日本探索科學(xué)救援的體能需求

姚桂華 李炳泉 鐘韻瑤/編譯

日本探索科學(xué)救援的體能需求

姚桂華 李炳泉 鐘韻瑤/編譯

火災(zāi)救援現(xiàn)場與一般的辦公室或工廠不同，每個(gè)現(xiàn)場的溫度、濕度、活動(dòng)時(shí)間各有不同，消防員必須穿著高熱阻的防火服在救援現(xiàn)場進(jìn)行搬運(yùn)器材工具、出水滅火、搜索救人等各種活動(dòng)。防火服雖然防火性能出色，但也明顯抑制了消防員進(jìn)行上述活動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的各種熱量的散發(fā)。

據(jù)實(shí)驗(yàn)顯示，消防員進(jìn)行救援行動(dòng)時(shí)，心率長時(shí)間超過140bpm（beat per minute，每分鐘心臟跳動(dòng)次數(shù)），有時(shí)甚至超過180bpm。1975年，Barnard等研究員對(duì)35名消防隊(duì)員進(jìn)行心率測(cè)定實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，當(dāng)隊(duì)員們戴著空呼器活動(dòng)15分鐘時(shí)，平均心率為188bpm。1992年，Sothman等專家研究稱，根據(jù)對(duì)10名消防員在處置住宅火災(zāi)時(shí)的監(jiān)測(cè)，他們的最高心率為178bpm。當(dāng)然，這些研究至今已有些年數(shù)，當(dāng)時(shí)的防火服與目前相比，耐熱性能低，所以對(duì)消防員的身體散熱影響反而較小。

消防員在災(zāi)難現(xiàn)場的救援活動(dòng)，不僅使人疲勞，心肺器官也承擔(dān)著很大的負(fù)荷。在此，如果能依據(jù)平日訓(xùn)練及救援經(jīng)驗(yàn)，推測(cè)消防員在不同情況下的疲勞程度，并結(jié)合科學(xué)數(shù)據(jù)，就能研究各項(xiàng)行動(dòng)可能對(duì)消防員產(chǎn)生的危害，從而防患于未然。但是，關(guān)于消防員在行動(dòng)中身體疲勞度的數(shù)值，至今沒有客觀和持續(xù)性的記錄。如果單從消防員在救援現(xiàn)場身體反應(yīng)的數(shù)值入手，并不容易，而且行為表現(xiàn)因現(xiàn)場不同而不同。因此，有必要建立消防行為模式，以取得消防疲勞狀態(tài)的高精度數(shù)據(jù)。

日本東京消防廳以709消防隊(duì)在2001年處置的一起火災(zāi)救援行動(dòng)為基礎(chǔ)，將出現(xiàn)頻率最高的行動(dòng)內(nèi)容模型化，并依據(jù)實(shí)際消防行動(dòng)排列，建立了組合式消防行為模式，即推水帶小車、吊掛水帶、不同階段搬運(yùn)消防器材機(jī)具的組合模式。但是實(shí)驗(yàn)下來，這組模式主要是為了判斷消防員實(shí)施救援時(shí)所需的體力和耐力，但是有些活動(dòng)是瞬時(shí)爆發(fā)的，活動(dòng)時(shí)間不滿5分鐘，因此這組模式不宜作為掌握消防員疲勞狀態(tài)的消防行為模式。

于是，東京消防廳與橫濱市合作，試著構(gòu)建以下列條件為基礎(chǔ)的消防行為模式。第一，在溫度、濕度受到控制的前提下，測(cè)出普遍性、通用性良好的負(fù)載程度與心肺功能或者與活體情報(bào)有關(guān)的數(shù)據(jù)；第二，形成不僅能作數(shù)據(jù)分析且確保時(shí)間的活動(dòng)項(xiàng)目；第三，必須是能夠用室內(nèi)平面（二維）活動(dòng)模擬三維立體消防活動(dòng)的項(xiàng)目。此項(xiàng)研究在得到橫濱國立大學(xué)倫理委員會(huì)承認(rèn)，并獲得參加研究的人員書面同意后實(shí)施。

小高層火災(zāi)模擬救援消防員心率和體溫超過基準(zhǔn)值

2011年8月，研究人員在橫濱市消防訓(xùn)練中心建了一幢8層樓高的小高層，利用它模擬消防救援行動(dòng)。在模擬救援中，救援人員從穿上防火服到活動(dòng)結(jié)束，模擬了一系列消防活動(dòng)，包括消防隊(duì)到達(dá)、鋪設(shè)水帶、出水、搜索救援、現(xiàn)場指揮、撤走消防器材等。

模擬行動(dòng)假設(shè)如下場景：火勢(shì)最初從建筑內(nèi)第四層燃起，隨后蔓延到第六層，消防員在室內(nèi)鋪設(shè)水帶后，撲滅大火。消防員將確認(rèn)安全的第三層作為現(xiàn)場指揮中心?，F(xiàn)場，四至六層有被困人員，被困于四層的人員呼吸困難，需要氧氣呼吸器，五層的被困者無法走動(dòng)，六層的傷者傷勢(shì)最輕，有能力自己走動(dòng)。

為了探索消防員進(jìn)行救援時(shí)的身體負(fù)荷，研究人員連續(xù)測(cè)定了橫濱市消防局28歲消防員X和47歲消防員Y在救援中的RR間隔（心臟跳動(dòng)節(jié)拍間隔）及外耳處溫度，兩人的裝備情況與日常戰(zhàn)斗時(shí)相同。

測(cè)試中，隊(duì)員X為了搬運(yùn)消防器材、搜索運(yùn)送被困者，反復(fù)上下樓，隊(duì)員Y在搬運(yùn)好消防器材后，主要負(fù)責(zé)滅火行動(dòng)和運(yùn)送被救者。

測(cè)試時(shí)間從14點(diǎn)25分開始。測(cè)試前，隊(duì)員X 進(jìn)行了熱身運(yùn)動(dòng)，當(dāng)時(shí)的瞬時(shí)心率在130bpm左右，測(cè)試開始后，X戴著空呼器準(zhǔn)備消防器材，扛著水帶（Φ50mm×3）與水槍進(jìn)入建筑后，在到達(dá)四層的時(shí)間段內(nèi)，瞬時(shí)心率在160bpm～180bpm間變化。隨后X輔助射水滅火、運(yùn)送被困四層的傷者，拿著水帶接口從三層到五層，此間心率變化為160bpm～190bpm。在運(yùn)送傷員的過程中，X的瞬時(shí)心率超過了180bpm。

隊(duì)員Y在測(cè)試開始后，帶著兩臺(tái)簡易空呼器進(jìn)入建筑物，通過樓梯到達(dá)四層后，心率上升到160bpm。其后在滅火行動(dòng)準(zhǔn)備階段，Y的心率在140bpm～170bpm之間，在出水滅火時(shí)，雖然心率低于140bpm，但這次測(cè)試是假定出水時(shí)長，而且拿著水槍的人沒有運(yùn)動(dòng)。之后Y從四層向五層移動(dòng)，瞬時(shí)心率由140bpm上升到160bpm。此時(shí)，X的空呼器發(fā)出警報(bào)，Y從五層跑向六層，心率瞬時(shí)升高，運(yùn)送被困者時(shí)Y的心率一下上升到180bpm。測(cè)試結(jié)束后，Y的瞬時(shí)心率在撤收裝備的過程中，還保持繼續(xù)上升的態(tài)勢(shì)。

在穿著耐熱性高的防火服活動(dòng)25分鐘的過程中，X和Y的瞬時(shí)心率從開始到結(jié)束，一直處于140bpm～190bpm。一般，在運(yùn)動(dòng)過程中，將人體的最高心率（220bpm-年齡）作為基準(zhǔn)數(shù)，可見，這兩名隊(duì)員在超過最大心率基準(zhǔn)水平狀態(tài)下連續(xù)活動(dòng)。

測(cè)試中，隊(duì)員X的外耳最高溫度相比測(cè)試開始前上升了2.14℃，Y的溫度上升了2.14℃。但是，這里所指的溫度，是直到外耳溫度儀破損或脫落前測(cè)出的（X的溫度儀在14點(diǎn)44分32秒破損，Y的溫度儀在14點(diǎn)45分19秒脫落），儀器破損或脫落后，消防員還在繼續(xù)活動(dòng)，可以認(rèn)為測(cè)試結(jié)束時(shí)，兩名隊(duì)員的外耳實(shí)際溫度還在升高。從確保消防員安全方面看，在人體溫度38.5℃以下活動(dòng)是適當(dāng)值，但兩名隊(duì)員都超過了這個(gè)基準(zhǔn)值，心率也是如此。在暑熱季節(jié)，消防員的體溫處于嚴(yán)酷狀態(tài)下，再加上環(huán)境和裝備增加了消防員的熱負(fù)荷，容易發(fā)生中暑，因此，當(dāng)消防員在身體及精神疲憊的狀態(tài)下，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕惶婊顒?dòng)，將救援和休息結(jié)合起來進(jìn)行勞動(dòng)管理。

構(gòu)筑室內(nèi)消防行為模式確認(rèn)消防員身體負(fù)荷數(shù)值

為了取得穩(wěn)定條件下有很好普遍性的數(shù)據(jù)資料，研究人員將小高層建筑物中消防隊(duì)員的立體性動(dòng)作，換為限于屋內(nèi)的平面活動(dòng)，以此構(gòu)筑了消防行為模式。

將小高層建筑救援的典型行動(dòng)分類為到達(dá)現(xiàn)場、裝戴空氣呼吸器、搬運(yùn)水帶、鋪設(shè)水帶、發(fā)現(xiàn)被困者、運(yùn)送傷者、運(yùn)送消防器材、照明活動(dòng)等13項(xiàng)內(nèi)容。為了將三維立體動(dòng)作置換成二維行動(dòng)，選擇用10kg的錘子代替水帶搬運(yùn)，用下吊24kg的錘子代替照明器具，用裝了25kg砂子的背包代替?zhèn)撸顒?dòng)跑道和墊腳石升降代替上下樓梯。

實(shí)驗(yàn)人員將在小高層建筑內(nèi)消防員救援時(shí)的瞬時(shí)心率及外耳溫度隨時(shí)間變化情況，與平面的消防行為模式下，在人造氣候室內(nèi)（室溫30℃，濕度60%～70%）的數(shù)值作比較，由此確認(rèn)了所構(gòu)筑的消防行為模式的普遍性和通用性。

根據(jù)兩種情況下測(cè)試出的數(shù)據(jù)，活動(dòng)開始后，分別在第10分鐘和第20分鐘，消防員瞬時(shí)心率從180bpm左右下降到150bpm上下，這段時(shí)間正是消防員對(duì)被困者進(jìn)行生命跡象檢查。此外的時(shí)間段中，兩種情況下，消防員的瞬時(shí)心率變化都是一開始急劇上升，到活動(dòng)結(jié)束，可以確認(rèn)達(dá)到160bpm～180bpm。

此外，二維消防行為模式下測(cè)出的消防員外耳溫度變化，與小高層建筑消防救援時(shí)的這些物理量變化情況以及絕對(duì)值變化是可以模擬的。

在2011年到2012年間，橫濱市消防局用兩者交替的方式，讓18名執(zhí)勤消防隊(duì)員和從事事務(wù)工作的工作人員，總計(jì)24人，按照消防行為模式進(jìn)行活動(dòng)。從消防行為模式中測(cè)得的最高瞬時(shí)心率與測(cè)試者年齡關(guān)系看，心率都在150bpm～200bpm，與年齡和職務(wù)沒有關(guān)系。測(cè)試過程中，有4人中斷了活動(dòng)，但他們的數(shù)值對(duì)結(jié)果沒有太大影響。最終的結(jié)果顯示，大約有半數(shù)測(cè)試人員的心率超過了基準(zhǔn)數(shù)（220bpm-年齡）。由此確定，消防員的心肺功能因救援負(fù)荷而改變，但要通過與訓(xùn)練時(shí)的基準(zhǔn)數(shù)比較來推測(cè)消防員的人體限度是件難事。

測(cè)試人員的外耳溫度都有所升高，升高值平均為2.41℃±0.78℃（最高上升3.73℃，最低上升0.97℃）。中途結(jié)束活動(dòng)的隊(duì)員，體溫平均上升1.17℃，其他幾名隊(duì)員的體溫升高數(shù)值均超過他們，如果僅靠體溫上升值也難以推測(cè)行動(dòng)中消防員的人體限度。

近幾年來，根據(jù)百姓的報(bào)警，日本消防救援出動(dòng)次數(shù)增加，實(shí)施的處置范圍也有擴(kuò)大趨勢(shì)，因而加重了消防員的負(fù)擔(dān)。此外，伴隨著消防隊(duì)員的高齡化，隊(duì)員們的身體負(fù)荷增大。社會(huì)狀況的變化，過于嚴(yán)酷的勞動(dòng)環(huán)境，使得消防員身體和精神上處于疲勞狀態(tài)，由此造成人員救援時(shí)的動(dòng)作差錯(cuò)，以及安全管理方面的欠缺等。為了將這種潛在的危險(xiǎn)要素防患于未然，有望借助于休息及實(shí)施交替動(dòng)作，恢復(fù)現(xiàn)場消防員的運(yùn)動(dòng)能力和判斷力。但是在現(xiàn)場，消防員體力精力的下降和恢復(fù)，要根據(jù)指揮員的判斷以及交替救援和休息的進(jìn)行，假如能夠用科學(xué)的數(shù)據(jù)推算救援行動(dòng)中消防員的疲勞狀態(tài)，不僅能提高安全管理，對(duì)實(shí)現(xiàn)消防戰(zhàn)術(shù)的無縫對(duì)接也有作用。