2.2 作业时人体的调节与适应

2.2.1 神经系统的调节与适应

作业时的每一个有目的的动作，既取决于中枢神经系统的调节作用（主观能动性），又取决于从机体内外感受器所传入的各种神经冲动（包括第一和第二信号系统），在大脑皮层内进行综合分析，形成一时性共济联系（transient association）来调节各器官适应作业活动的需要，维持机体与环境的平衡。若长期在同一环境中从事同一项作业活动，通过复合条件反射逐渐形成该项作业操作的自觉习惯的逻辑平衡潜意识，称为动力定型（dy-namic stereotype），又称习惯定型。从开始某项作业时起，机体各器官去适应该作业的需要，这种现象称为始动调节作用。

始动调节作用能使各器官在该项作业过程中相互配合与协调，使反应更迅速，能量消耗更经济。动力定型在建立时虽较困难，但一经建立，对提高作业能力极为有利，故应积极利用神经系统的这一特性，设法建立起良好的动力定型。建立动力定型应循序渐进，注意节律性和重复性。若改变动力定型，就必须破坏已建立的动力定型，用新的动力定型代替，这对大脑皮层细胞是一种很大的负担，若转变过急，可能导致高级神经活动的紊乱。因此，当作业性质或操作复杂程度需要做较大的变动时，不可操之过急，必须进行重新训练，这对保障身体健康和避免发生事故具有重要意义。由此可见，中枢神经系统的机能状态，对作业时肌体的调节和适应过程起着决定性作用。

体力劳动还会影响感觉器官的功能，适当的轻度作业能使眼睛的暗适应敏感性提高，而大强度作业会使眼睛的暗适应敏感性下降；重作业和大强度作业能引起视觉及皮肤感觉的时滞延长，作业后数十分钟才能恢复；而适度的轻作业后，视觉及皮肤感觉的时滞反而会缩短。

2.2.2 心血管系统的调节与适应

1．心率

心率是单位时间内心脏搏动的次数。正常人安静时的心率为75次/min。心率增加的限度即最大心率随年龄的增长而逐渐减小，可用年龄来推算（最大心率=220-年龄）。最大心率与安静心率之差称为心博频率储备，可用来表示体力劳动时心率可能增加的潜在能力。

从事体力作业时，心率在作业开始后的30～40 s内迅速增加，大约经4～5min，即可达到与劳动强度相适应的水平。强度较小的体力劳动，心率增加不多，在很快达到与劳动强度相适应的水平后，即随作业的延续而保持在该恒定水平上。而强度很大的劳动，心率将随作业的延续而不断加快，直到个体的最大心率值，通常可达150～195次/min。上述两种劳动强度下的心率变化如图2.6所示。

作业停止后，由于氧债的存在，心率需经过一段时间才能恢复到安静状态时的心率。一般作业停止后在几秒到15s后心率开始迅速减小，然后在15min内缓慢恢复到安静心率。恢复期的长短与劳动强度、工间休息、环境条件以及个体的健康状况有关。

心率通常可作为衡量劳动强度的一项重要指标。若以该项指标为标准，对于健康男性，作业心率为110～115次/min（女性应略低于此值）；作业停止后15min内恢复到安静心率时，则认为体力劳动负荷处于最佳范围，可以连续工作8h。若在作业停止后0.5～1min测得心率不超过1 10次/min，在2.5～3min测得心率不超过90次/min，满足该两项条件时，也可连续工作8h。

2．心输出量

心脏每搏动一次，由左心宝射入主动脉的血量称为每搏输出量。每分钟由左心室射出的血量称为心输出量。心输出量为每搏输出量与心率的乘积。正常男性成年人安静时，每搏输出量约为50～70mL，心输出量约为3.75～5.25L/min。女性心输出量比同体重的男性约低10%。一股人心输出量最多可增加到25L/min。

体力作业开始后，在心率加快的同时，每搏输出量迅速而渐进性地增加到个体的最大值。随后心输出量的增加，依赖于心率的加快。中等劳动强度作业时，心输出量可比安静时增加50%，而极大强度的作业，心输出量可高达安静时的5～7倍，作业停止后又逐渐恢复到安静状态时的水平。恢复的快慢，不仅取决于劳动负荷的大小，而且也与个体的健康状况、训练程度等因素有关。

3．血压

血压是血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压力，通常多指血液在体循环中的动脉血压，一般以毫米汞柱（mmHg）为单位（1mmHg=133.32Pa）。正常人安静时的动脉血压较为稳定，变化范围不大。心室收缩时动脉血压的最高值即收缩压为100～120 mmHg，心室舒张时动脉血压的最低值即舒张压为60～80 mmHg。血压还受性别、年龄以及其他生理情况的影响，一般男性略高于女性，老年人高于中青年人，特别是收缩压随年龄增长而升高较舒张压更为明显。此外，体力劳动、运动以及情绪波动时，血压也会出现暂时性升高。

动态作业开始后，主要由于心输出量的增多，收缩压立即升高，并随劳动强度的增加而继续升高，直到最高值；而舒张压却几乎保持不变或略有升高，因此形成收缩压与舒张压之差即脉压的增大，如图2.7所示。脉压逐渐增大或维持不变，是体力劳动可以继续有效进行的标志。

静态作业时动脉血压的变化不同于动态作业。静态作业时即使只有很少的肌肉静态施力，由于肌肉的持续性收缩压迫外周血管，导致血液流动阻力显著增加，从而使收缩压、舒张压、平均动脉压也立即升高，而此时心率和心输出量相对增加较少。

作业停止后，血压迅速下降，一般在5min内即可恢复到安静状态时的水平。但在极大劳动强度作业后，恢复期较长，约需30～60 min才能恢复到作业前的水平。恢复期的长短同时还受环境条件舒适程度的影响。

4．血液的重新分配

人处于安静状态时，血液流向肾、肝及其他内脏器官较多，而体力作业开始后，心脏射出的血液大部分流向骨骼肌，以满足其代谢增强的需要。表2-7列出了安静状态和重体力劳动时血液流量的分配状况。由表可知，进行重体力作业时，流向骨骼肌的血液量较安静时多20倍以上，心肌血流量增加5倍。

2.2.3 其他系统的调节与适应

作业时呼吸的频率随作业强度的增强而增加，重强度作业时可达30～40次/min，极大强度作业时可达60次/min，肺通气量也由安静时的6～8L/min增加到40～120 L/min以上。对于锻炼有素者，肺通气量的增加主要靠增加肺活量来适应；一般作业者则靠加快呼吸频率来适应。作业停止后，呼吸的恢复期比心率、血压恢复期短。

当作业强度比较稳定时，肺通气量的增加一般与氧需的程度相适应，肺通气量的变化在一定程度上能反映机体的氧需。因此，肺通气量可作为作业者作业能力和劳动强度的鉴定指标。

人体在正常条件下每昼夜排尿量为1.0～1.8L。体力劳动后一段时间内，排尿量减少50%～70%，这主要由汗液分泌增加及血浆中水分减少而造成。尿液成分随着劳动强度的变化也有较大的变化，安静时肾脏每小时排出乳酸约20mg，作业时可排出乳酸100～1300mg，并且一些未经完全氧化的代谢产物一同随尿液排出。

汗腺具有调节体温和排泄代谢产物的双重功能。汗液中98%为水分，体力劳动时汗液中的乳酸含量增多。

体力劳动后一段时间内，体温比未作业时略有升高，体温升高的幅度与作业强度、作业持续时间及环境气候条件有关。一般认为正常作业时，体温不应超过安静时的体温1℃，超过这一限度，人体便不能适应，作业也不能持久。

2.2.4 脑力劳动和持续警觉作业的特点

随着科学技术的发展和社会的进步，采用计算机控制的生产过程日益增加和完善，大量繁重体力劳动和职业危害较严重的工种将逐步被机器人所取代，体力劳动的比重和强度将不断减小，而需要智力和神经紧张型的作业则越来越多。例如，通过观察仪表、显示装置操纵复杂机器的工人，飞机和舰艇驾驶员等，除需要具备较高的科学文化水平外，作业时还需要高度集中精力，及时分析处理数据和调节操纵手柄或旋钮等控制器。这类作业者的神经系统相当紧张。

1．脑力作业的生理变化特征

脑的氧代谢较其他器官高，安静时约为等量肌肉耗氧量的15～20倍，占成年人体总耗氧量的10%。

由于脑的重量仅为体重的2.5%左右，大脑即使处于高度紧张状态，能量消耗量的增高也不致超过全身基础代谢的10%。例如，紧张地演算数学题时仅比基础代谢增高3%～4%，剧烈的情绪兴奋时仅比基础代谢增高5%～10%。葡萄糖是脑细胞活动的最主要能源，平时90%的能量都靠它的分解来提供，但脑细胞中储存的糖原甚微，其能量要靠血液输送来的葡萄糖通过氧化磷酸化过程来提供。因此，脑组织对缺氧、缺血非常敏感。但总摄取量明显增高时，并不意味着脑力劳动效率的提高。表2-8列出了不同脑力作业和技能作业的RMR。

脑力劳动时心率减慢。但特别紧张时，可引起舒张期缩短而使心跳加快、血压上升、呼吸频率提高、脑部充血而四肢及腹腔血液减少。脑力劳动时，脑电图的频率加快。

脑力劳动时，血糖一般变化不大或稍有增加，对尿量无任何影响，其成分也无明显变化。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，但对排汗的量与质以及体温均无明显影响。

2．持续警觉作业

持续警觉通常是在刺激环境单调和脑力活动以注意为主条件下，长时间保持的警觉状态。在化工、发电厂、雷达站和自动化生产系统中的仪表监控工作以及舰艇、飞机的驾驶中，都要求作业者长时间地保持警觉状态。

在持续警觉作业中，信号漏报是衡量作业效能下降的指标。信号漏报是指信号已出现，但观察者却报告没有发现信号。随着作业时间的增长，信号漏报比例增高，即发现信号的能力下降。

若以接近感觉阈限的信号即临界信号的出现频率为横坐标，以发现信号频率为纵坐标，即可画出如图2.8所示曲线。该曲线表明，当信号频率增加时，发现信号的百分比也随之增加，但信号频率增加到一定程度后，再继续增加，发现信号的百分比反而下降。由此可见，信号频率存在一个最佳值。作业中，信号频率低于其最佳值时，观察者处于警觉降低状态；而信号频率高于其最佳值时，观察者又处于信息超负荷状态，即超过了人的信息加工能力。因此，两者都将导致作业效能的降低。图2.8中信号频率的最佳值为100～300信号数/30min。

若以觉醒状态为横坐标，以作业效能为纵坐标，可得觉醒—效能曲线，如图2.9所示，它与图2.8所示曲线形状极为相似。觉醒—效能曲线是人机工程学的一条极为重要的理论曲线，通过该曲线可以获得与人的最高作业效能相对应的觉醒状态，即最佳觉醒状态。通常作业性质和作业内容不同，所要求的适合于作业的觉醒水平也不同，如连续进行的内容单调、简单的作业，要求觉醒水平高；而难度大、需要进行复杂判断的作业，则要求觉醒水平低。

影响持续警觉作业效能下降的主要因素有：信号出现时间极不规则，这是造成信号漏报的重要原因；不良的作业环境，如噪声大、温度高、无关刺激的干扰多等；信号强度弱，信号频率不适宜；个体主观状态，如过分激动的情绪、失眠、疲劳等。

持续警觉作业效能，可通过如下措施获得一定程度的改善：适当增加信号的频率和强度，提高信号的可分辨性；根据持续警觉作业效能一般是在监控作业开始30min后逐渐下降的规律，以及有意注意可维持的最长时间，科学安排作业时间；改善不良作业环境，减少无关刺激的干扰；培养和提高作业者良好的注意品质。

2.2.5 劳动强度等级的划分

劳动强度是指作业者在生产过程中体力消耗及紧张的程度。劳动强度不同，单位时间内人体所消耗的能量也不同。

用能量消耗划分劳动强度，只适用于以体力劳动为主的作业。能量消耗指标主要有两种：一种是相对指标（相对代谢率RMR）；一种是绝对指标（劳动强度指数）。

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六个等级，见表2-9。

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五个等级，见表2-10。

我国根据262个工种工人劳动时能量代谢和疲劳感等指标的调查分析，1983年提出了按劳动强度指数划分体力劳动强度等级的国家标准GB 3869—1983,1997年在GB 3869—1983的基础上形成了GB 3869—1997的新标准。我国体力劳动强度分级标准见表2-11。新标准与旧标准相比有如下几方面的优点：

（1）把作业时间和单项动作能量消耗比较客观合理地统一协调起来，能比较如实地反映工时较长、单项作业动作耗能较少的行业工种的全日体力劳动强度，同时亦兼顾到工时较短、单项作业动作耗能较多的行业工种的劳动强度，因而基本上克服了以往长期存在的“轻工业不轻，重工业不重”的行业工种之间分级定额不合理现象的问题。

（2）体现了体力劳动的体态、姿势和方式，提出了体力作业方式系数，这比笼统地提所谓体力劳动进了一大步。

（3）充分考虑到性别差异是本标准的重要特色之一。

体力劳动强度指数计算方法如下。

体力劳动强度指数计算公式为

式中：I——体力劳动强度指数；

T——劳动时间率，%；

M——8h工作日平均能量代谢率，kJ/（min·m2）；

S——性别系数，男性取1，女性取1.3；

W——体力劳动方式系数，搬取1，扛取0.40，推、拉取0.05；

10——计算常数。

劳动时间率（T）为工作日内净工作时间与工作日总工作时间之比，以百分率表示，即

净工作时间是指一个工作日内的制度作业时间，扣除休息和工作中持续一分钟以上的暂停时间后的全部时间。净工作时间通常采用采样方法测得的平均值。

能量代谢率M的计算方法是根据采样，分别计算各项作业活动与休息时的能量代谢率M。

每分钟肺通气量3.0～7.3L时，采用如下公式计算M：

式中：M——能量代谢率，kJ/（min·m2）；

x——单位体表面积气体体积，L/（min·m2）。

每分钟肺通气量8.0～30.9L时，采用如下公式计算M：

式中：M——能量代谢率，kJ/（min·m2）；

x——单位体表面积气体体积，L/（min·m2）。

每分钟肺通气量7.3～8.0L时，M值可采用上面两式的平均值。

将各项作业活动与休息时的能量代谢率分别乘以相应的累计时间，得出工作日内能量消耗总值，再除以工作日制度工作时间，即得出工作日平均能量代谢率M。

另外还必须注意到，在作业过程中除劳动强度之外，生产环境因素（如温度、噪声等条件）和心理因素等也会影响能量消耗的变化。因此在采用能量消耗指标评定或划分劳动强度时，应注意是否受其他因素的影响。因此有人主张除根据能量消耗划分劳动强度等级外，还应结合作业环境条件，采用更切合实际的劳动强度“双重分级法”（dual classifica-tion of work intensity）。

人因工程这门学科对体力劳动强度进行了深入的研究，并提出以动态心率为指标的体力劳动强度分级方法，见表2-12。

【阅读材料2-2】 岗位评价指标体系

进行岗位评价，首先要有一套适用于本企业生产经营特点的岗位功能测评指标体系。岗位评价指标，一般根据四要素原则，即工作责任、劳动技能、劳动强度和劳动条件，每个要素中划分为若干项目。这些要素的具体内容大体上包括了劳动岗位对劳动者的专业技术和业务知识的要求，所消耗体力的要求，应承担的责任和接触有毒有害物质对身体健康的影响程度等。

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