第9章 体力工作负荷
学完本章，应能够：
描述体力工作负荷、超负荷的概念，以及超负荷工作的害处；
说明体力工作负荷的评定指标；
说明能量代谢、基础代谢量、安静代谢量、能量代谢量和相对代谢率的概念和计测方法；
解释氧债及其补偿
阐述劳动强度分级的类型
一、体力工作作负荷及其评定
1．体力工作负荷概述
体力工作负荷表示人体单位时间内承受的工作量大小。
工作要求超过人体工作能力的现象称为工作超负荷。
操作人员处于超负荷时的反应：作业效率明显下降，生理和心理状态也会出现十分明显的变化，例如，作业时间延长，会引起错误增多，疲劳感增强，反应迟钝，缺少对外界条件的应变能力，情绪容易激动，人际冲突增加，对工作厌烦；持续的心脏系统高水平活动会导致人体各机构能力下降，最后出现功能衰竭，诱发各种生理心理疾病，对身心产生无可挽回的不良后果。
对操作者承受负荷的状况进行准确评定以及确定，既能保证工作质量，又能防止操作者在最佳工作负荷水平外超负荷工作，是人机系统设计的一项重要任务。
2．体力工作负荷的评定
首先必须了解不同工作负荷水平对人体各机能产生的生理心理效应。也就是说，必须尽可能地建立起负荷水平与人体效应的关系。只有这样．才能根据人体活动中表现出来的身心效应对工作负荷的
状况进行评定，进而对照人体身心变化的权限资料确定人体的亚最大工作负荷水平。
体力工作负荷可以从生理变化、生化变化、主观感觉方面进行评定。
(1)生理变化测定
不同体力上作负荷时，人体的许多生理变量发生相应的变化。最常见的有吸氧量、肺通气量、心率、血压和能耗指标，其中能耗指标是评定作业负荷最重要的指标。
(2)生化变化测定
人体持续活动伴随着体内多种生化物质含量的变化。实验表明，血糖和乳酸含量均随活动进行而有较大幅度的变化。
二、体力劳动时的能量消耗
1．能量代谢
人体为维持其生命，进行工作和运动所需要的能量都是来源于体内物质的分解代谢，也就是来自摄入体内营养物质的氧化。营养物质在体内分解所放出的能量，一部分用于对外做功，如挖土、推车等；一部分用于体内做功，如血液循环；还有一部分直接转化为热，用以维持体温。
体内能量的产生、转移和消耗叫做能量代谢。能量代谢按机体所处状态，可以分为三种，即基础代谢量、安静代谢员相能量代谢量。
(1)基础代谢量
基础代谢量，是人在绝对安静状态下(平卧状态)维持生命所必须消耗的能量。
基础条件，即人清醒而极安静(卧床)、空腹(食后10h以上)、室温在20℃左右。之所以这样规定，是因为肌肉活动、精神活动、进食以后、室温低于20℃或高：F 2012等都引起能量代谢的加速，而睡眠时，能量代谢要减弱。在上述基础条件下的能量代谢叫做基础代谢，用单位时间消耗的能量表示。它反映人体在基础条件下心搏、呼吸相维持正常体温等基本活动的需要，它能反映人体新陈代谢的水
平。
基础代谢率记为B ：为了表示方便，将单位时间、单位面积的耗能记为代谢率，它的单位是kJ／(m2·h)。
实际测定结果表明，基础代谢率随着年龄、性别等生理条件不同而有差异。通常，男性的基础代谢率高于同龄的女性。幼年比成年高，年龄越大，代谢率越低。我国正常人基础代谢率的平均值如表9．1所示。
基础代谢量的计算：
计算体表面积，我国人体表面积的公式为：
体表面积(m2)＝0．0061x身高(cm)+0．0128x体重(k8)—0．1529
基础代谢量＝基础代谢率平均值(B)x人体表面积(S)x持续时间(t)＝B·S·t
例：身高180cm，体重85kg的22岁男子一天的基础代谢量为多少？
解：体表面积=*180+*=+=
一天的基础代谢量=**24=
(2)安静代谢量
安静代谢量是指机体为了保持各部位的平衡及某种姿势所消耗的能量。
安静代谢量包括基础代谢量和仅仅为维待体位平衡及某种姿势所增加的代谢量两部分。通常以基础代谢量的20％作为仅仅维持体位平衡及某种姿势所增加的代谢量。
安静代谢量应为基础代谢量的120％。
安静代谢率记为R，R＝1．2B。
安静代谢量＝R ·S·t=1．2B·S·t
(3)能量代谢量
人体进行作业或运动时所消耗的总能量，叫作能量代谢量。能量代谢量包括基础代谢量，维持体位所增加的代谢量和作业时所增加的代谢量三部分。也可以表示为安静代谢量与作业时增加的代谢量之和。
能量代谢率记为M。对于确定的个体，能量代谢量的大小与劳动强度直接相关。能量代谢量是计算作业者一天的能量消耗，作为需要补给热量的依据和评价作业负荷的重要指标。
能量代谢量=M·S·t
（4）相对代谢率
体力劳动强度不同，所消耗的能量也不同。但由于作业者机体的体质差异，即使同样的劳动强度，不向作员吉的能量代谢也不同。为了消除作业者之间的差异因素，常用相对代谢率这个相对指标衡量劳动强度：相对代谢率记为RMR，RMR可由以下两个公式求出。
（1）
（2）
由公式(1)可推出：
能量代谢量=RMR·基础代谢量+基础代谢量=(RMR+1．2) ·基础代谢量
由公式(2)可推出：
M＝B·RMR十R＝B·RMR十1．2B＝(RMR十1．2)B
能量代谢的测定方法有两种，直接法和间接法。直接法是通过热量计测定在绝热室内流过人体周围的冷却水升温情况，换算成代谢率。间接法是通过测定人体消耗的氧量，再乘以氧热价求出能量代谢率。
人体能量的消耗可以间接地通过人体氧的消耗来进行, 因为两者是直接相关的。当一升的氧在人体内被消耗平均有20KJ的能量的产生。这被称为氧的热当量。为了得到能量消耗, 氧耗必须乘以一个20。
2 相对代谢率资料
计算能量代谢量时，首充必须准备必要的相对代谢率资料。专家们已经积累了大量的系统的相对代谢率数据。可以对研究的某项具体作业，观察分析作业者的动作、负荷和疲劳等方面的特征，然后与现有的资料加以对照比较，来确定该项作业的RMR。
例 某男工身高1．7m，体重70kg，基础代谢率平均值约为158．7kJ／(m2·h)，连续作业2个小时，当RMR＝4时，试问能量消耗为多少？作业时增加的代谢量为多少?
解：人体表面积(m2)＝0．006l x身高(cm)+0．0128x体重(kg)—0．1529
＝0．0061×170十0．0128×70-0．1529
＝l．8161(mj)
能量消耗量＝(RMR+1．2)x基础代谢率平均值x体表面积x作业时间
＝(4十1．2)x158．7x1．8161x 2
＝2997．44(kJ)
作业时增加的代谢量＝RMR*基础代谢量
＝RMR*基础代谢率平均值*人体表面积*作业时间
＝4×158．7×1．816l×2＝2305．72(kJ)
三、作业时氧耗动态
能量产生和消耗可以从人体消耗的氧量上反应出来。作业时人体所需的氧量取决宁劳动强度大小，劳动强度越大，需要氧量也越多。团此，以体力为主的作业，可以利用人在作业中的耗氧员计算作业时所消耗的能量。
1氧债及其补偿
单位时间所需的氧量叫做氧需。氧需能否得到满足主要取决于循环系统和呼吸系统的功能。血液在单位时间内所能供应的最大氧量叫做氧上限。成年人的氧上限一般不超过3L／min，有锻炼者可达到4L/min。
作业时人体的耗氧呈是变化的，在作业开始的2—3min内，呼吸和循环系统的活动不能马上满足氧需，肌肉是在缺氧状态下活动的。这种氧需和供氧量之差叫氧债，如图9．1(a)中的A部分。此后，呼吸和循环系统的活动逐渐加强，氧的供应得到满足，即进入稳定状态，这种状态一般能维持较长时间。
2 静态作业的能耗
体力劳动时，由于肌肉收缩而作用于物体的力叫肌张力，而物体的重量加于肌肉的力叫负荷*要举起一物体，肌张力必须大于负荷，此时肌肉收缩过程41的负荷是恒定的，肌张力保持不变，这种肌肉收缩叫等张收缩，动态作业即属此类。静态作业时，人体维持不动，运用肌张力将负荷支持在某—固定位旨，此时肌肉的长度不变，这种肌肉收缩叫等长收缩。
依靠肌肉等长收缩来维持一定体位所进行的作业叫静态作业。在劳动中，静态作业所占的比重与劳动的姿势及熟练程度有关。任何作业均含有静态作业成分，它可随着劳动姿势的改变、操作熟练及工具的改进而减少。
静态作业的持征是能量消耗水平不向，但容易发生疲劳。即使劳动强度很大，氧需也达不到氧—亡限，通常每分钟不超过比。但在作业停止后数分钟内，氧耗不像动态作业那样迅速降低，而是先升高，然后再逐渐降低到安静水平。具体见图9．2。
3． 氧耗量的测定与计算
作业中人体的能耗与需氧量有直接关系。因此相对代谢率(RMR)指标可以通过作业中氧耗量来计算：
RMR=
作业时氧的消耗量可以在作业中直接测定。
测定时让被测着背着贮气袋，通过面罩把劳动时呼出的气体引入袋中。根据气袋的容积，通常测定5一10min。呼气的化学成分可使用肺功能测定仪器分析，呼气量通过仪器测量。
基础代谢氧的消耗量可以通过由体重、身高计算出的体表面积值查表求出。如表9．4为男子基础代谢氧耗量与体表面积的关系。女子的基础代谢氧消耗运为男子的95％。
安静氧耗量，以基础代谢氧消耗量的1．2倍来计算。
四、劳动强度分级
劳动强度是指作业者在生产过得中体力消耗及紧张程度。劳动强度不同，单位时间人体所消耗的能量也不同。以能量代谢为标准进行分级是比较合适的。这种分级法可以把千差万别的作业，从能量代谢角度进行统一的定义。
日前，国内外对劳动强度分级的能量消耗指标主要有两种：
一种是相对指标、即相对代谢率RMR。另一种是绝对指标，如8h的能量消耗量，劳动强度指数等。
1．以相对代谢率指标分级
依作业时的相对代谢率(RMR)指标评价劳动强度标准的典型代表是日本能率协会的划分标准，它将劳动强度划分为5个等级，见表9．5。
作业的RMR越高，规定的作业率应越低。一般来说，RMR不超过2．7为适宜的作业；RMR小于4的作业可以持续工作，但考虑精神疲劳也应安排适当休息；RMR大于4的作业不能连续进行；RMR大于7的作业应实行机械化；
为了使劳动持久，减少体力疲劳，人们从事的大部分作业都应低于氧上限。极轻作业氧需约为氧上限的25％；轻作业为氧上限的25％一50％；中作业为50％一75％；重作业大于75％；极重作业接近氧上限，RMR大于10的作业，氧需超过了氧上限，作业最多只能维持20min。完全在无氧状态下作业，一般不超过2min。
2 以能耗量指标分级
不劳动强度的能耗量与相对代谢率指标对照资料见表9．6。
3 以劳动强度指数分级
以劳动强度指数分级是我国于1984年颁布的体力劳动强度分级标准(GB一3869一83)，见表9．7。
表9．7中劳动强度指数计算公式如下：
4 以氧耗、心率等指标分级
据研究表明，以能量消耗为指标划分劳动强度时，耗氧量、心率、直肠温度、出汗率、乳酸浓度和相对代谢率等具有相同意义。典型代表是国际劳工局1983年的划分标准．它将工农业生产的劳动强度划分为6个等级，见表9．8。
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