活动能耗与效率
一、能量输出与效率
一般而言,输入肌肉的能量可转换为下列几种输出能量:1)机械能(肌肉做功);2)热;3)高能磷酸化合物(贮备的能量)。大部分输出的能量是热,而贮备的能量所占的比例为最小,也就是说,大部分能源物质所供应的能量最后被热量的形式消耗掉了,真正机械做功的能量其实只占小部分。
在新陈代谢中能耗是以千卡(kcal)来表示的(1kcal=4184j)。能耗的测量可以间接地通过氧耗量来求得。燃烧一升氧相当于408kcal的能耗。在进行一箱特定工作时,可以用呼吸器来测量氧耗量。将测出来的氧耗量乘以4.8,即得到以kcal计的能耗。
我们用“效率”一词来表示可以测量的有用供和总能量之比。在最有力的条件下,人类的活动可以达到30%的效率,亦即70%的能量被转化成热。也就是说,人体将大部分能量变成热而只有小部分能量转变成有用的机械能。如果在活动中包括静态施力时,效率立刻下降,因此静态施力的结果并无可以测量的有用工作的效能,如弯着背进行的工作更为如此。由此可以看出在一项给定的活动中。包含静态施力工作愈少,人体施力的焦虑愈高。见表2-2几种人体活动的效率。
几种人体活动的效率 表2-2
活动 |
效率(%) |
铲、弯腰清洁地板或整理床铺 |
3~5 |
铲、直立的姿势清洁地板或整理床铺 |
6~10 |
举重物 |
9 |
用重的工具进行手工工作 |
1520 |
拖重物 |
17~20 |
上、下楼梯 |
23 |
骑自行车 |
25 |
在平地上行走 |
27 |
爬坡度为5度的小山 |
30 |
(资料来源:杨公侠,2000)
二、工作负荷
人体能量的消耗随着施力的多少而增加,这部分额外的消耗可以用多少个工作能耗来表示。工作能耗的值可以从完成此项工作的总能耗中减去休息状态下的人体能耗求得。见表2-3几种不同类型活动的工作能耗。
某些人体基本活动的能耗(工作能耗=总能耗-休息状态下的能耗)
活动 |
条件 |
工作能耗(kJ/min) | ||
坡度 |
荷重kg |
速度 | ||
坐 |
1.26 | |||
跪 |
2.09 | |||
蹲 |
2.09 | |||
站 |
2.51 | |||
弯腰 |
3.35 | |||
不负重行走 |
平地 |
3km/h |
7.12 | |
平地 |
4km/h |
8.79 | ||
不平整 |
3km/h |
21.77 | ||
负重行走 |
平地 |
10kg |
4km/h |
15.07 |
平地 |
30kg |
4km/h |
22.19 | |
爬升 |
14° |
11.5m/min |
34.75 | |
爬楼梯 |
30° |
17.2m/min |
57.36 | |
负重爬楼梯 |
30° |
20kg |
17.2m/min |
77.04 |
骑自行车 |
16km/h |
21.77 |
(资料来源:杨公侠,2000)
为了解各种职业的工作负荷,人体工程学研究者对各种不同职业的能耗进行了测量并按24小时计算。见表2-4各种职业的能耗。必须注意这是平均值,对于体重较小的人来讲,这些值要适当减少。还应指出,只有体力活动的能耗会增加,而脑力活动的能耗目前还不能测量。能耗只能用来估计体力活动。
各种职业的能耗 表2-4
职业 |
每24h的能耗,以kJ计 | |
男 |
女 | |
簿记员,速记员,钟表工人 |
10048~11304 |
8374~9420 |
纺织工人,大客车司机,医生 |
12560 |
10647 |
鞋匠,机械师,邮递员,家庭主妇 |
13816 |
11514 |
石匠,生产线工人,重工作日的主妇,扫烟囱人 |
15072 |
12560 |
女芭蕾舞演员,建筑工地上的木匠 |
16328 |
13607 |
矿工,农场工人,伐木工人,搬运工人 |
17584~20097 |
(资料来源:杨公侠,2000)
三、工作心率
在一定范围内人体心率的增加与能耗成正比,所以现在愈来愈多地用心率来测量人体的劳动强度。心率特别适用于静态条件下测量人体的劳动强度和热应力,而耗氧量则不易反映出静态施力情况下的劳动强度。在轻工作时,心率很快升到一适当高度,一直保持到工作结束。但在重工作时,心率继续升高,当升至每分钟180次时,工作必须停止,因为这已到达过度劳累或有力竭的危险。
Karrasch和Muller设定的耐受极限为:若工作继续下去而心率继续升高,或工作停止后15min心率回复到休息时的值。这个限值似乎相当于能耗正好与有关肌肉的需要平衡的工作负荷。现在普遍接受的是,将满足这些条件的最大工作负荷作为8小时工作日的限值。实际上对于健康的男子和妇女来讲,这个限值不得吵过休息时的心率30次/min,换句话说,工作心率(心率的增量)为30次。如果一般人休息时的心率为60~80次/min,其维持的极限为90~110次/min(杨公侠,2000)。
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