易珍，譚倩昱，顏晴瓊，馬雪梅，肖思敏，易燦南，唐范

(湖南工學(xué)院 安全與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421102)

1 引言

鑿破作業(yè)常見于市政工程、路橋工程、建筑工程和災(zāi)后破拆營(yíng)救中，一般用于破拆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，該作業(yè)一般由工人手持笨重的鑿破工具如電鎬來完成，由于器具笨重、建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件復(fù)雜以及設(shè)備振動(dòng)等原因，作業(yè)人員體力負(fù)荷很大：力量強(qiáng)度大、姿勢(shì)不當(dāng)、長(zhǎng)時(shí)間勞動(dòng)、重復(fù)次數(shù)多以及強(qiáng)烈振動(dòng)，極易造成肌肉疲勞，甚至?xí)?dǎo)致工作相關(guān)肌肉骨骼損傷(Work-related Musculoskeletal Disorders,WMSDs)[1-4]。

研究作業(yè)過程肌肉疲勞，避免作業(yè)人員肌肉疲勞累積，是預(yù)防WMSDs的重要途徑[5]。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有鑿破作業(yè)相關(guān)WMSDs研究主要關(guān)注該作業(yè)的振動(dòng)所致病理反應(yīng)、職業(yè)風(fēng)險(xiǎn)或者肌肉活動(dòng)特征，很少關(guān)注作業(yè)肌肉疲勞發(fā)展：XU等[6]對(duì)中國(guó)北方煤礦工人鑿破工具使用的職業(yè)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行調(diào)查；MARCHETTI等[7]研究了振動(dòng)傳導(dǎo)情況；MADEDA等[8]評(píng)估了壁面鑿破作業(yè)中作業(yè)人員手傳振動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)；李文彬等[9-11]研究了油鋸使用過程中振動(dòng)對(duì)掌長(zhǎng)肌收縮、振動(dòng)對(duì)手皮膚溫和皮膚阻的影響；RASHID等[12]研究了巴基斯坦工人破石作業(yè)前后振動(dòng)暴露和握力下降情況；ALABDULKARIM等[13]研究了模擬機(jī)身鉆孔作業(yè)工作績(jī)效與職業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

通過文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)[5-13]，鑿破作業(yè)肌肉疲勞相關(guān)數(shù)據(jù)采集一般分為2類：現(xiàn)場(chǎng)研究，一般為WMSDs相關(guān)主觀數(shù)據(jù)采集，如詢問身體各部位疼痛史；實(shí)驗(yàn)研究，采集作業(yè)過程主觀肌肉疲勞評(píng)分(Ratings of Perceived Exertion,RPE)、肌力、肌肉活動(dòng)以及振動(dòng)傳導(dǎo)情況等。與現(xiàn)場(chǎng)研究相比，實(shí)驗(yàn)室通過模擬工作條件研究能夠克服環(huán)境、噪聲等影響，可通過采集肌肉疲勞主觀和客觀數(shù)據(jù)，更加全面和準(zhǔn)確的研究肌肉疲勞發(fā)展特征和機(jī)理。基于此，本實(shí)驗(yàn)關(guān)注鑿破作業(yè)過程肌肉疲勞發(fā)展情況，通過設(shè)計(jì)模擬鑿破作業(yè)，采集作業(yè)前后最大隨意收縮(Maximum Voluntary Contraction,MVC)、作業(yè)過程最大耐受時(shí)間(Maximum Endurance Time,MET)和RPE數(shù)據(jù)，剖析肌肉疲勞發(fā)展特征，降低WMSDs風(fēng)險(xiǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)方案

2.1 被試

招募14名男大學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，慣用右手，身體健康且無WMSDs病史。被試于正式實(shí)驗(yàn)之前了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c過程，在模擬鑿破實(shí)驗(yàn)支架(圖1)上熟悉鑿破施力作業(yè)，簽署實(shí)驗(yàn)知情書并登記個(gè)人基本信息，而后在實(shí)驗(yàn)員的指導(dǎo)下獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。被試年齡、身高、體質(zhì)量、身體質(zhì)量指數(shù)、肩高、肘高、跨高、手功能高和膝蓋高分別為(19.50±0.85)歲，(172.59±5.16)cm，(72.35±18.22)kg，(24.27±5.95)kg/m2，(140.03±4.31)cm，(104.79±4.63)cm，(96.49±4.38)cm，(74.63±2.94)cm，(49.09±2.18)cm。該實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，使用真實(shí)鑿破機(jī)器在鑿破實(shí)驗(yàn)支架上進(jìn)行作業(yè)，溫度為21.05(±2.58)℃，相對(duì)濕度為68.57(±13.46)%。

2.2 儀器設(shè)備

(1)模擬鑿破實(shí)驗(yàn)支架：①支架固定于墻面上(圖1)；②3軸拉/壓力傳感器(FH3D-45，深圳耐特恩科技有限公司)；將①和②按照?qǐng)D1所示安裝，即可測(cè)量模擬破拆作業(yè)下X，Y，Z三軸方向施力大小。

圖1 模擬鑿破實(shí)驗(yàn)支架子工作臺(tái)

(2)鑿破工具，BOSCH多功能電錘沖擊鉆GSH9VC(圖2)。

圖2 鑿破工具

(3)握力計(jì)(EH101，CAMRY)。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)準(zhǔn)備階段，被試跟隨視頻進(jìn)行5 min的身體有氧訓(xùn)練，休息5 min。

(2)最大握力測(cè)量，被試在實(shí)驗(yàn)員指導(dǎo)下測(cè)量115 cm和140 cm高度下最大握力大小(圖1中位置A和B)，每位被試測(cè)量3次，取最大值為MVC握。

(3)模擬破拆作業(yè)階段，被試手持鑿破工具用最大水平力進(jìn)行鑿破，3軸傳感器記錄X，Y，Z 3個(gè)方向施力變化情況，最大水平推力記錄為MVC推，作業(yè)結(jié)束時(shí)刻剩余推力記錄為F推，最大作業(yè)時(shí)長(zhǎng)記為MET，結(jié)束后記錄四肢和腰部的RPE。而后被試迅速按照步驟3測(cè)量握力，記為F握。一天只進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)，每2次實(shí)驗(yàn)之間間隔24 h以上，并且實(shí)驗(yàn)前24 h禁止劇烈體力活動(dòng)。

2.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)總共記錄握力和推力數(shù)據(jù)各56個(gè)(14位被試× 2種高度× 2個(gè)時(shí)刻)；MET數(shù)據(jù)和RPE數(shù)據(jù)各28個(gè)(14位被試× 2種高度)。利用Excel匯總整理數(shù)據(jù)，利用SAS 9.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果

3.1 握力、推力和MET

被試握力和推力值如表1所示，MVC握和MVC推均顯著大于F握和F推(P<0.0001)。MVC推和F推均顯著大于MVC握和F握(P<0.0001)。

表1 握力、推力和MET值

將被試按照BMI大小分為2組，BMI為18.4-23.99記為“N”組，>23.99記為“H”組，分別分析BMI級(jí)別和作業(yè)高度對(duì)握力和推力的影響。ANOVA分析結(jié)果顯示BMI顯著影響MVC握(P=0.029)、MVC推(P=0.025)、F推(P=0.037)和MET(P=0.030)，高度顯著影響MET(P=0.033)，BMI和高度對(duì)其他因變量影響不顯著(P>0.05)，且無二階效應(yīng)。

3.2 RPE

ANOVA分析結(jié)果顯示，僅高度顯著影響腰部RPE(P=0.046)，且140 cm高度RPE(4.43±1.34)顯著大于115 cm高度(3.36±1.28)，BMI和高度對(duì)其他身體部位RPE影響均不顯著(P>0.05)。不同身體部位RPE差異顯著(P<0.05)，DUNCAN分析結(jié)果如表2所示。

表2 不同身體部位DUNCAN分析結(jié)果

4 討論

本實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室模擬了115 cm和140 cm高度鑿破工作任務(wù)，此2個(gè)高度的鑿破任務(wù)較多存在于建筑工程的房屋裝修工程，市政工程、路橋工程以及災(zāi)后破拆營(yíng)救工作中則相對(duì)較少出現(xiàn)。根據(jù)GB10000-88《中國(guó)成年人體尺寸》[14]，此2個(gè)高度近似相當(dāng)于18-60歲男性肘高和肩高，因此此2個(gè)高度可反映腰部至肩部高度鑿破工作任務(wù)下肌肉疲勞發(fā)展特征。

鑿破作業(yè)屬于手持振動(dòng)工具作業(yè)，這一類作業(yè)肌肉產(chǎn)力能力降幅可通過測(cè)量作業(yè)前后握力的值來獲得[12,15-16]，因此記錄了實(shí)驗(yàn)前后握力值，握力測(cè)量姿勢(shì)與實(shí)際握持鑿破工具作業(yè)姿勢(shì)一致，并且隨高度調(diào)整。對(duì)于壁面鑿破作業(yè)而言，不僅需要握持鑿破工具，還需要施加推力才能完成鑿破，如XU等[17]在振動(dòng)工作臺(tái)上的研究中就記錄了實(shí)驗(yàn)過程中握力和推力的變化情況，因此本實(shí)驗(yàn)還測(cè)量了推力。在真實(shí)鑿破工作中，推力應(yīng)是X、Y和Z 3軸推力的合成，但通過實(shí)地調(diào)研和訪談得知，鑿破作業(yè)過程中鉆頭與作業(yè)面呈90°時(shí)，相對(duì)較少出現(xiàn)鉆頭打滑的現(xiàn)象，鑿破推進(jìn)更為平穩(wěn)、安全，因此在本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中采取鉆頭90°推進(jìn)作業(yè)面的情況，從所采集數(shù)據(jù)來看，115 cm和140 cm作業(yè)高度上其余2個(gè)方向推力相對(duì)很小，所以本實(shí)驗(yàn)中沒有分析這2個(gè)分力的大小，即只分析鉆頭方向的推力。

LIM[18]研究中男性被試雙手100 cm和150 cm高度下推力值為520(±174)和482(±165)N，而鄭德相[19]測(cè)得120 cm和156 cm推力為346(±55)和230(±37)N，采用姿勢(shì)均為雙手推固定支架上的把手。LI Kaiway等[20]測(cè)得110 cm高度男性被試雙手推力411(±76)N，32.5和42.5 kg負(fù)荷任務(wù)完成后最大推力分別為309(±84)和305(±84)N，所采用姿勢(shì)為雙手推活動(dòng)拉桿。本實(shí)驗(yàn)中所采用姿勢(shì)為雙手握持鑿破工具一值用最大推力推，在姿勢(shì)上與前三個(gè)研究有較大區(qū)別，作業(yè)前后最大推力值分別為100.49(±27.08)和63.39(±33.38)N，均顯著小于前三個(gè)研究，推力降幅約為37 N。前三個(gè)研究與本實(shí)驗(yàn)推力上的差異可能與姿勢(shì)、施力方式以及使用工具有關(guān)：前三個(gè)研究中，雙手施力力點(diǎn)均位于同一水平高度；本實(shí)驗(yàn)中被試右手握持鑿破工具手柄、左手握持輔助手柄并施最大力，重量約為12 kg(117.6 N)，被試需要托舉設(shè)備并用最大力進(jìn)行作業(yè)，從而導(dǎo)致最大推力小于其他實(shí)驗(yàn)。RASHID等[12]的研究中，作業(yè)前后握力下降為57N，本實(shí)驗(yàn)中MVC握和F握分別為435.4(±57.5)N、328.44(±58.44)N，下降幅度約為107 N，這可能與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有關(guān)，前者為1 h破石作業(yè)，本實(shí)驗(yàn)為最大耐力實(shí)驗(yàn)，因此造成了肌力的急劇下降。實(shí)際作業(yè)中可將推力降幅37 N和握力降幅107 N作為判斷鑿破肌肉疲勞的參考依據(jù)。

本實(shí)驗(yàn)中140 cm和115 cm下推力和握力差距不顯著(P>0.05)，這可能與施力高度有關(guān)，此2個(gè)高度近似相當(dāng)于肘高和肩高，施力姿勢(shì)和所調(diào)用肌群差異不大，這與2種高度下身體各部位RPE差異不大基本保持一致：140 cm高度下右手、左手、腰部、左腿和右腿RPE分別為5.71(±2.23)、3.50(±1.16)、4.43(±1.34)、1.86(±1.10)和3.86(±1.17)，115 cm高度下則為6.21(±1.58)、3.29(±1.38)、3.36(±1.28)、2.36(±1.74)和3.64(±1.60)，僅腰部RPE存在顯著差異(P=0.046)，140 cm高度為“有點(diǎn)強(qiáng)”而115 cm高度為“中等”，這可能與高度有關(guān)，高度越高，被試為支撐工具而身體往后仰的幅度增大，腰部施力增大。本實(shí)驗(yàn)施力姿勢(shì)下，右手RPE最高(5.96±1.91，強(qiáng))，腰(3.89±1.40，中等)、右腿(3.75±1.38，中等)和左手(3.39±1.26，中等)次之，左腿(2.11±1.45，弱)最低，可見右手最疲勞，這也與施力姿勢(shì)有關(guān)，右手不僅需要握持設(shè)備，還需要用最大力往前推進(jìn)，由此可見本作業(yè)中右手是WMSDs風(fēng)險(xiǎn)最高部位。

高度顯著影響MET(P=0.033)，140 cm和115 cm高度下MET分別為68.29(±22.34)s和96.43(±44.80)s，說明140cm高度下肌肉疲勞累積更快。140cm高度將近肩膀高度，被試需要托舉鑿破工具并施力，因此所能堅(jiān)持時(shí)間更短，推力也更小(表1)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：①BMI越高者肌肉產(chǎn)力能力越大，“H”組MVC握、F握、MVC推和F推分別為459.48(±37.16)N、342.37(±44.28)N、107.15(±33.07)N和74.13(±31.76)N，而“N”組則分別為411.32(±65.09)N、314.51(±68.66)N、80.41(±2.52)N和49.59(±24.27)，2組間，“H”組MVC握、MVC推和F推均顯著大于“N”組(P<0.0001)，雖F握差異雖未達(dá)顯著，但“H”組稍大于“N”組；②“H”組和“N”組之間身體各部位RPE影響不顯著；③BMI顯著影響MET(P=0.030)，且“H”組(67.93±22.81 s)顯著小于“N”組(96.79±44.32 s)，這可能與耐受力有關(guān)，MET為一次連續(xù)作業(yè)所能堅(jiān)持的最長(zhǎng)時(shí)間，體現(xiàn)了被試的耐受程度，文獻(xiàn)檢索也發(fā)現(xiàn)肥胖與耐受力的負(fù)相關(guān)性，如李新等[21]發(fā)現(xiàn)肥胖與心肺耐力負(fù)相關(guān)，閆曉晉等[22]發(fā)現(xiàn)13-18歲漢族學(xué)生肥胖與耐力負(fù)相關(guān)，李瀅柯等[23]以及胡正春等[24]的研究也發(fā)現(xiàn)了超重青少年BMI與耐力跑的負(fù)相關(guān)性。本實(shí)驗(yàn)中BMI與肌力以及RPE的關(guān)系與易燦南等[25]研究結(jié)果一致，而BMI“H”組MET小于BMI“N”組，在其他施力作業(yè)或者其他BMI分級(jí)是否出現(xiàn)同種情況，還需要進(jìn)一步研究。

鑿破作業(yè)姿勢(shì)因作業(yè)地點(diǎn)和高度而異，本實(shí)驗(yàn)僅模擬了115 cm和140 cm壁面高度下鑿破作業(yè)過程，雖然這2個(gè)高度的研究成果能為腰部以及肩膀附近高度的鑿破作業(yè)肌肉疲勞提供實(shí)際指導(dǎo)，但是其他作業(yè)地點(diǎn)如地面作業(yè)、天花板作業(yè)、狹窄空間作業(yè)以及其他高度如圖1中所示40 cm、65 cm、90 cm以及165 cm高度下會(huì)呈現(xiàn)何種特征還需要進(jìn)一步研究。另外，本實(shí)驗(yàn)為模擬靜態(tài)鑿破作業(yè)，并沒有開啟設(shè)備，與真實(shí)作業(yè)還存在一定差別，施力方式也與真實(shí)作業(yè)存在差異，為獲得更加貼近實(shí)際的研究成果，還需要進(jìn)一步深入研究。

5 結(jié)論

(1)鑿破作業(yè)前后推力、握力存在顯著差異，降幅分別為37 N和107 N；高度對(duì)MET和腰部RPE影響顯著，對(duì)握力、推力以及四肢RPE影響不顯著，140cm高度下肌肉疲勞累積更快；鑿破作業(yè)WMSDs風(fēng)險(xiǎn)最高部位是右手，實(shí)際作業(yè)過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注右手的肌肉疲勞累積問題。可通過研究推力、握力、MET和RPE來分析其他鑿破作業(yè)及類似手持振動(dòng)工具作業(yè)肌肉疲勞問題。

(2)鑿破作業(yè)中BMI“H”組擁有更大推力和握力，即肌肉爆發(fā)力強(qiáng)，但是耐受力差，顯著低于“N”組。實(shí)際鑿破作業(yè)中，可根據(jù)工作任務(wù)難度來合理安排作業(yè)人員。

(3)本實(shí)驗(yàn)僅對(duì)比分析了115cm和140cm 2個(gè)高度和“H”和“N”2類BMI下靜態(tài)鑿破作業(yè)肌肉疲勞發(fā)展特征，其他高度、其他BMI分類、動(dòng)態(tài)作業(yè)以及振動(dòng)因素影響下肌肉疲勞發(fā)展呈現(xiàn)何種特征，還需要更進(jìn)一步研究。