《人体生理特性》PPT课件.ppt

第三章 人体生理特性,第一节 概述第二节 神经系统第三节 感觉系统第四节 人体的运动系统第五节 能量代谢难点第六节 疲劳,第一节 概述,一、人体系统的组成 人作为一个独立的系统从形态和功能上划分为：运动系统、神经系统、感觉系统、消化系统、泌尿系统、生殖系统、循环系统、内分泌系统、呼吸系统共九个子系统。各子系统的功能活动相互联系、相互制约，在神经、体液的支配和调节下，构成完整统一的有机体，进行正常的活动。,二、人机系统,人机界面,信息处理,信息传递,信息传递,输 入,输 出,环境因素,从图中可看出，操作者在人机系统中是一个“环节”。人在系统中的作用：人在操作过程中，机器通过显示器将信息传递给人的感觉器官（如眼睛、耳朵等），经中枢神经系统对信息进行处理后，再指挥运动系统（如手、脚）操作机器的控制系统（控制器等），改变机器所处的状态。由此可见，从机器传来的信息、通过人这个环节，又返回到机器，从而形成一个闭环系统。人机系统所处的外部环境因素（如：温度、照明、噪声、震动等）也将影响或干扰系统的正常运行和效率，因此从广义讲：人机系统又称为人机环境系统。,人的三个主要系统：感觉系统，神经系统，运动系统，其余为辅助系统。1.感觉系统：接收信息，是最早能产生误差的 部位，体现人的“感知能力”；2.神经系统：传导，识别，判断，记忆，决策，“决策正确性，反应快慢等”；3.运动系统：它执行各种操作，“操作效率”。,第二节 神经系统,一、神经系统组成,二、中枢神经系统,1.脊髓,2.脑 脑是中枢神经系统的高级部位，由大脑半球、间脑、中脑、脑桥、延髓和小脑六部分组成。,脑桥 位于延髓的上方，小脑腹侧。它参与或完成头面部肌肉（眼外直肌、咀嚼肌、表情肌）的运动以及某些感觉（面部肤觉、味觉、平衡觉、和听觉）的形成。,延髓 它为脊髓的延续，,它不仅是食物反射（如：唾液分泌、咀嚼、吞咽等）和某些防御反射（喷嚏、咳嗽、呕吐）的中枢，而且是呼吸和循环系统的反射性调节中枢。,大脑半球 位于中枢神经系统的最高部位，被一条纵裂分为左右两个半球，两半球之间通过联合神经纤维联合与沟通，半球表面被覆25mm厚的灰质细胞层，称为大脑皮质。成人的大脑皮质表面积约为1/4平方米，约含有140亿个神经元胞体，它们之间有广泛复杂的联系，是高级神经活动的中枢。,中脑 位于脑桥上方 是视、听、运动的中枢。,间脑 位于脑干上方，由丘脑和下丘脑组成。,小脑 位于颅后窝内，大脑的后下方，它的主要机能是维持身体的平衡，调节与校正肌肉的紧张度和协调肌肉的运动。,躯体感觉区 也称躯体感觉中枢、大脑皮质感觉区。它是皮肤的触、压、冷、温、痛等感觉的高级中枢。躯体运动区 也称躯体运动中枢、大脑皮质运动区。它接受来自肌、腱和关节等处有关身体位置、姿势以及各部分运动状态的本体感觉冲动。运动越精细的部位，如手、舌、唇等代表区的面积越大。除感觉区、运动区外，还有视区、听区、嗅区，以及语言代表区（书写、说话、听话、阅读中枢）,三、周围神经系统,由脑和脊髓发出，其末梢分布于身体各器官和组织的神经系统。它包括脑神经12对、脊神经31对、植物性神经（支配内脏器官）。周围神经的功能：接受来自体内外的各种刺激并将其传导至中枢神经。传递由中枢神经发出的指令并完成运动反应。,第三节 感觉器官,一、概述,视觉：形状、颜色,嗅觉：香味或臭味,触觉：光滑或粗糙程度,味觉：甜、酸或苦,1.感觉与知觉的概念,二、视觉,人在人机系统中的工作效率和可靠性很大程度上取决于视觉显示器与人的视觉功能的匹配。在作业过程中，视觉的应用是频繁的，它是人们认识物质世界和接收信息的重要通道。大约有80%以上的信息都是通过视觉通道获得的。,1.视觉的产生 视觉的产生是由眼、视神经和视觉中枢共同活动来完成的。人的眼睛在光学上就像一架照相机，瞳孔是能变大变小的光圈，视网膜相当底片。2.视觉三要素 光、视看对象、眼睛,3.视角 物质上两点间光线射入眼球时的夹角。正常人眼能分辨的最小视角为1分角。,物体对眼睛所成视角的大小不仅与物体本身的大小有关系还和物体到眼睛的距离有关系。,观察距离,被看目标物上两点之间的直线距离,4.视力 眼睛分辨物体细部的最大能力，此时分辨被看目标物最近两点的视角称为临界视角。,人站在离视力检查表5m处看清第十行“E”，则视力为1.0，即视力正常，此时的临界视角为1。若视力下降，则临界视角值增大。,1）一般视野：当头部和眼球固定不动，眼睛观看正前方物体时，所能看到的空间范围。垂直面内：最大固定视野115 扩大视野150有效视野水平线以上25，以下35,5.视野,水平面内：最大固定视野180 扩大视野190有效视野水平线以上35，以下35,2）色觉视野,各种颜色对眼睛的刺激不一样，因此视野也不同。白色视野最大，其次为黄和蓝，再次为红色，而绿色视野最小。,6.视距,指人在工作中正常的观测距离，视距的远近直接影响着认读的速度和准确性。视力范围与目标距离有关，目标在560mm处最为适宜；小于380mm时令人发生目眩；超过760mm时细节看不清楚。,7.眼球的运动规律,眼球的水平运动比垂直运动快。视线习惯于从左到右、从上到下运动，看圆形物体总是沿顺时针方向看得迅速。人眼对左上方的观察优于右上方，对右上方的观察又优于左下方，右下方的观察最差。两眼球的运动是协调的、同步的。,三、听觉,听觉是重要的感觉（仅次于视觉），其适宜刺激是声音，声音是由振动产生的，震动物体是声音的声源。振动在弹性物质中以波的形式进行传播，所产生的弹性波称为声波。一定频率范围内的声波作用于人耳就产生声音的感觉。对于人来说，只有频率在2020000Hz的声波才能产生声音的感觉。,1.听觉系统1）组成 听觉系统的组成：人耳为听觉系统，它由外耳、中耳、内耳组成。听觉的产生是由耳、听觉神经、听觉中枢共同活动完成的。频率在2020000Hz的声波,2.声音的度量,1）声音的频率：物体每秒钟振动的次数，以f表示，单位为Hz。人耳能感受到的频率范围：2020000 Hz 人到25岁以后开始对1500Hz以上的频率灵敏度显著降低。,2）声音的强度,（1）声压：声波通过传播媒介时产生的压强，用P表示，单位是Pa。（2）听阈声压：人耳听到的最低声压，其值为2x10-5 Pa。（3）痛阈声压：使人耳产生痛觉的声压，其值为20 Pa。（4）声压级 声压与基准声压之比的值取对数再乘以20，单位为分贝（dB）。,通过上式可把声压绝对值表示的数百万倍的变化范围，转为0160 dB的范围。人耳可听到的强度范围是0-120dB，超过120dB耳朵会痛。,声压，Pa,基准声压,四、皮肤感觉,皮肤上分布着三种感受器：触觉、痛觉和温度变化的感觉。1.触觉（压力觉）触觉 微弱的机械刺激触及了皮肤浅层的触觉感受器。压觉 是较强的机械刺激引起了深部组织的变形。触觉的生理意义是能辨别物体的大小、形状、硬度、光滑程度等机械性质的触觉。多数情况下，人都是利用手和指头作为信息的主要感受体。,2.温度觉 分为冷觉和热觉。人体的温度觉对保持机体内部温度的稳定与维持正常的生理过程非常重要。3.痛觉 凡是剧烈性的刺激，不论是冷热接触，或是压力等，肤觉感受器都能接受这些不同的物理和化学刺激，而引起痛觉。,一、运动系统的组成 组成：骨、关节（骨连接）和肌肉 运动的产生：骨和关节构成人体的杠杆系统骨架。肌肉附着在骨架上，并受到神经系统的支配,牵引着骨绕关节转动，人体便产生各种各样的运动。,二、骨骼,成人共有206块骨，其中177块直接参与运动。据其所在部位：躯干骨（椎骨，肋骨，胸骨）、颅骨和四肢骨。据其形态：长骨、短骨、扁骨和不规则骨。作用：构成人体支架 形成人体腔壁 人体运动杠杆 造血、储藏脂肪的功能,三、关节,1.分类：可分为不动关节、半动关节和动关节 1）不动关节。两骨之间无任何间断，即无腔隙的骨连接。可分为韧带连接、软骨连接和骨性结合三种。2）动关节。人体大部分的骨连接形式。具有腔隙，两骨间借骨性膜连接，如四肢骨。3）半动关节。介于动关节和不动关节之间，两骨之间以软骨形式相连接，活动范围很小，如趾连接。,1）滑动运动。相对关节面的形态基本一致，活动是微小的。如腕骨或跗骨（脚背骨）之间的运功。2）角度运动。临近两骨绕轴离开或收拢，可产生角度的增大或减小。A、屈伸运动：肘关节的前臂骨与由肘到肩的部分（肱Gong）的运动。角度减小为屈肘；角度增加为伸肘。B、内收外展运动：如手在腕关节的内收和外展运动。3）旋转运动。胳膊绕肩关节的转动。4）环绕运动。腿做环绕运动。,2.关节运动的基本形式,四、肌肉,.分类：肌肉在人体上分布很广，根据其形态、功能和位置等不同特点，可分为三种类型：骨骼肌：附着在骨骼上的肌肉，收缩受人的意志支配；平滑肌：构成脏器的壁，又称内脏肌；心肌：分布在心脏壁上，运动不受人的意志支配。,.骨骼肌的物理特性收缩性：表现为肌肉纤维长度的缩短。伸展性：受外力可被拉长，外力消除可复原。弹性：肌肉受压变形、外力消除可复原。粘滞性：在肌肉收缩时产生阻力。,五、作业姿势,立姿,端坐姿,靠椅坐姿,卧姿,作业姿势的基本类型和影响因素 基本类型：分为四大基本姿势,2.确定作业姿势的一般原则,（1）一般以坐姿为好，其次是坐立姿，除非立姿不可，才选择立姿。,(2)应尽可能使操作者采取平衡姿势，以避免给肌肉、关节和心血管系统造成不必要的负担。(3)应尽可能使操作者自由变化多种体位，身体处于舒适状态。(4)确定作业姿势应与肌力的使用以及作业动作相联系，三者相互协调。,3.立姿,1）特点：人体的重量主要由骨骼承担，肌肉和韧带的负载最小，人体内各系统如呼吸、消化、血液循环等活动的机械阻力小。,2）适宜情况,常用控制器分布在较大区域。运动超出坐姿的最大可及范围时。需要较大肌力的作业。而坐姿达不到时。没有容膝空间的机器作业，坐着反而不如站着舒服时。需要频繁坐立的作业时。,3）危害：较长时间的立姿作业会引起下肢肌肉酸痛、下肢肿胀（静脉曲张）4）措施：操作者应经常变换体位，同时脚下应铺垫木板，橡胶板、弹性垫子。并安排适当的休息时间及适当的体育运动。以及改善血液循环状况，减少肌肉疲劳。分析普通车床操作,4.坐姿,1）特点：研究表明：A、当放松坐时，背部肌肉负荷小，有利于整个身体的平衡，感觉较舒适，但椎间盘的内压力较大。B、直腰坐时，大腿平放，小腿自然伸地，眼平视，肌肉负荷大，脊椎变形较大。,2）适宜情况 持续时间长的静止作业。精密度较高而又要求细致的作业。要求手足并用的作业。要求操作准确性高的作业。,3）危害：坐姿作业不易改变体位，施力受限制，工作范围也受限制，久坐可导致脊柱变形。4）措施：在作业中，适当变换放松坐和直腰坐两种姿势，既可改变椎间盘的内压力，又可使肌肉得以放松，使脊柱变形减小。5.坐立姿 指在作业中既可以坐也可以站立，坐立交替但以坐为主。,第五节能量代谢,一、概念1.能量代谢:人体能量的产生与消耗 人体代谢产生的能量等于消耗于体外的做功的能量和体内直接间接转化为热的能量总和。2.测量方法 分为直接法和间接法（1）直接法：用热量计测定在绝缘小室内流过人体周围冷却水升温情况来求得代谢率。,（2）间接法,基本原理：能量代谢可通过人体的氧耗量反映出来。首先测得单位时间内糖、脂肪等能源物质，在体内氧化时的氧耗量和二氧化碳的排除量，求得两者之比，由此再推算某一时间或某项工作消耗的能量。,二、能量代谢与能量代谢率,能量代谢（率）分为：基础代谢（率）、安静代谢（率）、活动代谢率,1.基础代谢(率)1)概念基础代谢量：人在基础条件下的能量代谢。基础条件：生理学将人清醒、静卧、空腹（禁食10h以上），室温在20左右这一条件定为基础条件，人体代谢的速率随人所处的条件不同而不同。,基础代谢率：单位时间内的基础代谢量。,它反映单位时间内人体维持最基础的生命活动（心率、呼吸、体温）所消耗的最低限度的能量。通常以每小时每平方米体表面积消耗的能量表示。单位：KJ/h.m2 or K cal/h.m2,正常人基础代谢率平均值(KJ/h.m2),安静代谢量：在未进行工作或运动，仅保持身体各部位平衡和各种姿势条件下的能量代谢所消耗的能量（它包括基础代谢量）。安静代谢率：单位时间内的安静代谢量。安静代谢率=1.2 基础代谢率（常温下）,2.安静代谢（率）,3.活动代谢（率）,活动代谢量：它是人在从事特定活动过程中所消耗的能量。活动代谢率：从事工作单位时间消耗的能量。活动代谢率实际代谢率安静代谢率,三种代谢的关系,基础代谢率,维持身体平衡消耗的能量,活动代谢率,安静代谢率,实际能量代谢率,4.相对代谢率RMR,RMR=活动代谢率/基础代谢率总代谢率=安静代谢率+活动代谢率=1.2基础代谢率+RMR基础代谢率=基础代谢率（1.2+RMR）总能量=（1.2+RMR）基础代谢率人体表面积活动时间（Kcal或KJ）1 cal=4.18 J,人体表面积=0.0061*身高+0.0128*体重-0.1526其中，身高cm；体重kg,RMR可测或查有关表。如学生听课：RMR0.2，一般记录 RMR0.4；全身体力劳动：激烈劳动 不能超过5分钟 RMR1012，拼出全力 不能超过1分钟 RMR12。,解：查表得基础代谢率的平均值为157.8 KJ/h m2 RMR3，体表面积为1.8 m2 基础代谢量基础代谢率表面积 157.81.8284.04 KJ/h 2小时连续作业的能量消耗为：总能量代谢（1.2+RMR）基础代谢量活动时间（3+1.2）284.0421817.86 KJ,例题:某25岁男性青年，体表面积为1.8 m2，当RMR3时，试问2小时连续作业的能量消耗是多少？（作业时增加的代谢为多少？）,三、劳动强度,以能量消耗或相对代谢率作为指标制定的劳动强度分级，只适用于以体力劳动为主的作业。1.国外的劳动强度分级 克里斯坦森标准(体重70kg，体表面积1.84m2）分等级：轻、中等、强、极强、过强能量消耗：2.5 5 7.5 10 12.5(kcal/min),2.我国的劳动强度分级,劳动强度指数计算公式：I=3T+7M,式中 I劳动强度指数；T劳动时间率；M8小时工作日能量代谢率；,劳动时间率T的计算：T工作日净劳动时间/工作日总工时（）,能量代谢率M的计算：将某工种一个工作日内各种活动和休息加以归类；求出各项活动与休息时的能量代谢率，各项活动与休息时的能量代谢率计算公式。分别乘以相应的累计时间，最后得出一个工作日各种活动和休息时得合计能量消耗总值。再除以工作日总工时，即得出工作日平均能量代谢率。,当肺通气量 值在3.07.3 时 能量代谢率当肺通气量 值在8.030.9 时 每平方米表面每分钟呼气量当肺通气量 值在7.38.0 之间时 则采用两式的平均值。,四、劳动时间与休息时的合理配置,1、条件 A、一般人连续劳动8小时（480min）而中间不休息的最大能量消耗界限为4kcalmin，这一能量消耗水平也被称为耐力水平。B、如果作业时的消耗超过这一界限，劳动者就必须使用体内的能量储备。假定标准能量储备为24kcal，为了补充体内的能量储备，就必须在作业过程中插入必要的休息时间。,C、为避免疲劳积累，则工作时间加上休息时间的平均能量消耗不超过4Kcalmin。,2、关系表达式设作业时增加的能量消耗为M，工作日总工时为T，其中实际劳动时间为T劳，休息时间为T休。则：T=T劳+T休 休息率Tr T休/T劳(%)劳动时间率Tw：T劳T（）,由于实际劳动时间为24Kcal 能量储备被耗尽的时间，所以 T劳24（M4）（其中4最大能耗界限）;由于要求总的能量消耗满足平均能量消耗不超过4Kcal，所以 T劳*M=(T劳+T休)*4(4-平均能耗）(T劳+T休)=T劳*M/4,T休=T劳*M/4 T劳=T劳（M/4-1）Tr=T休/T劳=M/4 1Tw=T劳/T=T劳/(T劳+T休)=T劳/(T劳*M/4)=4/M=1/(M/4)=1/(1+Tr),例题,已知作业时能量消耗量为8.5kcalmin,安静时能量消耗为1.5kcalmin，求作业与休息时间及劳动时间率。解：作业时增加的能耗量为M M 7 kcal 劳动时间：T劳24/M4）=24/(7-4)=8 min 休息时间：T休=T劳（M/4-1）=8*(7/4-1)=6 min,休息率:Tr T休/T劳=M/4 1=(7/4 1)*100%=75%劳动时间率：Tw T劳T=1/(1+Tr)=1/(1+0.75)*100%=57%,由以上计算可知：从事该项作业过程中，每劳动8min后应安排6min的工作休息时间。即休息时间为实际劳动时间的75，换言之，劳动时间率为57。,第七节 疲劳,一、疲劳的概念 疲劳是指在劳动中，作业能力出现明显下降，或由于厌倦而不愿意继续工作的一种状态。疲劳分为：肌肉疲劳和精神疲劳,1.肌肉疲劳（也称体力疲劳）：指过渡紧张的肌肉局部出现酸、痛现象。肌肉出现疲劳不但做功减少，而且运动速度也减慢，肌肉运动不协调，易出差错。2.精神疲劳（也称脑力疲劳）：精神疲劳则与中枢神经有关，它是一种弥散的、不愿意再做任何活动和懒惰的感觉，意味着机体迫切需要休息。特征：精神疲劳表现为全身乏力、头晕、思睡或失眠，心情压抑、思维能力减弱及活动减少。若得不到休息，会感到非常苦恼。,作业题,1.中枢神经系统和周围神经系统各由那些部分组成？脊髓的主要功能是什么？为什么说大脑皮质是神经系统的最高级中枢。2.人类主要的感觉类型有几种？机械加工操作需要哪几种类型的感觉？3.什么是疲劳？对于汽车司机的疲劳属于什么疲劳？为什么不能疲劳驾驶？4.已知基础代谢率为37.7千卡/（小时平方米），劳动（活动）代谢率为142.8千卡/小时平方米。问RMR值为多少？若人体身高为1.70M，体重为70Kg，工作4小时，问人体总能耗为多少？,