飛行員5 000～7 500 m急性缺氧耐力對比研究

高空低壓缺氧是飛行活動中最先遇到的嚴重醫(yī)學問題之一[1-2]，在現(xiàn)代航空活動中，雖然飛機裝備了各種類型的密封增壓座艙和供氧防護裝備，但是國內(nèi)外仍不時有軍事飛行活動中發(fā)生高空缺氧的報道[3]，飛行員具備良好的急性缺氧耐力是完成飛行訓練作戰(zhàn)任務的基礎之一。目前，國內(nèi)主要使用5 000、7 000 m和7 500 m缺氧耐力檢查評價飛行員急性缺氧耐力[4]，本研究對比分析了不同高度低壓缺氧對飛行員耐受時間和生理指標的影響，為選擇飛行員急性缺氧耐力選拔方法和缺氧訓練方案提供生理依據(jù)。

1 對象與方法

1.1 對象選取2016年9月—2019年6月，在空軍特色醫(yī)學中心進行航空生理檢查訓練的男性現(xiàn)役戰(zhàn)斗機飛行員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，平均飛行時間（1 007.6±657.3）h。3組飛行員年齡、飛行時間均差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。飛行員在缺氧檢查前1 d避免食用產(chǎn)氣食物，進入低壓艙前排空大小便，掌握耳氣壓平衡動作。

1.2 試驗儀器設備DYC-2012型低壓艙由原空軍航空醫(yī)學研究所研制[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型無線多參數(shù)動態(tài)監(jiān)護系統(tǒng)購自北京海利贏醫(yī)療科技有限公司，符合醫(yī)療儀器監(jiān)測標準，可在低壓艙內(nèi)檢測心電圖、血氧飽和度、呼吸頻率、血壓等生理參數(shù)并無線傳輸至艙外。

1.3 試驗方法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)測受檢者的生理指標，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刻的瞬時值，心率取記錄時刻前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行缺氧耐力檢查，連續(xù)監(jiān)測心電圖和血氧飽和度等生理指標，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值。7 500 m組：基本同7 000 m組試驗方法，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；嚴重心律失常或心電圖ST段水平下降≥0.1 mV；血氧飽和度≤65%，并伴有其他嚴重表現(xiàn)；飛行員要求終止檢查。根據(jù)《空軍軍事訓練大綱》評定標準，7 000 m缺氧耐受時間≥6 min為缺氧耐力優(yōu)秀，缺氧耐受時間≥3 min為缺氧耐力良好，缺氧耐受時間≥2 min為缺氧耐力合格，缺氧耐受時間＜2 min為缺氧耐力不合格。7500 m缺氧耐受時間≥4 min為缺氧耐力優(yōu)秀，缺氧耐受時間≥3 min為缺氧耐力良好，缺氧耐受時間≥2 min為缺氧耐力合格，缺氧耐受時間＜2 min為缺氧耐力不合格。

1.4 統(tǒng)計學處理應用GraphPad 6.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，計量資料以±s表示。3組間缺氧耐受時間的統(tǒng)計學比較采用生存曲線分析法。采用重復測量方差分析法比較各組內(nèi)不同時間點飛行員心率、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組間同一時間點飛行員心率和血氧飽和度的比較采用非配對t檢驗法。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

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

圖1 不同飛行高度缺氧飛行員耐受時間生存曲線

急性缺氧耐力評定方面，91名飛行員耐受5 000 m缺氧30 min，急性缺氧耐力評定為尚好以上。1名飛行員在缺氧10 min時由于身體不適主動要求提前終止檢查，急性缺氧耐力評定為耐力很差。292名飛行員對7 000 m缺氧的平均耐受時間為（323.1±54.2）s，最短耐受時間為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7 500 m缺氧的平均耐受時間為（240.6±70.7）s，最短耐受時間為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，在缺氧期間每個測試點，與缺氧前比較差異均有顯著統(tǒng)計學意義（P＜0.0001）。5000 m缺氧前后呼吸頻率差異無統(tǒng)計學意義，第30 min時呼吸頻率顯著高于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，恢復至缺氧前水平。7 000 m組飛行員心率從模擬高度到達7 000 m即刻開始顯著性增加（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高度上的各個時間點都較缺氧前升高（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間點增加最多，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變化情況

3 討論

急性高空缺氧是飛行中最嚴重的潛在威脅之一[2]，國內(nèi)因高空缺氧引起的事故征候占醫(yī)學原因事故征候的6%～17%，美國空軍報道缺氧引起的事故占意識喪失事故的21.3%[3]。人體對急性缺氧的反應有較大的個體差異性，甚至沒有明顯特異性痛苦感覺，因此，飛行員容易低估急性缺氧的危險性，甚至忽略其存在，導致嚴重后果[6]。雖然個體間對缺氧反應出的癥狀有很大差異，但同一個體的缺氧癥狀卻相對固定[7]?，F(xiàn)代航空實踐活動中，各國常通過對飛行員進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，同時也通過缺氧訓練，使飛行員熟悉自身缺氧時的癥狀，提高飛行員缺氧耐受和識別高空缺氧的能力，掌握應急處置方法，降低高空缺氧對飛行安全的影響[8-11]。賈司光[12]根據(jù)人體在不同高度上的生理反應和肺泡氣氧、二氧化碳分壓，將高度對人體的缺氧影響分為6個區(qū)，無反應區(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時意識障礙發(fā)生率達到96%。根據(jù)這種缺氧高度劃分，國內(nèi)常用5 000、7 000和7 500 m缺氧耐力檢查和訓練方法，本研究對比研究了這3種缺氧高度對飛行員的生理影響，為選擇飛行員急性缺氧耐力選拔方法和缺氧訓練方案提供依據(jù)。

在急性缺氧耐力檢查時，暴露高度越高，人體缺氧程度越重，耐受時間隨之縮短，個體間缺氧代償反應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，耐受時間通?？梢赃_到30 min，能夠充分調(diào)動人體代償反應，較全面反映機體對缺氧的影響，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。7 500 m組飛行員處于缺氧極限高度，通常通過測定飛行員有效意識時間來評價飛行員對重度缺氧的耐受程度，由于缺氧程度非常嚴重，可使飛行員加深對急性高空缺氧危害和正確使用航空供氧裝備重要性的認識。同時，還可以在缺氧檢查或訓練時，體驗環(huán)境氣壓變化對身體的影響，但由于人體在此高度上的有效意識時間較短，體驗缺氧癥狀可能不夠充分。此外，7 500 m高度暴露會導致少數(shù)飛行員發(fā)生高空減壓病，引起國內(nèi)外相關研究機構的關注[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，美國等國對傳統(tǒng)的低壓艙缺氧訓練方法進行了改進與完善，總的趨勢是在不影響訓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，是近年來在飛行員缺氧訓練中出現(xiàn)的一種缺氧檢查和訓練方法，既達到使飛行人員體驗急性重度缺氧負荷的目的，又降低了暴露高度，使高空減壓病的風險大大降低，還延長了飛行人員的高空體驗時間，很好地保證了體驗效果。

在7 000 m和7 500 m高度上，動脈血中的氧氣含量急劇降低，為了保證機體足夠的氧氣供應，心血管系統(tǒng)通過提高心輸出量進行代償。有研究表明在該過程中每搏輸出量不增加，心血管系統(tǒng)通過成比例地提升心率來增加心輸出量[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，在本研究中，肺泡氧分壓下降導致血氧飽和度降低，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%。研究結果表明，5 000 m缺氧高度即可有效激發(fā)各項生理參數(shù)出現(xiàn)代償性的反應。7 000 m和7 500 m缺氧環(huán)境下的飛行員心率在到達設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)計學意義。缺氧至260 s時，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束時降幅最大，而7 500 m組飛行員血氧飽和度降幅最大時間出現(xiàn)較早，為檢查開始后的第220 s。提示在實際缺氧耐力檢查中密切關注這些關鍵時間點的生理監(jiān)測數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)終止指征，隨時終止檢查。

《GJB 1092-1991急性缺氧耐力的綜合評定》[4]根據(jù)5 000 m缺氧耐力檢查中受檢者的呼吸指標、循環(huán)指標、腦電圖和功效指標對受檢者急性缺氧耐力進行綜合評定，分為耐力良好（耐受時間30 min，呼吸循環(huán)無不良反應）、耐力尚好（耐受時間30 min、呼吸循環(huán)中度不良反應無代償障礙）、耐力較差（耐受時間30 min、呼吸循環(huán)代償障礙）和耐力很差（耐受時間＜30 min）4檔評定標準。該標準同時根據(jù)7 500 m缺氧耐力檢查中受檢者的有效意識時間長短規(guī)定出缺氧耐力良好（有效意識時間≥3 min）、缺氧耐力尚好（有效意識時間≥2 min）和缺氧耐力不良（有效意識時間＜2 min）3檔評定標準?！犊哲娷娛掠柧毚缶V》在評定7 000 m和7 500 m缺氧訓練成績時，參考了《GJB 1092-1991急性缺氧耐力的綜合評定》為其評定標準增加了優(yōu)秀等級，主要根據(jù)缺氧耐受時間長短將受檢者評定為優(yōu)秀（7 500 m有效意識時間≥4 min，7 000 m有效意識時間≥6 min）、良好（有效意識時間≥3 min）、合格（有效意識時間≥2 min）和不合格（有效意識時間＜2 min）4個等級。

從研究結果可以看出，在5 000 m高度暴露時，絕大多數(shù)飛行員能夠耐受30 min缺氧，充分發(fā)揮機體代償作用，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，飛行員心率升高、血氧飽和度降低速度幅度大，平均耐受時間為240.6 s。在7 000 m高度暴露時，飛行員生理反應介于5 000 m和7 500 m 暴露之間，平均耐受時間為323.1 s。按照目前缺氧耐力評定標準，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時間測定時，建議使用7 500 m缺氧耐力檢查方法；飛行員缺氧訓練時，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定標準、等級和表述上，不同研究者之間存在較大差異，為避免在實際工作中引起混淆，建議不同缺氧耐力檢查方法的評定等級修改為優(yōu)秀、良好、合格和不合格4級。