飛行員5 000～7 500 m急性缺氧耐力對(duì)比研究

高空低壓缺氧是飛行活動(dòng)中最先遇到的嚴(yán)重醫(yī)學(xué)問(wèn)題之一[1-2]，在現(xiàn)代航空活動(dòng)中，雖然飛機(jī)裝備了各種類型的密封增壓座艙和供氧防護(hù)裝備，但是國(guó)內(nèi)外仍不時(shí)有軍事飛行活動(dòng)中發(fā)生高空缺氧的報(bào)道[3]，飛行員具備良好的急性缺氧耐力是完成飛行訓(xùn)練作戰(zhàn)任務(wù)的基礎(chǔ)之一。目前，國(guó)內(nèi)主要使用5 000、7 000 m和7 500 m缺氧耐力檢查評(píng)價(jià)飛行員急性缺氧耐力[4]，本研究對(duì)比分析了不同高度低壓缺氧對(duì)飛行員耐受時(shí)間和生理指標(biāo)的影響，為選擇飛行員急性缺氧耐力選拔方法和缺氧訓(xùn)練方案提供生理依據(jù)。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象選取2016年9月—2019年6月，在空軍特色醫(yī)學(xué)中心進(jìn)行航空生理檢查訓(xùn)練的男性現(xiàn)役戰(zhàn)斗機(jī)飛行員446人。5 000 m缺氧耐力檢查組（5 000 m組）92人，平均年齡（31.4±5.8）歲，平均飛行時(shí)間（1 203.5±773.0）h；7 000 m缺氧耐力檢查組（7 000 m組）292人，平均年齡（27.7±4.1）歲，平均飛行時(shí)間（962.7±649.1）h；7 500 m缺氧耐力檢查組（7 500 m組）62人，平均年齡（29.1±2.4）歲，平均飛行時(shí)間（1 007.6±657.3）h。3組飛行員年齡、飛行時(shí)間均差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。飛行員在缺氧檢查前1 d避免食用產(chǎn)氣食物，進(jìn)入低壓艙前排空大小便，掌握耳氣壓平衡動(dòng)作。

1.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備DYC-2012型低壓艙由原空軍航空醫(yī)學(xué)研究所研制[5]，最高模擬上升高度為40.0 km，模擬上升速度為1～200 m/s。TE-4000X型無(wú)線多參數(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)購(gòu)自北京海利贏醫(yī)療科技有限公司，符合醫(yī)療儀器監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，可在低壓艙內(nèi)檢測(cè)心電圖、血氧飽和度、呼吸頻率、血壓等生理參數(shù)并無(wú)線傳輸至艙外。

1.3 試驗(yàn)方法5 000 m組：飛行員靜坐在低壓艙中，以20 m/s速度上升到5 000 m模擬高度停留30 min后以10 m/s速度下降。期間連續(xù)監(jiān)測(cè)受檢者的生理指標(biāo)，檢查缺氧前后地面高度靜坐5 min、5 000 m停留即刻及期間每5 min記錄1次心率、血氧飽和度、呼吸頻率和血壓。其中，血氧飽和度、呼吸頻率和血壓取記錄時(shí)刻的瞬時(shí)值，心率取記錄時(shí)刻前10 s內(nèi)均數(shù)。7 000 m組：飛行員靜坐在低壓艙中，以20 m/s速度上升到5 500 m模擬高度，停留5 min進(jìn)行吸氧排氮，以同樣速度上升到7 000 m模擬高度，取下飛行員供氧面罩進(jìn)行缺氧耐力檢查，連續(xù)監(jiān)測(cè)心電圖和血氧飽和度等生理指標(biāo)，并于檢查缺氧前后地面高度靜坐5min、7 000 m停留即刻和期間每20 s記錄1次心率和血氧飽和度瞬時(shí)值。7 500 m組：基本同7 000 m組試驗(yàn)方法，最高模擬高度為7 500 m。飛行員出現(xiàn)下列終止指征，則停止缺氧檢查：心率和收縮壓突然大幅下降30%以上，并不能自行恢復(fù)；嚴(yán)重心律失常或心電圖ST段水平下降≥0.1 mV；血氧飽和度≤65%，并伴有其他嚴(yán)重表現(xiàn)；飛行員要求終止檢查。根據(jù)《空軍軍事訓(xùn)練大綱》評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，7 000 m缺氧耐受時(shí)間≥6 min為缺氧耐力優(yōu)秀，缺氧耐受時(shí)間≥3 min為缺氧耐力良好，缺氧耐受時(shí)間≥2 min為缺氧耐力合格，缺氧耐受時(shí)間＜2 min為缺氧耐力不合格。7500 m缺氧耐受時(shí)間≥4 min為缺氧耐力優(yōu)秀，缺氧耐受時(shí)間≥3 min為缺氧耐力良好，缺氧耐受時(shí)間≥2 min為缺氧耐力合格，缺氧耐受時(shí)間＜2 min為缺氧耐力不合格。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理應(yīng)用GraphPad 6.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料以±s表示。3組間缺氧耐受時(shí)間的統(tǒng)計(jì)學(xué)比較采用生存曲線分析法。采用重復(fù)測(cè)量方差分析法比較各組內(nèi)不同時(shí)間點(diǎn)飛行員心率、血氧飽和度、呼吸頻率、收縮壓和舒張壓之間的差異。7 000和7 500 m組間同一時(shí)間點(diǎn)飛行員心率和血氧飽和度的比較采用非配對(duì)t檢驗(yàn)法。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同高度缺氧飛行員耐受時(shí)間比較生存曲線分析結(jié)果顯示，3組飛行員缺氧耐受時(shí)間差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.0001）（圖1）。3組飛行員缺氧耐受時(shí)間結(jié)果顯示，7 000 m組59.6%飛行員的缺氧耐受時(shí)間大于360 s。7 500 m組12.9%的飛行員缺氧耐受時(shí)間大于360 s。

圖1 不同飛行高度缺氧飛行員耐受時(shí)間生存曲線

急性缺氧耐力評(píng)定方面，91名飛行員耐受5 000 m缺氧30 min，急性缺氧耐力評(píng)定為尚好以上。1名飛行員在缺氧10 min時(shí)由于身體不適主動(dòng)要求提前終止檢查，急性缺氧耐力評(píng)定為耐力很差。292名飛行員對(duì)7 000 m缺氧的平均耐受時(shí)間為（323.1±54.2）s，最短耐受時(shí)間為137 s，缺氧耐力優(yōu)秀人員占59.6%，缺氧耐力良好人員占39.4%，缺氧耐力合格人員占1.0%，缺氧耐力不合格人員為0.62名飛行員對(duì)7 500 m缺氧的平均耐受時(shí)間為（240.6±70.7）s，最短耐受時(shí)間為110 s，缺氧耐力優(yōu)秀人員占41.9%，缺氧耐力良好人員占38.7%，缺氧耐力合格人員占16.1%，缺氧耐力不合格人員占3.2%。

2.2 不同高度缺氧對(duì)飛行員生理參數(shù)的影響5 000 m組飛行員在缺氧前后心率和血氧飽和度，在缺氧期間每個(gè)測(cè)試點(diǎn)，與缺氧前比較差異均有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.0001）。5000 m缺氧前后呼吸頻率差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，第30 min時(shí)呼吸頻率顯著高于10 min、15 min、20 min和缺氧后呼吸頻率（P＜0.05）。缺氧即刻，飛行員收縮壓與舒張壓較缺氧前有顯著升高（P＜0.01）（表1）。在低壓艙模擬高度降至地面后，恢復(fù)至缺氧前水平。7 000 m組飛行員心率從模擬高度到達(dá)7 000 m即刻開(kāi)始顯著性增加（P＜0.01），缺氧60 s后飛行員血氧飽和度出現(xiàn)顯著降低（P＜0.0001）（表2）。心率和血氧飽和度在降至地面后恢復(fù)至缺氧前水平。7 500 m組飛行員心率在7 500 m高度上的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)都較缺氧前升高（P＜0.05），缺氧60 s后飛行員血氧飽和度出現(xiàn)顯著降低（P＜0.01）。心率和血氧飽和度在降至地面后恢復(fù)至缺氧前水平。低氣壓暴露不同高度飛行員的心率升高幅度不同，低壓暴露高度越高，心率升幅越大。從暴露至相應(yīng)高度即刻起至缺氧280 s，7 000 m組飛行員的心率低于7 500 m組（P＜0.05）。7 000 m組飛行員心率在暴露260 s時(shí)增加最多，增幅為（26.8±10.8）次/min，7 500 m組飛行員心率同樣在該時(shí)間點(diǎn)增加最多，增幅為（32.3±13.3）次/min。自缺氧60 s始至240 s，7 000 m組飛行員血氧飽和度顯著高于7 500 m組（P＜0.05）。7 000 m組飛行員血氧飽和度在暴露360 s時(shí)降低最多，降幅為（26.0±5.2）%，7 500 m組飛行員血氧飽和度在220 s時(shí)降低最多，降幅為（27.7±5.1）%（表2）。

表1 5 000 m缺氧耐力檢查飛行員生理指標(biāo)變化情況

3 討論

急性高空缺氧是飛行中最嚴(yán)重的潛在威脅之一[2]，國(guó)內(nèi)因高空缺氧引起的事故征候占醫(yī)學(xué)原因事故征候的6%～17%，美國(guó)空軍報(bào)道缺氧引起的事故占意識(shí)喪失事故的21.3%[3]。人體對(duì)急性缺氧的反應(yīng)有較大的個(gè)體差異性，甚至沒(méi)有明顯特異性痛苦感覺(jué)，因此，飛行員容易低估急性缺氧的危險(xiǎn)性，甚至忽略其存在，導(dǎo)致嚴(yán)重后果[6]。雖然個(gè)體間對(duì)缺氧反應(yīng)出的癥狀有很大差異，但同一個(gè)體的缺氧癥狀卻相對(duì)固定[7]。現(xiàn)代航空實(shí)踐活動(dòng)中，各國(guó)常通過(guò)對(duì)飛行員進(jìn)行急性缺氧耐力檢查選拔缺氧耐力良好的人員從事軍事航空活動(dòng)，同時(shí)也通過(guò)缺氧訓(xùn)練，使飛行員熟悉自身缺氧時(shí)的癥狀，提高飛行員缺氧耐受和識(shí)別高空缺氧的能力，掌握應(yīng)急處置方法，降低高空缺氧對(duì)飛行安全的影響[8-11]。賈司光[12]根據(jù)人體在不同高度上的生理反應(yīng)和肺泡氣氧、二氧化碳分壓，將高度對(duì)人體的缺氧影響分為6個(gè)區(qū)，無(wú)反應(yīng)區(qū)（＜1 500 m）、功效保證區(qū)（＜3 000 m）、功效允許區(qū)（＜4 000 m）、安全區(qū)（＜5 000 m）、耐限區(qū)（＜7 000 m）、極限區(qū)（≥7 000 m），并且提出7 500 m為缺氧極限值，暴露2～6 min時(shí)意識(shí)障礙發(fā)生率達(dá)到96%。根據(jù)這種缺氧高度劃分，國(guó)內(nèi)常用5 000、7 000和7 500 m缺氧耐力檢查和訓(xùn)練方法，本研究對(duì)比研究了這3種缺氧高度對(duì)飛行員的生理影響，為選擇飛行員急性缺氧耐力選拔方法和缺氧訓(xùn)練方案提供依據(jù)。

在急性缺氧耐力檢查時(shí)，暴露高度越高，人體缺氧程度越重，耐受時(shí)間隨之縮短，個(gè)體間缺氧代償反應(yīng)和承受能力的差異愈小，暴露高度太低又不足以起到篩選耐力不良者的作用。因此，急性缺氧耐力檢查通常將飛行員暴露于缺氧耐限區(qū)和極限區(qū)。暴露于5 000 m的飛行員處于缺氧的安全區(qū)和耐限區(qū)交界處，耐受時(shí)間通常可以達(dá)到30 min，能夠充分調(diào)動(dòng)人體代償反應(yīng)，較全面反映機(jī)體對(duì)缺氧的影響，在此高度飛行員可以充分感受缺氧情況下自身的癥狀特點(diǎn)。7 500 m組飛行員處于缺氧極限高度，通常通過(guò)測(cè)定飛行員有效意識(shí)時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)飛行員對(duì)重度缺氧的耐受程度，由于缺氧程度非常嚴(yán)重，可使飛行員加深對(duì)急性高空缺氧危害和正確使用航空供氧裝備重要性的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，還可以在缺氧檢查或訓(xùn)練時(shí)，體驗(yàn)環(huán)境氣壓變化對(duì)身體的影響，但由于人體在此高度上的有效意識(shí)時(shí)間較短，體驗(yàn)缺氧癥狀可能不夠充分。此外，7 500 m高度暴露會(huì)導(dǎo)致少數(shù)飛行員發(fā)生高空減壓病，引起國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注[13-15]。為了避免停留高度較高而較易引起高空減壓病，近年來(lái)，美國(guó)等國(guó)對(duì)傳統(tǒng)的低壓艙缺氧訓(xùn)練方法進(jìn)行了改進(jìn)與完善，總的趨勢(shì)是在不影響訓(xùn)練效果的前提下降低暴露高度[16-18]。7 000 m組飛行員處于缺氧的耐限區(qū)和極限區(qū)交界處，是近年來(lái)在飛行員缺氧訓(xùn)練中出現(xiàn)的一種缺氧檢查和訓(xùn)練方法，既達(dá)到使飛行人員體驗(yàn)急性重度缺氧負(fù)荷的目的，又降低了暴露高度，使高空減壓病的風(fēng)險(xiǎn)大大降低，還延長(zhǎng)了飛行人員的高空體驗(yàn)時(shí)間，很好地保證了體驗(yàn)效果。

在7 000 m和7 500 m高度上，動(dòng)脈血中的氧氣含量急劇降低，為了保證機(jī)體足夠的氧氣供應(yīng)，心血管系統(tǒng)通過(guò)提高心輸出量進(jìn)行代償。有研究表明在該過(guò)程中每搏輸出量不增加，心血管系統(tǒng)通過(guò)成比例地提升心率來(lái)增加心輸出量[2]。在本研究中，與缺氧前比較，5 000 m組飛行員平均心率較缺氧前增加11.7%～15.8%，7 000 m組增加9.0%～33.7 %，7 500 m組增加11.1%～37.9%。有研究顯示，飛行員在5 000 m、7 000 m和7 500 m高度上，肺泡氧分壓分別為41 mmHg、32 mmHg和30 mmHg[12]。血氧飽和度是缺氧敏感和穩(wěn)定的指標(biāo)，在本研究中，肺泡氧分壓下降導(dǎo)致血氧飽和度降低，與缺氧前相比較，5 000 m組飛行員血氧飽和度最大降幅為20.0%，7 000 m組最大降幅27.6%，7 500 m組最大降幅29.3%。研究結(jié)果表明，5 000 m缺氧高度即可有效激發(fā)各項(xiàng)生理參數(shù)出現(xiàn)代償性的反應(yīng)。7 000 m和7 500 m缺氧環(huán)境下的飛行員心率在到達(dá)設(shè)定高度和血氧飽和度較檢查前均有變化，2組間各參數(shù)的變化趨勢(shì)相似。

7 000 m組與7 500 m組飛行員缺氧280 s以內(nèi)的心率和缺氧60～240 s期間的血氧飽和度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。缺氧至260 s時(shí)，2組飛行員心率增幅最大，7 000 m組飛行員血氧飽和度在缺氧即將結(jié)束時(shí)降幅最大，而7 500 m組飛行員血氧飽和度降幅最大時(shí)間出現(xiàn)較早，為檢查開(kāi)始后的第220 s。提示在實(shí)際缺氧耐力檢查中密切關(guān)注這些關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)的生理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)終止指征，隨時(shí)終止檢查。

《GJB 1092-1991急性缺氧耐力的綜合評(píng)定》[4]根據(jù)5 000 m缺氧耐力檢查中受檢者的呼吸指標(biāo)、循環(huán)指標(biāo)、腦電圖和功效指標(biāo)對(duì)受檢者急性缺氧耐力進(jìn)行綜合評(píng)定，分為耐力良好（耐受時(shí)間30 min，呼吸循環(huán)無(wú)不良反應(yīng)）、耐力尚好（耐受時(shí)間30 min、呼吸循環(huán)中度不良反應(yīng)無(wú)代償障礙）、耐力較差（耐受時(shí)間30 min、呼吸循環(huán)代償障礙）和耐力很差（耐受時(shí)間＜30 min）4檔評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)根據(jù)7 500 m缺氧耐力檢查中受檢者的有效意識(shí)時(shí)間長(zhǎng)短規(guī)定出缺氧耐力良好（有效意識(shí)時(shí)間≥3 min）、缺氧耐力尚好（有效意識(shí)時(shí)間≥2 min）和缺氧耐力不良（有效意識(shí)時(shí)間＜2 min）3檔評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。《空軍軍事訓(xùn)練大綱》在評(píng)定7 000 m和7 500 m缺氧訓(xùn)練成績(jī)時(shí)，參考了《GJB 1092-1991急性缺氧耐力的綜合評(píng)定》為其評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)增加了優(yōu)秀等級(jí)，主要根據(jù)缺氧耐受時(shí)間長(zhǎng)短將受檢者評(píng)定為優(yōu)秀（7 500 m有效意識(shí)時(shí)間≥4 min，7 000 m有效意識(shí)時(shí)間≥6 min）、良好（有效意識(shí)時(shí)間≥3 min）、合格（有效意識(shí)時(shí)間≥2 min）和不合格（有效意識(shí)時(shí)間＜2 min）4個(gè)等級(jí)。

從研究結(jié)果可以看出，在5 000 m高度暴露時(shí)，絕大多數(shù)飛行員能夠耐受30 min缺氧，充分發(fā)揮機(jī)體代償作用，心率、呼吸頻率和血壓代償性升高，血氧飽和度下降。在7 500 m高度暴露時(shí)，飛行員心率升高、血氧飽和度降低速度幅度大，平均耐受時(shí)間為240.6 s。在7 000 m高度暴露時(shí)，飛行員生理反應(yīng)介于5 000 m和7 500 m 暴露之間，平均耐受時(shí)間為323.1 s。按照目前缺氧耐力評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，與7 500 m缺氧耐力比較，飛行員7 000 m優(yōu)秀率偏高，不合格率偏低。

綜上所述，飛行員急性缺氧耐力檢查或者選拔，優(yōu)先推薦使用5 000 m缺氧耐力檢查方法；飛行員缺氧有效意識(shí)時(shí)間測(cè)定時(shí)，建議使用7 500 m缺氧耐力檢查方法；飛行員缺氧訓(xùn)練時(shí)，建議使用7 000 m缺氧耐力檢查方法。然而，在飛行員缺氧耐力的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)、等級(jí)和表述上，不同研究者之間存在較大差異，為避免在實(shí)際工作中引起混淆，建議不同缺氧耐力檢查方法的評(píng)定等級(jí)修改為優(yōu)秀、良好、合格和不合格4級(jí)。