民航飛行員高空環(huán)境職業(yè)身體耐受力的內(nèi)涵與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練相關(guān)問(wèn)題分析

李波

民航飛行員高空環(huán)境的耐受能力與高空環(huán)境下機(jī)體生理改變直接相關(guān)，而民航飛行員適應(yīng)高空環(huán)境生理改變的能力與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練密不可分，民航飛行員高空環(huán)境耐受能力事關(guān)飛行安全，所以高空環(huán)境職業(yè)身體素質(zhì)訓(xùn)練與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練相關(guān)問(wèn)題的研究顯得尤為重要。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練領(lǐng)域低氧分壓與運(yùn)動(dòng)負(fù)荷聯(lián)合的高原運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練有利于運(yùn)動(dòng)員成績(jī)提高得到實(shí)踐論證。高原運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練促進(jìn)運(yùn)動(dòng)成績(jī)的提高給了我們很大的啟示：高原運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練有利于運(yùn)動(dòng)成績(jī)提高，那么非高原環(huán)境下運(yùn)動(dòng)成績(jī)提高是否會(huì)耐受低壓、缺氧環(huán)境，該問(wèn)題的認(rèn)識(shí)能將飛行員高空環(huán)境耐受與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練聯(lián)系起來(lái)。所以本文將詳細(xì)闡述高空職業(yè)環(huán)境身體耐受力的內(nèi)涵，及與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練相關(guān)問(wèn)題。

一、高空職業(yè)環(huán)境身體耐受力的內(nèi)涵

人體在暴露高空環(huán)境時(shí)受低壓、高空缺氧、冷熱劇變、輻射等等多方面的影響，現(xiàn)代民用航空器上增壓密封座艙的配備，精心構(gòu)造了一個(gè)適應(yīng)的人體需要小環(huán)境，即座艙內(nèi)的壓力、氧分壓、溫度、等控制在人體體感舒適的程度。人工構(gòu)造的環(huán)境壓力和氧分壓都不同于地面，而且人工精心構(gòu)造的小環(huán)境遭受破環(huán)，飛行員所受的環(huán)境將迅速轉(zhuǎn)換為近似飛行高度外環(huán)境，因此發(fā)展人體耐受高空環(huán)境的身體素質(zhì)即是更加適應(yīng)座艙小環(huán)境需要，又是儲(chǔ)備防護(hù)嚴(yán)峻的大氣環(huán)境因素對(duì)人的危害的需要。航空環(huán)境中溫度急劇變化以及輻射因素的影響，通過(guò)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練增強(qiáng)其耐受力意義不大，一般都采用人工防護(hù)措施加以解決，不是本文探析的范疇，不做論述。針對(duì)高空職業(yè)環(huán)境身體耐受力的訓(xùn)練，是以耐受缺氧、低氣壓為依據(jù)而展開(kāi)。在高空低氧分壓、缺氧環(huán)境下機(jī)體適應(yīng)環(huán)境的應(yīng)激表現(xiàn)（如圖1）總體上與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練機(jī)體適應(yīng)強(qiáng)度負(fù)荷應(yīng)激表現(xiàn)較為一致，從這個(gè)方面看，通過(guò)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練增強(qiáng)機(jī)體呼吸循環(huán)系統(tǒng)機(jī)能有利于高空職業(yè)環(huán)境耐受能力的提高。

航空生理學(xué)大氣壓力降低與氣壓劇烈變動(dòng)的物理性影響如圖2，航空醫(yī)學(xué)認(rèn)為通過(guò)體育鍛煉身體素質(zhì)的全面提高，空中減壓病及胃腸脹氣出現(xiàn)的最低閥值高度將會(huì)提高。必須注意的是運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練增強(qiáng)飛行員高空職業(yè)環(huán)境耐受能力是有一定限制的，職業(yè)身體素質(zhì)受閥值時(shí)間及閥值高度限制，一旦超越閥值則需要采用強(qiáng)制防護(hù)措施對(duì)抗高空低壓極端環(huán)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(guò)預(yù)警高度（約3048米），所以民航飛行員在長(zhǎng)時(shí)間飛行過(guò)程中，主要威脅乃是低氣壓與高空缺氧。

二、高空缺氧對(duì)機(jī)體影響

高空缺氧因其暴露時(shí)間，暴露高度不同可分為三類，爆發(fā)性高空缺氧，急性高空缺氧，慢性高空缺氧。無(wú)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(huán)境是可被打破的，所以高空缺氧始終存在，也是大家普遍關(guān)注的話題。發(fā)展程度很急促，程度極其嚴(yán)重（無(wú)明顯閥值，與10000以上高度突然暴露相關(guān)）的高空缺氧為高空爆發(fā)性缺氧，爆發(fā)性缺氧通常超越機(jī)體耐受極限，慢性高空缺氧主要是高山生理的（醫(yī)學(xué)）范疇，通常民航航空器客艙出現(xiàn)的是急性缺氧，所以說(shuō)高空急性缺氧耐受能力是民航飛行員高空環(huán)境身體素質(zhì)發(fā)展的重點(diǎn)。

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(jī)體導(dǎo)致體內(nèi)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(nèi)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(huán)境改變的影響氣體交換、利用過(guò)程機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜，至今許多問(wèn)題有待闡明。

急性高空缺氧決定因素是上升高度。1944年德國(guó)航空生理學(xué)家H.Strughold根據(jù)未經(jīng)高空鍛煉的健康青年急性暴露在不同高度的癥狀表現(xiàn)，將高度劃分為4個(gè)相對(duì)的區(qū)域。從地面到3000m高度無(wú)癥狀區(qū)，3000-5000m高度代償區(qū)，5000-7000m障礙區(qū)（不完全代償區(qū)），7000米以上高度危險(xiǎn)區(qū)[1]。國(guó)內(nèi)學(xué)者賈司光依據(jù)實(shí)驗(yàn)資料，按各高度上的生理反應(yīng)與PAo2、PAco2（動(dòng)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(duì)應(yīng)人體的影響劃分為六個(gè)功能區(qū)，無(wú)反應(yīng)區(qū)（<1500m），功能保障區(qū)（<3000m），功能允許區(qū)（<4000m），安全區(qū)（<5000m），耐限區(qū)（≥5000m），極限區(qū)（7000m）[3]。值得注意的是在高壓艙內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明急性高空缺氧有一定麻痹性，人的體力與腦力勞動(dòng)是在“不知不覺(jué)”中變得遲鈍或者喪失的，即客觀缺氧嚴(yán)重程度及當(dāng)時(shí)身體的各種病理表現(xiàn)頗不一致。這一現(xiàn)象可能是由于大腦皮層的高級(jí)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(jī)的座艙高度為1500-3000米，偶發(fā)性的會(huì)超過(guò)座艙預(yù)警高度（約為3048米），急性缺氧風(fēng)險(xiǎn)始終存在。因?yàn)楦呖占毙匀毖跤幸欢楸孕?，航空軍醫(yī)通過(guò)高壓艙模擬高空缺氧環(huán)境，讓飛行員感知癥狀表現(xiàn)，使其在飛行中察覺(jué)急性缺氧及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。在耐受高空缺氧耐受能力素質(zhì)方面航空軍醫(yī)往往也是采用高壓艙模擬訓(xùn)練，通過(guò)地面航空體育訓(xùn)練提高飛行員急性缺氧耐受能力認(rèn)識(shí)上，總的認(rèn)為身體素質(zhì)全面提高將有利于高空急性缺氧的耐受，顯然這樣的認(rèn)識(shí)指導(dǎo)航空體育訓(xùn)練是“粗燥”的，認(rèn)識(shí)需進(jìn)步深入細(xì)化。通過(guò)上述分析可以看出民航飛行員長(zhǎng)時(shí)間處于座艙環(huán)境（1500米—3000米），以及偶發(fā)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(fā)展民航飛行員耐受高空急性缺職業(yè)身體素質(zhì)意義重大。

急性高空缺氧時(shí)體內(nèi)氧分壓梯度明顯縮小的部位主要發(fā)生于吸入氣——肺泡氣——?jiǎng)屿o脈血液之間，通過(guò)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(nèi)各部分間氧分壓梯度，以提高組織毛細(xì)血管血液的氧分壓水平。這樣，當(dāng)外界氣體環(huán)境的氧分壓降低時(shí)，組織毛細(xì)血管血液的氧分壓水平不致下降過(guò)多，以維持一定水平的彌散動(dòng)力（如圖4）。呼吸系統(tǒng)代償主要表現(xiàn)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(duì)得以提高，故使吸入氣——肺泡氣氧分壓梯度縮小。循環(huán)系統(tǒng)代償表現(xiàn)為心臟、腦等重要器官的血流量增加。一個(gè)器官的耗氧量（Vo2）、血液灌流量（Q）及流過(guò)該器官的動(dòng)靜脈血血氧含量差值（Cao2—Cvo2）三者關(guān)系式為：Vo2=Q x（Cao2—Cvo2）。由此可見(jiàn)當(dāng)器官耗氧量一定時(shí)，動(dòng)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(guò)心率加快和每博輸出量增加實(shí)現(xiàn)的。血流量重新分配代償主要表現(xiàn)是缺氧時(shí)血管的代償反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)血液氧分壓降低后，一方面使各部位的小動(dòng)脈血管舒張；另一方面，刺激主—頸動(dòng)脈區(qū)的化學(xué)感受器，通過(guò)反射作用反射性的引起腹腔臟器及皮膚小動(dòng)脈血管收縮，故作用綜合結(jié)果是：腦、心臟的小動(dòng)脈血管舒張；而腹腔臟器、皮膚等處的小動(dòng)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(shí)發(fā)生繼發(fā)性缺二氧化碳，二氧化碳分壓降低對(duì)血管系統(tǒng)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(shí)，血管系統(tǒng)的全部反應(yīng)與氧分壓與二氧化碳分壓影響的相互制約有密切關(guān)系。動(dòng)脈血壓的代償反應(yīng)通常為無(wú)明顯變化，這是由于在急性高空缺氧時(shí)心輸出量增加，體循環(huán)血管系統(tǒng)的外周阻力降低，保障了動(dòng)脈血壓可保持不變。

綜上急性缺氧代償反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，低壓缺氧刺激機(jī)體表象和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練負(fù)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(xiàn)象出現(xiàn)。急性缺氧的耐受能力主要體現(xiàn)在的是呼吸循環(huán)系統(tǒng)的耐力，通過(guò)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練發(fā)展呼吸循環(huán)系統(tǒng)耐力，是民航飛行員耐受高空環(huán)境急性缺氧身體素質(zhì)的核心，在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方式的選擇上主要發(fā)展呼吸循環(huán)系統(tǒng)耐力，同時(shí)加強(qiáng)缺氧刺激訓(xùn)練。從能量代謝角度看，當(dāng)迅速失壓、缺氧，機(jī)體氧儲(chǔ)備迅速耗盡，而氧攝取不足的情況下，機(jī)體會(huì)迅速轉(zhuǎn)為無(wú)氧代謝，由此無(wú)氧性耐力訓(xùn)練對(duì)提高急性缺氧耐受能力是有現(xiàn)實(shí)意義的。無(wú)氧耐力訓(xùn)練往往被航空體育訓(xùn)練所忽視，有氧耐力與無(wú)氧耐力訓(xùn)練對(duì)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(xùn)練發(fā)展機(jī)體生理素質(zhì)到何種程度對(duì)提高高空急性缺氧有益，而有氧耐力訓(xùn)練的發(fā)展又不至于阻礙G耐力，是航空體育訓(xùn)練實(shí)踐的一個(gè)難題，無(wú)氧耐力訓(xùn)練究竟與高空急性缺氧耐受能力表現(xiàn)為何種關(guān)系有待探明，這些問(wèn)題都是推進(jìn)民航飛行員耐受高空缺氧訓(xùn)練的關(guān)鍵。

三、低壓作用對(duì)機(jī)體影響

低氣壓及氣壓劇變之所以能對(duì)機(jī)體發(fā)生物理性影響，是由于生物機(jī)體形態(tài)結(jié)構(gòu)方面具有下述特點(diǎn)：第一，含氣空腔器官如腸胃道、肺等內(nèi)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(gòu)成。體液沸騰、航空性肺損傷、通常出現(xiàn)在8000米以上高度長(zhǎng)時(shí)間暴露，通過(guò)航空體育訓(xùn)練增強(qiáng)職業(yè)身體素質(zhì)，對(duì)其防護(hù)意義不大，一旦在8000米以上機(jī)體直接會(huì)發(fā)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(yī)學(xué)和航空防護(hù)方面采取措施去解決。另外從理論上推算水在37℃體溫時(shí)，外界壓力為6.27KPa（47mmHg）時(shí)水將沸騰，19200米高度外界壓力為此，故人暴露于此高度時(shí)將發(fā)生體液沸騰（失代償），必須從航空醫(yī)學(xué)和航空防護(hù)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(yī)學(xué)，在此不做過(guò)多討論。以下主要考察胃腸脹氣及高空減壓病的相關(guān)研究，為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方法選擇提供依據(jù)。

據(jù)低壓艙實(shí)驗(yàn)證明，從5000米—6000米開(kāi)始就有人發(fā)生輕度腹脹，明顯脹氣一般發(fā)生在10000米以上[5]。實(shí)驗(yàn)提示腹脹個(gè)體差異較大，那么運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練增強(qiáng)胃腸道壁彈性及腰腹力量，一定程度上限制氣體低高度過(guò)快膨脹，對(duì)提高腹脹氣的耐受能力是否有益，至今無(wú)從考證。投擲專項(xiàng)練習(xí)，尤其是最后發(fā)力，運(yùn)動(dòng)員常有憋氣，造成肺內(nèi)壓升高，能否對(duì)飛機(jī)迅速減壓造成肺內(nèi)壓一時(shí)性升高耐受產(chǎn)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(jī)座艙高度在8000米左右）高度相關(guān)，在8000米高度停留一段時(shí)間后可以發(fā)病，下降高度，病癥一般都會(huì)消失。高空減壓病與8000米高度直接關(guān)系，但存在個(gè)體差異。高空減壓病產(chǎn)生原因，是大氣壓力降低時(shí)在組織、體液中溶解的氮?dú)怆x析出來(lái)形成的氣泡。在血管內(nèi)形成的氣泡，成為氣體栓子，堵塞血管，在其他組織內(nèi)形成氣泡，則可能壓迫局部組織。人在地面條件下長(zhǎng)期生活的過(guò)程中，環(huán)境氣體中個(gè)氣體成分均已呈飽和狀態(tài)溶解于組織、體液中；當(dāng)環(huán)境氣體壓力降低，體內(nèi)溶解氣體即呈過(guò)飽和狀態(tài)，過(guò)剩氣體可經(jīng)循環(huán)、呼吸系統(tǒng)排出體外，此過(guò)程稱為脫飽和。若環(huán)境減壓速率越快，從而機(jī)體組織絕對(duì)壓力的下降速率比組織中溶解氣體（主要是氮?dú)猓埩Φ南陆邓俾蕿榇?，使脫飽和過(guò)程來(lái)不及完成時(shí)，過(guò)飽和溶解的氣體在體內(nèi)形成氣泡的傾向即增加。液體中溶解氣體的張力與絕對(duì)流體靜壓之間的壓差，乃是液體中氣泡形成的驅(qū)動(dòng)壓力。這是體內(nèi)形成氣泡的基本機(jī)制。一般情況下氧和二氧化碳在體內(nèi)可變?yōu)榛辖Y(jié)合狀態(tài)，氧可快速被機(jī)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(guò)飽和狀態(tài)并產(chǎn)生氣體。體內(nèi)溶有氮?dú)饪偭恐屑s4%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(shí)，根據(jù)循環(huán)機(jī)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(gè)體在上升高度，空中停留時(shí)間，上升速度等客觀因素一致的情況下，體重（圖5 屈肢癥發(fā)生率與體重的關(guān)系）呼吸、循環(huán)系統(tǒng)機(jī)能狀況直接與高空減壓病相關(guān)，高空減壓病出現(xiàn)的個(gè)體差異與呼吸、循環(huán)系統(tǒng)直接關(guān)系。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練在控制體脂含量，及改善呼吸、循環(huán)系統(tǒng)機(jī)能狀況有直接作用，但通過(guò)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練達(dá)到何種生理素質(zhì)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(yīng)高空環(huán)境職業(yè)身體素質(zhì)訓(xùn)練思考的問(wèn)題。

四、結(jié)論

民用航空器座艙高度制度及客艙失壓風(fēng)險(xiǎn)始終存在，低氧分壓、缺氧、低氣壓環(huán)境對(duì)機(jī)體威脅始終存在，所以高空環(huán)境職業(yè)身體素質(zhì)訓(xùn)練始終圍繞以低氧分壓、缺氧、低氣壓展開(kāi)。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(zhì)發(fā)展的核心，急性缺氧的耐受能力主要體現(xiàn)的是機(jī)體呼吸循環(huán)系統(tǒng)的耐力，在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方式的選擇上主要發(fā)展呼吸循環(huán)之間的關(guān)系是：通過(guò)有氧耐力專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練增強(qiáng)機(jī)體肺通氣能力，提高心率儲(chǔ)備，發(fā)展心血管系統(tǒng)是基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上必須加強(qiáng)無(wú)氧耐力（機(jī)體耐受缺氧）訓(xùn)練，增強(qiáng)機(jī)體無(wú)氧代謝工作能力。低氣壓方面，通過(guò)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練增強(qiáng)胃腸道壁彈性及腰腹力量，機(jī)體暴露于10000米以下高度可能會(huì)限制氣體過(guò)快膨脹，增強(qiáng)高空腹脹氣的耐受能力，投擲專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可能對(duì)飛機(jī)迅速減壓造成肺內(nèi)壓一時(shí)性升高耐受產(chǎn)生有益影響。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可控制體脂含量，及改善呼吸、循環(huán)系統(tǒng)機(jī)能狀況，對(duì)于8000米以下高度空環(huán)境減壓病預(yù)防與耐受發(fā)生積極作用。

運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練是航空體育訓(xùn)練的組成部分，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練與飛行員職業(yè)身體素質(zhì)的獲得、保持有高度的關(guān)聯(lián)性、復(fù)雜性，目前認(rèn)識(shí)上知之甚少，航空體育訓(xùn)練體系的建立最終是建立運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練與飛行員職業(yè)身體素質(zhì)的映射的關(guān)系，建立航空體育器械專項(xiàng)練習(xí)與飛行員職業(yè)身體素質(zhì)的映射的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]向渝，李威生.航空體育理論與實(shí)踐[M].成都：四川大學(xué)出版社，2006.

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

[3]李志剛等.航空醫(yī)學(xué)[M].北京：人民軍醫(yī)出版社，1992.

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

[5]李志剛等.航空醫(yī)學(xué)[M].北京：人民軍醫(yī)出版社，1992：19.

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

（作者單位：中國(guó)民航飛行學(xué)院體育部）