消防员运动性疲劳监测量表常模的实证研究

2022-12-01刘峰

中国人民警察大学学报 2022年12期

刘峰

中国人民警察大学救援指挥学院，河北廊坊 065000

0 引言

消防训练工作是消防队伍建设的重要组成部分[1]，同时，特殊环境作业对消防员身心带来了严峻挑战[2]。灭火战斗及大强度训练导致的运动性疲劳极大地威胁着消防员的身体健康，影响消防队伍的战斗力。消防员运动性疲劳监测量表(简称量表)[3]为消防人员提供了行之有效的疲劳测评手段。量表由情绪应激、生理疲劳、自我效能、自我调节、体能恢复、心理疲劳和睡眠质量7个维度组成，共42道题目(图1所示为量表节选内容)。参考量表得分常模，将消防员疲劳划分为正常、疲劳、过度疲劳三个等级，以及应激过度主导和恢复不足主导两个类别。量表以被试消防员主观自评为主，缺乏客观指标辅证，因此，如果同时选取运动生理生化客观指标评估被试消防员运动性疲劳状况，采用定性定量相结合的方式，可以弥补单纯评价所产生的不足。

运动性疲劳客观评定法主要通过仪器和设备对人体生理和生化指标进行观察和分析。生理指标包

图1 消防员运动性疲劳监测量表节选

括心率、心率变异性(Heart Rate Variability, HRV)、神经系统机能、生物电、感觉机能、血压、血氧饱和度等；生化指标包括血红蛋白、血乳酸、血尿素、肾上腺素、肌酸激酶、血睾酮皮质醇比值等血液指标，以及尿蛋白、尿胆原和尿潜血等尿液指标。Borg[4]编制的“主观疲劳评估量表”(Ratings of Perceived Exertion，RPE)结合了生理指标，将主观感受和运动心率联系了起来，得出了一个函数关系：心率(HR)=RPE×10。Klimas等[5]证明当疲劳感产生时，肌肉糖原减少，乳酸增加。Kevin T等[6]在大强度训练后神经肌肉的疲劳恢复研究中，使用视觉感官量表来监测被试者疲劳状况。王润极等[7]选取心率、主观疲劳感觉、运动能力等客观指标监测运动性疲劳，探讨缓解运动性疲劳、提高恢复效率的有效方法。杨珊珊等[8]发现对HRV多项指标的监控，能使教练员把握运动员运动性疲劳状况，在训练方法及负荷强度上得到及时且有效的反馈，有助于对训练效果有较清晰的认识。梁海丹等[9]认为在训练中，可以根据运动员的晨脉、运动后即刻心率、尿蛋白等指标的测定判断运动员的疲劳程度。王义元[10]通过对持续进行1.5 h视频显示终端(Visual Display Terminal，VDT)监测作业者脑组织血氧饱和度，分析得出血氧饱和度水平与VDT作业疲劳程度存在着负相关关系。闫东旭[11]通过对速滑运动员年度训练周期负荷量与生理疲劳的关系研究得出疲劳期运动员累计力量训练量明显高于非疲劳期。郑乃云等[12]利用影像辨识及分析技术对石化业劳动者脸部、眼睛、嘴部等特征建立辨识模块来确定个人疲劳等级。Amelie等[13]在对铁人三项运动员的研究中通过测量心率和血乳酸盐来确定被试者的生理疲劳。这些客观指标测量结果比主观自评更有说服力，但也存在时效性和准确性相矛盾等局限。各生理生化指标监测疲劳的优缺点见表1。

表1 各生理生化指标用于监测疲劳的优缺点

笔者拟选取心率、血氧饱和度、尿蛋白三项生理生化指标，测评某基层消防中队日常战训运动性疲劳状况，并对比分析量表得分，以验证量表常模的有效性和准确性。

1 实验设计

1.1 实验目的

通过对消防员4周训练期间的量表得分和生理生化指标进行数据分析，检验所制量表常模的效标效度，验证所制量表能否准确反映消防员的疲劳情况。

1.2 实验对象

实验对象为某中队8名消防员，年龄20～33岁，均为男性，其中6名战斗员，2名指挥员，均无伤病情况，且实验前48 h内未服药或者饮用含酒精的饮料，没有从事高强度的训练。

1.3 实验工具

1.3.1 YX301 鱼跃牌指夹式脉搏血氧仪。仪器采用光电测量模式，结果可在佩戴后8 s内读取，血氧饱和度测量范围为70%～100%，精度为±2%，分辨率为1%，心率测量范围为30～250 bpm，精度为±2 bpm，分辨率为1 bpm，精度和效率符合本研究的要求。测量时手指应干燥，不能夹歪，保持受检手指的稳定。

1.3.2 尿液分析试纸条。广州高尔宝生物技术有限公司生产，用于测量训练后及次日清晨消防员尿液中蛋白含量(采用肉眼比色法进行半定量测量)。

1.3.3 消防员运动性疲劳监测量表。以该量表常模测评消防员的疲劳等级及分类。

1.4 实验方法

采用自然实验法，消防员每日按照中队训练计划进行训练，自变量为消防员每日承受的训练和非训练负荷，因变量为量表的得分、生理指标(运动后即刻心率、次日清晨静息心率、血氧饱和度)、生化指标(尿蛋白)。

使用仪器和量表对8名消防员4周内的疲劳情况进行监测，在每天训练结束后和次日清晨起床前测量心率、血氧饱和度及尿蛋白含量，在每周三、周五和周日下午发放量表测评消防员主观疲劳感受。

2 实验流程

(1)实验前告知被试者在48 h内不要进行大负荷运动，并告知被试者本次实验的目的、步骤等详细情况，以及实验过程中可能出现的问题和预防措施。(2)实验正式开始前对消防员进行预检测，测得基础心率，排除个体存在肾脏疾病的因素，填写个人基本情况和量表。(3)实验开始，在每日训练结束后15 h和次日清晨对消防员进行尿蛋白检测，采用肉眼比色法读取尿液分析试纸条的测量结果。(4)使用YX 301鱼跃牌指夹式脉搏血氧仪在每日训练后测量运动后即刻心率，在次日清晨起床后测量静息心率。(5)使用YX 301鱼跃牌指夹式脉搏血氧仪在每日训练结束和次日清晨与心率同时测得血氧饱和度。(6)在实验周期内，每周三、周五及周日下午向消防员发放量表，测量消防员最近三天的各种训练负荷之后对自己的疲劳主观评价。(7)实验的第二、三、四周重复(3)～(6)过程，至实验结束。

3 实验结果与分析

8名被试消防员前两周在中队进行夏训科目训练，后两周随中队前往训练基地进行夏训比武集训。为便于表述，将前两周称为夏训阶段，后两周称为集训阶段。运动后测得的指标可用于评定训练量，运动后即刻心率和运动后15 min尿蛋白这两个指标越高、运动后血氧饱和度越低，训练量越大。

相关研究[14]显示：(1)清晨静息心率高于基础心率且持续增长时，即表明此时机体出现了疲劳，若此后几日清晨的静息心率仍未降低，则表明疲劳已积累，静息心率越高，疲劳程度越高；(2)清晨血氧饱和度持续低于正常值时，认为机体发生疲劳，血氧饱和度越低，疲劳程度越高；(3)消防员在训练后出现暂时性的尿蛋白偏高属于正常现象，但若次日清晨指标仍未恢复阴性则说明身体出现了疲劳，尿蛋白含量越高说明疲劳程度越高。以上三项指标有一项满足疲劳判定标准即认为出现疲劳。对8名被试消防员每日各指标的均值进行研究，以排除个体差异的干扰。

3.1 客观指标监测结果

运动后与次日清晨的心率、血氧饱和度及运动后15 min尿蛋白的均值变化趋势见图2～图4(7月26日全天执勤、7月31日筹备八一活动，均未进行训练，两日数据与总体趋势相差过大，已剔除)。

图2 心率均值

图3 血氧饱和度均值

图4 尿蛋白均值

从图2～图4中可以看出，随着时间的推移，运动后即刻心率均值和运动后15 min的尿蛋白均值总体呈上升趋势，第三周上升趋势明显；运动后即刻血氧饱和度总体呈下降趋势。这表明随着训练的进行，训练负荷逐渐增大，尤其在集训阶段，训练量达到高峰。次日清晨各指标的总体趋势与运动后的趋势基本一致，但该指标在夏训阶段波动幅度明显小于运动后，说明次日清晨的生理生化指标可以更稳定地代表消防员的疲劳程度。

通过图2～图4可以大致看出，夏训阶段各指标波动幅度不大，随着集训期的到来，各指标变化趋势明显。原因是夏训阶段(7月23日至8月5日)中队每日的训练项目差异较大，且建军节前后的任务、活动比较多，影响了训练计划的落实，而集训阶段实行封闭训练，每天都能够保证训练量，各项指标呈现出比较线性的变化，在集训期被试消防员出现疲劳，且疲劳程度不断加深。选取差异比较明显的每周六清晨(7月28日、8月4日、8月11日、8月18日)的静息心率和血氧饱和度均值进行重复测量方差分析(由于尿蛋白指标为半定量测量，故不做分析)，结果见表2。

表2 每周六清晨各指标均值的差异

经过4周的训练，被试消防员清晨静息心率每周显著增加(P=0.001)；清晨血氧饱和度每周显著降低(P=0.002)。结合清晨尿蛋白均值趋势图，总体表现出随着训练的进行，尤其是后两周集训期的到来，8名被试者静息心率和尿蛋白指标不断升高，血氧饱和度不断降低，疲劳症状开始显现且程度不断加深。

3.2 量表监测结果

每周三、周五、周日下午回收量表的总得分和两个分量表得分的变化趋势见图5。

图5 量表得分均值

可以看出量表得分曲线的波动比生理生化指标小，且趋势更加明显。选用每周五下午回收的量表得分进行重复测量方差分析，结果见表3。

量表的评价常模[15]是通过正态分布法和百分位数法确定的，即：量表总得分<156分为正常，总得分≥156且<173分为疲劳，总得分≥173分为过度疲劳；应激得分<78分为正常，应激得分≥78且<87分为应激过度主导的疲劳，应激得分≥87分为应激过度主导的过度疲劳；恢复得分<82分为正常，恢复得分≥82且<91分为恢复不足主导的疲劳，恢复得分≥91分为恢复不足主导的过度疲劳。可以看出，随着训练的持续，8名消防员量表得分呈现稳定增长趋势，且增长幅度显著(P<0.001)，集训期开始后，8名被试消防员量表总得分均值逐步接近量表常模的疲劳参考值156，在集训期第四周，训练强度增大，量表总得分均值超过173，出现过度疲劳。

表3 每周五下午量表得分均值的差异

结合生理生化指标分析可以初步认为：量表得分与次日清晨静息心率、尿蛋白指标呈正相关，与次日清晨的血氧饱和度呈负相关。下一步进行相关性分析以确定其相关程度。

3.3 监测结果的相关性分析

分析量表得分和生理生化指标的相关性，首先要保证二者选取的数据反映同一时期的疲劳状态。量表的发放与回收时间是每周三、周五、周日的下午，应选择最为相近的周四、周六、周一清晨的生理生化指标进行分析，共11次。分析时依然采用8名被试消防员的均值以排除个体差异带来的影响，结果见表4。

表4 量表得分与生理生化指标的相关系数

注：**表示0.01水平显著相关，*表示0.05水平显著相关。

分析结果显示，量表总得分、分量表得分与次日清晨静息心率存在较强的正相关，与尿蛋白正相关(恢复分量表得分与尿蛋白的显著性检验P值为0.053)，与次日清晨血氧饱和度的负相关程度较弱。

3.4 监测结果的判别分析

判别分析是一种判断个体所属类型的方法。结合生理生化指标趋势及量表得分，将11次测量结果中前4次作为非疲劳组数据，后2次作为疲劳组数据，剩余5次作为测试数据，选取应激分量表得分、恢复分量表得分、次日清晨静息心率3项显著相关的指标作为自变量，主客观指标相结合判别样本是否疲劳。一次性引入全部变量建立Fisher线性判别函数，函数系数见表5。

表5 Fisher线性判别函数的系数

Fisher判别函数有效性检验结果α值为0.009，小于0.05，说明不同组的平均Fisher判别函数值存在显著差异，这意味着判别函数是有效的。Fisher线性判别非疲劳组函数为：

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

疲劳组：

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

式中，f1、f2为函数值；X1为量表应激得分；X2为量表恢复得分；X3为静息心率值，bpm。

将未分组样本数据的自变量代入这两个函数，得到两个函数值，数值大的函数所属分组即为该样本分组类别。根据输出结果，第5、6次测试数据为非疲劳组，第7、8、9次测试数据为疲劳组，第7次是8月8日，正是被试消防员进入集训期的时间，量表得分较之前出现很大增幅，与量表评价常模相吻合，表明该判别函数具有较高的判别效度，验证了量表常模的准确性。