軍事訓(xùn)練中運(yùn)動性疲勞評價(jià)方法的研究進(jìn)展

裴 瑩，王 磊，李惠子

1 錦州醫(yī)科大學(xué)火箭軍特色醫(yī)學(xué)中心研究生培養(yǎng)基地 神經(jīng)內(nèi)科，北京 100088；2 火箭軍特色醫(yī)學(xué)中心門診部，北京 100088

軍事訓(xùn)練是和平時(shí)期部隊(duì)?wèi)?zhàn)士的主要任務(wù)，其目的在于維持并增強(qiáng)戰(zhàn)士的身體素質(zhì)和作戰(zhàn)能力，為實(shí)現(xiàn)我國新形勢下的強(qiáng)軍興軍奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。戰(zhàn)士經(jīng)過高強(qiáng)度、長時(shí)間的負(fù)荷訓(xùn)練后，體能消耗殆盡，從而產(chǎn)生疲勞感，影響軍事作業(yè)效率和思維判斷能力，這是導(dǎo)致軍事訓(xùn)練傷(military training injuries，MTI)發(fā)生的首要原因[1]。軍事訓(xùn)練傷的發(fā)生不僅降低訓(xùn)練效率，還可能造成官兵的心理和生理問題[2]。本文主要對軍事訓(xùn)練中運(yùn)動性疲勞的產(chǎn)生機(jī)制和疲勞評價(jià)方法研究進(jìn)展進(jìn)行闡述，為減少軍事訓(xùn)練傷的發(fā)生、維護(hù)官兵健康、增強(qiáng)部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力提供理論依據(jù)。

1 軍事訓(xùn)練中運(yùn)動性疲勞的發(fā)生情況

軍事訓(xùn)練傷是指軍事訓(xùn)練導(dǎo)致參訓(xùn)人員發(fā)生組織器官功能障礙或病理改變，包括骨折、關(guān)節(jié)脫位、外傷、中暑、脫水、凍傷、腹痛等[3]。流行病學(xué)調(diào)查顯示，目前我軍各兵種軍事訓(xùn)練傷的發(fā)生率為10% ~ 20%，以過度疲勞和急性損傷為主，高于軍事訓(xùn)練傷健康保護(hù)規(guī)定的年發(fā)生率8%[4]。軍事訓(xùn)練傷的高發(fā)不僅威脅著戰(zhàn)士的身心健康，增加醫(yī)療費(fèi)用的支出，還導(dǎo)致部隊(duì)非戰(zhàn)斗減員，嚴(yán)重影響軍隊(duì)的戰(zhàn)斗力。李春伶等[5]通過調(diào)查2 090名武警官兵軍事訓(xùn)練傷的發(fā)生情況，發(fā)現(xiàn)過勞損傷的發(fā)生率最高，達(dá)到70.3%。張亮等[6]選取16 959名陸軍新兵進(jìn)行研究，同樣發(fā)現(xiàn)過勞損傷在軍事訓(xùn)練傷中最為多見，且多以肌腱炎、腰肌勞損和疲勞性骨折為主。美軍調(diào)查顯示，由過度疲勞導(dǎo)致的軍事事故死亡人數(shù)占美軍每年死亡人數(shù)的1/3[7]。尤其是負(fù)荷較大的軍事訓(xùn)練，如飛行、核潛艇、航母等任務(wù)，超負(fù)荷作業(yè)、睡眠剝奪和長期精神壓力等因素都會加快疲勞的產(chǎn)生、加重疲勞的程度，使戰(zhàn)士無法保持正常的工作效率，嚴(yán)重影響軍事任務(wù)的完成[8]。因此科學(xué)評價(jià)并監(jiān)測軍事訓(xùn)練中運(yùn)動性疲勞的發(fā)生，及時(shí)調(diào)整訓(xùn)練內(nèi)容和方法，減少軍事訓(xùn)練傷的發(fā)生，對于保障部隊(duì)作戰(zhàn)能力具有重要意義。

2 軍事訓(xùn)練中疲勞的產(chǎn)生機(jī)制

現(xiàn)代戰(zhàn)場復(fù)雜多變，面對高負(fù)荷、易突發(fā)和高風(fēng)險(xiǎn)的作戰(zhàn)特點(diǎn)，戰(zhàn)士不僅需要具備專業(yè)的作戰(zhàn)技能，更應(yīng)時(shí)刻保持飽滿的精神狀態(tài)，包括注意力、理解力、判斷力和執(zhí)行力[9]。但隨著訓(xùn)練時(shí)間的延長，疲勞程度的累積會影響戰(zhàn)士的身心狀態(tài)，給作戰(zhàn)行動帶來巨大威脅。運(yùn)動性疲勞是指機(jī)體在長時(shí)間或高強(qiáng)度運(yùn)動后不能在一定水平上維持其功能和(或)不能維持運(yùn)動強(qiáng)度的狀態(tài)[10]。在一定程度上，運(yùn)動性疲勞被認(rèn)為是人體的一種保護(hù)性機(jī)制，經(jīng)過適當(dāng)?shù)男菹⒑驼{(diào)整，可以從疲勞狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)，并不會對人體造成損害。但如果長期持續(xù)處于疲勞狀態(tài)，不能得到及時(shí)有效的緩解，那么疲勞程度就會繼續(xù)積累，久而久之就會發(fā)生過度疲勞，影響戰(zhàn)士的身心健康和作戰(zhàn)能力。

目前，關(guān)于運(yùn)動性疲勞生成機(jī)制眾說紛紜，其中被廣泛認(rèn)可的是衰竭學(xué)說和堵塞學(xué)說。衰竭學(xué)說認(rèn)為疲勞的產(chǎn)生是由體內(nèi)能量物質(zhì)耗竭造成的，人在活動時(shí)會大量消耗體內(nèi)的能量物質(zhì)，如三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)、磷酸肌酸、糖、脂肪等，導(dǎo)致各器官的能量供應(yīng)減少，使大腦和肌肉的工作效率下降，無法完成額定的任務(wù)，產(chǎn)生疲勞[11]。不同強(qiáng)度的軍事訓(xùn)練，會消耗不同的能量物質(zhì)。具體表現(xiàn)為短時(shí)間內(nèi)高強(qiáng)度體能訓(xùn)練，會消耗戰(zhàn)士體內(nèi)含有高能磷酸鍵的能量物質(zhì)，如ATP和磷酸肌酸。隨著訓(xùn)練時(shí)間的推移和任務(wù)強(qiáng)度的加大，戰(zhàn)士體內(nèi)葡萄糖和糖原會消耗殆盡，進(jìn)一步降低訓(xùn)練任務(wù)的效率和效果。其中，糖是機(jī)體活動的主要供能物質(zhì)，與疲勞進(jìn)程的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。故戰(zhàn)士在出現(xiàn)疲勞時(shí)，可通過及時(shí)補(bǔ)充葡萄糖在一定程度上消除疲勞、恢復(fù)精力[12]。

堵塞學(xué)說，又被稱為代謝產(chǎn)物堆積學(xué)說，即人在運(yùn)動時(shí)，體內(nèi)各種代謝活動增強(qiáng)，由此生成的代謝產(chǎn)物若不能得到及時(shí)清理就會在體內(nèi)堆積，如乳酸、酮類、氨等，使肌肉的工作能力下降，產(chǎn)生疲勞感[13]。正常情況下，除了少數(shù)組織以糖酵解的形式供能外，體內(nèi)大多數(shù)組織都通過有氧代謝途徑產(chǎn)能。糖酵解生成的乳酸經(jīng)血液循環(huán)入肝后，可在肝內(nèi)進(jìn)行糖異生而再次被機(jī)體利用。故在正常情況下，血液中的乳酸含量會維持在一定范圍內(nèi)，并不會出現(xiàn)大幅度波動[14]。在戰(zhàn)士進(jìn)行劇烈運(yùn)動時(shí)，氧氣需求增大致使供應(yīng)不足，機(jī)體依靠糖酵解產(chǎn)能，此時(shí)生成大量乳酸容易發(fā)生堆積，導(dǎo)致內(nèi)環(huán)境呈酸性改變，負(fù)反饋抑制糖酵解過程、阻礙ATP生成，并影響大腦的正常生理活動；同時(shí)解離出的氫離子會與鈣離子競爭肌鈣蛋白上的結(jié)合位點(diǎn)，使肌肉興奮-收縮脫偶聯(lián)，工作效率下降[15]?，F(xiàn)已證實(shí)，戰(zhàn)士體內(nèi)的乳酸含量與其體能精力呈顯著負(fù)相關(guān)，且較高的乳酸水平會延長訓(xùn)練后疲勞的恢復(fù)時(shí)間[16]。

3 軍事運(yùn)動性疲勞的常見評價(jià)方法

在軍事任務(wù)中，高強(qiáng)度體能訓(xùn)練、睡眠缺乏、長期精神壓力、創(chuàng)傷后應(yīng)激、生物鐘紊亂等因素都可引起疲勞的產(chǎn)生[17]。由于疲勞成因的復(fù)雜性及軍事訓(xùn)練的特殊性，疲勞很難由簡單的方法來測定，往往需要各指標(biāo)聯(lián)合進(jìn)行評價(jià)。

3.1主 觀 評 價(jià) 主 觀 感 受 與 運(yùn) 動 負(fù) 荷、心 肺 功能、代謝產(chǎn)物堆積等因素密切相關(guān)，是判斷疲勞程度的重要標(biāo)志。Borg于1970年結(jié)合運(yùn)動時(shí)人的各項(xiàng)生理指標(biāo)和心理狀態(tài)的變化，制定主觀疲勞評定量表(ratings of perceived exertion，RPE)，以問卷的形式對疲勞程度進(jìn)行半定量分析[18]。該量表具有良好的評估效能，其等級數(shù)值與運(yùn)動負(fù)荷強(qiáng)度、心率、耗氧量、乳酸、激素等關(guān)系密切，因此常作為國內(nèi)外軍事運(yùn)動性疲勞評價(jià)的主要方法。疲勞量表-14(fatigue scale，F(xiàn)S-14)是由Trndie Chalder和Berelowitz于1992年編制，用于估計(jì)疲勞程度、評價(jià)治療效果、鑒別疲勞相關(guān)疾病等[19]。該量表由14個(gè)條目組成，分別對軀體疲勞和心理疲勞進(jìn)行評估，其總和反映機(jī)體疲勞狀態(tài)。疲勞評定量表(fatigue assessing instrument，F(xiàn)AI)共29個(gè)條目，每個(gè)條目1 ~ 7分，以總分反映受試者的疲勞程度[20]。疲勞自評量表(fatigue self-assessment scale，F(xiàn)SAS)共23個(gè)條目，包括6個(gè)評分因子，即軀體疲勞、心理疲勞、疲勞結(jié)果、疲勞對睡眠的影響、疲勞的情境性和疲勞的時(shí)間模式。每個(gè)條目采用Liket 5級評分法(0 ~ 4分)，效度較好[21]。

英國陸軍航空醫(yī)療協(xié)會為了客觀評價(jià)不同兵種間戰(zhàn)士的疲勞程度，制定出一份涉及多個(gè)疲勞影響因素的調(diào)查量表[22]。該量表由戰(zhàn)士主觀進(jìn)行作答，題目中不僅包括嚴(yán)苛環(huán)境等疲勞加分項(xiàng)，還包括有睡眠時(shí)長等疲勞減分項(xiàng)，通過計(jì)算得出最終分?jǐn)?shù)，分?jǐn)?shù)越高表明戰(zhàn)士越疲勞。在下達(dá)任務(wù)前，指揮人員常根據(jù)測評結(jié)果挑選出適宜參加此次任務(wù)的戰(zhàn)士。該方法雖然簡單易行，但容易受戰(zhàn)士的理解影響，存在偏差。

3.2生化指標(biāo)評價(jià) 運(yùn)動性疲勞的產(chǎn)生與能量物質(zhì)和氧氣供應(yīng)的減少、代謝產(chǎn)物的堆積密切相關(guān)，對此進(jìn)行測定可以在一定程度上評估個(gè)體的疲勞程度。目前臨床上廣泛應(yīng)用的指標(biāo)包括糖代謝產(chǎn)物、蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)物、抗氧化自由基、氧轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)物質(zhì)等，如乳酸、尿素、氨、尿蛋白、丙二醛、超氧化物歧化酶等。其他常見指標(biāo)還有神經(jīng)遞質(zhì)，如γ-氨基丁酸、谷氨酸、5-羥色胺和與疲勞相關(guān)的骨骼肌損傷物質(zhì)，如血清肌酸激酶，以及內(nèi)分泌激素如睪酮、皮質(zhì)醇等[23-24]。

有研究報(bào)道，陸軍特戰(zhàn)崗位軍事訓(xùn)練傷發(fā)生率較高，與運(yùn)動員和非特戰(zhàn)崗位的軍人相比，反映疲勞狀況的相關(guān)血液指標(biāo)如血紅蛋白、血尿素氮、尿酸、肌酐、磷酸肌酸激酶、乳酸脫氫酶，以及尿液指標(biāo)如微白蛋白有不同程度的增高，提示特戰(zhàn)崗位人員的疲勞程度較高[25]。軍事科學(xué)院通過對遠(yuǎn)航任務(wù)后官兵的唾液生化指標(biāo)(硫酸脫氫表雄酮、皮質(zhì)醇、免疫球蛋白A、β-內(nèi)啡肽和嗜鉻粒蛋白)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)檢測結(jié)果顯著下降，表明疲勞導(dǎo)致官兵的下丘腦-垂體-腎上腺軸失調(diào)，激素分泌減少[26]。

3.3生理學(xué)指標(biāo)評價(jià) 由于血液檢測無法實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)性可穿戴的實(shí)時(shí)監(jiān)測目的，研究者把目標(biāo)轉(zhuǎn)向了其他方向，如汗液、腦電信號、心電信號、肌電信號等生理學(xué)指標(biāo)。近幾年，各國軍事醫(yī)學(xué)都在大力研制監(jiān)測軍事人員疲勞程度的設(shè)備，用于戰(zhàn)士的精確選拔、疲勞預(yù)警、訓(xùn)練干預(yù)和能力評估，從而保證未來高科技戰(zhàn)爭的勝利[27]。這其中包括歐洲的BIOTEX項(xiàng)目、美國的WPSM(Warfighter Physiologic Status Monitoring)系統(tǒng)、英國的FIST計(jì)劃、法國的未來戰(zhàn)士項(xiàng)目、澳大利亞的Land125計(jì)劃和德國的IdZ未來戰(zhàn)士計(jì)劃。

汗液是由汗腺分泌到皮膚表面的液體，能夠無創(chuàng)獲取，可作為實(shí)時(shí)精準(zhǔn)檢測人體深層次生理參數(shù)的樣本。汗液的成分與血液相似，其中的營養(yǎng)物、電解質(zhì)、代謝物等成分同樣能夠從分子層面精確地反映戰(zhàn)士的身體狀況。因此通過對汗液成分信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測，結(jié)合任務(wù)負(fù)荷模型，可以實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練過程中戰(zhàn)士疲勞狀態(tài)的預(yù)警。歐洲的BIOTEX項(xiàng)目就是通過內(nèi)部集成的織物傳感器實(shí)現(xiàn)汗液的乳酸和鈉含量、pH值、電導(dǎo)率的實(shí)時(shí)檢測，反映軍事訓(xùn)練中戰(zhàn)士的身體疲勞狀況[28]。

美國的WPSM系統(tǒng)是為了滿足對士兵生理狀態(tài)檢測的需求所提出的單兵生命體征監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以收集并監(jiān)測人體的基礎(chǔ)生命體征、承受壓力情況、睡眠情況等信息。當(dāng)戰(zhàn)士處于疲勞或受傷狀態(tài)時(shí)，它能監(jiān)測到體溫、心率、呼吸等指標(biāo)的變化，將戰(zhàn)士的身體情況及時(shí)報(bào)告給指揮官和醫(yī)務(wù)兵，便于及時(shí)救治和調(diào)整訓(xùn)練方案[29]。美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合Fatigue Science公司開發(fā)出可預(yù)測戰(zhàn)士疲勞出現(xiàn)時(shí)間的Readiband腕帶，利用睡眠和清醒狀態(tài)下的不同表現(xiàn)，結(jié)合SAFTE模型，并考慮基于地理位置和光照等因素引起生物鐘節(jié)律變化的影響，較為客觀準(zhǔn)確地預(yù)測出疲勞來臨時(shí)間，減少或避免戰(zhàn)士在疲勞狀態(tài)下進(jìn)行軍事任務(wù)[30]。

國內(nèi)上海交通大學(xué)呂寶糧團(tuán)隊(duì)認(rèn)為可應(yīng)用基于腦電的情緒識別實(shí)行士兵的在線疲勞監(jiān)測，通過記錄并分析士兵在執(zhí)行任務(wù)過程中的腦電信號評估此時(shí)大腦的警覺度和敏感度[31]。此外，深圳大學(xué)彭微微團(tuán)隊(duì)將經(jīng)典的恐懼條件反射與腦電圖相結(jié)合，證實(shí)腦電信號的α和β波、相對功率、P300的幅度等可以作為疲勞的評價(jià)指標(biāo)[32]。心率變異率(heart rate variability，HRV)也可用于判斷是否出現(xiàn)過度疲勞，即通過測量連續(xù)R-R間期的變化來反映心率的變化程度和規(guī)律。有研究以HRV為基礎(chǔ)并結(jié)合生化指標(biāo)監(jiān)測運(yùn)動人員的身體狀態(tài)，結(jié)果證實(shí)HRV可以早期提示疲勞的發(fā)生，具有較高的預(yù)測價(jià)值[33]。我國現(xiàn)已將這些技術(shù)應(yīng)用于戰(zhàn)士日常體能訓(xùn)練的監(jiān)測中，以求通過合理的訓(xùn)練，進(jìn)一步增強(qiáng)我軍實(shí)力。

4 結(jié)語

科學(xué)的疲勞評價(jià)和監(jiān)測方法，可以有效避免戰(zhàn)士在軍事訓(xùn)練過程中出現(xiàn)體力不支、身體不適、注意力不集中、精神應(yīng)激等問題，減少軍事訓(xùn)練傷的發(fā)生，保證訓(xùn)練的科學(xué)性和安全性、提高戰(zhàn)斗力。評價(jià)和監(jiān)測軍事訓(xùn)練中疲勞發(fā)生的方法中，主觀評價(jià)法受個(gè)人主觀因素影響較大，質(zhì)量控制較難；血液指標(biāo)由于檢測方法有創(chuàng)，不適合頻繁開展；生理指標(biāo)檢測無創(chuàng)，可重復(fù)開展，但有觀點(diǎn)認(rèn)為人體生理功能的反應(yīng)滯后于生化功能，敏感度可能較低。因此評價(jià)和監(jiān)測官兵疲勞狀態(tài)，可能需要綜合多種方法，形成評價(jià)體系。對于軍事訓(xùn)練疲勞的評價(jià)、監(jiān)測以及相關(guān)可穿戴設(shè)備的開發(fā)，仍需要進(jìn)行深入的研究。