【安全课件】作业与疲劳

人机学基础——作业与疲劳制作：孟现柱[e-mail]第一节作业时生理变化的测定•活动时，人会产生一系列的生理变化，进而导致心率、耗氧量、肌电图、脑电图、频闪值等一系列生理指标发生改变。通过测定人的生理学参数，可以科学地推断人从事某种活动所承受的生理负荷，并据此合理安排劳动定额和节奏，从而提高工效和安全。1最大耗氧量Vo2max1)概念比较•需氧量•摄氧量•耗氧量•最大摄氧量•最大耗氧量•总需氧量体内单位时间所需要的氧气量叫需氧量；成年人安静时每分钟的需氧量为0.2-0.3L/min。1最大耗氧量Vo2max1)概念比较•需氧量•摄氧量•耗氧量•最大摄氧量•最大耗氧量•总需氧量单位时间内人体通过循环、呼吸系统所能够摄入的氧气量称摄氧量。1最大耗氧量Vo2max1)概念比较•需氧量•摄氧量•耗氧量•最大摄氧量•最大耗氧量•总需氧量人体单位时间内所消耗的氧气量叫耗氧量。一般耗氧量和摄氧量大致相等。1最大耗氧量Vo2max1)概念比较•需氧量•摄氧量•耗氧量•最大摄氧量•最大耗氧量•总需氧量人在繁重体力劳动时，循环、呼吸系统的功能经1－2min达到极限摄氧能力，这时，单位时间内的摄氧量叫最大摄氧量。1最大耗氧量Vo2max1)概念比较•需氧量•摄氧量•耗氧量•最大摄氧量•最大耗氧量•总需氧量人在繁重体力劳动时，单位时间内的耗氧量叫最大耗氧量。此时最大耗氧量近似等于最大摄氧量。最大可达安静休息时的30倍，达到3一6L／min。1最大耗氧量Vo2max1)概念比较•最大耗氧量决定于年龄（AG）、性别、海拔、训练、强度、持续时间等。Vo2max=(56.592-0.398AG)×10-3L/（kg·min）•根据最大耗氧量，可计算出最大能量消耗率Emax=354.3Vo2maxW/100•其中体重W单位N;Vo2max单位mL/Nmin。1最大耗氧量Vo2max1)概念比较•总需氧量——劳动及劳动结束后恢复期所需氧量之和。•总需氧量：Vo2z=Vo2l＋Vo2h一Vo2j(t1+th)•式中Vo2z——劳动时的总需氧量，mL/min;Vo2l——作业期摄氧量，mL/min；Vo2h——恢复期摄氧量，mL/min；Vo2j——安静时平均需氧量，一般为25OmL/min；t1——作业时间，min；th——恢复时间，min。1最大耗氧量Vo2max2)氧债和劳动负荷•氧债——劳动开始，呼吸、循环机能跟不上氧需，致使肌肉缺氧，这时供氧量与需氧量的差叫氧债。•据研究，体内要透支1L氧，大约要以7g乳酸作代价，直到氧债能力衰竭为止。•氧债能力，一般人约为10L，训练有素的运动员可达15-20L。氧债能力衰竭，血液中的乳酸量会急剧上升，pH值迅速下降，这对肌肉、心脏、肾脏以及神经中枢都很不利。1最大耗氧量Vo2max2)氧债和劳动负荷•劳动负荷分类：•常量负荷•高量负荷•超量负荷非繁重劳动时，需氧量小于最大摄氧量。此时，只有作业开始2-3min内，呼吸、循环系统暂时略欠氧债。其后转人稳定状态，这是人体可以持久作业的最理想的状态。稳定状态结束后，归还所欠氧债，见图。1最大耗氧量Vo2max2)氧债和劳动负荷•劳动负荷分类：•常量负荷•高量负荷•超量负荷劳动强度较大，需氧量已接近或等于最大摄氧量的负荷。此时，氧债也是在需氧量上升期间出现，到达最大摄氧量后，便维持稳定状态，见图。1最大耗氧量Vo2max2)氧债和劳动负荷•劳动负荷分类：•常量负荷•高量负荷•超量负荷劳动强度过大，需氧量超过最大摄氧量，人体一直在缺氧状态下，形成较大氧亏，处于“假稳定状态”下的负荷，见图。超量负荷时，当心肺功能的惰性逐渐克服后，每分钟需氧量仍高于最大摄氧量，运动强度的持续，局限在氧债能力范围内，活动不能持久。劳动结束后，人体还要继续维持较高的氧需以补偿欠下的氧债。2最大心跳速率•心率•最大心率单位时间内心室跳动的次数称为心率（Heartrate,缩写为HR)。在安静时，正常男子、女子的心率约75次/min。青年人中，当以50％的最大摄氧量工作时，男子心率一般比女子低，分别约为130次／min和140次／min。2最大心跳速率•心率•最大心率当人达到最大负荷时心脏每分钟的跳动次数称为最大心率(HRmax),最大心率几乎无性别差异，都随着年龄(A)的增加而下降，可用一下式近似计算：HRmax=209.2-0.74AG(次/min)式中HRmax最大心率，次／min；A——年龄，岁。3搏出量与最大心脏输出•搏出量•心输出量心脏每次搏动从左心室注人主动脉的血液量称搏出量。3搏出量与最大心脏输出•搏出量•心输出量单位时间内从左心室射出血量Q叫心输出量。最大摄氧量与最大心输出量关系：Qmax=6.55+4.35Vo2max(L/min)式中Qmax最大心输出量，L/min;Vo2max最大摄氧量，L/(N·min)。4肌电图•肌电图•放电频率和振幅•应用肌纤维细胞收缩时产生生物电位一一动作电位，肌肉收缩时产生的动作电位可通过电极引导出来，再放大、记录即得到肌电图(Electromyogram,简称EMG)。4肌电图•肌电图•放电频率和振幅•应用肌肉从轻微收缩增加到最大收缩时，放电频率可从5次／s增加到50次／s。动作电位振幅(mV)的大小反映了参加收缩的肌纤维数量的多少。因此，通过肌电图可以测定肌肉收缩的强度。4肌电图•肌电图•放电频率和振幅•应用：肌电图在安全人机工程学上的应用主要是作业设计、作业姿势、机械和工具设计的人性化、合理化和最优化研究。在工业座椅、家用沙发和床等尺度的研究中，肌电图是一个实用的评价指标。一个具有良好人机工程学设计的工业座椅能有效地减少人体不必要的能量消耗，提高工作效率；一个舒适的坐姿或者卧姿可使全身肌肉放松，这种放松程度，可通过肌电图来评价。5呼吸量的测定•人体的活动时，新陈代谢率增高，氧气的消耗量与二氧化碳的呼出量都随着活动量而增多：•呼吸频率由平静时的每分12-18次增加到每分40-50次；•呼出量由平静时的500mL升到2000mL上；•通气量由平静时的6-8L升到100L以上。6脉搏数的测定•主要是测定与疲劳程度有关的刚结束作业的脉搏数、脉搏积及回复到安静时脉搏数所用的时间。•脉搏积=脉搏数×（最高最低血压差）÷1007发汗的测定•发汗是机体散热维持恒定体温的有效途径，发汗量是高温下劳动或重体力劳动机体丧失水分程度的标志。发出大量汗水可造成脱水，因此对发汗量及汗液化学成分等应进行测定，可以防止高温中暑等疾病。•在安静状态下，当气温达到28±1℃时便开始发汗。•如果空气湿度高且穿衣较多时，气温达到25℃时即可发汗。•劳动时，气温在20℃以下，也会发汗。劳动强度越大，发汗量越显著。8血液成分变化的测定•测量内容主要是与疲劳关系密切的pH值、血糖量、血红蛋白量、乳酸含量等。9脑电图•脑电图•应用人无论是处于睡眠还是觉醒状态，都有来自大脑皮层的动作电位（脑电波）。在头部表皮上通过电极和高感度的低频放大器可测得这种生物电现象。即得到脑电图(Electroencephalogram,EEG)9脑电图名称频率日本桥本把大脑意识状态划分为慢波δ波0.5-3.5Hz阶段0失去知觉、睡眠的状态，无意识，无反应能力。主要脑波是δ波。成人如果在觉醒时出现慢波则可诊断为大脑异常。θ波4-7Hz阶段I过度疲劳、单调作业、饮酒等状态，知觉能力的下降，发呆、发愣、不能注意。主要脑波为θ波。快波α波8-13Hz阶段II休息、习惯上的作业的状态，意识处于正常放松状态，这时无预测能力和创造力。主要脑波为α波。β波14-25Hz阶段III积极活动状态，这时大脑清醒，注意力集中，富有主动性。主要脑波为β波。事故潜在性最小。γ波25Hz以上阶段IV过度紧张和兴奋的状态，这时注意力集中一点，一旦有紧张情况大脑将马上进人停止状态。脑波状态是β和更快频率的脑波。事故潜在性最大。9脑电图•脑电图•应用：利用脑电波的频率和幅值可评价人大脑的觉醒状态。在人机工程学研究领域内，常利用脑电波研究环境与人的关系，如噪声、室温、床类用具尺度及质地等对睡眠深度的影响。在作业领域，它与事故的发生和防止有密切的关系。第二节作业疲劳和恢复•当人体内的分解代谢和合成代谢平衡不能维持，作业能力出现明显下降时叫疲劳。一、疲劳的分类疲劳分类按疲劳原因分按发生部位分按疲劳程度分生理性疲劳心理性疲劳一般疲劳过度疲劳重度疲劳精神作业引起精神疲劳肌肉作业引起肌肉疲劳神经作业引起神经疲劳二、疲劳的特点•1）局部引起的疲劳，可以引起全身症状和大脑疲劳；•2）疲劳不但使作业能力下降，也使作业意志减弱，产生休息的需要；•3）疲劳能够恢复，不会留下损伤痕迹；年轻人比老年人恢复得快；体力上的疲劳比精神上的疲劳恢复得快；•4）心理造成的疲劳常与心理状态同步存在，同步消失；同样由作业内容和环境引起的疲劳，当作业内容和环境改变时，疲劳也可消减。•5）感觉和疲劳不一定同时发生，如乐不知疲。•6）疲劳有一定的积累效应，未完全恢复的疲劳可在一定程度上继续存在到次日。如果次日达到六分疲倦程度，就感到十分疲乏。在重度劳累之后，第二天还感到周身无力，就是积累效应的表现。•7）人对疲劳有一定的适应能力，如连续几天劳动，反而不觉得累。三、疲劳的作用•疲劳是人所共有的现象，是劳动生理的一种正常表现，它是提醒人们应该休息，起着预防机体过劳的警告作用。•如当大脑皮层的一个区域兴奋太久后，就会进入抑制状态，产生一系列复杂的生理变化从而达到保护大脑的作用。四、疲劳的产生机理•1)疲劳物质累积机理•2)力源耗竭机理•3)中枢变化机理•4)生化变化机理•5)局部血流阻断机理作业者短时间内从事大强度体力劳动，消耗较多能量，能量代谢需要的氧供应不足,产生无氧代谢，乳酸在肌肉和血液中储积，使人感到身体不适，即产生疲劳感。四、疲劳的产生机理•1)疲劳物质累积机理•2)力源耗竭机理•3)中枢变化机理•4)生化变化机理•5)局部血流阻断机理作业者从事轻或中等劳动强度作业，由于一时间较长，造成肝糖应耗竭，使人产生全身不适，即产生全身性疲劳。四、疲劳的产生机理•1)疲劳物质累积机理•2)力源耗竭机理•3)中枢变化机理•4)生化变化机理•5)局部血流阻断机理前苏联学者认为，全身或中枢性疲劳是强烈或单调的劳动刺激引起大脑皮层细胞贮存的能源迅速消耗，这种消耗引起恢复过程的加强，当消耗占优势时，会出现保护性抑制，以避免神经细胞进一步损耗并加速其恢复过程，这一机理称为中枢变化机理。四、疲劳的产生机理•1)疲劳物质累积机理•2)力源耗竭机理•3)中枢变化机理•4)生化变化机理•5)局部血流阻断机理美、英学者认为全身性疲劳是由于作业及其环境所引起的体内平衡紊乱，引起紊乱的原因除包含局部肌肉疲劳外，还有其他许多原因，如血糖水平下降、肝糖元耗竭、体液丧失、体温升高等，此机理称为生化变化机理。四、疲劳的产生机理•1)疲劳物质累积机理•2)力源耗竭机理•3)中枢变化机理•4)生化变化机理•5)局部血流阻断机理作业时，肌肉收缩，肌肉变得坚硬，其内压增大，可达几十千帕，引起部分或全部血流阻断。能量代谢在缺氧或无氧状态下进行，血液中产生乳酸堆积，产生局部疲劳感。一般认为机体疲劳是上述机理共同作用的结果。五、疲劳自觉症状身体症状精神症状感觉症状(1）头晕头脑不清眼睛疲劳、恍惚(2）头痛思想不集中不愿思考眼睛发滞、发干(3)全身不适不爱说话动作笨拙、失误(4)身体局部不适或痛焦躁脚下不稳、摇晃(5)肩膀酸痛困倦味觉不灵(6)呼吸困难精神涣散眩晕(7)腿软对事冷漠眼皮及其他部位发抖(8)口粘、口干易忘事听觉迟钝、耳鸣(9)打呵欠常出错手脚打颤(10)出冷汗对事放心不下动作不准六、测定疲劳的方法•1）心率(脉博数)测定法•2）呼气分析法•3）触两点辨别阀法•4）膝腱反射阀测定法•5）反应时间测定法•6）频闪融合阀值测定法•7）色名读唱时间法——判别力测定•8）皮肤电流测定法心率和劳动强度密切相关。在作业开始前1min，由于心理作用，心率稍有增加。作业开始后，为适应供氧要求，前30～40S内迅速增加