消防員運動性疲勞監測量表常模的實證研究

劉 峰

中國人民警察大學 救援指揮學院，河北 廊坊 065000

0 引言

消防訓練工作是消防隊伍建設的重要組成部分[1]，同時，特殊環境作業對消防員身心帶來了嚴峻挑戰[2]。滅火戰斗及大強度訓練導致的運動性疲勞極大地威脅著消防員的身體健康，影響消防隊伍的戰斗力。消防員運動性疲勞監測量表(簡稱量表)[3]為消防人員提供了行之有效的疲勞測評手段。量表由情緒應激、生理疲勞、自我效能、自我調節、體能恢復、心理疲勞和睡眠質量7個維度組成，共42道題目(圖1所示為量表節選內容)。參考量表得分常模，將消防員疲勞劃分為正常、疲勞、過度疲勞三個等級，以及應激過度主導和恢復不足主導兩個類別。量表以被試消防員主觀自評為主，缺乏客觀指標輔證，因此，如果同時選取運動生理生化客觀指標評估被試消防員運動性疲勞狀況，采用定性定量相結合的方式，可以彌補單純評價所產生的不足。

運動性疲勞客觀評定法主要通過儀器和設備對人體生理和生化指標進行觀察和分析。生理指標包

圖1 消防員運動性疲勞監測量表節選

括心率、心率變異性(Heart Rate Variability, HRV)、神經系統機能、生物電、感覺機能、血壓、血氧飽和度等；生化指標包括血紅蛋白、血乳酸、血尿素、腎上腺素、肌酸激酶、血睪酮皮質醇比值等血液指標，以及尿蛋白、尿膽原和尿潛血等尿液指標。Borg[4]編制的“主觀疲勞評估量表”(Ratings of Perceived Exertion，RPE)結合了生理指標，將主觀感受和運動心率聯系了起來，得出了一個函數關系：心率(HR)=RPE×10。Klimas等[5]證明當疲勞感產生時，肌肉糖原減少，乳酸增加。Kevin T等[6]在大強度訓練后神經肌肉的疲勞恢復研究中，使用視覺感官量表來監測被試者疲勞狀況。王潤極等[7]選取心率、主觀疲勞感覺、運動能力等客觀指標監測運動性疲勞，探討緩解運動性疲勞、提高恢復效率的有效方法。楊珊珊等[8]發現對HRV多項指標的監控，能使教練員把握運動員運動性疲勞狀況，在訓練方法及負荷強度上得到及時且有效的反饋，有助于對訓練效果有較清晰的認識。梁海丹等[9]認為在訓練中，可以根據運動員的晨脈、運動后即刻心率、尿蛋白等指標的測定判斷運動員的疲勞程度。王義元[10]通過對持續進行1.5 h視頻顯示終端(Visual Display Terminal，VDT)監測作業者腦組織血氧飽和度，分析得出血氧飽和度水平與VDT作業疲勞程度存在著負相關關系。閆東旭[11]通過對速滑運動員年度訓練周期負荷量與生理疲勞的關系研究得出疲勞期運動員累計力量訓練量明顯高于非疲勞期。鄭乃云等[12]利用影像辨識及分析技術對石化業勞動者臉部、眼睛、嘴部等特征建立辨識模塊來確定個人疲勞等級。Amelie等[13]在對鐵人三項運動員的研究中通過測量心率和血乳酸鹽來確定被試者的生理疲勞。這些客觀指標測量結果比主觀自評更有說服力，但也存在時效性和準確性相矛盾等局限。各生理生化指標監測疲勞的優缺點見表1。

表1 各生理生化指標用于監測疲勞的優缺點

筆者擬選取心率、血氧飽和度、尿蛋白三項生理生化指標，測評某基層消防中隊日常戰訓運動性疲勞狀況，并對比分析量表得分，以驗證量表常模的有效性和準確性。

1 實驗設計

1.1 實驗目的

通過對消防員4周訓練期間的量表得分和生理生化指標進行數據分析，檢驗所制量表常模的效標效度，驗證所制量表能否準確反映消防員的疲勞情況。

1.2 實驗對象

實驗對象為某中隊8名消防員，年齡20～33歲，均為男性，其中6名戰斗員，2名指揮員，均無傷病情況，且實驗前48 h內未服藥或者飲用含酒精的飲料，沒有從事高強度的訓練。

1.3 實驗工具

1.3.1 YX301 魚躍牌指夾式脈搏血氧儀。儀器采用光電測量模式，結果可在佩戴后8 s內讀取，血氧飽和度測量范圍為70%～100%，精度為±2%，分辨率為1%，心率測量范圍為30～250 bpm，精度為±2 bpm，分辨率為1 bpm，精度和效率符合本研究的要求。測量時手指應干燥，不能夾歪，保持受檢手指的穩定。

1.3.2 尿液分析試紙條。廣州高爾寶生物技術有限公司生產，用于測量訓練后及次日清晨消防員尿液中蛋白含量(采用肉眼比色法進行半定量測量)。

1.3.3 消防員運動性疲勞監測量表。以該量表常模測評消防員的疲勞等級及分類。

1.4 實驗方法

采用自然實驗法，消防員每日按照中隊訓練計劃進行訓練，自變量為消防員每日承受的訓練和非訓練負荷，因變量為量表的得分、生理指標(運動后即刻心率、次日清晨靜息心率、血氧飽和度)、生化指標(尿蛋白)。

使用儀器和量表對8名消防員4周內的疲勞情況進行監測，在每天訓練結束后和次日清晨起床前測量心率、血氧飽和度及尿蛋白含量，在每周三、周五和周日下午發放量表測評消防員主觀疲勞感受。

2 實驗流程

(1)實驗前告知被試者在48 h內不要進行大負荷運動，并告知被試者本次實驗的目的、步驟等詳細情況，以及實驗過程中可能出現的問題和預防措施。(2)實驗正式開始前對消防員進行預檢測，測得基礎心率，排除個體存在腎臟疾病的因素，填寫個人基本情況和量表。(3)實驗開始，在每日訓練結束后15 h和次日清晨對消防員進行尿蛋白檢測，采用肉眼比色法讀取尿液分析試紙條的測量結果。(4)使用YX 301魚躍牌指夾式脈搏血氧儀在每日訓練后測量運動后即刻心率，在次日清晨起床后測量靜息心率。(5)使用YX 301魚躍牌指夾式脈搏血氧儀在每日訓練結束和次日清晨與心率同時測得血氧飽和度。(6)在實驗周期內，每周三、周五及周日下午向消防員發放量表，測量消防員最近三天的各種訓練負荷之后對自己的疲勞主觀評價。(7)實驗的第二、三、四周重復(3)～(6)過程，至實驗結束。

3 實驗結果與分析

8名被試消防員前兩周在中隊進行夏訓科目訓練，后兩周隨中隊前往訓練基地進行夏訓比武集訓。為便于表述，將前兩周稱為夏訓階段，后兩周稱為集訓階段。運動后測得的指標可用于評定訓練量，運動后即刻心率和運動后15 min尿蛋白這兩個指標越高、運動后血氧飽和度越低，訓練量越大。

相關研究[14]顯示：(1)清晨靜息心率高于基礎心率且持續增長時，即表明此時機體出現了疲勞，若此后幾日清晨的靜息心率仍未降低，則表明疲勞已積累，靜息心率越高，疲勞程度越高；(2)清晨血氧飽和度持續低于正常值時，認為機體發生疲勞，血氧飽和度越低，疲勞程度越高；(3)消防員在訓練后出現暫時性的尿蛋白偏高屬于正常現象，但若次日清晨指標仍未恢復陰性則說明身體出現了疲勞，尿蛋白含量越高說明疲勞程度越高。以上三項指標有一項滿足疲勞判定標準即認為出現疲勞。對8名被試消防員每日各指標的均值進行研究，以排除個體差異的干擾。

3.1 客觀指標監測結果

運動后與次日清晨的心率、血氧飽和度及運動后15 min尿蛋白的均值變化趨勢見圖2～圖4(7月26日全天執勤、7月31日籌備八一活動，均未進行訓練，兩日數據與總體趨勢相差過大，已剔除)。

圖2 心率均值

圖3 血氧飽和度均值

圖4 尿蛋白均值

從圖2～圖4中可以看出，隨著時間的推移，運動后即刻心率均值和運動后15 min的尿蛋白均值總體呈上升趨勢，第三周上升趨勢明顯；運動后即刻血氧飽和度總體呈下降趨勢。這表明隨著訓練的進行，訓練負荷逐漸增大，尤其在集訓階段，訓練量達到高峰。次日清晨各指標的總體趨勢與運動后的趨勢基本一致，但該指標在夏訓階段波動幅度明顯小于運動后，說明次日清晨的生理生化指標可以更穩定地代表消防員的疲勞程度。

通過圖2～圖4可以大致看出，夏訓階段各指標波動幅度不大，隨著集訓期的到來，各指標變化趨勢明顯。原因是夏訓階段(7月23日至8月5日)中隊每日的訓練項目差異較大，且建軍節前后的任務、活動比較多，影響了訓練計劃的落實，而集訓階段實行封閉訓練，每天都能夠保證訓練量，各項指標呈現出比較線性的變化，在集訓期被試消防員出現疲勞，且疲勞程度不斷加深。選取差異比較明顯的每周六清晨(7月28日、8月4日、8月11日、8月18日)的靜息心率和血氧飽和度均值進行重復測量方差分析(由于尿蛋白指標為半定量測量，故不做分析)，結果見表2。

表2 每周六清晨各指標均值的差異

經過4周的訓練，被試消防員清晨靜息心率每周顯著增加(P=0.001)；清晨血氧飽和度每周顯著降低(P=0.002)。結合清晨尿蛋白均值趨勢圖，總體表現出隨著訓練的進行，尤其是后兩周集訓期的到來，8名被試者靜息心率和尿蛋白指標不斷升高，血氧飽和度不斷降低，疲勞癥狀開始顯現且程度不斷加深。

3.2 量表監測結果

每周三、周五、周日下午回收量表的總得分和兩個分量表得分的變化趨勢見圖5。

圖5 量表得分均值

可以看出量表得分曲線的波動比生理生化指標小，且趨勢更加明顯。選用每周五下午回收的量表得分進行重復測量方差分析，結果見表3。

量表的評價常模[15]是通過正態分布法和百分位數法確定的，即：量表總得分<156分為正常，總得分≥156且<173分為疲勞，總得分≥173分為過度疲勞；應激得分<78分為正常，應激得分≥78且<87分為應激過度主導的疲勞，應激得分≥87分為應激過度主導的過度疲勞；恢復得分<82分為正常，恢復得分≥82且<91分為恢復不足主導的疲勞，恢復得分≥91分為恢復不足主導的過度疲勞。可以看出，隨著訓練的持續，8名消防員量表得分呈現穩定增長趨勢，且增長幅度顯著(P<0.001)，集訓期開始后，8名被試消防員量表總得分均值逐步接近量表常模的疲勞參考值156，在集訓期第四周，訓練強度增大，量表總得分均值超過173，出現過度疲勞。

表3 每周五下午量表得分均值的差異

結合生理生化指標分析可以初步認為：量表得分與次日清晨靜息心率、尿蛋白指標呈正相關，與次日清晨的血氧飽和度呈負相關。下一步進行相關性分析以確定其相關程度。

3.3 監測結果的相關性分析

分析量表得分和生理生化指標的相關性，首先要保證二者選取的數據反映同一時期的疲勞狀態。量表的發放與回收時間是每周三、周五、周日的下午，應選擇最為相近的周四、周六、周一清晨的生理生化指標進行分析，共11次。分析時依然采用8名被試消防員的均值以排除個體差異帶來的影響，結果見表4。

表4 量表得分與生理生化指標的相關系數

注：**表示0.01水平顯著相關，*表示0.05水平顯著相關。

分析結果顯示，量表總得分、分量表得分與次日清晨靜息心率存在較強的正相關，與尿蛋白正相關(恢復分量表得分與尿蛋白的顯著性檢驗P值為0.053)，與次日清晨血氧飽和度的負相關程度較弱。

3.4 監測結果的判別分析

判別分析是一種判斷個體所屬類型的方法。結合生理生化指標趨勢及量表得分，將11次測量結果中前4次作為非疲勞組數據，后2次作為疲勞組數據，剩余5次作為測試數據，選取應激分量表得分、恢復分量表得分、次日清晨靜息心率3項顯著相關的指標作為自變量，主客觀指標相結合判別樣本是否疲勞。一次性引入全部變量建立Fisher線性判別函數，函數系數見表5。

表5 Fisher線性判別函數的系數

Fisher判別函數有效性檢驗結果α值為0.009，小于0.05，說明不同組的平均Fisher判別函數值存在顯著差異，這意味著判別函數是有效的。Fisher線性判別非疲勞組函數為：

f1=-22.493X1+11.169X2+ 75.056X3-2921.598(1)

疲勞組：

f2=-18.829X1+13.268X2+ 70.113X3-2848.736(2)

式中，f1、f2為函數值；X1為量表應激得分；X2為量表恢復得分；X3為靜息心率值，bpm。

將未分組樣本數據的自變量代入這兩個函數，得到兩個函數值，數值大的函數所屬分組即為該樣本分組類別。根據輸出結果，第5、6次測試數據為非疲勞組，第7、8、9次測試數據為疲勞組，第7次是8月8日，正是被試消防員進入集訓期的時間，量表得分較之前出現很大增幅，與量表評價常模相吻合，表明該判別函數具有較高的判別效度，驗證了量表常模的準確性。

4 結論

4.1 方差分析和相關性分析表明，編制量表測量結果和生理生化指標具有較高相關性；判別分析表明，基于主客觀指標相結合建立的判別函數驗證了量表常模的準確性。

4.2 量表可以有效、經濟地監測消防員的疲勞狀況，有助于及時發現并消除疲勞，提高訓練水平，預防訓練損傷發生。

4.3 訓練強度地急劇增加，容易使消防員由疲勞期快速地發展到過度疲勞期，疲勞剛發生時，必須采取合理的恢復手段。

4.4 實踐中需研制簡表方便實施，同時結合生理生化指標完善消防員運動性疲勞評價常模，最終實現研究成果對整個消防部門的普遍適用性，緩解消防員職業疲勞。