【学习目标】

      掌握   体力劳动时能量来源的三个系列、氧消耗基本概念和动态；

                             作业时能消耗量与劳动强度分级；适宜水平概念；

                             静力作业、动力作业的概念、特点及卫生学意义；

                             适宜水平概念。

                  熟悉   劳动过程中作业能力的动态；

                            作业能力的主要影响因素及其改善措施；

                            体力劳动时机体的调节与适应，

                  了解   脑力劳动过程的生理变化与适应及其职业卫生要求；

                            劳动负荷评价方法与指标。

第三节：职业生理学 授课视频

下面是中国大学MOOC（慕课），人卫8版主编单位 华中科技大学《职业卫生与职业医学》课程成员陈卫红教授讲授的“职业生理与心理学”慕课。

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第二章  职业生理与心理学 2.1职业生理学 陈卫红

第二章 职业生理与心理学 2.2劳动负荷与作业能力 陈卫红

职业卫生与职业医学属于预防医学领域，关注的是在工作和劳动过程中可能接触的职业性有害因素，以及对职业从事者健康及其职业生命质量的影响。其医学基础涉及基础医学、临床医学、预防医学领域的其他学科，如环境卫生学、毒理学、流行病学、营养学等。防止不良劳动条件对劳动者健康的损害是职业卫生与职业医学的首要任务；同时，对职业性损害的受罹者要进行早期检测、诊断、处理和促进康复，所以职业医学也属临床医学。

在工作和劳动过程中，首先会遇到劳动性质、劳动强度、劳动姿势、作息制度等基本条件或因素。一般来说，机体通过神经-体液调节和适应，不仅能完成作业而且通过劳动可促进健康。但是，劳动负荷过高、劳动时间过长及环境条件太差，致使机体不能适应或耐受时，就构成了劳动过程中的有害因素并引起健康危害：如生理和心理过度紧张引起的作业能力下降，甚至损害健康。为达到保护和促进健康、提高劳动生产率的目的，先后形成三门既独立又有关联的学科——职业生理学（workphysiology）、职业心理学（workpsychology）和职业工效学（ergonomics）。这些内容对认识和重视医学模式转变在本专业中的作用具有重要意义。

人在生产劳动过程中，一方面会遇到劳动性质、劳动强度、劳动姿势、轮班工作及自身个体差异这样一些条件或因素；另一方面机体通过神经-体液的调节和适应，不仅能完成作业而且可以促进健康。但若劳动负荷过大、劳动时间过长及环境条件太差，至人体不能适应或耐受时，这些也就构成了劳动过程中的有害因素并造成危害：生理和心理过度紧张从而使作业能力下降，甚至损害健康。为达到保护和促进健康、提高劳动生产率的目的，先后形成三门既独立又有关联的学科——职业生理学（workphysiology）、职业心理学（workpsychology）和人类工效学（ergonomics）。

职业生理学或称劳动生理学，是研究一定劳动条件下人的器官和系统的功能及变化。劳动条件包括劳动任务、劳动场所、劳动对象、工作设备及工作环境等。劳动条件对劳动者的器官和系统产生一定的作用（或效应），这种作用反过来又影响人的操作，二者之间的相互关系是职业生理学研究和应用的核心问题。  

一、体力劳动过程的生理变化与适应

（一）体力劳动时的能量代谢

人类的劳动是脑力劳动（mental word）与体力劳动（physicalwork）相结合进行的，社会发展到了高级阶段，脑力与体力劳动可能达到理想的分配比例，现阶段仍有所偏重。由于骨骼肌约占体重的40%，故以其活动为主的体力劳动消耗的能量较大。劳动能量代谢（workmetabolism）是基础代谢之外供给劳动所需的能量。例如：一个人每天摄入约20000kJ的能量，除基础代谢（约8000kJ）及业余活动等所需能量外，剩余供劳动消耗的能量约为10000kJ。

1．肌肉活动的能量来源  人的活动要靠肌肉收缩提供动力，肌肉作为发动机，需要能量供给。供给肌肉收缩与松弛活动的能量，首先是由肌细胞中的三磷酸腺苷（ATP）迅速分解提供的（式2-1），并由磷酸肌酸（CP）及时分解补充（式2-2），称ATP-CP系列。

 ATP + H₂O   →  ADP + Pi + 29.3kJ/mol/L                （式2-1）

 CP + ADP       Cr+ ATP                                         （式2-2）

 注：ADP为二磷酸腺苷，Pi磷酸根，Cr肌酸

肌肉中CP的浓度约为ATP的5倍，但其贮量甚微，只能供肌肉活动几秒至1分钟之用。故需从糖类、脂肪和蛋白质分解来提供再合成ATP的能量。正常情况，一般不动用蛋白质。中等强度肌肉活动，ATP以中速分解，糖和脂肪通过氧化磷酸化过程提供能量来合成ATP；在开始阶段利用的糖类较多，但随着活动时间的延长，利用脂肪的比例增大，脂肪即成为主要的能源。该过程需要氧的参与才能进行，故叫需氧系列。此时，1g分子葡萄糖或脂肪能相应地生成38或130g分子ATP，能使活动经济持久地进行。1L氧在呼吸链氧化葡萄糖可产生6.5mmolATP，而氧化脂肪则产生5.6mmolATP，故糖类作为肌肉活动的能源比脂肪更经济。

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。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，也称无氧代谢（anaerobicmetabolism）。1mol葡萄糖经糖酵解途径只能形成2molATP，但速度较需氧系列快32倍，故能迅速提供较多的ATP供肌肉活动之用。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。肌肉活动的能量来源及其特点可概括于表2-1中。

                                      表2-1  肌肉活动能量代谢系统的一般特性                                               

        2．作业时氧消耗的动态  劳动时，人体所需要的氧量取决于劳动强度，强度愈大，需氧量也愈多。劳动1分钟所需要的氧量叫氧需（oxygendemand）。氧需能否得到满足主要取决于循环系统的功能，其次为呼吸器官的功能。血液在1分钟内能供应的最大氧量叫最大摄氧量（maximumoxygen uptake），也称氧上限，是表示体力活动能力大小的传统指标，成年人的最大摄氧量一般不超过3L，有锻炼者可达4L多。氧需和实际供氧不足的量叫氧债（oxygen debt）。作业开始2～3分钟内，呼吸和循环系统的活动尚不能使摄氧量满足氧需，尽管肌肉可动用肌红蛋白结合的少量氧储备并充分地利用血氧，机体所需的能量是在缺氧条件下产生的，因此“借了”氧债。其后，呼吸和循环系统的活动逐渐加强，若在较轻的劳动，摄氧量可满足氧需，即进入稳定状态（steadystate），其氧债也是恒定的，这样作业一般能维持较长的时间。在较重的劳动，尤其氧需超过最大摄氧量时，机体摄氧量不可能达到稳定状态，氧债持续增加，肌肉内的贮能物质（主要指糖原）迅速消耗，作业就不能持久。作业停止后的一段时间内，机体需要继续摄取较安静时为多的氧以偿还氧债。部分氧债也可在作业的稳定状态期间得到补偿。非乳酸氧债即恢复ATP、CP、血红蛋白、肌红蛋白等所需的氧可在2～3分钟内得到补偿；而乳酸氧债则需较长时间才能得到完全偿还。恢复期一般需数至十余分钟，也可长达1小时以上。作业结束之后，摄氧增加，它不仅取决于肌肉内的氧债偿还过程，而且与许多因素有关，例如升高的体温，增强的呼吸活动，肌肉结构的变化以及机体氧储备的补足。因此，偿还的氧债一般比所借的氧债要高。

                                         图 2-1-1    氧债及其补偿    A：氧债；B：偿还氧债

3．作业的能消耗量与劳动强度分级  作业时的能消耗量是全身各器官系统活动能消耗量的总和。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基础代谢的10～25倍，故传统上用能消耗量或心率来划分劳动强度（intensity of work）的大小，它只适用于以体力劳动为主的作业，一般分为三级：

（1）中等强度作业：作业时氧需不超过最大摄氧量，即在稳定状态下进行的作业。我国目前的工农业劳动多属此类（表2-2）。

                     表2-2 用于评价体力劳动强度的指标和分级标准^[1] 

注：[1]资料来源于国际劳工局，1983；[ ]括号内的数据见PO.Åstrand等1986年所著“劳动生理学教科书”：

          （ ）括号内系于永中等1979年数据。

[2]轻、中、重、很重、极重劳动的氧消耗分别相当于氧上限的<25%，25%～50%，50%～75%，>75%

    和接近氧上限或<25%，25%～37.5%，37.5%～50%，50%～62.5%及>62.5%来划分的。

[3]消耗1升氧约等于产生20.92kJ（5kcal）能量。

[4]排汗率系8小时工作日的平均数。

（2）大强度作业：指氧需超过了最大摄氧量，即在氧债大量蓄积的条件下进行的作业，一般只能持续进行数分钟至十余分钟，如重件手工锻打、爬坡搬运重物等。

（3）极大强度作业：完全在无氧条件下进行的作业，此时的氧债几乎等于氧需，如短跑和游泳比赛。这种剧烈活动只能持续很短时间，一般不超过2分钟。

我国已颁布“体力劳动强度分级”标准（GBZ 2.2-2007）。它是根据对262个工种工人的劳动工时、能量代谢和疲劳感等指标之间的关系进行调查分析后，提出按劳动强度指数来划分体力劳动强度（表2-3）。

                             表2-3  体力劳动强度分级 

 测定劳动时的能消耗量，一般用来划分和鉴定体力劳动的强度等级，以便制定合理的劳动制度和膳食供给。

（二）体力劳动时机体的调节与适应

在劳动过程中，机体通过神经-体液的调节来实现能量供应和各器官系统之间的协调，以适应生产劳动的需要。劳动时机体的调节和适应性变动如下：

1．神经系统：劳动时的每一有目的的动作，既取决于中枢神经系统的调节作用，特别是大脑皮层内形成的意志活动──主观能动性（subjectiveactivity）；又取决于从机体内外感受器所传入的多种神经冲动，在大脑皮层内进行综合分析，形成一时性共济联系（coordination），以调节各器官系统适应作业活动的需要，来维持机体与环境的平衡。当长期在同一劳动环境中从事某一作业活动时，通过复合条件反射逐渐形成该项作业的动力定型（dynamic stereotype），使从事该作业时各器官系统相互配合得更为协调、反应更加迅速、能耗较少，作业更轻松。建立动力定型应依照循序渐进、注意节律性和反复的生理规律。动力定型虽是可变的，但要破坏已建立起来的定型，特别是要用新的操作活动来代替已建立的动力定型时，对皮层细胞是一种很大的负担，若转变过急，甚至可导致高级神经活动的紊乱。长期脱离某项作业，可使该项动力定型消退。体力劳动的性质和强度，在一定程度上也能改变大脑皮层的功能。大强度作业能降低皮层的兴奋性并加深抑制过程；体力劳动还能影响感觉器官的功能。重作业能引起视觉和皮肤感觉时值的延长，作业后数十分钟才能恢复，而适度的轻作业后时值反而会缩短。

2．心血管系统：心血管系统在作业开始前后发生的适应性变动，表现在心率、血压和血液再分配。

（1）心率：在作业开始前1分钟常稍增加，作业开始30～40秒内迅速增加，经4～5 分钟达到与劳动强度相应的稳定水平。作业时心输出量增加，无锻炼的人主要靠心跳频率的增加；有锻炼的人则主要靠每搏输出量的增加。有的人每搏输出量可达150～200ml，每分输出量可达35L。对一般人来说，当心率未超过其安静时的40次时，则能胜任该项工作。

作业停止后，心率可在几秒至15秒后即迅速减少，然后再缓慢降至原水平。恢复期的长短随劳动强度、工间暂歇、环境条件和健康状况而异，此可作为心血管系统能否适应该作业的标志。

（2）血压：作业时收缩压即上升，劳动强度大的作业能使血压上升8.00～10.67kPa（60～80mmHg），舒张压不变或稍上升，致使脉压变大。当脉压逐渐增大或维持不变时，体力劳动可继续有效地进行；但若持续进行紧张劳动，脉压可因收缩压下降或舒张压上升，或两者的联合而下降；当脉压小于其最大值的一半时，则表示疲劳和糖原贮备接近耗竭。作业停止后血压迅速下降，一般能在5分钟内恢复正常。但大强度作业后，收缩压可降至低于作业前的水平，30～60分钟才恢复正常。血压的恢复比心率快。

（3）血液再分配：安静时血液流入肾、内脏器官的量最多，其次为肌肉、脑，再次为心、皮肤（脂肪）、骨等。体力劳动时，通过神经反射使内脏、皮肤等处的小动脉收缩，而代谢产物乳酸和CO₂却使供应肌肉的小动脉扩张，使流入肌肉和心肌的血液量大增，脑则维持不变或稍增多，而内脏、肾、皮肤、骨等都有所减少。

（4）血液成分：正常人在安静状态时血糖含量为5.6mmol/L，劳动期间血糖浓度一般很少变动。若劳动强度过大，持续时间过长，则可出现血糖降低，当降至正常含量一半时，即表示糖原贮备耗竭而不能继续劳动。

血乳酸在安静状态下约为1mmol/L，极重体力劳动时可达15mmol/L。中等强度和重度体力劳动时分别为2.3mmol/L和4.0mmol/L。血乳酸含量变动很大，它取决于无氧代谢乳酸的产量及其清除速率。

3．呼吸系统：作业时，呼吸次数随体力劳动强度而增加，重劳动可达30～40次/分，极大强度劳动时可达60次/分。肺通气量可由安静时的6～8L／min增至40～120L/min或更高。有锻炼者主要靠增加肺活量来适应；无锻炼者则靠增加呼吸次数来维持。静力作业时，呼吸浅而少；疲劳时，呼吸变浅且快，但都不能保证氧的供应。停止劳动后，呼吸节奏的恢复较心率、血压快。

1L血液能供给组织120ml氧，心脏的最高输出量为每分钟35L时，则可供给组织4.2L氧。空气能给予血液的氧约为空气的5%～6%，为摄取4.2L氧需有70～84L空气通过肺。而有锻炼者的最大通气量为120L/min或更高，远超过摄取4.2L氧所需的空气量。因此，决定最大摄氧量的主要因素是心血管系统的功能。

4．排泄系统

（1）肾脏：体力劳动及其后一段时间内尿量均大为减少，达50%～90%。主要由于腹腔的血管收缩、汗液分泌增加及血浆中水分减少等。尿液成分的变动较大，乳酸含量可从每小时20mg增至100～1300mg，以维持体内酸碱平衡。

（2）汗腺：排汗具有调节体温与排泄的双重功能。体力劳动时，汗中乳酸含量增多。

5．体温：体力劳动及其后一段时间内体温有所上升，以利于全身各器官系统活动的进行，但不应超过安静时的1℃；否则人体不能适应，劳动不能持久进行。

二、脑力劳动过程的生理变化与适应

随着科学技术的发展和社会的进步，工农业生产中大量繁重的体力劳动和职业危害较严重的工种将逐步地被机器和机器人所取代，体力劳动的比重和强度都会不断减小，而需要脑力和神经系统紧张的作业却愈来愈多。由于大脑的结构和功能十分复杂，人脑是怎样工作的至今仍然是一个有待探索的问题。对脑力劳动时机体的调节和适应尚需进一步研究和认识。

（一）脑力劳动的内容与生理特点

脑力劳动的概念比较模糊，一般认为凡以脑力活动为主的作业即为脑力劳动（mental work），它是与以体力劳动（physical work）为主的作业相对而言的。脑力劳动也叫信息性劳动，其明显的特点在于信息的加工处理：通过感觉器官感受信息，经中枢神经系统加工处理信息，然后通过多种形式转化和输出信息。在这个过程中，人仿佛是一种“信息转换器”。脑力劳动多数是非重复性的，属抽象的或以抽象为主的思维活动，具有明显的创造性。例如，科学研究、教学活动、技术革新和文艺创作中产生创新思想，寻求新答案，发明和发现新事物等。

                              图2-1-2  信息加工系统模型

信息论和计算机科学的发展促进了对脑力劳动的研究和认识。心理学家把人比做一个与计算机类似的信息加工系统。这个系统由感知加工、认知决策加工和运动加工三个子系统构成（如图）。机体感受器官将输入的信息通过感觉加工器编码后流入工作记忆，运动器官（加工器）则从工作记忆获取指令而做出相应的反应。脑力劳动中，注意和记忆起重要的作用。工作记忆（workingmemory）是不稳定形式初始和暂时地贮存信息的记忆，可经某种渠道而进入长期记忆，也称之为第二级或第三级记忆。长期记忆贮存有大量的知识，其内容是抹不掉的，经激活后可再进入工作记忆。暂时的工作记忆是脑电在皮层和皮层与丘脑神经元之间的回路来回震荡，延长了兴奋作用的结果。长期记忆的生化基础则在于合成新的RNA、蛋白质或有关的活性肽。

脑的氧代谢较其他器官高，安静时约为等量肌肉需氧量的15～20倍，占成年人体总耗氧量的10%；睡眠时则减少。由于脑的重量不超过体重的2.5%，醒觉时已处于高度活动状态，故即使是最紧张的脑力劳动，全身能消耗量的增高也不致超过基础代谢的10%。葡萄糖是脑细胞活动的最重要能源，平时90%的能量都靠分解来提供。脑细胞中贮存的糖原甚微，只够活动几分钟，主要靠血液输送来的葡萄糖通过氧化磷酸化过程来提供能量。因此，脑组织对缺氧、缺血非常敏感。但总摄氧量增高却并不能使脑力劳动效率提高。

脑力劳动常使心率减慢，但特别紧张时，可使心跳加快，血压上升、呼吸稍加快、脑部充血而四肢和腹腔血液则减少；脑电图、心电图上也有所变动，但并不能用来衡量劳动的性质及其强度。

脑力劳动时，血糖一般变化不大或稍增多；对尿量无何影响，对其成分也影响不大，仅在极度紧张的脑力劳动时，尿中磷酸盐的含量才有所增加；对排汗的量与质以及体温均无明显的影响。

（二）脑力劳动的职业卫生要求

与体力劳动一样，脑力劳动系统包括：劳动者、劳动工具、工作任务、工作环境和工作组织制度等条件和要素，对脑力劳动的职业卫生要求可以从上述几方面来考虑。例如，工作场所应保持安静，噪声不应超过45dB。室内光线应明亮，但须防止阳光直射，光线应从左边来；人工照明应有足够亮度，一般应为500Lx，制图等精细工作应为1000Lx，老年人工作时对亮度的需求要高得多，比年轻人约高5倍。室内温度以最适温度为宜，我国相应标准规定为夏季24～28℃，冬季19～22℃（GB5701-1985）。墙壁颜色应明亮柔和，避免使用黑色、深色或刺眼的颜色。工作空间、桌椅应符合国人身体尺寸和工效学的要求。

脑力劳动因为主要任务是处理加工信息，它又有职业卫生的一些特殊要求。例如，荧光屏显示字符信息，对字体大小和符号对比度有专门规定：视距500mm时，字体高度最小为2.6 mm；视距超过500mm时，字体高度＝视距/190；字间距大约是字高度的 70%，至少50%以上。符号对比度指的是符号与其背景的光强度比，新式荧光屏采用犹如白纸黑字的“正显示”，即亮背景暗字。符号光强度对比应在1：3和1：5之间。

提供的信息应该明确，量要适中，信号的区分度要高，否则会加重脑力劳动的负荷。还应注意信息的和谐性和剩余度的问题，信息和谐性是指信息显示、控制性活动或系统的应答要与操作者所预期的保持一致，否则会导致信息冲突。例如，控制钮向右侧旋转应表明使系统发生反应或反应增强，而不应该是降低或关闭系统。此类设计错误往往导致事故发生。信息剩余度（informationredundancy）是表示信号所携带的实际信息量低于它可能携带的最大信息量的程度。例如当飞机要着陆时，飞行员与机场调度员的通话有很大的剩余度。飞行员报告“101请求着陆”，调度员回答：“101可以着陆”。这两句话都有剩余成分，飞行员的话中“请求”两字是多余的，调度员的回答中“着陆”两字也是多余的。多余的信息使操作者能够交叉地检查和确认信息，保证信息交流的可靠性。另一方面，显示的信息过多可使人分心并增加脑力劳动的负荷。所以应根据作业需求，保持适量的剩余信息。

此外，脑力劳动者应该注意改进记忆和思考的方式方法。对于成年人，那些理解了的东西才容易记住。思考时一方面就某个方向深入地考虑，另一方面也要多方向地联想，由于人的经历不一，记忆和思考方法上是多种多样的。还应该注意合理营养，体育锻炼、工间休息以维护脑力，防止过劳。

三、劳动负荷的评价

劳动（work）是人为了一定目的而从事的一切活动（activity）。劳动时要完成一定的工作任务；工作任务以及环境因素反过来对机体器官或功能会产生一定的作用或影响。现在认识到，劳动负荷（workload）过高或过低都不好：负荷过高会降低作业的质量和水平、引起机体疲劳甚至损害，过低又会降低作业者的警觉性，感到单调、无兴趣，也影响作业。适度的负荷是完成工作任务甚至是人体健康所必需的，劳动负荷评价目的不是消除负荷，而是把它维持在一个适宜的水平，也称可接受水平或者负荷的安全限值。劳动和作业的类型多种多样，选择适当的测定方法和指标来评价劳动负荷是职业生理学一个主要的研究领域，尤其信息性劳动的负荷评价仍值得深入探讨。

（一）劳动和作业类型的划分

1．劳动类型：要求产生力的活动可归纳为能量性劳动，要求处理信息的劳动则为信息性劳动。但这两类劳动之间并不存在明确的界限。根据劳动任务要求人做些什么，涉及那些器官或者功能，进一步区分为肌力式、运动式、反应式、综合式及创造式劳动（表2-4）。

                                                                 表2-4    劳动分类                                                       

注：摘自Laurig1989年所著“工效学导论”一书。

由能量性劳动到信息性劳动，它涉及的主要器官或功能由肌肉骨骼、呼吸和循环系统逐步过渡到注意、思维和决定的能力。劳动类型划分尚有其他的方法。

2．作业类型：职业生理研究表明，根据肌肉收缩状况、参与劳动肌肉量的多少以及是否做功等可将作业分为几种类型。

静力作业（static work）又叫静态作业，主要依靠肌肉等长性收缩（isometric contraction）来维持体位，使躯体和四肢关节保持不动所进行的作业。从物理学的观点看，静态作业时人并没有做功。参与作业的肌群可以是大肌群也可以是小肌群，数量也不定。肌肉张力在最大随意收缩的15%～20%以下时，心血管反应能克服肌张力对血管的压力，满足局部能源供应和清除代谢产物的需要，这种静力作业可维持较长时间。但静力作业时肌张力往往超过该水平，造成局部肌肉缺氧、乳酸堆积而引起疼痛和疲劳，又称为致疲劳性等长收缩。研究还发现，静力作业能够维持的时间取决于当时肌肉收缩力占最大随意收缩力的百分比（图），可见以最大肌张力收缩进行的作业只能维持数秒钟。静力作业时间与肌肉收缩力的这一关系与参与作业的肌群及作业者的性别无关。

 

                   图2-1-3  静力作业持续时间与肌肉收缩力的关系

静力作业的特征是能消耗水平不高，氧需通过常不超过1L/min，但很容易疲劳。在作业停止后数分钟内，氧消耗不降低反而先升高再逐渐下降到原水平。这是由于肌肉在缺氧条件下工作，无氧糖酵解产物乳酸等不能及时清除而积聚起来形成氧债。当作业停止后，血流畅通，立刻开始补偿氧债，故呈现出氧消耗反而升高的现象。此外，静力作业时由于局部肌肉的持续收缩、不断刺激大脑皮层而引起局限强烈兴奋灶，使皮层和皮层下中枢的其他兴奋灶受到抑制，例如能代谢的抑制；当作业停止后，即出现后继性功能的加强，产生氧消耗反而升高的现象。

动力或动态作业（dynamic work）则在保持肌张力不变——等张性收缩（isotoniccontraction）的情况下，经肌肉交替收缩和舒张，使关节活动来进行的作业。与静力作业相比较而言，肌肉在动力作业时可以交替地收缩与舒张，血液灌流充分，也不易疲劳。从物理学意义上，它是做功的劳动。

动力作业又可分为重动力作业和反复性作业（repetitive work）。参与重动力作业的多是大肌群，因此能量消耗高是它的特点之一。反复性作业又称轻动态作业，参与作业的是一组或多组小肌群，其量小于全身肌肉总量的1/7，肌肉收缩频率高于15次/分钟。例如，操作键盘输入汉字，手指击键可高达100次/分钟以上，频繁收缩活动的小肌群能耗不高却容易疲劳甚至受损伤。

劳动姿势（workingposture），即人劳动中身体各部分在空间的位置。出于地球引力，维持某个姿势对肌肉骨骼系统造成机械负荷（mechanicalload）。姿势负荷是肌肉骨骼疾患的主要病因。

手举过头顶的作业如手上举焊接、紧固螺丝和打孔等。该作业含有静力成分，工作肌肉血液输送不足；由于工作肌与心脏的垂直距离增加，静水压升高，导致心血管高度应激，工作肌乃至全身极易疲劳。

静力、动力等类型的作业普遍存在于劳动过程中，只是所占比重有差别，这与作业要求、劳动姿势和操作熟练程度有关。可由工作系统的人类工效学设计来减少甚至避免静力作业等不符合生理要求的活动。

（二）劳动负荷评价

1．基本概念

（1）劳动系统（work system）：是相互作用的某些元素构成的一个体系。劳动系统包括人、劳动对象（如物质、能源和信息等）、劳动工具、劳动环境以及产品等，这些因素相互作用来完成劳动任务。

（2）负荷与应激（stress and strain）：负荷与应激在力学上称为应力与应变，在职业心理学上称作紧张与紧张反应。负荷指劳动系统对机体生理心理总的需求和所产生的压力，它强调外界因素和情景。应激乃负荷对具体个人的影响，它强调在负荷作用下机体内部的生物过程和反应。

劳动负荷评价可从负荷强度和负荷持续时间两个方面来考虑，例如，流水线生产作业中，往往负荷强度并不高，但负荷持续时间长。此外，劳动负荷评价应该包括负荷和应激两个方面的指标。例如，高温作业的劳动负荷评价，既要测定环境的气温、辐射热等负荷性指标，又要测定工人的体温、出汗量等应激指标。

（3）适宜水平：劳动负荷的适宜水平可理解为在该负荷下能够连续劳动8小时，不至于疲劳。一般认为劳动负荷的适宜水平约为最大摄氧量的1/3。未经专门训练的男子和妇女其最大摄氧量分别为3.3L/min和2.3L/min，因此适宜负荷水平约为1.1L/min和0.8L/min耗氧量，以能量代谢计则分别为17kJ/min和12kJ/min。以心率表示适宜负荷水平，应不超过安静时的基础心率再加上40次/分钟，由于心率属应激指标，不再分性别规定限值。还提出了搬举重物最大容许限值。

适宜负荷规定可作为劳动负荷评价的依据，目前，这些规定仅适合以动态作业为主的体力劳动，且没有考虑劳动环境因素，如高温的影响。此外，按能量代谢、工作时间和心率等把劳动划分为几个等级，这与劳动负荷适宜水平在概念上是不同的。

2．方法与指标

（1）客观方法

1）体力劳动：劳动能量代谢率（metabolic rate）是传统的劳动负荷测定指标。测定方法有两种，即直接测热法和间接测热法。直接测热法是在小室内将人体散发的热收集起来，加以测量，因为设备和手续复杂很少使用。一般采用间接测热法，测定劳动者在一定时间内的耗氧量，可计算其能量代谢。劳动能量代谢率适合于评价全身性的动态体力劳动，以静力作业和反复性作业为主的劳动如流水线作业，能耗不高却易疲劳，则不宜采用这一测定指标。

心率也是一项传统的指标，适宜反映动态体力劳动的应激程度，也可用于评价小肌群参与的劳动，甚至脑力劳动。心电的测定和记录技术发展很快，长时程心电记录仪（holter）可以长时间测定和记录受试者的心电，它是将心电直接记录在储卡上，不受生产场所电磁场干扰也不影响工人劳动，且体积小、重量轻，便于现场使用。

肌细胞去极化至临界值会随膜能透性变化而产生动作电位，将电极置于肌肉内（内置电极）或皮肤表面（表面电极）可测得电位，该测定方法称肌电术（electromyography，EMG）。它测得的肌电电压称为肌电活性（myoelectricactivity），常用的表示单位有振幅（amplitude）、频率及经转换的肌肉最大随意收缩百分比（percentageof the MVC）。肌电活性与肌肉的力量或负荷存在一定比例关系，可用于静态和动态作业的劳动负荷评价。此外，肌电谱在肌肉疲劳时发生明显的变化，振幅增大而频率降低，因此可直接反映局部肌肉的疲劳。

皮肤温度与人的冷热感关系密切。中心体温（如直肠温度）则反映机体自环境受热和自身产热的总和，且十分稳定，常用做高温作业时机体应激的指标。无氧代谢产生乳酸且某些肌细胞在机体尚未达到最大摄氧量时也以无氧代谢合成ATP，当超过再利用和清除速率时，血液乳酸浓度逐渐升高，因此血乳酸含量是体力劳动负荷评价及运动医学的一项经典指标。反映机体应激程度的指标还有肌酸激酶、肌红蛋白、激素、白细胞等。

2）脑力劳动：对脑力劳动负荷的认识和评价远不及体力劳动，但近年来也提出一些心理生理测定指标（psychophysiologicalmeasures），例如瞳孔直径测量是反映注意力（attention）的高低的一项指标，工作负荷越大，瞳孔的直径也就越大。另一项常用的指标是心率，心率升高一般与脑力工作负荷增高有关；然而，决定心率增高与否的主要因素是体力劳动负荷及警醒程度（arousallevel），因此心率并非脑力劳动负荷的恒定指标。更适宜的一个指标是心率变异性（heart ratevariability，HRV），它反映交感神经和迷走神经对心脏活动的调控关系。心率在正常情况下存在一定程度的变异，有时可达10～15次/分钟。若将注意力集中到某项感觉运动式工作上，作业者的心率变异性则下降，且随负荷（所处理的信号）增加，变异性趋于消失。另一项具有应用前景的生理心理指标可能是脑诱发电位（evokedpotentials），指散在的刺激事件可在脑引起一个短暂的唤起反应，它表现为来自大脑皮层的一系列电压波动。此外，人们尝试用信息通量（informationflow）来表示脑力劳动的负荷，即单位时间大脑处理多少比特（bit）的信息，但尚处于研究阶段。

（2）主观方法

1）体力劳动：把调查内容列表，最好分成几个级别，以调查表或谈话（interview）来询问、评价劳动负荷，例如把劳动负荷分为轻、中、重和很重，某种劳动姿势如弯腰按出现频率分为从不、偶尔和经常，由工人回答填写。显然这种传统方法主观，可靠性差，也难以定量。

Borg量表（Borgscale）是基于功率车动态活动实验而制订的，用来评价劳动负荷或费力主观感觉的量表，它将这种感觉从无到极重分级并赋予分值，这些分值与当时活动的心率呈线性关系，约为1：10。Borg量表还可用于疲劳、痛疼、精神紧张等的实验室评价研究。在生产现场，由于工人缺乏不同级别负荷的即时感受作为参照来比较评分，Borg量用于劳动负荷的现场调查受到限制。

2）脑力劳动：要求作业人员将脑力上的负荷和应激划分成若干等级，也是靠作业人员的判断来评价工作负荷。目前常用的有Cooper-Harper量表、SWAT（subjectivework load assessment technique）和NASA任务负荷指数。例如，Cooper-Harper量表根据任务的难易及作业人员的应激状况以决策树形式将脑力劳动负荷由低（1）到高（10）划分为十个等级。

（3）观察方法：介于客观和主观方法之间的是所谓观察方法（observationmethod），观察方法很多且应用的范围广，可用于体力劳动或脑力劳动，可用于整个劳动系统或个别具体项目的评价。例如：AET工作分析法（Arbeitswissenschaftliche Erhebungsverfahren zur Tätigkeitsanalyse）有216项观察项目，内容涉及整个劳动系统的方方面面：体力劳动、脑力劳动、静力作业、动力作业和劳动环境等。OWAS（theOvako work posture analyzing system）则专门用于观察分析劳动姿势负荷。多瞬间点调查法（multimomentaufnahme）在于通过多个瞬间的随机观察来了解某个事件发生的频率。观察法无须昂贵的仪器，也可以获得准确、量化的结果。

四、作业能力

劳动者在从事劳动的过程中，完成特定工作的能力称作业能力（workcapacity），其高低是在不断变动的。如何尽可能地在较长时间内维持较高的作业能力而不致损害劳动者的健康，是职业生理的重要任务。

（一）劳动过程中作业能力的动态变化

1．体力劳动作业能力的动态变化  体力劳动作业能力的动态变化不仅可通过测定单位作业时间内产品的质和量来直接观察，还可通过测定劳动者的某些生理指标（握力、耐力、视觉运动反应时、心率、血乳酸等）的动态情况来衡量。尽管存在个体差异、环境条件、心理因素、劳动强度、操作紧张程度等的影响，作业能力的变动仍具有共性。以日班的轻或中等劳动为例，工作日开始时，工作效率一般较低。其后，劳动者的动作逐渐加快且更为准确，工作效率不断提高，约持续1～2小时，称工作入门期（introductionperiod）。在此期间，产量逐渐增加、操作活动所需时间逐渐缩短和废次品减少。当作业能力达到最高水平时，即进入稳定期（steadyperiod），维持1小时左右，此期各项指标变动不大。随后，即转入疲劳期（fatigueperiod），出现劳累感；操作活动的速度和准确性下降，产量减少和废次品增多。午餐后，又重复午前的三个阶段。但一、二阶段较短，第三阶段则出现得较早（图）。有时在工作日快结束时，可见到工作效率一度增高，这与情绪激发有关，称终末激发（terminalmotivation），但不能持久。

                                                          图2-1-4   作业能力典型动态曲线

2．脑力劳动作业能力的变动 脑力劳动的作业能力存在着极大的个体差异，由于各人记忆、思考问题的方法和习惯不同，再加上缺乏直接衡量脑力劳动质量的尺度，故对其作业能力的变动就更难确切地描述。某些生理指标，如视觉运动反应时，对视觉信号的分辨能力，记忆6位数字能力的变动等来表示脑力劳动作业能力高低的动态指标。但这些指标仅能反映人体的某些生理性变动，而不能真正代表其脑力劳动作业能力的变动情况。事实上有的发明创造往往是在长期持续紧张思考之下取得的；而脑力劳动的作业能力更容易受环境因素的干扰和个人情绪的影响，因此，就更难找出其规律性。

（二）作业能力的主要影响因素及其改善措施

从职业生理、心理和卫生以及人类工效学领域，研究探讨作业能力的影响因素以及如何提高作业能力是很重要的，综合叙述如下。

1．社会因素和心理因素

（1）社会因素：在诸多社会因素中，对作业能力影响最大的是社会制度。不同的社会制度，劳动者所处的地位不同，是主人还是雇工，有无医疗保健和劳保制度等；其次是劳动贡献大小与其个人利益是否真正体现了“各尽所能，按劳分配”的原则；再次是家庭关系、上下级关系，同事关系等都对作业能力有明显影响。所以，建立健全医疗、失业、养老等社会保障体系，理顺分配关系以实现“各尽所能，按劳分配”原则，并处理好人际关系、群众关系、婚恋关系是提高作业能力的社会性基本措施。

（2）心理因素：主要指劳动者对工作的态度（对工作的满意程度）、情绪（对工作的兴趣）和意志（对工作的认识），这些在很大程度上受社会因素的影响，如劳动者是否受到关心和尊重；是否与同事相互支持和交流等。此外，还与劳动者的个体因素和所受教育、训练能否适应工作要求有关。因此，领导者应该爱护和尊重员工，明确作业内容和职责，吸引他们参与有关决策和整改过程。有条件的单位还应为职工提供教育和培训。

2．个体因素：体力劳动作业能力与年龄、性别、身材、健康和营养状况等有关。例如，年龄在25～30岁以后，随着心血管功能和肺活量的下降，最大摄氧量逐渐降低，体力劳动能力也相应减弱。女子的身材、心脏每搏与每分的最大输出量、肺的最大通气量等均较男子小，故女子从事体力劳动的能力较男子低，一般约为男子的1/2或1/3。人的智力发育要到20岁左右才能达到完善的程度，而20～40岁可能是脑力劳动效率最高的阶段，其后逐渐减退。脑力劳动能力与性别和身材无关。

3．环境因素：工作场所的环境因素可直接或间接地影响作业能力。空气污染、强噪声、严寒、高温、不良照明等都对体力和脑力作业能力有较大影响。值得注意的是卫生标准旨在保证绝大多数人的健康，若使作业能力不受影响，应采用相应的标准要求，如办公室环境气温应采用至适温度标准，噪声应低于45dB（A）。

4．工作条件和性质

（1）生产设备与工具：作为劳动系统重要组成部分的生产设备与工具对作业能力至关重要，应该通过工效学设计使它适合于人，达到所谓匹配或人机界面友好，减轻劳动强度，减少静力作业成分，减少作业的紧张程度等。

（2）劳动强度与劳动时间：劳动强度大，作业不能持久进行。就体力劳动而言，能消耗量的最高水平以不超过劳动者最大能耗量的1/3为宜，在此水平以下即使连续工作8小时也不致引起过度疲劳。尚未能确定脑力劳动强度的适宜水平。

（3）劳动组织与劳动制度：现代工业多为集体连续生产。因此，工作的分配与协作、轮班制的安排是否合理等，对作业能力均有影响。例如，轮班劳动（shiftwork）不仅会对正常生物节律、身体健康、社会和家庭生活产生较大影响，而且对作业能力也有明显影响。与日班相比，夜班工人应激反应强烈。调查表明夜班工人白天睡觉的时间明显缩短，可能是因为白天吵闹和生物节律受干扰。根据某煤气厂8万例操作错误在三个连续工作班的分布情况，推导出人在昼夜期间的生物节律曲线（图）。可见，作业能力以上午9时左右最高，凌晨3时左右最低。早在1955年即有人研究轮班工作制度，现认为上一或两个夜班即轮换其他班次，不应连续上夜班。每次夜班后即休息24小时，让工人能在夜间睡一次觉。

                                                    图2-1-5   操作错误的时间分布与人的生物节律

5．疲劳和休息

（1）疲劳（fatigue）：目前认为疲劳是体力和功能性效率（functionalefficiency）暂时的减弱，它取决于工作负荷的强度和持续时间，经适当休息又可恢复。疲劳也可理解为一种状态：原来可轻松完成的工作，现在却感到要花费很大精力才能应付，且取得的成果越来越小。

还有一种所谓疲劳样状态（fatigue-likestates），是由工作任务或环境变动太小所致个体的应激状态，包括单调乏味，警觉性降低和厌烦。工作或环境变化后，疲劳样状态可迅速消失。

疲劳可视为机体的正常生理反应，起预防机体过劳（overstrain）的警告作用。疲劳时，可有从轻微的疲倦感到精疲力竭的感觉，但这种感觉和疲劳并不一定同时发生。有时虽已出现疲倦感，但实际上机体还未进入疲劳状态，常见于对工作缺乏认识、动力或兴趣、积极性不高的人。反之，也能见到虽无疲倦感而机体早已疲劳的情况，常见于对工作具有高度责任感或有特殊爱好以及紧急情况时。

疲劳的发生大致可分为三个阶段：①第一阶段：疲倦感轻微，作业能力不受影响或稍下降。此时，浓厚兴趣、特殊刺激、个人意志等可战胜疲劳，维持工作效率，但有导致过劳的危险。②第二阶段：作业能力下降趋势明显，但仅涉及生产的质量，对产量的影响不大。③第三阶段：疲倦感强烈，作业能力急剧下降或有起伏，最终感到精疲力竭、操作发生紊乱而无法继续工作。

生理上测定疲劳仍很困难，如用血糖水平下降、肝糖原耗竭，此时劳动强度已高至令人衰竭；因为日常劳动8小时后往往感到疲劳，但肝糖原和血糖水平却没有变化。其他指标如心率和体温升高及闪烁融合频率降低等，这些指标的变动并不一定是疲劳的缘故，也不一定能反映疲劳。

（2）休息：休息一般是指工间休息（break），它涉及人体机能从疲劳状态的恢复。如何安排工间休息以预防疲劳和提高作业能力，是职业生理和工效学研究的重要内容之一。实验证明（图），劳动5分钟，休息7.5分钟，做功200瓦（W）直至衰竭，做总功12万牛顿米（Nm），劳动者心率高达140次/分和160次/分；同样做功200W，只是劳动0.5分钟，休息0.75分钟，心率一直维持在100次/分之下，且做总功28Nm而未出现衰竭。显然，时间短、次数多的休息既可降低应激程度，预防疲劳发生，又可提高作业能力，工效学设计体力和脑力劳动的作息制度均应遵循这一总的原则。

                                       图2-1-6   体力劳动不同作息时心率的变化

从事不同类型的劳动和作业，机体疲劳恢复所需时间长短及其规律性仍有待研究。已证实，静态作业时，恢复时间占作业时间的比例明显高于同等劳动强度的动态作业，说明静态作业疲劳所需恢复时间相对较长。一般说来，重体力劳动需要休息的时间较长（一般以10～15分钟为宜，有的需20～30分钟），休息的次数较多；体力劳动强度不大但精神或感觉器官特别紧张的作业，则应给予多次短时间的休息。休息的方式也很重要，对重体力劳动可采取安静休息，即静坐和静躺；对轻、中体力劳动和脑力劳动，最好采取积极（activerest）休息，则效果更好。

业余，周末和节假日休息也要正确利用，才能消除疲劳，补偿生产劳动和日常家务劳动过多的能耗，达到恢复体力和作业能力的目的。在此期间，以适当的文娱、体育活动和安静充足的睡眠最合适。

6．锻炼和练习：锻炼（training）是通过反复使用而改善劳动者先天固有的生理功能和能力，例如提高心血管和呼吸系统的功能或肌肉的力量。练习（exercise）乃通过重复来改善那些后天学得的技能，例如：执行某项操作或复述某条信息。锻炼的结果是肌纤维变粗、糖原含量增多、生化代谢发生有益的适应性改变。此外，可使心脏每搏输出量增大，心率增加不多；呼吸加深、肺活量增大；氧的利用系数显著提高。总之，锻炼使人的固有能力提高、体魄强键。练习使机体形成巩固的连锁条件反射——动力定型，结果可使参加活动的肌肉数量减少，动作更加协调、敏捷和准确，各项操作日益“自动化”，故不易疲劳，也提高了作业能力。然而，实际应用并没有严格地区分锻炼和练习的含义。

新工人经过锻炼和练习，可以明显提高作业能力（图），已熟练的工人也需要坚持锻炼和练习，稍有中断，劳动能力和效率则下降。实验证实，心血管功能经锻炼每周提高12%，若中止锻炼，则以每周36%的速率下降。因此，病愈重返工作岗位者应重新锻炼和练习。

锻炼和练习对脑力劳动也起很大作用，因为人类的智力不像体力那样要受生理条件的高度制约。人脑约有120亿～140亿个神经元，一般人在一生中经常动用的大脑神经细胞仅占10%～25%，故人类智能还有很大的潜力。学习是有意识或无意识地获得某些知识和技能，而学到的东西要加以巩固则要靠练习和重复。

                                                         图2-1-7   组装工作练习曲线

                                     （陈卫红）