第4章 人的作业能力与疲劳分析.ppt

4.1 人体作业时能量交换的特性 按人体科学的基本观点，人体是一个极为复杂的、物质的巨大系统，而且人体系统是开放的，并不断与外界有物质和能量的交换。虽然人体存在各种复杂的生理现象，但人体与外界产生的物质和能量交换过程，则是人类能够劳动和生存的最基本生理特征。 研究该生理特征，有助于合理设计人的劳动强度和作业制度。 4.1.1 劳动的能源 ??? 能量代谢 人体把能源物质转化为热或机械功的过程称为能量代谢。 也可说，在物质代谢过程的同时发生着能量释放、转移、贮存和利用的过程，称为能量代谢。 能量代谢过程是根据物质不灭和能量守恒法则进行的。物质代谢产生的能量有各种不同的形式，它们之间可以互相转移。 1.人体活动的能量供应 三个供能系统 或：1．劳动时的能量来源 糖是人体的主要能源。人体所需能量约有70%由糖的分解代谢来提供。 脂肪则起着储存和供应能量的作用。 而蛋白质作为能源，利用的量很少，它是人体组织的主要成分。糖和脂肪在体内经生物氧化后生成二氧化碳和水，同时产生能量。含氮的蛋白质在体内分解成氨基酸，经脱氨基或转氨基作用生成非氮物质，它们和糖、脂肪一样氧化。脱下的氨基成为尿氮（尿素和NH4+）排出体外。 人体摄入的物质（糖、脂肪、蛋白质）在体内氧化分解，同时释放能量，能量中约有一半是热能，用以维持体温并不断地向体外散发；另一部分以化学能的形式贮存于三磷酸腺苷（ATP）内，ATP分解时放出能量，供应合成代谢和各种生理活动所需的能量。 机体活动的大部分能量来源于三磷酸腺苷（ATP） ，例如肌肉收缩，神经肌肉生物电现象中的离子转运，各种腺体分泌和消化道细胞各种物质的运动等。这些化学能除肌肉收缩对外作功以外，其余部分被机体利用后最终仍然转变为热能而散于体外。对外作功也可折算为热量，所以，机体每天消耗的能量都可用热量单位来表示（kJ，千焦）。 ?ATP生成后，除直接为各种生理活动提供能量外，还可以把它的高能磷酸键转移给肌酸，生成磷酸肌酸（CP）。CP是机体内的贮存库，多含于肌细胞内，其贮存量是ATP的5倍。每当细胞内ATP消耗时，即由CP生成新的ATP加以补充，使ATP在细胞内的量保持恒定。脑力劳动时上述的补充足够了，但体力劳动时单纯靠CP分解用以产生ATP就不够了。 人的劳动，从生理学角度来说，是体力劳动和脑力劳动相结合进行的，不过不同的工作，体脑劳动有所侧重而已。由于骨骼肌约占体重的40%，故体力劳动的消耗较大。???体力劳动时，骨骼肌活动的能量有三个途径供给。 ）ATP——CP系列???肌肉所需的能量是由肌细胞里的三磷酸腺苷（ATP）迅速分解而直接提供的。但是肌肉中ATP的贮存量很少，由磷酸肌酸（CP）分解及时补充，故名ATP——CP系列。表示如下： ?2）乳酸能系列 ???在大强度劳动时，ATP的分解非常迅速，需氧系列受到供氧供氧能力的限制，不能满足肌肉活动的需要。这时，要依靠无氧糖酵产生乳酸来提供能量。虽然1摩尔葡萄糖在乳酸系列中只产生3摩尔分子ATP，但其速度比需氧系列快32倍，所以可迅速提供较多的ATP。这个系列活动不能持久。 乳酸是一种强酸，它在体内积聚过多将使人体内环境趋向酸性，继而出现中毒，工作能力下降，最终导致工作无法开展进行下去。 这需要引起安全工作者的注意。 3）有（需）氧系列 ???肌肉中CP甚少，只能供肌肉活动几秒至1分钟，因此需从糖类和脂肪的氧化分解来提供ATP，即需要氧的参与才能进行，所以叫需氧系列。这发生在中等强度以上的劳动过程。 2．能量代谢量 能量代谢分为基础代谢量、安静代谢量和劳动代谢量。 ?1）基础代谢 ???维持生命所必须消耗的基础情况下的能量代谢量叫基础代谢量。所谓基础代谢率（BMR，basal metabolic rate）是指人在进餐12h后，在清晨清醒地静卧于18℃～25 ℃环境中，并保持神经松弛，体位安定，各种生理活动维持在较低水平下的代谢率。这时，能量代谢率不受肌肉活动、精神紧张、消化及环境温度等的影响。 基础代谢率是用每平方米体表面积、每小时的产热量来计算的，单位是kJ/（m2*h）(千焦/平方米·时)）。我国正常基础代谢率的水平列于表 3-1。 实测数值和表3-1相差在15%以内的，都认为正常。基础代谢量与体重不直接相关，而与人体表面积成比例关系。 2）安静代谢 ???安静代谢量是人仅为保持身体平衡及安静姿势所消耗的能量。一般在工作前或后进行测定。安静代谢率一般取为基础代谢率的1.2倍。 3）活动（劳动）代谢 ???人在工作或运动时的能量代谢量叫劳动代谢量。作业时的能量消耗量是全身各器官系统活动能耗量的总和。最紧张的脑力劳动的能量代谢量不会超过安静代谢量的10%，而肌肉活动的能耗量却可高出基础代谢的10～25倍。它和体