工业生产中肌肉运动性疲劳的研究进展

李文宝

摘 要：在工业生产中，对于需要徒手进行操作的工作任务，如搬运、推拉等工作，长时间操作时，易产生肌肉疲劳，甚至肌肉的损伤。通过文献资料法和逻辑分析法对文献进行分类，归纳，总结，研究主要集中于对运动性疲劳的直接测定和间接测定，以及建立疲劳的数学模型等方面。在明确了过往研究的广度和深度之上，提出今后在工业生产中运肌肉疲劳研究的研究方向。

关键词：工业工效学 肌肉疲劳 最大自主收缩力

中图分类号：G804 文献标识码：A 文章编号：2095-2813（2018）11（b）-0014-02

1 肌肉疲劳的概念

人们在进行身体运动时，肌肉疲劳是常见的生理现象。它可以定义为“运动过程中力量产生能力或力量输出功率的下降[1]”；或者定义为“相对于在自主收缩基础上，再收缩能力的下降”；运动生理学教材中把肌肉疲劳定义为：由于运动（动力性、静力性）引起的肌肉收缩产生的最大收缩力量或者最大输出功率暂时下降的生理现象，肌肉的疲劳属于一种生理现象。

2 肌肉疲劳的机制

有多种理论试图解释其产生机制，其中以中枢学说、代谢物积累学说和能源耗尽学说较有代表性。中枢学说认为，大脑有关区域持续兴奋导致的抑制性保护及抑制在大脑中的扩散是其产生的根本原因。代谢物积累学说认为，其产生是由于工作过程中代谢物（如乳酸）的不断产生与积累，使人体产生类似中毒的效应。能源耗尽学说认为，长期活动造成体内能源物质（如肌糖元）消耗殆尽，影响肌肉、大脑和各组织器官的能量供应，使人体丧失继续工作的能力。

3 肌肉疲劳的测定及研究模型

对于肌肉的运动性疲劳，一些研究人员常从工作绩效、主观反应和生理生化等方面对肌肉疲劳作出评价。合理休息是其消除的最重要途径。除静止休息外，也可通过不断地变换工作形式，使肌肉交替得到休息。科学地进行工作设计，让工作环境和工作负荷等处于最佳状态，也是使疲劳减轻或延迟出现的重要措施。在某些工厂中，对于经常手拉物料车的工人，双手搬运重物的工人和单手推进工作任务的工人来说，肌肉的运动性疲劳是常见的现象，并且容易导致肌肉骨骼损伤。

肌肉疲劳的测量方法分为直接测量法和间接测量法，其中，直接测量法是通过测量主动肌群最大随意收缩（ Maximum Voluntary Contractions ，MVC） 和力量输出值来获得，也可根据工作绩效和感知觉量表（ Ratings of Perceived Exertion，RPE）的评分来确定； 间接的肌肉疲劳测量则可通过分析表面肌电图（ Surface Electromyogrphy，sEMG） 、最大耐受时间（ Maximum Endurance Time，MET）。最大耐受时间指肌肉在负重时进行最大静力性收缩时能维持的最大时间。对于MET，许多研究者通过利用数学方程式建立数学模型来预测肌肉的最大耐受时间这一指标，大多数的模型都采用了最大随意收缩的百分比（%MVC）。MET 的方法简单，而且由于其结果为时间，可直接用于指导作业设计和工作计划的安排。

Ma等[1]人，基于当肌肉负重一段时间后，肌肉力量下降这样一个概念，建立了肌肉力量下降的方程式：，F（t）代表肌肉负重t时间时候后，肌肉能够产生的力量强度，MVC代表肌肉最大自主收缩力，Fload代表肌肉平衡负重所需要的力量，k代表疲劳率，是一个常数。

Roman-Liu[2]等人，提出了用力量变化指数（FCI）来区分肌肉疲劳在上肢进行间歇性手握任务的受试者实验方程。FCI的计算方程式如下：，f（t）是基于相关外力变化的回归方程中的力量值，t1和t2是负重开始和结束的时间。

张佔武，李开伟等[3]研究单臂推进试验，以此来评估肌肉疲劳和最大耐力时间的理论模型。结果表明女性在推进任务中比男性更能抵抗肌肉疲劳。肌肉力量的结果，表明肌力模型的可预测性是可行的。预测女性受试者的肌肉力量误差显着低于男性受试者。

易灿南，李开伟等[4]对静态拉叉车进行了实验研究。为分析单手拉车作业肌肉疲劳情况，设计了模拟静态手拉叉车试验： 通过测量拉车前后单臂拉力的变化及最大耐受时间（MET），利用BorgR-10感知觉量表记录受试者身体疲劳度，探讨负荷和身体质量指数（BMI）对MET、剩余拉力、力量衰减程度和RPE的影响； 并基于试验数据构建单手拉车作业肌肉疲劳MET预测方程。试验结果表明，仅负荷显著影响 MET，所构建的以指数函数和幂函数为基础的 MET方程与现有方程，具有一致性，Fcem（t）代表目前施加的最大力，即目前肌肉可承载外界力量的能力；Fload （t）代表肌肉额外负重，需要产生的力；k是常数，疲劳率；fmvc代表最大肌力的百分比。用所建方程得到的预测值与实测值偏差优于用现有MET方程得到的结果。

邱文声、李开伟[5]开展了一项关于男性和女性受试者双手水平屈臂持重物的实验。在4min的重量承載任务之前和期间收集受试者的力量强度。通过结合疲劳参数k，利用预测方程来预测男性和女性个体人群在进行此动作时手臂肌肉的疲劳程度。并对主观疲劳等级与FCI进行了相关分析，具有显著相关。

4 结语

目前，对于肌肉疲劳的研究，多进行静态拉叉车、搬重物试验，与动态作业过程还存在较大差异。受试者的步态、行走速度，负荷的大小、身体脂肪百分比、实验室环境等均影响作业肌肉群疲劳的发展，可在今后开展此方面的实验研究，同时也可以增加在作业过程中，对下肢肌群的研究。

参考文献

[1] Nina K V?llestad.Measurement of human muscle fatigue[J]. Journal of Neuroscience Methods，1997，74（2）：219-227.

[2] Liang M，Chablat D，Bennis F，et al.A new simple dynamic muscle fatigue model and its validation[J].International Journal of Industrial Ergonomics，2009，39（1）：211-220.

[3] Zhang Z，Li KW，Zhang W，et al.Muscular fatigue and maximum endurance time assessment for male and female industrial workers[J].International Journal of Industrial Ergonomics，2014，44（2）：292-297.

[4] 易灿南，李开伟，施式亮，等.静态单手拉车作业最大耐受时间建模[J].中国安全科学学报，2017，27（2）：64-69.

[5] Li KW，Wang CW，Yu R.Modeling of predictive muscular strength for sustained one-handed carrying task[J].Work，2015，52（4）：911-919.