BMI对拉力作业肌肉疲劳的影响研究

易灿南,王雨馨,唐范,李开伟,2,左华丽,胡鸿

(1.湖南工学院 安全与环境工程学院，湖南 衡阳 421102;2.台湾中华大学 工业管理系，台湾 新竹 30012)

1 引言

人工物料搬运(Manual Materials Handling,MMH)是工作场所和日常生活中常见的活动[1-2]。MMH一般属于重复性、周期性或连续性劳动，由于长时间劳动、过度用力、姿势不当或负荷过大等原因，容易导致肌肉疲劳，引发工作相关肌肉骨骼系统疾患(Work-related Musculoskeletal Disorders，WMSDs)[2-3]。拉力作业是一种典型的MMH作业，主要依靠腰背和手臂肌肉完成，因此这些部位容易产生疲劳累积从而导致WMSDs。研究表明拉力作业人员肩膀和下背痛发生率较高，且9%～18%下背痛与拉力作业相关[3]。

负荷过大、体位不当以及长时间劳动是导致肌肉疲劳累积从而产生WMSDs的因素，现有研究也证明负荷、姿势以及时间显著影响拉力作业肌肉疲劳发展[4-7]。同时，有研究发现肥胖与WMSDs有关[8-10]，但肥胖与肌肉疲劳是否有关还未有系统研究。一般用描述个体纤维质量的身体质量指数(Body Mass Index，BMI)来表示肥胖程度[11-12]，BMI高者拥有较多脂肪或肌肉质量[13]。一般而言，BMI高者拥有较大肌力(Force,F)，但部分研究发现BMI与推力作业[13]、打孔作业[14]肌肉疲劳发展无关，与按压作业最大随意收缩无关[11]，这与文献[8-10]的研究结果不一致。拉力作业中，BMI高者是否拥有较大拉力、肌肉疲劳发展过程是否较慢还未知。

基于此，笔者提出2个研究假设：(1)BMI大者拥有较高F；(2)BMI显著影响肌肉疲劳发展。在工效学肌肉疲劳研究中，通常通过测量作业过程中不同时刻F和主观肌肉疲劳评分(Ratings of Perceived Exertion，RPE)的大小来反映肌肉疲劳累积情况，因此研究假设之二可以转化为BMI显著影响F和RPE。为系统分析以上2个问题，设计模拟拉力作业实验，通过测量不同时刻F和RPE，研究不同类别BMI下肌肉疲劳发展的特征，以便于合理进行工作设计和安排，减少肌肉疲劳累积，降低WMSDs风险。

2 方法

文献[4]研究了单手拉车作业下肌肉疲劳发展情况，20位大学男生参与实验，实验姿势包括手肘屈曲和手臂伸直，记录了t=0，1，2，3，4，5 min下的F值和t=1，2，3，4，5min下的RPE值，研究了不同姿势下肌肉疲劳发展差异并构建了描述肌肉疲劳发展的预测方程；文献[7]基于文献[4]的研究成果，构建了描述施力作业肌肉疲劳评价模型。本研究将基于这些基础，分析BMI对作业过程肌肉疲劳发展的影响。

2.1 自变量与因变量

肌肉疲劳体现为肌肉产力能力的下降[15]，具体体现为F的下降和RPE的上升[6-7]，因此因变量为F和RPE。此研究主要探讨BMI对拉力作业肌肉疲劳发展的影响，因此自变量为BMI。根据世界卫生组织关于BMI的分类，正常范围为18.50-24.99 kg/m2[16]，东亚人正常范围为18.5-23.99 kg/m2[17]。文献[4]中20位男性被试BMI分布为：过轻1人(BMI≤18.50 kg/m2)，正常12人(18.5032.00 kg/m2)。基于被试BMI分布特征以及统计分析需要，从正常人群中随机挑选6位被试数据与过重6位被试数据形成对照组，分别记为“正常”组和“高”组。

2.2 数据分析

总共72个F值(6个时间周期×12位被试)和60个RPE值(5个时间周期×12位被试)。运用方差分析方法分析不同BMI级别对拉力作业肌肉疲劳的影响，分别运用EXCEL®2010和SAS®9.0进行数据汇总和统计分析。

3 结果

方差分析结果显示BMI显著影响F(P<0.0001)，验证了研究假设。除t=1min 时刻外，BMI“高”组的F值均显著高于BMI“正常”组(P<0.05)，但姿势、BMI和时间未见二阶、三阶效应。BMI对RPE的影响不显著(P=0.45)，与研究假设相反，见图1。

图1 不同CBMI下F值ANOVA分析*P<0.05

4 讨论

BMI显著影响拉力作业F值(P<0.0001)，且“高”组显著高于“正常”组，验证BMI高者力量更大。t=1 min时刻两组差异不显著，这可能与以下两个方面有关：1)工作时间较短，肌肉疲劳累积不明显，文献[4]研究结果显示手臂伸直状态下t=0 min和t=1 min下的F值差异不显著；2)肌肉疲劳发展具有个体属性，即与个体有关，MA[14,18]等提出疲劳速率用以描述这种规律，虽然对于某一群体而言，疲劳速率与作业任务有关，相似作业任务下疲劳速率差异很小，但是对于个体而言，疲劳速率差异较大，如打孔作业过程中肌肉疲劳发展与个体有很大关系[14]，拉力作业中被试之间疲劳速率差异较大且被试数量相对较少可能是造成这种现象的原因。

BMI对RPE的影响不显著(P=0.45)，与研究假设相反，但与推力作业[13]和打孔作业[14]一致。ZHANG等人[13]的研究中，62%的被试属于正常BMI范围，BMI对肌肉疲劳发展速率影响不显著。MA等人[14]的研究包括2个BMI组，A组24.9 (±2.4)，B组25.2 (± 4.2)，均属于过重，不同组之间肌肉疲劳发展无显著差异。在本研究中，“正常”组BMI为 20.41(±1.76)，“高”组为 25.86(±1.56)，分别属于正常范围和过重范围，不同组之间肌肉疲劳发展不显著。BMI对RPE影响不显著的原因可能与RPE判定有关，RPE是一种心理生理量表，主要用于人员评价作业过程的不适症状和抱怨，虽然在相同时刻F差异显著，但个体肌肉疲劳主观感觉无显著差异。因此推断，BMI并不显著影响拉力作业肌肉疲劳发展。但是，ZHANG等人[13]、MA等人[14]以及本文的被试均没有达到肥胖级别，也缺少过轻被试的对比数据，因此需要进行进一步研究以全面分析不同BMI级别对肌肉疲劳发展的影响。另外，实际拉力作业为动态作业，步态、速度等因素均影响拉力作业肌肉疲劳[3]，需要进行进一步研究以探究BMI对动态拉力作业肌肉疲劳发展的影响。此外，实验室气温较低，常温以及较高温度下是否存在这种特征，仍需进一步研究。

5 结论

(1)BMI显著影响肌力，“高”组肌力更大；BMI对RPE影响不显著，体力作业任务中，如果仅包括“正常”和“过重”人员，可不考虑BMI差异进行工作安排与设计。

(2)该研究仅覆盖了“正常”和“过重”被试，没有“过轻”、“肥胖”对照组；仅为静态拉力作业，没考虑动态因素；实验环境较低。因此，在其他条件下是否具备这种特征，还需进一步研究。