缺氧對不同軍種、機種飛行人員心率變異性與生理參數的影響

文童，李小龍，池巍，劉飛，谷蒙，李燕芝

航空飛行中的低氣壓、缺氧、噪聲、加速度、溫度、振動等因素會引起飛行人員飛行疲勞，對長期飛行的飛行人員健康、飛行安全產生重要影響[1]。缺氧是飛行安全最主要的危險因素[2]，缺氧時，飛行人員相關生理指標的變化是不同的飛行環境因素、機種、飛行任務長期作用機體的綜合表現結果，呼吸、循環系統的代償反應是缺氧時最早出現的應激反應。本研究通過對285名不同軍種、不同機種飛行人員在模擬缺氧環境下的心率變異性(heart rate variability, HRV)和生理參數值進行比較分析，了解不同飛行環境、不同機種對飛行人員健康和生理功能的影響，為各軍種飛行人員健康保障和飛行訓練提供科學依據，提高和維護飛行人員飛行能力，保證飛行安全和飛行任務的順利完成。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選擇2016年1月至2019年8月在某療養中心療養的285名飛行人員為研究對象，大體檢后經健康鑒定委員會鑒定健康等級為甲級，飛行合格。空軍飛行人員158人，其中殲擊機88人，運輸機51人，直升機19人；海軍飛行人員78人，其中殲擊機21人，運輸機35人，直升機22人；陸航(陸軍)直升機49人。各組飛行人員之間年齡、飛行時間、體質量指數(BMI)比較差異無統計學意義(P>0.05)，具有可比性。見表1。

表1 不同軍種、不同機種飛行人員BMI、年齡、飛行時間比較(x±s)

1.2 方法

1.2.1 主要設備器材 飛行員抗荷抗缺氧能力檢測儀，飛行人員生理參數檢測儀(均由空軍醫學研究所研制)。

1.2.2 數據采集方法和檢測指標 測試前、測試時排除其他干擾因素。模擬高度為7 500 m高空，通過抗荷抗缺氧儀器將氧濃度調至7.1%，按操作程序對飛行人員進行缺氧體驗和耐力檢測，將生理參數檢測儀佩戴于飛行人員胸前(V5位置)并記錄模擬缺氧3 min飛行人員HRV相關指標，包括時域指標相鄰R-R間期之差的均方根值(root mean square of the successive nomal intervals difference，RMSSD)，頻域指標極低頻功率 (very low frequency，VLF)、低頻功率 (low frequency，LF)、高頻功率(high frequency，HF)、低頻標準化(low frequency normalized unit，LFNU)、高頻標準化(high frequency normalized unit，HFNU)、低頻與高頻之比(LF/HF)、總功率(toal power，TP)等，相關生理參數包括心率，呼吸頻率、體表溫度。生理參數檢測儀生成的數據包通過Excel 2007導出加以整理歸類分析。

1.3 統計學處理

用SPSS 17.0統計軟件包進行處理。計量資料以均數±標準差(x±s)表示。3組之間比較采用單因素方差分析(正態分布時)或非參數分析(非正態分布)。2組之間比較采用t檢驗(正態分布)或非參數分析(非正態分布)。P<0.05 表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 不同軍種同機種飛行人員HRV比較

缺氧3 min后，空軍、海軍直升機飛行人員VLF、TP值明顯低于陸航直升機飛行人員，差異均有統計學意義(P<0.05或P<0.01)；海軍殲擊機飛行人員LF/HF明顯高于空軍殲擊機飛行人員，差異有統計學意義(P<0.05)。 見表2。

表2 不同軍種、不同機種飛行人員缺氧3 min后HRV相關指標比較(x±s)

2.2 同軍種不同機種飛行人員HRV比較

缺氧3 min后，海軍直升機飛行人員VLF值明顯低于海軍殲擊機飛行人員(P<0.05)；海軍運輸機飛行人員LFNU值明顯低于海軍殲擊機飛行人員，而HFNU值明顯高于海軍殲擊機飛行人員，差異均有統計學意義(P<0.05)；空軍各機種飛行人員HRV比較無明顯差異。見表2。

2.3 不同軍種同機種飛行人員生理參數比較

缺氧前，海軍直升機飛行人員心率明顯高于空軍、陸航直升機飛行人員，差異均有統計學意義(P<0.05或P<0.01)；缺氧后，海軍直升機飛行人員心率明顯高于陸航直升機飛行人員，差異有統計學意義(P<0.05)。缺氧前后不同軍種同機種之間呼吸頻率、體表溫度差異無統計學意義(P>0.05)。見表3。

表3 不同軍種、不同機種飛行人員生理參數比較(x±s)

2.4 同軍種不同機種飛行人員生理參數比較

空軍直升機飛行人員缺氧后呼吸頻率明顯高于空軍殲擊機飛行人員，差異有統計學意義(P<0.05)。海軍運輸機飛行人員缺氧后呼吸頻率明顯低于海軍殲擊機和直升機飛行人員，差異均有統計學意義(P<0.05或P<0.01)。海軍殲擊機飛行人員缺氧后體表溫度明顯低于海軍運輸機和直升機飛行人員，差異均有統計學意義(P<0.05)。見表3。

3 討論

急性缺氧會引起機體發生特異性和非特異性反應。特異性反應是指呼吸、循環系統協調發揮代償功能，心率表現為加快，呼吸表現為呼吸頻率和肺通氣量變化，缺氧耐力好者呼吸頻率的變化表現為呼吸頻率相對穩定而呼吸深度(肺通氣量)增加。非特異性指的是一種應激源通過下丘腦—垂體—腎上腺皮質系統引起的應激反應，是一種神經體液應激反應[2]，也會對呼吸和循環產生影響，人的心率和呼吸頻率受控于自主神經。大量研究發現HRV對心理或者生理產生的應激均有良好的反應性[3]，HRV被廣泛運用于訓練、運動和疾病監控中。心臟作為對應激和缺氧最敏感的臟器，缺氧時心率和HRV隨之發生明顯改變。HRV是指逐次心搏間的微小差異，其變化反映的是自主神經功能，即交感神經和迷走神經活性及其平衡協調關系。不同機種以及不同軍種由于飛行環境和執行的飛行任務不同，對飛行人員健康、心理、生理功能有不同的影響[4-6]。

3.1 缺氧對不同軍種同機種飛行人員HRV與生理參數的變化影響

缺氧3 min后，陸航直升機飛行人員VLF、TP值均高于海軍直升機、空軍直升機飛行人員，說明陸航直升機飛行人員交感神經、迷走神經緊張度均高于其他軍種直升機飛行人員。究其原因，雖然海軍直升機飛行人員飛行環境比陸航飛行員復雜，但目前我軍陸航飛行員的飛行任務相對于海軍重，飛行任務多樣，飛行強度大[7]。 有報道發現，陸航直升機飛行人員心理健康低于海軍直升機飛行人員[8]。早期的疲乏會引起機體交感神經為維持機體生理代償需要而保持興奮狀態，若機體疲乏和興奮時間太久容易引起交感神經失代償，出現腦疲勞，則緊張度反而降低[9-10]。海軍直升機飛行人員心率高，與其飛行處于水文氣候復雜惡劣環境，在海面飛行低空缺少參照物，容易引起錯覺，且降落艦船場地狹窄，長期處于這種精神緊張飛行狀態使得海軍直升機飛行人員心理壓力大，基礎心率適應性增高，加之缺氧耐受性差，缺氧時心臟更敏感，故心率也明顯增加。惡劣飛行環境是使海軍直升機飛行人員平均基礎心率以及缺氧后心率明顯高于其他軍種直升機飛行人員的主要原因。

與空軍殲擊機飛行人員比較，海軍殲擊機飛行人員在海面高空飛行，參照物少，容易引起視錯覺和定向障礙，長期海上飛行使得海軍殲擊機飛行人員精神壓力大，惡劣的飛行環境使得海軍殲擊機飛行人員交感神經緊張度高，精神處于疲勞狀態。余紅英[11]發現海軍飛行人員SCL-90測評得分明顯高于空軍飛行人員。本研究中海軍殲擊機飛行人員HRV低頻功率高于空軍殲擊機飛行人員，而高頻功率則相反，LF/HF值明顯高于空軍殲擊機飛行人員，提示前者交感神經與迷走神經的平衡性不如后者。這與程珊等[12]報道相一致，精神疲勞狀態使得心率變異性低頻譜功率升高，高頻譜功率降低。

3.2 缺氧對同軍種不同機種飛行人員HRV與生理參數的影響

缺氧后海軍直升機飛行人員心率明顯高于海軍殲擊機飛行人員，而VLF值前者明顯低于后者。相對海軍殲擊機飛行人員而言，海軍直升機飛行環境更惡劣，海軍直升機在海面低空飛行，飛行人員更容易發生視覺錯覺和定向障礙。目前我海軍直升機多為艦載機，本文所提海軍殲擊機均非艦載機，我軍艦艇相對較小，直升機起降難度大，加之直升機噪聲和振動大，惡劣的飛行環境使得直升機飛行人員心理負荷重[1]。海軍直升機飛行人員比海軍殲擊機飛行人員更容易發生腦力疲勞，殲擊機飛行人員比海軍直升機飛行人員更容易發生體力疲勞[13-14]。體力疲勞屬于急性疲勞，比腦力疲勞更容易恢復[9]，長期處于腦力疲勞者交感神經活性降低，VLF也隨之降低,同時直升機飛行人員缺氧耐力不如殲擊機。既往研究發現，殲擊機飛行人員缺氧耐力強于其他機種飛行人員[15-16]。大腦對缺氧最敏感，故缺氧時心率應激性增加。殲擊機飛行人員缺氧耐力強和平時的體育鍛煉、各種訓練強度高于直升機飛行人員有關，習服和體育鍛煉可提高人的缺氧耐力[2]。海軍運輸機飛行人員LFNU值明顯低于海軍殲擊機飛行人員，而HFNU值明顯高于海軍殲擊機飛行人員，海軍直升機飛行人員 VLF 明顯低于海軍殲擊機飛行人員，這表明殲擊機飛行人員交感神經活躍，但迷走神經活性不如運輸機、直升機飛行人員。日常訓練中，海軍殲擊機飛行人員單次飛行時間一般來說短于運輸機和直升機飛行人員，但由于受高空飛行、高速、加速度高增長率、飛行任務等高負荷影響，導致海軍殲擊機飛行人員交感神經緊張度高于海軍運輸機、直升機飛行人員。海軍運輸機飛行人員缺氧后呼吸頻率明顯低于海軍殲擊機和海軍直升機飛行人員，這可能由于海軍運輸機交感神經緊張度低(LFNU值低)、迷走神經緊張度高(HF、HFNU、LF/HF值高)抑制呼吸，使得呼吸頻率低，屬于在安全缺氧時間內的一種自我調節，使機體處于最低耗氧生理工作狀態。海軍直升機飛行人員由于精神壓力大，腦疲勞明顯，缺氧耐力也不如殲擊機飛行人員，缺氧耐力差和心率快引起缺氧時呼吸頻率相應代償增高。缺氧后海軍直升機、運輸機飛行人員體表溫度均明顯高于海軍殲擊機飛行人員，可能由于前兩者缺氧耐力較低，為維持機體能量所需，缺氧使得血糖酵解增加所致[1]，這和軍種環境有關。空軍直升機飛行人員缺氧后的呼吸頻率明顯高于同軍種殲擊機飛行人員，也與前者缺氧耐力低有關，必須通過增加呼吸頻率來代償缺氧，維持機體需要。

海軍和空軍各機種飛行人員除了心率、TP值的變化趨勢一致外，其他HRV值變化趨勢截然相反，這表明不同飛行環境對飛行人員HRV有不同的影響。本研究與有關研究資料[3,17-18]顯示，軍隊飛行人員總體HRV活性下降，以交感神經活性(低頻功率)降低為主。有研究證明低頻功率活性下降會導致心血管疾病的風險增高[19]。本研究中殲擊機與運輸機飛行人員缺氧后的LFNU、HFNU結果與既往研究結果有所不同[20]，這與HRV測試時間、方法方式和環境條件、軍種區分有關。需要指出的是，由于HRV各相關指標波動幅度大，且測量標準方式不一，目前對HRV值的意義有較大爭議，故本研究中缺氧引起HRV相關指標的變化，不能用來作為評估飛行人員缺氧耐力的指標，但可以評估飛行人員自主神經功能[21]。

綜上所述，受各種長期復雜的飛行因素和飛行任務對機體累積的綜合影響，缺氧時不同軍種以及同軍種不同機種飛行人員HRV、生理參數不同程度地存在差異，自主神經功能受損，心血管疾病風險增加。為維護和鞏固飛行人員健康，保證飛行安全和飛行任務的完成，建議從以下幾方面進行改善：一是對不同軍種飛行人員飛行任務的性質及強度應根據飛行環境做相應調整；二是加強飛行環境適應性訓練，從而提高飛行人員體能素質和飛行能力；三是改善飛機性能，減少飛機和飛行環境對飛行人員健康影響，減少人機矛盾。