脂菌营养包联合高钙锌奶对坑道作业人员疲劳的影响

刘玉猛 孙志伟 徐庆 张碰 张新胜 张永 刘钊 刘英华

摘 要：目的：观察坑道作业人员服用脂菌营养包联合高钙锌奶后疲劳相关指标的变化情况。方法：选择某坑道施工单位作业人员100名，年龄18～41岁，按照工种分层随机分为对照组和试验组，每组各50名，对照组每日饮用高钙锌奶（含Ca 150 mg/100 g、Zn 1.2 mg/100 g）2次，每次227 mL;试验组每日在对照组基础上加用脂菌营养包2次，每次1包。连续服用12周并在干预前后收集膳食营养素摄入、人体成分、疲劳评分、肌氧饱和度等指标，比较两组及干预前后的指标数据。结果：共有93名受试者完成研究（对照组45名、试验组48名），脱失率为7%。主观疲劳评分显示，躯体疲劳评分中试验组在干预后较干预前（P<0.001）和对照组（P=0.028）均显著降低，总疲劳评分中试验组在干预后也显著降低（vs干预前P<0.001、vs对照组P=0.032）;人体成分分析检测结果显示，试验组在干预后体脂率显著下降（vs干预前P=0.045、vs对照组P=0.048）;肌氧饱和度监测显示，做同等强度运动时，干预后对照组（P=0.021）和试验组（P=0.006）在运动开始时（1s）肌氧饱和度较干预前均显著升高，在运动21 s进入肌氧稳定期后试验组肌氧饱和度较对照组显著升高（P=0.047）。结论：脂菌营养包联合高钙锌奶更能显著缓解坑道作业人员肌肉疲劳，对精神疲劳缓解作用不显著。

关键词：乳酸菌;中链脂肪酸;疲劳;坑道作业

坑道作业是指在洞穴、地下实施勘探、挖掘、开采和工程建设，包括国防战略施工、地铁及隧道建设、矿产勘探开采等。此种作业环境特殊，与外界差异巨大，主要表现为空气流通性差、日照不足、相对湿度大、有毒有害气体及粉尘浓度较高、病原微生物易传播及噪声强等特点[1]，这些不利因素极易造成工程作业人员机体及精神疲劳、腰腿疼痛、肠功能紊乱等[2]，长此以往极易造成工程进度的延迟、工程质量的下降，甚至会导致事故发生，危害作业人员的生命安全。

尽管工程机械的革新、防护设备的升级以及施工安全教育管理都为工程作业人员的安全和健康提供了一定保证，但营养在其中发挥的作用也必不可少。坑道作业人员普遍对膳食营养认知不足[3]，目前也还未有通过营养补充改善其工作疲劳的研究。本研究团队先前的研究证实强化钙锌牛奶可以改善部队官兵的疲劳及神经行为能力[4]，研制的脂菌营养包（中链脂肪酸+乳酸菌粉）在改善肠道健康、促进能量及营养素代谢等方面的功效也通过动物实验得到验证[5]，并已申请相关研发专利（申请号：201910775803.7）。因此本研究通过将脂菌营养包和高钙锌奶相联合，探究其对坑道作业人员疲劳的影响，同时为特殊作业人群的营养保健提供数据支持。

1 对象与方法

1.1 研究对象

以正进行坑道工程项目的某单位100名作业人员为研究对象，项目进行期间，所有入选受试者作息时间、工作环境、卫生状况基本保持一致，饮食及居住场所均由施工单位统一提供。纳入标准：（1）健康男性，研究前填写完成综合健康评分调查表并通过常规体检;（2）执行坑道内施工作业;（3）同意并接受研究干预和随访监测。排除标准：（1）执行财务、采购、后勤保障等不进入坑道作业人员;（2）有慢性身体及精神疾患人员;（3）临时借调或研究期间不能全程参与坑道内作业人员;（4）正在服用任何药物或近3个月内频繁服用任何维生素、微量元素补充剂或保健食品等人员;（5）不同意或无法耐受研究人员制定的饮食方案或分配的干预物。受试者均遵循自愿原则，签订知情同意书，研究过程中如出现不良情况，经研究人员判定可全程退出。本研究由解放军总医院伦理委员会批准通过，并在中国临床试验注册中心注册备案（注册号ChiCTR1900026595，网址www.chictr.org.cn）。

1.2 分组方法

根据受试单位工种差别采用分层随机分组方法，将受试者随机分为两组，每组各50名，确保组间各工种人数基本一致。

1.3 实验干预

随机分配给两组高钙锌奶（对照组）或脂菌营养包联合高钙锌奶（试验组），高钙锌奶每袋227 mL，含蛋白质7.5 g、脂肪 8.0 g、碳水化合物 8.5 g、钙 375 mg、锌 3.0 mg，脂菌营养包每包含罗伊氏乳杆菌 1×1010 CFU、嗜酸乳杆菌1×1010 CFU、副干酪乳杆菌1×1010 CFU、70%中链脂肪酸10 g。干预物均由北京三元食品股份有限公司提供，各批次均符合国家食品卫生标准并通过检验检疫。对照组每次饮用高钙锌奶1袋（2次/d）;试验组每次服用脂菌营养包1包加高钙锌奶1袋（2次/d）。两组干预物均于早餐和晚餐时随餐服用，持续服用12周。

1.4 观察指标和测定方法

（1）基本情况和膳食调查：①于干预开始前收集受试者基本情况信息，主要包括年龄、身高、体重、工龄、个人疾病史、家族病史、吸烟饮酒史等;②干预开始及每隔4周随访时进行膳食调查，采用24 h膳食回顾法，评估其膳食结构及营养素摄入情况。（2）主观疲劳评分：干预前及每隔4周随访时采用“疲劳评定量表-14（FS-14）”对受试者疲劳程度进行评估，该量表分为躯体疲劳（1～8题）和脑力疲劳（9～14题）两部分，第10、13、14题为反向计分，即回答“是”计0分，“否”计1分，其他题目为正向计分，分值越高即疲劳程度越重。（3）人体成分分析：干预前和干预12周结束后第二天使用BODYSTAT Quadscan 4000型便携式人体成分分析仪（英国BODYSTAT有限公司）检测受试者体脂率、瘦體重、细胞内外水、相位角、腰臀比等指标。（4）肌氧饱和度监测：干预前和干预12周试验结束第二天使用GETWELL T1型肌氧饱和度监测仪[加动健康科技（芜湖）有限公司]监测受试者进行特定运动时的肌氧饱和度，受试者测试前避免剧烈活动，运动采用“站姿提踵”方式，以1次/s的频率连续提足跟1 min，每次足跟抬高约10 cm，随后停止并站立静息1 min，监测受试者2 min内右侧腓肠肌的肌氧饱和度变化。

1.5 质量控制

指定受试单位2名负责人全程监督干预物的发放和服用，研究人员于每4周随访时对干预情况进行监督核对，并调查评估受试者膳食情况和疲劳程度。受试者研究期间不得离队，并且如有3 d未按量服用干预物或调查表内容漏填超过5%即判定为依从性差，从研究中剔除。所有干预物均由北京三元食品股份有限公司生产，由技术部检测合格;测量工具和检测仪器均统一并经技术人员校正，指派专人进行干预前后的测量、检测;质控人员对调查表进行审核，数据由两人负责录入核对，完成后由专人保管。

1.6 统计学方法

采用EXCEL 2016软件对数据进行初步统计，进一步使用SPSS 19.0软件处理数据和统计分析。正态分布计量资料表示为±s，计数资料表示为百分比。采用t检验或χ2检验比较两组间各指标，P<0.05计为差异有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 基本情况

共有93人完成研究，3人因工作调动、4人因无法耐受干预物主动退出研究，脱失率为7%，其中对照组45人、试验组48人。基本情况数据显示，两组在年龄、身高、体重、BMI等指标上均无显著性差异（P>0.05）（表1）。

2.2 膳食情况

通过每隔4周随访膳食调查，两组在能量、蛋白质、碳水化合物、脂肪摄入水平上均无显著性差异（P>0.05），钙、锌摄入量在干预前差异无统计学意义，干预后4、8、12周均较干预前差异显著（P<0.05），但组间差异无统计学意义（P>0.05）（表2）。

2.3 FS-14主观疲劳评分情況

干预前两组在躯体疲劳、脑力疲劳和总疲劳评分上均无显著性差异。躯体疲劳方面，12周试验结束时两组较干预前均显著降低（P<0.05），试验组较对照组降低效果更明显（P=0.028），脑力疲劳仅在干预4周时较干预前有显著性差异，其他组间和组内比较均无统计学差异。总疲劳评分方面，试验组在干预12周后较干预前和对照组均显著降低（P<0.05）（表3）。

2.4 人体成分分析检测情况

研究主要针对体脂率、人体水分、细胞内外液、相位角及腰臀比进行比较分析，对照组各指标在干预前后均无统计学差异（P>0.05），试验组在干预12周后体脂率较干预前和对照组均有显著降低（P<0.05），其他指标较干预前和对照组差异无统计学意义（P>0.05）（表4）。

2.5 肌氧饱和度监测情况

受试者干预前后每秒肌氧饱和度均值变化曲线表现出相似的趋势，运动开始7 s后肌氧饱和度迅速下降，到达第21 s时进入稳定期，第60 s运动结束后肌氧饱和度迅速升高并恢复到正常水平（图1、图2）。对1、21、41、61、101、120 s的肌氧饱和度分析显示，干预后两组在运动开始时（1 s）肌氧饱和度较干预前均显著升高（P<0.05），在运动21 s进入肌氧稳定期时试验组肌氧饱和度较对照组高，差异有统计学意义（P=0.047），较干预前无统计学差异（P>0.05）（表5）。

3 讨论

坑道施工作业相对于普通环境下施工，其环境密闭狭小，往往伴随内外温差大、湿度高、空气流通不畅等不利因素，工程机械运转、岩壁爆破、车辆装载行驶等在坑道环境下产生噪声值进一步增强，有毒有害气体、粉尘产生增多不易扩散。郝永健等[2]研究显示，某部坑道施工环境相对湿度大，1/3的监测点均达到或超过80%的高湿度范围，最高湿度可达97.1%;噪声值平均为84.64 dB（A），最高值为104.3dB（A），远超国家施工厂界规定标准。其他研究也得出类似结论，刘国云等[1]关于某部坑道施工作业环境的调查结果显示，坑道内湿度平均值高达83.6%，深部氧含量不足，一氧化碳、二氧化硫、PM10、噪声均有不同程度超标。这些不利因素会危害作业人员健康，长时间处于潮湿环境中会加剧机体疲劳，致使关节肌肉疼痛;强噪声环境不仅会损伤作业人员听力，也会使其出现注意力下降、乏力、失眠等不适症状。

解决这些问题是保证作业人员健康、工程顺利开展的关键，既要从改善坑道环境、提高设备性能、加强个人防护等外部因素入手，也要从个人营养保障、心理干预等内部因素去增强疲劳、倦怠的抵御能力。目前针对坑道作业人员膳食情况的调查并不多见，刘家建等[6]通过对火箭军某坑道作业部队106名官兵做膳食调查显示，蔬菜、水果的摄入存在不足，畜禽肉、植物油摄入量高于军标要求，脂肪供能比超出规定值，钙、锌等微量营养素摄入量未达标[6]。本研究膳食调查结果与之相似，三大营养素供能比依次为碳水化合物58.24%、脂肪26.76%、蛋白质15%。钙、锌摄入量平均为380.19 mg/d和8.54 mg/d，存在严重不足，此种状况在补充高钙锌奶后得到好转。坑道作业人员膳食营养素摄入失衡与日常不良的饮食习惯相关，需要进行经常性平衡膳食宣教加以纠正。

本研究团队前期在高钙锌奶改善官兵训练疲劳度和神经行为能力的研究中已证实，每日补充足量的钙、锌元素对缓解疲劳效果显著[4]，此结论同样在本研究中得到验证，高钙锌奶组干预后总疲劳评分降低1.02分，而脂菌营养包联合组对疲劳的缓解程度更显著，平均降低3.20分，主要表现在体力疲劳方面，而对脑力疲劳降低效果不显著。原因可能在于中链脂肪酸（MCFA）和乳酸菌的协同作用。试验组干预物中MCFA是自然界存在的一种小分子脂肪酸，一般含有6～12个碳原子组成的碳链，其代谢无需胆汁和胰液，在消化道吸收后不经过淋巴系统而直接经门静脉入肝，在细胞内也可直接进入线粒体快速氧化供能，保证肌肉和大脑的能量供给，从而增强运动耐力，促进机体从疲劳状态恢复[7-8]。坑道环境及剧烈的体力活动会造成疲劳相关应激反应，而这种反应与肠道微生物群组成存在高度的相关性，乳酸菌可以通过改善肠道内环境、降低肠道炎症反应、调节下丘脑-垂体-肾上腺轴等多个方面提高机体对运动应激的适应能力[9-10]。

人体成分分析数据显示，干预后试验组在体脂率上较对照组降低，体重变化不显著，表明试验组人员在肌肉量上有显著性提升，这与多项研究中MCFA能够减重、改善体脂率的结论相似[11-12]。肌肉生长与一定强度的神经刺激（抗阻运动）和足够能量、蛋白质供给相关，坑道作业大强度体力活动会给予骨骼肌足量的刺激，刺激强度过大或时间过长则可能致其疲劳损伤，乳酸菌对肠道微生态的改善促进了肠道对营养素的吸收[13]，MCFA在机体供能上的特性保证了骨骼肌在运动及恢复过程中的能量供给。而肌肉量的提升对机体抗疲劳也起到一定帮助作用。

肌氧含量是近年来评价运动锻炼强度和肌肉疲劳恢复的良好指标[14]，其原理主要是通过近红外光谱术（NIRS）监测肌肉组织中的氧合血红蛋白和还原血红蛋白变化，实时计算其氧含量的相对水平，评估骨骼肌的力量和耐力，和运动时肌肉的疲劳及运动后恢复都密切相关[15]。本研究采用“站姿提踵”运动方式，目的是监测下肢腓肠肌在运动和静息状态下的肌氧饱和度变化，评估肌肉的疲劳和恢复情况[16]。干预后两组在提踵运动开始时肌氧饱和度较干预前均显著提高，表明两组骨骼肌的氧供明显提高，试验组进入稳定期的肌氧饱和度显著高于对照组，和干预前差异不显著，但同样表现出较高趋势，表明干预后试验组腓肠肌对此运动强度耐受良好，提示在同等运动强度下试验组疲劳度有降低趋势。研究显示，长期坑道施工易造成下肢疲劳[17]，而本研究中脂菌营养包联合高钙锌奶的这种抗疲劳作用将有效缓解疲劳，并防止肌肉、关节损伤等伤病发生，另外这种作用不单单是针对下肢，对全身肌肉的锻炼恢复都起到一定的促进作用。

坑道作业人员是一类高风險高疲劳的特殊群体，身体和精神疲劳都可能造成难以挽回的损失，本研究聚焦于坑道作业人员的营养保健，开发出一种新型抗疲劳营养补充剂以促进特殊环境下作业人员疲劳的缓解，保障其身体健康。其中成分均为自然提取，无化学合成，研究中除了个别受试者乳糖不耐受退出研究外，其余均未出现不良反应，保证了日常摄入的安全性。另外本研究采用了肌氧饱和度监测来评估肌肉疲劳，对疲劳的监测更为实时精准，而团队也将进一步丰富身体及精神疲劳指标，全方位评估这种新型营养补充剂的抗疲劳效果，并将在未来的研究中探求其在高原环境、灾害救援甚至演习战场等环境下的抗疲劳表现。◇

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Effects of MCT-Probiotics Powder Combined with Calcium Zinc Fortified Milk on Fatigue of Tunnel Workers

LIU Yu-meng1，SUN Zhi-wei2，XU Qing1，ZHANG Peng1，ZHANG Xin-sheng1，ZHANG Yong1，LIU Zhao1，LIU Ying-hua1

（1Department of Nutrition，the First Medical Center，PLA General Hospital，Beijing 100853，China;2Health Department of PLA 96783，Huaihua 418000，China）

Abstract：Objective To observe the changes of fatigue related indexes of tunnel workers after taking MCT-Probiotics powder combined with calcium zinc fortified milk（MPFM）.Method Totally 100 workers aged 18～41 years in a tunnel construction unit were randomly divided into a control group and a trial group according to their job types，with 50 workers in each group.The control group drank calcium zinc fortified milk （FM）（containing Ca 150 mg/100 g and Zn 1.2 mg/100 g）twice a day，227 mL each time.In the trial group，MCT-Probiotics powder were added twice a day on the basis of the control group，one packet each time.After continuous taking for 12 weeks，dietary nutrient intake，body composition，fatigue score，muscle oxygen saturation （MOS）and other indicators were collected and assessed.Result A total of 93 subjects completed the study （45 in the control group and 48 in the trial group），with a loss rate of 7%.Subjective fatigue score showed that the physical fatigue score in the experimental group was significantly lower after the intervention than before （P<0.001）and the control group （P=0.028），and the total fatigue score in the trial group was also significantly lower after the intervention （vs pre-intervention，P<0.001，vs the control group，P=0.032）.The results of human body composition analysis showed that the body fat rate of the trial group significantly decreased after intervention （vs pre-intervention，P=0.045，vs the control group， P=0.048）.The monitoring of MOS showed that with the same intensity exercise，MOS of the control group（P=0.021）and the trial group（P=0.006）were both significantly increased at the beginning of this exercise （1 s）compared with that before the intervention，and significantly increased in the trial group compared with the control group at the beginning of MOS stability period （P=0.047）.Conclusion MPFM can significantly relieve muscle fatigue of tunnel workers，but has no significant effect on mental fatigue.

Keywords：lactic acid bacteria;medium chain fatty acids;fatigue;tunnel operation