民航飞行员高空环境职业身体耐受力的内涵与运动训练相关问题分析

李波

民航飞行员高空环境的耐受能力与高空环境下机体生理改变直接相关，而民航飞行员适应高空环境生理改变的能力与运动训练密不可分，民航飞行员高空环境耐受能力事关飞行安全，所以高空环境职业身体素质训练与运动训练相关问题的研究显得尤为重要。运动训练领域低氧分压与运动负荷联合的高原运动训练有利于运动员成绩提高得到实践论证。高原运动训练促进运动成绩的提高给了我们很大的启示：高原运动训练有利于运动成绩提高，那么非高原环境下运动成绩提高是否会耐受低压、缺氧环境，该问题的认识能将飞行员高空环境耐受与运动训练联系起来。所以本文将详细阐述高空职业环境身体耐受力的内涵，及与运动训练相关问题。

一、高空职业环境身体耐受力的内涵

人体在暴露高空环境时受低压、高空缺氧、冷热剧变、辐射等等多方面的影响，现代民用航空器上增压密封座舱的配备，精心构造了一个适应的人体需要小环境，即座舱内的压力、氧分压、温度、等控制在人体体感舒适的程度。人工构造的环境压力和氧分压都不同于地面，而且人工精心构造的小环境遭受破环，飞行员所受的环境将迅速转换为近似飞行高度外环境，因此发展人体耐受高空环境的身体素质即是更加适应座舱小环境需要，又是储备防护严峻的大气环境因素对人的危害的需要。航空环境中温度急剧变化以及辐射因素的影响，通过运动训练增强其耐受力意义不大，一般都采用人工防护措施加以解决，不是本文探析的范畴，不做论述。针对高空职业环境身体耐受力的训练，是以耐受缺氧、低气压为依据而展开。在高空低氧分压、缺氧环境下机体适应环境的应激表现（如图1）总体上与运动训练机体适应强度负荷应激表现较为一致，从这个方面看，通过运动训练增强机体呼吸循环系统机能有利于高空职业环境耐受能力的提高。

航空生理学大气压力降低与气压剧烈变动的物理性影响如图2，航空医学认为通过体育锻炼身体素質的全面提高，空中减压病及胃肠胀气出现的最低阀值高度将会提高。必须注意的是运动训练增强飞行员高空职业环境耐受能力是有一定限制的，职业身体素质受阀值时间及阀值高度限制，一旦超越阀值则需要采用强制防护措施对抗高空低压极端环境。

民用航空器正常飞行座舱高度控制在1500米-3000米高度，异常情况下民航飞行器座舱高度超过预警高度（约3048米），所以民航飞行员在长时间飞行过程中，主要威胁乃是低气压与高空缺氧。

二、高空缺氧对机体影响

高空缺氧因其暴露时间，暴露高度不同可分为三类，爆发性高空缺氧，急性高空缺氧，慢性高空缺氧。无论军飞还是民航飞行中座舱高度始终存在，以及人工精心打造的座舱环境是可被打破的，所以高空缺氧始终存在，也是大家普遍关注的话题。发展程度很急促，程度极其严重（无明显阀值，与10000以上高度突然暴露相关）的高空缺氧为高空爆发性缺氧，爆发性缺氧通常超越机体耐受极限，慢性高空缺氧主要是高山生理的（医学）范畴，通常民航航空器客舱出现的是急性缺氧，所以说高空急性缺氧耐受能力是民航飞行员高空环境身体素质发展的重点。

随着高度增加外界气压也随之改变，外界气体分压的改变作用于机体导致体内气体分压压力的改变（氧分压梯度差决定氧的弥散方向与弥散速度），形成新的体内气体分压压力梯度（如图3），保障完成气体弥散交换作用，使气体交换的平衡。受环境改变的影响气体交换、利用过程机制相当复杂，至今许多问题有待阐明。

急性高空缺氧决定因素是上升高度。1944年德国航空生理学家H.Strughold根据未经高空锻炼的健康青年急性暴露在不同高度的症状表现，将高度划分为4个相对的区域。从地面到3000m高度无症状区，3000-5000m高度代偿区，5000-7000m障碍区（不完全代偿区），7000米以上高度危险区[1]。国内学者贾司光依据实验资料，按各高度上的生理反应与PAo2、PAco2（动脉血血氧分压和二氧化碳血氧分压）值的不同水平，将高度对应人体的影响划分为六个功能区，无反应区（<1500m），功能保障区（<3000m），功能允许区（<4000m），安全区（<5000m），耐限区（≥5000m），极限区（7000m）[3]。值得注意的是在高压舱内实验表明急性高空缺氧有一定麻痹性，人的体力与脑力劳动是在“不知不觉”中变得迟钝或者丧失的，即客观缺氧严重程度及当时身体的各种病理表现颇不一致。这一现象可能是由于大脑皮层的高级智力功能最先受到缺氧的侵袭，失去正常的理解、分析、判断能力。目前民航飞机的座舱高度为1500-3000米，偶发性的会超过座舱预警高度（约为3048米），急性缺氧风险始终存在。因为高空急性缺氧有一定麻痹性，航空军医通过高压舱模拟高空缺氧环境，让飞行员感知症状表现，使其在飞行中察觉急性缺氧及时采取应对措施。在耐受高空缺氧耐受能力素质方面航空军医往往也是采用高压舱模拟训练，通过地面航空体育训练提高飞行员急性缺氧耐受能力认识上，总的认为身体素质全面提高将有利于高空急性缺氧的耐受，显然这样的认识指导航空体育训练是“粗燥”的，认识需进步深入细化。通过上述分析可以看出民航飞行员长时间处于座舱环境（1500米—3000米），以及偶发性座舱失压等因素存在，急性高空缺氧也是民航飞行员不能回避的话题，所以发展民航飞行员耐受高空急性缺职业身体素质意义重大。

急性高空缺氧时体内氧分压梯度明显缩小的部位主要发生于吸入气——肺泡气——动静脉血液之间，通过肺通气量增加、心输出量增加、器官血流量重新分配及氧合血红蛋白的解离特性共同作用，缩小体内各部分间氧分压梯度，以提高组织毛细血管血液的氧分压水平。这样，当外界气体环境的氧分压降低时，组织毛细血管血液的氧分压水平不致下降过多，以维持一定水平的弥散动力（如图4）。呼吸系统代偿主要表现为肺通气量增加，肺泡气中二氧化碳分压降低，而肺泡中的氧分压则相对得以提高，故使吸入气——肺泡气氧分压梯度缩小。循环系统代偿表现为心脏、脑等重要器官的血流量增加。一个器官的耗氧量（Vo2）、血液灌流量（Q）及流过该器官的动静脉血血氧含量差值（Cao2—Cvo2）三者关系式为：Vo2=Q x（Cao2—Cvo2）。由此可见当器官耗氧量一定时，动静脉血血氧含量差值越小血液惯流量越大，血液灌流量通过心率加快和每博输出量增加实现的。血流量重新分配代偿主要表现是缺氧时血管的代偿反应实现的，当血液氧分压降低后，一方面使各部位的小动脉血管舒张；另一方面，刺激主—颈动脉区的化学感受器，通过反射作用反射性的引起腹腔脏器及皮肤小动脉血管收缩，故作用综合结果是：脑、心脏的小动脉血管舒张；而腹腔脏器、皮肤等处的小动脉血管收缩，于是血流即大量地被引向脑、心脏等重要器官。缺氧时发生继发性缺二氧化碳，二氧化碳分压降低对血管系统的影响，恰与血液氧分压降低的影响相反，所以急性高空缺氧时，血管系统的全部反应与氧分压与二氧化碳分压影响的相互制约有密切关系。动脉血压的代偿反应通常为无明显变化，这是由于在急性高空缺氧时心输出量增加，体循环血管系统的外周阻力降低，保障了动脉血压可保持不变。

综上急性缺氧代偿反应发现，低压缺氧刺激机体表象和运动训练负荷刺激表象相同，都有肺通气量增加、血流量重新分配、心率加快和每博输出量增加等生理现象出现。急性缺氧的耐受能力主要体现在的是呼吸循环系统的耐力，通过运动训练发展呼吸循环系统耐力，是民航飞行员耐受高空环境急性缺氧身体素质的核心，在运动训练方式的选择上主要发展呼吸循环系统耐力，同时加强缺氧刺激训练。从能量代谢角度看，当迅速失压、缺氧，机体氧储备迅速耗尽，而氧摄取不足的情况下，机体会迅速转为无氧代谢，由此无氧性耐力训练对提高急性缺氧耐受能力是有现实意义的。无氧耐力训练往往被航空体育训练所忽视，有氧耐力与无氧耐力训练对提高飞行员高空急性缺氧是同等重要的，二者相辅相成共同作用。至于有氧耐力训练发展机体生理素质到何种程度对提高高空急性缺氧有益，而有氧耐力训练的发展又不至于阻碍G耐力，是航空体育训练实践的一个难题，无氧耐力训练究竟与高空急性缺氧耐受能力表现为何种关系有待探明，这些问题都是推进民航飞行员耐受高空缺氧训练的关键。

三、低压作用对机体影响

低气压及气压剧变之所以能对机体发生物理性影响，是由于生物机体形态结构方面具有下述特点：第一，含气空腔器官如肠胃道、肺等内含气体；第二，组织和体液中溶解有一定量的气体，第三，体液主要由水分构成。体液沸腾、航空性肺损伤、通常出现在8000米以上高度长时间暴露，通过航空体育训练增强职业身体素质，对其防护意义不大，一旦在8000米以上机体直接会发生失代偿，使飞行员工作能力丧失，所以8000以上度必须从航空医学和航空防护方面采取措施去解决。另外从理论上推算水在37℃体温时，外界压力为6.27KPa（47mmHg）时水将沸腾，19200米高度外界压力为此，故人暴露于此高度时将发生体液沸腾（失代偿），必须从航空医学和航空防护方面采取措施去解决。航空性中耳炎症、航空性鼻窦炎属于航空临床医学，在此不做过多讨论。以下主要考察胃肠胀气及高空减压病的相关研究，为运动训练方法选择提供依据。

据低压舱实验证明，从5000米—6000米开始就有人发生轻度腹胀，明显胀气一般发生在10000米以上[5]。实验提示腹胀个体差异较大，那么运动训练增强胃肠道壁弹性及腰腹力量，一定程度上限制气体低高度过快膨胀，对提高腹胀气的耐受能力是否有益，至今无从考证。投掷专项练习，尤其是最后发力，运动员常有憋气，造成肺内压升高，能否对飞机迅速减压造成肺内压一时性升高耐受产生有益影响。研究表明高空减压病与8000米（迄今为止仍有军用机座舱高度在8000米左右）高度相关，在8000米高度停留一段时间后可以发病，下降高度，病症一般都会消失。高空减压病与8000米高度直接关系，但存在个体差异。高空减压病产生原因，是大气压力降低時在组织、体液中溶解的氮气离析出来形成的气泡。在血管内形成的气泡，成为气体栓子，堵塞血管，在其他组织内形成气泡，则可能压迫局部组织。人在地面条件下长期生活的过程中，环境气体中个气体成分均已呈饱和状态溶解于组织、体液中；当环境气体压力降低，体内溶解气体即呈过饱和状态，过剩气体可经循环、呼吸系统排出体外，此过程称为脱饱和。若环境减压速率越快，从而机体组织绝对压力的下降速率比组织中溶解气体（主要是氮气）张力的下降速率为大，使脱饱和过程来不及完成时，过饱和溶解的气体在体内形成气泡的倾向即增加。液体中溶解气体的张力与绝对流体静压之间的压差，乃是液体中气泡形成的驱动压力。这是体内形成气泡的基本机制。一般情况下氧和二氧化碳在体内可变为化合结合状态，氧可快速被机体利用，故不容易形成气泡，唯有完全溶解的惰性气体氮形成过饱和状态并产生气体。体内溶有氮气总量中约4%溶于血液，约96%溶于其他组织、体液中，这96%大部分又溶入脂肪中。在减压时，根据循环机制血液中的氮很快弥散入肺排出体外，而其余氮不能迅速排出。影响高空减压病的因素是多样的，同一个体在上升高度，空中停留时间，上升速度等客观因素一致的情况下，体重（图5 屈肢症发生率与体重的关系）呼吸、循环系统机能状况直接与高空减压病相关，高空减压病出现的个体差异与呼吸、循环系统直接关系。运动训练在控制体脂含量，及改善呼吸、循环系统机能状况有直接作用，但通过运动训练达到何种生理素质在提高空减压病的耐受有积极的作用，也是今后民航飞行员适应高空环境职业身体素质训练思考的问题。

四、结论

民用航空器座舱高度制度及客舱失压风险始终存在，低氧分压、缺氧、低气压环境对机体威胁始终存在，所以高空环境职业身体素质训练始终围绕以低氧分压、缺氧、低气压展开。低压缺氧方面，高空急性缺氧耐受能力是民航飞行员身体素质发展的核心，急性缺氧的耐受能力主要体现的是机体呼吸循环系统的耐力，在运动训练方式的选择上主要发展呼吸循环之间的关系是：通过有氧耐力专项运动训练增强机体肺通气能力，提高心率储备，发展心血管系统是基础，在此基础上必须加强无氧耐力（机体耐受缺氧）训练，增强机体无氧代谢工作能力。低气压方面，通过运动训练增强胃肠道壁弹性及腰腹力量，机体暴露于10000米以下高度可能会限制气体过快膨胀，增强高空腹胀气的耐受能力，投掷专项运动训练可能对飞机迅速减压造成肺内压一时性升高耐受产生有益影响。运动训练可控制体脂含量，及改善呼吸、循环系统机能状况，对于8000米以下高度空环境减压病预防与耐受发生积极作用。

运动训练是航空体育训练的组成部分，运动训练与飞行员职业身体素质的获得、保持有高度的关联性、复杂性，目前认识上知之甚少，航空体育训练体系的建立最终是建立运动训练与飞行员职业身体素质的映射的关系，建立航空体育器械专项练习与飞行员职业身体素质的映射的关系。

参考文献：

[1]向渝，李威生.航空体育理论与实践[M].成都：四川大学出版社，2006.

[2]余志斌主编.航空航天生理学[M].西安：第四军医大学出版社，2008：76.

[3]李志刚等.航空医学[M].北京：人民军医出版社，1992.

[4]余志斌主编.航空航天生理学[M].西安：第四军医大学出版社，2008：81.

[5]李志刚等.航空医学[M].北京：人民军医出版社，1992：19.

[6]余志斌主编.航空航天生理学[M].西安：第四军医大学出版社，2008：32.

（作者单位：中国民航飞行学院体育部）