人体运动能力.docx

人体工程学之人体运动能力讲义徐磊青，同济大学建筑与城市规划学院副教授，leiqing@(一 ) 肌肉的生理特征(二 ) 骨及骨骼1 骨2．骨骼 人体骨骼系统可分成颅骨、躯干骨、四肢骨三大部分脊柱，脊柱由24块椎骨、5块能骨和4 块尾骨连接而成椎骨包括颈椎(7块)、胸椎(12 块)和腰椎(5 块)椎骨间有椎间盘连接腰椎部的椎间盘较别处的厚，因而能作较大幅度 的活动腰部扭伤或腰部运动太剧烈时会产生纤维软骨环破裂，导致椎间盘脱出2 ．关节 骨与骨间有两类连接方式，即直接连接和间接理解凡是能作较大范围活动的部位， 其骨间都是通过各种关节实现间接的连接关节的主要作用在于可使人的肢体有可能作曲 伸、环绕和旋转等活动 三 ) 人体活动能源1 ．人体活动的直接能源人活动的能源直接来自人体内的一种称为三磷酸腺苷(ATP)的物质这是一种高能磷 化物人体内每1摩尔(mol)ATP分解时能产生33.6—42千焦的能量ATP ATP 酶 ADP 十 Pi 能量| >肌肉中的 ATP 含量很少，每公斤肌肉中仅含千分之五摩尔左右若得不到补充合成， 它很快会分解完2．人体活动的供能系统人体活动时，ATP分解为ADP与Pi并放能后，这时若能从其他供能系统获取能量，ADP 与Pi又可合成为ATP。

这种还原合成所需的能量来自三个放能或产能系统，即磷酸原(ATP 一 CP) 系统、乳酸能系统和有氧氧化系统1) 磷酸原(ATP—CP)系统磷酸原(ATP—CP)系统又称非乳酸能系统它由细胞内的三磷酸腺苷(ATP)和磷酸肌 酸(CP )这两种高能磷化物构成它们通过下面的可逆反应过程取得平衡磷酸肌酸激酶CP 十 ADP ►€ 十 ATP上述反应的方向受磷酸肌酸激酶(CPK)控制在安静状态时肌肉中的高能磷化物以CP 形式存在，含量很有限磷酸原系统供能是—种无氧供能它的供能特点是速度快，时间短 它是短时爆发式活动能量的主要来源2) 乳酸能系统乳酸能系统也称无氧糖酵解系统其能量来自糖元的酵解糖元酵解时产生的能量供 应给ADP,再合成ATP乳酸能系统供能有两个特点：一是它也属无氧供能，供能速度较快,但容量有限乳酸能系统供能的另一个特点是糖元酵解的结果产生乳酸，其反应式为：磷酸果糖激酶1 摩尔糖元1 - - 3摩尔ATP+2摩尔乳酸乳酸是一种强酸，体内乳酸聚积，会使人体内环境中酸碱度稳态遭到破坏当肌肉和血液中乳酸积累过南时，会使肌肉发生暂时性疲劳，导致活动能力下降有氧氧化供能系统是指糖或脂肪在氧的参与下分解为二氧化碳和水，同时产生能量， 使ADP再合成ATP后向肌肉或其他细胞提供活动能量。

糖与脂肪的有氧氧化系统所能产生的 能量比前面两种供能系统大得多例如1摩尔由糖元产生的葡萄糖，有氧氧化结果能产生39摩尔ATP，为无氧酵解的13 倍人体内的糖棚脂肪都可以通过食物不断得到补充因此有氧氧化系统是人体活动能量最 大的和最主要的供应源糖元和脂肪都需要供应氧才能实现有氧氧化供能有氧氧化系统所能提供的能量大， 但提供的速度慢因此，它不能满足短时爆发式剧烈活动的供能要求但在长时间持续活动 中所需要的能量主要靠它来提供4）氧的作用 这个从原来的营养物质变化为能量的整个过程叫做新陈代谢这个过程需要氧，当人 的供氧系统跟不上氧的需要时，造成所谓氧债状态葡萄糖和氧气必须依靠血液输送，所以 人在进行体力活动时，人体对血液的需要量成倍地增加，循环系统为了适应这种需要而发生 一系列变化：心率加快，血压升高，通往肌肉的血管扩张5）发热过程—般而言，输入肌肉的能量可转换为下列几种输出能量 机械能（肌肉做功）；热八、、高能磷酸化合物（贮备的能量）6）生物电活动（四）能耗与效率1 ．效率 由于在某一限度内能量的消耗与做功成线性关系，因此在手工活动中可将能耗作为 工作负荷的指标在最有利的条件下，人类的活动可以达到30％的效率，亦即 70％的能量 被转化成热。

如果在活动中包括静态施力时，效率立刻下降，包含的静态工作愈少，人体施 力的效率愈高．2．能耗和工作负荷 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五）静态和动态肌肉施力1 ．静态和动态施力 肌肉施力有两种方式：动态肌肉施力和静态肌肉施力动态运动时肌肉有节奏地收缩 和放松而静态施力的时候，肌肉较长时间保持一种特定的收缩状态从外表上看不出做什 么有用的功这种作用好似电磁的作用，支持一个重量，不移动而稳定地消耗能在这两种 状态之间存在着一些中间状胎，即混合施力动态施力和静态施力的基本区别是：在于它们对血液流动的影响 静态施力时用力愈多，血液供应的阻碍愈大，疲劳的出现也愈快用力的大小达到最 大肌力都 60%时，血液供应几乎中断，用力较小时仍能获得血液供应我们在设计工作场所和工作设备时，必须消除静态肌肉施力，或至少将它减少到最大 用力的 20％，这是减轻人工作负担的最实际的方法2．静态施力的生理效应和引发的病症 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氧不足，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 效工作能力受到损害静态施力过大过久引发的病痛可分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—类症状晚3．人力操作的最佳姿势4．心率作为人体劳动强度的度量与工作心率。