民航飛行員高空環境職業身體耐受力的內涵與運動訓練相關問題分析

李波

民航飛行員高空環境的耐受能力與高空環境下機體生理改變直接相關，而民航飛行員適應高空環境生理改變的能力與運動訓練密不可分，民航飛行員高空環境耐受能力事關飛行安全，所以高空環境職業身體素質訓練與運動訓練相關問題的研究顯得尤為重要。運動訓練領域低氧分壓與運動負荷聯合的高原運動訓練有利于運動員成績提高得到實踐論證。高原運動訓練促進運動成績的提高給了我們很大的啟示：高原運動訓練有利于運動成績提高，那么非高原環境下運動成績提高是否會耐受低壓、缺氧環境，該問題的認識能將飛行員高空環境耐受與運動訓練聯系起來。所以本文將詳細闡述高空職業環境身體耐受力的內涵，及與運動訓練相關問題。

一、高空職業環境身體耐受力的內涵

人體在暴露高空環境時受低壓、高空缺氧、冷熱劇變、輻射等等多方面的影響，現代民用航空器上增壓密封座艙的配備，精心構造了一個適應的人體需要小環境，即座艙內的壓力、氧分壓、溫度、等控制在人體體感舒適的程度。人工構造的環境壓力和氧分壓都不同于地面，而且人工精心構造的小環境遭受破環，飛行員所受的環境將迅速轉換為近似飛行高度外環境，因此發展人體耐受高空環境的身體素質即是更加適應座艙小環境需要，又是儲備防護嚴峻的大氣環境因素對人的危害的需要。航空環境中溫度急劇變化以及輻射因素的影響，通過運動訓練增強其耐受力意義不大，一般都采用人工防護措施加以解決，不是本文探析的范疇，不做論述。針對高空職業環境身體耐受力的訓練，是以耐受缺氧、低氣壓為依據而展開。在高空低氧分壓、缺氧環境下機體適應環境的應激表現（如圖1）總體上與運動訓練機體適應強度負荷應激表現較為一致，從這個方面看，通過運動訓練增強機體呼吸循環系統機能有利于高空職業環境耐受能力的提高。

航空生理學大氣壓力降低與氣壓劇烈變動的物理性影響如圖2，航空醫學認為通過體育鍛煉身體素質的全面提高，空中減壓病及胃腸脹氣出現的最低閥值高度將會提高。必須注意的是運動訓練增強飛行員高空職業環境耐受能力是有一定限制的，職業身體素質受閥值時間及閥值高度限制，一旦超越閥值則需要采用強制防護措施對抗高空低壓極端環境。

民用航空器正常飛行座艙高度控制在1500米-3000米高度，異常情況下民航飛行器座艙高度超過預警高度（約3048米），所以民航飛行員在長時間飛行過程中，主要威脅乃是低氣壓與高空缺氧。

二、高空缺氧對機體影響

高空缺氧因其暴露時間，暴露高度不同可分為三類，爆發性高空缺氧，急性高空缺氧，慢性高空缺氧。無論軍飛還是民航飛行中座艙高度始終存在，以及人工精心打造的座艙環境是可被打破的，所以高空缺氧始終存在，也是大家普遍關注的話題。發展程度很急促，程度極其嚴重（無明顯閥值，與10000以上高度突然暴露相關）的高空缺氧為高空爆發性缺氧，爆發性缺氧通常超越機體耐受極限，慢性高空缺氧主要是高山生理的（醫學）范疇，通常民航航空器客艙出現的是急性缺氧，所以說高空急性缺氧耐受能力是民航飛行員高空環境身體素質發展的重點。

隨著高度增加外界氣壓也隨之改變，外界氣體分壓的改變作用于機體導致體內氣體分壓壓力的改變（氧分壓梯度差決定氧的彌散方向與彌散速度），形成新的體內氣體分壓壓力梯度（如圖3），保障完成氣體彌散交換作用，使氣體交換的平衡。受環境改變的影響氣體交換、利用過程機制相當復雜，至今許多問題有待闡明。

急性高空缺氧決定因素是上升高度。1944年德國航空生理學家H.Strughold根據未經高空鍛煉的健康青年急性暴露在不同高度的癥狀表現，將高度劃分為4個相對的區域。從地面到3000m高度無癥狀區，3000-5000m高度代償區，5000-7000m障礙區（不完全代償區），7000米以上高度危險區[1]。國內學者賈司光依據實驗資料，按各高度上的生理反應與PAo2、PAco2（動脈血血氧分壓和二氧化碳血氧分壓）值的不同水平，將高度對應人體的影響劃分為六個功能區，無反應區（<1500m），功能保障區（<3000m），功能允許區（<4000m），安全區（<5000m），耐限區（≥5000m），極限區（7000m）[3]。值得注意的是在高壓艙內實驗表明急性高空缺氧有一定麻痹性，人的體力與腦力勞動是在“不知不覺”中變得遲鈍或者喪失的，即客觀缺氧嚴重程度及當時身體的各種病理表現頗不一致。這一現象可能是由于大腦皮層的高級智力功能最先受到缺氧的侵襲，失去正常的理解、分析、判斷能力。目前民航飛機的座艙高度為1500-3000米，偶發性的會超過座艙預警高度（約為3048米），急性缺氧風險始終存在。因為高空急性缺氧有一定麻痹性，航空軍醫通過高壓艙模擬高空缺氧環境，讓飛行員感知癥狀表現，使其在飛行中察覺急性缺氧及時采取應對措施。在耐受高空缺氧耐受能力素質方面航空軍醫往往也是采用高壓艙模擬訓練，通過地面航空體育訓練提高飛行員急性缺氧耐受能力認識上，總的認為身體素質全面提高將有利于高空急性缺氧的耐受，顯然這樣的認識指導航空體育訓練是“粗燥”的，認識需進步深入細化。通過上述分析可以看出民航飛行員長時間處于座艙環境（1500米—3000米），以及偶發性座艙失壓等因素存在，急性高空缺氧也是民航飛行員不能回避的話題，所以發展民航飛行員耐受高空急性缺職業身體素質意義重大。

急性高空缺氧時體內氧分壓梯度明顯縮小的部位主要發生于吸入氣——肺泡氣——動靜脈血液之間，通過肺通氣量增加、心輸出量增加、器官血流量重新分配及氧合血紅蛋白的解離特性共同作用，縮小體內各部分間氧分壓梯度，以提高組織毛細血管血液的氧分壓水平。這樣，當外界氣體環境的氧分壓降低時，組織毛細血管血液的氧分壓水平不致下降過多，以維持一定水平的彌散動力（如圖4）。呼吸系統代償主要表現為肺通氣量增加，肺泡氣中二氧化碳分壓降低，而肺泡中的氧分壓則相對得以提高，故使吸入氣——肺泡氣氧分壓梯度縮小。循環系統代償表現為心臟、腦等重要器官的血流量增加。一個器官的耗氧量（Vo2）、血液灌流量（Q）及流過該器官的動靜脈血血氧含量差值（Cao2—Cvo2）三者關系式為：Vo2=Q x（Cao2—Cvo2）。由此可見當器官耗氧量一定時，動靜脈血血氧含量差值越小血液慣流量越大，血液灌流量通過心率加快和每博輸出量增加實現的。血流量重新分配代償主要表現是缺氧時血管的代償反應實現的，當血液氧分壓降低后，一方面使各部位的小動脈血管舒張；另一方面，刺激主—頸動脈區的化學感受器，通過反射作用反射性的引起腹腔臟器及皮膚小動脈血管收縮，故作用綜合結果是：腦、心臟的小動脈血管舒張；而腹腔臟器、皮膚等處的小動脈血管收縮，于是血流即大量地被引向腦、心臟等重要器官。缺氧時發生繼發性缺二氧化碳，二氧化碳分壓降低對血管系統的影響，恰與血液氧分壓降低的影響相反，所以急性高空缺氧時，血管系統的全部反應與氧分壓與二氧化碳分壓影響的相互制約有密切關系。動脈血壓的代償反應通常為無明顯變化，這是由于在急性高空缺氧時心輸出量增加，體循環血管系統的外周阻力降低，保障了動脈血壓可保持不變。

綜上急性缺氧代償反應發現，低壓缺氧刺激機體表象和運動訓練負荷刺激表象相同，都有肺通氣量增加、血流量重新分配、心率加快和每博輸出量增加等生理現象出現。急性缺氧的耐受能力主要體現在的是呼吸循環系統的耐力，通過運動訓練發展呼吸循環系統耐力，是民航飛行員耐受高空環境急性缺氧身體素質的核心，在運動訓練方式的選擇上主要發展呼吸循環系統耐力，同時加強缺氧刺激訓練。從能量代謝角度看，當迅速失壓、缺氧，機體氧儲備迅速耗盡，而氧攝取不足的情況下，機體會迅速轉為無氧代謝，由此無氧性耐力訓練對提高急性缺氧耐受能力是有現實意義的。無氧耐力訓練往往被航空體育訓練所忽視，有氧耐力與無氧耐力訓練對提高飛行員高空急性缺氧是同等重要的，二者相輔相成共同作用。至于有氧耐力訓練發展機體生理素質到何種程度對提高高空急性缺氧有益，而有氧耐力訓練的發展又不至于阻礙G耐力，是航空體育訓練實踐的一個難題，無氧耐力訓練究竟與高空急性缺氧耐受能力表現為何種關系有待探明，這些問題都是推進民航飛行員耐受高空缺氧訓練的關鍵。

三、低壓作用對機體影響

低氣壓及氣壓劇變之所以能對機體發生物理性影響，是由于生物機體形態結構方面具有下述特點：第一，含氣空腔器官如腸胃道、肺等內含氣體；第二，組織和體液中溶解有一定量的氣體，第三，體液主要由水分構成。體液沸騰、航空性肺損傷、通常出現在8000米以上高度長時間暴露，通過航空體育訓練增強職業身體素質，對其防護意義不大，一旦在8000米以上機體直接會發生失代償，使飛行員工作能力喪失，所以8000以上度必須從航空醫學和航空防護方面采取措施去解決。另外從理論上推算水在37℃體溫時，外界壓力為6.27KPa（47mmHg）時水將沸騰，19200米高度外界壓力為此，故人暴露于此高度時將發生體液沸騰（失代償），必須從航空醫學和航空防護方面采取措施去解決。航空性中耳炎癥、航空性鼻竇炎屬于航空臨床醫學，在此不做過多討論。以下主要考察胃腸脹氣及高空減壓病的相關研究，為運動訓練方法選擇提供依據。

據低壓艙實驗證明，從5000米—6000米開始就有人發生輕度腹脹，明顯脹氣一般發生在10000米以上[5]。實驗提示腹脹個體差異較大，那么運動訓練增強胃腸道壁彈性及腰腹力量，一定程度上限制氣體低高度過快膨脹，對提高腹脹氣的耐受能力是否有益，至今無從考證。投擲專項練習，尤其是最后發力，運動員常有憋氣，造成肺內壓升高，能否對飛機迅速減壓造成肺內壓一時性升高耐受產生有益影響。研究表明高空減壓病與8000米（迄今為止仍有軍用機座艙高度在8000米左右）高度相關，在8000米高度停留一段時間后可以發病，下降高度，病癥一般都會消失。高空減壓病與8000米高度直接關系，但存在個體差異。高空減壓病產生原因，是大氣壓力降低時在組織、體液中溶解的氮氣離析出來形成的氣泡。在血管內形成的氣泡，成為氣體栓子，堵塞血管，在其他組織內形成氣泡，則可能壓迫局部組織。人在地面條件下長期生活的過程中，環境氣體中個氣體成分均已呈飽和狀態溶解于組織、體液中；當環境氣體壓力降低，體內溶解氣體即呈過飽和狀態，過剩氣體可經循環、呼吸系統排出體外，此過程稱為脫飽和。若環境減壓速率越快，從而機體組織絕對壓力的下降速率比組織中溶解氣體（主要是氮氣）張力的下降速率為大，使脫飽和過程來不及完成時，過飽和溶解的氣體在體內形成氣泡的傾向即增加。液體中溶解氣體的張力與絕對流體靜壓之間的壓差，乃是液體中氣泡形成的驅動壓力。這是體內形成氣泡的基本機制。一般情況下氧和二氧化碳在體內可變為化合結合狀態，氧可快速被機體利用，故不容易形成氣泡，唯有完全溶解的惰性氣體氮形成過飽和狀態并產生氣體。體內溶有氮氣總量中約4%溶于血液，約96%溶于其他組織、體液中，這96%大部分又溶入脂肪中。在減壓時，根據循環機制血液中的氮很快彌散入肺排出體外，而其余氮不能迅速排出。影響高空減壓病的因素是多樣的，同一個體在上升高度，空中停留時間，上升速度等客觀因素一致的情況下，體重（圖5 屈肢癥發生率與體重的關系）呼吸、循環系統機能狀況直接與高空減壓病相關，高空減壓病出現的個體差異與呼吸、循環系統直接關系。運動訓練在控制體脂含量，及改善呼吸、循環系統機能狀況有直接作用，但通過運動訓練達到何種生理素質在提高空減壓病的耐受有積極的作用，也是今后民航飛行員適應高空環境職業身體素質訓練思考的問題。

四、結論

民用航空器座艙高度制度及客艙失壓風險始終存在，低氧分壓、缺氧、低氣壓環境對機體威脅始終存在，所以高空環境職業身體素質訓練始終圍繞以低氧分壓、缺氧、低氣壓展開。低壓缺氧方面，高空急性缺氧耐受能力是民航飛行員身體素質發展的核心，急性缺氧的耐受能力主要體現的是機體呼吸循環系統的耐力，在運動訓練方式的選擇上主要發展呼吸循環之間的關系是：通過有氧耐力專項運動訓練增強機體肺通氣能力，提高心率儲備，發展心血管系統是基礎，在此基礎上必須加強無氧耐力（機體耐受缺氧）訓練，增強機體無氧代謝工作能力。低氣壓方面，通過運動訓練增強胃腸道壁彈性及腰腹力量，機體暴露于10000米以下高度可能會限制氣體過快膨脹，增強高空腹脹氣的耐受能力，投擲專項運動訓練可能對飛機迅速減壓造成肺內壓一時性升高耐受產生有益影響。運動訓練可控制體脂含量，及改善呼吸、循環系統機能狀況，對于8000米以下高度空環境減壓病預防與耐受發生積極作用。

運動訓練是航空體育訓練的組成部分，運動訓練與飛行員職業身體素質的獲得、保持有高度的關聯性、復雜性，目前認識上知之甚少，航空體育訓練體系的建立最終是建立運動訓練與飛行員職業身體素質的映射的關系，建立航空體育器械專項練習與飛行員職業身體素質的映射的關系。

參考文獻：

[1]向渝，李威生.航空體育理論與實踐[M].成都：四川大學出版社，2006.

[2]余志斌主編.航空航天生理學[M].西安：第四軍醫大學出版社，2008：76.

[3]李志剛等.航空醫學[M].北京：人民軍醫出版社，1992.

[4]余志斌主編.航空航天生理學[M].西安：第四軍醫大學出版社，2008：81.

[5]李志剛等.航空醫學[M].北京：人民軍醫出版社，1992：19.

[6]余志斌主編.航空航天生理學[M].西安：第四軍醫大學出版社，2008：32.

（作者單位：中國民航飛行學院體育部）