人体生理特性专家讲座

第三章人体生理特征第一节概述第二节神经系统第三节感觉系统第四节人体运动系统第五节能量代谢—难点第六节疲劳人体生理特性专家讲座第1页第一节概述一、人体系统组成

人作为一个独立系统从形态和功效上划分为：运动系统、神经系统、感觉系统、消化系统、泌尿系统、生殖系统、循环系统、内分泌系统、呼吸系统共九个子系统。各子系统功效活动相互联络、相互制约，在神经、体液支配和调整下，组成完整统一有机体，进行正常活动。人体生理特性专家讲座第2页二、人机系统人机界面信息处理信息传递信息传递输入输出中枢神经系统感觉系统运动系统显示系统控制系统机器主体环境原因人体生理特性专家讲座第3页从图中可看出，操作者在人机系统中是一个“步骤”。人在系统中作用：人在操作过程中，机器经过显示器将信息传递给人感觉器官（如眼睛、耳朵等），经中枢神经系统对信息进行处理后，再指挥运动系统（如手、脚）操作机器控制系统（控制器等），改变机器所处状态。由此可见，从机器传来信息、经过人这个步骤，又返回到机器，从而形成一个闭环系统。人机系统所处外部环境原因（如：温度、照明、噪声、震动等）也将影响或干扰系统正常运行和效率，所以从广义讲：人机系统又称为人——机——环境系统。人体生理特性专家讲座第4页人三个主要系统：感觉系统，神经系统，运动系统，其余为辅助系统。1.感觉系统：接收信息，是最早能产生误差部位，表达人“感知能力”；2.神经系统：传导，识别，判断，记忆，决议，“决议正确性，反应快慢等”；3.运动系统：它执行各种操作，“操作效率”。人体生理特性专家讲座第5页第二节神经系统一、神经系统组成人体生理特性专家讲座第6页二、中枢神经系统1.脊髓

传导功效反射功效是脊神经和脑之间神经传导通路。人对内外刺激作出应答反应（躯体、内脏反射）。人体生理特性专家讲座第7页2.脑

脑是中枢神经系统高级部位，由大脑半球、间脑、中脑、脑桥、延髓和小脑六部分组成。脑桥

位于延髓上方，小脑腹侧。它参加或完成头面部肌肉（眼外直肌、咀嚼肌、表情肌）运动以及一些感觉（面部肤觉、味觉、平衡觉、和听觉）形成。延髓

它为脊髓延续，它不但是食物反射（如：唾液分泌、咀嚼、吞咽等）和一些防御反射（喷嚏、咳嗽、呕吐）中枢，而且是呼吸和循环系统反射性调整中枢。人体生理特性专家讲座第8页大脑半球

位于中枢神经系统最高部位，被一条纵裂分为左右两个半球，两半球之间经过联合神经纤维联合与沟通，半球表面被覆2——5mm厚灰质细胞层，称为大脑皮质。成人大脑皮质表面积约为1/4平方米，约含有140亿个神经元胞体，它们之间有广泛复杂联系，是高级神经活动中枢。中脑

位于脑桥上方是视、听、运动中枢。间脑

位于脑干上方，由丘脑和下丘脑组成。小脑

位于颅后窝内，大脑后下方，它主要机能是维持身体平衡，调整与校正肌肉担心度和协调肌肉运动。人体生理特性专家讲座第9页人体生理特性专家讲座第10页人体生理特性专家讲座第11页躯体感觉区也称躯体感觉中枢、大脑皮质感觉区。它是皮肤触、压、冷、温、痛等感觉高级中枢。躯体运动区也称躯体运动中枢、大脑皮质运动区。它接收来自肌、腱和关节等处相关身体位置、姿势以及各部分运动状态本体感觉冲动。运动越精细部位，如手、舌、唇等代表区面积越大。除感觉区、运动区外，还有视区、听区、嗅区，以及语言代表区（书写、说话、听话、阅读中枢）

人体生理特性专家讲座第12页三、周围神经系统

由脑和脊髓发出，其末梢分布于身体各器官和组织神经系统。它包含脑神经12对、脊神经31对、植物性神经（支配内脏器官）。周围神经功效：接收来自体内外各种刺激并将其传导至中枢神经。传递由中枢神经发出指令并完成运动反应。人体生理特性专家讲座第13页第三节感觉器官一、概述视觉：形状、颜色嗅觉：香味或臭味触觉：光滑或粗糙程度味觉：甜、酸或苦1.感觉与知觉概念人体生理特性专家讲座第14页二、视觉

人在人机系统中工作效率和可靠性很大程度上取决于视觉显示器与人视觉功效匹配。在作业过程中，视觉应用是频繁，它是人们认识物质世界和接收信息主要通道。大约有80%以上信息都是经过视觉通道取得。人体生理特性专家讲座第15页1.视觉产生

视觉产生是由眼、视神经和视觉中枢共同活动来完成。人眼睛在光学上就像一架摄影机，瞳孔是能变大变小光圈，视网膜相当底片。2.视觉三要素

光、视看对象、眼睛人体生理特性专家讲座第16页3.视角

物质上两点间光线射入眼球时夹角。正常人眼能分辨最小视角为1分角。物体对眼睛所成视角大小不但与物体本身大小相关系还和物体到眼睛距离相关系。观察距离被看目标物上两点之间直线距离人体生理特性专家讲座第17页4.视力

眼睛分辨物体细部最大能力，此时分辨被看目标物最近两点视角称为临界视角。

人站在离视力检验表5m处看清第十行“E”，则视力为1.0，即视力正常，此时临界视角为1′。若视力下降，则临界视角值增大。人体生理特性专家讲座第18页1）普通视野：当头部和眼球固定不动，眼睛观看正前方物体时，所能看到空间范围。

垂直面内：最大固定视野115°扩大视野150°有效视野水平线以上25°，以下35°5.视野人体生理特性专家讲座第19页水平面内：最大固定视野180°扩大视野190°有效视野水平线以上35°，以下35°人体生理特性专家讲座第20页2）色觉视野各种颜色对眼睛刺激不一样，所以视野也不一样。白色视野最大，其次为黄和蓝，再次为红色，而绿色视野最小。人体生理特性专家讲座第21页6.视距

指人在工作中正常观察距离，视距远近直接影响着认读速度和准确性。视力范围与目标距离相关，目标在560mm处最为适宜；小于380mm时令人发生目眩；超出760mm时细节看不清楚。人体生理特性专家讲座第22页7.眼球运动规律★眼球水平运动比垂直运动快。★视线习惯于从左到右、从上到下运动，看圆形物体总是沿顺时针方向看得快速。★人眼对左上方观察优于右上方，对右上方观察又优于左下方，右下方观察最差。★两眼球运动是协调、同时。人体生理特性专家讲座第23页三、听觉听觉是主要感觉（仅次于视觉），其适宜刺激是声音，声音是由振动产生，震动物体是声音声源。振动在弹性物质中以波形式进行传输，所产生弹性波称为声波。一定频率范围内声波作用于人耳就产生声音感觉。对于人来说，只有频率在20～0Hz声波才能产生声音感觉。

人体生理特性专家讲座第24页1.听觉系统1）组成听觉系统组成：人耳为听觉系统，它由外耳、中耳、内耳组成。

听觉产生是由耳、听觉神经、听觉中枢共同活动完成。频率在20～0Hz声波人体生理特性专家讲座第25页2.声音度量

1）声音频率：

物体每秒钟振动次数，以f表示，单位为Hz。人耳能感受到频率范围：

20~0Hz

人到25岁以后开始对1500Hz以上频率灵敏度显著降低。人体生理特性专家讲座第26页2）声音强度（1）声压：声波经过传输媒介时产生压强，用P表示，单位是Pa。（2）听阈声压：人耳听到最低声压，其值为2x10-5Pa。（3）痛阈声压：使人耳产生痛觉声压，其值为20Pa。（4）声压级声压与基准声压之比值取对数再乘以20，单位为分贝（dB）。人体生理特性专家讲座第27页

经过上式可把声压绝对值表示数百万倍改变范围，转为0～160dB范围。人耳可听到强度范围是0-120dB，超出120dB耳朵会痛。声压，Pa基准声压人体生理特性专家讲座第28页四、皮肤感觉

皮肤上分布着三种感受器：触觉、痛觉和温度改变感觉。1.触觉（压力觉）触觉微弱机械刺激触及了皮浅薄层触觉感受器。压觉是较强机械刺激引发了深部组织变形。

触觉生理意义是能区分物体大小、形状、硬度、光滑程度等机械性质触觉。多数情况下，人都是利用手和指头作为信息主要感受体。人体生理特性专家讲座第29页2.温度觉

分为冷觉和热觉。人体温度觉对保持机体内部温度稳定与维持正常生理过程非常主要。3.痛觉

凡是猛烈性刺激，不论是冷热接触，或是压力等，肤觉感受器都能接收这些不一样物理和化学刺激，而引发痛觉。人体生理特性专家讲座第30页一、运动系统组成

组成：骨、关节（骨连接）和肌肉

运动产生：骨和关节组成人体杠杆系统——骨架。肌肉附着在骨架上，并受到神经系统支配,牵引着骨绕关节转动，人体便产生各种各样运动。

人体生理特性专家讲座第31页二、骨骼成人共有206块骨，其中177块直接参加运动。

据其所在部位：躯干骨（椎骨，肋骨，胸骨）、颅骨和四肢骨。

据其形态：长骨、短骨、扁骨和不规则骨。

作用：

＊组成人体支架

＊形成人体腔壁

＊人体运动杠杆

＊造血、储备脂肪功效人体生理特性专家讲座第32页三、关节1.分类：可分为不动关节、半动关节和动关节

1）不动关节。两骨之间无任何间断，即无腔隙骨连接。可分为韧带连接、软骨连接和骨性结合三种。2）动关节。人体大部分骨连接形式。含有腔隙，两骨间借骨性膜连接，如四肢骨。3）半动关节。介于动关节和不动关节之间，两骨之间以软骨形式相连接，活动范围很小，如趾连接。

人体生理特性专家讲座第33页1）滑动运动。相对关节面形态基本一致，活动是微小。如腕骨或跗骨（脚背骨）之间运功。2）角度运动。临近两骨绕轴离开或收拢，可产生角度增大或减小。A、屈伸运动：肘关节前臂骨与由肘到肩部分（肱Gong）运动。角度减小为屈肘；角度增加为伸肘。B、内收外展运动：如手在腕关节内收和外展运动。3）旋转运动。胳膊绕肩关节转动。4）围绕运动。腿做围绕运动。2.关节运动基本形式人体生理特性专家讲座第34页四、肌肉

１.分类：

肌肉在人体上分布很广，依据其形态、功效和位置等不一样特点，可分为三种类型：骨骼肌：附着在骨骼上肌肉，收缩受人意志支配；平滑肌：组成脏器壁，又称内脏肌；心肌：分布在心脏壁上，运动不受人意志支配。

人体生理特性专家讲座第35页２.骨骼肌物理特征＊收缩性：表现为肌肉纤维长度缩短。＊伸展性：受外力可被拉长，外力消除可复原。＊弹性：肌肉受压变形、外力消除可复原。

＊粘滞性：在肌肉收缩时产生阻力。人体生理特性专家讲座第36页五、作业姿势立姿端坐姿靠椅坐姿卧姿作业姿势基本类型和影响原因基本类型：分为四大基本姿势人体生理特性专家讲座第37页2.确定作业姿势普通标准

（1）普通以坐姿为好，其次是坐—立姿，除非立姿不可，才选择立姿。人体生理特性专家讲座第38页(2)应尽可能使操作者采取平衡姿势，以防止给肌肉、关节和心血管系统造成无须要负担。

(3)应尽可能使操作者自由改变各种体位，身体处于舒适状态。

(4)确定作业姿势应与肌力使用以及作业动作相联络，三者相互协调。人体生理特性专家讲座第39页3.立姿1）特点：人体重量主要由骨骼负担，肌肉和韧带负载最小，人体内各系统如呼吸、消化、血液循环等活动机械阻力小。人体生理特性专家讲座第40页2）适宜情况＊惯用控制器分布在较大区域。运动超出坐姿最大可及范围时。＊需要较大肌力作业。而坐姿达不到时。＊没有容膝空间机器作业，坐着反而不如站着舒适时。＊需要频繁坐立作业时。人体生理特性专家讲座第41页3）危害：较长时间立姿作业会引发下肢肌肉酸痛、下肢肿胀（静脉曲张）4）办法：操作者应经常变换体位，同时脚下应铺垫木板，橡胶板、弹性垫子。并安排适当休息时间及适当体育运动。以及改进血液循环情况，降低肌肉疲劳。分析普通车床操作

人体生理特性专家讲座第42页4.坐姿1）特点：研究表明：A、当放松坐时，背部肌肉负荷小，有利于整个身体平衡，感觉较舒适，但椎间盘内压力较大。B、直腰坐时，大腿平放，小腿自然伸地，眼平视，肌肉负荷大，脊椎变形较大。人体生理特性专家讲座第43页2）适宜情况＊连续时间长静止作业。＊精密度较高而又要求细致作业。＊要求手足并用作业。＊要求操作准确性高作业。人体生理特性专家讲座第44页3）危害：坐姿作业不易改变体位，施力受限制，工作范围也受限制，久坐可造成脊柱变形。4）办法：在作业中，适当变换放松坐和直腰坐两种姿势，既可改变椎间盘内压力，又可使肌肉得以放松，使脊柱变形减小。5.坐—立姿指在作业中既能够坐也能够站立，坐立交替但以坐为主。人体生理特性专家讲座第45页第五节能量代谢一、概念1.能量代谢:

人体能量产生与消耗

人体代谢产生能量等于消耗于体外做功能量和体内直接间接转化为热能量总和。2.测量方法

分为直接法和间接法（1）直接法：用热量计测定在绝缘小室内流过人体周围冷却水升温情况来求得代谢率。

人体生理特性专家讲座第46页（2）间接法基本原理：能量代谢可经过人体氧耗量反应出来。首先测得单位时间内糖、脂肪等能源物质，在体内氧化时氧耗量和二氧化碳排除量，求得二者之比，由此再推算某一时间或某项工作消耗能量。人体生理特性专家讲座第47页二、能量代谢与能量代谢率能量代谢（率）分为：基础代谢（率）、平静代谢（率）、活动代谢率1.基础代谢(率)1)概念基础代谢量：人在基础条件下能量代谢。基础条件：生理学将人清醒、静卧、空腹（禁食10h以上），室温在20℃左右这一条件定为基础条件，人体代谢速率随人所处条件不一样而不一样。人体生理特性专家讲座第48页基础代谢率：单位时间内基础代谢量。它反应单位时间内人体维持最基础生命活动（心率、呼吸、体温）所消耗最低程度能量。通常以每小时每平方米体表面积消耗能量表示。单位：KJ/h.m2orKcal/h.m2

人体生理特性专家讲座第49页正常人基础代谢率平均值(KJ/h.m2)年纪性别11-1516-1718-1920-3031-4041-5051以上男性195.5193.4164.9157.8158.9154.1149.0女性172.5181.7154.1146.5146.9142.3138.6

人体生理特性专家讲座第50页平静代谢量：在未进行工作或运动，仅保持身体各部位平衡和各种姿势条件下能量代谢所消耗能量（它包含基础代谢量）。平静代谢率：单位时间内平静代谢量。平静代谢率=1.2基础代谢率（常温下）2.平静代谢（率）人体生理特性专家讲座第51页3.活动代谢（率）活动代谢量：它是人在从事特定活动过程中所消耗能量。活动代谢率：从事工作单位时间消耗能量。活动代谢率＝实际代谢率－平静代谢率人体生理特性专家讲座第52页三种代谢关系基础代谢率维持身体平衡消耗能量活动代谢率平静代谢率实际能量代谢率人体生理特性专家讲座第53页4.相对代谢率RMRRMR=活动代谢率/基础代谢率总代谢率=平静代谢率+活动代谢率=1.2×基础代谢率+RMR×基础代谢率=基础代谢率×（1.2+RMR）总能量=（1.2+RMR）×基础代谢率×人体表面积×活动时间（Kcal或KJ）1

cal=4.18J人体生理特性专家讲座第54页人体表面积=0.0061*身高+0.0128*体重-0.1526

其中，身高—cm；体重—kg

RMR可测或查相关表。如学生听课：RMR＝0.2，普通统计RMR＝0.4；全身体力劳动：激烈劳动不能超出5分钟RMR＝10～12，拼出全力不能超出1分钟RMR>12。人体生理特性专家讲座第55页解：查表得基础代谢率平均值为157.8KJ/hm2RMR＝3，体表面积为1.8m2

基础代谢量＝基础代谢率×表面积＝157.8×1.8＝284.04KJ/h2小时连续作业能量消耗为：总能量代谢＝（1.2+RMR）×基础代谢量×活动时间

＝（3+1.2）×284.04×2＝1817.86KJ例题:某25岁男性青年，体表面积为1.8m2，当RMR＝3时，试问2小时连续作业能量消耗是多少？（作业时增加代谢为多少？）

人体生理特性专家讲座第56页三、劳动强度

以能量消耗或相对代谢率作为指标制订劳动强度分级，只适合用于以体力劳动为主作业。

1.国外劳动强度分级

克里斯坦森标准(体重70kg，体表面积1.84m2）

分等级：轻、中等、强、极强、过强能量消耗：2.557.51012.5(kcal/min)人体生理特性专家讲座第57页2.我国劳动强度分级

劳动强度级别劳动强度指数IⅠⅡⅢⅣ<15~20~25>25劳动强度指数计算公式：I=3T+7M式中I—劳动强度指数；T—劳动时间率；M—8小时工作日能量代谢率；人体生理特性专家讲座第58页劳动强度级别8小时工作日平均能耗值ⅠⅡⅢⅣ850kcal/人1328kcal/人1746kcal/人2700kcal/人人体生理特性专家讲座第59页劳动时间率T计算：

T＝工作日净劳动时间/工作日总工时（％）

能量代谢率M计算：

＊将某工种一个工作日内各种活动和休息加以归类；＊求出各项活动与休息时能量代谢率，各项活动与休息时能量代谢率计算公式。＊分别乘以对应累计时间，最终得出一个工作日各种活动和休息时得累计能量消耗总值。＊再除以工作日总工时，即得出工作日平均能量代谢率。人体生理特性专家讲座第60页＊当肺通气量值在3.0～7.3时

—能量代谢率＊当肺通气量值在8.0～30.9时

—每平方米表面每分钟呼气量当肺通气量＊值在7.3～8.0之间时则采取两式平均值。人体生理特性专家讲座第61页四、劳动时间与休息时合理配置1、条件A、普通人连续劳动8小时（480min）而中间不休息最大能量消耗界限为4kcal／min，这一能量消耗水平也被称为耐力水平。B、假如作业时消耗超出这一界限，劳动者就必须使用体内能量贮备。假定标准能量贮备为24kcal，为了补充体内能量贮备，就必须在作业过程中插入必要休息时间。人体生理特性专家讲座第62页C、为防止疲劳积累，则工作时间加上休息时间平均能量消耗不超出4Kcal／min。2、关系表示式设作业时增加能量消耗为M，工作日总工时为T，其中实际劳动时间为T劳，休息时间为T休。

则：T=T劳+T休

休息率Tr＝T休/T劳(%)

劳动时间率Tw：＝T劳／T（％）人体生理特性专家讲座第63页

因为实际劳动时间为24Kcal能量贮备被耗尽时间，所以

T劳＝24／（M－4）（其中4—最大能耗界限）;

因为要求总能量消耗满足平均能量消耗不超出4Kcal，所以

T劳*M=(T劳+T休)*4(4--平均能耗）

(T劳+T休)=T劳*M/4

人体生理特性专家讲座第64页T休=T劳*M/4－T劳=T劳（M/4-1）

Tr=T休/T劳=M/4–1Tw=T劳/T=T劳/(T劳+T休)=T劳/(T劳*M/4)=4/M=1/(M/4)=1/(1

+Tr

)人体生理特性专家讲座第65页例题已知作业时能量消耗量为8.5kcal／min,平静时能量消耗为1.5kcal／min，求作业与休息时间及劳动时间率。解：作业时增加能耗量为MM＝8.5-1.5＝7kcal劳动时间：T劳＝24/M－4）=24/(7-4)=8min休息时间：T休=T劳（M/4-1）