精神壓力下礦工的生理參數(shù)變化特征研究*

李乃文,蘇子怡

(遼寧工程技術(shù)大學(xué) 工商管理學(xué)院,遼寧 葫蘆島 125105)

0 引言

由于特殊的工作環(huán)境,礦工往往被認(rèn)為有強(qiáng)于普通人的身體素質(zhì)與心理素質(zhì),但事實(shí)上由于礦工長(zhǎng)期暴露于危險(xiǎn)之中,導(dǎo)致其心理健康狀況比普通人更差[1]。礦工職業(yè)的特殊性,要求礦工需要保持持續(xù)性的注意力并付出長(zhǎng)期性的體力勞動(dòng),因此礦工在工作生活中常常承載著較高水平的精神壓力。適量的精神壓力能夠?qū)ΦV工的工作效率產(chǎn)生積極影響,但長(zhǎng)期且過量的精神壓力會(huì)給礦工的身心健康帶來不容小覷的負(fù)面效應(yīng)。大量研究表明,礦工群體的高工作倦怠、高酗酒[2]、自殺[3]等過激行為與礦工群體所面臨的高壓力密切相關(guān),如心血管疾病[4]、肺部疾病[5]、肌肉骨骼疾病[6]等身體疾病以及焦慮癥[7]、抑郁癥[8]等心理疾病在礦工群體中占比較高。

精神壓力又稱心理應(yīng)激,在工作場(chǎng)所中所產(chǎn)生的精神壓力主要是由于工作要求與能力的不匹配、曾經(jīng)親身經(jīng)歷或聽聞的工作災(zāi)難事故導(dǎo)致的應(yīng)激障礙[9]。應(yīng)激反應(yīng)包含心理、認(rèn)知和行為反應(yīng),當(dāng)人處于急性精神壓力時(shí),身心會(huì)處于高程度的緊張狀態(tài),如果沒有及時(shí)對(duì)心理進(jìn)行干預(yù),極易出現(xiàn)工作倦怠、情緒低沉的情況,在工作時(shí)分心,導(dǎo)致職業(yè)危險(xiǎn)的出現(xiàn)。Sharma等[10]研究證明,由于壓力會(huì)嚴(yán)重影響大腦的功能和結(jié)構(gòu),因此可通過腦電信號(hào)對(duì)精神壓力進(jìn)行測(cè)量;Vaccarino等[11]研究指出,精神壓力會(huì)導(dǎo)致心肌缺血;Crosswell等[12]詳細(xì)介紹壓力源的維度和壓力捕捉,同時(shí)對(duì)何時(shí)使用生理指標(biāo)對(duì)精神壓力進(jìn)行測(cè)量做出規(guī)范,為跨學(xué)科研究提供基礎(chǔ);蘇杭等[13]研究指出,警察群體的精神壓力對(duì)公安工作的開展效率產(chǎn)生極大影響;戰(zhàn)春霞等[14]通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)飛行員的心理應(yīng)激水平進(jìn)行檢測(cè);李傳圣等[9]通過半結(jié)構(gòu)化訪談的方式,對(duì)礦難幸存礦工的精神狀況進(jìn)行研究。目前,對(duì)于礦工精神壓力的研究主要集中于心理學(xué)理論角度的分析,鮮少有針對(duì)精神壓力的生理指標(biāo)識(shí)別的實(shí)驗(yàn)研究。

鑒于此,本文基于ErgoLAB人-機(jī)-環(huán)境同步平臺(tái),利用VR虛擬場(chǎng)景,使用生理傳感器和血壓儀對(duì)被試者的心率變異性HRV、皮膚電活動(dòng)EDA和血壓的生理指標(biāo)進(jìn)行采集,使用SPSS 27.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,總結(jié)精神壓力下生理指標(biāo)的變化特征,以期為及時(shí)識(shí)別礦工精神壓力、減少生產(chǎn)安全事故的發(fā)生提供理論支持。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)背景

礦井突水是常見的突發(fā)性的礦井災(zāi)害,礦井突水會(huì)破壞資源環(huán)境,影響礦井生產(chǎn)并對(duì)礦工的生命產(chǎn)生威脅。已有研究表明,煤礦事故的發(fā)生會(huì)對(duì)礦工的心理健康產(chǎn)生巨大影響[15],當(dāng)突水災(zāi)害發(fā)生時(shí),會(huì)誘發(fā)礦工面臨災(zāi)害時(shí)的心理應(yīng)激反應(yīng),帶給礦工精神壓力。當(dāng)處于精神壓力下的礦工進(jìn)行井下作業(yè)時(shí),很容易發(fā)生生產(chǎn)安全事故。同時(shí),精神壓力會(huì)對(duì)礦工的生理產(chǎn)生能動(dòng)作用,礦工的生理指標(biāo)能夠反映出其精神壓力的大小。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與材料

采用ErgoLAB同步平臺(tái)測(cè)量實(shí)驗(yàn)所需的HRV和EDA相關(guān)數(shù)據(jù),通過電子血壓儀測(cè)量血壓。ErgoLAB平臺(tái)包括1組便攜式傳感器、無線接收器以及基于計(jì)算機(jī)的數(shù)字平臺(tái)。已有研究驗(yàn)證ErgoLAB測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性[16]。

采用楊廷忠等編寫的符合中國背景的PSS-14量表[17]測(cè)量被試的精神壓力狀況,量表得分在14～42分之間的被試被視為具有基本相同的精神壓力,篩選出此量表分?jǐn)?shù)段被試參加后續(xù)實(shí)驗(yàn)。該量表的信效度良好,Cronbach’sα系數(shù)為0.864。

采用Watson等編寫的PANAS量表[18],測(cè)量實(shí)驗(yàn)誘發(fā)精神壓力前后被試的情緒狀態(tài),以此來確定實(shí)驗(yàn)對(duì)被試精神壓力的誘發(fā)程度。該量表包括與心理和應(yīng)激相關(guān)的6個(gè)題項(xiàng),采用Likert-5點(diǎn)計(jì)分法,得分越高表明被試精神壓力越嚴(yán)重。被試得分高于15分則認(rèn)為實(shí)驗(yàn)已誘發(fā)被試精神壓力。該量表的信效度良好,Cronbach’sα系數(shù)為0.763。

采用VR虛擬場(chǎng)景設(shè)備,使用煤礦-水害災(zāi)害逃生場(chǎng)景,模擬礦工工作狀態(tài)時(shí)的急性精神壓力,如圖1所示。此時(shí)大量地下水突然集中涌入井巷中,礦井中瓦斯?jié)舛壬?被試可以進(jìn)行位置移動(dòng)全方位感受礦井突水場(chǎng)景,也可以選擇利用VR設(shè)備手柄進(jìn)行逃生任務(wù)。

圖1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景Fig.1 Experimental scenes

1.3 被試選擇

實(shí)驗(yàn)被試的招募采用2種不同的方法:1)通過電子郵件向遼寧省某煤礦企業(yè)負(fù)責(zé)人發(fā)送詳細(xì)的研究程序,由負(fù)責(zé)人招募被試;2)本文研究人員親自詢問礦工是否愿意參與。選定的實(shí)驗(yàn)被試需符合以下標(biāo)準(zhǔn):1)不存在可能影響生理結(jié)果的身體和情感障礙;2)不存在心臟相關(guān)疾病、皮膚疾病;3)對(duì)電極不過敏。實(shí)驗(yàn)?zāi)康募斑^程在招募時(shí)已向礦工充分解釋清楚。本文最終選取平均年齡為38.15歲的23名男性礦工作為實(shí)驗(yàn)被試,所有被試PSS-14量表得分均在14～42分內(nèi),認(rèn)為被試者精神壓力水平基線基本一致。

1.4 實(shí)驗(yàn)流程

在實(shí)驗(yàn)開始前,明確向被試介紹實(shí)驗(yàn)過程和儀器使用方法,對(duì)每位被試者進(jìn)行VR設(shè)備使用培訓(xùn),保障其實(shí)驗(yàn)操作的熟練度,避免由于操作不暢對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)在1個(gè)安靜的房間里進(jìn)行,被試在學(xué)習(xí)結(jié)束后在這里休息,適應(yīng)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所。實(shí)驗(yàn)時(shí)間與煤礦企業(yè)相關(guān)主管進(jìn)行協(xié)調(diào),以便實(shí)驗(yàn)時(shí)間符合礦工日常時(shí)間表。

實(shí)驗(yàn)測(cè)量步驟具體如下:1)要求每位被試坐在椅子上,同時(shí)實(shí)驗(yàn)人員幫助被試穿戴生理傳感器及頭戴式VR設(shè)備;2)被試靜坐5 min后,測(cè)量其平靜狀態(tài)下HRV、EDA基線指標(biāo),使用上臂式電子血壓計(jì)測(cè)量血壓基線指標(biāo);3)被試休息2 min后填寫PANAS量表;4)實(shí)驗(yàn)開始后,同步記錄各項(xiàng)生理指標(biāo),并持續(xù)記錄直到VR模擬礦井突水事故場(chǎng)景結(jié)束;5)再次填寫PANAS量表;6)所有實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)束后,對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并分析。實(shí)驗(yàn)流程如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)流程Fig.2 Experimental process

2 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)同步回放將實(shí)驗(yàn)劃分為基線期和誘發(fā)期2個(gè)片段,以分析在產(chǎn)生精神壓力前后的生理指標(biāo)變化情況。通過ErgoLAB實(shí)驗(yàn)平臺(tái)針對(duì)性地對(duì)信號(hào)質(zhì)量差的數(shù)據(jù)進(jìn)行小波降噪、異位校正處理,導(dǎo)出HRV和EDA相關(guān)生理測(cè)量結(jié)果。對(duì)收集的血壓數(shù)據(jù)和處理后的HRV、EDA數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,對(duì)基線生理指標(biāo)與遭受精神壓力后的生理指標(biāo)進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn),判別精神壓力前后被試生理指標(biāo)是否存在顯著差異。

2.1 量表分析

對(duì)礦工體驗(yàn)引起精神壓力的VR虛擬場(chǎng)景前后填寫的PANAS量表得分進(jìn)行分析研究,結(jié)果如表1所示。由表1可知,23名被試者在平靜狀態(tài)下的PANAS量表的平均分為7.53分,精神壓力誘發(fā)后的平均得分高于15分,為15.67分,表明被試在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后處于精神壓力的狀態(tài)。礦工在實(shí)驗(yàn)后的PANAS 量表得分比實(shí)驗(yàn)前出現(xiàn)顯著性提升(p<0.05),證明實(shí)驗(yàn)效果良好。

表1 PANAS量表得分配對(duì)樣本t檢驗(yàn)Table 1 t-test of PANAS scale score paired samples

2.2 生理指標(biāo)分析

2.2.1 心率變異性HRV

HRV表示交感神經(jīng)水平(壓力)或副交感神經(jīng)(放松)激活的感覺。當(dāng)面對(duì)精神壓力時(shí),心肌和周圍血管會(huì)產(chǎn)生變化以應(yīng)對(duì)壓力。心率受到壓力的影響會(huì)產(chǎn)生變化,HRV能夠有效識(shí)別出心臟節(jié)律的變化程度,是測(cè)量自主神經(jīng)系統(tǒng)交感-副交感神經(jīng)平衡的有效手段,因此可通過對(duì)心率規(guī)律的分析探究個(gè)體心理以及生理變化規(guī)律,使用HRV數(shù)值對(duì)精神壓力進(jìn)行評(píng)估[19],選取指標(biāo)如表2所示。

表2 HRV的各項(xiàng)參數(shù)Table 2 Parameters of HRV

對(duì)礦工體驗(yàn)VR虛擬場(chǎng)景前后HRV相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究,結(jié)果如表3所示。在精神壓力狀態(tài)下,礦工的HR,LF/HF的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均比基線指標(biāo)有明顯提升(p<0.05)。IBI,SDNN,RMSSD和PNN50的指標(biāo)均比體驗(yàn)VR虛擬場(chǎng)景前有所下降,IBI,SDNN,RMSSD3項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有顯著性變化(p<0.05),PNN50與平靜時(shí)狀態(tài)相比有一定下降但差異并不顯著(p=0.249>0.05)。

表3 HRV配對(duì)樣本t檢驗(yàn)Table 3 t-test of HRV paired samples

2.2.2 皮電活動(dòng)EDA

EDA是隨皮膚汗腺機(jī)能變化而出現(xiàn)的1種電現(xiàn)象,可以反映交感神經(jīng)活動(dòng)性,在某種程度上來說可以反映出人類的警覺性程度。本文通過無線皮電傳感器對(duì)EDA進(jìn)行測(cè)量,當(dāng)個(gè)體產(chǎn)生精神壓力時(shí),被試的情緒被喚醒,認(rèn)知負(fù)荷提升,引起交感神經(jīng)的興奮,從而使汗液分泌量增多,減小皮膚阻值,增加皮膚的導(dǎo)電能力。皮電指標(biāo)變化快速,能夠靈敏地反映出個(gè)體在精神壓力狀態(tài)下的實(shí)時(shí)變化情況,因此EDA可以作為衡量精神壓力的重要指標(biāo)[20]。為方便采集,EDA的數(shù)據(jù)采集選取汗腺密度較高的手指部位。對(duì)于EDA的時(shí)域分析指標(biāo),實(shí)驗(yàn)選取如表4所示的指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

表4 EDA各項(xiàng)參數(shù)的含義與意義Table 4 Meaning and significance of each parameter in EDA

對(duì)礦工體驗(yàn)引起精神壓力的VR虛擬場(chǎng)景前后EDA相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究,結(jié)果如表5所示。在精神壓力狀態(tài)下,礦工的SCL,SCR次數(shù),SCR高度都比基線生理指標(biāo)呈現(xiàn)出顯著性上升(p<0.05),SCR恢復(fù)時(shí)間比基線狀態(tài)下呈現(xiàn)顯著性下降(p=0.002<0.01)。

表5 EDA配對(duì)樣本t檢驗(yàn)Table 5 t-test of EDA paired samples

2.2.3 血壓

血壓是1項(xiàng)基礎(chǔ)的生命體征,同時(shí)對(duì)診斷一些疾病具有一定價(jià)值[21]。血壓可以理解為保證血液在人體血管中流動(dòng)的推動(dòng)力,體現(xiàn)心臟功能和血管健康程度的指標(biāo)[22]。正常的血壓數(shù)值反映出人體心臟和血管的正常運(yùn)行狀態(tài),血壓指標(biāo)的波動(dòng)異常會(huì)對(duì)個(gè)體造成重大影響。當(dāng)個(gè)人出現(xiàn)害怕、緊張、恐慌等精神壓力應(yīng)激狀態(tài)時(shí),交感神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)被過度激活,從而引起心肌收縮力增強(qiáng)、血管收縮、心排血量增加、心率增快的情況,從而導(dǎo)致血壓進(jìn)一步上升[21]。由此可知,通過精神壓力所導(dǎo)致的收縮壓和舒張壓的變化程度可以作為個(gè)體精神壓力的評(píng)估指標(biāo)。

將礦工觀看引起精神壓力的視頻前后的血壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究,結(jié)果如表6所示。礦工在精神壓力下的收縮壓與舒張壓都比基線指標(biāo)出現(xiàn)顯著性提升(p<0.05)。

表6 血壓配對(duì)樣本t檢驗(yàn)Table 6 t-test of blood pressure paired samples

3 結(jié)論

1)本文以礦井突水視頻為刺激材料,對(duì)礦工的精神壓力進(jìn)行誘發(fā),同時(shí)監(jiān)控礦工的HRV、EDA和血壓的生理指標(biāo),通過刺激前后的生理指標(biāo)的配對(duì)t檢驗(yàn),建立科學(xué)評(píng)價(jià)礦工精神壓力下的生理變化體系,為研究礦工精神壓力的誘發(fā)因素和作用效果提供客觀數(shù)據(jù)參考。

2)急性壓力源不僅來自于煤礦的突發(fā)事故,在時(shí)間壓力下驟增的工作量、突發(fā)的工作場(chǎng)所沖突等都是誘發(fā)急性精神壓力的原因。本文采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),結(jié)合HRV、EDA、血壓多種生理指標(biāo)探討急性精神壓力下礦工生理參數(shù)的變化特征,提供生理性的證據(jù);通過穿戴便攜式傳感器,可及時(shí)發(fā)現(xiàn)和干預(yù)礦工存在精神壓力的個(gè)體,對(duì)其進(jìn)行心理輔導(dǎo)和治療,這對(duì)于提升煤礦的安全生產(chǎn)水平具有重要意義。本文是對(duì)現(xiàn)有研究的補(bǔ)充,其結(jié)果可為煤礦安全培訓(xùn)和考核體系的建立提供參考。

3)本文僅對(duì)礦井突水事故進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,后續(xù)可持續(xù)針對(duì)其他災(zāi)害展開深入研究,通過慢性壓力源豐富相關(guān)研究,并通過事件相關(guān)電位(ERP)、多模態(tài)等研究方法探究各種壓力源下礦工生理參數(shù)的變化特征,從而得到不同災(zāi)害的差異,為不同災(zāi)害源礦井保障機(jī)制的建立提供參考和借鑒。