海拔高度對官兵軍事作業(yè)能力的影響

王 健，李 成，史以超，劉 輝，耿瑞慧

軍事作業(yè)能力是部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的具體體現(xiàn)，主要包括體力作業(yè)能力、腦力作業(yè)能力和技能。確保每一位官兵在任一環(huán)境和時(shí)刻的健康和作業(yè)效能是我們重要的職責(zé)，尤其是確保高原、寒區(qū)和熱區(qū)等特殊環(huán)境下的作業(yè)能力。我國國土的1/6位于海拔3000 m以上的高海拔地區(qū)，高海拔地區(qū)低氧、寒冷等因素會(huì)對人體機(jī)能產(chǎn)生重要影響，嚴(yán)重危害部隊(duì)官兵的軍事作業(yè)能力。正確評價(jià)高海拔地區(qū)體力作業(yè)能力，對保障高原部隊(duì)官兵身體健康和順利完成軍事作業(yè)任務(wù)具有重要意義。

目前，國內(nèi)主要依據(jù)GJB2559-96《高原士兵體能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、GJB1337-92《士兵體能的測量和評價(jià)》評價(jià)高海拔地區(qū)軍人的有氧能力。其中體力勞動(dòng)能力(physical work capacity，PWC170)是人體在定量負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中心率為170 次/min時(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)條件下單位時(shí)間所作的功率(kg·m/min)，是評價(jià)有氧能力的重要指標(biāo)。最大攝氧量( maximal oxygen consumption，VOmax) 是指在人體內(nèi)進(jìn)行最大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)時(shí)，各器官、系統(tǒng)機(jī)能達(dá)到最高，機(jī)體所攝入的氧含量，是有氧運(yùn)動(dòng)能力測定公認(rèn)最客觀的指標(biāo)，而臺(tái)階指數(shù)則是評價(jià)心肺功能的主要指標(biāo)之一。為了解海拔高度對武警官兵軍事作業(yè)能力的影響，我們比較了不同海拔地區(qū)武警官兵PWC170、VOmax和臺(tái)階指數(shù)結(jié)果，分析其差異及隨海拔高度的變化趨勢，以期為高海拔地區(qū)武警官兵的訓(xùn)練指導(dǎo)及體質(zhì)評價(jià)提供基礎(chǔ)資料。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選取平原駐地海拔高度約50 m，高原駐地海拔高度3100、3650、4050 m的武警某部官兵，剔除勤務(wù)、休假未能按時(shí)參加試驗(yàn)的5例，最終確定178例作為研究對象，均為男性，在駐地的駐防時(shí)間均在1年或以上，已完全習(xí)服高原低氧環(huán)境。所有官兵身心健康，均無心臟、肝、腎等器質(zhì)性疾病，以及糖尿病、高血壓、精神及神經(jīng)系統(tǒng)疾病，受試前均簽署知情同意書并按要求開展測試。入選官兵的基本情況見表1。

表1 不同海拔高度駐地官兵基本情況 )

1.2 研究方法 依據(jù)GJB1337-92《士兵體能的測量和評價(jià)》，采用定量負(fù)荷踏階運(yùn)動(dòng)，踏階運(yùn)動(dòng)的臺(tái)階階高40 cm；用節(jié)拍器控制踏階運(yùn)動(dòng)的踏速，分別為22.5 次/min和30 次/min，每個(gè)踏速運(yùn)動(dòng)持續(xù)5 min。兩個(gè)踏速的運(yùn)動(dòng)分兩次進(jìn)行，先慢后快，前次運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)5 min，再進(jìn)行下一踏速的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)時(shí)的心率用Polar V800心率表測定，以第5分鐘時(shí)的心率作為該踏速下踏階運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的運(yùn)動(dòng)心率。

1.2.1 PWC170 其計(jì)算系根據(jù)功率與運(yùn)動(dòng)心率的線性回歸方程推算，公式為

PWC(kg·m/min)=N+(N-N)[(170-f)/(f-f)]

式中：N、N——兩次踏階運(yùn)動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)的功率，以“kg·m/min”表示；

f、f——兩次踏階運(yùn)動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)的運(yùn)動(dòng)心率，以“次/min”表示。

運(yùn)動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)功率的計(jì)算公式如下：功率(kg·m/min)=[體重(kg)×階高(m)×上下臺(tái)階數(shù)]×4/3

1.2.2 最大攝氧量(VOmax) 按照軍標(biāo)GJB1337-92的求算方法是：按踏階次數(shù)22.5次/min，階高40 cm進(jìn)行踏階運(yùn)動(dòng)5 min后，根據(jù)即刻心率(HR，次/min)及受試者體重(BW，kg) 間接計(jì)算最大攝氧量，其計(jì)算公式是：

VOmax[ml/(min·kg)]=10×1000/BW。

1.2.3 臺(tái)階指數(shù) 心臟功能評價(jià)的重要指標(biāo)，測定方法為：受試者以22.5次/min的頻率進(jìn)行40 cm高踏階，持續(xù)5 min。運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，受試者坐在椅子上休息，測心率恢復(fù)期第1～1.5、2～2.5、4～4.5分鐘的0.5 min恢復(fù)心率，分別計(jì)為P1、P2、P3。

臺(tái)階指數(shù)=活動(dòng)時(shí)間(s)×100 /[( P1 + P2 + P3)×2]。

2 結(jié) 果

2.1 踏階運(yùn)動(dòng)心率結(jié)果 平原海拔駐地官兵靜息心率顯著低于高原3類高海拔地區(qū)軍人的靜息心率，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(<0.05)。而3類高海拔地區(qū)官兵海拔的靜息心率間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。踏階運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)中踏速22.5次/min、30 次/min的運(yùn)動(dòng)心率結(jié)果均顯示，平原官兵的運(yùn)動(dòng)心率顯著低于高海拔地區(qū)運(yùn)動(dòng)心率(<0.05)；海拔4050 m官兵運(yùn)動(dòng)心率高于3100 m和3650 m(<0.05)；3100 m與3650 m的無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(表2)。

表2 不同海拔官兵靜息心率、踏階運(yùn)動(dòng)心率情況 次/min)

2.2 PWC170情況 平原駐地官兵PWC170結(jié)果顯著高于海拔3100 m、3650 m和4050 m，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(<0.01)；高海拔駐地官兵中海拔4050 m PWC170結(jié)果顯著低于海拔3100 m和3650 m(<0.05)，而海拔3100 m和3650 m軍人PWC170無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(表3)。

2.3 VOmax情況 高原駐地官兵VOmax相比平原駐地均有顯著下降(<0.05) ，且高海拔地區(qū)3100 m、3650 m和4050 m 3個(gè)駐地間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(<0.05)，海拔越高，最大攝氧量越低(表3)。

2.4 臺(tái)階指數(shù)結(jié)果 高原各組臺(tái)階指數(shù)相比于平原均顯著下降(<0.05) ，且在3100 m、3650 m和4050 m各海拔梯度間均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(<0.05，表3)。

表3 不同海拔官兵PWC170、最大攝氧量(VO2max)和臺(tái)階指數(shù)情況

3 討 論

高海拔地區(qū)環(huán)境的特點(diǎn)是低壓、寒冷以及缺氧，機(jī)體的生理功能會(huì)發(fā)生多方面適應(yīng)性改變，如心率加快、紅細(xì)胞增多及過度通氣等，這些變化也導(dǎo)致了官兵的生理功能下降。低壓低氧的環(huán)境還影響著部隊(duì)官兵的軍事作業(yè)能力，限制了體能訓(xùn)練的開展和效果，隨著海拔的上升，官兵體能遞次下降。從事強(qiáng)度小、運(yùn)動(dòng)量不大的活動(dòng)，對人體影響較小，但在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)量較大的體能訓(xùn)練時(shí)，就可能會(huì)產(chǎn)生呼吸困難、頭痛頭暈、胸痛、嘔吐等現(xiàn)象，對人體健康產(chǎn)生危害，甚至?xí)l(fā)生高原病。

依據(jù)GJB1337-1992《士兵體能的測量和評價(jià)》標(biāo)準(zhǔn)，軍事作業(yè)能力的測評指標(biāo)有PWC170、VOmax、臺(tái)階指數(shù)、3000 m跑、心功能指數(shù)等。其中，PWC170反映的是測試者在負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中心率達(dá)到170次/min時(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)下，單位時(shí)間所做的功率。其功率的大小可以反映人體體力勞動(dòng)能力的高低，是評估高原和平原部隊(duì)體力勞動(dòng)能力的重要指標(biāo)，也是直接反映軍人體力作業(yè)能力的指標(biāo)。且PWC170 測試過程簡單，采用直接法計(jì)算，可在高原現(xiàn)場實(shí)施。

本研究發(fā)現(xiàn)，平原地區(qū)和高原3個(gè)海拔部隊(duì)官兵的靜息心率和運(yùn)動(dòng)心率存在較大差異，平原軍人的靜息心率顯著低于3類高海拔地區(qū)軍人(<0.05)，而高原3個(gè)海拔的靜息心率間無明顯差異。Hartley等發(fā)現(xiàn)，機(jī)體心血管系統(tǒng)為適應(yīng)高原低氧環(huán)境會(huì)發(fā)生代償性調(diào)節(jié)，通過心率的升高來保持心輸出量，加強(qiáng)機(jī)體氧氣的運(yùn)輸，從而完成大負(fù)荷運(yùn)動(dòng)。隨著機(jī)體的適應(yīng)變化，心力儲(chǔ)備逐漸提高，副交感神經(jīng)等活動(dòng)也增強(qiáng)，高原地區(qū)的心率上限值也高于平原地區(qū)。

本研究發(fā)現(xiàn)，平原駐地官兵PWC170顯著高于海拔3100 m、3650 m和4050 m；高海拔駐地官兵中海拔4050 m PWC170顯著低于海拔3100 m和3650 m，這一結(jié)果與Hamlin等所得結(jié)果一致，表明官兵在高海拔地區(qū)可能通過增加心率、改善心率儲(chǔ)備來適應(yīng)大負(fù)荷運(yùn)動(dòng)。踏階運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中踏速22.5次/min、30次/min的運(yùn)動(dòng)心率結(jié)果也顯示，平原官兵的運(yùn)動(dòng)心率顯著低于高海拔地區(qū)運(yùn)動(dòng)心率；而海拔4050 m官兵運(yùn)動(dòng)心率明顯高于3100 m和3650 m，進(jìn)一步證實(shí)了海拔高度與運(yùn)動(dòng)心率呈正相關(guān)，海拔越高，運(yùn)動(dòng)心率越快，機(jī)體所承受的生理負(fù)荷也越大。在高原低氧環(huán)境中，官兵機(jī)體長期處于低氧狀態(tài)，進(jìn)一步導(dǎo)致了有氧能力的下降。王偉等研究結(jié)果也表明，PWC170在3個(gè)不同海拔(3680 m、4100 m和5380 m)所測結(jié)果，與海拔呈負(fù)相關(guān)，即隨著高原海拔的升高，有氧能力逐步下降，他認(rèn)為海拔越高對心功能影響越大，且負(fù)荷越高心率越快。馮恩志和楊生岳研究中發(fā)現(xiàn)，在海拔3600 m和4500 m測得的PWC170相較平原地區(qū)值分別降低了18.5%和25.7%。

在評價(jià)有氧運(yùn)動(dòng)能力方面，VOmax是公認(rèn)最客觀的指標(biāo)，它與耐力運(yùn)動(dòng)成績密切相關(guān)，其反映了機(jī)體的肺通氣與彌散能力、血液載氧能力、心臟泵血功能等，美國和加拿大等已將它用于軍人的體能評價(jià)。但是VOmax的直接測量對儀器設(shè)備要求較高，且要求進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)量較大，在高海拔地區(qū)測定時(shí)存在一定難度和安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，我國采用耐力運(yùn)動(dòng)后的心率這個(gè)替代方法進(jìn)行估算，這樣規(guī)避了在高海拔地區(qū)體能測試時(shí)劇烈活動(dòng)所帶來的安全隱患。臺(tái)階指數(shù)則是根據(jù)臺(tái)階運(yùn)動(dòng)負(fù)荷試驗(yàn)的恢復(fù)心率和運(yùn)動(dòng)時(shí)間計(jì)算而得的指數(shù)，是評價(jià)心肺功能的主要指標(biāo)之一。從本研究的結(jié)果可以得出，VOmax和臺(tái)階指數(shù)隨著海拔的升高而降低，官兵的有氧能力逐步下降，也表明了高原低氧環(huán)境對有氧能力的影響是客觀存在的，部隊(duì)的習(xí)服措施和高原體能訓(xùn)練仍不能克服這種極端自然環(huán)境的負(fù)性影響。

本研究發(fā)現(xiàn)，隨著海拔的升高官兵體力勞動(dòng)能力逐步下降，呈負(fù)相關(guān)，且PWC170可作為評價(jià)高原官兵有氧能力的指標(biāo)。此次調(diào)查受各種條件的限制，仍存在諸多問題，如部隊(duì)官兵調(diào)查樣本量較小、官兵由于身高和協(xié)調(diào)性的差距在踏階節(jié)奏的統(tǒng)一性低，以及在運(yùn)動(dòng)心率記錄時(shí)的時(shí)間差異性等。所以，調(diào)查結(jié)論可能會(huì)存在一定程度的偏差。今后，我們將通過擴(kuò)大樣本量，采用節(jié)拍器及電子心率測量儀等進(jìn)一步研究，以期為我國高海拔地區(qū)官兵的體能訓(xùn)練研究提供數(shù)據(jù)支撐。