濕熱環(huán)境訓(xùn)練的人體溫度安全指標(biāo)

張 雷,王 芬,祁海霞

(1.南京軍區(qū)南京總醫(yī)院骨科,江蘇南京210002;2.合肥市第二人民醫(yī)院廣德路院區(qū),安徽合肥230011;3.第二軍醫(yī)大學(xué)軍事體育教研室,上海200433)

在濕熱環(huán)境中訓(xùn)練,選擇合適的指標(biāo)評(píng)價(jià)訓(xùn)練負(fù)荷,保證訓(xùn)練安全,顯得尤為重要。理想的指標(biāo)應(yīng)符合以下要求:1)獲取速度快,在較短的時(shí)間內(nèi)即可測(cè)得,測(cè)量過程簡單方便,測(cè)試員無需培訓(xùn)或稍經(jīng)培訓(xùn)即可完成;2)敏感性高,該指標(biāo)在訓(xùn)練過程中變化幅度明顯;3)指示性強(qiáng),該指標(biāo)必須可以直接反映機(jī)體熱負(fù)荷,可以即時(shí)做出評(píng)價(jià),從而決定受試者是否可以進(jìn)一步進(jìn)行訓(xùn)練。綜合上述要求,人體溫度 (包括皮膚5點(diǎn)溫度、肛溫以及由此計(jì)算出的平均體溫、積熱指數(shù)BHSI[1])為最適合的指標(biāo)。

本次實(shí)驗(yàn)以某軍校30名健康男性志愿者為測(cè)試對(duì)象,進(jìn)行高溫運(yùn)動(dòng)生理習(xí)服訓(xùn)練15次,每次訓(xùn)練前后測(cè)量其皮膚5點(diǎn)溫度和肛溫,探討人體溫度作為濕熱環(huán)境訓(xùn)練安全指標(biāo)的可行性。

1 材料和方法

1.1 受試者的選擇

選取某校30名18～23歲的男性學(xué)員志愿者作為受試對(duì)象,經(jīng)體檢均為健康者,經(jīng)體能測(cè)試均為合格者。

1.2 場(chǎng)地與設(shè)施

模擬濕熱室 (見本專欄 《濕熱環(huán)境習(xí)服訓(xùn)練對(duì)12 min負(fù)重跑的影響》1.2)。

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

與本專欄 《溫?zé)岘h(huán)境習(xí)服訓(xùn)練對(duì)12 min負(fù)重跑的影響》表2前15次訓(xùn)練內(nèi)容相同。

1.4 數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

本次試驗(yàn)需采集數(shù)據(jù)有皮膚5點(diǎn)溫度 (額溫、手背溫、胸溫、股溫、腓溫)、肛溫、身高、體重、心率。各數(shù)據(jù)采集方法如下:

①皮膚溫度:使用測(cè)量MT-4紅外測(cè)溫儀對(duì)準(zhǔn)其5點(diǎn)皮膚溫度 (額溫、手背溫、胸溫、股溫、腓溫)測(cè)定,測(cè)定部位須用干毛巾將汗擦干。

②肛溫增值:使用WSC-411數(shù)字溫度儀 (每人使用固定溫度測(cè)量傳感器)在訓(xùn)練前和訓(xùn)練結(jié)束后立即測(cè)量,測(cè)量時(shí)將傳感器插入肛門約12 cm,當(dāng)電子數(shù)字顯示最高值時(shí),記錄肛溫。

③體表面積:使用BCA-2A人體成份分析儀在訓(xùn)練開始前測(cè)量身高、體重,按許文生氏公式計(jì)算[2]:體表面積 (m2)=0.0061×身高 (cm)+0.0128×體重 (kg)-0.1529

④心率:使用Omeron電子血壓計(jì)在訓(xùn)練過程中測(cè)試按照儀器說明書佩戴并將手腕平齊于心臟,距心臟一拳距離。儀器自動(dòng)記錄并反饋血壓和心率值。

最終評(píng)價(jià)指標(biāo)包括平均皮膚溫度、平均體溫、積熱指數(shù) (BHSI)。各參數(shù)計(jì)算公式如下:

①平均皮膚溫度 (℃)=0.07×額溫+0.05×手背溫+0.5×胸溫+0.18×股溫+0.20×腓溫

②平均體溫 (℃)=0.67×肛溫+0.33×平均皮膚溫度

③BHSI(kJ/m2)=體重 (kg)×0.83/體表面積 (m2)×平均體溫增值 (℃)×4.1841

2 結(jié)果

2.1 文獻(xiàn)報(bào)道的安全上限的準(zhǔn)確度

根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,熱環(huán)境下,肛溫39.5℃、平均體溫37.7℃為生理安全上限,BHSI 355.6 kJ/m2為人體耐熱極限[3]316。然而,平均體溫、BHSI與人體所處環(huán)境,以及勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度的關(guān)系如何?為此,運(yùn)用多元線性回歸分析,以環(huán)境溫度、濕度、勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度分級(jí)[3]273(勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度分級(jí)見表2)分別作為X1、X2、X3,以平均體溫、BHSI分別作為^y1、^y2,計(jì)算對(duì)應(yīng)回歸方程,統(tǒng)計(jì)量為F,當(dāng)P＜0.05時(shí),建立方程有意義。

然而,根據(jù)本研究的訓(xùn)練記錄,各次訓(xùn)練中受試者均不同程度地超過文獻(xiàn)報(bào)道的安全上限 (見表3)。在實(shí)驗(yàn)過程中,我們不時(shí)詢問受試人員當(dāng)時(shí)的主觀感受,確認(rèn)其可以繼續(xù)當(dāng)前訓(xùn)練實(shí)驗(yàn),同時(shí)安排專門的醫(yī)務(wù)人員在旁觀察并準(zhǔn)備好相關(guān)急救措施。最終受試者均順利地完成了訓(xùn)練內(nèi)容,整個(gè)過程中無一例次人員訓(xùn)練損傷發(fā)生。

表2 軍事體力勞動(dòng)強(qiáng)度分級(jí) (GJB 1336-92)

表3 研究對(duì)象平均體溫、肛溫、BHSI超過文獻(xiàn)報(bào)道的人數(shù)和占比

2.2 回歸方程

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不能簡單將某一數(shù)值定為人體耐受上限。無論是平均體溫,還是BHSI,都與環(huán)境的溫度、濕度,以及勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度有關(guān)。故本研究做了相關(guān)的回歸方程,結(jié)果如表4:

表4 平均體溫、BHSI的回歸方程

3 討論

濕熱環(huán)境下的訓(xùn)練安全,是一個(gè)極其重要的問題,它關(guān)系到大規(guī)模開展?jié)駸岘h(huán)境適應(yīng)性訓(xùn)練的可行性。在訓(xùn)練中,合理選擇適當(dāng)?shù)闹笜?biāo),用以評(píng)價(jià)訓(xùn)練負(fù)荷,可以有效保證訓(xùn)練安全。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段,綜合考慮了生理指標(biāo)、生化指標(biāo)和形體指標(biāo):形體指標(biāo)改變慢,生化指標(biāo)采集不便,而生理指標(biāo)則既能快速方便采集,又具有較高的敏感性和指示性。在眾多生理指標(biāo)中,最終選擇了人體溫度(包括基礎(chǔ)的皮膚5點(diǎn)溫度和肛溫),以及由此計(jì)算出的平均體溫、BHSI作為評(píng)價(jià)熱負(fù)荷,保證訓(xùn)練安全的指標(biāo)。

既往文獻(xiàn)報(bào)道,熱環(huán)境下,平均體溫37.7℃為生理安全上限,BHSI 355.6 kJ/m2為人體耐熱極限。但在我們的實(shí)驗(yàn)中,多人多次超過兩者上限值。在嚴(yán)格保證受試者安全的前提下,我們繼續(xù)了實(shí)驗(yàn),最終無一例次訓(xùn)練損傷。實(shí)驗(yàn)記錄顯示,在共計(jì)441例次的溫度指標(biāo)中,平均體溫超過文獻(xiàn)報(bào)道的例數(shù)為158例次,占全部的35.83%,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其置信區(qū)間。BHSI稍好,但超過文獻(xiàn)報(bào)道的例數(shù)仍有33例次,占全部的7.48%,亦超過其置信區(qū)間。

分析上述超過文獻(xiàn)報(bào)道的原因,可能是平均體溫、BHSI均和環(huán)境、勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度有關(guān),因而采用統(tǒng)一的上限指標(biāo)來規(guī)定人體熱極限是不恰當(dāng)?shù)?。建立的方程亦證明,平均體溫、BHSI均與環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、勞動(dòng)強(qiáng)度分級(jí)有著密切的關(guān)系,對(duì)所建立方程進(jìn)行方差分析,結(jié)果提示模型具有高度的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

關(guān)于訓(xùn)練安全上限,文獻(xiàn)報(bào)道沒有一個(gè)絕對(duì)的參照系統(tǒng)來度量,很大程度上取決于個(gè)人主觀感受[4],故綜合分析文獻(xiàn)報(bào)道,以及我們的實(shí)驗(yàn),我們提出以下安全上限:1)主觀感受難以繼續(xù)參與訓(xùn)練,伴或不伴有急性衰竭表現(xiàn),如心慌、臉色蒼白、四肢濕冷等;2)肛溫＞39.5℃;3)BHSI＞-2832.54493+79.76583×環(huán)境濕度 (%)-2.473929×環(huán)境濕度 (%)+33.55402×體力勞動(dòng)強(qiáng)度分級(jí) (按心率分為5級(jí),具體見表2,下同);4)平均體溫＞14.24768+0.60467×環(huán)境溫度(℃)-0.01829×環(huán)境濕度 (%)+0.34353×體力勞動(dòng)強(qiáng)度分級(jí)。上述安全上限可信級(jí)別逐層遞減。

將上述安全上限封裝于程序,使用Visual Basic 6.0軟件編程。程序運(yùn)行界面如下:

該程序可自行判斷訓(xùn)練中受試人員是否超過其生理上限,并自動(dòng)生成評(píng)估報(bào)告,從而保證了訓(xùn)練安全。

4 問題與展望

濕熱環(huán)境訓(xùn)練的安全上限是個(gè)較為復(fù)雜的問題。首先是研究者較少,尤其是深入研究濕熱環(huán)境下人體各項(xiàng)機(jī)能的規(guī)律,并規(guī)定安全上限的更為稀少。其次是各項(xiàng)指標(biāo)個(gè)體差異性極大,很難應(yīng)用一個(gè)統(tǒng)一的安全上限來作為判斷訓(xùn)練安全的指標(biāo)。再次,目前各項(xiàng)研究建立的相關(guān)模型往往缺乏堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ),各項(xiàng)研究尚處在探索階段。所以在訓(xùn)練安全方面的研究任重道遠(yuǎn)。

本課題通過綜合分析文獻(xiàn),建立平均體溫、BHSI的回歸方程,結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),將安全上限定義為4級(jí)水平,分別為:主觀感受水平、肛溫水平、積熱指數(shù)水平、平均體溫水平。并予程序封裝,保證了其推廣和應(yīng)用。但研究中,回歸方程的建立仍沒有考慮不同訓(xùn)練人員的基礎(chǔ)體能水平,各參數(shù)的理論基礎(chǔ)仍不完善,且沒有經(jīng)過更大樣本量的測(cè)試。這些都是我們后續(xù)科研中將要完善的內(nèi)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]許文生氏公式[J].中國生理學(xué)雜志,1937(12):327.

[3]郭俊生.軍隊(duì)衛(wèi)生學(xué)[M].上海:第二軍醫(yī)大學(xué)出版社,2007.

[4]邱仞之.環(huán)境高溫與熱損傷[M].北京:軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)出版社,2000:550.

[5]張雷,房曉,羅琳,等.濕熱環(huán)境下暈動(dòng)病發(fā)病率、預(yù)防訓(xùn)練及退化再適應(yīng)的綜合研究[J].昆明醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2011,32(12):26-31.

[6]張雷,房曉,張帆,等.濕熱環(huán)境下作業(yè)的男性青年人體動(dòng)態(tài)平均體溫上限的探討[J].第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào),2012,33(3):286-291.

[7]張雷,房曉,雷德橋,等.濕熱環(huán)境訓(xùn)練中人體血壓、心率變化的功能評(píng)價(jià) [J].第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,31(11):1272-1274.