湿热环境训练的人体温度安全指标

张 雷,王 芬,祁海霞

(1.南京军区南京总医院骨科,江苏南京210002;2.合肥市第二人民医院广德路院区,安徽合肥230011;3.第二军医大学军事体育教研室,上海200433)

在湿热环境中训练,选择合适的指标评价训练负荷,保证训练安全,显得尤为重要。理想的指标应符合以下要求:1)获取速度快,在较短的时间内即可测得,测量过程简单方便,测试员无需培训或稍经培训即可完成;2)敏感性高,该指标在训练过程中变化幅度明显;3)指示性强,该指标必须可以直接反映机体热负荷,可以即时做出评价,从而决定受试者是否可以进一步进行训练。综合上述要求,人体温度 (包括皮肤5点温度、肛温以及由此计算出的平均体温、积热指数BHSI[1])为最适合的指标。

本次实验以某军校30名健康男性志愿者为测试对象,进行高温运动生理习服训练15次,每次训练前后测量其皮肤5点温度和肛温,探讨人体温度作为湿热环境训练安全指标的可行性。

1 材料和方法

1.1 受试者的选择

选取某校30名18～23岁的男性学员志愿者作为受试对象,经体检均为健康者,经体能测试均为合格者。

1.2 场地与设施

模拟湿热室 (见本专栏 《湿热环境习服训练对12 min负重跑的影响》1.2)。

1.3 实验过程

与本专栏 《温热环境习服训练对12 min负重跑的影响》表2前15次训练内容相同。

1.4 数据采集和统计学处理

本次试验需采集数据有皮肤5点温度 (额温、手背温、胸温、股温、腓温)、肛温、身高、体重、心率。各数据采集方法如下:

①皮肤温度:使用测量MT-4红外测温仪对准其5点皮肤温度 (额温、手背温、胸温、股温、腓温)测定,测定部位须用干毛巾将汗擦干。

②肛温增值:使用WSC-411数字温度仪 (每人使用固定温度测量传感器)在训练前和训练结束后立即测量,测量时将传感器插入肛门约12 cm,当电子数字显示最高值时,记录肛温。

③体表面积:使用BCA-2A人体成份分析仪在训练开始前测量身高、体重,按许文生氏公式计算[2]:体表面积 (m2)=0.0061×身高 (cm)+0.0128×体重 (kg)-0.1529

④心率:使用Omeron电子血压计在训练过程中测试按照仪器说明书佩戴并将手腕平齐于心脏,距心脏一拳距离。仪器自动记录并反馈血压和心率值。

最终评价指标包括平均皮肤温度、平均体温、积热指数 (BHSI)。各参数计算公式如下:

①平均皮肤温度 (℃)=0.07×额温+0.05×手背温+0.5×胸温+0.18×股温+0.20×腓温

②平均体温 (℃)=0.67×肛温+0.33×平均皮肤温度

③BHSI(kJ/m2)=体重 (kg)×0.83/体表面积 (m2)×平均体温增值 (℃)×4.1841

2 结果

2.1 文献报道的安全上限的准确度

根据文献报道,热环境下,肛温39.5℃、平均体温37.7℃为生理安全上限,BHSI 355.6 kJ/m2为人体耐热极限[3]316。然而,平均体温、BHSI与人体所处环境,以及劳动作业强度的关系如何?为此,运用多元线性回归分析,以环境温度、湿度、劳动作业强度分级[3]273(劳动作业强度分级见表2)分别作为X1、X2、X3,以平均体温、BHSI分别作为^y1、^y2,计算对应回归方程,统计量为F,当P＜0.05时,建立方程有意义。

然而,根据本研究的训练记录,各次训练中受试者均不同程度地超过文献报道的安全上限 (见表3)。在实验过程中,我们不时询问受试人员当时的主观感受,确认其可以继续当前训练实验,同时安排专门的医务人员在旁观察并准备好相关急救措施。最终受试者均顺利地完成了训练内容,整个过程中无一例次人员训练损伤发生。

表2 军事体力劳动强度分级 (GJB 1336-92)

表3 研究对象平均体温、肛温、BHSI超过文献报道的人数和占比

2.2 回归方程

本实验结果表明不能简单将某一数值定为人体耐受上限。无论是平均体温,还是BHSI,都与环境的温度、湿度,以及劳动作业强度有关。故本研究做了相关的回归方程,结果如表4:

表4 平均体温、BHSI的回归方程

3 讨论

湿热环境下的训练安全,是一个极其重要的问题,它关系到大规模开展湿热环境适应性训练的可行性。在训练中,合理选择适当的指标,用以评价训练负荷,可以有效保证训练安全。我们在实验设计阶段,综合考虑了生理指标、生化指标和形体指标:形体指标改变慢,生化指标采集不便,而生理指标则既能快速方便采集,又具有较高的敏感性和指示性。在众多生理指标中,最终选择了人体温度(包括基础的皮肤5点温度和肛温),以及由此计算出的平均体温、BHSI作为评价热负荷,保证训练安全的指标。

既往文献报道,热环境下,平均体温37.7℃为生理安全上限,BHSI 355.6 kJ/m2为人体耐热极限。但在我们的实验中,多人多次超过两者上限值。在严格保证受试者安全的前提下,我们继续了实验,最终无一例次训练损伤。实验记录显示,在共计441例次的温度指标中,平均体温超过文献报道的例数为158例次,占全部的35.83%,已远远超出其置信区间。BHSI稍好,但超过文献报道的例数仍有33例次,占全部的7.48%,亦超过其置信区间。

分析上述超过文献报道的原因,可能是平均体温、BHSI均和环境、劳动作业强度有关,因而采用统一的上限指标来规定人体热极限是不恰当的。建立的方程亦证明,平均体温、BHSI均与环境温度、环境湿度、劳动强度分级有着密切的关系,对所建立方程进行方差分析,结果提示模型具有高度的统计学意义。

关于训练安全上限,文献报道没有一个绝对的参照系统来度量,很大程度上取决于个人主观感受[4],故综合分析文献报道,以及我们的实验,我们提出以下安全上限:1)主观感受难以继续参与训练,伴或不伴有急性衰竭表现,如心慌、脸色苍白、四肢湿冷等;2)肛温＞39.5℃;3)BHSI＞-2832.54493+79.76583×环境湿度 (%)-2.473929×环境湿度 (%)+33.55402×体力劳动强度分级 (按心率分为5级,具体见表2,下同);4)平均体温＞14.24768+0.60467×环境温度(℃)-0.01829×环境湿度 (%)+0.34353×体力劳动强度分级。上述安全上限可信级别逐层递减。

将上述安全上限封装于程序,使用Visual Basic 6.0软件编程。程序运行界面如下:

该程序可自行判断训练中受试人员是否超过其生理上限,并自动生成评估报告,从而保证了训练安全。

4 问题与展望

湿热环境训练的安全上限是个较为复杂的问题。首先是研究者较少,尤其是深入研究湿热环境下人体各项机能的规律,并规定安全上限的更为稀少。其次是各项指标个体差异性极大,很难应用一个统一的安全上限来作为判断训练安全的指标。再次,目前各项研究建立的相关模型往往缺乏坚实的理论和实践基础,各项研究尚处在探索阶段。所以在训练安全方面的研究任重道远。

本课题通过综合分析文献,建立平均体温、BHSI的回归方程,结合实验数据,将安全上限定义为4级水平,分别为:主观感受水平、肛温水平、积热指数水平、平均体温水平。并予程序封装,保证了其推广和应用。但研究中,回归方程的建立仍没有考虑不同训练人员的基础体能水平,各参数的理论基础仍不完善,且没有经过更大样本量的测试。这些都是我们后续科研中将要完善的内容。

[1]John F.Hall,J.W.Polte.Physiological index of Strain and Body Heat Storage in Hyperthermia,WADD T echnique Report,60-599.

[2]许文生氏公式[J].中国生理学杂志,1937(12):327.

[3]郭俊生.军队卫生学[M].上海:第二军医大学出版社,2007.

[4]邱仞之.环境高温与热损伤[M].北京:军事医学科学出版社,2000:550.

[5]张雷,房晓,罗琳,等.湿热环境下晕动病发病率、预防训练及退化再适应的综合研究[J].昆明医学院学报,2011,32(12):26-31.

[6]张雷,房晓,张帆,等.湿热环境下作业的男性青年人体动态平均体温上限的探讨[J].第二军医大学学报,2012,33(3):286-291.

[7]张雷,房晓,雷德桥,等.湿热环境训练中人体血压、心率变化的功能评价 [J].第二军医大学学报,2010,31(11):1272-1274.