BMI對拉力作業肌肉疲勞的影響研究

易燦南,王雨馨,唐范,李開偉,2,左華麗,胡鴻

(1.湖南工學院 安全與環境工程學院，湖南 衡陽 421102;2.臺灣中華大學 工業管理系，臺灣 新竹 30012)

1 引言

人工物料搬運(Manual Materials Handling,MMH)是工作場所和日常生活中常見的活動[1-2]。MMH一般屬于重復性、周期性或連續性勞動，由于長時間勞動、過度用力、姿勢不當或負荷過大等原因，容易導致肌肉疲勞，引發工作相關肌肉骨骼系統疾患(Work-related Musculoskeletal Disorders，WMSDs)[2-3]。拉力作業是一種典型的MMH作業，主要依靠腰背和手臂肌肉完成，因此這些部位容易產生疲勞累積從而導致WMSDs。研究表明拉力作業人員肩膀和下背痛發生率較高，且9%～18%下背痛與拉力作業相關[3]。

負荷過大、體位不當以及長時間勞動是導致肌肉疲勞累積從而產生WMSDs的因素，現有研究也證明負荷、姿勢以及時間顯著影響拉力作業肌肉疲勞發展[4-7]。同時，有研究發現肥胖與WMSDs有關[8-10]，但肥胖與肌肉疲勞是否有關還未有系統研究。一般用描述個體纖維質量的身體質量指數(Body Mass Index，BMI)來表示肥胖程度[11-12]，BMI高者擁有較多脂肪或肌肉質量[13]。一般而言，BMI高者擁有較大肌力(Force,F)，但部分研究發現BMI與推力作業[13]、打孔作業[14]肌肉疲勞發展無關，與按壓作業最大隨意收縮無關[11]，這與文獻[8-10]的研究結果不一致。拉力作業中，BMI高者是否擁有較大拉力、肌肉疲勞發展過程是否較慢還未知。

基于此，筆者提出2個研究假設：(1)BMI大者擁有較高F；(2)BMI顯著影響肌肉疲勞發展。在工效學肌肉疲勞研究中，通常通過測量作業過程中不同時刻F和主觀肌肉疲勞評分(Ratings of Perceived Exertion，RPE)的大小來反映肌肉疲勞累積情況，因此研究假設之二可以轉化為BMI顯著影響F和RPE。為系統分析以上2個問題，設計模擬拉力作業實驗，通過測量不同時刻F和RPE，研究不同類別BMI下肌肉疲勞發展的特征，以便于合理進行工作設計和安排，減少肌肉疲勞累積，降低WMSDs風險。

2 方法

文獻[4]研究了單手拉車作業下肌肉疲勞發展情況，20位大學男生參與實驗，實驗姿勢包括手肘屈曲和手臂伸直，記錄了t=0，1，2，3，4，5 min下的F值和t=1，2，3，4，5min下的RPE值，研究了不同姿勢下肌肉疲勞發展差異并構建了描述肌肉疲勞發展的預測方程；文獻[7]基于文獻[4]的研究成果，構建了描述施力作業肌肉疲勞評價模型。本研究將基于這些基礎，分析BMI對作業過程肌肉疲勞發展的影響。

2.1 自變量與因變量

肌肉疲勞體現為肌肉產力能力的下降[15]，具體體現為F的下降和RPE的上升[6-7]，因此因變量為F和RPE。此研究主要探討BMI對拉力作業肌肉疲勞發展的影響，因此自變量為BMI。根據世界衛生組織關于BMI的分類，正常范圍為18.50-24.99 kg/m2[16]，東亞人正常范圍為18.5-23.99 kg/m2[17]。文獻[4]中20位男性被試BMI分布為：過輕1人(BMI≤18.50 kg/m2)，正常12人(18.5032.00 kg/m2)。基于被試BMI分布特征以及統計分析需要，從正常人群中隨機挑選6位被試數據與過重6位被試數據形成對照組，分別記為“正常”組和“高”組。

2.2 數據分析

總共72個F值(6個時間周期×12位被試)和60個RPE值(5個時間周期×12位被試)。運用方差分析方法分析不同BMI級別對拉力作業肌肉疲勞的影響，分別運用EXCEL?2010和SAS?9.0進行數據匯總和統計分析。

3 結果

方差分析結果顯示BMI顯著影響F(P<0.0001)，驗證了研究假設。除t=1min 時刻外，BMI“高”組的F值均顯著高于BMI“正常”組(P<0.05)，但姿勢、BMI和時間未見二階、三階效應。BMI對RPE的影響不顯著(P=0.45)，與研究假設相反，見圖1。

圖1 不同CBMI下F值ANOVA分析*P<0.05

4 討論

BMI顯著影響拉力作業F值(P<0.0001)，且“高”組顯著高于“正常”組，驗證BMI高者力量更大。t=1 min時刻兩組差異不顯著，這可能與以下兩個方面有關：1)工作時間較短，肌肉疲勞累積不明顯，文獻[4]研究結果顯示手臂伸直狀態下t=0 min和t=1 min下的F值差異不顯著；2)肌肉疲勞發展具有個體屬性，即與個體有關，MA[14,18]等提出疲勞速率用以描述這種規律，雖然對于某一群體而言，疲勞速率與作業任務有關，相似作業任務下疲勞速率差異很小，但是對于個體而言，疲勞速率差異較大，如打孔作業過程中肌肉疲勞發展與個體有很大關系[14]，拉力作業中被試之間疲勞速率差異較大且被試數量相對較少可能是造成這種現象的原因。

BMI對RPE的影響不顯著(P=0.45)，與研究假設相反，但與推力作業[13]和打孔作業[14]一致。ZHANG等人[13]的研究中，62%的被試屬于正常BMI范圍，BMI對肌肉疲勞發展速率影響不顯著。MA等人[14]的研究包括2個BMI組，A組24.9 (±2.4)，B組25.2 (± 4.2)，均屬于過重，不同組之間肌肉疲勞發展無顯著差異。在本研究中，“正常”組BMI為 20.41(±1.76)，“高”組為 25.86(±1.56)，分別屬于正常范圍和過重范圍，不同組之間肌肉疲勞發展不顯著。BMI對RPE影響不顯著的原因可能與RPE判定有關，RPE是一種心理生理量表，主要用于人員評價作業過程的不適癥狀和抱怨，雖然在相同時刻F差異顯著，但個體肌肉疲勞主觀感覺無顯著差異。因此推斷，BMI并不顯著影響拉力作業肌肉疲勞發展。但是，ZHANG等人[13]、MA等人[14]以及本文的被試均沒有達到肥胖級別，也缺少過輕被試的對比數據，因此需要進行進一步研究以全面分析不同BMI級別對肌肉疲勞發展的影響。另外，實際拉力作業為動態作業，步態、速度等因素均影響拉力作業肌肉疲勞[3]，需要進行進一步研究以探究BMI對動態拉力作業肌肉疲勞發展的影響。此外，實驗室氣溫較低，常溫以及較高溫度下是否存在這種特征，仍需進一步研究。

5 結論

(1)BMI顯著影響肌力，“高”組肌力更大；BMI對RPE影響不顯著，體力作業任務中，如果僅包括“正常”和“過重”人員，可不考慮BMI差異進行工作安排與設計。

(2)該研究僅覆蓋了“正常”和“過重”被試，沒有“過輕”、“肥胖”對照組；僅為靜態拉力作業，沒考慮動態因素；實驗環境較低。因此，在其他條件下是否具備這種特征，還需進一步研究。