空军青少年航空学校学生改进抗荷体质训练效果评价

张灵婕，邹志康，李 浩，张金龙，王文辰，王安利*

本课题组前期关于抗荷能力的研究表明，颈围、胸围、上下肢围度、BMI、腰臀比、体脂率等体脂相关指标，以及维尔维克指数、比大腿围综合指标和握力是抗荷体质的核心指标。空军青少年航空学校的建立是超前培养高素质飞行人才，把飞行苗子的储备向高中阶段延展的战略举措（邹志康 等，2018），该阶段的学生处在14～18岁生长发育快速的青春期，是着重发展有氧耐力和肌肉力量的敏感时期（林惠美 等，2015）。目前传统的抗荷体质训练存在着飞行员专项素质训练针对性不足的问题，这也是其他军事强国所面临的尚未有效解决的难题。本课题组紧抓航校学生生长发育的关键期，针对飞行员体质需求，对“训什么”“怎么训”进行了探究和验证，这对于从源头上提高飞行人才抗荷体质能力、奠定高素质飞行人才的抗荷体质基础至关重要。

当代战斗机性能不断提高，空战越来越激烈，飞行员驾驶高性能战斗机所承受的负荷压力越来越大，+Gz①航空医学中将飞行时战斗机产生的作用于飞行员身上的惯性力称为载荷，其中由足指向头的惯性力为正载荷（+Gz），高载荷的快速增长率+Gz可以引起血液快速向足部转移，造成大脑缺血，飞行员很容易发生+Gz致意识丧失。致意识丧失、加速度性肺不张和颈腰部损伤等频发，良好的抗荷体质是支撑飞行专项技术的身体基础。目前研究表明，过量的有氧耐力训练会降低抗G耐力（Bateman et al.，2006； Roger et al.， 2013）。研究人员认为，过量有氧耐力训练会增强迷走神经张力，减弱心率在G作用下的代偿反射机制，引起毛细血管的增生，在G作用时增大瘀血容积，导致G耐力下降（耿喜臣， 1996）。而力量训练可以有效提高抗G耐力，早在20世纪80年代就有研究发现，力量训练可以有效提高抗荷动作的耐受时间（Epperson et al.，1982， 1985）。后期学者通过不同的力量干预方案证明，力量训练特别是核心和下肢力量，可以显著改善抗G耐力（Lightfoot et al.， 1994； Tesch et al.， 1983）。因此，在保证适当有氧耐力前提下，着重训练下肢和核心肌力，可以帮助飞行员在持续性+Gz的作用下促使血液回流，起到天然抗荷的作用（李立华 等，2005），减少由此导致的视觉障碍和意识丧失等引发的飞行事故的发生。同时，训练飞行员具有良好的颈部力量素质和核心稳定性可以有效预防颈腰部损伤，对于作战能力的提高也至关重要（Alricsson et al.， 2004）。

目前空军青少年航空学校的传统抗荷体质训练，在完成普通高中教学大纲任务的前提下，着重进行3000 m耐力训练和俯卧撑、引体向上等空军飞行员力量训练相关要求的练习项目。改进抗荷体质训练方案立足于航校实际训练条件，结合14～18岁人体发育特点和战斗机飞行员专项体质需求，在有效提高有氧耐力的前提下，以提高全身各部肌肉力量为主，着重发展核心和下肢力量，以抗身体自重为主要的负荷形式，按照高强度间歇的方式进行。高强度间歇练习对于处在身高成长高峰-成长减缓期的航校学生，可以高效发展其有氧能力和肌肉力量（林惠美 等，2015），同时由于高强度间歇运动所需时间短，更符合航校学生上课情况，易被学生接受及完成（刘涛 等，2019）。

本研究以某空军青少年航空学校高一阶段2个年级的学生为研究对象，最大程度确保研究对象的训练时间和频率、饮食、学习强度等各方面混杂因素一致，通过观察分析与抗荷体质相关的身体测量指标的变化，探究空军青少年航空学校改进抗荷体质训练的训练效果。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以某空军青少年航空学校高一阶段两个年级的139名学生为研究对象，2016级为对照组，2017级为试验组。对照组共76人，男性，年龄15.47±0.58岁（最小14岁，最大17岁）。试验组共63人，男性，年龄15.33±0.54岁（最小14岁，最大16岁）。纳入研究对象的学生均通过统一标准选拔，两组基线数据除了腰围（P＜0.05）外，其他指标均无统计学差异（P＞0.05，表1）。

表1 试验组和对照组基线情况Table 1 The Baseline Data between Control Group and Experimental Group

1.2 研究方法

1.2.1 试验设计和训练方案

设计为非随机对照研究，研究周期长达3年，共进行3次测试，第1次测试于2016年11月2016级学生刚入学时，采集2016级基线测试结果；第2次测试于2017年11月2017级学生刚入学时，采集2016级学生1年传统抗荷体质训练后测试结果和2017级基线测试结果；第3次测试于2018年11月进行，采集2017级学生1年改进抗荷体质训练后测试结果。在同一所空军青少年航空学校培养条件下，保证研究对象各方面混杂因素一致。在2017级学生入学前，对带队训练的体育老师和驻校教导进行改进抗荷体质训练方案和训练记录反馈制度的培训。改进抗荷体质训练方案按照飞行员专项需求和青少年阶段训练特点，并结合空军青少年航校实际情况制定，由高强度间歇跑步训练和高强度间歇徒手力量训练2部分组成，一周2次体育课，分别进行1次高强度间歇跑步训练和1次高强度间歇徒手力量训练，周末训练课则进行高强度间歇跑步训练。高强度间歇跑步训练要求全力跑200 m，间歇以50%速度跑600 m，重复4～6组。高强度间歇徒手力量训练，主要训练部位为躯干和下肢，练习方式以抗身体自重力量训练和弹性练习为主，着重发展核心力量和下肢爆发力，每次练习用时约30 min，练习包括热身活动、主要练习内容和整理活动3部分。热身活动包括2圈慢跑、30 s开合跳和3个动态拉伸动作；主要练习内容包括1个上肢力量练习、4个核心力量练习、6个下肢力量练习和2个全身动作；整理活动包括5个静态拉伸动作，在主要练习内容中，不同的练习穿插进行，中间无间断和休息。对照组2016级学生在高一阶段进行传统抗荷体质训练，体育课完成普通高中教学大纲任务前提下，着重训练3000 m耐力训练和俯卧撑、引体向上等空军飞行员力量训练相关要求的练习项目，周末则进行队列训练和3000 m耐力训练（表2）。

表2 传统抗荷体质训练和改进抗荷体质训练方案对比Table 2 Comparison of Traditional Anti-G Constitution Training and Modi fied Anti-G Constitution Training Programs

1.2.2 测试指标

在学生刚入学时和干预一年后按照检测流程进行双盲法检测，所有测试严格按照《空军招收飞行学生体格检查标准（试行）》所规定方法进行测量，检测人员均为有经验的飞行员医学选拔医师。测量指标包括身高、体重、颈围、胸围、腰围、臀围、大腿围、上臂围和握力。握力测试使用电子握力计（天津玺源牌日用品科技有限公司，中国），测量3次，取最大值。根据公式得出与体脂和抗荷体质相关的指标：体质指数（BMI）=体质量（kg）/身高2（m2）、腰臀比（WHR）=腰围（cm）/臀围（cm）×100、腰围/身高（WHtR）=腰围（cm）/身高（cm）、比大腿围=右大腿围（cm）/身高（cm）×100、维尔维克指数=〔体重（kg）+胸围（cm）〕/身高（cm）×100、体脂率=-50.875+0.572×臀围（cm）+0.777×BMI（张金龙 等， 2018； 张丽丽， 2011）。

1.2.3 统计分析

统计分析采用SPSS 25.0统计软件。正态分布的定量数据组间差异分析采用t检验；偏态分布的计量资料采用Mann-Whitney U检验；正态分布的定量数据的配对资料采用配对t检验；偏态分布的计量资料采用Wilcoxon signed rank test检验。计量资料以M±SD表示，P＜0.05认为有统计学差异。

2 研究结果

2.1 干预前后基本信息变化

1年干预后，对照组和试验组的身高和体重均有显著性提高（P＜0.001），两组干预前的身高和体重没有统计学差异（P＞0.05），试验组身高增长幅度大于对照组（P＜0.05）；体重变化值两组间无统计学意义（P＞0.05，表3）。

2.2 干预前后躯干围度变化

对照组和试验组在1年干预后，胸围和臀围均显著增长（P＜0.05），变化值两组间无统计学意义（P＞0.05）。试验组颈围显著增长（P＜0.001），对照组未发生显著性变化（P＞0.05），试验组变化值显著高于对照组（P＜0.05，表4）。

表3 干预前后基本信息变化Table 3 The Changes of Basic Information after Intervention

表4 干预前后躯干围度变化Table 4 The Changes of Trunk Circumferences after Intervention

2.3 干预前后四肢围度变化

1年干预后，试验组左、右上臂围和左、右大腿围均显著增长（P＜0.001），对照组左、右上臂围也呈现出显著性增长（P＜0.001），但是左、右大腿围未发生显著性变化（P＞0.05）。比较两组变化值的差异，试验组四肢围度增长量均显著大于对照组（P＜0.05，表5）。

2.4 干预前后体脂变化

1年干预后，对照组BMI指数、腰围、腰围/身高和体脂率均显著增长（P＜0.05），腰臀比未发生显著性变化（P＞0.05）；试验组体脂率显著提高（P＜0.05），腰臀比显著降低（P＜0.05），BMI指数和腰围/身高未发生显著性变化（P＞0.05），但是腰围/身高呈现出下降趋势。比较两组变化值的差异显示，对照组腰臀比和腰围/身高增长量显著大于试验组（P＜0.05），BMI和体脂率变化值两组间无统计学意义（P＞0.05），对照组的腰围显著提高（P＜0.001），但是试验组的腰围未发生显著性变化（P＞0.05），对照组腰围的变化值显著大于试验组（P＜0.05，表6）。

2.5 干预前后综合指标和握力变化

1年干预后，对照组和试验组的维尔维克指数和左、右握力均显著增长（P＜0.05），试验组比大腿围增长显著（P＜0.001），对照组则无显著变化（P＞0.05）。比较两组变化值的差异，试验组比大腿围变化值显著大于对照组（P＜0.001），维尔维克指数、左握力、右握力变化值在两组间无统计学意义（P＞0.05，表7）。

表5 干预前后四肢围度变化Table 5 The Changes of Upper and Lower Extremity Circumferences after Intervention

表6 干预前后体脂指标变化Table 6 The Changes of Body Fat Indicators after Intervention

表7 干预前后综合指标和握力变化Table 7 The Changes of Comprehensive Indicators and Grip Strength after Intervention

3 讨论与分析

13～15岁青少年处在身高成长高峰-成长减缓期，此阶段有氧能力与肌力功能的可塑性较佳，有氧训练方法以间歇训练为主（Armstrong， 2007； Stratton et al.， 2004），肌力发展通常在成长高峰后一年内为最佳时间，此时男生力量增强，男生必须在身高成长高峰期12～18个月后开始着重肌力训练。15～20岁为成长减缓期-停止成长期，此时期身体各生理机能发育成熟，可逐渐增强训练强度与训练量。因此，改进抗荷体质训练在高一阶段以高强度间歇跑步训练为主，在有效发展学生有氧耐力的前提下，通过高强度间歇徒手力量训练发展全身肌肉力量，以核心和下肢肌力为发展重点，为高二阶段的抗阻力量训练奠定身体基础。

本研究旨在探究改进抗荷体质训练方案在真实训练条件下实行的实际训练效果。前期研究说明人体测量指标中的颈围、胸围、四肢围度、BMI、腰臀比、体脂率等体脂相关指标，以及维尔维克指数、比大腿围等综合指标和握力是抗荷体质的核心指标。基于身体测量指标的变化，本研究探讨分析了1年改进抗荷体质训练与传统抗荷体质训练，对空军青少年航空学校高一年级学生躯干和四肢围度、体脂指标、综合指标和握力影响效果的差异，从体脂情况和力量素质两方面，对结果进行进一步解读，验证方案的实际训练效果。

3.1 改进抗荷体质训练和传统抗荷体质训练对体脂情况影响的比较分析

日趋严重的青少年肥胖已变成全球健康问题，无论发展中国家，还是发达国家都深受其扰（Gupta et al.， 2012）。有研究采用BMI、WC、WHR、WHtR作为评价青少年超重肥胖的指标（Alves et al.， 2017； Costa et al.， 2017； Logan et al.， 2016），还有研究通过人体测量指标得出不同的体脂计算公式，来估算评价体脂率。本研究的体脂率指标参考张丽丽（2011）针对中国青春后期男生体脂率计算公式得出。BMI是评价全身体脂的指标，WC、WHR和WHTR是评价中心肥胖的指标，Alves等（2017）研究结果已经证明人体测量指标及其得出的指数，包括BMI、WC和WHtR，与DXA等进行分析，具有很高的肥胖辨别能力。本研究以BMI、WC、WHR、WHtR为主，结合体脂率用以评价研究对象体脂情况的变化。

本研究发现全身体脂指标中，对照组BMI指数和体脂率均显著增长，与此对比，试验组的BMI指数未发生显著性变化，体脂率有显著提高，BMI和体脂率变化值在两组间无统计学意义。而中心肥胖指标中，干预前搜集的基线数据显示，试验组的腰围显著高于对照组，1年干预后，对照组的腰围显著提高，但是试验组的腰围未发生显著性变化；对照组的腰围/身高呈现显著增长，腰臀比未发生显著性变化，试验组的腰臀比显著降低，腰围/身高虽然未发生显著性变化，但是呈现出下降趋势，腰围、腰臀比和腰围/身高变化值两组间存在显著差异。说明对照组和试验组全身体脂的变化区别不大，但是对照组表现出中心肥胖的趋势，而试验组中心肥胖趋势得到了有效的控制，两组间的差异具有统计学意义。

试验组中心肥胖趋势得到有效控制，印证了前期大量研究结论，即高强度间歇训练对超重肥胖的控制改善效果显著（曹甍 等， 2018； 邓建伟 等 2019； 张戈， 2016； 朱小烽 等， 2010），可以有效减少腹部脂肪（王京京， 2013）和腰围（Whyte， 2010）。从本研究体脂指标的变化中，我们可以间接推断研究对象的有氧耐力情况。已有研究指出，体脂含量越高、最大摄氧能力越低（Henriksson， 2016；Mcgavock et al.， 2012）。Gonçalves等（2018）探究人体测量指标与最大摄氧量关系后发现，最大摄氧量高的青少年，其人体测量指标显示过度肥胖的概率越低。从两组有氧耐力训练方式的区别进行分析，对照组进行的是以3000 m为主的持续训练，试验组则为高强度间歇训练。已有研究指出，间歇训练对有氧耐力的提高效果要优于持续训练（朱荣 等， 2017； 朱小烽 等， 2010），其中机制与中枢和外周适应两方面有关（曹甍 等， 2018），在中枢适应中，间歇训练通过增加最大心输出量、总血红蛋白和血浆数量来提高对氧的利用率，在外周适应中，间歇训练后肌糖原合成增加（施曼莉 等， 2015； Little et al.， 2010； Manabe et al.， 2012），增加了肌肉收缩所需的能量物质，推迟血糖的利用，同时显著提高线粒体活动相关的蛋白质的最大活动量，诱发骨骼肌更具备抗耐力的有氧结构变化（Burgomaster et al.，2010； Gibala et al.， 2010）。

综上，改进抗荷体质训练采取高强度间歇训练方式，与传统抗荷体质采用的持续训练对比，对航校学生肥胖趋势的控制和有氧耐力能力的提高有更高效的训练效果。目前绝大多数干预研究多以6～16周的短期干预为主，本研究干预周期长达1年，融入青少年航空学校高中教学的实际情境中，取得了显著效果。

3.2 改进抗荷体质训练和传统抗荷体质训练对力量素质影响的比较分析

青少年许多运动表现由下肢肌肉大小和成分决定，有研究认为，全身或局部的肌肉组成是决定运动表现的因素之一（Carvalho et al.， 2011； Silva et al.， 2008），针对青少年的许多健康测试也是以四肢骨骼肌体积来体现（ Valente-Dos-Santos et al.， 2013）。青航校学生所处阶段正是体内激素分泌增加、身体快速增长的关键时期，特别对于培养目标是战斗机飞行员的航空班学生，躯干特别是下肢的力量对于抗荷能力至关重要。我国早期研究提出，飞行员专项体能需求同短跑和类举重运动员类似（李立华 等，2005）。军事强国俄罗斯体能训练中特别强调核心和腿部肌肉力量的练习，要求在进行苏-27飞机飞行训练前，飞行员必须经过力量测试，测试要求飞行员单侧下肢蹬力要达到140 kg并且持续30 s，双侧下肢蹬力要达到280 kg并持续30 s。

Gobbo等（2013）通过人体测量指标来预计肌肉体积和骨骼肌质量，用以评价抗阻练习的训练效果。本研究中，在试验组和对照组的全身体脂指标变化无统计学差异情况下，我们认为围度指标可以评价全身肌肉含量和肌肉分布情况。躯干围度指标中的胸围、四肢围度中的上臂围、综合指标中的维尔维克指数和左右两侧握力，作为评价上半身肌肉量的指标；四肢围度中的大腿围和综合指标中的比大腿围，作为评价下半身肌肉量的指标。本研究分析发现，对照组和试验组胸围、左、右上臂围、维尔维克指数和左、右握力在1年干预后均显著增长，在评价上半身肌肉量的指标中，胸围、左、右握力和维尔维克指数1年干预后的变化值在两组中并没有显著差异，但是在上臂围中，试验组的增长量显著大于对照组。值得特别关注的是下半身肌肉量指标的变化，试验组在1年干预后，左、右大腿围和比大腿围显著增长，而对照组组均未发生显著性变化，试验组增长量显著大于对照组。除此之外，试验组颈围显著提高，其变化值要显著高于对照组。对于受到颈部损伤困扰影响飞行任务的飞行员，这种专项性变化是对预防颈部损伤的积极应对。

由上，试验组与对照组在上半身肌肉量增长对比中基本没有差别，只是试验组上臂围的增长量要显著优于对照组；而在下半身肌肉量的对比中，试验组所有指标均显著优于对照组，表现出四肢围度增长优于对照组，特别是下肢围度，表明改进抗荷体质训练方案实施1年后，下肢和核心训练部位的着重强调在青航校高一年级学生的体型上得到体现。从两组的训练方式和训练内容的区别进行分析，对照组着重训练俯卧撑、引体向上等练习项目，而这些考核项目均为上半身徒手力量测试，直接导致了航班学生培养训练过程中对核心和下肢力量训练的忽视。改进抗荷体质训练中的高强度间歇徒手力量训练以核心和下肢为重点训练部位，练习方式涉及各种蹲跳和快速的下肢跑跳动作，可以有效发展学生的快速力量和神经肌肉控制能力。已有研究证明，HIIT训练会高效增强动作单位传导速度（Martinez-Valdes et al.， 2018），增强肌肉力量（Astorino et al.， 2012），增加肌肉体积（Sculthorpe et al.，2017）。Sculthorpe（2017）认为，在HIIT练习中增加下肢练习的频率和运动量可增加下肢肌肉含量，本研究的结果也进一步验证了上述结论。改进抗荷体质训练采取侧重下肢和核心力量训练的高强度间歇训练方式，对航校学生的下肢肌肉体积和含量的提高和专项化体型的形成有更高效的训练效果。

4 结论

1年改进抗荷体质训练干预后，试验组体型变化与对照组相比，总体表现为四肢更强壮，特别是下肢强壮显著，中心肥胖得到有效控制，颈部更强健。这种体型变化更能满足飞行员抗荷体质要求和预防颈腰部损伤需求，对奠定精英飞行员强大的身体基础具有重要意义。