工業生產中肌肉運動性疲勞的研究進展

李文寶

摘 要：在工業生產中，對于需要徒手進行操作的工作任務，如搬運、推拉等工作，長時間操作時，易產生肌肉疲勞，甚至肌肉的損傷。通過文獻資料法和邏輯分析法對文獻進行分類，歸納，總結，研究主要集中于對運動性疲勞的直接測定和間接測定，以及建立疲勞的數學模型等方面。在明確了過往研究的廣度和深度之上，提出今后在工業生產中運肌肉疲勞研究的研究方向。

關鍵詞：工業工效學 肌肉疲勞 最大自主收縮力

中圖分類號：G804 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2813（2018）11（b）-0014-02

1 肌肉疲勞的概念

人們在進行身體運動時，肌肉疲勞是常見的生理現象。它可以定義為“運動過程中力量產生能力或力量輸出功率的下降[1]”；或者定義為“相對于在自主收縮基礎上，再收縮能力的下降”；運動生理學教材中把肌肉疲勞定義為：由于運動（動力性、靜力性）引起的肌肉收縮產生的最大收縮力量或者最大輸出功率暫時下降的生理現象，肌肉的疲勞屬于一種生理現象。

2 肌肉疲勞的機制

有多種理論試圖解釋其產生機制，其中以中樞學說、代謝物積累學說和能源耗盡學說較有代表性。中樞學說認為，大腦有關區域持續興奮導致的抑制性保護及抑制在大腦中的擴散是其產生的根本原因。代謝物積累學說認為，其產生是由于工作過程中代謝物（如乳酸）的不斷產生與積累，使人體產生類似中毒的效應。能源耗盡學說認為，長期活動造成體內能源物質（如肌糖元）消耗殆盡，影響肌肉、大腦和各組織器官的能量供應，使人體喪失繼續工作的能力。

3 肌肉疲勞的測定及研究模型

對于肌肉的運動性疲勞，一些研究人員常從工作績效、主觀反應和生理生化等方面對肌肉疲勞作出評價。合理休息是其消除的最重要途徑。除靜止休息外，也可通過不斷地變換工作形式，使肌肉交替得到休息。科學地進行工作設計，讓工作環境和工作負荷等處于最佳狀態，也是使疲勞減輕或延遲出現的重要措施。在某些工廠中，對于經常手拉物料車的工人，雙手搬運重物的工人和單手推進工作任務的工人來說，肌肉的運動性疲勞是常見的現象，并且容易導致肌肉骨骼損傷。

肌肉疲勞的測量方法分為直接測量法和間接測量法，其中，直接測量法是通過測量主動肌群最大隨意收縮（ Maximum Voluntary Contractions ，MVC） 和力量輸出值來獲得，也可根據工作績效和感知覺量表（ Ratings of Perceived Exertion，RPE）的評分來確定； 間接的肌肉疲勞測量則可通過分析表面肌電圖（ Surface Electromyogrphy，sEMG） 、最大耐受時間（ Maximum Endurance Time，MET）。最大耐受時間指肌肉在負重時進行最大靜力性收縮時能維持的最大時間。對于MET，許多研究者通過利用數學方程式建立數學模型來預測肌肉的最大耐受時間這一指標，大多數的模型都采用了最大隨意收縮的百分比（%MVC）。MET 的方法簡單，而且由于其結果為時間，可直接用于指導作業設計和工作計劃的安排。

Ma等[1]人，基于當肌肉負重一段時間后，肌肉力量下降這樣一個概念，建立了肌肉力量下降的方程式：，F（t）代表肌肉負重t時間時候后，肌肉能夠產生的力量強度，MVC代表肌肉最大自主收縮力，Fload代表肌肉平衡負重所需要的力量，k代表疲勞率，是一個常數。

Roman-Liu[2]等人，提出了用力量變化指數（FCI）來區分肌肉疲勞在上肢進行間歇性手握任務的受試者實驗方程。FCI的計算方程式如下：，f（t）是基于相關外力變化的回歸方程中的力量值，t1和t2是負重開始和結束的時間。

張佔武，李開偉等[3]研究單臂推進試驗，以此來評估肌肉疲勞和最大耐力時間的理論模型。結果表明女性在推進任務中比男性更能抵抗肌肉疲勞。肌肉力量的結果，表明肌力模型的可預測性是可行的。預測女性受試者的肌肉力量誤差顯著低于男性受試者。

易燦南，李開偉等[4]對靜態拉叉車進行了實驗研究。為分析單手拉車作業肌肉疲勞情況，設計了模擬靜態手拉叉車試驗： 通過測量拉車前后單臂拉力的變化及最大耐受時間（MET），利用BorgR-10感知覺量表記錄受試者身體疲勞度，探討負荷和身體質量指數（BMI）對MET、剩余拉力、力量衰減程度和RPE的影響； 并基于試驗數據構建單手拉車作業肌肉疲勞MET預測方程。試驗結果表明，僅負荷顯著影響 MET，所構建的以指數函數和冪函數為基礎的 MET方程與現有方程，具有一致性，Fcem（t）代表目前施加的最大力，即目前肌肉可承載外界力量的能力；Fload （t）代表肌肉額外負重，需要產生的力；k是常數，疲勞率；fmvc代表最大肌力的百分比。用所建方程得到的預測值與實測值偏差優于用現有MET方程得到的結果。

邱文聲、李開偉[5]開展了一項關于男性和女性受試者雙手水平屈臂持重物的實驗。在4min的重量承載任務之前和期間收集受試者的力量強度。通過結合疲勞參數k，利用預測方程來預測男性和女性個體人群在進行此動作時手臂肌肉的疲勞程度。并對主觀疲勞等級與FCI進行了相關分析，具有顯著相關。

4 結語

目前，對于肌肉疲勞的研究，多進行靜態拉叉車、搬重物試驗，與動態作業過程還存在較大差異。受試者的步態、行走速度，負荷的大小、身體脂肪百分比、實驗室環境等均影響作業肌肉群疲勞的發展，可在今后開展此方面的實驗研究，同時也可以增加在作業過程中，對下肢肌群的研究。

參考文獻

[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] 易燦南，李開偉，施式亮，等.靜態單手拉車作業最大耐受時間建模[J].中國安全科學學報，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.