模擬遠程飛行勞動負荷變化及膳食補充劑效果觀察

葛 華，趙安東，吳 峰，楊昌林，詹 皓，白 霜，張清俊

空軍遠程飛行作戰是現代空戰的顯著特征。據報道，美空軍駐密蘇里懷特曼空軍基地的第509轟炸聯隊在代號為“持久自由”的反恐戰爭行動中，B-2轟炸機創下持續飛行時間長達44 h的最長記錄[1]。美軍對利比亞空襲時夜間持續飛行達13 h，而英軍在馬島戰爭中大力神運輸機也是跨兩個夜晚、持續飛行長達28 h[2]。在2011年“利比亞撤僑”任務中，我軍4架伊爾-76運輸機途經5個國家，單次航程達9 500 km，開創了我軍最長時間持續飛行的歷史。軍事遠程飛行除了長時間的持續作業任務外，軍事任務的心理應激也是影響遠程飛行能力的不利因素。因此，評價空軍飛行人員遠程飛行勞動負荷，研究遠程飛行中飛行人員的心理生理變化規律，制定有效的防護措施，是提高軍事飛行員戰斗力重要途徑。

1 對象與方法

1.1 對象 選取健康男性青年志愿者8人，平均年齡（20.5±1.2）歲，自述無睡眠障礙。按不同的試驗時間及條件分為3組。白天組：試驗時間為12∶45～17∶00，不服用膳食補充劑；夜間組：試驗時間為0∶45～05∶00，不服用膳食補充劑；補充劑組：試驗時間為0∶45～05∶00，服用膳食補充劑。膳食補充劑為含咖啡因、人參皂苷、牛磺酸的復方片劑。

1.2 儀器設備 模擬遠程飛行勞動負荷評價系統，該模擬系統能夠自動對模擬飛行成績評分，結合飛行員飛行狀態生理參數記錄檢測儀，可以對整個模擬飛行過程的生理指標進行檢測。亮點閃爍儀BD-Ⅱ-118型，北京大學青鳥儀器設備公司生產。閃爍頻率4.0～60.0 Hz、0.1 Hz連續可調，選擇黃光、光強1/16、亮黑比1∶1、背景光強度1/16。

1.3 觀察指標

1.3.1 模擬飛行成績、附加任務成績 模擬飛行成績評價科目為飛行姿態保持任務；評價質量標準設為“高”；每個模擬飛行評價階段開始15 min后同時完成附加任務操作（15 min）。附加任務：3個個位數字相加減運算，計算結果與數字7比較，通過按下油門桿上對應按鈕選擇“≥7”或“＜7”；每6 s出現1個，共測量時間15 min。附加任務成績指標有：任務量、正確率和反應時（reaction time，RT）。

1.3.2 主觀量表 斯坦福嗜睡度量表（SSS）：將嗜睡度分為7個等級：“頭腦清醒、警覺性好”為1分；“注意力可以集中”為2分；“警覺性和應答性不好”為3分；“頭腦不太清醒、精力不好”為4分；“頭腦不清醒、精力不夠”為5分；“瞌睡、輕度惡心”為6分；“馬上可以睡著”為7分。疲勞自評量表（RPE）：將疲勞感分為7個等級：“非常非常輕”為6～8分；“非常輕”為9～10分；“比較輕”為11～12分；“有點重”為13～14分；“重”為15～16分；“非常重”為17～18分；“非常非常重”為19～20分。

1.3.3 臨界閃光融合頻率（critical flicker fusion frequency，CFF） 采用亮點閃爍儀以“上調”和“下調”2種調節方式進行測試，“上調”是受試者轉動旋鈕從低頻到高頻，到剛剛能看到亮點不閃為止；“下調”是從高頻到低頻到剛剛能看到亮點閃爍時停止。按“上調、上調、下調、下調”的順序，共記錄4個頻率值，取算術平均數。

1.4 測試方法

1.4.1 任務訓練 受試者進行模擬遠程飛行操作練習2周，至模擬遠程飛行成績至少在80分以上，并連續3次以上操作成績穩定；熟悉掌握附加任務操作，且附加任務成績（任務數、正確率及RT）穩定。

1.4.2 測試程序 不同組測試間隔至少2周以上，試驗當日從起床開始禁止飲用濃茶、咖啡、酒精飲料及有關藥物。夜間組試驗前少量進食方便食品如方便面、不含咖啡成分的小餅干等。受試者需提前30 min到場進行試驗前準備（熟悉環境、排泄等）。每1 h為一個評分階段，每個評分階段均進行模擬飛行成績、附加任務、主觀量表和CFF值的測量。其中模擬遠程飛行時間約占45 min（含起飛、航向和航向轉換調整時間以及同步進行的附加任務15 min）、指標記錄約占15 min（包括主觀量表和CFF值的測量），在第1個評分階段前15 min進行實驗前測量，包括實驗前部分指標檢測在內共5個評分階段（0、1、2、3、4 h）。

1.5 統計學處理 采用SAS 9.2軟件進行多因素重復測量方差分析，對百分率數據進行平方根反正弦變換；對不符合正態分布的數據進行數據對數變換后，達到分析條件要求后進行分析，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 模擬遠程飛行操作成績和附加任務成績的變化情況 補充劑組在模擬飛行2 h時成績較白天組和夜間組同時間點成績明顯提高（P＜0.05），4 h時飛行成績較夜間組顯著提高（P＜0.05）。與白天組同時間點比較，夜間組3 h附加任務的任務量開始明顯降低（P＜0.01），4 h附加任務正確率和任務量均顯著下降（P＜0.01），RT明顯延長（P＜0.05）；補充劑組在3 h時附加任務的任務量也明顯降低（P＜0.05），但4 h時無明顯降低。與夜間組同時間點比較，補充劑組在3、4 h時附加任務正確率明顯增加（P＜0.05，P＜0.01）。此外，夜間組4 h時附加任務任務量和正確率的降低也明顯低于1 h時（P＜0.05）（圖1）。

圖1 8名男性志愿者模擬遠程飛行操作成績和附加任務任務量、正確率、RT的變化情況

2.2 主觀量表以及CFF的變化情況 與試驗前比較，夜間組及補充劑組及從2 h、白天組從3 h開始SSS得分明顯增加（P＜0.05，P＜0.01），一直持續到試驗結束；與白天組同時間點比較，夜間組4 h時SSS得分明顯增加（P＜0.01）。從得分情況來看，這個分值處于“警覺性和應答性不好”（3分）與“頭腦不太清醒、精力不好”（4分）之間。與試驗前比較，3組RPE得分從2 h時開始均明顯增加（P＜0.01），一直持續到試驗結束；與白天組同時間點比較，夜間組4 h時RPE得分明顯增加（P＜0.05）。從得分情況來看，這個分值是處于“比較輕”（11～12分）和“有點重”之間（13～14分）。與試驗前比較，夜間組CFF從2 h開始明顯降低（P＜0.05），3 h時降低更加顯著（P＜0.01），一直持續到試驗結束；與白天組同時間點比較，夜間組CFF3 h時明顯降低（P＜0.05）（圖2）。

圖2 8名男性志愿者模擬遠程飛行SSS、RPE、CFF的變化情況

3 討論

飛行勞動負荷主要以腦力負荷為主[3]。評價腦力負荷的任務包括短時記憶、邏輯推理、數字計算、空間追蹤、視覺搜索、拼圖、迷宮、旋轉認知以及模擬駕駛等；在進行主任務測量時同時完成另一個附加任務，也稱為次任務；次任務評價理論的前提是人的信息處理能力是一定的，當執行一個主要作業任務時，會把多余的作業能力用在完成次任務上，次任務的績效就可以間接反映執行主任務所占用的勞動負荷[4]。常用的次任務有記憶、數字計算、RT、時間估計、目標追蹤等[5]。本研究以模擬遠程飛行操作成績作為主任務評價，附加任務成績作為次任務評價。

模擬遠程飛行操作成績結果表明，無論是白天還是夜間飛行成績隨著操作時間的延長有輕微的降低趨勢，但變化無統計學意義；服用膳食補充劑后可明顯提高夜間的飛行成績（P＜0.05），這說明膳食補充劑對提高飛行成績有一定的作用。這可能與膳食補充劑中咖啡因提高中樞興奮性、人參皂甙抗疲勞的效果有關，具體機制還需進一步研究[6-8]。附加任務成績反映的是完成主任務時腦力資源的占用程度，即潛在的作業能力，同時也反映主任務負荷的增加。夜間模擬遠程飛行時附加任務成績明顯降低，表現在完成任務數明顯減少（P＜0.05）、正確率的降低（P＜0.05）。這說明，夜間模擬飛行勞動負荷增加，飛行作業儲備能力降低，這對飛行安全造成了潛在的風險。服用膳食補充劑后，附加任務正確率明顯增加，任務量、RT與白天比沒有明顯降低，這說明膳食補充劑提高了飛行作業儲備能力，間接提高了飛行作業能力。

由于自我對勞動負荷有一定的感知能力，可通過主觀量表來判斷受試者對勞動負荷的主觀評價。斯坦福嗜睡度量表、自認疲勞分級量表是用來評價飛行疲勞的常用主觀指標[9]。從本研究SSS、RPE的變化結果來看，無論是白天還是夜間持續4 h模擬飛行操作，均能引起疲勞感和嗜睡感的增加，服用膳食補充劑也不能改變疲勞感和嗜睡感增加的趨勢。但從具體分值來看，SSS得分處于“警覺性和應答性不好”與“頭腦不太清醒、精力不好”之間（3～4分）、RPE得分處于“比較輕”和“有點重”之間（11～14分），說明從主觀角度受試者的疲勞程度尚處于可接受的范圍。

CFF是用來衡量和判別神經系統勞動負荷的常用指標。當人眼受到斷續的光源刺激時，會引起閃爍感。隨著光源閃爍頻率的不斷增加，閃爍感就會逐漸消失，這種現象稱為光的融合，介于閃爍感與融合感之間的最小閃光頻率稱CFF。課題組前期研究發現，48 h睡眠剝奪條件下，CFF隨睡眠剝奪時間延長明顯降低，服用促醒藥物莫達非尼后，CFF值均明顯提高[10]。本研究中夜間模擬飛行2 h后CFF開始明顯降低，說明中樞神經功能在夜間模擬飛行2 h后已經開始降低，服用膳食補充劑后減弱了這種降低變化趨勢，這說明膳食補充劑在維持中樞神經功能、延緩中樞疲勞方面產生了一定的作用。

綜上所述，模擬遠程飛行會引起受試者的主觀疲勞感、嗜睡度增加，但尚處于適中的程度；夜間模擬遠程飛行附加任務完成任務量減少、RT延長、正確率降低以及CFF降低等說明夜間模擬飛行中，相對勞動負荷增加，模擬飛行作業儲備能力降低；服用膳食補充劑雖然對主觀疲勞感、嗜睡度無明顯影響，但能改善夜間勞動作業儲備能力的降低以及抑制夜間模擬飛行任務中CFF的下降，提示膳食補充劑有一定的提高中樞警覺性和改善飛行作業能力的效果。這些變化規律為制定航空衛生保障對策提供了技術支撐。