4.2 与手有关的累积损伤疾病
手工操纵一般要涉及手、腕、臂等部位，只有了解各部位用力的特点和规律，保证所设计的控制器的操纵力在人的用力限度之内，才能避免操纵困难或给人体带来损伤。
4.2.1 上肢的操纵力
人体的上肢包括肩、大臂、小臂、手腕和手，各部位协调配合完成各种手工作业。人在用力的时候，肘关节肌肉群屈曲时所产生的力大小，依赖于手的方向，实验表明当手掌面向肩部时，产生的力最大。提取重物的时候，必须用体重与负荷作对抗性的平衡。
对于人体的上肢，指、腕、肘、肩关节作依次活动时，指关节力量最小，但精确性最高；肩关节力量最大，但准确性最低。
1．手臂的坐姿操纵力
如图4.3所示，通过在坐姿下对健康男子的臂力进行测量，可以得出手臂在各种不同角度上的操纵力，数据见表4-1。
表4-1 坐姿时手臂在不同角度和方向上的操纵力 单位：N
图4.3 手臂的坐姿操纵力
从实验结果可得出手臂操纵力的一般规律如下：
（1）左手力量小于右手。
（2）手臂处于侧面下方时，推拉力都较弱，但其向上和向下的力较大。
（3）拉力略大于推力。
（4）向下的力略大于向上的力。
（5）向内的力大于向外的力。
2．手臂的立姿操纵力
图4.4所示为立姿操作时手臂在不同方向、不同角度上的拉力和推力。由图可知，手臂在肩的下方180°和肩的上方0°位置上产生最大拉力，在肩的上方0°位置产生最大推力。因此，推拉形式的操纵装置应尽量安装在上述能产生最大推拉力的位置上。
图4.4 立姿时手的操纵力相对于体重的百分数
1）手的握力
一般人右手的握力大于左手。实际测得一般青年男子右手平均瞬间最大握力约为550N，左于为421N。保持1min后，右手平均握力降至274N，左手降至244N。由此可见，握力与手的姿势和持续时间有关。
当操作者紧握操纵机构时，还要考虑握紧强度，握紧强度是人能够施加在手柄上的最大握紧力（可用测力计量器）。在设计手工工具、夹具和操纵机构时都需要考虑握紧强度的数值。年龄在30岁以上时可用下式（经验公式）近似计算手操纵的握紧强度：
GS=608×2.94A
式中：GS——手操纵的握紧强度，N；
A——年龄，岁。
利用手柄操作时，最适合的操纵力大小与手柄距地面的高度、操纵方向、左右手等因素均有关。
2）拉力与推力
在立姿手臂水平向前自然伸直的情况下，男子平均瞬时拉力可达689N，女子平均瞬时拉力为378N。若手作前后运动时，拉力要比推力大，瞬时最大拉力可达1078N，连续操作的拉力约294N。当手作左右运动时，则推力大于拉力，最大推力约为392N。而最大操纵力产生在控制手柄离座位靠背为570～660 mm的范围内。
3）扭力
双臂作扭转用力时，一般有三种不同的姿势，如图4.5所示。
（1）身体直立，双手扭转。扭转长把手时，男子的扭力为（381±127）N，女子的扭力为（200±78）N。
（2）身体屈曲，双手扭转。男子的扭力为（544 ± 244）N，女子的扭力为（267 ± 138）N。
（3）有些把手很短，需要弯腰操作。此时男子的扭力为（943±335）N，女子的扭力为（416±196）N。
图4.5 扭力姿势
4）提力
提力是前臂水平前伸，手掌向下，然后往上提物料，平均提力为214N。
5）肘弯曲时的操纵力
弯肘操纵是常用的手臂姿势，其操纵力随手的位置变化而异。
3．上肢系统及其姿势
上肢系统包括：肩、大臂、小臂、腕、手指骨、肌肉、腱、韧带、神经，手的组织和上肢骨的分布分别如图4.6、图4.7所示。
图4.6 手的组织
图4.7 上肢骨的分布图
在从人因工程的角度考虑操作者的作业姿势时，仅仅说工人弯曲手腕是不够的，必须知道弯曲的方向、弯曲的程度以及手掌是向上还是向下等。因此，也就需要一些描绘关节运动的准确术语。1988年Putz-Anderson提出了一系列的术语，例如：
（1）曲腕（见图4.8）。桡向偏移（radial deviation），指手沿大拇指方向腕部弯曲；尺骨偏移（ulnardeviation），手沿小指方向腕部弯曲。
图4.8 手的曲腕状态
（2）腕关节弯曲、伸展（见图4.9）。弯曲：减小相邻骨之间角度的运动；伸展：增大相邻骨之间角度的运动。
图4.9 腕关节的运动
4.2.2 与手有关的累积损伤疾病
累积性肌肉骨骼伤害主要有：腕部通道症候群、腱鞘炎、扳机指、白指症、网球肘等。累积性肌肉骨骼创伤的原因与过度用力、姿势不当、反复重复有关，尤其是三者合并同时发生时。
以计算机操作时的上肢肌肉骨骼损伤为例，有以下几种情况：
（1）肩部损伤。由于敲击键盘和点击鼠标时，上臂通常处于前伸状态，保持上臂前伸的主要肌肉是斜方肌，斜方肌持续紧张，也可导致肩部疼痛。这个症状常与颈部症状共存，因此称为肩颈综合征。
（2）肘部损伤。当敲击键盘和使用鼠标时，由于键盘和鼠标都高于操作台，腕部常处于上翘状态，即背屈，手腕背屈时腕部伸肌持续紧张，可引起操作者的肘部症状，表现为疼痛，手腕背屈时疼痛加剧，常称为肱骨外上髁炎，又称网球肘。
（3）腕部损伤。在计算机操作中，症状出现最频繁的部位要算是腕部了。据调查发现，计算机操作者中有60%反应有手腕疼痛、手痉挛。在操作过程中，腕部不但要经常保持背屈状态，还要不断地伸屈以敲击键盘和点击鼠标，因此强迫体位与频繁活动联合作用，使腕部的症状更为常见和严重，也就是上述的腕部通道症候群。
骨、肌肉、关节、肌腱和韧带构成了上肢的机体，它们互相配合可以完成特定的作业。其关系如图4.10所示。
图4.10 上肢各机体的相互关系图
通常在作业时，肌肉、皮肤和骨骼的损伤是很明显的，同时也应该注意到腱与神经的损伤。
在腱与附近的韧带和骨头发生摩擦处，在关节处或相邻处的腱就很容易受伤。通常的一些症状表现为受影响的部位会隐隐作痛。常见的腱损伤一般有两种：肌腱炎和腱鞘炎。肌腱炎是出于重复紧张而导致的一种腱的炎症，受损伤的腱内的个别纤维可能被拉伤，而且被感染的腱会肿大。此时，如果没有足够的休息，发炎的腱可能会持续虚弱。如果腱的损伤涉及手的滑液（由关节滑囊和腱鞘的滑液膜分泌的含有类似黏蛋白物质的透明黏质润滑液）鞘（动植物的鞘状包裹物），则会导致腱鞘炎。这是因为腱的重复运动刺激产生更多的滑液（起润滑关节作用），这些滑液的积聚使腱鞘肿大、发炎。研究表明，腱的滑液鞘如果一小时运动1500～2000次，就会产生腱鞘炎。所以，避免过多的重复作业可以减少腱的损伤。
当神经受到来自外部物体（如锋利的边缘）或附近骨头的较大压力时，就会产生麻木、刺痛或疼痛之感。腕部通道症候群（carpal tunnel syndrome）即腕隧道症候群是一种常见的手部神经损伤。在腕部的2～3cm长的坚硬通道称为腕部通道或腕隧道，通道壁是由弯曲的腕骨（8块小骨头）组成的，而上部由坚韧的韧带包裹着腕骨。正中神经（起自臂丛的一条神经，下行至臂前面的中部）、血管和肌腱（带有滑液鞘）都要从此通道穿过。如果通道内的腱鞘（手指屈肌腱）肿大，通道内的正中神经就会受到挤压；极端的手姿和不断的重复运动也会引起腕部通道的病症。这些症状包括手的刺痛、麻木和疼痛，如果这些症状进一步加剧，手可能有丧失感觉和握力的危险，如图4.11、图4.12所示。图4.12中阴影部分代表受腕部通道症候群影响的区域，包括刺痛、麻木和疼痛。
图4.11 腕部通道的图示
图4.12 腕部活动造成的手部损伤
4.2.3 颈部与腰部的累积损伤疾病
Hildebrant（1987）利用五种综合出版物对后背疼痛进行研究，发现了24种与工作有关的因素可以表征后背疼痛，这些风险因素分为如下五类：
（1）一般：重体力工作，一般的工作姿势。
（2）静态工作负荷：静态工作姿势，坐、站立、弯曲，工作姿势没有变化。
（3）动态工作负荷：重体力手工处理，举起物料（物料很重或是频率很高、扭转），物料运送，推/拉物料，身体向前弯和旋转等。
（4）工作环境：振动、摇晃、滑动/落下。
（5）工作内容：单调、重复性工作，工作不满意。