目標和原則
生物力學是一門研究身體的學科，就好像它只是一個機械系統：身體的所有部分都被比作機械結構，並照此進行研究。 例如，可以得出以下類比：
- 骨骼：槓桿、結構件
- 肉：體積和質量
- 關節：承重面和關節
- 關節襯裡：潤滑劑
- 肌肉：馬達、彈簧
- 神經：反饋控制機制
- 機關：電源
- 筋：繩索
- 組織：彈簧
- 體腔：氣球。
生物力學的主要目的是研究身體產生力和產生運動的方式。 該學科主要依賴於解剖學、數學和物理學； 相關學科是人體測量學（研究人體測量）、工作生理學和運動機能學（研究與人體運動相關的力學和解剖學原理）。
在考慮工人的職業健康時，生物力學有助於理解為什麼某些任務會導致傷害和健康不良。 一些相關的不利健康影響類型是肌肉拉傷、關節問題、背部問題和疲勞。
背部拉傷和扭傷以及涉及椎間盤的更嚴重問題是可以避免的工傷的常見例子。 這些通常是由於突然的特定超負荷而發生，但也可能反映了身體多年來過度用力的情況：問題可能突然發生，也可能需要一段時間才能發展。 隨著時間的推移出現的問題的一個例子是“女裁縫的手指”。 最近的描述描述了一名婦女的手，她在一家服裝廠工作了 28 年，並在業餘時間從事縫紉工作，皮膚變硬變厚，手指無法彎曲（Poole 1993）。 （具體來說，她患有右手食指屈曲畸形，右手食指和拇指上赫伯登氏結節突出，右手中指因剪刀不斷摩擦而出現明顯老繭。） X光她的手片顯示右手食指和中指最外側關節出現嚴重退行性變化，關節間隙縮小、關節硬化（組織硬化）、骨贅（關節處骨質增生）和骨囊腫。
在工作場所進行的檢查表明，這些問題是由於最外側的手指關節反復過度伸展（向上彎曲）造成的。 機械過載和血流受限（手指變白可見）在這些關節中最為嚴重。 這些問題是由於在肌肉以外的部位重複進行肌肉鍛煉而產生的。
生物力學有助於建議設計任務的方法以避免這些類型的傷害或改進設計不佳的任務。 這些特殊問題的補救措施是重新設計剪刀並改變縫紉任務以消除對所執行動作的需要。
生物力學的兩個重要原理是：
- 肌肉成對出現. 肌肉只能收縮，因此對於任何關節，必須有一塊肌肉（或肌肉群）將其向一個方向移動，並且相應的肌肉（或肌肉群）將其向相反方向移動。 圖 1 說明了肘關節的點。
- 當肌肉對處於放鬆平衡狀態時，肌肉收縮最有效. 當肌肉處於它彎曲的關節的中間位置時，它的動作最有效。 之所以如此，有兩個原因：首先，如果肌肉在縮短時試圖收縮，它會拉動伸長的對側肌肉。 因為後者被拉伸，它會施加收縮肌肉必須克服的彈性反作用力。 圖 2 顯示了肌肉力量隨肌肉長度變化的方式。
其次，如果肌肉試圖在關節運動的中間範圍以外的位置收縮，它將在機械上處於劣勢。 圖 3 說明了肘部在三個不同位置的機械優勢變化。
工作設計的一個重要標準遵循這些原則： 工作安排應使每個關節的相對肌肉處於放鬆平衡狀態。 對於大多數關節，這意味著關節應該處於運動的中間範圍。
該規則還意味著在執行任務時肌肉緊張度將處於最低水平。 違反規則的一個例子是過度使用綜合症（RSI，或重複性勞損），它會影響習慣性地彎曲手腕進行操作的鍵盤操作員前臂頂部的肌肉。 這種習慣通常是鍵盤和工作站的設計強加給操作員的。
應用
以下是說明生物力學應用的一些例子。
刀柄最佳直徑
手柄的直徑會影響手部肌肉施加在工具上的力。 研究表明，最佳手柄直徑取決於工具的用途。 為了沿手柄線施加推力，最佳直徑是允許手指和拇指略微重疊的抓握直徑。 這大約是 40 毫米。 要施加扭矩，最佳直徑約為 50-65 毫米。 （不幸的是，出於這兩個目的，大多數句柄都小於這些值。）
鉗子的使用
作為手柄的一個特例，鉗子的發力能力取決於手柄的間距，如圖4所示。
坐姿
肌電圖是一種可用於測量肌肉張力的技術。 在對緊張局勢的研究中 豎脊肌 坐著的受試者的（背部）肌肉，發現向後傾斜（靠背傾斜）會降低這些肌肉的張力。 這種效果可以解釋為靠背承擔了更多的上半身重量。
對處於各種姿勢的受試者進行的 X 射線研究表明，打開和關閉髖關節的肌肉放鬆平衡的位置對應於大約 135º 的髖角。 這接近於該關節在失重條件下（在太空中）自然採用的位置 (128º)。 在坐姿時，髖部呈 90º 角，同時覆蓋膝關節和髖關節的膕繩肌傾向於將骶骨（與骨盆相連的脊柱部分）拉至垂直位置。 作用是去除腰椎的自然前凸（彎曲）； 椅子應該有適當的靠背來糾正這種努力。
擰螺絲
為什麼螺絲是順時針插入的？ 這種練習可能源於無意識地認識到順時針旋轉右臂的肌肉（大多數人是右撇子）比逆時針旋轉的肌肉更大（因此更有力）。
注意，左撇子在用手插入螺絲時會吃虧。 大約 9% 的人是左撇子，因此在某些情況下需要特殊工具：剪刀和開罐器就是兩個這樣的例子。
對在裝配任務中使用螺絲刀的人進行的一項研究揭示了特定動作與特定健康問題之間更為微妙的關係。 結果發現，肘部角度越大（手臂越直），肘部發炎的人就越多。 產生這種效果的原因是旋轉前臂的肌肉（二頭肌）也將橈骨頭（下臂骨）拉到肱骨（上臂骨）的小頭（圓頭）上。 肘部角度越大，力越大，肘部的摩擦力越大，關節隨之發熱，導致炎症。 在更高的角度下，肌肉還必須用更大的力拉動以實現擰緊動作，因此施加的力比肘部在大約 90º 時所需的力更大。 解決方案是將任務移動到離操作員更近的位置，以將肘部角度減小到大約 90º。
上述案例表明，在工作場所應用生物力學需要對解剖學有正確的理解。 任務設計者可能需要諮詢功能解剖學專家，以預測所討論問題的類型。 (袖珍人體工學專家 （Brown 和 Mitchell 1986）基於肌電圖研究，提出了許多減少工作中身體不適的方法。）
人工物料搬運
術語 手工處理 包括提升、降低、推、拉、搬運、移動、保持和約束，並涵蓋了工作生活的很大一部分活動。
生物力學與手動處理工作有明顯的直接關係，因為肌肉必須移動才能執行任務。 問題是：人們可以合理地期望做多少體力勞動？ 答案視情況而定； 確實需要問三個問題。 每個人都有一個基於科學研究標準的答案：
- 可以處理多少而不會對身體造成傷害（例如，以肌肉拉傷、椎間盤損傷或關節問題的形式）？ 這被稱為 生物力學標準.
- 在不過度使用肺部（呼吸困難到氣喘吁籲）的情況下可以處理多少？ 這被稱為 生理標準.
- 人們覺得能夠舒適地處理多少？ 這被稱為 心理物理標準.
之所以需要這三個不同的標準，是因為對舉重任務可能會產生三種截然不同的反應： 感覺 關於任務——心理物理學標準； 如果要施加的力很大，則擔心肌肉和關節會 沒有超載 損壞點——生物力學標準； 如果 工作率 太大了，那麼它很可能會超過生理標準，或者人的有氧能力。
許多因素決定了人工處理任務對身體的負荷程度。 所有這些都暗示了控制的機會。
姿勢和動作
如果任務需要一個人扭動或向前伸展重物，則受傷的風險更大。 通常可以重新設計工作站以防止這些操作。 與大腿中部相比，從地面開始舉重會導致更多的背部受傷，這表明需要採取簡單的控制措施。 （這也適用於高舉。）
負載。
由於負載本身的重量和位置，負載本身可能會影響操作。 其他因素，例如它的形狀、穩定性、尺寸和光滑性，都可能影響處理任務的難易程度。
組織和環境。
工作的組織方式，無論是身體上的還是時間上的（時間上的），也會影響處理。 最好將在送貨區卸載卡車的負擔分攤給幾個人一個小時，而不是讓一個工人花一整天的時間來完成這項任務。 環境會影響操作——光線不足、地板雜亂或不平以及內務管理不善都可能導致一個人絆倒。
個人因素。
個人處理技能、人的年齡和穿著的衣服也會影響處理要求。 需要培訓和舉重教育，以提供必要的信息並留出時間來發展處理身體的技能。 年輕人面臨的風險更大； 另一方面，老年人體力較弱，生理能力較差。 緊身衣服會增加執行任務所需的肌肉力量，因為人們會因為緊身衣服而緊張； 典型的例子是當人們在頭頂上方工作時護士的工作服和緊身工作服。
建議重量限制
上面提到的幾點表明，不可能規定一個在所有情況下都“安全”的重量。 （體重限制往往因國家/地區而異.) 體重限制也往往過大。 根據最近的科學證據，許多國家建議的 110 公斤現在被認為太大了。 美國國家職業安全與健康研究所 (NIOSH) 在 32 年採用 55 公斤作為負荷限制（Waters 等人，23 年）。
每個起重任務都需要根據其自身的優點進行評估。 確定舉重任務重量限制的一種有用方法是 NIOSH 開發的方程式：
RWL = LC x HM x VM x DM x 上午 x 厘米 x FM
當：
RWL = 相關任務的推薦重量限制
HM = 從負載重心到腳踝之間中點的水平距離（最小 15 厘米，最大 80 厘米）
VM = 負載重心與電梯起點地面之間的垂直距離（最大 175 厘米）
DM = 升降機的垂直行程（最小 25 厘米，最大 200 厘米）
AM = 不對稱因素——任務偏離身體前方直線的角度
CM = 耦合乘數——能夠很好地抓住要舉起的物品，可在參考表中找到
FM = 倍頻器——提升的頻率。
等式中的所有長度變量均以厘米為單位表示。 需要注意的是，23 公斤是 NIOSH 推薦的最大舉重重量。 這已經從 40 公斤減少了，因為對許多人進行許多舉重任務的觀察表明，從舉重開始的身體的平均距離是 25 厘米，而不是早期版本的等式中假設的 15 厘米（NIOSH 1981 ).
提升指數。
通過比較任務中要提升的重量和 RWL，提升指數（LI) 根據關係可得：
LI=（待處理的重量）/RWL.
因此，NIOSH 方程式的特別有價值的用途是將舉重任務按嚴重程度排序，使用舉重指數來設置行動的優先級。 （然而，該等式有許多限制，需要了解這些限制才能最有效地應用。參見 Waters 等人，1993 年）。
估計任務施加的脊柱壓縮
計算機軟件可用於估計手動處理任務產生的脊柱壓縮。 密歇根大學 (“Backsoft”) 的 2D 和 3D 靜態強度預測程序估計脊柱壓縮。 該程序所需的輸入是：
- 執行處理活動的姿勢
- 施加的力
- 施力方向
- 發力的手數
- 所研究人口的百分位數。
2D 和 3D 程序的不同之處在於 3D 軟件允許在三個維度上對姿勢進行計算。 程序輸出提供了脊柱壓縮數據，並列出了能夠完成特定任務而不會超過六個關節建議限制的所選人群的百分比：踝關節、膝關節、髖關節、第一腰椎椎間盤-骶椎、肩關節和肘關節。 這種方法也有一些局限性，需要充分理解這些局限性才能從程序中獲得最大價值。