人因工程第2章

第二章人的因素第一节神经系统与感觉系统一、神经系统神经系统是人体的主导系统，全身各器官、系统均在神经系统的统一控制和调节下互相影响、互相协调，以保证人体的统一及其与外界环境的相对平衡。下面简要介绍神经系统的构成及各部分作用。（一）神经组织神经组织主要由神经细胞（神经元）和神经胶质构成，二者在形态结构和生理机能上是两种迥然不同的成分。第一节神经系统与感觉系统一、神经系统（一）神经组织1.神经元神经元是一种特殊类型的细胞，在形态上与其他组织细胞很不相同，是具有突起的细胞，由细胞体和突起组成。如图2-1所示(P23)。神经胶质是神经元的辅助成分。主要由胶质细胞组成，它们从各个方面包绕神经细胞体及其突起，神经元之间的空间除突触接触处以外，都为胶质细胞所占领。神经胶质构成网状支架，对神经元起支持、绝缘、营养、防御等作用。第一节神经系统与感觉系统一、神经系统（一）神经组织2.突触传递神经元之间的连接处称为突触。它是一个神经元轴突末梢与别的神经元的细胞体或树突相接触的地方。图2-2是突触结构示意图(P23)。神经元轴突末梢的突触小体贮存着神经递质。当神经冲动传到轴突末梢时，突触小体中的神经递质就透过突触前膜释放到突触间隙中，引起突触后膜的去极化，从而在去极化的这个神经元中引发出兴奋性突触后电位，由此产生的神经冲动继续向前传导。第一节神经系统与感觉系统一、神经系统（二）神经系统的基本结构神经系统是由包括脑和脊髓的中枢神经以及遍布全身各处的周围神经所组成。1.中枢神经系统中枢神经系统包括脑和脊髓。脊髓是中枢神经的初级部分。位于脊柱的脊椎管内，其上端进入颅腔扩展为大脑的一部分---延髓。脊髓有两个功能：一是通过上行和下行神经束，把来自外周感受器的冲动传至脑，同时把脑发出的冲动传到周围神经；二是实现一些基本的躯体反射和内脏反射活动，如血管张力反射等。第一节神经系统与感觉系统一、神经系统（二）神经系统的基本结构1.中枢神经系统脑又分为延髓、脑桥、中脑、间脑、小脑和大脑半球等部分。（1）延髓。延髓下接脊髓上连脑桥。来自头部、躯体与内脏的大部分感受器的神经冲动都经由延髓传至大脑。它同时又是调节循环、呼吸、肠胃蠕动、唾液与汗腺分泌等活动的中枢。它的前庭核是躯体运动反射调节的重要中枢。第一节神经系统与感觉系统一、神经系统（二）神经系统的基本结构1.中枢神经系统脑又分为延髓、脑桥、中脑、间脑、小脑和大脑半球等部分。（2）脑桥、中脑、小脑、。脑桥也有上行下行的传输通路。它是角膜反射的中枢。中脑是上行下行神经传导主要通路的集中处，它的四叠体是光、声探究反射的中枢所在。小脑位于脑桥后面，它与脑干有双向纤维相连。小脑的主要功能是调节肌肉紧张度、躯体运动和维持躯体姿势与平衡。第一节神经系统与感觉系统一、神经系统（二）神经系统的基本结构1.中枢神经系统脑又分为延髓、脑桥、中脑、间脑、小脑和大脑半球等部分。（3）间脑。间脑位于大脑两半球之间，主要包括丘脑和下丘脑。丘脑是很重要的感觉中枢。下丘脑控制植物性神经系统的活动。它的主要功能是调节内脏和内分泌系统，是饥、渴、性活动的中枢，也是情绪反应的中枢。第一节神经系统与感觉系统一、神经系统（二）神经系统的基本结构1.中枢神经系统脑又分为延髓、脑桥、中脑、间脑、小脑和大脑半球等部分。（4）大脑半球。大脑从外形上分左右两个半球，故称大脑半球。大脑表面被覆2-5mm厚的灰质细胞层，称为大脑皮层。人的大脑两半球，形态相似，相互对称。但是两者在结构和功能上仍存在一定差别。两半球的统一性体现在两半球互相影响，协调活动。第一节神经系统与感觉系统一、神经系统（二）神经系统的基本结构2.周围神经系统周围神经系统指脑和脊髓以外的神经系统。它包括脊神经和脑神经。脑神经发自脑干，共12对，脊神经发自脊髓，共31对。人体各部位的功能可分为两类，即躯体性功能和内脏性功能。躯体性功能指躯体骨骼肌功能和感官活动功能。内脏性功能指内脏活动功能。与此两类功能相应，神经系统也可分为两类，即躯体性神经系统与植物性神经系统(与内脏性功能对应)。第一节神经系统与感觉系统二、感觉系统感觉系统也称感官系统，是人体接受外界刺激产生感觉的机构。感觉系统又分为视、听、触、动、味、嗅等系统。下面主要介绍人因工程中应用较多的几种感官系统的结构与功能特点。（一）视觉视觉是由眼、视神经和视觉中枢的共同活动完成的。眼睛的构造与功能和照相机有些相似。它包括折光部分和感光部分。折光部分包括眼球最前面的透明组织——角膜和白色不透明的巩膜。角膜凭借其弯曲的形状实现眼球的折光功能。巩膜主要起巩固和保护眼球的作用。第一节神经系统与感觉系统二、感觉系统（一）视觉视网膜是眼睛的感光部分，内有两种感光细胞——杆状细胞和锥状细胞。视网膜上感光细胞的分布直接决定着该部分网膜的感光特性。中央处具有最敏锐的物体细节和颜色辨别能力。离中央越远，视敏度和辨色能力越低。视觉是所有感觉中神经数量最多的感觉器，其优点是：可在短时间内获取大量信息；可利用颜色和形状传递性质不同的信息；对信息敏感，反应速度快；感觉范围广，分辨率高；不容易残留以前刺激的影响。但也存在容易发生错视、错觉和容易疲劳等缺点。第一节神经系统与感觉系统二、感觉系统（二）听觉听觉系统主要包括耳、传导神经与大脑皮层听区等三个部分。听觉器官可分为外耳、中耳、内耳三部分，如图2-5所示（P27）。声音的声压必须超过某一最小值，才能使人产生听觉。因此。能引起有声音感觉的最小声压级称为听阈。不同频率的声音听阈不同，如图2-6所示（P28）。第一节神经系统与感觉系统二、感觉系统(三)平衡觉人对自身姿势和空间位置变化的感觉称为平衡觉。它的外周感觉器官是前庭器官。机体在进行直线运动或旋转运动时，速度的变化会引起前庭器官中感受器的兴奋。这类感受器的兴奋对于机体运动的调节以及平衡的维持具有特殊作用。机体静止时，也同样通过这类感受器来感受机体，特别是头部的空间位置。影响平衡觉并导致失去平衡的原因有：酒精、年龄、恐惧、突然的运动、热压、异常姿势等。了解上述现象，可使管理人员更好地进行作业安排，减少安全事故。第一节神经系统与感觉系统二、感觉系统(四)味觉味觉是溶解性物质刺激口腔内味蕾而发生的感觉。味觉的感受器是味蕾，分布于口腔粘膜内，主要分布于舌的背面，特别是舌尖部和舌的侧面。儿童的味蕾较成年人分布广泛，老年人的味蕾数量，由于萎缩而减少。味觉有甜、酸、苦、咸四种，称为四原味。其他味觉都是由这四种相互配合而产生的。味觉的反应速度很慢，恢复原状也需要时间。当一种有味物质进入口腔后，需要1s才能有感觉，而恢复原状则需要10s至1min以上，甚至更长。第一节神经系统与感觉系统二、感觉系统(五)嗅觉鼻腔上端的嗅黏膜是嗅觉感受器，其上分布着嗅觉细胞。嗅觉细胞受到刺激时，产生神经冲动，上传到嗅觉中枢而引起嗅觉。人的嗅觉灵敏度用嗅觉阈表示，即能引起嗅觉的气体物质的最小浓度。(六)肤觉皮肤感觉系统的外周感受器存在于皮肤表层。这些感受器受刺激时引起的神经冲动，经过传入神经达到大脑皮层的相应区域，而产生各种肤觉，包括触、压、振、温和痛等感觉。第二节肌肉、骨骼与供能系统一、肌肉组织及其工作特征肌肉是人体四种组织中数量最多的组织。人做任何动作，都要依靠肌肉的收缩与舒展。肌肉收缩有向心收缩、离心收缩、等长收缩等形式。前两种收缩是实现人体各种运动所必需的，它们是动力性的，总称为动力性收缩。等长收缩则是静力性收缩。(1)向心收缩。当肌肉收缩产生的张力大于外加阻力时，肌肉缩短并牵拉着骨杠杆作向心运动，故称向心收缩。(2)离心收缩。当肌肉收缩时产生的张力小于外力时，肌肉被拉长。(3)等长收缩。肌肉收缩产生张力但长度保持不变时的收缩形式称为等长收缩。第二节肌肉、骨骼与供能系统一、肌肉组织及其工作特征肌肉收缩的速度与肌肉收缩的张力有关。肌肉收缩的张力大小又同肌肉收缩前的长度(又称初长度)有关。初长度短于“静息长度”时，收缩时的张力随肌肉初长度的增长而线性地增大。当肌肉收缩初长度达到约相当于静息长度时，张力达到最大，此时的初长度称为最适初长度。肌肉长度若超过这个最适初长度，收缩张力迅速下降。肌肉收缩时的张力与收缩速度之间也存在着有规律的关系。增加肌肉的负荷时，肌肉收缩张力增大，但肌肉收缩的速度减慢，肌肉缩短的长度减小。当负荷张力增大到一定限度后，肌肉不能再缩短，收缩的速度为零。若负荷减小，肌肉收缩的速度与短缩的长度又大。第二节肌肉、骨骼与供能系统二、骨骼系统（1）骨及骨骼。人体内有206块骨。其中有177块直接参与人体运动。按结构形态和功能，人体骨骼系统可分成颅骨、躯干骨、四肢骨三大部分。图2-7是人体骨骼系统结构图（P31）。（2）关节。人体四肢骨之间普遍由关节连结。关节的功用主要在于它可使人的肢体有可能作屈伸、环绕和旋转等运动。在关节中有四类神经末梢，主要功能是向中枢提供关节位置变化的信息、关节活动速度的信息、关节实际位置的信息及感受痛觉的信息。第二节肌肉、骨骼与供能系统三、人体活动能源各种人体活动都需要能量。能量的供给通过体内能源物质(糖、糖元、脂肪、蛋白质)的氧化或酵解来实现。通常将能源物质转化为热或机械功的过程称为能量代谢。（一）人体活动的直接能源人的肌肉．神经元和其他细胞活动的能源直接来自细胞中的贮能元——三磷酸腺苷(ATP)。肌肉活动时，肌细胞中的ATP与水结合，在ATP酶的催化下迅速分解成二磷酸腺苷(ADP)和无机磷(Pi)，并释放29.3kJ的能量。ATP+H2O→ADP+Pi+29.3kJ/mol第二节肌肉、骨骼与供能系统三、人体活动能源（二）人体活动的供能系统人体补充ATP的过程称为产能或供能。人体有三个供能系统，即磷酸原(ATP-CP)系统、乳酸能系统和有氧化系统。（1）磷酸原(ATP-CP)系统。ATP—CP系统又称非乳酸能系统。肌肉细胞中的ATP由细胞内的二磷酸腺苷(ADP)和磷酸肌酸(CP)这两种高能磷化物合成。每1mol的CP分解时可合成1molATP。反应方程(P32)。第二节肌肉、骨骼与供能系统三、人体活动能源（二）人体活动的供能系统（2）乳酸能系统。该系统的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。（3）有氧氧化系统。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。综上所述可知，三种能量系统产能过程各有特点，它们在人体活动中也有不同的作用。表2-1是对三种能量系统供能特点的比较(P33)。第二节肌肉、骨骼与供能系统三、人体活动能源（二）能量消耗的测定人体能量消耗测定方法有直接法、间接法和相关估算法等。直接法是利用各种热量计，测定在绝热室内流过人体周围的冷却水生温情况，直接测量人体在一定时间内散发的热量。由于操作复杂，而且需要大型热量计，实际测量中不便应用。间接法是通过测定人体耗氧量（L/min），再乘以氧热价（KJ/L）来计算能量消耗的方法。第二节肌肉、骨骼与供能系统三、人体活动能源（二）能量消耗的测定间接法又可分为闭合式和开放式两类。闭合式是人对着一个密闭的装置作呼吸。开放式测定法是让人体从空气中直接吸气，将呼出气体收集起来，然后对收集的气体进行成分分析。使用间接法测定能耗，工作量很大。为了解决这一问题，在准确性要求不是很严格的场合，可用某些容易测定的生理指数来估计人体的能耗。例如，心率就是一个较常用的估算指标。第三节呼吸、消化和循环系统一、呼吸系统呼吸系统是从鼻经气管到肺部器官的总称。呼吸系统的功能是使空气中的氧进入肺，并在肺部与血液之间进行氧和二氧化碳的交换，再将血液中的二氧化碳排放到空气中。肺是呼吸系统中重要器官，主要功能是通气和换气。肺通气量是衡量肺功能的重要生理指标，是指单位时间内吸入（或呼出）的气体量。人体活动时，肺通气量随活动负荷增加而增大。安静休息时，肺通气量约为6～7L/min,剧烈活动时可达安静时的10～20倍。第三节呼吸、消化和循环系统二、消化系统消化系统包括口腔、食道、胃、十二指肠、小肠和大肠等消化器官，以及消化过程所必需的分泌酶的唾液腺、肝脏、胰