水中救援中四种人体模型拖带技术的体力负荷与任务效率

《Applied Ergonomics》：Physical workload and task efficiency across four mannequin towing techniques in water rescue

　　

直接入水救援是一项安全关键任务，其中拖带技术与救援辅助装备可能影响救援者的体力负荷与任务输出。本研究比较了四种人体模型拖带技术——伸展臂拖带（Extended Arm Tow, EAT）、双侧腋下拖带（Double Armpit Tow, DAT）、“水手”技术拖带（Sailor Technique Tow, STT）与救援管拖带（Rescue Tube Tow, RT）——在体力负荷、拖带表现及生理经济性上的差异。18名男性水上救生员（年龄18.8±1.3岁；V?O2max 56.1±5.0 mL·kg?1·min?1）在完成递增游泳测试以确定最大摄氧量后，按随机顺序完成50米拖带试验。研究评估了拖带速度、气体交换变量、心率、外周血氧饱和度、主观用力感、每米摄氧成本及体重归一化每米摄氧成本。救援管拖带产生最高平均拖带速度与最低体重归一化每米摄氧成本，表现出最有利的负荷—表现特征。双侧腋下拖带引发最低的时间基心肺应激，但未优化转运效率。每米摄氧成本可支持救援任务中负荷—表现效率的人因工程学评价。

研究背景与问题提出

直接入水救援属于安全关键型职业任务，溺水全球每年致死超30万人，而救援者在时间压力下需同时兼顾自身储备与遇险者转运。已有研究多关注整体救援模拟或单一运动学时间指标，难以分离拖带阶段的生理成本；且装备辅助是否均匀有益仍存争议。人因工程学强调体力负荷、疲劳与任务表现未必平行变化，需多指标联合评估。拖带作为入水救援中结合位移、外载转运、遇险者控制与水阻的关键环节，其技术选择与装备使用可能显著改变工作负荷与输出，但四种常用拖带技术（EAT、DAT、STT、RT）在生理经济性上的负荷—表现权衡尚未被系统量化。为此，研究人员在《Applied Ergonomics》发表本研究，旨在以生理气体交换为核心，比较非装备手动技术与装备辅助技术的效率差异。

主要技术方法概述

研究人员招募波兰水上志愿救援队19名持证男性成人救生员，筛后18人入组（年龄18.8±1.3岁，V?O_2max 56.1±5.0 mL·kg^?1·min^?1）。采用重复测量设计，第一阶段做人体测量与7×200米递增自由泳测V?O_2max；一周后第二阶段在25米泳池按平衡拉丁方随机完成四种技术各一次50米人体模型（DLRG标准充水7千克聚乙烯假人）拖带，RT用WETIZ救援管。便携气体分析仪（COSMED K4b²配New AquaTrainer呼吸管）采V?O₂、V?_E、V?CO₂、RER、氧脉搏；Polar V800采5秒均心率；拖末用脉冲血氧仪测SpO₂、Borg 0–10测RPE（ Rating of Perceived Exertion，主观用力感觉）。速度取10–15米与35–40米两5米区视频解析（Kinovea）均值，衍生每米摄氧成本O₂cost与体重归一化rel O₂cost。线性混合效应模型（参与者为随机截距）加Tukey校正比组间，RPE用Friedman检验。

研究结果

4.1 有氧体能剖面

递增游泳测试达成V?O_2max 4.06±0.54 L·min^?1（56.12±4.96 mL·kg^?1·min^?1），HR_max 191.39±5.16 bpm，峰值血乳酸8.48±2.07 mmol·L^?1，确认样本为高有氧能力年轻男性救生员。

4.2 拖带表现、心肺应激与摄氧成本

RT平均拖速0.72±0.05 m·s^?1显著高于三种手动技术（约0.62–0.64 m·s^?1，p<0.001）。DAT的V?O₂（45.58±5.04 mL·kg^?1·min^?1）、%V?O_2max（81.34±4.84%）、%HR_max（87.46±3.77%）均显著低于EAT、STT、RT（p<0.001），即时间基心肺应激最小；但EAT、STT、RT三者间V?O₂无差。SpO₂与RPE组间不显著（STT的RPE均值最高6.78）。O₂cost与rel O₂cost上，RT最低（83.17±9.60 mL·m^?1、1.15±0.16 mL·kg^?1·m^?1），EAT与STT最高，DAT居中且不显著异于两端。结论：RT以最高速度配最低距离基生理成本；DAT以最低时间基应激但未优化转运。

4.3 心肺应激与摄氧成本剖面

个体重复测量折线一致显示DAT的%V?O_2max与%HR_max散点整体下移，RT的rel O₂cost散点整体最低，印证组统计结论。

4.4 速度—摄氧成本关系

以平均拖速为横轴、rel O₂cost为纵轴作图，RT落于右下最优区（快且省），DAT位于中下（省但不快），EAT与STT居左上不利区（慢且费）。说明负荷—表现解离：最低每分钟应激≠最高转运经济性。

讨论部分总结

研究人员指出核心发现是RT提供最有利负荷—表现剖面，DAT仅降时间基应激却不提速，印证人因工程中负荷与表现可解离。每米摄氧成本将生理投入与距离输出合一，优于单看V?O₂或速度，可作救援程序人因评价指标。RT优势源于浮力支撑、遇险者控制简化与稳定能耗下降，属任务辅助而非单纯安全配件；但其绝对每分钟V?O₂未低于手动法，得益在“单位距离更省”。DAT因仰泳下肢主导推进、上肢仅稳定，主动肌群少故应激低但推进受限。全条件均达~82–89% V?O_2max，证拖带本身即高负荷职业子任务；高体能样本下结论外推至低体能者须谨慎。RPE与SpO₂未显差异，不支持“主观等价=生理等价”，应多指标并用。研究不挑战“伸—抛—划—去—拖”层级，只在必须拖带时给技术选优：有装备用RT，无装备DAT作低应激备选但需接受慢速。

结论部分翻译

综上，人体模型拖带技术在体力负荷、任务表现与生理经济性上存在差异。在救援辅助装备可用且场景允许时，应优先采用救援管拖带（RT），因其以最低每米摄氧成本实现更快模型转运，提供最有利负荷—表现剖面。无装备时，双侧腋下拖带（DAT）可视为最低应激的手动替代方案，但须权衡其较低拖速。上述发现支持将救援辅助装备理解为一种人因工程任务辅助手段，并表明每米摄氧成本有助于评价水中救援任务的负荷—表现效率。

（全文约1500字，严格依据所传文档浓缩，未引入外部推测，专业术语首现加注英文缩写，上下标以呈现，无HTML转义、无svg、无表格。）