職業活動中的肌肉工作

在工業化國家，大約 20% 的工人仍然從事需要體力勞動的工作（Rutenfranz 等人，1990 年）。 傳統的繁重體力工作的數量有所減少，但另一方面，許多工作變得更加靜態、不對稱和靜止。 在發展中國家，各種形式的肌肉鍛煉仍然很普遍。

職業活動中的肌肉工作大致可分為四組：重動態肌肉工作、體力搬運材料、靜態工作和重複性工作。 例如，在林業、農業和建築業中發現繁重的動態工作任務。 材料搬運很常見，例如，在護理、運輸和倉儲中，而靜態負載存在於辦公室工作、電子行業以及維修和維護任務中。 例如，重複性工作任務可以在食品和木材加工行業中找到。

重要的是要注意，手動材料處理和重複性工作基本上是動態或靜態肌肉工作，或者是這兩者的組合。

肌肉工作的生理學

動態肌肉工作

在動態工作中，活躍的骨骼肌有節奏地收縮和放鬆。 增加流向肌肉的血流量以滿足新陳代謝的需要。 增加的血流量是通過增加心臟的泵血（心輸出量），減少流向不活動區域（例如腎臟和肝臟）的血液以及增加工作肌肉組織中開放血管的數量來實現的。 心率、血壓和肌肉中的氧氣提取與工作強度相關，呈線性增加。 此外，由於呼吸更深和呼吸頻率增加，肺通氣量增加。 激活整個心肺系統的目的是增強向活動肌肉輸送氧氣。 在大強度肌肉工作期間測得的耗氧量水平表明了工作強度。 最大耗氧量（VO_2max) 表示人的有氧運動的最大能力。 耗氧量值可以轉化為能量消耗（每分鐘 1 升耗氧量相當於大約 5 kcal/min 或 21 kJ/min）。

在動態工作的情況下，當活動肌肉質量較小（如手臂）時，最大工作能力和峰值耗氧量小於大肌肉的動態工作。 在相同的外部工作輸出下，小肌肉的動態工作比大肌肉的工作引起更高的心肺反應（例如，心率、血壓）（圖 1）。

圖 1. 靜態與動態工作    

靜態肌肉工作

在靜態工作中，肌肉收縮不會產生可見的運動，例如在肢體中。 靜態工作會增加肌肉內部的壓力，這與機械壓縮一起會部分或完全阻塞血液循環。 向肌肉輸送營養和氧氣以及從肌肉中去除代謝終產物都受到阻礙。 因此，在靜態工作中，肌肉比在動態工作中更容易疲勞。

靜態工作最突出的循環特徵是血壓升高。 心率和心輸出量變化不大。 超過一定的努力強度，血壓升高與努力的強度和持續時間直接相關。 此外，在相同的相對強度下，大肌肉群的靜態工作比小肌肉群的工作產生更大的血壓反應。 （見圖2）

圖 2. 根據 Rohmert (1984) 修改的擴展應力-應變模型

原則上，靜態工作中的通風和循環調節與動態工作類似，但來自肌肉的代謝信號更強，並引起不同的反應模式。

職業活動中肌肉超負荷的後果

工人在肌肉工作中經歷的身體緊張程度取決於工作肌肉質量的大小、肌肉收縮的類型（靜態、動態）、收縮強度和個人特徵。

當肌肉負荷不超過工人的體能時，身體會適應負荷，停止工作後恢復很快。 如果肌肉負荷過大，就會產生疲勞感，工作能力下降，恢復變慢。 高峰負荷或長時間超負荷可能導致器官損傷（以職業病或工作相關疾病的形式）。 另一方面，一定強度、頻率和持續時間的肌肉工作也可能導致訓練效果，因為另一方面，過低的肌肉需求可能會導致訓練效果下降。 這些關係由所謂的 擴展的應力-應變概念 由 Rohmert (1984) 開發（圖 3）。

圖 3. 可接受的工作負載分析

一般來說，幾乎沒有流行病學證據表明肌肉超負荷是疾病的危險因素。 然而，健康狀況不佳、殘疾和工作中的主觀超負荷集中在對體力要求很高的工作中，尤其是對於年長的工人。 此外，許多與工作有關的肌肉骨骼疾病的風險因素與肌肉工作負荷的不同方面有關，例如力量的發揮、不良的工作姿勢、舉重和突然的峰值負荷。

人體工程學的目標之一是確定可用於預防疲勞和疾病的肌肉工作負荷的可接受限度。 預防慢性影響是流行病學的重點，而工作生理學主要處理短期影響，即工作任務或工作日的疲勞。

繁重的動態肌肉工作中可接受的工作負荷

傳統上，對動態工作任務中可接受工作量的評估是基於耗氧量（或相應的能量消耗）的測量。 耗氧量可以在現場使用便攜式設備（例如道格拉斯袋、馬克斯普朗克呼吸計、Oxylog、Cosmed）相對容易地測量，或者可以從心率記錄中估計，例如可以在工作場所可靠地進行, 與 SportTester 設備。 在估計耗氧量中使用心率需要根據實驗室標準工作模式下測得的耗氧量單獨校準心率，即，研究者必須知道個體受試者在給定心率下的耗氧量。 心率記錄應謹慎對待，因為它們還受到身體健康、環境溫度、心理因素和活動肌肉量大小等因素的影響。 因此，心率測量可能導致高估耗氧量，就像耗氧量值僅反映能量需求可能導致低估整體生理壓力一樣。

相對有氧應變 (RAS) 定義為工人在工作中測得的耗氧量相對於其 VO 的分數（以百分比表示）_2max 在實驗室測量。 如果只有心率測量可用，則可以通過使用所謂的 Karvonen 公式計算百分比心率範圍（% HR 範圍）的值來獲得 RAS 的近似值，如圖 3 所示。

VO_2max 通常在自行車測力計或跑步機上測量，它們的機械效率很高 (20-25%)。 當主動肌肉質量較小或靜態成分較高時，VO_2max 與大肌肉群運動相比，機械效率會更小。 例如，已經發現在郵包的分揀中，VO_2max 工人的工作量僅為自行車測力計上測得的最大值的 65%，任務的機械效率不到 1%。 當指南基於耗氧量時，最大測試中的測試模式應盡可能接近實際任務。 然而，這個目標很難實現。

根據 Åstrand (1960) 的經典研究，RAS 在八小時工作日內不應超過 50%。 在她的實驗中，在 50% 的工作量下，體重下降，心率未達到穩定狀態，白天主觀不適感增加。 她建議男性和女性的 RAS 限制為 50%。 後來她發現建築工人在一個工作日內自發地選擇 40%（範圍 25-55%）的平均 RAS 水平。 最近的幾項研究表明可接受的 RAS 低於 50%。 大多數作者建議將 30-35% 作為整個工作日可接受的 RAS 水平。

最初，可接受的 RAS 水平是為純粹的動態肌肉工作而開發的，這在實際工作生活中很少發生。 可能會發生沒有超過可接受的 RAS 水平的情況，例如，在舉重任務中，但背部的局部負荷可能大大超過可接受的水平。 儘管存在局限性，但 RAS 測定已廣泛用於評估不同工作中的身體勞損。

除了耗氧量的測量或估計之外，其他有用的生理場方法也可用於量化重動態工作中的物理壓力或應變。 觀察技術可用於估算能量消耗（例如，借助 埃德霍姆量表) (Edholm 1966)。 自覺用力等級 (RPE)表示疲勞的主觀累積。 新的動態血壓監測系統可以對循環反應進行更詳細的分析。

人工物料搬運中可接受的工作量

人工物料搬運包括各種外部負載的起重、搬運、推拉等工作任務。 該領域的大部分研究都集中在舉重任務中的腰背問題上，尤其是從生物力學的角度來看。

當將任務與從自行車測力計測試中獲得的個人最大耗氧量進行比較時，推薦的 RAS 水平為 20-35%。

最大允許心率的建議要么是絕對心率，要么與靜息心率相關。 在連續的人工材料處理中，男性和女性的絕對值是每分鐘 90-112 次。 這些值與將心率增加到靜息水平以上的推薦值大致相同，即每分鐘 30 至 35 次。 這些建議也適用於年輕健康男性和女性的大強度肌肉鍛煉。 然而，如前所述，應謹慎對待心率數據，因為它還受到肌肉工作以外的其他因素的影響。

基於生物力學分析的人工物料搬運可接受工作量指南包括幾個因素，例如負載重量、搬運頻率、提升高度、負載與身體的距離和人的身體特徵。

在一項大規模實地研究中（Louhevaara、Hakola 和 Ollila，1990 年）發現，健康的男性工人在輪班期間可以處理 4 至 5 公斤重的郵包，而沒有任何客觀或主觀疲勞的跡象。 大部分處理髮生在肩部以下，平均處理頻率低於每分鐘 8 個包裹，每班包裹總數不足 1,500 個。 工人的平均心率為每分鐘 101 次，平均耗氧量為 1.0 升/分鐘，這相當於與自行車最大值相關的 31% RAS。

例如，根據 OWAS 方法（Karhu、Kansi 和 Kuorinka 1977）進行的工作姿勢和用力觀察、感知用力評級和動態血壓記錄也是手動材料處理中壓力和應變評估的合適方法。 肌電圖可用於評估局部應變反應，例如手臂和背部肌肉。

靜態肌肉工作的可接受工作負荷

靜態肌肉工作主要是為了保持工作姿勢。 靜態收縮的持續時間與收縮的相對力成指數關係。 這意味著，例如，當靜態收縮需要最大力量的20%時，持續時間為5至7分鐘，而當相對力量為50%時，持續時間約為1分鐘。

較早的研究表明，當相對力低於最大力的 15% 時，不會產生疲勞。 然而，最近的研究表明，可接受的相對力量是特定於肌肉或肌肉群的，並且是最大靜態力量的 2% 到 5%。 然而，這些力限制很難在實際工作情況下使用，因為它們需要肌電圖記錄。

對於從業者而言，可用於靜態工作中應變量化的現場方法較少。 存在一些觀察方法（例如，OWAS 方法）來分析不良工作姿勢的比例，即偏離主要關節正常中間位置的姿勢。 血壓測量和感知用力等級可能有用，而心率則不太適用。

重複工作中可接受的工作量

從循環和代謝反應的角度來看，小肌肉群的重複訓練類似於靜態肌肉訓練。 通常，在重複性工作中，肌肉每分鐘收縮 30 次以上。 當收縮的相對力量超過最大力量的10%時，耐力時間和肌肉力量開始下降。 然而，耐力時間存在很大的個體差異。 例如，當肌肉在 90% 到 110% 的相對力量水平下每分鐘收縮 10 到 20 次時，耐力時間在 1974 到 XNUMX 分鐘之間變化 (Laurig XNUMX)。

很難為重複性工作設定任何明確的標準，因為即使是非常輕的工作（如使用微型計算機鼠標）也可能導致肌內壓升高，這有時會導致肌肉纖維腫脹、疼痛和減少在肌肉力量上。

重複和靜態的肌肉工作會在非常低的相對力量水平下導致疲勞和工作能力下降。 因此，人體工程學乾預應旨在盡可能減少重複運動和靜態收縮的次數。 很少有現場方法可用於重複工作中的應變評估。

預防肌肉超負荷

表明肌肉負荷對健康有害的流行病學證據相對較少。 然而，工作生理學和人體工程學研究表明，肌肉超負荷會導致疲勞（即工作能力下降），並可能降低生產力和工作質量。

預防肌肉超負荷可針對工作內容、工作環境和工人。 負荷可以通過技術手段進行調整，重點是工作環境、工具和/或工作方法。 調節肌肉負荷的最快方法是根據個人情況增加工作時間的靈活性。 這意味著設計工作休息方案時要考慮到每個工人的工作量以及需求和能力。

靜態和重複性肌肉工作應保持在最低限度。 偶爾進行繁重的動態工作階段可能有助於維持耐力型身體健康。 可能，可以納入工作日的最有用的身體活動形式是快走或爬樓梯。

但是，如果工人的體能或工作技能較差，則很難預防肌肉超負荷。 適當的培訓將提高工作技能，並可能減少工作中的肌肉負荷。 此外，在工作或閒暇時間定期進行體育鍛煉會增加工人的肌肉和心肺功能。

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