典型滑行類游樂項目對人體生理反應的影響*

劉曉芬 劉書娟 賈 誼

典型滑行類游樂項目對人體生理反應的影響*

劉曉芬1劉書娟2賈 誼1

（1.中北大學體育學院，山西 太原，030051；2.中國航天員科研訓練中心航天醫學基礎與應用國家重點實驗室，北京，100094）

【】探索不同滑行類游樂項目對人體生理反應的影響。招募鄭州方特主題游樂園欲乘坐滑行類游樂項目（暴風眼、極地快車、叢林飛龍）項目、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便攜式生理信號采集設備，實時記錄受試者在乘坐過程中生理指標變化以及乘坐前后5min的血壓。（1）乘坐滑行類游樂項目后，會使乘客出現頭暈，惡心，面色蒼白等植物性生理反應。（2）心率受加速度影響大，心率最大值與加速度最大值出現時間基本一致。三個項目均有受試者在乘坐過程中達到人體極限生理值，數量為叢林飛龍＞極地快車＞暴風眼。（3）呼吸率與加速度關系并不明顯，波動幅度較大，相較乘坐前呼吸率增加。（4）三個項目乘坐前后收縮壓上升明顯，其中，暴風眼舒張壓上升最為明顯。乘坐滑行類游樂項目對人體植物性生理反應、心率、呼吸率和血壓均有較大的影響。

游樂項目；生理反應；加速度；血壓；心率

滑行類游樂項目屬于休閑體育運動中的眩暈類運動項目，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、翻滾、螺旋等動作，使人在運動中獲得在日常生活中難以體驗到的空間運動感覺，感受身體與心理極限的刺激[1]。隨著物質生活水平的不斷提升，國內大型游樂項目的數量和乘坐人數不斷增加。據統計，截止2015年底，我國擁有大中型游樂園438個，在用大型游樂項目20377臺套，年乘坐人數達10億多人次[2]。另外，游樂項目的發展具有向高加速度、高刺激的方向發展，如過山車的最高速度達240km/小時，因此對游樂項目安全性的要求也不斷提高。目前，國內外也陸續推出了相應的設計標準和規范，以保證設備在安全狀態下運行[3-5]。

該類項目在給人們提供精神和身體上享受的同時，也存在一定的風險，在其運行過程中擺動幅度大、速度快、慣性大、涉及范圍廣，一旦設備失控或者安全防護措施不到位，將會造成嚴重的人員傷亡和財產損失。學者Pelletier（2005）[6]對美國1994-2004年間40例與乘坐過山車相關的死亡案例進行過調查，其中有18例屬于乘坐后并發癥導致，其中又有8例屬于心臟疾病。德國心臟病專家Kuschyk等人（2007）[7]曾對55名游客乘坐過山車前后的心率變化情況進行過研究，他們的研究結果表明，所有受試者在乘坐后都有心率急劇增加的現象，并且有近一半的受試者出現心跳不規則或明顯的竇性心律失常現象。Pringle等人[8]對13名受試者的研究同樣發現，受試者乘坐前后的心率變化情況，并指出持續性的心率增高可能導致心肌耗氧量上升，從而增加缺血性心臟病的發病幾率。

由此可見，乘坐大型游樂項目有增加心血管系統疾病發病率的可能性。本文通過研究方特主題游樂園典型滑行類游樂項目：暴風眼、極地快車、叢林飛龍三個項目，對乘客乘坐前、乘坐后及乘坐過程中的部分生理指標和運動學參數進行檢測，旨在了解我國健康人群對乘坐滑行類游樂項目的生理反應。

1 資料與方法

1.1 研究對象

從游樂場欲乘坐滑行類游樂項目的乘客中招募18—40周歲身體健康的志愿者。（排除標準：（1）懷孕、（2）目前或曾有心血管疾病及心臟疾病風險因素的癥狀、（3）有暈厥、偏頭痛、癲癇或其他神經障礙的病史、（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。）共采集數據409例，具體情況見表1。

表1 受試者基本情況

項目名稱身高（cm）體重（kg）年齡（歲）男女總人數（人） 暴風眼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

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

本次實驗選取該游樂園最具代表性的滑行類游樂項目，分別為暴風眼，極地快車和叢林飛龍。游樂項目外觀如圖1，主要技術參數見表2。

表2 游樂項目主要技術參數

最大運行高度（m）運行時間（S）承載人數（人）長度跨距（m）最大運行速度（m/s） 暴風眼46.26012150105 極地快車31902828775.6 叢林飛龍31.715024-86.4

三種游樂設施運行方式各不相同，暴風眼為單一360°環形軌道，最高點設置翻轉，最大運行高度高，最大運行速度快，但運行時間短，運行軌道設計相對簡單；極地快車為連續兩個360°環形軌道，各項技術參數相較其他兩種游樂項目，均在中等水平；叢林飛龍運行時間較長，且軌道設計相對復雜，全木制軌道也增加其運行過程中的搖晃和顛簸。值得注意的是，暴風眼和極地快車運行方式為正向和倒退運行，期間相隔3s左右，即先沿軌道正向運行一次，停留3s后，即刻釋放，繼續沿軌道倒退運行至結束；叢林飛龍全程為正向運行。

1.2 采集設備

1.2.1 BioHarness便攜式生理信號遙測系統

使用BIOPAC美國公司生產的BIOPAC BioHarness 便攜式生理信號測量系統，對受試者乘坐過程中的心率、呼吸率、加速度、心電等數據進行同步遙測，并通過配套軟件Acq Knowledge TM進行數據傳輸。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

使用日本歐姆龍腕式便攜電子血壓計，監測受試者乘坐前后血壓和心率的變化，具體規格如表3。

表3 歐姆龍電子血壓計具體參數

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

1.3 實驗步驟

招募受試者，發放實驗注意事項以及知情同意書，并如實填寫“受試者基本數據和生理數據記錄表”。為受試者測量靜息下脈搏，血壓，協助受試者穿戴實驗儀器。為更好的得到受試者乘坐前后的生理數據變化，在乘坐各項游樂項目前需靜息5min，再啟動游樂項目，并實時采集生理指標信號，包括心率、心電、脈搏、心輸出量、呼吸并同時記錄運動三維加速度。游樂項目停止后，采集即刻血壓，心率變化，信號采集持續記錄5min。采集數據通過Acq Knowledg 4.4軟件導出，采用SPSS21.0對實驗數據進行統計學分析，比較三種不同的滑行類游樂項目對人體生理反應的影響。

2 結果

2.1 乘坐后受試者主觀感受評價

受試者乘坐后的主觀感受評價是對游樂項目刺激程度最直觀的體現。表4是各項目受試者主觀感受評價結果統計。除唾液增加外，其余運動病癥狀都有所表現。乘坐極地快車后出現頭暈癥狀的受試者占比最高，達到26.7%。有20.7%的受試者在乘坐叢林飛龍后，出現面色蒼白現象。暴風眼對受試者影響較小，主要表現為頭暈。

表4 受試者運動病癥狀陽性結果占比（%）

惡心面色蒼白冷汗發熱頭暈唾液增加 暴風眼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：表內數值為相關癥狀反應人數占參加測試總人數的百分比

2.2 乘坐前后心率和呼吸率的變化情況

測量了游樂項目啟動前和停止后各5分鐘內的心率和呼吸率平均值，結果如表5所示。配對T檢驗結果顯示，所有項目在乘坐后，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 乘坐滑行類游樂項目心率和加速度的關系

從圖1可以看出，受試者心率隨著游樂項目加速度上升而迅速增加。叢林飛龍項目軌道設計復雜，加速度起伏變化大，但受試者心率一直保持較高水平。暴風眼和極地快車運行過程中有停頓倒退，加速度迅速降低后，受試者心率在短時間內并未立即下降，在運行過程中一直保持較高狀態。

2.4 乘坐滑行類游樂項目呼吸率與加速度的關系

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

2.5 乘坐滑行類游樂項目心率、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在叢林飛龍項目中，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，暴風眼1人。

單因素方差分析（ANOVA）結果表明，乘坐不同游樂項目時，人體的心率、呼吸率和加速度的最大值均呈顯著性差異。在三個項目中，叢林飛龍的刺激強度最大，因此生理學和運動學指標都高于其他兩個項目

表6 不同游樂項目心率（BPM）、呼吸率（BPM）和加速度（G）最大值

暴風眼極地快車叢林飛龍FP 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

在設備運行前5分鐘和運行結束后5分鐘，對受試者收縮壓和舒張壓各測量一次，測量結果如表7所示。三個項目乘坐后的收縮壓顯著上升（P＜0.05），其中暴風眼的差異非常顯著（P＜0.01），說明人體收縮壓對與地面垂直方向運動幅度較大的項目敏感性較高。暴風眼項目，乘坐后舒張壓顯著上升（P＜0.01）；極地快車和叢林飛龍項目，乘坐后舒張壓略有下降，但未表現出顯著性差異（P＞0.05）。

表7 不同游樂項目乘坐前后血壓統計結果（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

研究發現，受試者心率變化與游樂設備加速度大小具有顯著相關性，說明滑行類游樂項目產生的高加速度環境是導致受試者心率升高的可能因素。有研究認為，高G環境是引起心率升高的主要原因，是交感-腎上腺髓質系統緊張性增強導致[9-11]。另外的觀點則傾向于高加速度環境會使人的血液分布重新分配，對人體的心率和血壓產生影響，心指數和每搏指數降低，心臟每分做功量和心肌耗氧量增加[12]。但是，關于高G環境暴露是否會導致心臟結構和功能損傷，尚存在不同看法。從損傷機制上，高加速度環境不會發生心臟缺血缺氧導致的心臟結構功能改變[13,14]，流行病學的調查結果也不支持高加速度環境導致心臟結構功能損傷的假說[15,16]。即便的確存在損傷，也不能認為高加速度環境暴露是唯一的作用因素[17]。并且，以往研究以反復暴露在高加速度環境下的動物為研究對象，加速度作用的持續時間較長，結論也不適用于游樂項目對人體的影響。本研究只觀察到受試者最大心率與游樂項目的加速度呈正相關關系，并且部分受試者的最大心率超出極限心率范圍，這一現象可能會直接或間接造成心臟結構功能的損傷。

本研究的另一個發現是乘坐滑行類游樂項目對受試者血壓的影響。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。有研究表明，進行大強度運動時，人體收縮壓會上升10mmHg，并在6分鐘內達到或者低于靜息水平[18]，這與本次測試結果基本一致。而受試者舒張壓的變化情況略為復雜，暴風眼在乘坐后出現上升，極地快車和叢林飛龍出現下降。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，使得動脈存留血量過多，會導致舒張壓增高；另外，人體在運動或過度興奮時，血管平滑肌舒張，外周小動脈阻力下降，會導致舒張壓下降[19]。另有研究表明，血管內皮功能變化也會對人體舒張壓產生影響[20]。在本研究中，究竟何種因素導致受試者舒張壓的上升或下降，仍不清楚。在高加速環境下，人體血管內皮功能是否會產生特異性改變，繼而影響到乘坐后的舒張壓變化，也有待進一步研究。

本次實驗仍有許多不足之處，由于實驗設備的限制，無法測量乘客乘坐過程中血壓的實時變化，只能通過游樂項目行駛前后的人體血壓差值進行判斷，對實驗結果可能產生一定的影響。此外，受試者均為游樂園欲乘坐該項目的普通游客，無法判定其是否存在隱性疾病，從而干擾實驗結果。

4 結論

本次實驗發現滑行類游樂項目對人體生理反應有較大的影響，雖然呼吸率在乘坐過程中變化幅度較大，但與游樂設備的驚險刺激依然存在關系。三個項目中均出現部分受試者最大心率超出極限心率范圍，或對人體造成損傷，根據不同游樂項目對人體生理反應影響存在的差異，同時為提高乘客的游玩體驗，研究者更應注重對特殊情況的考察和研究，減少事故的發生。

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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”國家重點研發計劃項目“游樂園和景區載人設備全生命周期檢測監測與完整性評價技術研究”(2016YFF0203100)；典型游樂項目虛擬仿真、質量預測和虛擬體驗技術研究與系統開發(2016YFF0203102)。

劉曉芬（1994—），碩士生，研究方向：動作技術診斷與分析。

劉書娟。