日本探索科学救援的体能需求

姚桂华 李炳泉 钟韵瑶/编译

日本探索科学救援的体能需求

姚桂华 李炳泉 钟韵瑶/编译

火灾救援现场与一般的办公室或工厂不同，每个现场的温度、湿度、活动时间各有不同，消防员必须穿着高热阻的防火服在救援现场进行搬运器材工具、出水灭火、搜索救人等各种活动。防火服虽然防火性能出色，但也明显抑制了消防员进行上述活动时所产生的各种热量的散发。

据实验显示，消防员进行救援行动时，心率长时间超过140bpm（beat per minute，每分钟心脏跳动次数），有时甚至超过180bpm。1975年，Barnard等研究员对35名消防队员进行心率测定实验，结果显示，当队员们戴着空呼器活动15分钟时，平均心率为188bpm。1992年，Sothman等专家研究称，根据对10名消防员在处置住宅火灾时的监测，他们的最高心率为178bpm。当然，这些研究至今已有些年数，当时的防火服与目前相比，耐热性能低，所以对消防员的身体散热影响反而较小。

消防员在灾难现场的救援活动，不仅使人疲劳，心肺器官也承担着很大的负荷。在此，如果能依据平日训练及救援经验，推测消防员在不同情况下的疲劳程度，并结合科学数据，就能研究各项行动可能对消防员产生的危害，从而防患于未然。但是，关于消防员在行动中身体疲劳度的数值，至今没有客观和持续性的记录。如果单从消防员在救援现场身体反应的数值入手，并不容易，而且行为表现因现场不同而不同。因此，有必要建立消防行为模式，以取得消防疲劳状态的高精度数据。

日本东京消防厅以709消防队在2001年处置的一起火灾救援行动为基础，将出现频率最高的行动内容模型化，并依据实际消防行动排列，建立了组合式消防行为模式，即推水带小车、吊挂水带、不同阶段搬运消防器材机具的组合模式。但是实验下来，这组模式主要是为了判断消防员实施救援时所需的体力和耐力，但是有些活动是瞬时爆发的，活动时间不满5分钟，因此这组模式不宜作为掌握消防员疲劳状态的消防行为模式。

于是，东京消防厅与横滨市合作，试着构建以下列条件为基础的消防行为模式。第一，在温度、湿度受到控制的前提下，测出普遍性、通用性良好的负载程度与心肺功能或者与活体情报有关的数据；第二，形成不仅能作数据分析且确保时间的活动项目；第三，必须是能够用室内平面（二维）活动模拟三维立体消防活动的项目。此项研究在得到横滨国立大学伦理委员会承认，并获得参加研究的人员书面同意后实施。

小高层火灾模拟救援消防员心率和体温超过基准值

2011年8月，研究人员在横滨市消防训练中心建了一幢8层楼高的小高层，利用它模拟消防救援行动。在模拟救援中，救援人员从穿上防火服到活动结束，模拟了一系列消防活动，包括消防队到达、铺设水带、出水、搜索救援、现场指挥、撤走消防器材等。

模拟行动假设如下场景：火势最初从建筑内第四层燃起，随后蔓延到第六层，消防员在室内铺设水带后，扑灭大火。消防员将确认安全的第三层作为现场指挥中心。现场，四至六层有被困人员，被困于四层的人员呼吸困难，需要氧气呼吸器，五层的被困者无法走动，六层的伤者伤势最轻，有能力自己走动。

为了探索消防员进行救援时的身体负荷，研究人员连续测定了横滨市消防局28岁消防员X和47岁消防员Y在救援中的RR间隔（心脏跳动节拍间隔）及外耳处温度，两人的装备情况与日常战斗时相同。

测试中，队员X为了搬运消防器材、搜索运送被困者，反复上下楼，队员Y在搬运好消防器材后，主要负责灭火行动和运送被救者。

测试时间从14点25分开始。测试前，队员X 进行了热身运动，当时的瞬时心率在130bpm左右，测试开始后，X戴着空呼器准备消防器材，扛着水带（Φ50mm×3）与水枪进入建筑后，在到达四层的时间段内，瞬时心率在160bpm～180bpm间变化。随后X辅助射水灭火、运送被困四层的伤者，拿着水带接口从三层到五层，此间心率变化为160bpm～190bpm。在运送伤员的过程中，X的瞬时心率超过了180bpm。

队员Y在测试开始后，带着两台简易空呼器进入建筑物，通过楼梯到达四层后，心率上升到160bpm。其后在灭火行动准备阶段，Y的心率在140bpm～170bpm之间，在出水灭火时，虽然心率低于140bpm，但这次测试是假定出水时长，而且拿着水枪的人没有运动。之后Y从四层向五层移动，瞬时心率由140bpm上升到160bpm。此时，X的空呼器发出警报，Y从五层跑向六层，心率瞬时升高，运送被困者时Y的心率一下上升到180bpm。测试结束后，Y的瞬时心率在撤收装备的过程中，还保持继续上升的态势。

在穿着耐热性高的防火服活动25分钟的过程中，X和Y的瞬时心率从开始到结束，一直处于140bpm～190bpm。一般，在运动过程中，将人体的最高心率（220bpm-年龄）作为基准数，可见，这两名队员在超过最大心率基准水平状态下连续活动。

测试中，队员X的外耳最高温度相比测试开始前上升了2.14℃，Y的温度上升了2.14℃。但是，这里所指的温度，是直到外耳温度仪破损或脱落前测出的（X的温度仪在14点44分32秒破损，Y的温度仪在14点45分19秒脱落），仪器破损或脱落后，消防员还在继续活动，可以认为测试结束时，两名队员的外耳实际温度还在升高。从确保消防员安全方面看，在人体温度38.5℃以下活动是适当值，但两名队员都超过了这个基准值，心率也是如此。在暑热季节，消防员的体温处于严酷状态下，再加上环境和装备增加了消防员的热负荷，容易发生中暑，因此，当消防员在身体及精神疲惫的状态下，应进行适当的交替活动，将救援和休息结合起来进行劳动管理。

构筑室内消防行为模式确认消防员身体负荷数值

为了取得稳定条件下有很好普遍性的数据资料，研究人员将小高层建筑物中消防队员的立体性动作，换为限于屋内的平面活动，以此构筑了消防行为模式。

将小高层建筑救援的典型行动分类为到达现场、装戴空气呼吸器、搬运水带、铺设水带、发现被困者、运送伤者、运送消防器材、照明活动等13项内容。为了将三维立体动作置换成二维行动，选择用10kg的锤子代替水带搬运，用下吊24kg的锤子代替照明器具，用装了25kg砂子的背包代替伤者，活动跑道和垫脚石升降代替上下楼梯。

实验人员将在小高层建筑内消防员救援时的瞬时心率及外耳温度随时间变化情况，与平面的消防行为模式下，在人造气候室内（室温30℃，湿度60%～70%）的数值作比较，由此确认了所构筑的消防行为模式的普遍性和通用性。

根据两种情况下测试出的数据，活动开始后，分别在第10分钟和第20分钟，消防员瞬时心率从180bpm左右下降到150bpm上下，这段时间正是消防员对被困者进行生命迹象检查。此外的时间段中，两种情况下，消防员的瞬时心率变化都是一开始急剧上升，到活动结束，可以确认达到160bpm～180bpm。

此外，二维消防行为模式下测出的消防员外耳温度变化，与小高层建筑消防救援时的这些物理量变化情况以及绝对值变化是可以模拟的。

在2011年到2012年间，横滨市消防局用两者交替的方式，让18名执勤消防队员和从事事务工作的工作人员，总计24人，按照消防行为模式进行活动。从消防行为模式中测得的最高瞬时心率与测试者年龄关系看，心率都在150bpm～200bpm，与年龄和职务没有关系。测试过程中，有4人中断了活动，但他们的数值对结果没有太大影响。最终的结果显示，大约有半数测试人员的心率超过了基准数（220bpm-年龄）。由此确定，消防员的心肺功能因救援负荷而改变，但要通过与训练时的基准数比较来推测消防员的人体限度是件难事。

测试人员的外耳温度都有所升高，升高值平均为2.41℃±0.78℃（最高上升3.73℃，最低上升0.97℃）。中途结束活动的队员，体温平均上升1.17℃，其他几名队员的体温升高数值均超过他们，如果仅靠体温上升值也难以推测行动中消防员的人体限度。

近几年来，根据百姓的报警，日本消防救援出动次数增加，实施的处置范围也有扩大趋势，因而加重了消防员的负担。此外，伴随着消防队员的高龄化，队员们的身体负荷增大。社会状况的变化，过于严酷的劳动环境，使得消防员身体和精神上处于疲劳状态，由此造成人员救援时的动作差错，以及安全管理方面的欠缺等。为了将这种潜在的危险要素防患于未然，有望借助于休息及实施交替动作，恢复现场消防员的运动能力和判断力。但是在现场，消防员体力精力的下降和恢复，要根据指挥员的判断以及交替救援和休息的进行，假如能够用科学的数据推算救援行动中消防员的疲劳状态，不仅能提高安全管理，对实现消防战术的无缝对接也有作用。