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[摘 要]身体活动参与和认知活动判断是完成一项工作任务的两个需求。这两方面需求的大小依赖于个体在工作中表现能力的高低。为了让劳动者在工作中能选用适宜工作负荷来保持健康水平和工作状态，很有必要研究其在从事重复性劳动时的身体能力。本文对采用NIRS测量方法分析实验环境或工作环境中工人的身体活动或认知任务需求的部分研究进行了综述。
[关键词]工效学 健康水平 工作能力
中图分类号：G8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0243-01
1 前言
剧烈的身体练习或是体力劳动如人工搬运工作，若持续工作8小时，就很容易导致疲劳。工作需求和劳动能力二者之间的失衡可能会给劳动者带来严重的健康威胁和安全风险[1]。比如建筑工、消防员、警察等一类高危职业，需经常从事高强度劳动。这类工作，劳动者的心肺功能是其工作耐力和工作效率的决定性因素[2]。此外，有效的心肺功能测量方法常关系到劳动者伤病防治和不健康结果的预防。
疲劳信号通常以个体在从事体力劳动时所需延长最大有氧能力的30%为评价标准。在生理学中，最大摄氧量通常是最好的评价心肺健康指标。最大摄氧量的大小与全身各大系统的功能有关，如肺与外界氧气交换、心脏泵血、血液运输和肌组织在工作中利用氧等功能。如要评价心肺系统的健康水平，一般采用递增负荷的方法来评价受试者对递增练习强度的耐受能力，随着练习强度的增加所出现的血液动力学变化来监控局部缺血现象或是其他异常情况的发生。在这种情况下，气体交换的测量和通气反应是决定呼吸系统，心血管系统和代谢系统三者功能的重要因素。然而，在工作过程直接测量VO2非常困难。且实验过程中，若没有精确的仪器设备和精心设计的测试方案也无法获得有效的测量数据。要解决数据的有效性问题，只有在特定的肌肉部位用简单方便且高效度的仪器来测量血液动力学和代谢反应才能实现。
近红外光谱扫描仪（NIRS）是一种非侵入性，无辐射，且能连续实时采集组织的氧化反应和血液动力学数据的工具。NIRS对组织中的微小血管，毛细血管和细胞内摄氧量等氧合反应的检测都非常灵敏[3]。基于其能提供氧在利用时良好的时间和空间分辨率，该方法可观察人体调节各种不同工作过程中局部组织血流和新陈代谢的内部机制。
本文的研究目的在于实验环境与工作现场采用NIRS方法来评价工人的身体活动需求或执行认知任务时的工作表现。加强对大负荷劳动的认知，将帮助工人了解身体负荷变化和发生肌肉损伤的潜在风险。
2.NIRS评价工人的生理活动和心理活动需求
身体活动过程中，骨骼肌脱氧反应的不同程度跟工作强度和劳动者健康水平有关。实验表明在渐增负荷运动时机体血液中的氧气逐渐递减，而NIRS设备所检测到练习过程中血液动力学指标反应的是氧气在机体中运输和利用的动态平衡[4]。
在渐增负荷练习时，VO2max指标和肺的通气指标变化反映了渐增负荷时乳酸阈出现的时间。乳酸阈用非介入性方法来估测气体交换的阈值，这个阈值被称为“通气阈”。通气阈指标通常用来评价练习强度，预测耐力水平与耐受能力，及在有氧健身和锻炼领域广泛用于诊断成年人健康指数。NIRS是测试通气阈和乳酸阈的新方法，通过该方法检测肌肉通气阈和乳酸阈出现的时刻来反应机体新陈代谢变化[5]。研究趋向说明在渐增负荷练习时，肌肉需氧量的增加导致了肌肉的氧气运输与氧气利用之间的不平衡，用NIRS技术所获取的肌肉氧合反应指标跟通气阈和乳酸阈有紧密联系[6]。类似于制造业、储物业、运输业的工人通常每天用拖货板车搬运重物多次。工业领域里推重物数小时一类的工作可能会让工人下肢付出很高生理代价[7]。
一般而言，耐力的好坏采用氧气运输和外周代谢转换等因素来评价。很少有人注意中枢神经系统对肌肉收缩的限制作用，即中枢神经系统有可能对上述两方面因素起决定性的作用。在一方面，为了维持更长时间的肌肉收缩，剧增的肌肉氧离反应直接影响了外周神经的功能；另一方面，肌肉传入神经能潜在地遏制了运动中枢传出神经冲动，同时通过降低运动神经池的活性来减少肌肉自主运动[8]。NIRS为监测大脑氧合反应模式提供了唯一的快捷方法，可用于研究健康人群及疾病人群的神经驱动和耐力工作。已有人推断大脑额叶和运动皮质区氧合反应的变化模式可能是由于神经活性下降和大脑工作能力受到了限制[9]。NIRS监测前额皮质区时发现，大脑所具备的认知判断能力也可能受身体能力约束。研究说明工作中的体力需求和心理需求均对肌肉和大脑的氧合反应提出了挑战。
3. NIRS在体力劳动中肌肉功能的评价作用分析
出现VO2的过度摄取会导致肌肉过早疲劳，只有不产生代谢性酸中毒的负荷才能让练习者维持更长时间的练习[10]。
工业领域的大部分劳动中，肌肉的能量需求可能从静止状态迅速变化到中等状态，甚至到大负荷状态。在这种不稳定负荷状态下，骨骼肌氧代谢量所占新陈代谢氧量的比例是耐力工作过程出现氧亏的决定因素。VO2在机体内的这种长-短交替变化的反应是多因素的，且依赖于工作肌肉快速改变运输和利用氧气的能力。NIRS信号可判段肌肉工作时代谢条件不断变化时肌肉VO2动力学特征。在肌肉工作过程中，用NIRS来测量肺部气体交换和肌肉氧离反应状态的指标，这些指标可评价工人的工作耐力。
工业领域有多种人工搬运货物工作。这类型的体力工作需靠单调或重复的肌肉活动形式来完成，且有可能会增加上肢和腰背部功能不良的风险。尽管NIRS获取的证据只能证明在中等或快速收缩条件下肌肉氧气的降低跟升高的肌肉内部压力有关，但研究表明腰背部的肌肉耐力与氧的有效利用有密切关联。Yang等人做了一个有趣的实验，他们监测了工作一整天后受试者腰背部肌肉氧合反应的各项指标，论证了腰背部肌肉的氧气需求跟全过程的身体上举动作增加有关。Yang等人还指出，与熟练的受试者相比，没有上举工作经验的受试者产生更多的肌肉紧张，同时肌肉产生更多的氧合反应[11]。
4 结论
用有效的量化手段来获取受试者肌肉耗氧量，必须了解在休息、工作或工作后状态下肌肉新陈代谢的机制。同步测量肺部摄氧量和肌肉的氧合反应可有助于研究者获得练习或工作过程中肌肉系统和心肺系统反应的测量数据。NIRS实现了在工作状态下测量肌肉新陈代谢和脑血动力学有效测量途径，这种方法能帮助研究者理解组织的生理学特征及相关的功能失调。不断努力帮助工作人员安全地工作，让其工作能力跟劳动需求相匹配，今后鼓励使用NIRS测量方法在工作现场进行研究。
参考文献
[1] Astrand， P.O.， Rodahl， K.， 1996. Textbook of Work Physiology： Physiology Bases of Exercise， third ed. McGraw-Hill Company， New York.
[2] Belardinelli， R.， Barstow， T.J.， Porszasz， J.， Wasserman， K.， 1995. Changes in skeletal muscle oxygenation during incremental exercise measured with near infrared spectroscopy. European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology70 （6）， 487–492.
[3] Bhambhani， Y.N.， Buckley， S.M.， Susaki， T.， 1997. Detection of ventilatory threshold using near infrared spectroscopy in men and women. Medicine and Science in Sports and Exercise 29， 402-409.
[关键词]工效学 健康水平 工作能力
中图分类号：G8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0243-01
1 前言
剧烈的身体练习或是体力劳动如人工搬运工作，若持续工作8小时，就很容易导致疲劳。工作需求和劳动能力二者之间的失衡可能会给劳动者带来严重的健康威胁和安全风险[1]。比如建筑工、消防员、警察等一类高危职业，需经常从事高强度劳动。这类工作，劳动者的心肺功能是其工作耐力和工作效率的决定性因素[2]。此外，有效的心肺功能测量方法常关系到劳动者伤病防治和不健康结果的预防。
疲劳信号通常以个体在从事体力劳动时所需延长最大有氧能力的30%为评价标准。在生理学中，最大摄氧量通常是最好的评价心肺健康指标。最大摄氧量的大小与全身各大系统的功能有关，如肺与外界氧气交换、心脏泵血、血液运输和肌组织在工作中利用氧等功能。如要评价心肺系统的健康水平，一般采用递增负荷的方法来评价受试者对递增练习强度的耐受能力，随着练习强度的增加所出现的血液动力学变化来监控局部缺血现象或是其他异常情况的发生。在这种情况下，气体交换的测量和通气反应是决定呼吸系统，心血管系统和代谢系统三者功能的重要因素。然而，在工作过程直接测量VO2非常困难。且实验过程中，若没有精确的仪器设备和精心设计的测试方案也无法获得有效的测量数据。要解决数据的有效性问题，只有在特定的肌肉部位用简单方便且高效度的仪器来测量血液动力学和代谢反应才能实现。
近红外光谱扫描仪（NIRS）是一种非侵入性，无辐射，且能连续实时采集组织的氧化反应和血液动力学数据的工具。NIRS对组织中的微小血管，毛细血管和细胞内摄氧量等氧合反应的检测都非常灵敏[3]。基于其能提供氧在利用时良好的时间和空间分辨率，该方法可观察人体调节各种不同工作过程中局部组织血流和新陈代谢的内部机制。
本文的研究目的在于实验环境与工作现场采用NIRS方法来评价工人的身体活动需求或执行认知任务时的工作表现。加强对大负荷劳动的认知，将帮助工人了解身体负荷变化和发生肌肉损伤的潜在风险。
2.NIRS评价工人的生理活动和心理活动需求
身体活动过程中，骨骼肌脱氧反应的不同程度跟工作强度和劳动者健康水平有关。实验表明在渐增负荷运动时机体血液中的氧气逐渐递减，而NIRS设备所检测到练习过程中血液动力学指标反应的是氧气在机体中运输和利用的动态平衡[4]。
在渐增负荷练习时，VO2max指标和肺的通气指标变化反映了渐增负荷时乳酸阈出现的时间。乳酸阈用非介入性方法来估测气体交换的阈值，这个阈值被称为“通气阈”。通气阈指标通常用来评价练习强度，预测耐力水平与耐受能力，及在有氧健身和锻炼领域广泛用于诊断成年人健康指数。NIRS是测试通气阈和乳酸阈的新方法，通过该方法检测肌肉通气阈和乳酸阈出现的时刻来反应机体新陈代谢变化[5]。研究趋向说明在渐增负荷练习时，肌肉需氧量的增加导致了肌肉的氧气运输与氧气利用之间的不平衡，用NIRS技术所获取的肌肉氧合反应指标跟通气阈和乳酸阈有紧密联系[6]。类似于制造业、储物业、运输业的工人通常每天用拖货板车搬运重物多次。工业领域里推重物数小时一类的工作可能会让工人下肢付出很高生理代价[7]。
一般而言，耐力的好坏采用氧气运输和外周代谢转换等因素来评价。很少有人注意中枢神经系统对肌肉收缩的限制作用，即中枢神经系统有可能对上述两方面因素起决定性的作用。在一方面，为了维持更长时间的肌肉收缩，剧增的肌肉氧离反应直接影响了外周神经的功能；另一方面，肌肉传入神经能潜在地遏制了运动中枢传出神经冲动，同时通过降低运动神经池的活性来减少肌肉自主运动[8]。NIRS为监测大脑氧合反应模式提供了唯一的快捷方法，可用于研究健康人群及疾病人群的神经驱动和耐力工作。已有人推断大脑额叶和运动皮质区氧合反应的变化模式可能是由于神经活性下降和大脑工作能力受到了限制[9]。NIRS监测前额皮质区时发现，大脑所具备的认知判断能力也可能受身体能力约束。研究说明工作中的体力需求和心理需求均对肌肉和大脑的氧合反应提出了挑战。
3. NIRS在体力劳动中肌肉功能的评价作用分析
出现VO2的过度摄取会导致肌肉过早疲劳，只有不产生代谢性酸中毒的负荷才能让练习者维持更长时间的练习[10]。
工业领域的大部分劳动中，肌肉的能量需求可能从静止状态迅速变化到中等状态，甚至到大负荷状态。在这种不稳定负荷状态下，骨骼肌氧代谢量所占新陈代谢氧量的比例是耐力工作过程出现氧亏的决定因素。VO2在机体内的这种长-短交替变化的反应是多因素的，且依赖于工作肌肉快速改变运输和利用氧气的能力。NIRS信号可判段肌肉工作时代谢条件不断变化时肌肉VO2动力学特征。在肌肉工作过程中，用NIRS来测量肺部气体交换和肌肉氧离反应状态的指标，这些指标可评价工人的工作耐力。
工业领域有多种人工搬运货物工作。这类型的体力工作需靠单调或重复的肌肉活动形式来完成，且有可能会增加上肢和腰背部功能不良的风险。尽管NIRS获取的证据只能证明在中等或快速收缩条件下肌肉氧气的降低跟升高的肌肉内部压力有关，但研究表明腰背部的肌肉耐力与氧的有效利用有密切关联。Yang等人做了一个有趣的实验，他们监测了工作一整天后受试者腰背部肌肉氧合反应的各项指标，论证了腰背部肌肉的氧气需求跟全过程的身体上举动作增加有关。Yang等人还指出，与熟练的受试者相比，没有上举工作经验的受试者产生更多的肌肉紧张，同时肌肉产生更多的氧合反应[11]。
4 结论
用有效的量化手段来获取受试者肌肉耗氧量，必须了解在休息、工作或工作后状态下肌肉新陈代谢的机制。同步测量肺部摄氧量和肌肉的氧合反应可有助于研究者获得练习或工作过程中肌肉系统和心肺系统反应的测量数据。NIRS实现了在工作状态下测量肌肉新陈代谢和脑血动力学有效测量途径，这种方法能帮助研究者理解组织的生理学特征及相关的功能失调。不断努力帮助工作人员安全地工作，让其工作能力跟劳动需求相匹配，今后鼓励使用NIRS测量方法在工作现场进行研究。
参考文献
[1] Astrand， P.O.， Rodahl， K.， 1996. Textbook of Work Physiology： Physiology Bases of Exercise， third ed. McGraw-Hill Company， New York.
[2] Belardinelli， R.， Barstow， T.J.， Porszasz， J.， Wasserman， K.， 1995. Changes in skeletal muscle oxygenation during incremental exercise measured with near infrared spectroscopy. European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology70 （6）， 487–492.
[3] Bhambhani， Y.N.， Buckley， S.M.， Susaki， T.， 1997. Detection of ventilatory threshold using near infrared spectroscopy in men and women. Medicine and Science in Sports and Exercise 29， 402-409.