2020年美國航空航天醫(yī)學會（AsMA）學術年會論文集有關文獻分析

劉 珺，鄧 略，張向陽，張曉麗，郭小朝，賀 青，劉 娟，姚 欽，周玉彬，廖 揚，鐘方虎

2020年美國航空航天醫(yī)學會學術年會原定5月17—21日在美國-亞特蘭大召開，因為疫情會議未能如期舉辦。會議論文集收錄的475篇學術論文共涉及航空醫(yī)學、航天醫(yī)學及環(huán)境醫(yī)學等領域的87個專題。筆者主要基于2020年美國航空航天醫(yī)學會（AsMA）學術年會會議論文集航空醫(yī)學有關航空生理、人機工效、飛行員心理選拔、空間定向障礙與飛行事故調查、彈射救生方面的文獻報道，進行概述如下。

1 航空生理研究

1.1 高空生理 高空缺氧是飛行員在飛行時的常見問題，會降低飛行員的飛行效能，影響飛行安全，因此有必要對飛行員在高空飛行時的血氧飽和度監(jiān)測技術進行研究，研發(fā)實用精確的血氧飽和度監(jiān)測技術。德國航空醫(yī)學中心的Andreas[1]報道應用近紅外光譜監(jiān)測在低壓艙內進行缺氧訓練飛行員的中心氧合（rSO2）：在低壓艙內進行低壓缺氧訓練期間，會常規(guī)進行外周氧飽和度（SpO2）監(jiān)測，但往往僅有這種監(jiān)測是不夠的，可同時應用近紅外光譜（NIRS）技術測量中心氧合（rSO2）。該研究有108名受試者，低壓缺氧訓練時在7 620 m處重度缺氧，在4 572 m處輕度缺氧。通過紅外光譜監(jiān)測在左、右腦（額葉腦組織）得出的rSO2數值沒有顯著差異，且與SpO2比較，rSO2測量值更不易受其它因素干擾。研究結果表明NIRS血氧飽和度測定法是測量中心血氧飽和度的有效方法，可以準確地檢測到局部缺氧，并且缺氧癥狀與rSO2曲線顯著相關，利用NIRS可以更早地檢測到缺氧，從而提高訓練的安全性。

1.2 加速度生理

1.2.1 加速度暴露的影響 加速度對飛行員的影響一直是航空醫(yī)學研究的熱點，前期的研究發(fā)現高強度的高G訓練會對飛行員產生多種生理和心理影響，例如急性疲勞、暈動病和抑郁，但目前還很難量化評估這種影響的程度。為了更準確地評估高G暴露后的行為變化，Tu等[2]利用大鼠模型研究加速度暴露與行為變化之間的關系。該研究采用8只成年雄性SD大鼠，在實驗的前一天，首先對大鼠進行高架十字迷宮和曠場試驗。通過使用載人離心機8 G持續(xù)30 s以制造高G環(huán)境，并且持續(xù)兩輪。離心后，在30 min內對大鼠進行高架十字迷宮測試和曠場試驗。將離心后獲得的行為數據與實驗前進行比較。結果發(fā)現高G離心后，根據高架十字迷宮測試結果，大鼠的總移動距離顯著減小[前后對比：（10 782±1 982) mm vs (4 033±3 852) mm；P＜0.01]，并且開放臂的移動距離減小了[前后對比：(2 526±1 419)mm vs (303±623) mm；P＜0.05]；但是閉合臂的持續(xù)時間顯著增加[前后對比：（166±23）vs（278±31）s；P＜0.001]。對應于曠場試驗，高G離心后大鼠的總移動距離也顯著降低[前后對比：（7 602±3 778）mm vs（2 367±1 871）mm；P＜0.05]。這項研究成功建立了高G誘發(fā)的行為疲勞和認知能力受損的大鼠模型，未來將繼續(xù)研究在這種極端環(huán)境下SD大鼠恢復體能和認知能力所需要的時間，并研發(fā)減輕壓力的合理方法[2]。

1.2.2 抗荷動作和心臟功能 抗荷收緊動作（anti-G straining maneuver，AGSM）指飛行員在高G環(huán)境中通過收縮肌肉主動提高心臟動脈壓以提高其抗荷能力和防止出現加速度引發(fā)的意識喪失（G-induced loss of consciousness，G-LOC），多年來一直是訓練飛行員提高抗荷能力的重要措施。

Lai等[3]評估了22名受試飛行學員[平均年齡（26.7±3.4）歲]的AGSM能力與其心臟功能評分之間的相關性，發(fā)現二者之間呈正相關。AGSM能力的等級劃分如下：1=非常差，2=差，3=平均，4=優(yōu)秀和5=優(yōu)秀，該研究發(fā)現AGSM得分≤2、3和4的受試者比例分別為27.3%，40.9%和31.8%，此外2名（22.7%）受試者經歷了G-LOC。在初始階段（1～10 s），第二階段（11～20 s）和最后階段（21～30 s），受試者每搏輸出量(stroke volume，SV)比率分別為1.04、1.01和0.94，心率比分別為1.05、1.05和1.07。與AGSM得分低于3的小組相比，AGSM得分等于3和4的小組中，SV和心輸出量（cardiac output，CO）的比例更高。因為受試者抗荷收緊動作的能力和心臟功能的評分有一定關聯(lián)，所以可以通過受試者的CO、SV和心率等心臟功能的評分判斷AGSM的效果[3]。

2 飛行員心理選拔

近年來研究人員越來越重視飛行員的心理健康，從飛行員選拔到鑒定體檢，心理健康測試方法和飛行員心理健康標椎都在不斷更新，趨于更加合理和科學。美國航空航天局Ray[4]提出選拔飛行員時，應對其人格和職業(yè)動機進行評估。應重視抑郁癥，焦慮癥，藥物濫用/依賴性、人格障礙等可能造成飛行安全隱患的心理健康問題。該研究提出使用現有的心理測試工具可識別會對飛行操作造成安全隱患的人格特質，如候選人具備某些不會影響飛行操作的人格特質（強迫型、自戀型、表演型等），但其他生理心理條件達標，則他們仍然是適合飛行的。使用現有的心理測試工具，對飛行員進行選拔，確定其心理健康狀態(tài)是否適合飛行很重要，對接受過心理治療的飛行員進行評估合格后準予“特許飛行”同樣也很重要，這樣將有利于避免飛行員隱瞞心理疾患去非正規(guī)醫(yī)療機構就診或不積極接受治療。

美國的Henry[5]提出了在飛行員心理選拔測試中應用因人而異的計算機自適應測試方案。計算機自適應測試（computer-adaptive testing，CAT）方案已經應用70多年，并且廣泛應用于多種高等級測試中。與靜態(tài)測試系統(tǒng)相比，CAT測試系統(tǒng)結構個性化、測試安全性更高、測試時間更短且評分準確性更高，CAT的統(tǒng)計假設可確保由不同項目組成的測試分數具有可比性。

3 人機工效學研究

由于飛機座椅、頭盔和機艙環(huán)境因素等導致的飛行員腰背部、頸部疼痛和其他問題一直是航空醫(yī)學人機工效領域的研究熱點，如何在飛機座椅和頭盔設計上進行改良，切實緩解或解決飛行員腰背部、頸部疼痛是地面研究人員和機上設備研發(fā)人員的目標。美國Christophe等[6]回顧了第五代戰(zhàn)機面臨的人機工效方面的挑戰(zhàn)。該作者論述了戰(zhàn)機的人裝結合問題，以及多種可能導致飛行員飛行操作能力下降的因素。聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機F-35在飛機外形和生存能力（救生和防撞等）方面做了重大改進，但仍存在許多與前幾代戰(zhàn)機相同的人機工效問題，如飛行員在地面起飛前感覺座艙溫度較高、長時間飛行過程中排尿不便、駕駛艙相對狹窄等問題。新研發(fā)的綜合顯示頭盔提高了飛行員對周圍環(huán)境和飛行態(tài)勢的感知能力，但頭盔重心經常偏移會對飛行員視線產生影響（可能是穿戴不當或頭盔設計問題）。與前幾代戰(zhàn)機比較，F-35具有很多優(yōu)勢，改善了飛行員的作業(yè)環(huán)境，但從人機工效角度考慮仍需對F-35加以改進[6]。

美國佛羅里達州Hadley等[7]報道了91%的海航旋翼機飛行員主訴飛行時頸腰疼痛，且有82%的人報告飛行過程中疼痛加劇。針對飛行員頸腰病的高發(fā)率，須加強對飛行員頸腰病的防護研究，并改進飛行座椅的設計使其更加舒適。

美國Molly等[8]研究了高性能飛機上使用的綜合顯示頭盔（joint helmet mounted cuing system，JHMCS）對飛行員頸部的影響。頭盔上裝有顯示器，可以顯示各種關鍵信息。與HGU-55/P型標準頭盔相比，綜合顯示頭盔的重量增加了且重心容易偏移（一般是前移），即使在地面上也可能導致頸部疼痛、疲勞和受傷幾率增大。該研究比較了在1 G實驗室環(huán)境中，與HGU-55/P頭盔比較，戴JHMCS頭盔時飛行員頸椎活動范圍（range of motion，ROM），頸部等長收縮肌力的變化和主觀不適的情況。研究人員觀察了40名受試者不戴頭盔，戴頭盔和戴頭盔1 h后頸部后屈、伸展、右旋、左旋、右后屈和左后屈的情況，結果發(fā)現戴上頭盔后，所有ROM值均下降。1 h后，JHMCS頭盔導致右旋轉（P=0.028）和左旋轉（P=0.011）以及右后屈（P=0.004）的頸部力量下降，1 h后，HGU-55/P頭盔導致伸展過程中頸部力量下降（P=0.009）。與HGU-55/P頭盔比較，戴JHMCS頭盔1 h后飛行員的不適感更顯著（P=0.020）。在高G環(huán)境中長時間佩戴頭盔，將使飛行員頸部活動范圍大幅減小，且肌張力大幅降低，對高性能飛機駕駛員轉頭有一定影響，這點必須引起重視[8]。

4 空間定向障礙與飛行事故調查

在飛行安全中，“人的因素”占據很大的比例，其中空中錯覺導致的空間定向障礙（spatial disorientation，SD）仍然是影響飛行安全的重要原因，也是A級飛行事故的主要原因。根據美軍的飛行事故調查，SD導致了美軍12%～33%A級事故，死亡率接近100%。

Chiang等[9]研究人員對飛行員空中錯覺情況進行了分析。該研究采用開放式問卷從2018年7月—2019年6月調查了剛完成噴氣式戰(zhàn)斗機基礎訓練的年輕飛行員發(fā)生空中錯覺的情況及應對方法。結果發(fā)現60名受試男性飛行員中有68.3%（n=41）經歷了空中錯覺，其中有75.6%和61.0%的錯覺分別發(fā)生在陰天/夜間和能見度低的情況下，有65.9%的被調查者經歷過傾斜錯覺，只有9.8%的錯覺是視覺錯覺，且68.3%的被調查者通過使用儀表和視覺參考糾正了錯覺。這項研究發(fā)現年輕飛行員最常見的錯覺是傾斜錯覺，而視覺上的錯覺相對較少。該研究團隊提出應把這項調查推廣到有經驗的資深飛行員中，以探討空中SD的發(fā)生率和應對策略。

英國Tracy等[10]通過2014—2018年期間發(fā)生的飛行事故分析了飛行員發(fā)生空間定向障礙的原因。此4年中共發(fā)生92起SD事件，而此前2004—2014年間發(fā)生了550多起SD事件（根據定向障礙事件調查小組的統(tǒng)計數據），與上個調查期比較，SD事件發(fā)生率保持在相似的水平，每飛行10 000 h約有1.4起飛行事故。數據表明，SD仍然對英國飛行人員的飛行安全構成威脅。為了了解SD發(fā)生的原因并研究對策，定向障礙事件調查小組要求飛行人員描述在飛行中何時對飛機的姿態(tài)或位置感到不確定，或者他們在飛行中何時突然意識到飛機的姿態(tài)或位置已經改變。整個數據集的邏輯回歸分析（超過550起事件）發(fā)現了幾個有意義的結果（P＜0.01）：駕駛高速噴氣式飛機時，空戰(zhàn)動作、飛行員注意力分散以及經驗不足等都增加了SD事故發(fā)生率。駕駛旋翼飛機時，飛行機組人員之間的協(xié)調不力、甲板起飛和云層等都增加了發(fā)生飛行事故的風險。許多SD事故是由于視覺錯覺引起的，另外某些操作，如高速噴氣飛機進行空中加油以及旋翼飛機降落（包括甲板著陸）都會導致SD。對2004年以來收集的所有SD事故進行分析后發(fā)現，飛行員無論是對艙內儀表信息還是艙外視景注意力不集中，都會增加飛機偏離預期姿態(tài)或位置的風險，造成SD事故。

根據公共事故調查委員會的報告，固視或“管狀注意”是導致多起飛機墜毀的重要原因。美國Christopher[11]以C-17飛行人員在阿富汗?jié)u進著陸時差點發(fā)生的飛行事故為例，再次強調了“人的因素”對飛行安全的重要性。該案例中C-17飛行人員，在夜視鏡輔助下飛往阿富汗，其中左座是飛行教練員（Instructor Pilot，IP），右座是飛行評估員（Evaluator Pilot，EP）。由于沒有預料到備降機場無機場燈，該飛行教練員在定位和識別跑道時發(fā)生了固視或“管狀注意”現象。副駕駛員（飛行評估員）沒有執(zhí)行正常操作程序，通報飛機的著陸關鍵高度（距離地面15.24 m），而是將注意力集中在跑道上，而飛機準備著陸時距離跑道地面已不足15.24 m。正常著陸是用推力控制速度、用俯仰姿態(tài)控制下降率。所幸C-17飛機可使用特殊方式著陸，即用推力控制下降率、用俯仰姿態(tài)控制速度，該案例中飛行員使用了比正常大很多的推力才避免了飛機重著陸或摔在跑道前端。必須重視這種飛行操作中常見的引起飛行事故的“人的因素”和可能導致“管狀注意”的原因。

5 彈射救生Mk14和Mk16系列座椅

彈射座椅是機上重要的逃生設備，已經使用了70多年，使成千上萬的飛行員得以成功逃生。為了降低彈射逃生飛行員的死亡率和脊柱受傷率，彈射救生座椅的設計和性能不斷得到優(yōu)化，新型的彈射救生系列座椅已投入使用。美國Martin-Baker飛機公司調查了226起使用現代逃生系統(tǒng)(Mk14 and Mk16系列)彈射逃生飛行員的死亡率和脊柱受傷率，結果發(fā)現彈射后存活率高于90%，而彈射后死亡的飛行員大多是由于包線外彈出或彈出后其他原因導致的。Mk10A、Mk16和US16E（F35）座椅的Z軸指數分別為21、18 g和16 g，從而使脊柱損傷風險概率從26%降低到3%（Mk16），進而降低到不足1%（US16E）。而使用Mk14和Mk16彈射座椅，實際的脊柱損傷率已從29.4%降至3%[12]。

隨著國際航空航天工業(yè)的不斷發(fā)展以及飛機機型、飛行員救生和防護裝備等的更新迭代，2020年航空醫(yī)學研究人員在航衛(wèi)保障方面做了大量研究，并研究出很多有實際應用價值的新技術新方法，如飛行員缺氧監(jiān)測技術、抗荷訓練的效果評估和飛行錯覺的應對方法等，推動了學科的發(fā)展，更好地保障了飛行員的生理、心理健康，筆者僅對航空生理、飛行員心理選拔、人機工效、SD與飛行事故調查、彈射救生等研究內容做了簡要概述，這些熱點問題的研究成果為進一步開展航空醫(yī)學研究提供了新的思路和方法。