视频游戏“热身活动”对腹腔镜手术操作技能的影响

皇甫玉爽 翻译 应小燕 审校

(南京医科大学第二附属医院妇产科，南京 210011)

1 前言

1998年医学研究所(Institute of Medicine，IOM)的报告显示，美国每年有超过10万人死于医疗事故，因此，以预先“热身活动”提高手术性能是一个值得研究的课题［1］。迄今为止，尽管已经尽了最大的努力，医疗事故仍然让人无法接受。该报告还显示，超过57%的医疗事故都是外科事故。最近在这一领域全球范围内兴起了一场更深入的调查。世界卫生组织(WHO)已经表示，预防手术失误，全球每年有超过 25万的病人可免于死亡或者伤害［2，3］。腹腔镜外科医生协会(Society of Laparoscopic Surgeons，SLS)联合世界卫生组织发起了一场招募医院以及其员工的研究，制定统一的术前规范，包括临床人员热身、核查清单和团队建设技术，称为手术室准备计划 (OR READY)［4］。Gallagher 等［5］和Gallagher、Satava［6］报道 15～ 20 分钟的与临床任务相关的热身模拟器(bovie coagulator)可以为新手和疲惫的外科医生带来新鲜感，并且减少手术失误。这项研究使用的是专用的模拟器。显然，热身运动是提高腹腔镜技术性能和减少手术失误的一项有效措施，这也将成为一个受欢迎的常规术前准备活动。视频游戏经济有效，富有刺激，无处不在，将成为很有吸引力的热身资源。本研究目的是验证进行选择性视频游戏热身是否会大大提高腹腔镜操作技能。

最早关于热身和生理性能(身体活动能力)的报告是由Simonson等在1936年报道的［7］。这些调查显示，开始的热身活动能缩短男性和女性100米跑步时间。1952年，Silver［8］证明在进行指定任务之前开展准备活动(热身)会达到更好的性能。他还观察到，过度的热身会导致性能下降。1954年，Malarecki［9］评估了经生理证实的“所谓的热身”。他报道，身心热身能显著提高60米以内的跑步速度。1957年，Karpovich［10］提出热身和提高生理性能之间存在一定的联系。他认为，一般来说，热身运动包括各种有益的生理变化，比如加快血液循环，增加携氧力、肌肉收缩。他得出结论:“热身”可以采用一些不一定是实际任务中同样类型和强度的运动主动锻炼肌肉［10］。Shellock 和 Prentice［11］把热身运动具体地分为三大类:①一般性热身运动(被动热身)，增加外界温度的方法;②一般性热身运动(主动热身)，通过增加非特异性的肢体动作产热;③专项性热身运动(特殊热身)，与接下来的专项活动或事件进行类似的肢体部分运动提高温度。研究表明，专项性热身运动(特定热身)可能是最好的方法，因为这个方法为活动或事件提供了预先的训练［11］。调查还显示，热身的大多数好处都与与温度有关的生理过程有关。热身的直接生理益处包括释放肾上腺素，从而导致心率加快和毛细血管扩张，进而加快氧气在血液中传播速度，增加关节间滑膜液分泌，减少关节之间的摩擦，提高功效;增加重要组织的末梢血氧供给，使生理功能最大化。由此看来，热身能增加肌肉温度，减少血液黏度，提高血流速度，加快乳酸代谢，还能增强酶活性，血红蛋白分解加速，释放更多的氧气，提高肌肉纤维的弹性和伸展性［12］。加大肌纤维弹性，增强收缩强度，加快收缩速度，能有效提高任务完成效率。此外，热身运动能加快神经冲动传导速度。这对任何生理活动包括腹腔镜操作都有非常重要的价值。肌肉代谢以增强糖原代谢为主，为生理活动提供了更多能量。这些观点得到1994年Smith［13］研究的支持:生理热身(等长收缩准备，isometric preconditioning)能增加肌肉/肌腱柔韧性，加快血液循环，升高体温，增强自主协调运动。

还有一些调查不仅在生理活动方面，而且在其他领域也对“热身运动”效应进行了研究。练声常常被认为是改进唱歌技能的一项至关重要的措施［14］。此外，2007 年 de Swart等［15］证实练声能够显著改善成人强直性肌营养不良患者的症状。他认为，热身可增加演讲效率，减少因演讲引起的疲乏，或由于长期演讲肌肉收缩导致的疲乏，从而增强演讲技能。Fradkin等［16］最近在评估热身对生理活动的影响方面进行了系统Meta分析，从而确定初步热身增强生理活动方面的有关证据。他们的调查表明，热身能使79%标准性能得到提高。分析表明，选择适当的热身运动能够大大优化生理性能。此外，尚没有证据表明热身运动对生理性能有消极影响。源于该方面丰富可信的研究，热身效应并非是个传说。因此，利用这些效应减少错误，增加操作性能，对视频内镜手术有非常重要的价值。

2 材料和方法

这项研究是根据参与Rosser精英腹腔镜技术与缝合技能培训(the Rosser Top Gun Laparoscopic Skills and Suturing Program)绩效基础上进行的一个准实验设计［17］。这是个先前已被证实能提高腔镜技能和腔内缝合技能的1天半的程序［18，19］。腔内缝合技术被认为是视频腹腔镜手术中最困难的临床技能［20］。这些数据是从2001～2005年的多个视频传导课程中搜集的。实验组并不随机分配，但都给予指定日期的课程。2004年10月之前受试者没有参与视频游戏热身活动为对照组(n=180);2004年10月开始，受试者得到标准课程与2段视频游戏“热身活动”(开始进行1～2天的课程)为实验组(n=123)。

这项研究由三部分组成。第一部分对学员过去的多个经验进行问卷调查，包括手术经验，腹腔镜手术数量，视频游戏操作(包括过去和现在)，以及年龄，性别和优势手等信息进行统计。关于手术经验的问卷调查还包括受试者的训练水平、年实践率及相关专业。本部分在进行视频游戏及手术训练之前对精英培训计划受试者进行调查。

第二部分是为期1天半(12小时)的精英腹腔镜技术与缝合技术的培训。包括严格的有组织的培训授课，结合完成预备性部分任务及间断的体内缝合练习。准备活动的设计强调两只手的协调，包括灵巧使用非优势手，通过二维深度知觉补偿、瞄准和彩排等一系列的特定动作结合，从而实现体内打结［17，18］。眼镜蛇绳任务要求受试者放松，通过使用2个内镜抓持器，瞄准和夹住一根线的指定的彩色部分通过一卷成圈的线。最后由完成时间来计分，不记录错误。整个课程期间都有教员认真指导和检查，以保证每个受试者都在统一教案下完成任务。第二个训练是三角形传递训练，要求受试者提起并移动5个三角形物体从指定的一个地方到另一个地方。要求受试者使用非优势手，通过每个三角形顶的金属环内插入一根针来完成。经过验证的电子监控器同时记录时间和错误［21］。第三个是扣篮［Slam Dunk(Bean Drop)drill］训练。要求受试者使用非优势手和一个标准的腹腔镜抓持器，把小豌豆状的物体从一个地方移动到另外一个指定的区域，并把它们放进一个1cm大小的开口杯中。再次记录时间和错误。最后，用猪肠进行间断腔内缝合训练。该项任务采用标准化Rosser体内缝合法，并通过电子记录仪记录缝合时间和错误。受试者每项任务进行10次试验。最后统计各次时间和错误(每个错误增加5秒成绩)计算总分。得分越低，表现越好。

第三部分是受试者做视频游戏。外科医生用参与试验的手臂进行预定的3段6分钟的视频游戏(总时间18分钟)后立即进行操作和缝合训练。需要注意的是，在热身之后立即进行眼镜蛇绳和腔内缝合训练。这三段游戏分别为星球大战赛车手(StarWars Racer)、沉默的狙击手(Silent Scope)、超级猴子球(Super Monkey Ball)。第一段游戏是超级猴子球2(日本任天堂电子游戏机，世嘉SEGA 2001 for Nintendo Gamecube)，要求玩家控制一球形物体沿着一动态的波浪起伏的道路而到达指定的靶目标。以完成此任务的总时间来判断是否成功。要求每个受试者在300秒内完成任务，若300秒内没能完成任务，记录为300秒。第二段游戏是沉默的狙击手(日本科乐美公司1999 PlayStation 2)，是个要求玩家射击屏幕上出现的所有目标的简单小游戏。要求受试者在2分30秒内尽可能多地射击目标。这个游戏以击中目标的总数来计分。最后一段游戏是星球大战赛车手:复仇赛车手(LucasArts Entertainment2002 for PlayStation 2)。这个游戏要求玩家控制赛车通过一条蜿蜒的峡谷，并且与计算机控制的其他5个赛车进行竞赛。以完成游戏的时间计分。这些游戏可以在那些用于腹腔镜手术的20英寸电视和17英寸Sony平面单枪三束彩色显示器上进行(Sony CPD-G220R 17-inch FD Trinitron Flat CRT Monitor，Part Number:CPD-G220R)。完成这些游戏需要有精细的控制力、集中的注意力、空间分布思维、反应速度、手眼协调力、瞄准率、非惯用手锻炼以及二维深度知觉补偿。经验证，这些手段都能不同程度地提高腹腔镜的操作技能［17］。

3 结果

本研究包括303名外科医生(男249名，女54名)。受试者平均有13年手术经验(标准差10.1，范围0～45，中位数10.3)，3.5%为完全没有手术经验的医生。受试者参与的腹腔镜手术平均343例(标准差 544，范围 0～2500)，中位数仅 114例。9.9%的受试者没有参加过任何腹腔镜手术。实验组与对照组外科医生手术经验的年限(t=0.2，df=282，P=0.83)和数量(t=-1.1，df=272，P=0.24)无显著差异。更重要的是，对进行过缝合技能训练和进行过视频游戏热身的外科医生进行测试，在缝合技能上2组之间无明显区别(t=0.5，df=301，P=0.63)。除此之外，2组的男女比例均等(男性占82%)。

52%的参与者报告玩过视频游戏，48%则称从没有玩过。玩过视频游戏者的游戏时间平均8年(标准差 10.1)，最多平均每周 7.5 h(标准差12.0)，目前平均约为每周1.6 h(标准差6.3)。尽管男、女外科医生都有40%玩视频游戏，但既往男医生比女医生每周玩游戏时间更长(分别为8.3和4.0 h/周，t=2.74，df=98，P ＜0.01)，目前也是男医师玩游戏时间更长(分别为1.9和0.5 h/周，t=2.21，df=170，P ＜0.05)。

第一个任务是在第1天热身训练之后的眼镜蛇绳任务。实验组和对照组的统计分数有显著差异(t=2.28，df=301，P ＜0.05)，实验组在 649 s内完成10组实验任务(标准差178)，对照组完成任务用时为712 s(标准差271)。从图1中看出，在第一组实验中完成任务的速度实验组较对照组更快(平均15 s，t=2.17，df=296，P ＜0.05)，在整个10 组实验中也有更好的表现。

注意:这些数字没有进行性别、事先计划、经验和病例方面的对照。

缝合训练的完成时间和出现错误评分，分数越低，技能越熟练。缝合训练是第2天热身培训后的第一个任务。实验组和对照组的缝合总分数均有显著差异(t=2.28，df=288，P＜0.05)。若分开分析完成任务的时间和错误数，2组在错误数量上有显著差异(133和192个错误，t=3.40，df=300，P＜0.001，图2)，但在完成训练时间上并无显著差异(t=0.39，P=0.70，图3)。

图1 完成眼镜蛇绳训练的时间

图2 平均缝合错误

图3 完成缝合任务的时间(VG，video game，视频游戏)

扣篮训练的积分也是在几小时的视频游戏热身之后由完成时间和所犯错误数计算的。实验组和对照组在总分上并无显著差异(t=1.69，df=295，P=0.14)。分开分析完成任务时间和错误数，在错误数量及完成时间上均无显著差异(t=1.69，P=0.09)。

比较复杂的三角形训练的分数也是在完成几小时的视频游戏热身之后由完成时间和所犯错误数计算的。实验组和对照组在总分上无显著差异(t=0.04，df=301，P=0.97)。分开分析完成任务时间和错误，在错误数量及完成时间上均无显著差异(t=0.84，P=0.40;t=-1.88，P=0.06)。

整个精英培训程序的总分由同组所有个人技术累积计算出。实验组和对照组略有显著差异，实验组的得分较高，这可能是4组训练中2组训练显著差异引起的(t=1.85，df=271，P=0.07)。

4 讨论

本研究评估作为“热身”方案一部分的选择视频游戏的应用价值，该方案融入了经过验证的(或翻译成“成熟的”)标准化的腹腔镜技能，证明进行视频游戏热身训练课程之后立即进行操作的外科医生比对照组医生有更加优秀的表现。这同时也引发了一个问题:这种观察科学吗?

1985 年，Shellock 和 Prentice［11］证明准备性的特定的热身运动能增强生理功能，因为这个方法为活动或任务提供了一场“彩排”。此外，重复运动可能使肌肉膜兴奋，温度升高，通过减少无意义的运动提高肌肉运动精确度。生理性能的增强以温度升高和重复运动为生理基础，这被称为“热身现象(warming-up phenomenon)”［11］。

Mano等［22］指出，热身活动能降低肌肉内血液黏度，带走乳酸，增加肌肉纤维伸展性及弹性，从而增加肌肉的力量和收缩，有效增强生理功能。也有其他一些假设解释热身活动的生理益处［23］。2006年，Van Beekvelt等［24］推测假设“热身运动”可能激活了运动相关的Na+-K+-ATP酶。这些研究结果都能解释本研究中生理性能增强的现象。神经肌肉功能的增强会直接影响到视频内镜操作的精度及误差的控制。经验证，Rosser精英腹腔镜技能和缝合技能培训方案有效，并被很快引入先进的腹腔镜技术中。准备的部分训练业已证实为“彩排”，对非常重要和困难的临床任务(体内缝合)的完成有着显著作用。在引用的2篇研究中，大多数生理益处都是与温度相关的神经生理过程，这也是普遍支持的观点:温暖的肌肉比僵硬冰冷的肌肉组织具有更好的生理效应［22，23］。本研究成果也能同样解释为热身运动增强了神经肌肉的生理效应。Mano等［22］还提出了一个有意义的观点——证明重复能明显减少肌肉的“后放电”。后放电使肌肉收缩时间延长和强度增加，从而影响任何生理活动有效完成。Mano的调查研究中，在2～3次的重复热身之后，肌电图显示肌肉细胞膜后放电显著减弱甚至消失。这时患者会出现肌肉强直收缩(肌肉强直)。抑制神经肌肉后放电能有效减少不必要或不协调运动［22］。这种现象与视频内镜下执行有效精确的任务有着绝对的必要联系。该研究有意义的是把三段视频游戏加入每段热身运动中，这与Mano的研究有关。

在Bartlett等［25］的研究中，对关节位置的鉴别进行评估，观察到热身之后关节变得非常敏感，并且显著增强。这些结果表明，关节位置的鉴别可能与通过某种相关神经反馈机制作用于机械敏感性受体(mechanoreceptors)有关，使韧带和肌肉在重复运动之后发生生理变化。研究表明，作为对轻度运动的反应，机械敏感性受体敏感性增加使必要的反射性神经肌肉保护机制以及膝关节的本体感觉［25］增强。在视频游戏热身中外科医生应用与腹腔镜手术时相近的手、前臂肌肉群和关节参与，表明热身活动有助于完成腹腔镜手术。此外，重要的是视频内镜环境下执行任务时，外科医生并不能通过自己的手来确认他们的空间位置。增强关节位置感是本研究发现的一个机制，该机制通过准备性的热身可能有助于减少误差和加强操作精度。

另外一个需要考虑的问题是热身运动的强度。1978年，Knowlton等［12］对未经训练的男性受试者进行4分钟轻度热身对氧的摄取和乳酸生成的影响的研究。与缺乏训练的同行相比，训练有素的外科医生可以从短期热身运动中获益，生理活动达到最优状态。该研究并不是一项特别的测试，我们的实验组和对照组都有训练有素的外科医生。这可能解释了为什么热身能在较短时间内产生显著的影响。

1980 年，De Bruyn-Prevost［26］评估了在短暂的最大限度的运动期间，各种强度和持续时间热身的效果，观察心率、耗氧量以及乳酸水平。结果表明，进行轻度(在标准运动量下)热身运动(30%最大摄氧量)时生理功能增强，而在较大强度的热身运动(70%最大摄氧量)则会使生理功能受损。他们的调查表明，有效的热身并不会增加乳酸水平。1992年，Takahashi等［27］选取 8名经过基本训练的大学生滑雪者，经过不同的热身时间和条件，从没有热身到在70%最大摄氧量下锻炼30分钟，然后进行指定的5分钟的基本的运动，结论是热身最有效强度和时间分别为最大摄氧量50%强度和持续时间30分钟(最大摄氧量常用于体育社区)。正如我们的研究显示，较短、较低强度的热身运动更能提高相应的生理功能。这使更合理正规的热身运动的实施成为可能。研究还表明，任务前的热身运动能短暂记忆神经肌肉活动，提高生理功能，缩短休息时间［28］。因此，应该在任务前的热身运动后立即进行标准运动。这就解释了本研究中超过了当即的热身期，在执行任务时为何无热身效果。提高腹腔镜技术所需的最佳热身时间和热身强度将是一项激动人心的需要深入研究的领域。

5 结论

在腹腔镜技术发展中使用模拟器已经成为对外科医生初始阶段和继续培养阶段操作培训的一个标准。它的好处已经得到证实［29］。当前，实物和虚拟模拟器都存在固有缺点，包括成本、现实性和参与者利用情况［30］。因此，补充一个平台如视频游戏，提供了一个有吸引力的、普遍的热身活动资源，从而促进一种持久的“终身学习”的教育状态。本研究观察在执行微创外科任务前选择性的视频游戏热身方案的影响。此外，还调查了热身是否能提高生理性能以及减少错误。我们的调查表明，利用选择视频游戏，进行短时(6～18分钟)、低强度的热身后立即进行基础视频内镜部分任务及体内缝合操作，可能有利于提高生理性能和减少技术错误。这也支持之前的研究，适当选择视频游戏可以作为微创手术训练一个经济有效的方法。

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