第二章人體生理特性

第二章人體生理特性第一節(jié)神經系統(tǒng)

第一節(jié)神經系統(tǒng)

一、神經組織 人的神經組織主要是由神經元和神經膠質細胞組成。神經元也稱神經細胞，是神經系統(tǒng)的結構、功能和營養(yǎng)的基本單位，具有感受體內外刺激、整合信息和傳導信息的功能。神經膠質細胞分布在神經元周圍，構成網狀支架，對神經元起支持、絕緣、營養(yǎng)、防御等作用。第一節(jié)神經系統(tǒng)

1、神經元一個神經元由以下三個部分組成：一是包含有細胞核的細胞體，它是神經元代謝和營養(yǎng)的中心；二是由細胞體向外伸出的呈樹枝狀的短突部分，稱為樹突；三是由細胞體向外伸出的一條細長的單突，稱為軸突，如圖所示。神經元模式圖突觸

2、突觸突觸由突觸前膜、突觸間隙和突觸后膜三部分組成。第一節(jié)神經系統(tǒng)

二、中樞神經系統(tǒng)1、脊髓 脊髓的功能： 一是傳導功能， 二是反射功能。第一節(jié)神經系統(tǒng)

2、腦 腦是中樞神經的高級部位，位于顱腔內，由大腦半球、間腦、中腦、腦橋、延髓和小腦六部分組成。

第一節(jié)神經系統(tǒng)

（1）延髓:它不僅是食物反射和某些防御反射的中樞,而且是呼吸和循環(huán)系統(tǒng)的反射性自動調節(jié)中樞,故有”生命中樞”之稱。（2）腦橋：位于延髓上方、小腦腹側，是聯(lián)系小腦兩半球上、下行神經纖維的橋梁。腦橋參與或完成頭面部肌肉的運動以及某些感覺的形成。

第一節(jié)神經系統(tǒng)（3）中腦：位與腦橋上方，是視、聽運動的反射中樞。（4）間腦：位于腦干上方，由丘腦和下丘腦組成。丘腦被稱為感覺的中繼站。（5）小腦：小腦位于顱后窩內，在延髓和腦橋的背側，大腦的后下方。小腦的主要機能是維持身體的平衡、調節(jié)與校正肌肉的緊張度和協(xié)調肌肉的運動。

第一節(jié)神經系統(tǒng)（6）大腦半球：大腦半球位于中樞神經系統(tǒng)的最高部位，被分為左、右兩個半球，大腦表面有許多深淺不一的皺褶，皺褶凹陷部位稱為溝或裂，隆起部位稱為回，半球表面被覆2～5mm厚的灰質細胞層，稱為大腦皮質。皮質的深部為髓質，亦稱白質。第一節(jié)神經系統(tǒng) 1909年，K·布羅德曼（K．Brodmann）根據(jù)皮質不同部位的組織結構特點不同、功能不同，將大腦皮質分為52區(qū)，并注上阿拉伯數(shù)字號碼，成為至今仍有權威意義的細胞構筑圖或腦地圖。 1950年，加拿大的潘菲爾德（Penfield）也繪制出了相當精確的大腦皮質感覺區(qū)和運動區(qū)的定位圖。第一節(jié)神經系統(tǒng)第一節(jié)神經系統(tǒng)第一節(jié)神經系統(tǒng)

三、周圍神經系統(tǒng)周圍神經系統(tǒng)是由腦和脊髓發(fā)出，其末梢分布于身體各器官和組織的神經系統(tǒng)。它包括脊神經、腦神經和植物性神經。周圍神經的功能，一是接受來自體內外的各種刺激并將其傳導至中樞神經；二是傳遞由中樞神經發(fā)出的指令并完成運動反應。第二節(jié)人的感覺和知覺 一、感覺

感覺是人腦對直接作用于感覺器官的事物的個別屬性的反映。 能引起感覺器官有效反應的刺激稱為該感覺器官的適宜刺激。人的感覺人的感覺

1、感受性和感覺閾限

感受性是感覺器官對適宜刺激的感覺能力，用感覺閾限的大小來度量。（1）絕對感受性和絕對感覺閾限。 產生感覺需要有達到一定強度的適宜刺激。剛剛能引起感覺的最小刺激量，稱為絕對感覺閾限的下限，感覺出最小刺激量的能力稱為絕對感受性。人的感覺

若刺激過大，超過了正常限度，將使感覺消失而引起痛覺，甚至造成感官的損傷。剛剛使感覺消失的最大刺激量稱為絕對感覺閾限的上限。刺激量在上、下閾限之間才能引起感覺。人的感覺（2）差別感受性和差別感覺閾限。

當兩個不同強度的同類型刺激同時或先后作用于某一感覺器官時，它們在強度上的差別必須達到一定程度，才能引起人的差別感覺。差別感覺閾限即為剛剛能引起差別感覺的刺激之間的最小差別量。對最小差別量的感受能力則為差別感受性。人的感覺

——差別感覺閾限；——最初刺激的強度；——常數(shù)，稱為韋伯比例。德國生物學家韋伯（E·H·Weber）發(fā)現(xiàn)，在中等強度的刺激范圍內，差別感覺閾限隨最初刺激強度的變化而變化時是有一定規(guī)律可循的，即差別感覺閾限與最初刺激的強度之比為一常數(shù)。人的感覺

人的各個感覺器官的感受能力的發(fā)展是不平衡的，而不同的職業(yè)又有各自不同方面的感受能力要求。另一方面，人的感覺能力又具有很大的發(fā)展?jié)摿?，經過訓練后，某些方面的感受性可以獲得極大的提高。人的感覺

2、感覺的適應在同一刺激物的持續(xù)作用下，人的感受性發(fā)生變化的過程，稱為感覺的適應。知覺 二、知覺 客觀事物的各種屬性分別作用于人的不同感覺器官，引起人的各種不同感覺，經大腦皮質聯(lián)合區(qū)對來自不同感官的各種信息進行綜合加工，于是在人的大腦中就產生了對客觀事物的各種屬性、各個部分及其相互關系的綜合的整體的映象，這便是知覺。

知覺

1、知覺的基本特性

1）知覺的整體性。把知覺對象的各種屬性、各個部分知覺成為一個統(tǒng)一的有機整體，稱為知覺的整體性。知覺

2）知覺的理解性。根據(jù)已有的知識經驗去理解當前的感知對象，稱為知覺的理解性。 3）知覺的恒常性。當知覺的條件在一定范圍內改變了的時候，知覺的映象仍然保持相對不變，這種特性稱為知覺的恒常性。 4）知覺的選擇性。人們總是按照某種需要或目的主動地有意識地選擇其中少數(shù)事物作為知覺的對象，對它產生突出清晰的知覺映象，而對同時作用于感官的周圍其他事物則呈現(xiàn)隱退模糊的知覺映象，從而成為烘托知覺對象的背景，這種特性稱為知覺的選擇性。知覺

知覺

影響知覺選擇性的因素，主要有：知覺對象與背景之間的差別越大，對象越容易從背景中區(qū)分出來，如萬綠叢中的一點紅；在固定不變或相對靜止的背景上，運動著的對象最易成為知覺對象；刺激物各部分相互關系的組合，如彼此接近的對象比相隔較遠的對象。彼此相似的對象比不相似的對象易于組合在一起，而成為知覺的對象；人的主觀因素，如任務、目的、知識、興趣、情緒等不同，則選擇的知覺對象也不同。視覺 三、視覺

光、對象物、眼睛是構成視覺現(xiàn)象的三個要素。但視覺系統(tǒng)并不只是眼睛，從生理學角度看，它包括眼睛和腦；從心理學角度看，它不僅包括當前的視覺，還包括以往的知識經驗。換句話說，視覺捕捉到的信息，不只是人體自然作用的結果，而且也是人的觀察與過去經歷的反映。（一）視覺器官與視覺 人的視覺器官是眼，它由眼球及其輔助結構（包括眼球外肌和眼瞼等）組成。

視覺 看近物時，晶狀體曲率增加。反之，看遠物時，晶狀體曲率減小。瞳孔是虹膜中央的圓孔，作用是調節(jié)入眼的光量。當強光時，瞳孔縮小，減少進眼的光量，以保護視網膜不受過強刺激；弱光時，瞳孔開大，增加進眼的光量，使視網膜能得到足夠的刺激。 看近物時瞳孔縮小，看遠物時瞳孔開大，都是使視網膜上成像清晰的一種調節(jié)。視覺

視網膜是眼的感光部分，內有兩種感光細胞：錐細胞和桿細胞。 錐細胞專司晝光覺和色覺，對物體的細小結構和顏色，具有高度的分辨能力，對弱光則不如桿細胞敏感。桿細胞專司暗光覺，只感知明暗和物體的粗大輪廓。根據(jù)感光細胞在視網膜上分布的情況，視覺可分為中央視覺和周圍視覺。視覺（二）視覺特征

1、視角與視力

視角是被看目標物的兩點光線投入眼球時的交角。如圖所示，視角（單位為“′”’）與觀察距離L和被看目標物上兩點之間的直線距離D有關，即視覺 眼睛能分辨被看目標物最近兩點的視角，稱為臨界視角。

視力是眼睛分辨物體細節(jié)能力的一個生理尺度，用臨界視角的倒數(shù)來表示，即

視力=1/臨界視角

視覺

認清物體形狀的視力為中心視力。在暗環(huán)境中辨別物體形狀的視力為夜視力。兩只眼睛中所形成的物像，融合為雙眼單視后，可用以辨別物體高低、深淺、遠近、大小，這種辯別物體立體位置的視力稱為立體視力。視覺

2、色覺

視覺 人眼感受色光刺激是由視網膜上的錐細胞承擔的。三原色學說認為，視網膜上有三種錐細胞，分別感受紅、綠、藍三種基本顏色。當三種錐細胞受到同等程度的強刺激時，會引起消色的感覺，即同等強刺激產生白色效果，同等中等強度刺激產生灰色效果，同等弱刺激產生黑色效果。如果受到不同強度的刺激，則引起其他各種顏色感覺。視覺 對視野中某一顏色的感覺，由于受到鄰近顏色的影響而發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為色對比，例如在紅色背景上放一小塊灰色紙，注視幾分鐘后，這塊灰紙就會表現(xiàn)出略帶綠色。每種顏色在其鄰近區(qū)域誘導出它的補色，或者由于兩種相鄰顏色的互相影響而使每種顏色在其鄰近區(qū)域誘導出它們各自的補色，這種對比叫做同時對比。另外，如果先凝視一紅點，幾秒鐘后移視灰色卡片，可見卡片上有一綠點；如先注視一綠點，幾秒鐘后移視灰色卡片，可見卡片上有一紅點（黃和藍也有類似現(xiàn)象），此現(xiàn)象稱為繼時對比。

視覺 人停止注視某一顏色之后，在一個短時間內，眼前還會有這種顏色，稱為后像。仍能見到的顏色與注視色相同者稱正后像，見到的顏色是被注視的顏色的補色，就是負后像。視覺

3、視野1）一般視野。視覺 人眼在垂直方向3°和水平方向3°的范圍內看到的物體，其映像落在視網膜的黃斑中央的中央凹上，上下、左右視野均只有1.5°左右，這就是最佳視區(qū)。在垂直面內水平視線以下30°和水平面內零線左、右兩側各15°的范圍內，獲得的物像最清晰，為良好視野范圍。在垂直面內水平視線以上25°，以下35°，在水平面內零線左、右各35°的視野范圍為有效視野范圍。視覺

2）色覺視野。

視覺

4、視距

視距是人在操作系統(tǒng)中正常的觀察距離。一般應根據(jù)觀察目標的大小和形狀以及工作要求確定視距。通常，觀察目標在560mm處最為適宜，小于380mm時會引起目眩，超過760mm時細節(jié)看不清。此外，觀察時頭部轉動角度，左右均不宜超過45°，上下均不宜超過30°。當視線轉移時，約97％時間的視覺是不真實的，所以應避免在轉移視線中進行觀察。視覺視覺

5、對比感度 人眼剛剛能辯別到物體時，背景與物體之間的最小亮度差稱為臨界亮度差。臨界亮度差與背景亮度之比稱為臨界對比。臨界對比的倒數(shù)稱為對比感度。視覺 其關系式如下：

式中：——臨界對比；——臨界亮度差；——背景亮度；——物體的亮度；——對比感度

視覺 6、視覺適應

視覺適應是人眼隨視覺環(huán)境中光量的變化而感受性發(fā)生變化的過程。

暗適應是人由明亮的環(huán)境轉入暗環(huán)境，在暗環(huán)境中視網膜上的桿細胞感受弱光的刺激，使視覺感受性逐步提高的過程。

明適應是人由暗環(huán)境轉入明亮的環(huán)境，桿細胞失去感光作用而視網膜上的錐細胞感受強光的刺激，使視覺閾限由很低提高到正常水平。視覺

7、眼球的運動規(guī)律1）眼球的水平運動比垂直運動快，因此一般先看到水平方向的東西，后看到垂直方向的東西。眼球的左右方向運動不像上下方向運動那樣容易疲勞，而且對水平方向的尺寸比例的估計要比對垂直方向的準確得多。 2）視線習慣于從左到右和從上往下移動，看圓形物體總是沿順時針方向看得迅速。視覺 3）當對象物偏離視中心時，在偏離距離相同的情況下，人眼對左上方的觀察優(yōu)于對右上方，對右上方的觀察又優(yōu)于對左下方，對右下方的觀察最差。4）兩眼球的運動是協(xié)調的、同步的，不可能一只眼球轉動而另一只眼球不動，也不可能一只眼睛看東西，而另一只眼睛不看。聽覺 四、聽覺1、聲音與測量

（1）聲波的頻率。 一般情況下，人耳對20～20000HZ頻率范圍內的聲音較敏感，其敏感程度隨頻率而變，且存在著個體差異。

（2）聲音的強度。聲強是根據(jù)單位面積上的能量來定義的，比如瓦特每平方米。因為一般情況下能量的數(shù)值都很大，所以通常用對數(shù)來描述聲強。貝爾B是測量時使用的基本單位。貝爾值是兩個聲強比率的對數(shù)。實際上，更方便、更普遍聲強測量的單位是分貝（dB），ldB＝0.1B。

聽覺聽覺 多數(shù)的聲音測量儀器并不能直接測量聲音的能量，但是，聲音會改變空氣的壓力，而這些氣壓的振動是能夠直接進行測量的。聲音的能量是與聲壓的平方成正比的，因此，單位是分貝的聲壓級（SPL）定義如下。聽覺 最常用的參考值P0是20μN/m2，或者稱為20微帕斯卡或微巴。這個聲壓相當于強度非常低的1000Hz的純音階，正常的成年人在理想的狀態(tài)下也幾乎聽不到這樣的聲音。P1是要測量的聲音的聲壓。 工程中的信噪比實際上就是指一個信號與背景噪音的分貝之差。聽覺

（3）復合音。 復合音可以用兩種方式表示：一種是由幾個單獨的波形疊加成它的波形；另一種是使用音譜來描述復合音，即把聲音分成幾個頻率段，然后測量每一范圍內的聲強，這就要使用頻率段分析方法。范圍越窄，音譜就分得越細，音階也就越多。聽覺2、聽覺器官 人的聽覺器官是耳。耳包括外耳、中耳和 內耳三部分。

聽覺3、聽覺過程 1）將空氣中的聲波轉變?yōu)闄C械振動。2）將機械振動轉變?yōu)橐后w振動。 3）將液體波動轉變?yōu)樯窠洓_動。聽覺4、聽覺特征

1）接受信息無方向性2）強度辨別閾限 3）頻率辨別閾限 4）方位辨別能力 5）距離知覺

6）掩蔽效應膚覺

五、膚覺 人體皮膚上分布著三種感受器：觸覺感受器、溫度感受器和痛覺感受器。

1、觸覺觸覺是微弱的機械刺激觸及了皮膚淺層的觸覺感受器而引起的，而壓覺是較強的機械刺激引起皮膚深部組織變形而產生的感覺，由于兩者性質上類似，通常稱觸壓覺。膚覺

觸覺的生理意義是能辨別物體的大小、形狀、硬度、光滑程度以及表面機理等機械性質的觸感。在人機系統(tǒng)的操縱裝置設計中，就是利用人的觸覺特性，設計具有各種不同觸感的操縱裝置，以使操作者能夠靠觸覺準確地控制各種不同功能的操縱裝置。 皮膚的不同區(qū)域對觸覺敏感性有相當大的差別，這種差別主要是由于皮膚的厚度、神經分布狀況引起的。如面部、口唇、指尖等處的觸點分布密度較高，而手背、背部等處的密度較低。膚覺

2、溫度覺溫度覺分為冷覺和熱覺兩種。這兩種溫度覺是由兩種不同范圍的溫度感受器引起的。人體的溫度覺對保持機體內部溫度的穩(wěn)定與維持正常的生理過程是非常重要的。

膚覺3、痛覺

凡是劇烈性的刺激，不論是冷、熱接觸，或是壓力等，膚覺感受器都能接受這些不同的物理和化學刺激，而引起痛覺。 機體不同部位的痛覺敏感度不同；皮膚和外粘膜有高度痛覺敏感性；角膜的中央，具有人體最痛的痛覺敏感性。痛覺具有很大的生物學意義，因為痛覺的產生，將導致機體產生一系列保護性反應來回避刺激物，動員人的機體進行防衛(wèi)或改變本身的活動來適應新的情況。嗅覺六、嗅覺

鼻子是探測各種氣味的一個敏感的器官，它的敏感程度依靠物質的特點和用力吸的程度。盡管人們的嗅覺很靈敏，但往往有很高的錯誤警報率，一般都是把沒有氣味誤認為有氣味了。嗅覺

嗅覺的用途并不是很廣，原因之一就是信息的來源不可靠，因為人們對不同氣味的敏感程度差異很大；不新鮮的空氣可能降低敏感程度；人們對氣味適應的很快，片刻之后，對這種氣味的感覺就會麻木；氣味的傳播很難控制。本體感覺

七、本體感覺 1、平衡覺

平衡覺是人對自己頭部位置的各種變化及身體平衡狀態(tài)的感覺。平衡覺感受器位于內耳的前庭器官——半規(guī)管和耳石器中。 壺腹脊的適宜刺激是旋轉加速和旋轉減速運動 囊斑的適宜刺激是直線加速和直線減速運動本體感覺本體感覺

影響平衡覺并導致失去平衡的因素主要有：酒（當喝多了的時候可引起頭暈或失去平衡）；年齡（老年人常有一些內耳神經類型的損傷，因而造成眩暈、迷失方向）；恐懼（例如由于害怕高空，因而在高處時就眩暈）；突然的運動（如在床上躺幾小時后突然跳起來）；熱緊迫（在夏天的太陽光下工作時間太長可引起頭暈）；不常有的姿勢等。本體感覺

2、運動覺

運動覺是人對自己身體各部位的位置及其運動狀態(tài)的一種內部感覺。運動覺的感受器有三種：一是廣泛分布于全身肌肉中的肌梭，它接受肌肉收縮長短的刺激；二是位于肌腱內的腱梭，它接受肌肉張力變化的刺激；三是關節(jié)內的關節(jié)小體，它接受關節(jié)運動（屈、伸）的刺激。 人的各種操作技能的形成，有賴于運動覺信息的反饋調節(jié)。如熟練的打字。 由此可見，運動覺在隨意運動的精確化和自動化方面有著其他感覺所不能及的作用。第三節(jié)人體的運動系統(tǒng) 工作對人體造成的損害往往是由于：工具的設計沒有考慮人的因素，使工作人員長期采取不科學的姿勢從事工作；或操作者的作業(yè)姿勢不正確等。 人體的運動系統(tǒng)是由骨、骨連接（關節(jié)）和肌肉三部分組成。骨和骨連接構成人體的杠桿系統(tǒng)——骨架。肌肉附著在骨架上，并受神經系統(tǒng)的支配，能牽引著骨繞關節(jié)轉動，人體便產生各種各樣的運動。人體骨骼示意圖

一、骨骼 骨依其所在部位可分為顱骨、軀干骨、四肢骨三部分；其中軀干骨又包括椎骨、肋骨和胸骨。 依其形態(tài)則可分為長骨、短骨、扁骨和不規(guī)則骨四種。 骨骼的主要功能是，骨骼構成人體的支架，有維持體型、支撐軟組織、承擔全身重量的作用；骨骼形成體腔壁，可保護大腦及內臟器官，并能幫助呼吸；骨是人體運動的杠桿，肌肉牽動骨繞關節(jié)轉動，使人體產生各種運動；骨的紅、黃骨髓有造血、儲藏脂肪的功能，骨還是人體內礦物鹽的儲備倉庫。 二、關節(jié)1、關節(jié)的基本構造 骨與骨以結締組織連接構成關節(jié)，關節(jié)的基本構造包括關節(jié)面、關節(jié)囊和關節(jié)腔。關節(jié)的輔助結構包括韌帶、關節(jié)盤、關節(jié)孟緣等。

2、關節(jié)的類型根據(jù)關節(jié)面的形態(tài)和運動形式，關節(jié)可分為單軸關節(jié)、雙軸關節(jié)和多軸關節(jié)。

根據(jù)關節(jié)中骨的多少可分為，單關節(jié)，由兩塊骨構成，如肩關節(jié)。復關節(jié)，由兩塊以上的骨構成的，如肘關節(jié)。還有兩個或兩個以上結構完全獨立，但必須同時進行運動的聯(lián)合關節(jié)，如下頜關節(jié)。 根據(jù)連接組織的性質和活動情況，關節(jié)可分為不動關節(jié)，兩骨之間以結締組織相連接，中間沒有任何間斷和裂縫，這種連接又叫無腔縫的骨連接。根據(jù)骨連接組織的不同，又可分為韌帶連接、軟骨結合和骨性結合三種；動關節(jié)（即關節(jié)），骨與骨之間的連接組織中有腔隙，失去連續(xù)性。人體中絕大部分的骨連接為此種類型；

半動關節(jié)，介于動關節(jié)和不動關節(jié)之間的過渡的連接形式，其特點是兩骨間以軟骨組織相連接。半動關節(jié)的活動范圍很小，如恥骨聯(lián)合。

3、關節(jié)的運動

（l）滑動運動：這是一種最簡單的運動，相對關節(jié)面的形態(tài)基本一致，活動量微小。 （2）角度運動：鄰近的兩骨繞軸離開或收攏，可產生角度的增大或減小。①屈、伸運動。關節(jié)沿矢狀面運動，使相鄰關節(jié)的兩骨互相接近，角度減小時為屈；反之為伸。 ②內收、外展運動。關節(jié)沿冠狀面運動，骨向正中面移動者稱為“內收”，反之稱為“外展”。 （3）旋轉運動。骨環(huán)繞垂直軸運動時稱為旋轉運動。骨由前向內側旋轉時，稱為“旋內”；相反，向外側旋轉時則稱為“旋外”。 （4）環(huán)轉運動。骨的上端在原位轉動，下端則作圓周運動，全骨活動的結果猶如描繪一個圓錐體的圖形，這樣的運動稱為“環(huán)轉運動”。

三、肌肉 肌肉在人體上分布很廣，根據(jù)其形態(tài)、功能和位置等不同的特點，可分為3種類型：骨骼肌、平滑肌和心肌。附著在骨骼上的肌肉稱骨骼肌，骨骼肌有橫紋，其收縮受人的意志支配。平滑肌大都構成臟器的壁，故又稱內臟肌。心肌分布在心臟的壁上，其運動不受意志支配。1、肌肉的組織結構骨骼肌的形狀一般可分為長肌、短肌、闊肌、輪匝肌四種。

2、骨骼肌的物理特性

①收縮性：表現(xiàn)為肌肉纖維長度的縮短和張力的變化。 ②伸展性 ③彈性 ④粘滯性3、肌肉收縮的機理和形式（1）肌肉收縮機理 （2）肌肉收縮的形式①等長收縮。肌肉收縮所產生的拉力等于外界阻力時，肌肉的長度不變，這種收縮形式稱為等長收縮。等長收縮所產生的力主要用以維持身體一定的姿勢。肌肉等長收縮，未使物體產生位移，故肌肉未做外功。

②非等長收縮。肌肉收縮所產生的拉力不等于外界阻力時，肌肉的長度發(fā)生改變，這種收縮形式稱為非等長收縮。非等長收縮所產生的動態(tài)性力量是人體實現(xiàn)各種運動的基礎。它包括兩種形式：①當肌肉拉力大于外界阻力時，肌肉長度縮短，稱為向心收縮，如伸手取物、舉起重物等，此時，肌肉收縮所產生的動態(tài)性力量使物體發(fā)生了位移，因而肌肉做了外功；②當肌肉拉力小于外界阻力時，肌肉雖然積極收縮，但還是被拉長了，這種收縮形式稱為離心收縮，此時，肌肉收縮所產生的能量轉化為熱能。

4、肌肉收縮的力學特征（1）潛伏期

負荷增大，潛伏期延長（2）縮短程度：負荷增大，肌肉縮短程度減少。（3）縮短速度：負荷增大，肌肉縮短速度慢。

5、肌肉收縮的機械效率 肌肉作功時所消耗的總能量E為E=A＋Q 式中：A一完成外功消耗的能量； Q一做內功所消耗的能量。 肌肉收縮的機械效率為6、肌力 肌肉收縮所產生的力通常以肌肉收縮時對外用力所測定的數(shù)值表示。 一個人能產生多大的肌力取決于其肌肉橫截面面積的大小。肌力還與收縮肌肉的長度有關。 影響肌肉力量的因素很多，如遺傳、營養(yǎng)、體重、年齡、性別、訓練狀況等等。 四、人體運動的杠桿原理

阻力矩為P×OD 拉力矩為F×OC

杠桿機械效率為OC/OD

o

CA

B

D

P

F 人體運動的骨杠桿形式基本有三種：

一是平衡杠桿，如圖 頭和頸椎的連結，寰 枕關節(jié)為支點，頸部 背側肌群的起點為力 點，頭的重心為阻力 點，因此支點位于重 心點和力點之間。

二是省力杠桿，如圖， 跖趾關節(jié)為支點，體 重通過小腿骨施加于 踝關節(jié)處而成為阻力 點，腓腸肌的拉力作 用于足跟骨上而成為 力點，因此，重點位 于支點與力點之間。 這種杠桿由于力臂大 于阻力臂，故其機械 效益大于1，因而省力。

三是速度杠桿，髖關節(jié)為 支點，髂腰肌止點為力點， 下肢重心為阻力點，因此， 力點位于支點和重點之間。 這種杠桿由于力臂小于阻 力臂，故其機械效益小于1， 因而費力，但阻力點的移動 速度快，所以是以力的消耗 來換取較快的運動速度。人 體內特別是肢體內大多為速 度杠桿。

五、靜態(tài)肌肉施力

肌肉收縮所產生的力作用于骨，然后再通過人體結構（如手、腳等）作用于其他物體，這一過程稱為肌肉施力。 1、肌肉施力的類型 （1）靜態(tài)肌肉施力

靜態(tài)肌肉施力是依靠肌肉等長收縮所產生的靜態(tài)性力量，較長時間地維持身體的某種姿勢，致使肌肉相應地作較長時間的收縮。 （2）動態(tài)肌肉施力

動態(tài)肌肉施力是對物體交替進行施力與放松，使肌肉有節(jié)奏地收縮與舒張。

在其他操作條件基本相同的情況下，靜態(tài)作業(yè)與動態(tài)作業(yè)相比較，產生如下生理效應：更大的能量消耗；心率加快，血壓升高；需要更長的恢復時間。

2、靜態(tài)肌肉施力特征

由此得出的一個重要的設計準則是：在長時間工作的情況下，不應使操作者的肌肉負荷超過其最大肌力的15％。該曲線稱為Rohmert曲線，可將其用下列數(shù)學表達式給出3、常見靜態(tài)作業(yè)和對人體的影響

常見的靜態(tài)作業(yè)方式有：1）長時間或反復地向前或向兩側彎腰，如車床設計過低或身材高大者操作低車床；2）長時間手持或抓握物體，如手持加工機件，抓握風鉆、鉚槍、焊槍等；3）長時間雙手前伸或手臂懸空抬起，如在設計過高的工作臺上操作小臺鉆等； 4）一只腳支承體重，另一只腳控制機器，如使用像空氣錘那樣的單腳操作的腳踏板裝置；

5）長時間站立在一個位置上，如操作各種機床；6）推拉重物；7）長時間、高頻率地使用一組肌肉，如手指長時間高速敲擊鍵盤等。

4、避免靜態(tài)肌肉施力

為避免靜態(tài)肌肉施力，設計應使操作者盡可能地不出現(xiàn)下列不良作業(yè)姿勢和體位。1）長時間或反復彎腰，尤其是頭和身體向兩側彎曲而造成的多塊肌肉靜態(tài)受力。彎腰使腰背部肌肉靜態(tài)受力而造成能耗明顯增加，坐姿、立姿的能耗大約只有彎腰能耗的2／3。2）長時間地抬手作業(yè)或上臂舉著的作業(yè)姿勢。這種姿勢不僅使手臂和肩部肌肉靜態(tài)受力，而且也影響作業(yè)的精確性。為避免這種狀態(tài)，作業(yè)面應與肘關節(jié)高度相當或在肘關節(jié)以下。

3）負荷不平衡，單側肢體承重或單手操作。4）頭部和眼睛的不自然姿態(tài)，造成頭部和頸部肌肉的靜態(tài)施力。為避免這種狀態(tài)，操作時手最好距離眼睛25～30cm，視線在水平線以下15o的方向。5）長時間的雙手或單手前伸。最頻繁的作業(yè)動作，應該在肘關節(jié)彎曲的情況下即可以完成。

6）靜止不動，特別是長時間地站立于一個位置上。這種作業(yè)姿勢，不僅造成靜態(tài)肌肉施力，而且引起腿部靜脈血壓的增高。所以，通常坐姿作業(yè)比立姿作業(yè)省力。

六、操作動作與作業(yè)姿勢 1、作業(yè)姿勢的基本類型

人在日常生活和生產中，一般有4大基本姿勢，即立姿、端坐姿、靠椅坐姿和臥姿。根據(jù)支持軀體的方式又可將上述4種基本姿勢劃分為34種姿勢，其中立姿7種、端坐姿14種，靠椅坐姿10種、臥姿3種。

影響作業(yè)姿勢的因素很多，主要有以下幾個方面。①作業(yè)空間的大小及照明條件，變換姿勢的可能性。②體力負荷的大小及用力方向，作業(yè)所要求的準確度和速度。③工作場所的布置，工具設備與材料的位置以及取用、操作的方法。④作業(yè)的方式、方法以及操作時的起坐頻率。

⑤工作臺面與座椅的高度，有無足夠的容膝空間。⑥操作者隨意采取的體位。

2、確定作業(yè)姿勢的一般原則 不同的人體姿勢所造成的肌肉負荷一般可用伴隨肌肉收縮所產生的生物電位的變化即肌電圖來顯示。

在確定作業(yè)姿勢時，一般遵循如下原則。

①操作者的作業(yè)姿勢一般以坐姿為好，其次是坐一立姿。當工作過程非立姿不可時，才選擇立姿。②應盡可能的使操作者采取平衡姿勢，避免因作業(yè)姿勢不當而給肌肉、關節(jié)和心血管系統(tǒng)造成不必要的負擔。③作業(yè)過程中，應使操作者能自由地變換多種體位，盡可能的使操作者身體處于舒適狀態(tài)。當強制保持的姿勢無法避免時，應設置適當?shù)闹挝?④確定作業(yè)姿勢應與肌力的使用以及作業(yè)動作相聯(lián)系，三者應相互協(xié)調。

3、立姿 在下列情況下宜采取立姿作業(yè)。①常用的控制器分布在較大區(qū)域，遠遠超出坐姿的最大可及范圍時。②需要用較大肌力的作業(yè)，而坐姿不可能達到時。③沒有容膝空間的機器作業(yè)，坐著反而不如站著舒適時。 ④需要頻繁坐、立的作業(yè)。因為頻繁起坐所消耗的能量比立姿的耗能量還大。 ⑤單調的易引起心理性疲勞的作業(yè)。

4、坐姿

在下列情況下應采用坐姿作業(yè)。①持續(xù)時間長的靜態(tài)作業(yè)。②精密度較高而又要求細致的作業(yè)。③需要手足并用的作業(yè)。④要求操作準確性高的作業(yè)。5、坐一立姿

坐一立姿是指在作業(yè)過程中既可以坐也可以站立，坐、立交替，但以坐姿為主。坐著可以解除站立所引起的下肢肌肉酸痛感，而站立又可放松坐著引起的腰部肌肉緊張，所以坐、立交替可以消除不同部位的肌肉負荷。第四節(jié)能量代謝

一、人體作業(yè)時的能量代謝1、人體能量的產生機理 補充ATP的過程稱為產能。產能一般通過三種途徑完成。

第四節(jié)能量代謝（1）ATP—CP系列

在要求能量釋放速度很快的情況下，肌細胞中的ATP由磷酸肌酸（CP）與二磷酸腺苷合成予以補充：

ATP—CP系列提供能量的速度極快，但由于CP在人體內的貯量有限，其產能過程只能維持肌肉進行大強度活動幾秒鐘。第四節(jié)能量代謝

（2）、需氧系列

在中等勞動強度下，ATP以中等速度分解，又通過糖和脂肪的氧化磷酸化合成得到補充，即 由于這一過程需要氧參與合成ATP，故稱為需氧系列。 在合成的開始階段，以糖的氧化磷酸化為主，隨著持續(xù)活動時間的延長，脂肪的氧化磷酸化轉為主要過程。

第四節(jié)能量代謝（3）乳酸系列

在大強度勞動時，能量需求速度較快，相應ATP的分解也必須加快，但受到供氧能力的限制。此時，則靠無氧糖酵解產生乳酸的方式提供能量，故稱為乳酸系列：第四節(jié)能量代謝第四節(jié)能量代謝

氧債示意圖2、作業(yè)時人體的耗氧動態(tài)

氧債示意圖3、能量代謝和能量代謝率

人體能量產生和消耗稱為能量代謝。人體代謝所產生的能量等于消耗于體外做功的能量和在體內直接、間接轉化為熱的能量的總和。 （1）基礎代謝

生理學將人清醒、靜臥、空腹（食后10h以上）、室溫在20℃左右這一條件定為基礎條件。人體在基礎條件下的能量代謝稱為基礎代謝。單位時間內的基礎代謝量稱為基礎代謝率，用BR表示。它反映單位時間內人體維持最基本的生命活動所消耗的最低限度的能量。

（2）安靜代謝

安靜代謝是作業(yè)或勞動開始之前，僅為了保持身體各部位的平衡及某種姿勢條件下的能量代謝。安靜代謝量包括基礎代謝量。通常也可以常溫下基礎代謝量的120％作為安靜代謝量。安靜代謝率用RR表示。

（3）活動代謝

活動代謝亦稱勞動代謝、作業(yè)代謝或工作代謝。它是人在從事特定活動過程中所進行的能量代謝?；顒哟x率（用MR表示）應為

其中AR為在實際活動中測得的能量代謝率。

（4）相對能量代謝率

衡量勞動強度的大小 除利用實測方法之外，還可用簡易方法近似計算人在體力勞動中的能量消耗，其計算公式為

4、影響能量代謝的因素

作業(yè)方法不同，能量消耗也不同。S·R德塔等人對搬運重物的七種方式進行了研究，測得相應的氧耗量，如圖所示。

各種不同姿勢的相對氧耗量，如圖所示。6、能量代謝的測定能量代謝的測定方法有兩種，直接法和間接法。

直接法是通過熱量計測定在絕熱室內流過人體周圍的冷卻水升溫情況，換算成能量代謝率；

間接法是通過測定人體消耗的氧量，再乘以氧熱價求出能量代謝率。 通常把1g供能物質氧化時所釋放出的熱量，稱為物質的卡價。物質氧化時，每消耗1L氧所產生的熱量稱為物質的氧熱價。 相對代謝率計算式又可寫成 二、勞動強度

勞動強度是以作業(yè)過程中人體的能耗量、氧耗量、心率、直腸溫度、排汗率或相對代謝率等作為指標分級的。由于最緊張的腦力勞動的能量消耗一般不超過基礎代謝的10％，而體力勞動的能量消耗可高達基礎代謝的10～25倍，因此，以能量消耗或相對代謝率作為指標制訂的勞動強度分級，它只適用于以體力勞動為主的作業(yè)。1、國外的勞動強度分級

國外常用的克里斯坦森（Christensen）標準是以能耗量和氧耗量作為分級標準來劃分不同勞動強度的。該標準所依據(jù)的為歐美人的平均值，即體重70kg、體表面積1.84m2。所分等級為輕、中等、強、極強、過強五級。2、我國的勞動強度分級

我國于1983年制訂了按勞動強度指數(shù)劃分的《體力勞動強度分級》國家標準（GB3869-83），如表 該標準是以勞動時間率和工作日平均能量代謝率為標準制訂的，能比較全面地反映作業(yè)時人體負荷的大小。勞動強度指數(shù)的計算公式如下

式中：I——勞動強度指數(shù)；

T——勞動時間率；

M——8h工作日能量代謝率；3——勞動時間率計算系數(shù)；7——能量代謝率計算系數(shù)。

勞動時間率為一個工作日內凈勞動時間（即除休息和工作時間持續(xù)1min以上的暫停時間外的全部活動時間）與工作日總時間的比，即工作日內凈勞動時間/工作日總時間（%）?？赏ㄟ^抽樣測定，取其平均值。

能量代謝率M的計算方法是：根據(jù)抽樣計算各項作業(yè)活動與休息的能量代謝率ye，分別乘以相應累計時間，得出工作日內能量消耗總值，再除以工作日制度工作時間，即得出工作日平均能量代謝率M。ye用下列公式計算： 當肺通氣量x值在3.0～7.3L／（min·m2）時，

當肺通氣量x值在8.0～30.9L／（min·m2）時， 當肺通氣量在7.3～8.0L／（min·m2）之間時，采用上述二式的均值確定ye值。

三、最大能量消耗界限

人體的最佳工作負荷是指在正常情景中，人體工作8h不產生過度疲勞的最大工作負荷值。最大工作負荷值通常是以能量消耗界限、心率界限以及最大攝氧量的百分數(shù)表示。國外一般認為，能量消耗5kcal／min、心率110～115次/min、吸氧量為最大攝氧量的33％左右時的工作負荷為最佳工作負荷。

能量消耗界限，即一個工作日（8h）的總能量消耗應在1400～1600kcal之間，最多不超過2000kcal。若在不良勞動環(huán)境中進行作業(yè)，上述能耗量還應降低20％。

對于重強度勞動和極重（很重）強度勞動，只有增加工間休息時間即通過勞動時間率來調整工作日中的總能耗，使8h的能耗量不超過最佳能耗界限。

對于在一個工作日中，勞動時間與休息時間各為多少以及兩者如何合理配置，德國學者米勒認為：一般人連續(xù)勞動480min而中間不休息的最大能量消耗界限為4kcal/min，這一能量消耗水平也被稱為耐力水平。如果作業(yè)時的能耗超過這一界限，勞動者就必須使用體內的能量貯備。為了補充體內的能量貯備，就必須在作業(yè)過程中，插入必要的休息時間。假定標準能量貯備為24kcal，要避免疲勞積累，則工作時間加上休息時間的平均能量消耗不能超過4kcal／min。

設作業(yè)時增加的能耗量為M，工作日總工時為T，其中實際勞動時間為T勞、休息時間為T休，則 式中：Tr——休息率；

Tw——勞動時間率。

由于實際勞動時間為24kcal能量貯備被耗盡的時間，所以

由于要求總的能量消耗滿足平均能量消耗不超過4kcal/min，所以

例已知作業(yè)時能量消耗量為8.5kcal／min，安靜時能量消耗量為1.5kcal／min，求作業(yè)與休息時間及勞動時間率。作業(yè)時增加的能耗量勞動時間休息時間休息率勞動時間率第五節(jié)心血管與呼吸系統(tǒng) 一、心臟1、心臟組織

心臟解剖圖心臟工作示意圖心臟的結構是與它的功能相適應的。心臟的肌肉發(fā)達，因而能夠強有力地收縮，就像泵一樣，能夠將血液泵至全身，上至大腦，下至手指和腳趾。即使你做倒立時，血液也能向上流到腳趾。

心臟其實是由左右兩個“泵”同時協(xié)同工作的，兩個“泵”的中間由一層厚厚的肌肉壁分隔開。左側收集來自肺部的血液，并將這些血液泵至全身；右側收集來自全身其他部分的血液，并將這些血液泵至肺

（1）體循環(huán) 左心房→左心室→主動脈→毛細血管→靜脈→右心房 （2）肺循環(huán) 右心房→右心室→肺動脈→肺泡毛細血管→肺靜脈→左心房2、心肌的生理特征 心肌細胞都具有橫紋，這些細胞的連接處的結構叫做“閏盤”。相鄰細胞的膜在閏盤處融合，使動作電位從一個細胞傳至另一個細胞。

（1）自動節(jié)律 自動節(jié)律是指心肌能自動地按一定節(jié)律產生興奮的能力。心臟的自動節(jié)律性是心臟的特殊傳導系統(tǒng)所產生的。

（2）傳導性

是指一處產生興奮能沿細胞膜擴布的特性。心室或心房的任何一個細胞發(fā)生電位變化，都能傳導到整個心室肌或心房肌。 （3）興奮性

興奮性是指心肌對刺激具有的反應能力。心肌興奮性的高低可用閾值表示。閾值高，表示興奮性低；閾值低，表示興奮性高。心肌接受刺激發(fā)生興奮后，要經歷以下3個時期。

①絕對不應期：對任何強度的刺激不發(fā)生反應，其時間等于整個收縮期加上舒張期。 ②相對不應期：對于閾值以上的刺激發(fā)生反應； ③超常期：對于低于閾值的刺激也產生興奮，而后恢復正常。

（4）收縮性 收縮性是指心肌接受刺激而興奮，肌肉發(fā)生收縮的特性。3、心動周期與心率

（1）心動周期

心動周期是指心房或心室收縮和舒張一次的時間。心動周期的長短與心率有關。 （2）心率（HR）

心率是單位時間內心臟搏動的次數(shù)。正常人安靜時的心率為75次／min。心率增加的限度即最大心率隨年齡的增長而逐漸減小，可用年齡來推算（最大心率=220一年齡）。 最大心率與安靜心率之差稱為心搏頻率儲備，可用來表示體力勞動時心率可能增加的潛在能力。4、搏出量和心輸出量

心臟每搏動一次，由左心室射入主動脈的血量稱為每搏輸出量（SV）。每分鐘由左心室射出的血量稱為心輸出量（Q）。心輸出量為每搏輸出量與心率的乘積。 即

5、心率與勞動的關系

Harvard采用臺階試驗來評價心血管系統(tǒng)。測驗時，受試者以30次/min的速度上下一個500mm高的板凳，踏凳5min后，計數(shù)l～1.5min的心率（可用遙測儀），如果堅持不了5min，可記下實際時間，然后測量恢復期的心率l～1.5min。完成5min踏凳的人，心率超過100次/min屬于差；77-99次/min屬于中；70次以下屬于優(yōu)。

二、血壓與脈搏

1、血管的機能特點 （1）動脈

主動脈和大動脈的管壁厚，堅韌而富有彈性，叫做“彈性血管”。它能緩沖血壓波動，小動脈和微動脈管壁收縮性好，可以改變血管口徑血流阻力，叫做“阻力血管”。

（2）毛細血管 此種血管的數(shù)量極大，血流速度極慢，它的管壁薄，其內有一層內皮細胞，其外有一層基膜，通透性好，是血液與組織液交換的部位，叫做“交換血管”。

（3）靜脈

靜脈血管口徑粗大；管壁較薄，易擴張，容量大，循環(huán)系統(tǒng)有66％～70％的血液在靜脈系統(tǒng)中，故叫“容量血管”。靜脈血管管壁有一定的舒縮性，可改變靜脈容量，調整循環(huán)血量。三種血管關系示意圖

動脈不斷分支，管徑也由大變小，最后變成了毛細血管（capillary）動脈和靜脈的橫切面

動脈（artery）是將血液從心臟（heart）輸送到身體各部分去的血管。從心臟射出的血液壓力較高，因此，動脈的管壁較厚、彈性大，管內血流的速度快。而靜脈的管壁較薄、彈性也小，管內血流的速度慢 2、血流量

在單位時間內流過血管某一截面的血量稱為“血流量”，也叫“容積速度”。血流量的大小取決于兩個因素，即血管兩端的壓力和血管對血流的阻力。 按照流體力學的一般規(guī)律，在一段管道中，液體的流量與該段管道兩端的壓力差成正比，而與管道的阻力成反比，循環(huán)系統(tǒng)血流量的規(guī)律也是如此。3、血壓

血壓是血管內的血液對于單位面積血管壁的側壓力，通常多指血液在體循環(huán)中的動脈血壓，一般以毫米汞柱（mmHg）為單位（lmmHg=133.32Pa）。

4、動脈脈搏

每一個心動周期，由于大動脈內壓力和容積變化所形成的搏動，稱為動脈脈搏。動脈脈搏產生后沿著血管壁向末梢傳播出去，因此，在淺表的動脈上可用手摸到這種搏動。 在勞動和運動中，常用測定脈搏來了解勞動強度和運動量對人體的影響。

三、呼吸1、外呼吸

大氣與肺之間的氣體交換叫做外呼吸。 呼吸是借大氣與肺泡之間的壓力差進行的。

膈肌的運動

肺內氣體的總量包括以下4部分。

（1）潮氣量：潮氣量為一次呼吸中進入或排出肺部的氣量。在安靜狀態(tài)下，潮氣量為500mL左右。（2）補吸氣量：是在潮氣量之外再吸入的氣體量，一般為1500～2200mL。 （3）補呼氣量：是在潮氣量之外再呼出的氣體量，一般為900～1200mL。（4）余氣量：是在最大呼氣之后肺內仍殘留的余氣。

肺活量：經最大深吸氣后，作最大呼氣時所呼出的氣量叫“肺活量”。

肺活量=潮氣量十補呼氣量十補吸氣量

肺通氣量：指單位時間內吸入（或呼出）的氣量叫做肺通氣量。以每分鐘體積為單位計量的稱為每分鐘通氣量。 每分鐘通氣量=潮氣量（呼吸深度）?呼吸頻率（L）2、內呼吸 （1）肺內氣體交換 （2）組織氣體交換肺泡和血液之間的氣體交換血液與組織細胞之間的物質交換示意圖毛細血管是連通于最小的動脈與靜脈之間的血管。毛細血管的內徑僅有8～10微米，只能允許紅