2.4 作业疲劳及其测定

2.4.1 作业疲劳的概念及其分类

在劳动过程中，当作业能力出现明显下降时，称为作业疲劳（fatigue），它是机体的正常生理反应，起预防机体过劳（overstrain）的警告作用。疲劳出现时，会有从轻微的疲倦感到精疲力竭的感觉，但这种感觉和疲劳并不一定同时发生。有时虽已出现疲倦感，但实际上机体还未进入疲劳状态。这在对工作缺乏认识、动力或兴趣，积极性不高的人中常见。另外，也能见到虽无疲倦感而机体早已疲劳的情况。这在对工作具有高度责任感或有特殊爱好的人中以及遇到紧急情况时常可见到。

疲劳可大致分为四种类型：①个别器官疲劳，常发生在仅需个别器官或肢体参与的紧张作业中，如手、视觉、听觉等的局部疲劳，一般不影响其他部位的功能；例如手疲劳时，对视力、听力等并无明显影响。②全身性疲劳，主要是全身参与较为繁重的体力劳动所致，表现为全身肌肉、关节酸痛，疲乏，不愿活动和作业能力明显下降，错误增加等。③智力疲劳，是长时间从事紧张脑力劳动所致，表现为头昏脑胀、全身乏力、嗜睡或失眠、易激怒等。④技术性疲劳，常见于需要脑力、体力并重且神经、精神相当紧张的作业，如驾驶汽车、飞机、收发电报、计算机操作等；其表现要视劳动时体力和脑力参与的多少而异，如卡车司机疲劳时除全身乏力外，腰酸腿痛颇为常见，而无线电发报员、半自动化作业操作人员等，则以头昏脑胀、嗜睡或失眠等多见。

疲劳的发生可分为三个阶段：①第一阶段，疲倦感轻微，作业能力不受影响或稍下降。此时，浓厚兴趣、特殊刺激、意志等可使自我感觉精力充沛，能战胜疲劳，维持劳动效率，但有导致过劳的危险。②第二阶段，作业能力下降趋势明显，并影响生产的质量，但对产量的影响不大。③第三阶段，疲倦感强烈，作业能力急剧下降或有起伏，后者表示劳动者试图努力完成工作要求；最终感到精疲力竭、操作发生紊乱而无法继续工作。

2.4.2 体力劳动时的疲劳发生机理

疲劳可能起源于心理因素，常与缺乏动力、兴趣或过度心理紧张等因素有关；也可能源于生理因素，常与过度体力活动（含劳动与运动）、职业性有害因素的作用等有关。在此仅讨论以体力活动为主所导致的疲劳即体力疲劳（physical fatigue）或肌肉疲劳（mus-cular fatigue）发生的机理。

1．四种不同而又有联系的学说

1）能源物质耗竭学说

这种理论认为劳动者在劳动过程中需要消耗能量。随着劳动的进程，能源物质（如糖原、ATP、CP等）不断地消耗，但人的能源物质储存量是有一定限度的，一旦耗竭，便呈现疲劳。

2）疲劳物质累积学说

这种理论认为疲劳是人体肌肉或血液中某些代谢物质如乳酸、丙酮酸等酸性物质大量堆积而引起的。

3）中枢神经系统变化学说

这种理论认为人在劳动中，中枢神经的功能发生着变化，当兴奋到某种程度后，必然会产生抑制。疲劳是中枢神经工作能力下降的表现，是大脑皮质的保护性作用。

4）机体内环境稳定性失调学说

这种理论认为劳动中体内产生的酸性代谢物，使体液的pH值下降。当pH值下降到一定程度时，细胞内外的水分中离子的浓度就会发生变化，人体就会呈现疲劳。

2．体力劳动时骨骼肌疲劳的原因

1）ATP耗竭

肌肉收缩时，肌纤维中的肌球蛋白丝与肌动蛋白丝发生相对滑动，所需能量是由ATP分解供给的。但肌肉中ATP分子的储备与供应能力有限，只要ATP浓度稍微下降，就会使肌球蛋白横桥上的ATP酶活性下降，使肌肉收缩周期受到影响，也会使Ca2+循环减慢，致使肌肉发生疲劳。

2）pH值降低

剧烈体力活动时，肌肉内有乳酸蓄积，pH值从7.0降到6.3～6.6。此时，由于H+浓度增高而干扰许多酶的催化活性，全部或部分地影响到下列代谢过程：抑制磷酸果糖激酶活性，使通过糖酵解所产生的ATP供应减少；通过抑制磷酸化酶激酶和苷环化酶活性和促使转变为而使糖原分解减少，使糖酵解受到影响，ATP的供应亦减少；由于的形成，即Pi（磷酸根）与H+都增多了，导致平衡的偏移，均会导致肌力减小，终使人疲劳而停止工作。

3）糖原耗竭

人的碳水化合物储备有限，大体上少于4184kJ，剧烈体力活动1～2h即会发生疲劳，伴有低血糖、肌糖原与肝糖原耗竭。肌糖原的储备与平时的膳食成分有关，亦即与疲劳发生的时间早迟有关。

4）最大氧流量受限

最大氧流量（）即最大摄氧量，它与最大心输出量、骨骼肌毛细血管密度、肌红蛋白浓度和线粒体密度有关，有氧锻炼均可使它们增加。限制进一步提高的是最大心输出量。可见，心血循环系统递氧功能差的人，容易疲劳。

5）骨骼肌量不足

缺乏体力锻炼者，不仅肌肉中糖原储备少，而且骨骼肌量不足，单位横断面上承受的负荷较大，更容易发生疲劳。

综上可见，引起肌肉疲劳的原因是多方面的，既有中枢神经系统（大脑皮层和脑干）的作用，又有内环境平衡的紊乱，还有局部能源的耗竭和乳酸的蓄积等因素。但体力疲劳的某些机理，尤其是上述原因彼此之间的关系，还有待进一步探讨。

2.4.3 测定疲劳的方法

为了测定疲劳，必须有一系列能够表征疲劳的指标。疲劳测定方法应满足如下要求：①测定结果应当是客观的表达，而不依赖于研究者的主观解释；②测定结果应当能定量化表示疲劳的程度；③测定方法不能导致附加的疲劳，或使被测者分神；④测定疲劳时，不能导致被测者不愉快、造成心理负担或病态感觉。

许多研究者认为，疲劳可以从三种特征上表露出来：①身体的生理状态发生特殊变化，如心率（脉率）、血压（压差）、呼吸及血液的乳酸含量等发生变化；②进行特定作业时的作业能力下降，如对特定信号的反应速度、正确率、感受性等能力下降；③疲倦的自我体验。检测疲劳的方法基本分为三类：生化法、生理心理测试法和他觉观察及主诉症状法。

1．生化法

生化法通过检查作业者的血、尿、汗及唾液等液体成分的变化判断疲劳，这种方法的不足之处是：测定时需要中止作业者的作业活动，并容易给被测者带来不适和反感。

2．生理心理测试法

生理心理测试法包括：膝腱反射机能检查法，两点刺激敏感阈限检查法，频闪融合阈限检查法，连续色名呼叫检查法，反应时间测定法，脑电肌电测定法，心率（脉率）血压测定法。

（1）膝腱反射机能检查法，是用医用小橡胶锤按照规定的冲击力敲击被试者的膝部，根据小腿弹起角度的大小评价疲劳程度。被试者的疲劳程度不同，引起的反射运动钝化程度也不相同。一般认为：作业前后反射角变化5°～10°时为轻度疲劳；反射角变化10°～1 5°时为中度疲劳；反射角变化1 5°～30°时为重度疲劳。此值亦称膝腱反射阈值。

（2）两点刺激敏感阈限检查法，是采用两个距离很近的针状物同时刺激皮肤表面，当两个刺激点间的距离小到刚刚使被试者感到是一个点时的距离，称为两点刺激敏感阈限。作业机体疲劳时感觉机能迟钝，两点刺激敏感阈限增大，因此，可以根据这种阈值的变化判别疲劳程度。

（3）频闪融合阈限检查法，是利用视觉对光源闪变频率的辨别程度判断机体疲劳的方法。受试者观看一个频率可调的闪烁光源，记录工作前、后受试者可分辨出闪烁的频率数。具体做法是先从低频闪烁做起，这时视觉可见仪器内光点不断闪光。当增大频率，视觉刚刚出现闪光消失时的频率值称为闪光融合阈；光点从融合阈值以上降低闪光频率，当视觉刚刚开始感到光点闪烁的频率值称为闪光阈，它和融合阈的平均值称为临界闪光融合值（简称融合值）。人体疲劳后闪光融合值降低，说明视觉神经出现钝化。这一方法对在视觉显示终端（VDT）前面的工作人员的疲劳测定最为适用。一般测定日间或周间变化率，也可分时间段测定，采用的公式如下：

日间变化率=（休息日第二天的作业后融合值/休息日第二天的作业前融合值）×100%-100%

周间变化率=（周末日的作业前融合值/休息日第二天的作业前融合值）×100%-100%

根据日本早稻田大学大岛的研究结果，正常作业应满足表2-13列出的标准。

（4）连续色名呼叫检查法，是通过检查作业者识别各种颜色，并能正确叫出各种颜色色名的能力，判别作业者的疲劳的方法。测试者准备五种颜色板若干块，相当快地抽取色板，同时让作业者回答，作业者若在疲劳状态下，回答速度较慢，且错误率相对增高。根据作业者的回答速度和错误率，可以判断作业者的疲劳程度。

（5）反应时间测定法。反应时间的变化也同样能表征中枢神经系统机能的迟钝化程度。

（6）脑电肌电测定法。测定作业者的反应时间，根据其反应时间快慢能判断作业者中枢神经系统机能迟钝化程度与大脑兴奋水平，因此，也可利用脑电图反映作业者的疲劳程度。而对于局部肌肉疲劳，采用肌电图测量肌肉的放电反应，可判断肌肉的疲劳程度。当肌肉疲劳时，肌肉的放电反应振幅增大、节奏变慢。

（7）心率（脉率）血压测定法。心率和劳动强度是密切相关的。在作业开始前1 min，由于心理作用，心率常稍有增加。作业开始后，头30～40s内心率迅速增加，以适应供氧的要求，以后缓慢上升，一般经4～5min达到与劳动强度适应的稳定水平。轻作业时，心率增加不多；重作业时，心率能上升到150～200次/min，这时，心脏每搏输出血液量由安静时的40～70mL可增大到150mL，每分钟输出血液量可达15～25L，常锻炼的人可达35L。

作业停止后，心率可在几秒至十几秒内迅速减少，然后缓慢地降到原来水平。但是，心率的恢复要滞后于氧耗的恢复，疲劳越重，氧债越多，心率恢复得越慢。其恢复时间的长短可作为疲劳程度的标志和人体素质（心血管方面）鉴定的依据。

3．疲劳的他觉观察和主诉症状调查法

周身和局部疲劳可由个人自觉症状的主诉得以确认。日本产业卫生学会疲劳研究会提供了一个自觉症状调查表。按日本的分类方法，疲劳是由身体因子（Ⅰ）、精神因子（Ⅱ）和感觉因子（Ⅲ）构成的。对三个因子的每一个列出10项调查内容，把症状主诉率按时间、作业条件等加以分类比较，就可以评价作业内容、作业条件对工人的影响。调查表内容见表2-14。

应当指出，表中多数疲劳自觉症状都是在较繁重劳动中才会出现。

【阅读材料2-4】 运动性疲劳的判断

科学的判断运动性疲劳的出现及其程度，对合理安排体育教学和训练有很大实际意义。然而，疲劳的表现形式多种多样，引起疲劳的原因和部位也不尽相同，目前还没有一个准确判断疲劳的方法。这里仅介绍几种可供判断疲劳参考的生理指标测定方法。

1．肌力测定

（1）背肌力与握力：可早晚各测一次，求出其数值差。如次日晨已恢复，可判断为正常肌肉疲劳。

（2）呼吸肌耐力：可连续测5次肺活量，每次测定间隔30s，疲劳时肺活量逐次下降。

2．神经系统功能测定

（1）膝跳反射阈值：疲劳时该指标增高。

（2）反应时：疲劳时反应时延长。

（3）血压体位反射：受试者坐姿，休息5min后，测安静时血压，随即仰卧在床上3min，然后把受试者扶起成坐姿（推受试者背部，使其被动坐起），立即测血压，每30s测一次，共测2min。若2min以内完全恢复，说明没有疲劳；恢复一半以上为轻度疲劳；完全不能恢复为重度疲劳。

3．感觉器官功能测定

（1）皮肤空间阈：受试者仰卧、横伸单臂、闭眼，测试人员持触觉计或两脚规，拉开一定距离，将其两端以同样的力轻触受试者前臂皮肤，先从感觉不到两点的距离开始，逐渐加大两脚针距离，直到受试者感到了两点的最小距离，即为皮肤空间阈，又称两点阈。阈值较安静时增加1.5～2倍为轻度疲劳，增加2倍以上为重度疲劳。

（2）闪光融合频率：受试者坐姿，注视频率仪的光源（如红色），直到将红光调至明显断续闪光融合频率为止，又称临界闪光融合频率。测三次，取其平均值，疲劳时闪光融合频率减少。如轻度疲劳时约减少1.0～3.9 Hz，中度疲劳时约减少4.0～7.9 Hz，重度疲劳时减少8Hz以上。

4．生物电测定

（1）心电图：疲劳时s-t段向下偏移，t波可能倒置。

（2）肌电图测定：疲劳时，肌电振幅增大，频率降低，电机械延迟（简称emd）延长。积分肌电（iemg）和均方根振幅（rms）均是反应肌电信号振幅大小的指标。肌电测试表明，随着肌肉疲劳程度的增加，iemg逐渐加大，rms明显增加。emd是指从肌肉兴奋产生动作电位开始到肌肉开始收缩的这段时间，该指标延长表明神经-肌肉功能下降。

（3）脑电图测定：脑电图可作为判断疲劳的一项参考指标。疲劳时由于神经细胞抑制过程的发展，可表现为慢波成分的增加。

5．主观感觉判断（rpe）

瑞典生理学家冈奈尔·鲍格（Borg）在1973年研制了主观感觉等级表，鲍格认为：“在运动时来自肌肉、呼吸、疼痛、心血管各方面的刺激，都会传到大脑，而引起大脑感觉系统的应激。”因此，运动员在运动时的自我体力感觉，也是判断疲劳的重要标志。

rpe的具体测试方法是：在运动现场，放一块rpe（主观体力感觉等级表）木板。锻炼者在运动过程中，指出自我感觉是第几号，以此来判断疲劳程度。如果用rpe的编号乘10，相应的得数就是完成这种负荷的心率。