职业性衰老：年龄与消防工作经验对心血管健康指标的影响

《Applied Ergonomics》：Occupational aging: The influence of age and firefighting experience on cardiovascular health indices

　　摘要：消防员面临较高的心血管疾病风险，但大多数研究仅考虑年龄因素，而未将消防工作年限作为职业压力累积的替代指标。本研究调查了年龄和从业年限对美国东南部72名男性郊区消防员心血管健康指标的影响，这些消防员接受了身体成分、静息血压、动脉僵硬度以及心肺功能等方面的检测。通过一般线性模型，比较了不同年龄组在有无从业年限作为协变量时的差异。多项心血管指标存在年龄差异，其中最年轻组和最年长组之间的差异最为显著。在控制从业年限后，年龄效应仅体现在增强指数上，而从业年限对舒张压、平均动脉压和脉波传导速度的影响更为明显。这些结果表明，职业压力因素会独立于年龄因素导致较差的心血管健康状况，从而凸显了在消防行业开展早期筛查和预防措施的重要性。

1. 引言
消防工作因其恶劣的工作环境而广为人知，但在美国，消防员在岗死亡的最大威胁并非环境因素（如烧伤或窒息），而是突发性心脏死亡。事实上，仅在2024年，就有58%的消防员死亡源于突发性心脏死亡，这一情况已持续数十年成为消防员死亡的主因（美国消防管理局，2025；Campbell和Petrillo，2025）。如此高比例的心血管疾病死亡率表明，消防员中普遍存在潜在的心血管疾病（Soteriades等人，2011），鉴于美国成年人中心血管疾病的高发率，这一现象也在意料之中（Joynt Maddox等人，2024）。不过，与从事非高危职业的人相比，消防员发生急性心血管事件的风险高出1.5倍以上，尤其是在年龄较大时，这说明消防工作特有的因素可能会进一步增加心血管风险（Jeung等人，2022）。

在執行任务时，尤其是在火灾现场，消防员需要完成许多对生理机能要求极高的任务，比如灭火、破门而入、建筑物通风以及搜救行动（Elsner和Kolkhorst，2008）。为应对这些需求，消防员的心率和血压会急剧上升，给心血管系统带来巨大负担（Kales和Smith，2017；Burgess等人，2012）。此外，这些任务往往要在高温环境下、穿着厚重防护装备的情况下进行，这不仅会影响体温调节，还会进一步加重本已艰巨的任务所带来的心血管负担（Lee等人，2013）。实际上，消防任务会导致大量出汗（每小时可达2.1升），进而造成血浆容量流失，影响每搏输出量和射血分数（Rossi，2003；Fernhall等人，2012）。不出所料，消防工作的高强度要求会导致血液高凝状态、血管损伤、心肌损伤以及缺血现象（Hunter等人，2017；Kales和Smith，2017）。

消防员任务执行效率，进而所承受的心血管负担程度，与个人的身体素质密切相关。尤其是不良的身体成分，比如较高的体脂百分比和体重指数，会导致他们在执行消防任务时心率升高（Ras等人，2024；Marciniak等人，2024）。此外，体脂百分比和BMI较高的消防员还表现为血压和动脉僵硬度升高（Fahs等人，2009）。除了对心血管健康有诸多益处外，心肺功能也会影响任务执行过程中的心血管反应。事实上，心肺功能较好的消防员在完成任务时所承受的心血管负担更轻，且完成任务的速度更快（Martin等人，2025；Marciniak等人，2024）。然而，尽管人们期望消防员能保持较高的心肺功能水平，但实际上许多人并不符合美国国家消防协会设定的基本标准（NFPA，2022）。因此，心肺功能较差的消防员在执行任务时会遭受不必要的心血管负担，长期而言，这种反复的压力可能导致不良的心血管后果（Tinsley等人，2023）。实际上，消防员患左心室肥厚和血管功能障碍的风险较高（Kales等人，2003；Hunter等人，2017），这进一步增加了他们在执行任务时发生心血管事件的风险。

除了消防任务带来的急性心血管压力外，长期暴露于职业危害也会对心血管健康构成威胁（Bode等人，2021；Li等人，2018）。已有研究确定了与消防员心血管风险相关的因素，包括烟雾暴露、轮班工作、不良生活习惯以及心理社会压力（Soteriades等人，2011；Cuenca-Lozano和Ramírez-García，2023）。这些因素被认为通过多种相互关联的机制影响心血管健康，比如增加氧化应激和炎症反应，长期下来就会形成高血压和动脉僵硬度等心血管疾病风险因素（Smith等人，2013）。职业特有的危害因素往往并非孤立存在，它们共同作用可能导致心血管健康状况下降。由于消防员的职业生涯可能长达30年以上，长期暴露于职业危害所带来的心血管健康影响是累积性的，最终可能导致急性心血管事件，尤其是在执行高强度的消防任务时（Smith等人，2013）。

鉴于消防员的心血管健康会随着年龄增长以及职业因素而下降，因此有必要研究年龄和从业年限——作为职业压力累积的替代指标——对心血管健康指标的影响。据作者所知，目前只有一项研究（Chun等人，2025）探讨了这些因素对消防员健康的影响，但该研究并未对血流动力学和动脉僵硬度等与心血管疾病风险相关的关键指标进行直接检测（Boutouyrie等人，2021）。因此，本研究的目的是探讨年龄和从业年限对心血管健康关键指标（即身体成分、血流动力学指标、动脉僵硬度指标以及心肺功能指标）的影响。我们假设，年龄和从业年限的增加会对心血管健康指标产生负面影响，而且从业年限对心血管健康指标的影响会比年龄更大。

2. 材料与方法
2.1 研究对象
本研究共纳入了72名来自美国东南部的郊区消防员，他们均来自该地区的某一家消防部门，在接受强制性的健康检查之前被招募进来。这些消防员在值班期间分两批到实验室进行检查：一批在早上7点，另一批在下午1点。在完成一系列全面检测之前，他们都签署了书面知情同意书。所有检测都在同一天内完成。检测顺序如下：1）人体测量和身体成分检测；2）血流动力学和动脉僵硬度检测；3）心肺功能检测。所有研究流程都得到了所在大学伦理委员会的批准。

2.2 实验室检测
参与者进入实验室后，会被告知研究流程并签署同意书。首先，他们自行报告自己的年龄和从业年限。接着，使用身高计和体重秤（InBody BSM 270?B，韩国首尔InBody公司）以及生物电阻抗仪（970s，韩国首尔InBody公司）来测量他们的身高、体重和身体成分。腰围和臀围则按照世界卫生组织的标准进行测量（Consultation，2008），而颈围则是在站立状态下测量的，用卷尺绕过喉结上方，垂直于颈部的长轴进行测量。

随后，使用自动设备（SphygmoCor XCEL，美国伊利诺伊州纳珀维市的Cardiex公司）按照既定方案（Whelton等人，2018；Van Bortel等人，2012）测量心血管健康指标，包括肱动脉血压、增强指数（AIx，通过脉波分析得出）以及颈动脉-股动脉脉波传导速度（cfPWV）。具体来说，参与者需要安静坐5分钟，然后使用适当尺寸的袖带在非优势手臂上测量两次肱动脉血压，两次测量之间间隔1分钟。如果两次测量的收缩压和舒张压均在±5毫米汞柱范围内，那么就取两次数值的平均值用于分析。如果数值不一致，则再测量一次（最多三次），最后取三次数值的平均值进行分析。每次测量血压后，还会收集肱动脉波形数据，以此计算AIx值。之后，参与者需要仰卧并安静休息5分钟，以确保血流动力学的稳定性，然后再进行无创的中心（主动脉）动脉僵硬度测量。作为衡量动脉僵硬度的核心指标，cfPWV是通过上肢大腿处的袖带，利用压阻法和容积位移法测量的。cfPWV也测量两次，两次测量之间间隔1分钟。如果两次测量的数值均在±0.5米/秒范围内，那么就取其平均值用于分析。AIx值会根据心率75次/分钟进行标准化处理，得到AIx75值，作为衡量动脉僵硬度的辅助指标。

心肺功能则通过布鲁斯测试方案（Bruce等人，2004）在电动跑步机上（TMX428CP，美国堪萨斯州牛顿市）进行分级运动测试，以此测定最大摄氧量([Math Processing Error]V˙O2max)。摄氧量是通过开放式肺功能仪连续测量的，然后通过自动化代谢系统（Ultima CardiO2，美国明尼苏达州圣保罗市的MGC Diagnostics公司）进行数据分析。在测试过程中，心率则通过佩戴在胸前的心率监测器（H10，芬兰肯佩莱的Polar公司）持续监测。要确定是否达到[Math Processing Error]V˙O2max的标准，需要满足以下条件中的两项：（1）摄氧量达到平台期（≤150毫升/分钟）；（2）心率达到同龄人预测值的90%以上（207 - [0.7 × 年龄]）（Gellish等人，2007）；（3）呼吸交换比率大于1.10；或者（4）根据6-20等级量表，主观疲劳感评分大于17分（Borg，1982；美国运动医学学院等人，2022）。

2.3 统计分析
除非另有说明，否则连续变量均以均值±标准差的形式呈现。消防员的年龄被分为三个等级：20–34岁、35–43岁、44–60岁。我们将年龄分为不同等级，是为了反映他们职业生涯的早期、中期和晚期阶段，同时确保各等级的参与者数量大致相等。通过分别建立一般线性模型，运用方差分析及相应的协方差分析方法，来探讨在不同年龄组中，无论是否考虑从业年限这一协变量，身体成分、血流动力学指标、动脉僵硬度指标以及心肺功能是否存在差异。如果在主效应上存在显著差异，还会进行经Bonferroni校正后的事后分析。为了量化主效应的大小，会使用偏η平方值（ηp2），其中0.01、0.06和0.14分别代表小效应、中效应和大效应（Richardson，2011）。对于两组之间的差异大小，则使用Hedge's g值来估算，其中0.15、0.40和0.75分别代表小效应、中效应和大效应（Brydges，2019）。为了评估年龄和从业年限之间的多重共线性，我们使用了与一般线性模型结构相似的线性回归模型来计算方差膨胀因子（VIFs）。所有的统计分析都是使用IBM SPSS 29统计软件包进行的（美国纽约州阿蒙克的IBM公司）。统计显著性水平设定为p≤0.05。

3. 结果
本研究共纳入了72名来自美国东南部同一消防部门的郊区职业消防员，他们均为男性，其中84%为白人。有3名参与者的cfPWV数据因测量误差而被排除。另有2名参与者因为未能满足验证标准，其心肺功能数据（[Math Processing Error]V˙O2max值）缺失。因此，涉及cfPWV和心肺功能分析的样本分别为69名和70名消防员。

在全部样本中，这些消防员属于中年群体，平均年龄为39±10岁，平均从业年限为15.1±7.4年。根据体重指数分类，他们属于超重人群，平均BMI值为29.2±3.7千克/平方米。此外，近40%的消防员体脂百分比处于较低或非常低的水平，平均为22.7±7.2%（美国运动医学学院等人，2022）。根据静息血压值判断，超过70%的消防员患有高血压，其静息血压值为收缩压/舒张压=131.4/83.1±13.2/10.3毫米汞柱（Whelton等人，2018），但只有26%的消防员的动脉僵硬度值超过了基于性别和年龄预测的值，其cfPWV值为7.1±1.2米/秒（McEniery等人，2005）。从心肺功能来看，他们的平均水平低于美国国家消防协会根据年龄和性别调整后的推荐标准，其中56%的消防员未达到标准阈值（即第50百分位数），48%的消防员未达到最低阈值（即第35百分位数）（NFPA，2022）。

3.1 人体测量与身体成分
通过对人体测量和身体成分指标进行一般线性模型分析，结果如表1所示，不同年龄组的腰围和颈围存在显著且中等程度的差异。最小年龄组（20 – 34岁）与最大年龄组（44 – 60岁）在腰围（平均差异为?9.9厘米，95%置信区间为?18.2至?1.5；效应量g为?0.79）和颈围（平均差异为?2.1厘米，95%置信区间为?3.9至?0.2；效应量g为?0.83）方面存在中等到较大的差异。在将工作年限作为协变量进行调整后，不再观察到与年龄相关的差异。不过，工作年限对腰围有中等程度的影响，其影响程度甚至超过年龄因素。表1显示了年龄和工作年限对身体成分的各项指标的影响。各项指标中，年龄分组间的差异通过η2值来体现，其中小效应对应η2值为0.01，中效应为0.06，大效应为0.14；BMI为身体质量指数；SD为标准差；SE为标准误差。所有变量的工作年限均按15.1年进行统计处理。3.2心血管健康方面，GLM分析结果显示，不同年龄组在舒张压、平均动脉压、颈动脉脉波传导速度、AIx75以及最大摄氧量等方面存在中等到较大的差异。最小年龄组与最大年龄组在舒张压、平均动脉压、颈动脉脉波传导速度、AIx75以及最大摄氧量上的差异尤为明显。此外，20 – 34岁组与35 – 43岁组在颈动脉脉波传导速度和AIx75指标上也存在差异。表2展示了年龄和工作年限对心血管健康指标的具体影响。各项指标中，只有AIx75在调整工作年限后仍显示出与年龄相关的差异，20 – 34岁组与35 – 43岁组之间的差异较大。工作年限对舒张压、平均动脉压和颈动脉脉波传导速度的影响为中等到较大程度，且其影响强度超过年龄因素。3.3多重共线性分析显示，年龄和工作年限之间存在中度但可接受的多重共线性（相关系数为0.88，p值小于0.001），所有模型的VIF值都在4.15至4.48之间。这符合预期，因为年龄较大的消防员通常拥有更丰富的工作经验。尽管变量间的共享方差使得难以确定年龄和工作年限的独立作用，但在多项关键心血管健康指标上，工作经验的影响更为显著，这说明工作经验的重要性不仅体现在年龄增长上。4.讨论本研究旨在探讨年龄和工作年限对心血管健康指标的影响。研究结果表明，不同年龄组的身体成分、血液动力学、动脉硬度和心肺功能存在差异，尤其是20 – 34岁组与44 – 60岁组相比，年轻消防员的身体成分和心血管健康状况更佳。在考虑工作年限后，除了AIx75外，其他指标的年龄差异均有所减弱。不过，工作年限对腰围、舒张压、平均动脉压和颈动脉脉波传导速度的影响比年龄更大。这些结果表明，与单纯依据年龄相比，工作年限能更准确地反映消防工作对心血管健康的影晌。研究中发现，年龄较大的消防员在血液动力学和动脉硬度指标上表现较差，这一结果与以往关于年龄相关心血管健康下降的研究一致。例如，Moffatt等人（2021年）对4279名男性消防员的健康记录进行分析后发现，随着年龄增长，他们的代谢健康指标会恶化，40岁及以上的消防员代谢健康状况最差。Hollerbach等人（2020年）也发现，随着年龄增加，消防员患动脉粥样硬化性心血管疾病的风险上升，50岁及以上的消防员10年内的患病风险显著增加。Khaja等人（2021年）则发现，20 – 29岁和50 – 59岁消防员的高血压患病率分别从45%上升到78%，增幅达1.7倍。这些研究都表明，年龄越大，心血管健康状况越差。然而，仅考虑年龄无法完全解释与职业相关因素导致的血管健康下降。本研究的一个新发现是，工作年限对舒张压、平均动脉压和颈动脉脉波传导速度的影响大于年龄因素。其他研究也表明，工作年限可能影响消防员的健康状况、体能以及心血管疾病风险。例如，Dzikowicz和Carey（2021年）发现，在控制年龄因素后，消防员的工作年限与运动负荷试验中的ST段压低程度存在部分相关性。Chun等人（2025年）对142名消防员进行临床评估，发现不同年龄组的身体指标、生物标志物和体能存在差异，年轻消防员的健康状况更优，且工作经验对某些健康指标的影响大于年龄因素。不过，这些研究并未直接探讨年龄和工作年限对血压和动脉硬度指标的影响，而这两者都是心血管疾病风险的强预测因子。因此，我们的研究不仅扩展了现有研究结果，还进一步证明了工作年限会随着消防员职业生涯的推进而导致心血管健康状况下降，尤其是对于心血管疾病风险的关键指标而言。消防员面临急性心血管事件的风险高于其他职业群体，这说明消防工作存在一些特殊的职业因素，这些因素会加剧正常的年龄相关心血管风险上升。目前的研究尚未深入探讨具体的职业因素及其对心血管健康的长期影响，但工作年限可能反映了这些职业危害的累积效应，进而与年龄因素共同影响心血管健康。这些累积效应很可能源于反复的职业压力，如持续的心脏负担、烟雾暴露、轮班工作、不良的睡眠和生活习惯以及心理社会压力等，这些因素都与不良的心血管健康结局密切相关。例如，Gaughan等人（2014年）发现，烟雾暴露会在暴露后四天内增加动脉硬度，这可能与氧化应激有关。Yang等人（2022年）的研究表明，根据睡眠时间和生物节律的不同，轮班工作者患代谢性疾病的风险高出43%以上。Christodoulou等人（2022年）在413名消防员中的研究也发现，摄入大量饱和脂肪、红肉和含糖食品的饮食模式与较差的代谢健康状况相关，而近70%的消防员都存在这种饮食习惯。心理社会因素也可能影响消防员的心血管健康。Yook（2019年）就发现，职业压力与动脉硬度等心血管健康指标存在关联。这些研究都表明，工作年限会对心血管健康产生负面影响，与本研究的结论一致。虽然目前尚不完全清楚职业压力因素的长期影响机制，但其反复产生的负面生理效应，如氧化应激和炎症，可能会在消防员的职业生涯中逐渐积累，从而导致高血压、动脉加速老化，最终增加心血管疾病死亡风险。大多数研究都将年龄视为影响心血管健康的主要因素，但考虑到消防工作中职业压力的长期影响，工作年限是一个更为具体的指标，它似乎比单纯依据年龄更能反映心血管健康的实际变化。未来需要开展专门研究，深入探讨消防员心血管健康的长期变化趋势，从而更清晰地了解职业压力因素的影响，并区分年龄和工作年限的独立作用。此外，未来的研究还可以纳入工作年限或其他更具体的职业暴露指标，以便更好地理解反复的职业压力对心血管健康的长期影响。4.1局限性及优势本研究也存在一些局限性。首先，由于其横断面设计，无法得出因果关系；其次，研究对象仅为美国东南部某郊区消防队的男性消防员，因此研究结果难以推广到更广泛的消防员群体。另有32%的参与者正在服用可能影响心血管健康指标的药物，不过在模型中将药物使用情况作为协变量处理后，并未改变研究结果。此外，研究未对参与者的水分状况进行评估，这可能会影响生物电阻抗检测的结果。另外，研究也未考虑“健康工人幸存者效应”，即那些身体状况较好的消防员可能更愿意继续从事这份工作，而身体状况较差的人则会提前离职，这可能导致本研究低估了工作年限带来的不良健康影响。最后，研究没有收集关于值班时长或出勤次数的数据，因此工作年限在某种程度上只能作为职业压力的替代指标。尽管存在这些局限性，本研究仍具有显著优势。据我们所知，这是首项研究工作年限对关键心血管健康指标影响的课题，这些指标包括血压以及衡量主动脉硬度的标准指标——颈动脉脉波传导速度。由于该消防队要求所有消防员都必须接受临床检查，因此“健康工人效应”带来的偏差可能性较低。5.结论本研究通过分析年龄、工作年限与关键心血管健康指标之间的关系，为相关研究提供了新的证据。研究发现，不同年龄组的身体成分和心血管健康指标存在差异，年龄较大的消防员各项指标均较差。虽然年龄似乎对更多心血管健康指标有影响，但工作年限对与心血管风险相关的关键指标，尤其是血压和动脉硬度指标，有着更为显著的影响。这些结果表明，随着年龄增长，消防员的心血管健康状况会逐渐下降，而工作年限则会进一步加速这一进程。尽管还需要进一步的研究来更好地了解影响心血管健康指标下降的职业因素，但我们的研究结果强调了维护消防员心血管健康的重要性，以及采取必要措施减少有害暴露，尤其是在其职业生涯中反复出现的暴露。此外，研究人员在研究消防工作的时间效应时，应考虑工作经验而非仅年龄因素。最后，本研究的发现进一步强调了在整个消防员职业生涯中推行定期心血管健康筛查、体能测试、标准化的体能训练方案以及降低暴露风险的措施的必要性。

资金支持：本研究未获得公共部门、商业机构或非营利组织任何资助机构的特定资助。

作者贡献说明：
Grant T. Malone：概念设计、数据整理、正式分析、研究实施、方法论、项目管理、初稿撰写、审稿与编辑。
Tiffany L. Adams：研究实施、审稿与编辑。
Andrew T. LeMense：研究实施、审稿与编辑。
Erica A. Schafer：研究实施、审稿与编辑。
Lee J. Winchester：方法论、项目管理、监督、审稿与编辑。
Hayley V. MacDonald：方法论、监督、初稿撰写、审稿与编辑。

Grant T. Malone | Tiffany L. Adams | Andrew T. LeMense | Erica A. Schafer | Lee J. Winchester | Hayley V. MacDonald
美国阿拉巴马州塔斯卡卢萨市朱迪·邦纳大道620号，阿拉巴马大学运动学系，邮编35401