《职业病》职业生理.ppt

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1、职业生理学 work physiology,在生产劳动过程中，机体通过神经-体液的调节和适应，不仅能完成作业，而且能促进健康。但若劳动负荷过大，时间过长或作业条件较差，致使人体不能适应或耐受时，即能引起过度生理紧张与心理紧张从而使作业能力下降，甚至损害健康。职业生理学（Work physiology）职业心理学（Work psychology）人类工效学（Ergonomics）根据劳动性质分为：体力劳动脑力劳动劳动过程对机体的影响包括以下三方面：1.劳动的种类和组织制度：劳动强度，持续时间，节律，操作技巧，体位等。2.工作环境：气象条件、高低气压、噪声、振动、空气污染等。3.劳动者本身因素：性

2、别、年龄、健康状况、劳动态度、思想情绪等。研究劳动过程的调节与适应规律，从而找出提高作业能力和预防疲劳过早出现的措施，达到保护和促进健康，提高劳动生产率的目的。,一、体力劳动过程的生理变化与适应,（一）体力劳动时的能量消耗体力劳动时，全身许多器官和系统处于紧张和兴奋状态，代谢加强。骨骼肌和心肌约占体重的40%，尤其是当体力劳动时，肌肉做功，所以消耗的能量较大。1、肌肉活动的能量来源：在体力劳动时，供骨骼肌活动的能量来源有三种途径：（1）ATP-CP系列（三磷酸腺苷-磷酸肌酸系列）ATP+H2OADP+Pi+29.3KJ/mol/LCP+ADPCr+ATPATP、CP都具有高能磷酸键，是体内用以

3、贮存和传递能量的物质。肌肉活动时，肌肉细胞中的ATP迅速分解，放出能量直接供肌肉收缩。CP迅速分解，并提供高能磷酸键，使ADP还原成ATP。在安静状态下，肌肉中CP的浓度约为ATP的5倍，但ATP和CP在肌肉中的贮存量甚微，肌肉的一般活动能维持一分钟，如剧烈活动只能维持30秒。经常劳动和进行体育锻炼的人，肌肉中CP和ATP的含量较一般人多，与代谢有关的酶活性也较强。当肌肉萎缩或肌无力者，肌肉中CP和ATP的含量较低。,（2）乳酸系列（无氧糖酵解）,葡萄糖+Pi+ADP乳酸+ATP当进行大强度作业或剧烈运动时，ATP的分解非常迅速，急需大量能量，此时呼吸循环机能虽然明显加强，但仍不能满足肌肉组织

4、对氧的需要，氧化磷酸化过程受到供氧能力的限制，生成ATP的速度不能满足肌肉活动的需要。在缺氧或无氧的条件下，机体只能通过糖酵解的方式提供能量。与有氧氧化相比，糖酵解这种方式提供的能量少，一摩尔每升葡萄糖只能形成2分子ATP，同时产生大量乳酸，机体容易疲劳，劳动不能持久。但生成ATP的速度较有氧氧化快32倍，故能迅速提供较多的ATP供肌肉活动用。,（3）需氧系列（有氧氧化）,糖+ADP+Pi+O2C O2+H2O+ATP脂肪一摩尔每升葡萄糖生成38分子ATP一摩尔每升脂肪生成130分子ATP在正常情况下，从事中等强度作业或脑力劳动，机体能够提供所需要的氧，体内的营养物质（糖、脂肪）通过氧化磷酸化

5、过程合成ATP提供劳动时所需的能量。在劳动开始阶段利用糖类较多，但随着持续活动时间的延长，利用脂肪的比例增大而成为主要的能量来源。饭后肌肉中糖原含量在300克左右，肝，肌肉中的糖原可维持肌肉活动半天。肌肉活动能量的直接来源是ATP，长期来源依靠补充血糖。短期强活动出现疲劳是由肌肉中ATP减少和乳酸含量增加所致。长期劳动出现疲劳是肌肉中糖原含量减少所致。,肌肉活动能量供应系统的一般特性,2、作业时氧的消耗动态：,劳动过程中机体的能量消耗与氧消耗之间有精确的相关关系。劳动时人体所需的氧量取决于劳动强度，劳动强度越大，需要氧的量也就越多。氧需（oxygen demand）：劳动1分钟所需要的氧量。最

6、大摄氧量（maximum oxygen uptake）：人体血液在1分钟内所能供应的最大氧量。摄氧量一般人3升/分，有锻炼者可达4升/分以上。氧需能否得到满足主要取决于循环系统的功能，其次为呼吸系统的功能。在开始作业2-3分钟内或劳动强度很大时，呼吸和循环系统的功能不能供给足够的氧，此时肌肉活动所需要的能量部分或全部是在机体缺氧条件下提供的。这种氧需和实际供氧量之差称为氧债（oxygen debt）。氧债=氧需实际供氧量氧债及其补偿见图,氧债及其补偿 A氧债B偿还氧债,不论那种情况，劳动停止后的一段时间之内，机体消耗的氧量均较安静时多，这是在偿还劳动开始时或劳动过程中的氧债，恢复时间根据氧债多

7、少而定。恢复ATP，CP，HbO2等需要的O2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补偿。,3、作业的能消耗量与劳动强度分级,劳动强度是指人在劳动中所负担的工作量以及由此对人体所施加的生理负荷大小。作业时的能量消耗是全身各器官系统活动能消耗量的总和。紧张的脑力劳动能消耗量不超过基础代谢的10%，而肌肉活动的能消耗量可达基础代谢的10-25倍，故用能消耗量来划分劳动强度的大小，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。我国工农业劳动多属此类。根据能量消耗的多少，中等强度作业通常又分为3-6个等级

8、。,中等强度作业氧和能量的消耗,1Kal=4.184KJ,（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，此时氧债几乎等于氧需。如在短跑和游泳比赛时，这种剧烈活动只能持续很短时间，一般不超过2分钟。测定劳动时的能消耗量的意义：根据能消耗量划分体力劳动强度的等级。制定合理 的劳动制度和膳食供给。,（4）为全面反映不同工种在劳动过程中对机体所造成的负荷，根据“体力劳动强度分级标准”（GBZ22002），还可采用劳动强度指数来划分体力劳动强度。劳动强度指数（

9、I）=3T+7MT为净劳动时间率=M 为8小时工作日能量代谢率（kal/minm2）,体力劳动强度分级,（二）体力劳动时的调节与适应,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之间的协调，以适应生产劳动的需要，维持身体健康和作业能力。,1、神经系统：,（1）非条件反射：内外感受器中枢效应器官劳动时：血乳酸血管中枢（呼吸、循环中枢），吸入O2，合成ATP，分解乳酸，排除致疲劳物质。体温中枢循环加强、皮肤血管扩张散热。（2）条件反射：长期反复某一作业，可形成“动力定型”（dynamic stereotype），可使动作协调，减少不必要的动作，使能量消耗减少，提高工作能力和效率。如

10、现代化的流水作业，可使工人在较短的时间内建立“动力定型”。,2、心血管系统：,劳动时，ATP，需O2，体内C O2、乳酸心血管系统活动加强。（1）心率：在作业开始30-40秒内迅速增加，然后缓慢上升，一般在4-5分钟达到与劳动强度相适应的水平。劳动时心率的增加程度与劳动强度成正比，与耗氧量也成正比。,心率与耗氧量的关系,对一般人来说，当心率未超过安静时的40次时，则能胜任该项工作。安静时70-75次/分，轻作业时心率增加不明显，重作业以上能达到150-200次/分。作业停止后，心率可在15秒后迅速减慢，然后在缓慢降至原水平。恢复期的长短随劳动强度、工间休息、环境条件而异。劳动强度大时，心率恢复

11、的较慢。,（2）心脏每分钟输出量增加,每分输出量=每搏输出量心率安静时：3-5升/分=7540-70ml重作业：15-25升/分=150150ml 最多每分输出量可达35升心脏每分输出量的增加，没有锻炼。身体较弱的人主要靠心跳频率的增加，有锻炼，身体强壮的人主要靠每搏输出量的增加。,不同强度作业时的心率及恢复时间,（3）血压升高,收缩压升高明显。作业开始时收缩压即上升，劳动强度大的作业能上升60-80mmHg。舒张压在轻作业时几乎不变，重作业时上升，但不如收缩压明显。脉压差增大。,不同强度作业时血压及增加率,作业后血压迅速下降，恢复期的长短与劳动强度和环境条件有关。一般在5分钟内恢复正常。但大

12、强度作业后，收缩压可降至低于作业前水平，30-60分钟才能恢复正常。,3、呼吸系统,在劳动过程中，随着体内代谢的加强，氧的需要量增加，呼吸功能也发生相应变化。呼吸频率增加，每分通气量增加。安静时：6-8升/分=16-20400-500ml劳动时：40-60升/分=30-401500ml 最大可达到120升/分。每分通气量=呼吸频率肺活量（潮气量）每分通气量的增加，有锻炼者主要靠增加肺活量来适应，无锻炼或弱者主要靠增加呼吸频率。呼吸频率快，有效通气量减少。吸入空气（ml）呼吸死腔（ml）有效呼吸量（ml）1500 150 1350500 150 350500 150 3501050500 150

13、 350,每分通气量与耗氧量的关系,4、血液系统：,（1）血液再分配：安静时血液流入胃、肝、胃肠、脾的量最多，其次为肌肉，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，代谢产物（乳酸、C O2）可使肌肉的小动脉扩张，结果使流入肌肉的血液量大增，流入心肌的血液量可增加4-5倍，脑血液量基本不变，而内脏、肾、皮肤、骨等都有所减少。,安静休息和重体力劳动时血液的再分配,（2）血糖：,正常安静时血糖为0.1%（80-120mg%）（5.6mmol/L）饭后人体内糖原的贮量为300-400g，其中约一半在肝脏。如作业时氧需为1.5L/min，能维持4小时在劳动时糖原

14、的消耗。在劳动时，肝糖原不断补充肌肉活动的需要，血糖可维持在稳定水平。如劳动强度较大，或持续时间过长，或肝糖原贮备不足，则可出现血糖降低。当血糖降至正常含量的一半2.8nmol/L时，即表示糖原贮备耗竭而不能继续劳动。,（3）血乳酸,安静时血中乳酸为10-15mg/100ml。血中乳酸的含量取决肌肉在无氧情况下的活动状态。大强度作业时，乳酸含量可增至100-200mg/100ml或更高。,（4）血氧,体力劳动时血氧的利用率增高。劳动时血中H+，C O2，Hb O2解离出O2，血液中O2分压，组织O2分压，O2由血液向组织弥散。动静脉血氧差：安静时：5-6ml/100ml血劳动时：16-17ml

15、/100ml血,5、排泄系统：,（1）肾脏：安静时，一般人的尿量为1.2-1.5升/日（24h）。劳动时尿量可减少50-60%，重劳动时减少80-90%。原因：肾血流量减少，出汗，血液浓缩等。代谢产物排除量增多，使肾脏负担加重。乳酸排除量，安静时20mg/h，劳动时可达100-1300mg/h。乳酸的排除对维持体内的酸碱平衡起着重要作用。,（2）汗腺：,汗腺具有调节体温与排泄的双重作用。安静状态出汗量700-1000ml/24h。劳动时（高温作业）10000ml/8h。体力劳动时，汗中乳酸的含量增多。,6、体温：,体力劳动时及其后一段时间内体温有所上升，但上升在一定范围内以利于全身个器官系统活

16、动的进行。正常劳动时体温不应超过安静时1，若超过这一限度，人体不能适应，劳动不能持久进行，若勉强进行可导致不良后果。体温升高的多少与劳动强度，持续时间及外界气气湿有关。,不同组织在安静和活动情况的产热（%）,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。,（一）脑力劳动内容与生理特点,脑力劳动的概念比较模糊，难以下一确切定义。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（phy

17、sical 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。从产生和提炼出新的信息这个意义上说，它们属于人类最高一级的脑力劳动。航天航空指挥、飞机舰船驾驶、仪器仪表控制等需要高度集中注意力，及时分析处理数据和作出反应，也属于脑力劳动，只是比创造性脑力劳动在层次上低一些

18、。,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。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。在信息加工过程中，注意和记忆起重要的作用。工作记忆（working memory）是一种以不稳定形式初始和暂时地贮存信息的记忆。它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。暂时的工作记忆据信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

19、长了兴奋作用的结果。长期记忆的系列化基础则在于合成新的RNA、蛋白质或有关的活性肽。,脑力劳动的基本内容,脑的氧代谢较其他器官高，安静时约为等量肌肉需氧量的1520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%的能量都靠糖分解来提供。但脑细胞中贮存的糖原甚微，只够活动几分钟之用，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

20、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。,脑力劳动时脑的生理特点,（二）脑力劳动的职业卫生要求,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。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

21、应为1000Lx。室内温度我国相应标准规定为夏季2428，冬季1922（GB570185）。墙壁颜色应明亮柔和。工作窨、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，对字体大小和符号对比度有专门规定，如视距500mm时，字体高度最小为2.6mm。,三、劳动和作业类型的划分,过去认为劳动即工农业的生产性劳动。随着社会经济、科学技术，特别是信息技术的发展，职业卫生学研究内容不断深入，服务对象范围不断扩大，劳动可看作是人为了一定的目的而从事的一切活动。使劳动负荷维持在一个适当的水平，以便有效地完成工作任务又不损害健康。任何劳动都包含体力劳动和

22、脑力劳动两种成分，只能相对地看以那一种成分为主，传统上分为体力劳动和脑力劳动。根据职业生理研究的结果，可将劳动或作业再分为不同的类型，这样有利于了解劳动条件对人体产生的影响，有助于劳动负荷的评价。,1、劳动类型,劳动分类,静力作业与动力作业,2、作业类型一般分为静力作业（static work）和动力作业(dynamic work)。,静力作业主要依靠肌肉等长收缩来维持体位，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，静力作业时人并没有做功。静力作业的特征是能消耗水平不高，氧需通常不超过1L/min，但却很容易疲劳。在作业停止后数分钟内，氧消耗反而先升高再逐渐下降到原水平。这是由于

23、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，血流通畅，立刻开始弥补氧债，故呈现出氧消耗反而升高现象。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性强烈兴奋灶，使皮层下中枢的其他兴奋灶受到以致，例如能代谢的抑制，当作业停止后，即出现后继性功能加强，产生氧消耗反而升高的现象。,静力作业特点,3、疲劳（fatigue）,在劳动过程中，当作业能力出现明显下降时叫疲劳。疲劳是机体的正常生理反应，起预防机体过劳（overstrain）作用。其表现形式疲劳可以大致分为四种类型：（1）个别器官疲劳：主要发生在身体的某一部分或个别器官。如打字、折

24、页引起的上肢疲劳、仪表工人的视觉疲劳。（2）全身疲劳：主要是由于全身参加繁重的体力劳动所引起，表现为疲倦，动作迟缓，反应迟钝，作业能力降低等。（3）智力疲劳：主要见于长时间从事紧张的脑力劳动之后，表现为头昏脑胀，全身乏力，嗜睡或失眠等。（4）技术疲劳：常见于需要脑力、体力并且神经精神相当紧张的作业，如驾驶汽车，飞机等，表现为全身疲乏，肢体疲乏，头昏脑胀，嗜睡或失眠等。疲劳的分类是相对的，任何肌内性的疲劳也有神经系统的因素，局部性疲劳一般也与全身反应有关。,发生疲劳的因素：,（1）劳动本身因素：劳动强度过大，速度过快，节奏单调，或有不良体位等。（2）劳动组织不合理：劳动时间过长，轮班制度不合理。

25、（3）劳动环境不符合卫生要求：存在有毒物质、高温、噪声、振动等不良因素。（4）个体因素：劳动者的年龄，健康状况，营养状况，技术熟练程度等。,疲劳发生机理：,（1）局部肌肉疲劳：短时间大强度体力劳动所引起的疲劳，是由于乳酸在肌肉和血液中大量蓄积所致。较长时间轻或中等强度劳动所引起的疲劳，主要与肌糖原贮备耗竭有关。（2）全身或中枢性疲劳：强烈或单调的劳动刺激会引起大脑皮层细胞贮备的能源迅速消耗，并引起恢复过程的加强。当消耗占优势时，就会出现保护性抑制，以保证神经细胞不致遭受进一步的耗损并加速其恢复过程。此时，则会出现疲倦感和疲劳。另外还与血糖水平下降，肝糖原耗竭，体液丧失，电解质丧失（Na、K），

26、体温升高等因素有关。,四、作业能力（work capacity）,作业能力是在不降低作业质量指标的前提下，尽可能长时间维持一定强度作业的能力。（一）体力劳动作业能力的动态：,作业能力典型动态曲线1.入门期；2.高效稳定期；3.疲劳期；4.终末激发期,不同人的作业能力不同，同一个人在不同时间作业能力也是变化的。在以体力劳动为主的作业中，作业能力可以用产量、质量和持续时间来评价。劳动强度大或高度紧张的作业，入门期，高效稳定期持续时间较短，容易出现疲劳。如果能在疲劳期开始出现之前合理安排工间休息，在重新开始工作时经过很短时间即可进入稳定期。如果上、下午都采取这种方式安排工作，可使整个工作日维持高水平

27、的作业能力，有利于提高工作效率。,（二）提高作业能力的主要措施：,1、加强营养（1）每日应供给足够的热量成年男子，轻体力劳动每日供给2600千卡，重体力劳动每日供给3400千卡。（1Kcal=4.18KJ）（2）膳食中保证各类营养素的供给成年男子，轻体力劳动每日供给蛋白质食物75克。重体力劳动每日供给蛋白质食物90克，维生素C每日供给60mg。,2、加强锻炼和练习,（1）增强肌肉的活动力量和准确性。使肌肉的体积增加（肌肉发达），肌肉的收缩力增加。使肌肉的能量贮备增多，工作能力持久。使肌肉的活动协调，动作敏捷准确，形成动作“自动化”。锻炼和练习是由于反复执行某一作业或多次重复一定的操作所产生的适

28、应性变化，使机体的各器官系统之间更为协调，由于形成了工作节律，大脑皮层负担减轻，不易发生疲劳，作业能力得到提高。（2）加强心血管机能，使心肌纤维增粗，心肌内的能量贮备增多，心脏每搏输出量增加。（3）加强呼吸机能，呼吸肌的力量加强，肺活量增加，每分通气量增多。通过锻炼，使心肺的机能加强，能为劳动时机体的需要提供更多的 氧，对进行调节与适应起到重要作用。,3、改革工具，革新技术采用机械化、自动化的生产方式，改革生产工具，这样可降低劳动强度，延缓疲劳的发生，提高生产率。4、合理运用体力（1）减少静态作业成分，机床，工作台的高度应根据操作者的身高而定。人体除整体重心外，每一个部位也都有一定重心，如头、

29、手、前臂、上臂、躯干等，劳动时使身体各部分的重心尽量靠近躯干，可以明显减少肌肉的静力紧张。（2）尽量减少多余的动作。（3）采用流水作业,5、改善劳动组织 和劳动制度劳动组织：劳动者的分配和协调。劳动制度：劳动和休息的交替安排。（1）作业小组人员的合理安排 例如：高炉工3人一组 心率145次/分 体温37.64人一组 125次/分 37.2（2）合理安排休息制度根据劳动强度，作业环境等因素。2小时休息，1小时休息，半小时休息，4小时休息。合理的劳动组织和工间休息，有利于机体的适应和调节，也有利于劳动者的身体健康。6、改善劳动环境降低环境空气中毒物的浓度。劳动环境的气象条件应在机体生理适应的范围内。,