静态施力及其效应
二、静态施力的不良效应
(一)静态施力的生理效应
假如其他作业条件均相似,静态施力与动态施力相比,在生理上产生下列各种影响:1)更大的能量消耗;2)心率加快;3)需要更长的恢复时间。造成这些现象的主要原因是供养不足,糖的代谢无法释放出足够的能量,以合成高能磷酸化合物,其次是肌肉内积累了大量的乳酸,氧债是静态施力的必然结果,因此肌肉的有效功作能力受到损害。
比如小学生携带书包的不同方式失掉的耗氧量也不同,背书包耗氧量100%,斜挎书包耗氧量182%,单手提书包耗氧量241%。单手提书包比背书包要多消耗一倍多的能量。由此可见手臂、肩和躯干部分的静态施力造成的耗氧(以耗氧量比较)明显增加。比如手工播种土豆,经过30min作业后,手提篮子播种者心率增加45次,而肩挎篮子的只增加31次。
(二)静态施力引发的病症
静态施力过大过久引发的病痛可分为两类。第一类症状称为劳累性疼痛,痛的持续时间短,痛的位置容易确定,一般位于肌肉和腱上。只要卸掉肌肉的负荷,痛也随之消失,劳累通过休息即可恢复。第二种症状是痛的部位从肌肉和腱扩散到关节,即使停止工作,仍疼痛不止,而且这种疼痛总是与某个特别的动作或是身体姿势有密切关系。它出现得比第一类症状晚。见表2-5一些常见的作业姿势和可能发生的症状。
(三)避免静态施力的一般措施
持续的静态肌肉施力一方面加速肌肉疲劳过程,引发难忍的疼痛,另一方面长期受静态施力的影响,就会发生永久性疼痛的病症,不进肌肉酸痛,扩散到关节、腱和其他组织。提高人体作业的效率,一方面要合理使用肌肉,降低肌肉的实际负荷,另一方面要避免静态肌肉施力。无论是设计及其设备、仪器、工具,还是进行作业设计和工作空间设计,都应遵循避免静态肌肉施力这一人体工程学的基本设计原则。例如,应避免使操作者在控制机器时长时间地抓握物体。当静态施力无法避免时,肌肉施力的大小应低于该肌肉最大肌力的20%。
一些常见的作业姿势和可能发生的症状 表2-5
作业姿势 |
可能疼痛的部位 |
固定站于一个位置 |
腿和脚;静脉曲张 |
坐位无靠背 |
背部的伸肌 |
坐位太高 |
膝关节,小腿,脚 |
坐位太低 |
肩和颈 |
坐或站时弯背 |
腰;椎间盘症状 |
手水平或向上伸直 |
肩和手臂;肩周关节炎 |
过分低头或仰头 |
颈;椎间盘症状 |
不自然地抓握工具 |
前臂;腱部炎症 |
(资料来源:杨公侠,2000)
张月(1999)曾经提出了避免静态肌肉施力的几个要点,可以作为设计参考:
1)首先须避免弯腰或其他不自然的身体姿势。当身体和头向两侧弯曲造成多块肌肉静态受力时,其危害性大于身体和头向前弯曲所造成的危害性。
2)避免长时间地抬手作业。抬手过高不仅引起疲劳,而且降低操作精度和影响人的技能的发挥。操作者的右手和右肩的肌肉静态受力容易疲劳,操作精度降低,工作效率受到影响。只有重新设计,使作业面降到肘关节以下,才能提作业效率,保证操作者的健康。
3)应该选择坐着而不是站着工作。工作椅的坐面高度应调到使操作者能十分容易地改变站和坐的姿势的高度,这就可以减少站立和坐下时的疲劳,尤其对于需要频繁走动的工作,更应如此设计工作椅。
4)应双手同时操作时,手的运动方向应相反或者对称运动,单手作业本身就造成背部肌肉静态施力。另外,双手作对称运动有利于神经控制。
5)作业位置(台面或作业的空间)高度应按工作者的眼睛和观察时所需的距离来设计。观察时所需要的距离越近,作业位置应越高。作业位置的高度应保证工作者的姿势自然,身体稍微前倾,眼睛正好处在观察时要求的距离。还可以允许操作者手臂支承,以避免手臂静态施力。
6)常用工具,如钳子、手柄、工具和其他零部件、材料等,都应按其使用的频率或操作频率安放在人的附近。最频繁的操作动作,应该在肘关节弯曲的情况下就可以完成。为了保证手的用力和发挥技能,操作时手最好距眼睛25~30cm,肘关节呈直角,手臂自然放下。
7)当手不得不在较高位置作业时,应使用支承物来托住肘关节、前臂或者手。支撑物应可调节,以适应不同体格的人。脚的支撑物不仅托住脚的重量,还应允许脚做适当的移动。
8)支持肢体,并尽可能利用重力作用。
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