiology）

研究在一定劳动条件下机体器官和系统的调节适应规律。劳动条件包括生产工艺过程、劳动过程、生产环境。劳动条件对劳动者的器官及系统产生一定的作用或效应，这种作用反之影响人的操作，二者关系是本学科研究及应用的核心

体力劳动过程中机体的能量代谢体力劳动时机体的能量代谢

人类的劳动是体力劳动与脑力劳动相结合进行的，不同类型的劳动有所偏重。由于骨骼肌约占人体中的40%，以骨骼肌活动为主的体力劳动能量消耗较大。

劳动时的能量代谢：一般一个人每天摄入能量20000kJ,除了基础代谢的8000kJ及业余活动外，用于劳动消耗为10000kJ。

体力劳动与脑力劳动分类体力劳动（产生和付出体力）脑力劳动（加工和产生信息）劳动类型肌肉活动为主的劳动感官活动为主的活动反应性劳动协调性劳动创造性劳动活动特点以及肉能量消耗为主，做功用手臂执行一定精确动作，与肌力关系不大接受与处理信息，必要时做出反应接受与处理信息，再转入其他信息中产生信息，必要时输出有关器官与系统肌肉、肌腱、循环、呼吸、骨骼肌肉、肌腱、感觉器官感觉器官（肌肉）感觉器官（智力）“智力”例子搬运、用力铲物组装线工作、编织、驾驶检验、监测编程、打电话发明创造、解决难题肌肉活动的能量来源ATP-CP系统主要特点：提供能量迅速，产生ATP量少，只能供肌肉几秒至1分钟用有氧氧化主要特点：提供能量较慢，产生ATP几乎不受限制，脂肪为主要能源无氧酵解主要特点：提供能量迅速，产生ATP有限ATP-CP系列

ATP+H2O

ADP+Pi+29.3kJ/molCP+ADPCr+ATP肌肉CP储存量非常小，只能供肌肉活动几秒甚至1分钟用，需从糖类、脂肪和蛋白质分解来提供合成ATP的能量。

肌肉在中等及以下强度活动时，食物在有氧条件下降解成CO2和H2O，并通过氧化磷酸化过程提供能量，合成大量的ATP。开始利用糖比较多，随着时间延长，利用脂肪的比例增大，脂肪成为主要能源。乳酸系列

在大强度活动时，ATP分解非常迅速，需氧系列受到供氧能力的限制，形成ATP的速度不能满足肌肉活动的需要，机体处于相对缺氧状态。此时，则靠无氧糖酵解产生乳酸的方式来提供能量，称乳酸系列。其缺点是需动用大量的葡萄糖，产生的乳酸有致疲劳性，故不经济，也不能持久。

表肌肉能量供应系统的一般特性*ATP-CP系列乳酸系列需氧系列氧无氧无氧需氧速度非常迅速迅速较慢能源CP，贮量有限糖原，产生的乳酸有致疲劳性糖原，脂肪及蛋白质，不产生致疲劳性副产物产生ATP很少有限几乎不受限制劳动类型任何劳动，包括短暂的极重劳动短期重及很重的劳动长期轻及中等劳动*氧需（oxygendemand）

：劳动一分钟所需要的氧量（l/min）。

主要取决于循环系统的功能，其次是器官的功能。*氧上限（maximumoxygenuptake）

：血液在一分钟内能供应的最大氧量（l/min）。

成年人一般不超过3L，经过体育锻炼的人可达4L。*氧债（oxygendebt）

：当氧需超过氧上限时，氧需与氧上限的差值（l/min）。作业时氧消耗的动态*作业时的能消耗量是指全身各器官系统活动能量的总合。由于最紧张的脑力劳动的能消耗量不会超过基础代谢的10%，而肌肉活动的能消耗量却可达到基础代谢的10-25倍，通常以能量消耗或者心率作为划分劳动强度的指标。劳动强度划分我国目前的国家标准分为四级。

作业时的能消耗量与劳动强度分级体力劳动强度分级(GBZ2.2-2007)体力劳动强度级别

劳动强度指数（n）I

n≤15II15<n≤20III20<n≤25IVn>25

常见职业体力劳动强度分级表

体力劳动强度分级

职业描述I（轻劳动）坐姿：手工作业或腿的轻度活动，如打字、缝纫、脚踏开关等）；立姿：操作仪器，控制仪表、查看设备，上臂用力为主的装配工作II（中等劳动）手和臂持续动作（如锯木头等）；臂和腿的工作（如卡车、拖拉机或建筑设备等运输操作）；臂和躯干的工作（如锻造、风动工具操作、粉刷、除草、锄田、采摘水果蔬菜等）III（重劳动）臂和躯干负荷工作（如搬重物、铲、锤锻、锯刨或凿硬木、割草、挖掘等）IV（极重劳动）大强度的挖掘、搬运，快到极限节律的极强活动体力劳动时机体的调节和适应

在生产劳动过程中，为保证能量供应和各器官系统的协调，机体通过神经体液调节各器官系统的生理功能，以适应生产劳动的需要。脑力劳动过程中的生理变化与适应

脑力劳动时，氧的代谢较其它器官高，睡眠时低。葡萄糖是脑细胞活动的最重要的能源，平时90%的能量都靠分解它来提供。脑细胞中糖原很少，只够活动几分钟，主要靠学业输送葡萄糖来提供能量，脑组织对缺氧、缺血非常敏感，但总摄氧量增高不能使脑力劳动效率提高。

脑力劳动时的职业卫生要求

脑的氧代谢安静时即为肌肉的15-20倍，占成年人总耗氧量的10%。葡萄糖是脑细胞活动的最重要能源，90%来源于此，主要靠血供提供葡萄糖。脑组织对缺血、缺氧非常敏感。脑力劳动负荷过重可以影响其他组织持续工作时间不宜过长工作场所：噪声、照明、色彩、工作空间、工作时的人机界面等。

脑力劳动对作业场所的要求噪声:工作室应保持安静，环境噪声不应超过45dB，超过70dB对整个脑力劳动的影响更大。平稳、节奏舒缓的轻音乐或古典音乐有利于脑力劳动。

单人间最好。大的办公室应用矮墙隔开。照明室内光线应明亮。防止阳光直射到桌面上，应从左边过来。室温20℃为宜。墙壁颜色明亮柔和，以淡绿、浅黄或浅灰色为好，应避免用刺眼或黑色的颜色。

*作业类型

根据肌肉收缩状况，参与劳动的肌肉量多少以及是否做功，作业类型分为静力作业和动力作业*静态作业（staticwork）

依靠肌肉等长收缩进行的作业。

特点：能量消耗不高，氧需不超过氧上限，易疲劳（不做功）*静力作业(staticwork)

主要依靠肌肉的等长性收缩来维持一定的体位，使躯体和四肢关节保持不动时所进行的作业。在劳动过程中，静态成分所占的比重与劳动姿势和操作的技巧，熟练程度有关。静态作业时即使用最大随意收缩的肌张力进行劳动，氧需也达不到氧上限，通常一分钟不超过1L；但在作业停止后数分钟内，阳消耗不仅不像动力作业那样迅速下降，反而先升高后再逐渐下降到原水平。静态作业的特征是能消耗水平不高但却很容易疲劳。(L/min)

0123456789时间(min)氧需和氧消耗氧需消耗安静作业恢复*动态（力）作业（dynamicwork）：依靠肌肉等张收缩进行的作业。特点：能够持久、不易疲劳、不容易引起损伤、容易恢复、做功效率高（做功）。

动力作业肌肉收缩时肌张力保持不变-等张收缩，运用关节的活动来进行的作业。

动力作业的特点是肌肉交替地收缩与舒张，血液灌流充分，不易疲劳。作业能力

作业能力（workcapacity）：劳动者在从事某项劳动过程中，完成该项工作的能力，其高低是在不断变化的。如何在不改变作业质量的前提下，尽可能长时间维持一定作业强度的能力是研究的关键问题。

作业能力主要影响因素及改善措施

社会因素和心理因素个体因素

年龄、性别、身材、健康及营养状况环境因素工作条件与性质

生产设备与工具劳动强度与时间劳动组织及制度

疲劳和休息锻炼和练习心理学措施人类工效学措施合理用力操作合理化改善劳动制度职业工效学欧洲：Ergonomics人类工程学或工效学。美国：HumanFactors;HumanFactorsEngineering人类因素学或人类因素工程学。

其他：工程心理学（前苏联）；人间工学（日本）；人体工程学；人机工程学；人类工效学；人机控制学；宜人学等。职业工效学

定义

*以人为中心，研究人、机器和设备环境之间的相互关系，旨在实现人在工作中的健康、安全、舒适。

研究内容

生物力学

生物与力学的有关问题。人在生产劳动中肌肉骨骼的力学问题，如人与机器设备间力学关系，以提高工作能力并减少肌肉骨骼损伤发生。工作过程的生物力学

合理用力

*动力单元：包括关节在内的某些解剖结构结合在一起完成以关节为轴的运动动力链：两个以上的动力单元组合

重心姿势职业工效学

研究内容人体方面生物力学（biomechanics）重心（合理用力）物体重心：对称，尽量靠近人体人体重心：平衡，尽量靠近脊柱姿势（体位）站姿坐姿工作过程的生物力学

合理用力

动力单元动力链

重心姿势

*人体测量（Anthropometry）及应用

定义：用测量的方法研究人体特质，通过整体及局部测量，探讨人体类型、特征、变异及发展规律

种类

*静态测量：测量人体各部分的固定尺寸

*动态测量：测量人体或某一部分的空间运动尺寸，即活动范围。

影响因素

年龄种族地区职业在工业生产中的应用

机器、设备、工具、作业场所及产品设计。

Ⅰ型产品尺寸设计需要两个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值和下限值的依据，称为Ⅰ型产品尺寸设计。又称双限值设计。

II型产品设计只需要一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值或下限值的依据，称为Ⅱ型产品尺寸设计。又称单限值设计。只需要第50百分位数（P50）作为产品尺寸设计的依据，称为Ⅲ型产品尺寸设计。又称平均尺寸设计。

I型：在汽车驾驶员的可调式座椅的调节范围设计时，为了使驾驶员的眼睛位于最佳位置、获得良好的视野以及方便地操纵驾驶盘及踩刹车，高身材驾驶员可将座椅调低和调后，低身材驾驶员可将座椅调度和调前。因此对于座椅的高低调节范围的确定需要取眼高的P90和P10为上、下限值的依据；对于座椅的前后调节范围的确定需要取臀膝距的P90和P10为上、下限值的依据。II型：例1：在设计门的高度、床的长度时，只要考虑到高身材的人的需要，那末对低身材的人使用时必然不会产生问题。所在应取身高的P90为上限值的依据。例2：为了确定防护可伸达危险点的安全距离时，应取人的相应肢体位的可达距离的P99为上限值的依据。Ⅲ型产品尺寸设计例1：门的把手或锁孔离地面的高度、开关在房间墙壁上离地面的高度设计时，都分别只确定一个高度供不同身高的人使用，所以应平均地取肘高的P50为产品尺寸的依据。例2：当工厂由于生产能力有限，对本来应采用尺寸系列的产品只能生产其中一个尺寸规格时，也取相应人体尺寸的P50为设计依据。

认知工效学注意反应情绪兴趣

机器和工具

显示器

A.视觉显示器工作性质和要求在保证精度的情况下，尽可能使显示方式简单明了，容易判读一个显示器传递读的信息不宜过多数字显示器要易于判读和换算数字排列符合阅读习惯显示器的指针不应遮住数字或刻度，指针粗细要适当

听觉显示器

在可能的情况下选用人耳最敏感的频率范围需要传输很远的信号实用低频声音报警用的信号频率要在背景噪声掩蔽效应最小的范围内紧急警报宜采用间断的声音信号或改变频率和强度,

信号持续时间适当

控制器（control）是操作者用以改变机械运动状态的装置或部件。

A.手