空軍青少年航空學校學生改進抗荷體質訓練效果評價

張靈婕，鄒志康，李 浩，張金龍，王文辰，王安利*

本課題組前期關于抗荷能力的研究表明，頸圍、胸圍、上下肢圍度、BMI、腰臀比、體脂率等體脂相關指標，以及維爾維克指數、比大腿圍綜合指標和握力是抗荷體質的核心指標。空軍青少年航空學校的建立是超前培養高素質飛行人才，把飛行苗子的儲備向高中階段延展的戰略舉措（鄒志康 等，2018），該階段的學生處在14～18歲生長發育快速的青春期，是著重發展有氧耐力和肌肉力量的敏感時期（林惠美 等，2015）。目前傳統的抗荷體質訓練存在著飛行員專項素質訓練針對性不足的問題，這也是其他軍事強國所面臨的尚未有效解決的難題。本課題組緊抓航校學生生長發育的關鍵期，針對飛行員體質需求，對“訓什么”“怎么訓”進行了探究和驗證，這對于從源頭上提高飛行人才抗荷體質能力、奠定高素質飛行人才的抗荷體質基礎至關重要。

當代戰斗機性能不斷提高，空戰越來越激烈，飛行員駕駛高性能戰斗機所承受的負荷壓力越來越大，+Gz①航空醫學中將飛行時戰斗機產生的作用于飛行員身上的慣性力稱為載荷，其中由足指向頭的慣性力為正載荷（+Gz），高載荷的快速增長率+Gz可以引起血液快速向足部轉移，造成大腦缺血，飛行員很容易發生+Gz致意識喪失。致意識喪失、加速度性肺不張和頸腰部損傷等頻發，良好的抗荷體質是支撐飛行專項技術的身體基礎。目前研究表明，過量的有氧耐力訓練會降低抗G耐力（Bateman et al.，2006； Roger et al.， 2013）。研究人員認為，過量有氧耐力訓練會增強迷走神經張力，減弱心率在G作用下的代償反射機制，引起毛細血管的增生，在G作用時增大瘀血容積，導致G耐力下降（耿喜臣， 1996）。而力量訓練可以有效提高抗G耐力，早在20世紀80年代就有研究發現，力量訓練可以有效提高抗荷動作的耐受時間（Epperson et al.，1982， 1985）。后期學者通過不同的力量干預方案證明，力量訓練特別是核心和下肢力量，可以顯著改善抗G耐力（Lightfoot et al.， 1994； Tesch et al.， 1983）。因此，在保證適當有氧耐力前提下，著重訓練下肢和核心肌力，可以幫助飛行員在持續性+Gz的作用下促使血液回流，起到天然抗荷的作用（李立華 等，2005），減少由此導致的視覺障礙和意識喪失等引發的飛行事故的發生。同時，訓練飛行員具有良好的頸部力量素質和核心穩定性可以有效預防頸腰部損傷，對于作戰能力的提高也至關重要（Alricsson et al.， 2004）。

目前空軍青少年航空學校的傳統抗荷體質訓練，在完成普通高中教學大綱任務的前提下，著重進行3000 m耐力訓練和俯臥撐、引體向上等空軍飛行員力量訓練相關要求的練習項目。改進抗荷體質訓練方案立足于航校實際訓練條件，結合14～18歲人體發育特點和戰斗機飛行員專項體質需求，在有效提高有氧耐力的前提下，以提高全身各部肌肉力量為主，著重發展核心和下肢力量，以抗身體自重為主要的負荷形式，按照高強度間歇的方式進行。高強度間歇練習對于處在身高成長高峰-成長減緩期的航校學生，可以高效發展其有氧能力和肌肉力量（林惠美 等，2015），同時由于高強度間歇運動所需時間短，更符合航校學生上課情況，易被學生接受及完成（劉濤 等，2019）。

本研究以某空軍青少年航空學校高一階段2個年級的學生為研究對象，最大程度確保研究對象的訓練時間和頻率、飲食、學習強度等各方面混雜因素一致，通過觀察分析與抗荷體質相關的身體測量指標的變化，探究空軍青少年航空學校改進抗荷體質訓練的訓練效果。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以某空軍青少年航空學校高一階段兩個年級的139名學生為研究對象，2016級為對照組，2017級為試驗組。對照組共76人，男性，年齡15.47±0.58歲（最小14歲，最大17歲）。試驗組共63人，男性，年齡15.33±0.54歲（最小14歲，最大16歲）。納入研究對象的學生均通過統一標準選拔，兩組基線數據除了腰圍（P＜0.05）外，其他指標均無統計學差異（P＞0.05，表1）。

表1 試驗組和對照組基線情況Table 1 The Baseline Data between Control Group and Experimental Group

1.2 研究方法

1.2.1 試驗設計和訓練方案

設計為非隨機對照研究，研究周期長達3年，共進行3次測試，第1次測試于2016年11月2016級學生剛入學時，采集2016級基線測試結果；第2次測試于2017年11月2017級學生剛入學時，采集2016級學生1年傳統抗荷體質訓練后測試結果和2017級基線測試結果；第3次測試于2018年11月進行，采集2017級學生1年改進抗荷體質訓練后測試結果。在同一所空軍青少年航空學校培養條件下，保證研究對象各方面混雜因素一致。在2017級學生入學前，對帶隊訓練的體育老師和駐校教導進行改進抗荷體質訓練方案和訓練記錄反饋制度的培訓。改進抗荷體質訓練方案按照飛行員專項需求和青少年階段訓練特點，并結合空軍青少年航校實際情況制定，由高強度間歇跑步訓練和高強度間歇徒手力量訓練2部分組成，一周2次體育課，分別進行1次高強度間歇跑步訓練和1次高強度間歇徒手力量訓練，周末訓練課則進行高強度間歇跑步訓練。高強度間歇跑步訓練要求全力跑200 m，間歇以50%速度跑600 m，重復4～6組。高強度間歇徒手力量訓練，主要訓練部位為軀干和下肢，練習方式以抗身體自重力量訓練和彈性練習為主，著重發展核心力量和下肢爆發力，每次練習用時約30 min，練習包括熱身活動、主要練習內容和整理活動3部分。熱身活動包括2圈慢跑、30 s開合跳和3個動態拉伸動作；主要練習內容包括1個上肢力量練習、4個核心力量練習、6個下肢力量練習和2個全身動作；整理活動包括5個靜態拉伸動作，在主要練習內容中，不同的練習穿插進行，中間無間斷和休息。對照組2016級學生在高一階段進行傳統抗荷體質訓練，體育課完成普通高中教學大綱任務前提下，著重訓練3000 m耐力訓練和俯臥撐、引體向上等空軍飛行員力量訓練相關要求的練習項目，周末則進行隊列訓練和3000 m耐力訓練（表2）。

表2 傳統抗荷體質訓練和改進抗荷體質訓練方案對比Table 2 Comparison of Traditional Anti-G Constitution Training and Modi fied Anti-G Constitution Training Programs

1.2.2 測試指標

在學生剛入學時和干預一年后按照檢測流程進行雙盲法檢測，所有測試嚴格按照《空軍招收飛行學生體格檢查標準（試行）》所規定方法進行測量，檢測人員均為有經驗的飛行員醫學選拔醫師。測量指標包括身高、體重、頸圍、胸圍、腰圍、臀圍、大腿圍、上臂圍和握力。握力測試使用電子握力計（天津璽源牌日用品科技有限公司，中國），測量3次，取最大值。根據公式得出與體脂和抗荷體質相關的指標：體質指數（BMI）=體質量（kg）/身高2（m2）、腰臀比（WHR）=腰圍（cm）/臀圍（cm）×100、腰圍/身高（WHtR）=腰圍（cm）/身高（cm）、比大腿圍=右大腿圍（cm）/身高（cm）×100、維爾維克指數=〔體重（kg）+胸圍（cm）〕/身高（cm）×100、體脂率=-50.875+0.572×臀圍（cm）+0.777×BMI（張金龍 等， 2018； 張麗麗， 2011）。

1.2.3 統計分析

統計分析采用SPSS 25.0統計軟件。正態分布的定量數據組間差異分析采用t檢驗；偏態分布的計量資料采用Mann-Whitney U檢驗；正態分布的定量數據的配對資料采用配對t檢驗；偏態分布的計量資料采用Wilcoxon signed rank test檢驗。計量資料以M±SD表示，P＜0.05認為有統計學差異。

2 研究結果

2.1 干預前后基本信息變化

1年干預后，對照組和試驗組的身高和體重均有顯著性提高（P＜0.001），兩組干預前的身高和體重沒有統計學差異（P＞0.05），試驗組身高增長幅度大于對照組（P＜0.05）；體重變化值兩組間無統計學意義（P＞0.05，表3）。

2.2 干預前后軀干圍度變化

對照組和試驗組在1年干預后，胸圍和臀圍均顯著增長（P＜0.05），變化值兩組間無統計學意義（P＞0.05）。試驗組頸圍顯著增長（P＜0.001），對照組未發生顯著性變化（P＞0.05），試驗組變化值顯著高于對照組（P＜0.05，表4）。

表3 干預前后基本信息變化Table 3 The Changes of Basic Information after Intervention

表4 干預前后軀干圍度變化Table 4 The Changes of Trunk Circumferences after Intervention

2.3 干預前后四肢圍度變化

1年干預后，試驗組左、右上臂圍和左、右大腿圍均顯著增長（P＜0.001），對照組左、右上臂圍也呈現出顯著性增長（P＜0.001），但是左、右大腿圍未發生顯著性變化（P＞0.05）。比較兩組變化值的差異，試驗組四肢圍度增長量均顯著大于對照組（P＜0.05，表5）。

2.4 干預前后體脂變化

1年干預后，對照組BMI指數、腰圍、腰圍/身高和體脂率均顯著增長（P＜0.05），腰臀比未發生顯著性變化（P＞0.05）；試驗組體脂率顯著提高（P＜0.05），腰臀比顯著降低（P＜0.05），BMI指數和腰圍/身高未發生顯著性變化（P＞0.05），但是腰圍/身高呈現出下降趨勢。比較兩組變化值的差異顯示，對照組腰臀比和腰圍/身高增長量顯著大于試驗組（P＜0.05），BMI和體脂率變化值兩組間無統計學意義（P＞0.05），對照組的腰圍顯著提高（P＜0.001），但是試驗組的腰圍未發生顯著性變化（P＞0.05），對照組腰圍的變化值顯著大于試驗組（P＜0.05，表6）。

2.5 干預前后綜合指標和握力變化

1年干預后，對照組和試驗組的維爾維克指數和左、右握力均顯著增長（P＜0.05），試驗組比大腿圍增長顯著（P＜0.001），對照組則無顯著變化（P＞0.05）。比較兩組變化值的差異，試驗組比大腿圍變化值顯著大于對照組（P＜0.001），維爾維克指數、左握力、右握力變化值在兩組間無統計學意義（P＞0.05，表7）。

表5 干預前后四肢圍度變化Table 5 The Changes of Upper and Lower Extremity Circumferences after Intervention

表6 干預前后體脂指標變化Table 6 The Changes of Body Fat Indicators after Intervention

表7 干預前后綜合指標和握力變化Table 7 The Changes of Comprehensive Indicators and Grip Strength after Intervention

3 討論與分析

13～15歲青少年處在身高成長高峰-成長減緩期，此階段有氧能力與肌力功能的可塑性較佳，有氧訓練方法以間歇訓練為主（Armstrong， 2007； Stratton et al.， 2004），肌力發展通常在成長高峰后一年內為最佳時間，此時男生力量增強，男生必須在身高成長高峰期12～18個月后開始著重肌力訓練。15～20歲為成長減緩期-停止成長期，此時期身體各生理機能發育成熟，可逐漸增強訓練強度與訓練量。因此，改進抗荷體質訓練在高一階段以高強度間歇跑步訓練為主，在有效發展學生有氧耐力的前提下，通過高強度間歇徒手力量訓練發展全身肌肉力量，以核心和下肢肌力為發展重點，為高二階段的抗阻力量訓練奠定身體基礎。

本研究旨在探究改進抗荷體質訓練方案在真實訓練條件下實行的實際訓練效果。前期研究說明人體測量指標中的頸圍、胸圍、四肢圍度、BMI、腰臀比、體脂率等體脂相關指標，以及維爾維克指數、比大腿圍等綜合指標和握力是抗荷體質的核心指標?；谏眢w測量指標的變化，本研究探討分析了1年改進抗荷體質訓練與傳統抗荷體質訓練，對空軍青少年航空學校高一年級學生軀干和四肢圍度、體脂指標、綜合指標和握力影響效果的差異，從體脂情況和力量素質兩方面，對結果進行進一步解讀，驗證方案的實際訓練效果。

3.1 改進抗荷體質訓練和傳統抗荷體質訓練對體脂情況影響的比較分析

日趨嚴重的青少年肥胖已變成全球健康問題，無論發展中國家，還是發達國家都深受其擾（Gupta et al.， 2012）。有研究采用BMI、WC、WHR、WHtR作為評價青少年超重肥胖的指標（Alves et al.， 2017； Costa et al.， 2017； Logan et al.， 2016），還有研究通過人體測量指標得出不同的體脂計算公式，來估算評價體脂率。本研究的體脂率指標參考張麗麗（2011）針對中國青春后期男生體脂率計算公式得出。BMI是評價全身體脂的指標，WC、WHR和WHTR是評價中心肥胖的指標，Alves等（2017）研究結果已經證明人體測量指標及其得出的指數，包括BMI、WC和WHtR，與DXA等進行分析，具有很高的肥胖辨別能力。本研究以BMI、WC、WHR、WHtR為主，結合體脂率用以評價研究對象體脂情況的變化。

本研究發現全身體脂指標中，對照組BMI指數和體脂率均顯著增長，與此對比，試驗組的BMI指數未發生顯著性變化，體脂率有顯著提高，BMI和體脂率變化值在兩組間無統計學意義。而中心肥胖指標中，干預前搜集的基線數據顯示，試驗組的腰圍顯著高于對照組，1年干預后，對照組的腰圍顯著提高，但是試驗組的腰圍未發生顯著性變化；對照組的腰圍/身高呈現顯著增長，腰臀比未發生顯著性變化，試驗組的腰臀比顯著降低，腰圍/身高雖然未發生顯著性變化，但是呈現出下降趨勢，腰圍、腰臀比和腰圍/身高變化值兩組間存在顯著差異。說明對照組和試驗組全身體脂的變化區別不大，但是對照組表現出中心肥胖的趨勢，而試驗組中心肥胖趨勢得到了有效的控制，兩組間的差異具有統計學意義。

試驗組中心肥胖趨勢得到有效控制，印證了前期大量研究結論，即高強度間歇訓練對超重肥胖的控制改善效果顯著（曹甍 等， 2018； 鄧建偉 等 2019； 張戈， 2016； 朱小烽 等， 2010），可以有效減少腹部脂肪（王京京， 2013）和腰圍（Whyte， 2010）。從本研究體脂指標的變化中，我們可以間接推斷研究對象的有氧耐力情況。已有研究指出，體脂含量越高、最大攝氧能力越低（Henriksson， 2016；Mcgavock et al.， 2012）。Gon?alves等（2018）探究人體測量指標與最大攝氧量關系后發現，最大攝氧量高的青少年，其人體測量指標顯示過度肥胖的概率越低。從兩組有氧耐力訓練方式的區別進行分析，對照組進行的是以3000 m為主的持續訓練，試驗組則為高強度間歇訓練。已有研究指出，間歇訓練對有氧耐力的提高效果要優于持續訓練（朱榮 等， 2017； 朱小烽 等， 2010），其中機制與中樞和外周適應兩方面有關（曹甍 等， 2018），在中樞適應中，間歇訓練通過增加最大心輸出量、總血紅蛋白和血漿數量來提高對氧的利用率，在外周適應中，間歇訓練后肌糖原合成增加（施曼莉 等， 2015； Little et al.， 2010； Manabe et al.， 2012），增加了肌肉收縮所需的能量物質，推遲血糖的利用，同時顯著提高線粒體活動相關的蛋白質的最大活動量，誘發骨骼肌更具備抗耐力的有氧結構變化（Burgomaster et al.，2010； Gibala et al.， 2010）。

綜上，改進抗荷體質訓練采取高強度間歇訓練方式，與傳統抗荷體質采用的持續訓練對比，對航校學生肥胖趨勢的控制和有氧耐力能力的提高有更高效的訓練效果。目前絕大多數干預研究多以6～16周的短期干預為主，本研究干預周期長達1年，融入青少年航空學校高中教學的實際情境中，取得了顯著效果。

3.2 改進抗荷體質訓練和傳統抗荷體質訓練對力量素質影響的比較分析

青少年許多運動表現由下肢肌肉大小和成分決定，有研究認為，全身或局部的肌肉組成是決定運動表現的因素之一（Carvalho et al.， 2011； Silva et al.， 2008），針對青少年的許多健康測試也是以四肢骨骼肌體積來體現（ Valente-Dos-Santos et al.， 2013）。青航校學生所處階段正是體內激素分泌增加、身體快速增長的關鍵時期，特別對于培養目標是戰斗機飛行員的航空班學生，軀干特別是下肢的力量對于抗荷能力至關重要。我國早期研究提出，飛行員專項體能需求同短跑和類舉重運動員類似（李立華 等，2005）。軍事強國俄羅斯體能訓練中特別強調核心和腿部肌肉力量的練習，要求在進行蘇-27飛機飛行訓練前，飛行員必須經過力量測試，測試要求飛行員單側下肢蹬力要達到140 kg并且持續30 s，雙側下肢蹬力要達到280 kg并持續30 s。

Gobbo等（2013）通過人體測量指標來預計肌肉體積和骨骼肌質量，用以評價抗阻練習的訓練效果。本研究中，在試驗組和對照組的全身體脂指標變化無統計學差異情況下，我們認為圍度指標可以評價全身肌肉含量和肌肉分布情況。軀干圍度指標中的胸圍、四肢圍度中的上臂圍、綜合指標中的維爾維克指數和左右兩側握力，作為評價上半身肌肉量的指標；四肢圍度中的大腿圍和綜合指標中的比大腿圍，作為評價下半身肌肉量的指標。本研究分析發現，對照組和試驗組胸圍、左、右上臂圍、維爾維克指數和左、右握力在1年干預后均顯著增長，在評價上半身肌肉量的指標中，胸圍、左、右握力和維爾維克指數1年干預后的變化值在兩組中并沒有顯著差異，但是在上臂圍中，試驗組的增長量顯著大于對照組。值得特別關注的是下半身肌肉量指標的變化，試驗組在1年干預后，左、右大腿圍和比大腿圍顯著增長，而對照組組均未發生顯著性變化，試驗組增長量顯著大于對照組。除此之外，試驗組頸圍顯著提高，其變化值要顯著高于對照組。對于受到頸部損傷困擾影響飛行任務的飛行員，這種專項性變化是對預防頸部損傷的積極應對。

由上，試驗組與對照組在上半身肌肉量增長對比中基本沒有差別，只是試驗組上臂圍的增長量要顯著優于對照組；而在下半身肌肉量的對比中，試驗組所有指標均顯著優于對照組，表現出四肢圍度增長優于對照組，特別是下肢圍度，表明改進抗荷體質訓練方案實施1年后，下肢和核心訓練部位的著重強調在青航校高一年級學生的體型上得到體現。從兩組的訓練方式和訓練內容的區別進行分析，對照組著重訓練俯臥撐、引體向上等練習項目，而這些考核項目均為上半身徒手力量測試，直接導致了航班學生培養訓練過程中對核心和下肢力量訓練的忽視。改進抗荷體質訓練中的高強度間歇徒手力量訓練以核心和下肢為重點訓練部位，練習方式涉及各種蹲跳和快速的下肢跑跳動作，可以有效發展學生的快速力量和神經肌肉控制能力。已有研究證明，HIIT訓練會高效增強動作單位傳導速度（Martinez-Valdes et al.， 2018），增強肌肉力量（Astorino et al.， 2012），增加肌肉體積（Sculthorpe et al.，2017）。Sculthorpe（2017）認為，在HIIT練習中增加下肢練習的頻率和運動量可增加下肢肌肉含量，本研究的結果也進一步驗證了上述結論。改進抗荷體質訓練采取側重下肢和核心力量訓練的高強度間歇訓練方式，對航校學生的下肢肌肉體積和含量的提高和專項化體型的形成有更高效的訓練效果。

4 結論

1年改進抗荷體質訓練干預后，試驗組體型變化與對照組相比，總體表現為四肢更強壯，特別是下肢強壯顯著，中心肥胖得到有效控制，頸部更強健。這種體型變化更能滿足飛行員抗荷體質要求和預防頸腰部損傷需求，對奠定精英飛行員強大的身體基礎具有重要意義。