林業作業における作業負担指標としての心拍数について : 安静時, 負荷時および回復時の心拍数

(1)

鳥大演研報

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1994

論文

林業作業における作業負担指壊としての心拍数について

一安静持，負荷時および回復時の心拍数一

タ一ウォンウォン@口ノ

tチョーク*

藤井稽雄料

On the Heart Rate as an Index of the

Work Load i

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orest Opeγations

-Heart Rate before

，

after and during Work

ー

Thawornwong Lopachoke*

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ネ鳥取大学連合農学研究科

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料鳥取大学農学部農林総合科学科森林生産学講座林業工学研究室

(2)

40 ゲーウォンウォン・ロノtチョーク・

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はじめに

心拍数を指標にして，各種林業作業における作業負担を論ずる捺，作業者の安静

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数をその基準値として用いるのが一般的である。ところで，この安静時心拍数は，作業者自身の諸条件および外的環境条件により変動するものであり，この点については，さまざまに論議してきている。1，2)今回は，に最大酸素接取量などが推算できる自転車エノレゴメーターを用い，また被験者にベテランの林業作業者を加えて実験を行ない，より現場に即した観点から安静時，負荷時および回復時の心拍数，また最大殿素摂取量など、の諸関係について論じた。さらに，作業負担の指標である心拍;増加数および

口実験方法

室内に置かれた自転車エルゴメーター(竹井二機器工業製，キューテイ)を用いて，各被験者の全身持久力をテストする実験を行なった。このエルゴメーターは，負荷中の経過時間，および速度，脈拍数，最大酸素接取量，

1

出費カロリーなどを計測または推算し，表示できる。被験者は

1

3

名で，その内の 7名は

2

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才代の学部学生 4名は

3

0

才代の大学院生，残りの

2

名は

5

0

才前後の演習林で林業に携わっているベテランの技官であった(表

1

参照)。心拍数の計測は，このエ/レゴメーターの脈拍計測器とは別に心拍メモリー装置(竹井機器工業

1

8

5

0

引を用意し，安静時および負荷時の心拍数を

5

秒間隔で連続して計測し，同装謹のメモリ一部に記植させた。このデータは，後にインターフェース(開，

1

8

5

0 e

)

を介してパーソナルコンピューターに転送し，処理した。実験は， 1

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1人を対象にし，被験者の心拍数が比較的安定していると考えられる午前11時と午後 4時の 2回に行なった。1)その手順であるが，被験者は，まず椅子に座り 5分間の安静状態を経た後，すぐに自転車工ルゴメーターを漕ぎ始め，被験者の年齢や体重に芯じた負荷が与えられて，当人の全身持久力がテストされた後，テスト終了を知らせるアラーム音と共に漕ぐのをやめ，再び椅子に座り約

5

分間の回復状態を経た。負荷が与えられる時間は被験者によって異なるが，大体5~7 分くらい， 1人で

1

0

分くらいであった。エルゴメーターは時速約

2

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を保つ

(3)

休業作業における作業負担指標としての心J台数について一安静時，負荷持および回復時の心始数 41 ぎ，そのベタル閉転のテンポはほぼ70田/分であった。この間の心拍数を連続して記録し，またエルゴメーターに表示された各種値を読み取った。

結果と考察

全身持久力テストの結果およびそれ等を用いて計算した一般に広く用いられている2種類の作業負担指標也被験者ごとに一括して表

1

に示した。表1 被験者の心強数等及び最大駿素摂取蚤年齢体重滋度 ("c) 被験者

三

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kg 湿度附 Sl・z・1; 24 60 20-22 2や ? 50-60 S2・Z 司1 23 85 18-20 2 60-70 S3・・1 22 57 17-20 2 60-70 S4・・1 22 62 22-25 2 55-60 S5・・1 22 60 24-25 2 55-60 S6・・・1 22 80 24-26 2 50-60 S7・・・1 22 64 22-25 2 50-55 ーーーー値峰山ーーーーーーー G1...1 30 57 20-22 2 60 G2...1 29 65 20-22 2 55-65 G3.・1 34 67 21-22 2 50-55 G4.・1 35 74 20-24 2 60 一ーーーーーー喧 - - 由明白ーー W1・a・1 53 59 22-25 2 50-60 W1・・1 48 56 22-25 2 50-60 '1 午前の実験 (11: (潮時) ヲ=午後の実験 (16: 00時) 最大酸素王子均心拍数(心拍/分) 摂取量 _テスト前 _一スト時 _テスト後 r r淀川g/min_{安静時ア} _{安静時} 42.0 66.4 118.9 94.0 45.0 67.4 126.9 115.1 28.3 94.8 122.2 103.4 32.6 91.8 121.8 105.2 47.8 64.2 113.5 72.6 49.2 81.0 115.7 87.4 41.7 74.8 110.5 87.6 41. 7 82.4 117.2 90.6 48.9 78.1 112.8 77.7 44.4 84.4 115.2 83.3 46.2 60.6 104.9 77.3 42.9 55.8 105.2 78.1 41.9 99.8 116.8 101.9 44.7 85.0 116.6 89.8 ーーーーーーーーーーーー四日 38.7 73.8 118.3 90.1 40.2 79.8 124.4 100.1 50.2 59.4 108.5 73.0 49.8 59.6 111.2 80.8 51.8 66.6 116.3 75.8 49.2 63.2 114.3 75.7 35.0 70.6 109.3 77.4 36.2 63.8 109.2 78.1 司ーーーーーーーーーーーーーーー甲山由ーーー日ーーーー占 48.8 59.0 108.0 75.5 50.6 62.4 108.5 76.2 44.0 70.8 103.2 74.0 42.7 61.2 101.0 75.5 心拍心拍増加数増加率 (心拍) (9iI) 52.5 79.1 59.5 88.2 27.4 28.9 30.0 32.7 49.3 76.8 34.7 42.8 35.7 47.7 34.8 42.2 35.1 45.2 31.9 38.3 44.3 73.1 49.4 88.5 17.0 17.0 31.6 37.2 44.5 60.3 44.6 55.9 49.1 82.7 51.6 86.6 49.7 74.6 51.1 80.9 38.7 54.8 45.4 71.5 ーーーーーー日由峰山ーー 49.0 83.0 46.1 73.9 32.4 45.8 39.8 65.0 なお，表中のテスト前後の安静時および、テスト時の心拍数は，それぞれその期間中における平均心拍数を表わしている(以下，平均の文字を省略して記述する)。また，最大離素摂取最は，自転車エノレゴメーターによる全身持久力テスト中に被験者に加えられた軽重2つの一定負荷持の心拍数を基にして推算された髄である。また

2

種類の指諜はつぎの式で、計算された簡であるO 心拍増加数(心拍) =テスト時心拍数一テスト前安静時心拍数心拍増加率 ( % )

=

(心拍増加数/テスト前安静時心拍数)

x

100 ところで，前述のように被験者は年齢ないしは職務などを異にした

3

つの賠層を含んでいたが，各種心拍数や最大駿素摂取量をこの階層ごとに示したのが鴎1である。心拍数や最大酸素摂取量

(4)

42 ターウォンウォン・ロパチョーク・藤井議雄の水準が， ~皆摺ごとに明らかに異なっており，とりわけ， 50才前後の林業作業者の各種水準が罪だっている。例えば，林業作業者は学部学生と比較して最大駿素摂取量が約

8.9%

高く，また，テスト中の心拍数では約

9.0%

低い心拍水準を示した。つまり，この階居の体力は，学生や大宅院生の体力と較べ，その水準をかなり異にしていることが分かる。したがって，以下の考察ではこの階層ごとの体力差を念頭において論ずることにする。 11白盟国璽生践者生学暢曲学大作大ののの後後代節惜臨時才材産量大震皇室誇摂取露 (環I/kg/箆in) 心抱数 ( 心拍 / 分〉 50 42 100 45 §司 4臼 S宮 70 35 50 50 3日テスト蕊安静跨心総数テスト後安喜争終心拍数子スト中心拍数国1 全身持久カテストにおける被験者の平均心拍数等及び最大酸素摂取翠なお，

2

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才代の学部学生と

3

0

才前後の大学院生との各種心拍数などの差についてであるが，この3人の大学院生はかつてスポーツを通して身体を鍛えた経験を持つ者ばかりである。さらに， 50才前後の者は林業作業のベテランであることを勘案すると，この3つのグループは年代の差というよりも，むしろ体力および、作業経験の差であると考えた方が良さそうである。この点に関

L

ては，後ほど改めて論ずる。 1 .安静時心拾数とテスト締(負請時)心拍数との棺関について各被験者のテスト前安静持心拍数とテスト中の心拍数増加数および心拍増加率との関係を示

L

たのが，それぞれ顕2，図3である。両国から，被験者の安静時の心拍数が高いほどテスト中

ι

心拍増加数および増加率が低くなる傾向が認められる。両閣には年齢段階ごとの由帰直線と相誤係数が示されているが，し寸とれの場合も心拍増加率の痘線勾配および相関係数が心拍増加数のそれ等を上回っているのがわかる。また，これを被験者全体で示すと，田帰直線心拍増加数の場合:y =

90.2-0.68X

心拍増加率の場合:

y

= 176.7 -1. 61 X 相関係数

0 .

8

4

0 .

9

3

推定値の標準誤差

5 .

4

1

7.68 となり，増加率では増加数と比較して，回婦直線の傾きが大きく，また回帰直線の照りのばらて

(5)

林業作業における作業負担指標としての心拍数について一安静持，負荷時および回復時の心拍数 43 心始後初数〈心t自〉 100 80 0....20才代の大学生建警....30才前後の大学総生

ロ

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，

.

.50才前後の作雲義者 60

。

Y2= 72.7-0.4X 40 Yl= 97.3-0.8X f1= -0.89

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J 60 70 80 90 1OO 安置争終心拍数〈心f自/分〉盟 2 テスト前安静待心拍数とテストi:tの心拍増加数との関係心t自;取:lJu2お(%) 100 0... .20才代の大学生護霊....30才前後大学院生

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60 70 80 90 1OO まE喜害時心総数〈心t自/分〉臨3 テスト書官安静時心拍数とテスト中の心掠増加率との関係きが大きいことがわかる。つまり，各被験者の体力に見合った一定の負荷下での作業にもかかわらず，その作業負担を心拍増加数で示した方が心拍増加率で示すよりも，その時々の安静持心拍数の高低に影響され難いことを示している。したがって，作業負担の指標としては，心拍増加数の方が心拍増加率よりも好ましいと言え，異なる

3

つの階層の被験者を含んだ、に今時の場合も，今までの研究1，2)と一致

(6)

44 ターウォンウォン・ロパチョーク・

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j:j二絵雄する傾向を示した。ここで，特に注目したいのは，間

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に見られるように学生達と比較して林業熟練者では，回帰誼線の勾配が大きいことである。すなわち，作業負担の値がその時々の安静時心拍数の高低の影響を受け易く，現場における安静持心拍数の計測の際には，その計棚環境を整えるための細心の注意と配慮が必要であり，また，計測手法に熟達している必要があることを示唆していると言えよう。ところで，この両指標の定義式をここで比較検討してみよう。例えば，ある被験者がある一定負荷の作業を行なう場合を考える。ある日の彼の安静時心拍数をR 1，負荷作業時の心拍数をW 1とする。また，加の日のそれ等心拍数をそれぞれ， R2， W2とする。この両日における作業負担は，それぞれ，心拍増加数では， W1-R1， W2-R2，心拍増加率では， 100(W1-R1)/R1， 100(W2-R2)/R2 となる。つぎに，この両日の作業負担の比を取り，式を整理して治すと増加数，増加率の比は，それぞれ W1-R1 W1-R1 R1 W2-R2， W2-R2 R2 となる。すなわち，心拍増加率の比は，心拍増加数の比にR1/R2を掛けた式になっている。この項は両日の安静時心拍数の比であり，安静時心拍数が日時によって変化することを考えれば，理論的にみても心拍増加率の方が安静11寺心拍数の大小の影響を，より受け易い指標であることが分かる。このように，実験的にも理論的にも，作業負担の指標としては心拍増加数の方が好ましいと言えよう。ちなみに，ドイツにおいては，林業における作業負担は心拍増加数で示されるのが一般的である

2 .

回復時の心拍数についてテスト終了後 5分間jにわたる回復時の心拍数の変化を，各30秒間隔の平均心拍数で示したのが表 2および図 4である。いずれも，被験者の各階層ごとに示してあるが，関 4を見ると，林業作業者，大ー学院生，学部学生の11慎に，より早く心拍数が一定のレベルまで回復し，安定するのが分かるが，それ等の心拍レベルは，それぞれ

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心拍/分であった。また，表

2

から回復し，安定するまでの時間を調べると，林業作業者と大学院生では150秒 (2.5分)，学部学生では2 10秒 (3.5分)であり，鍛錬した者と普通の者との院では，回復の様子にかなりの差が認められた。李らは .1) この回復の程度を示す指標として匝復度を定義しているが，それを参考にして，つぎの式で示す回復率を計算してみた。 HRCE-HRR HRRL(%) 一一一一・100

(7)

林業作業における作業負担指標としての心拍数について一安静日寺，負荷時および剖復11寺の心拍数 45 被験者のグループ 30 20才代の大学生 123 30才代の大学院生 119 50才前後の作業者 113 〈心tB/分〉 140 ，心 t自 J I 数120J

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表2 90 97 89 80 回復時の心拍数変化各30秒間の平均値(心拍/分) 120 150 180 210 240 93 91 88 87 87 83 79 79 79 78 75 73 73 73 72 87

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30才前後大学線生 7作一一一一一九? ロ→ーロ目ふ"ロー5間後作業者 60 0 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 6 0 時間〈珍〉図4 鴎復時の心拍数変化ただし， HRRL:回復率(%) HRCE:テスト終了直前30秒間の平均心拍数(心拍/分) H R R :回復時，最後の30秒間の平均心拍数(心拍/分) H R M :テスト前，安静時の平均心拍数(心拍/分) 270 300秒 86 86 78 78 72 72 すなわち，この回復率は，作業前安静時心拍数のレベルに対してテスト終了後の回復時心拍数レベルが，どの穏度の割合になるかを示している。その計算結果を表3に示したが，平均回復率は林業作業者で87.4% (標準偏差5.35)，大学院生で84.8% (向6.50)，学部学生で90.0%(同12.97) であった。この様に学部学生の回復率のばらつきが大きくて階層別の傾向は判然としなかったが，被験者全体では88.0% (問10.4) であった。今回の全身持久力テストでは，被験者の年齢と体重に応じて推算される上限心拍数の約50%に棺当する負荷が与えられ，表

1

に示したように心拍増加数も平均すると

4

1.

4

心拍に達し，被験者

(8)

46 ターウォンウォン・ロパチョーク・藤井絵雄表 3 安静時心拍数の自復率被験者 CA8E 心拍数等(心拍/分) 回復率(%) 各グループの HRCE HRM HRR(t5) HRRL(t5) 平均田復率 81 l 158.0 66.4 80.0 85.2 2 172.0 67.4 108.0 61.2 82 1 142.0 94.8 98.0 93.2 2 140.0 91.8 102.0 78.8 83 l 136.0 64.2 68.0 94.7 2 138.0 81.0 84.0 94.7 84 1 134.0 74.8 82.0 87.8 2 138.0 82.4 90.0 86.3 85 1 128.0 78.1 74.0 108.2 2 136.0 84.4 78.0 112.4 86 l 140.0 60.6 70.0 88.2 2 132.0 55.8 74.0 76.1 87 1 130.0 99.8 100.0 99.3 2 140.0 85.0 88.0 94.5 90.0 自由】一ーーーー - ー一ーー - ーーー一ーーー - ー同ー一一ー日ー - ー自由一一目ーーー同時ー - ー “ ーー - ー G1 1 138.0 73.8 86.0 81.0 2 158.0 79.8 98.0 76.7 G2 l 134.0 59.4 66.0 91.2 2 134.0 59.6 78.0 75.3 G3 1 142.0 66.6 74.0 90.2 2 134.0 63.2 74.0 84.7 G4 1 136.0 70.6 76.0 91.7 2 130.0 63.8 72.0 87.6 84.8 一一ー - - ーーーー - ー円ー - ー『ー一一ー四ーー一ー自由一ーー一ー一一ー一ー由』ーー四』ーーーー - ー叩ー - ー W1 1 136.0 59.0 68.0 88.3 2 134.0 62.4 72.0 86.6 W2 l 122.0 70.8 74.0 93.8 2 128.0 61.2 74.0 80.8 87.4 CA8E1ェ午前の実験 (11: 00時) CA8E2=午後の実験(16:00時) にとってはかなりの負荷であったが，作業後5分間で，作業前安静時心拍数レベルの約88%のレベルにまで回復していた。

3 .

最大酸素摂取量について i最後に，被験者の全身持久力，つまり被験者の作業能力の指標で、ある最大酸素摂取量について述べる。前述のように，表 1に示した最大綾素接取量は被験者のテストr:tの心拍数の増加都合から推算した鈎であるが，この最大摂取量と作業前安静時心拍数との関係を示したのが1Z

1

6

，テスト中の平均心拍数との関係を示したのが図?である。両者の相関係数は0.51，0.30とあまり高くはなかったが，摺中の回帰寵線を見ると右下がりの額向を示し，やはり，安静時およびテストの心拍数が低い者ほど最大駿素焼取量が高くなる傾向を示している。安静i待心拍数の低い人は，一般に体力的にも優れており，安静Il寺心拍数からその人の体力を推定できるとされているが 5)この場合も同様の傾向が認められた。すなわち，林業作業者は安静時心拍数が低く，また，最大駿素摂敢量も高く， {也の階摺の被験りも体力的に優れていることが伺えた。

(9)

林業作業における作業負担ヨ指標としての心拍数について安静lK~. 負荷i待および回復時の心拍数 47 滋大震室主誇怒互支翠 {認l/Kg/min) 50 40 30 20 50 60 10 80 90

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20才代の大学生留一ー母 30才前後の大学院生企ーも 50才前後の作繁華ま Y

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6!.74-0.25X r = -0.51 テスト官官安静心拍数 (心拍/分) 図5 最大鼓素摂取翠 (VO，max)とテスト前安静跨心拍数との関係 0 - 0 20才代の大学生まま大震霊祭摂llXj霊酔 …e30才前後の大学校生ムーーム 50才iiii後の作繁華雪印

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100 105 @ @ 110 115 120 Y = 74.40-O.27X

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r = -0.30

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125 130 テスト中心拍数(心拍/分) 鴎6 章受大酸素摂取重量 (VO，max)とテストゅの心強数との関係 1.わが国では，作業負担の指標として，心拍増加数および心拍増加率が広く用いられているが，本実験の結果から，また，前述の理論的考察からみても，その時々の作業者Aの安静11寺心拾数の変動の影響を受けにくい心拍増加数の方が優れた指標であると思われる。 2.長年，林業に従事してきた作業者は， 20~30才代の大学生達と較べ，体力的に，すなわち，安静時および負荷時の心拍数水準，最大駿素隈取量，作業後の沼復力の点で，明らかに優れてい

(10)

48 タ一ウォンウォン・ロパチョーク・藤井繕雄ることが定量的に明確になった。作業負担に関する調査，実験においては，学生を被験者として用いる場合が多いのであるが，その実験結果などを林業現場に当てはめて論ずる際，この体力的な差をよく考慮する必要があろ

つ

。

謝辞

以上の実験を行なうに当たり，鳥取大学蒜山演習林の方々ならびに平成元年度および2年度の林業工学研究室の専攻生，大学院生諸君には被験者として多大なるご協力を頂いた。また，林業工学研究室の宮田和夫助教授からは折りに触れて有益なご助言を賜った。ここに併せて，深謝する次第である。

引用文献

1 )藤井嬉雄・古谷士郎:作業負担指標としての心拍数に関する基礎的考察，静岡大農研報26， pp .13~21 (1976) 2 )藤井繕雄・長田浩一:安静時心拍数と負荷時心拍数との相関関係について，静岡大演習林報告4， pp.13~21 (1978)

3) GRAMMEL， R : Forstliche Arbeitslehre， Paul Parey， Hamburg & Berlin， pp.119~ 123 (1978)

4

)李文彬・伏見知道・井上章二:急、傾斜地の下刈作業における作業者の心拍数変化と作業時間について，日林誌72(3)， pp. 216~ 222 (1990)

林業作業における作業負担指標としての心拍数について : 安静時, 負荷時および回復時の心拍数

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論 文

林業作業における作業負担指壊としての心拍数について

一安静持，負荷時および回復時の心拍数一

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藤 井 稽 雄 料

On the Heart Rate as an Index of the

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論文

藤井稽雄料