不同低氧耐力飛行人員訓練前后尿中皮質醇和睪酮及其代謝產物比較

[中圖分類號]R852 [文獻標志碼］A [文章編號] 2096-5532（2025）03-0391-04 doi：10.11712/jms.2096-5532.2025.61.094 [開放科學（資源服務）標識碼（OSID）]i [網絡出版] https：//link.cnki.net/urlid/37.1517.R.20250731.1609.004; 2025-08-0113：29：05

Comparisonofurinarycortisolandtestosteroneandteirmetabolitesamongaviationpersonnelwithdifferenthypoxicendurancelevels before and after training ZHENG Hongxia ， PAN Xiangrong， WANG Peng， TIAN Jianquan， WANG Zheng，LIN Shuang （Qingdao Special Servicemen Recuperation Center of PLA Navy，Qingdao 266O71，China）

[Abstract]ObjectiveTocomparetheurinarycontentofcortisol，testosterone，andtheir metabolitesamongflight person nelwithdiferenthypoxiatolerancelevelsbeforeandaftertraining，andtofindconvenientdetectionindicatorsforimmediatehy poxiatoleranceaessmentforflightpersonel.MethodsMaleflightpersonnelwhounderwenthypoxiatolerance trainingatour center were selected.Using the KK-1type anti-Gandanti-hypoxia detection device developed byamedicalresearchinstitute，30 participants eachwereselectedintothreegroupsaccordingtothehypoxiatoleranceresults：qualifiedgroup，goodgroup，and excellentgroup.Bygaschromatography-masspectrometry，thethree groupswere measuredforthelevelsofcortisol，testosteroneand their metabolites，including epitestosterone（ET），etiocholanolone（Etio），androsterone（ An） ， 5α -androstane 3α 17β? diol（5α）， 5β? androstane 3α，17β -diol （5β） ，11-hydroxytestosterone（11-OHT），11-hydroxyandrostenedione（11-OHA4），17-hydroxycorticosteroids（17-OH），and17-ketosteroids（17-O）beforeandaftertraining.ResultsAcrossthethre groups，thelevelsof theindicators were all significantly increased after training Φ_t=-17.479 to -3.726 ， Plt;0.05 ）.The covariance analysis showed that individual hypoxia tolerance significantly affected cortisol，testosterone，and their metabolites （ F=3.173 to 9.638， Plt;0.05 ）；compared withthegoodandqualified groups，theexcelentgroupshowed significantly greaterchanges incortisol，testosterone，and their metabolites after training ?Plt;0.05 ）；and among all the indicators，the changes in An，Etio，and ET in the excellent group were more prominentConclusionThesecretionofsteroid hormones isafectedbyindividualhypoxiatoleranceabilityUrinary An，Etio，andEareotetialoveietandimeatessessmntiicatorforteoiatoleanceofflghtprsoelatig altitudes.

[Key words]hypoxia；androgens；aviation；pilots

急性高空低氧嚴重威脅飛行安全]，低氧有效意識時間可反映個體耐低氧能力，是急性高空低氧耐力模擬訓練中常用的檢測指標，但由于場地、設備等限制，無法在執行飛行任務前對飛行人員低氧耐力進行即時評估，因此亟需開發便捷、敏感的即時低氧耐受能力評估指標。研究表明，皮質醇、睪酮水平可以反映心理應激水平[2]，通過測定血清睪酮變化水平可評定高原環境訓練效果[3]。但由于大部分研究采用血液標本，采血本身會引起應激，頻繁采血可能對結果造成一定影響，并且甾體激素在血液中存在穩態機制，難以發現瞬時變化，因此亟需尋找替代方法對其進行深入研究。有研究顯示，甾體激素代謝產物在尿液中不存在與血液系統相似的穩態機制，其代謝產物的微小波動能放大雄激素在組織中的瞬時變化[4]。本研究嘗試通過對不同低氧耐力飛行人員訓練前后尿液中皮質醇、辜酮及其代謝產物進行檢測，分析其與急性低氧耐力水平的相關性，從中篩選敏感檢測指標，以期為即時評估飛行人員低氧耐力提供科學依據。

1 對象與方法

1.1 研究對象

2018—2020年隨機選擇在本中心進行航空生理低氧訓練的男性飛行員90人，年齡 23～44 歲，平均 （30.28±2.11） 歲。使用某醫學研究所研發的KK-1型雙抗檢測儀中低氧耐力檢測程序，進行急性低氧耐力訓練和評估。低氧耐力等級評定參照《急性低氧耐力的綜合評定》標準[1]，根據評分結果將受試者分為合格組（ 2min? 有效意識時間 lt;3min） 、良好組（ 3min? 有效意識時間 lt;4min） 、優秀組（有效意識時間 ?4min） ，各30人。各組年齡比較差異無統計學意義。

1.2 檢測指標及方法

取研究對象清晨尿樣及訓練后 30min 內尿液各 50mL ，貯存于一 20°C 冰箱保存待測。采用氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）方法檢測尿液皮質醇、睪酮及其代謝產物表睪酮（ET）、原膽烷醇酮（Etio）、本膽烷醇酮（ An ） .5α? 雄烷 -3α，17β 二醇 （5α）、5β 雄烷3α，17β 二醇（5β）、11-羥基睪酮（11-OHT）、11-羥雄烯二酮（11-OHA4）、17-羥類固醇（17-OH）及17-酮類固醇（17-O）。GC-MS檢測儀器為 HP5890 及HP5971GC-MS儀（美國安捷倫）。色譜柱采用HP-1柱 （17m×0.22mm×0.11μm） ，載氣為氦氣，柱流量為 1mL/min ，總流量為 10mL/min ，分流進樣口溫度為 280^°C ，檢測口溫度為 300^°C 。升溫程序為：初始溫度 180^°C ，先以 2.3^°C/min 的速率上升至 210°C ，再以 30^°C/min 的速率上升至 300°C ，留置 1min ，整個運行時間為 17min 。用離子模式進行檢測，將測得的特征離子峰進行積分，以甲基睪丸酮作為內標計算待測尿液標本各激素的濃度，并用尿中肌酐濃度進行校正。

1.3 統計學方法

應用SPSS26.0軟件進行統計分析。計量資料結果以 表示，采用配對 Ψ_t 檢驗比較各組訓練前后皮質醇、雄激素及其代謝產物的差異；協方差分析低氧耐受能力對訓練后雄激素及其代謝產物分泌的影響，LSD法比較不同組訓練后雄激素及其代謝產物差異。 Plt;0.05 表示差異有統計學意義。

2結果

2.1各組訓練前后皮質醇、睪酮及其比值比較

與訓練前比較，低氧耐力訓練結束后各組皮質醇、睪酮水平均明顯升高 （t=-14.273～-3.925 Plt;0.05） ，辜酮/皮質醇變化差異無統計學意義1 （Pgt;0.05） 。以訓練前皮質醇、睪酮、睪酮/皮質醇值為協變量，對訓練后皮質醇、睪酮、睪酮/皮質醇進行協方差分析，結果顯示，個體低氧耐受能力差異對皮質醇及睪酮分泌均存在一定影響（ F=3.173 、8.472，Plt;0.05） ，呈同向變化；而對辜酮/皮質醇無影響 （Pgt;0.05） 。見表1。

表1不同低氧耐力組訓練前后皮質醇、睪酮及其比值比較 （n=30，x±s）

注：與訓練前比較， ^?t=-14.273～-3.925，Plt;0.05 。與合格組比較， ^*F=3.173，8.472，Plt;0.05 ;與良好組比較， ΔPlt;0.05 。

2.2低氧耐力差異對低氧耐力訓練中皮質醇、睪酮代謝產物分泌的影響

與訓練前比較，低氧耐力訓練結束后，各組皮質醇、睪酮代謝產物水平均明顯升高，差異有統計學意義 （t=-17.479～-3.726，Plt;0.05） 。以低氧耐力訓練前 An 、Etio、 5α 、5β、ET、11-OHA4、11-OHT、17-OH、17-O檢測結果為協變量，對訓練后皮質醇、睪酮代謝產物分泌結果進行協方差分析，結果顯示，個體低氧耐受能力差異對皮質醇、睪酮代謝產物分泌均存在一定影響 （F=4.284～9.638，Plt;0.05） ，呈同向變化；兩兩比較顯示，與低氧耐受良好組和合格組比較，訓練后低氧耐力優秀組皮質醇、睪酮代謝產物變化更顯著，差異有統計學意義 （Plt;0.05） ；與低氧耐力合格組及良好組比較，低氧耐力優秀組 An 、Etio、ET的變化差異更為明顯，其次為11-OHA4和11-OHT，差異均具有統計學意義 （Plt;0.05） 。見表2。

表2不同低氧耐力組飛行人員訓練前后雄激素及其代謝產物比較 （號

注：與訓練前比較， ^#t=-17.479～-3.726，Plt;0.05 。訓練后各組間各指標比較， F=4.284～9.638，Plt;0.05 。與合格組比較， 0.05；與良好組比較， ^ΔPlt;0.05 。

3討論

急性高空低氧嚴重威脅飛行安全，如何在飛行開始前對飛行人員耐低氧能力進行準確、快速判斷，對于把握飛行人員低氧有效意識時間，及時采取有效應對措施，降低飛行隱患具有重要意義[5]。目前常用的低氧耐力訓練對于場地、環境及設備的要求較高，難以在執行飛行任務前對飛行人員耐低氧能力進行實時評估。發掘能即時評估低氧耐力的有效指標具有重要意義。

急性高空低氧對機體的應激效應是研究的焦點，有研究表明睪酮與皮質醇聯合檢測可以反映心理應激水平，也有研究表明辜酮變化可對高原環境運動能力變化、肌肉力量提升以及疲勞消除情況等進行評估，并且有望對心血管疾病生存力做前瞻性預測[。因此，深入研究類固醇激素及其代謝產物與急性高空低氧耐受之間的相關性，從中篩選敏感指標，將為即時評估飛行人員低氧耐力水平提供科學依據。大多數對甾體激素（睪酮和皮質醇）的研究均以血液為樣本，但是由于甾體激素在血液中存在穩態機制，機體會通過一系列調節機制維持其在血液內的濃度，難以發現其瞬時變化。尿液所包含的小分子雄激素代謝產物不存在穩態機制，可以放大來自近端組織和血液灌注遠端器官的信息，反映機體瞬時變化；最重要的是，尿液采樣不需要侵人性技術，受試者對頻繁采樣接受度更高。因此，本研究以尿液作為實驗樣本，選擇皮質醇、睪酮及其層級代謝中6種相關代謝產物，以及腎上腺產生的11-氧雄激素2種相關代謝產物[作為研究指標，結果表明，經過高空低氧耐受訓練后，不同低氧耐受能力組皮質醇的水平均顯著增加，說明低氧耐力訓練可以對機體產生一定的應激效應。本研究飛行人員訓練后睪酮、ET及其代謝產物含量均明顯高于訓練前，這與文獻報道短期高原暴露后血清辜酮下降并不矛盾[8]，主要因血清睪酮由 98% 結合睪酮和 2% 游離睪酮組成，其相互之間存在平衡與轉移，尿液睪酮以游離辜酮為主，受試者經低氧應激刺激后，下丘腦垂體-腎上腺皮質系統、下丘腦-垂體-性腺以及交感-腎上腺髓質多條途徑被激活，大量皮質醇通過抑制睪酮合成、削弱清蛋白與睪酮能力等方式降低血清結合睪酮水平，在血液穩態機制的調控下升高游離睪酮水平[9]。另外，飛行員高空低氧模擬訓練時血管收縮、肌肉緊張等促使睪酮大量消耗、分解代謝增加，多種因素綜合作用最終導致尿液中睪酮及其代謝產物含量增加。相關研究認為，低氧暴露時，睪酮和皮質醇分泌變化是機體適應低氧環境的自身代償機制，且辜酮/皮質醇比值更能體現應激狀態下蛋白質合成和分解的平衡水平，全面反映機體代謝情況，與適應力及生存力有一定的相關性[10]。但是本研究不同低氧耐力組訓練前后睪酮/皮質醇比值差異無統計學意義，推測原因可能是該訓練過程較為緩和，機體在可承受應激范圍內通過自身調節，使辜酮與皮質醇產生了動態平衡。

本研究對飛行員急性高空低氧耐力訓練前后皮質醇、雄激素及其代謝產物含量進行協方差分析，結果表明，個體低氧耐受能力差異對雄激素及其代謝產物分泌均存在一定影響；兩兩比較結果表明，相較于低氧耐力良好組和合格組，訓練后低氧耐力優秀組雄激素及其代謝產物變化更顯著，差異有統計學意義。究其原因，個體暴露于低氧環境時，低氧耐力優秀組受試者對低氧適應能力更強，促腎上腺皮質激素及皮質醇分泌更多，在增強心臟功能、維持大腦低氧有效意識的同時對辜酮分泌抑制作用更強，并且通過抑制睪酮分泌，進一步減少蛋白質、脂肪分解，使得機體更適應低氧環境。本研究進一步分析發現，在所有檢測指標中，低氧耐力優秀組睪酮代謝產物An、Etio、ET低氧耐力訓練前后變化較大，其次為皮質醇代謝產物17-OH、17-O和腎上腺髓質途徑來源代謝產物11-OHA4、11-OHT。原因為：An、Etio、ET主要為睪丸來源辜酮的代謝產物，辜酮在低氧應激過程中能加快肌肉收縮、促進蛋白分解增加、增加促紅細胞生成素的生成，改善低氧狀態，因此變化較為明顯；皮質醇代謝產物主要反映機體應激狀態，與受試個體狀況相關，本研究受試者來源于健康飛行人員，因此在相同實驗條件下其值各組差異不大；11-OHA4和11-OHT為交感-腎上腺髓質途徑來源的11-氧雄激素代謝產物，雖然與睪酮和雙氫辜酮具有等效活性，但其在正常成年男性體內含量較少、活性較低[]，因此變化幅度較小。

綜上所述，尿液收集簡單、操作無創，不會對飛行員造成二次應激；尿液中雄激素及其代謝產物性質穩定，與低氧耐受能力有一定的相關性；受試者經高空低氧耐力訓練后，與其他代謝產物相比，尿液中An、Etio、ET變化更為明顯。有望通過深入研究，使這3項指標成為便捷、可靠的檢測指標，在飛行前用其即時評估個體低氧耐受能力，降低飛行隱患，提高飛行安全。

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（本文編輯 黃建鄉）