劉曉芬 劉書娟 賈 誼

典型滑行類游樂項(xiàng)目對(duì)人體生理反應(yīng)的影響*

劉曉芬1劉書娟2賈 誼1

（1.中北大學(xué)體育學(xué)院，山西 太原，030051；2.中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心航天醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100094）

【】探索不同滑行類游樂項(xiàng)目對(duì)人體生理反應(yīng)的影響。招募鄭州方特主題游樂園欲乘坐滑行類游樂項(xiàng)目（暴風(fēng)眼、極地快車、叢林飛龍）項(xiàng)目、年齡在18—40周歲、身體健康、無心臟病和高血壓等既往病史的游客。為其隨身佩戴BioHarness便攜式生理信號(hào)采集設(shè)備，實(shí)時(shí)記錄受試者在乘坐過程中生理指標(biāo)變化以及乘坐前后5min的血壓。（1）乘坐滑行類游樂項(xiàng)目后，會(huì)使乘客出現(xiàn)頭暈，惡心，面色蒼白等植物性生理反應(yīng)。（2）心率受加速度影響大，心率最大值與加速度最大值出現(xiàn)時(shí)間基本一致。三個(gè)項(xiàng)目均有受試者在乘坐過程中達(dá)到人體極限生理值，數(shù)量為叢林飛龍＞極地快車＞暴風(fēng)眼。（3）呼吸率與加速度關(guān)系并不明顯，波動(dòng)幅度較大，相較乘坐前呼吸率增加。（4）三個(gè)項(xiàng)目乘坐前后收縮壓上升明顯，其中，暴風(fēng)眼舒張壓上升最為明顯。乘坐滑行類游樂項(xiàng)目對(duì)人體植物性生理反應(yīng)、心率、呼吸率和血壓均有較大的影響。

游樂項(xiàng)目；生理反應(yīng)；加速度；血壓；心率

滑行類游樂項(xiàng)目屬于休閑體育運(yùn)動(dòng)中的眩暈類運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，通過使乘客在重力的作用下沿軌道自由下滑，完成俯沖、急轉(zhuǎn)、翻滾、螺旋等動(dòng)作，使人在運(yùn)動(dòng)中獲得在日常生活中難以體驗(yàn)到的空間運(yùn)動(dòng)感覺，感受身體與心理極限的刺激[1]。隨著物質(zhì)生活水平的不斷提升，國(guó)內(nèi)大型游樂項(xiàng)目的數(shù)量和乘坐人數(shù)不斷增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2015年底，我國(guó)擁有大中型游樂園438個(gè)，在用大型游樂項(xiàng)目20377臺(tái)套，年乘坐人數(shù)達(dá)10億多人次[2]。另外，游樂項(xiàng)目的發(fā)展具有向高加速度、高刺激的方向發(fā)展，如過山車的最高速度達(dá)240km/小時(shí)，因此對(duì)游樂項(xiàng)目安全性的要求也不斷提高。目前，國(guó)內(nèi)外也陸續(xù)推出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以保證設(shè)備在安全狀態(tài)下運(yùn)行[3-5]。

該類項(xiàng)目在給人們提供精神和身體上享受的同時(shí)，也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，在其運(yùn)行過程中擺動(dòng)幅度大、速度快、慣性大、涉及范圍廣，一旦設(shè)備失控或者安全防護(hù)措施不到位，將會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。學(xué)者Pelletier（2005）[6]對(duì)美國(guó)1994-2004年間40例與乘坐過山車相關(guān)的死亡案例進(jìn)行過調(diào)查，其中有18例屬于乘坐后并發(fā)癥導(dǎo)致，其中又有8例屬于心臟疾病。德國(guó)心臟病專家Kuschyk等人（2007）[7]曾對(duì)55名游客乘坐過山車前后的心率變化情況進(jìn)行過研究，他們的研究結(jié)果表明，所有受試者在乘坐后都有心率急劇增加的現(xiàn)象，并且有近一半的受試者出現(xiàn)心跳不規(guī)則或明顯的竇性心律失?，F(xiàn)象。Pringle等人[8]對(duì)13名受試者的研究同樣發(fā)現(xiàn)，受試者乘坐前后的心率變化情況，并指出持續(xù)性的心率增高可能導(dǎo)致心肌耗氧量上升，從而增加缺血性心臟病的發(fā)病幾率。

由此可見，乘坐大型游樂項(xiàng)目有增加心血管系統(tǒng)疾病發(fā)病率的可能性。本文通過研究方特主題游樂園典型滑行類游樂項(xiàng)目：暴風(fēng)眼、極地快車、叢林飛龍三個(gè)項(xiàng)目，對(duì)乘客乘坐前、乘坐后及乘坐過程中的部分生理指標(biāo)和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，旨在了解我國(guó)健康人群對(duì)乘坐滑行類游樂項(xiàng)目的生理反應(yīng)。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

從游樂場(chǎng)欲乘坐滑行類游樂項(xiàng)目的乘客中招募18—40周歲身體健康的志愿者。（排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）懷孕、（2）目前或曾有心血管疾病及心臟疾病風(fēng)險(xiǎn)因素的癥狀、（3）有暈厥、偏頭痛、癲癇或其他神經(jīng)障礙的病史、（4）正在使用除口服避孕藥以外的藥物、（5）收縮壓大于160mmHg或舒張壓大于100mmHg、（6）近期有心臟和肺部檢查異常。）共采集數(shù)據(jù)409例，具體情況見表1。

表1 受試者基本情況

項(xiàng)目名稱身高（cm）體重（kg）年齡（歲）男女總?cè)藬?shù)（人） 暴風(fēng)眼170.0±8.562.7±12.623.2±7.4423072 極地快車170.7±8.566.7±12.926.3±8.1563086 叢林飛龍170.1±7.666.6±18.325.8±6.015596251

三項(xiàng)滑行類游樂項(xiàng)目較為驚險(xiǎn)刺激，從表1中可以看出，體驗(yàn)游客年齡在25歲左右，偏向年輕化，并且男性多于女性。

本次實(shí)驗(yàn)選取該游樂園最具代表性的滑行類游樂項(xiàng)目，分別為暴風(fēng)眼，極地快車和叢林飛龍。游樂項(xiàng)目外觀如圖1，主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 游樂項(xiàng)目主要技術(shù)參數(shù)

最大運(yùn)行高度（m）運(yùn)行時(shí)間（S）承載人數(shù)（人）長(zhǎng)度跨距（m）最大運(yùn)行速度（m/s） 暴風(fēng)眼46.26012150105 極地快車31902828775.6 叢林飛龍31.715024-86.4

三種游樂設(shè)施運(yùn)行方式各不相同，暴風(fēng)眼為單一360°環(huán)形軌道，最高點(diǎn)設(shè)置翻轉(zhuǎn)，最大運(yùn)行高度高，最大運(yùn)行速度快，但運(yùn)行時(shí)間短，運(yùn)行軌道設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單；極地快車為連續(xù)兩個(gè)360°環(huán)形軌道，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)相較其他兩種游樂項(xiàng)目，均在中等水平；叢林飛龍運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，且軌道設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，全木制軌道也增加其運(yùn)行過程中的搖晃和顛簸。值得注意的是，暴風(fēng)眼和極地快車運(yùn)行方式為正向和倒退運(yùn)行，期間相隔3s左右，即先沿軌道正向運(yùn)行一次，停留3s后，即刻釋放，繼續(xù)沿軌道倒退運(yùn)行至結(jié)束；叢林飛龍全程為正向運(yùn)行。

1.2 采集設(shè)備

1.2.1 BioHarness便攜式生理信號(hào)遙測(cè)系統(tǒng)

使用BIOPAC美國(guó)公司生產(chǎn)的BIOPAC BioHarness 便攜式生理信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)受試者乘坐過程中的心率、呼吸率、加速度、心電等數(shù)據(jù)進(jìn)行同步遙測(cè)，并通過配套軟件Acq Knowledge TM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其中，呼吸率、心率的采樣頻率為1Hz，加速度的采樣頻率為18Hz。

1.2.2歐姆龍（OMRON）電子血壓計(jì)

使用日本歐姆龍腕式便攜電子血壓計(jì)，監(jiān)測(cè)受試者乘坐前后血壓和心率的變化，具體規(guī)格如表3。

表3 歐姆龍電子血壓計(jì)具體參數(shù)

名稱歐姆龍腕式電子血壓計(jì)HEM-8612 功能測(cè)量血壓、脈搏數(shù) 測(cè)量范圍壓力：0mmHg-299mmHg（0kPa-39.9 kPa）脈搏數(shù)：40次/分-180次/分 測(cè)量精度壓力：±3mmHg（±0.4 kPa）脈搏數(shù)：精度為±5% 尺寸約寬78mm*高60mm*厚21mm（不包括袖帶） 數(shù)量15個(gè)

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

招募受試者，發(fā)放實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)以及知情同意書，并如實(shí)填寫“受試者基本數(shù)據(jù)和生理數(shù)據(jù)記錄表”。為受試者測(cè)量靜息下脈搏，血壓，協(xié)助受試者穿戴實(shí)驗(yàn)儀器。為更好的得到受試者乘坐前后的生理數(shù)據(jù)變化，在乘坐各項(xiàng)游樂項(xiàng)目前需靜息5min，再啟動(dòng)游樂項(xiàng)目，并實(shí)時(shí)采集生理指標(biāo)信號(hào)，包括心率、心電、脈搏、心輸出量、呼吸并同時(shí)記錄運(yùn)動(dòng)三維加速度。游樂項(xiàng)目停止后，采集即刻血壓，心率變化，信號(hào)采集持續(xù)記錄5min。采集數(shù)據(jù)通過Acq Knowledg 4.4軟件導(dǎo)出，采用SPSS21.0對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，比較三種不同的滑行類游樂項(xiàng)目對(duì)人體生理反應(yīng)的影響。

2 結(jié)果

2.1 乘坐后受試者主觀感受評(píng)價(jià)

受試者乘坐后的主觀感受評(píng)價(jià)是對(duì)游樂項(xiàng)目刺激程度最直觀的體現(xiàn)。表4是各項(xiàng)目受試者主觀感受評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)。除唾液增加外，其余運(yùn)動(dòng)病癥狀都有所表現(xiàn)。乘坐極地快車后出現(xiàn)頭暈癥狀的受試者占比最高，達(dá)到26.7%。有20.7%的受試者在乘坐叢林飛龍后，出現(xiàn)面色蒼白現(xiàn)象。暴風(fēng)眼對(duì)受試者影響較小，主要表現(xiàn)為頭暈。

表4 受試者運(yùn)動(dòng)病癥狀陽性結(jié)果占比（%）

惡心面色蒼白冷汗發(fā)熱頭暈唾液增加 暴風(fēng)眼0.00.00.00.05.60 極地快車5.812.82.30.026.70 叢林飛龍5.620.710.40.812.00

注：表內(nèi)數(shù)值為相關(guān)癥狀反應(yīng)人數(shù)占參加測(cè)試總?cè)藬?shù)的百分比

2.2 乘坐前后心率和呼吸率的變化情況

測(cè)量了游樂項(xiàng)目啟動(dòng)前和停止后各5分鐘內(nèi)的心率和呼吸率平均值，結(jié)果如表5所示。配對(duì)T檢驗(yàn)結(jié)果顯示，所有項(xiàng)目在乘坐后，受試者心率和呼吸率均顯著升高（P＜0.00）。

表5 不同游樂項(xiàng)目乘坐前后心率、呼吸率（BPM）

乘坐前心率乘坐后心率T值P值乘坐前呼吸率乘坐后呼吸率T值P值 暴風(fēng)眼85.7±13.099.6±17.5-9.5850.000**18.6±3.019.8±3.5-10.1410.000** 極地快車88.5±15.4102.2±20.2-10.8580.000**19.3±3.619.9±4.1-8.1820.000** 叢林飛龍93.4±16.0108.3±16.8-19.0120.000**17.9±3.421.1±4.3-10.5110.000**

注：*表示具有顯著性差異，**表示具有非常顯著性差異

2.3 乘坐滑行類游樂項(xiàng)目心率和加速度的關(guān)系

從圖1可以看出，受試者心率隨著游樂項(xiàng)目加速度上升而迅速增加。叢林飛龍項(xiàng)目軌道設(shè)計(jì)復(fù)雜，加速度起伏變化大，但受試者心率一直保持較高水平。暴風(fēng)眼和極地快車運(yùn)行過程中有停頓倒退，加速度迅速降低后，受試者心率在短時(shí)間內(nèi)并未立即下降，在運(yùn)行過程中一直保持較高狀態(tài)。

2.4 乘坐滑行類游樂項(xiàng)目呼吸率與加速度的關(guān)系

從圖2可以看出，呼吸率與游樂項(xiàng)目加速度關(guān)系并不明顯，且全程波動(dòng)幅度較大，可能是由于受試者乘坐過程中因緊張和恐懼等心理，出現(xiàn)喊叫、憋氣等原因造成的。

2.5 乘坐滑行類游樂項(xiàng)目心率、呼吸率和加速度的最大值

從表6可以看出，心率、呼吸率和加速度的最大值均出現(xiàn)在叢林飛龍項(xiàng)目中，分別為173.5±26.4BPM、28.2±4.4BPM和6.9±1.2G。叢林飛龍有48人的心率最大值超出極限心率，極地快車2人，暴風(fēng)眼1人。

單因素方差分析（ANOVA）結(jié)果表明，乘坐不同游樂項(xiàng)目時(shí)，人體的心率、呼吸率和加速度的最大值均呈顯著性差異。在三個(gè)項(xiàng)目中，叢林飛龍的刺激強(qiáng)度最大，因此生理學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)都高于其他兩個(gè)項(xiàng)目

表6 不同游樂項(xiàng)目心率（BPM）、呼吸率（BPM）和加速度（G）最大值

暴風(fēng)眼極地快車叢林飛龍F(tuán)P 心率最大值147.5±22.4153.8±21.6173.5±26.4109.900.00 呼吸率最大值25.5±5.124.6±4.128.2±4.436.60.00 加速度最大值3.9±0.43.7±0.56.9±1.24978.500.00

2.6 乘坐前后血壓的比較

在設(shè)備運(yùn)行前5分鐘和運(yùn)行結(jié)束后5分鐘，對(duì)受試者收縮壓和舒張壓各測(cè)量一次，測(cè)量結(jié)果如表7所示。三個(gè)項(xiàng)目乘坐后的收縮壓顯著上升（P＜0.05），其中暴風(fēng)眼的差異非常顯著（P＜0.01），說明人體收縮壓對(duì)與地面垂直方向運(yùn)動(dòng)幅度較大的項(xiàng)目敏感性較高。暴風(fēng)眼項(xiàng)目，乘坐后舒張壓顯著上升（P＜0.01）；極地快車和叢林飛龍項(xiàng)目，乘坐后舒張壓略有下降，但未表現(xiàn)出顯著性差異（P＞0.05）。

表7 不同游樂項(xiàng)目乘坐前后血壓統(tǒng)計(jì)結(jié)果（單位：mmHg）

乘坐前收縮壓乘坐后收縮壓T值P值乘坐前舒張壓乘坐后舒張壓T值P值 暴風(fēng)眼117.7±16.4130.4±16.6-8.0980.000**78.7±14.086.7±14.2-6.4510.000** 極地快車123.7±15.7127.4±15.7-3.0250.003*82.3±12.182.2±13.60.0710.944 叢林飛龍123.1±13.4125.1±15.3-2.5270.012*82.0±10.981.3±12.51.0010.318

注：*表示具有顯著性差異，**表示具有非常顯著性差異

3 討論

研究發(fā)現(xiàn)，受試者心率變化與游樂設(shè)備加速度大小具有顯著相關(guān)性，說明滑行類游樂項(xiàng)目產(chǎn)生的高加速度環(huán)境是導(dǎo)致受試者心率升高的可能因素。有研究認(rèn)為，高G環(huán)境是引起心率升高的主要原因，是交感-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)緊張性增強(qiáng)導(dǎo)致[9-11]。另外的觀點(diǎn)則傾向于高加速度環(huán)境會(huì)使人的血液分布重新分配，對(duì)人體的心率和血壓產(chǎn)生影響，心指數(shù)和每搏指數(shù)降低，心臟每分做功量和心肌耗氧量增加[12]。但是，關(guān)于高G環(huán)境暴露是否會(huì)導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)和功能損傷，尚存在不同看法。從損傷機(jī)制上，高加速度環(huán)境不會(huì)發(fā)生心臟缺血缺氧導(dǎo)致的心臟結(jié)構(gòu)功能改變[13,14]，流行病學(xué)的調(diào)查結(jié)果也不支持高加速度環(huán)境導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)功能損傷的假說[15,16]。即便的確存在損傷，也不能認(rèn)為高加速度環(huán)境暴露是唯一的作用因素[17]。并且，以往研究以反復(fù)暴露在高加速度環(huán)境下的動(dòng)物為研究對(duì)象，加速度作用的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，結(jié)論也不適用于游樂項(xiàng)目對(duì)人體的影響。本研究只觀察到受試者最大心率與游樂項(xiàng)目的加速度呈正相關(guān)關(guān)系，并且部分受試者的最大心率超出極限心率范圍，這一現(xiàn)象可能會(huì)直接或間接造成心臟結(jié)構(gòu)功能的損傷。

本研究的另一個(gè)發(fā)現(xiàn)是乘坐滑行類游樂項(xiàng)目對(duì)受試者血壓的影響。受試者收縮壓在乘坐后均有明顯上升。收縮壓的上升與心率上升和心輸出量增加有關(guān)。有研究表明，進(jìn)行大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)，人體收縮壓會(huì)上升10mmHg，并在6分鐘內(nèi)達(dá)到或者低于靜息水平[18]，這與本次測(cè)試結(jié)果基本一致。而受試者舒張壓的變化情況略為復(fù)雜，暴風(fēng)眼在乘坐后出現(xiàn)上升，極地快車和叢林飛龍出現(xiàn)下降。影響舒張壓的因素主要是心率和血流外周阻力。一方面，由于心率增快，心臟舒張期變短，使得動(dòng)脈存留血量過多，會(huì)導(dǎo)致舒張壓增高；另外，人體在運(yùn)動(dòng)或過度興奮時(shí)，血管平滑肌舒張，外周小動(dòng)脈阻力下降，會(huì)導(dǎo)致舒張壓下降[19]。另有研究表明，血管內(nèi)皮功能變化也會(huì)對(duì)人體舒張壓產(chǎn)生影響[20]。在本研究中，究竟何種因素導(dǎo)致受試者舒張壓的上升或下降，仍不清楚。在高加速環(huán)境下，人體血管內(nèi)皮功能是否會(huì)產(chǎn)生特異性改變，繼而影響到乘坐后的舒張壓變化，也有待進(jìn)一步研究。

本次實(shí)驗(yàn)仍有許多不足之處，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，無法測(cè)量乘客乘坐過程中血壓的實(shí)時(shí)變化，只能通過游樂項(xiàng)目行駛前后的人體血壓差值進(jìn)行判斷，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能產(chǎn)生一定的影響。此外，受試者均為游樂園欲乘坐該項(xiàng)目的普通游客，無法判定其是否存在隱性疾病，從而干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

4 結(jié)論

本次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)滑行類游樂項(xiàng)目對(duì)人體生理反應(yīng)有較大的影響，雖然呼吸率在乘坐過程中變化幅度較大，但與游樂設(shè)備的驚險(xiǎn)刺激依然存在關(guān)系。三個(gè)項(xiàng)目中均出現(xiàn)部分受試者最大心率超出極限心率范圍，或?qū)θ梭w造成損傷，根據(jù)不同游樂項(xiàng)目對(duì)人體生理反應(yīng)影響存在的差異，同時(shí)為提高乘客的游玩體驗(yàn)，研究者更應(yīng)注重對(duì)特殊情況的考察和研究，減少事故的發(fā)生。

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Effects of Typical Sliding Amusement Rides on Human’s Physiological Response

LIU Xiaofen, etal.

（North University of China, Taiyuan 030051, Shanxi, China）

“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“游樂園和景區(qū)載人設(shè)備全生命周期檢測(cè)監(jiān)測(cè)與完整性評(píng)價(jià)技術(shù)研究”(2016YFF0203100)；典型游樂項(xiàng)目虛擬仿真、質(zhì)量預(yù)測(cè)和虛擬體驗(yàn)技術(shù)研究與系統(tǒng)開發(fā)(2016YFF0203102)。

劉曉芬（1994—），碩士生，研究方向：動(dòng)作技術(shù)診斷與分析。

劉書娟。