飞行疲劳相关性分析与恢复进展

赵明达 徐莉 胡强 董玲 邢文娟

一般认为疲劳是一种涉及效率和技能损害或丧失的生理反应，由此可以认为飞行疲劳是一种会在飞行过程中导致飞行人员工作能力下降、操作错误增多和事故发生概率增加的生理现象[1]。飞行疲劳会直接影响飞行员工作状态，使其出现注意力分散、反应时间延长、思路混乱等状况，很容易造成判断失误，严重影响飞行安全[2-3]。有研究表明飞行事故的发生原因中约有20%与疲劳有关[4]。在对因医学原因停飞的飞行员的调查中发现，排前5位的停飞原因均不同程度与疲劳或过度疲劳产生的后遗症有关[5-6]。由此可见飞行疲劳已经成为影响飞行安全与飞行事业发展的一项重要因素[7-8]。

1 飞行疲劳的原因

飞行疲劳的发生是多方面因素共同作用的结果，在飞行过程中遇到的物理、心理以及生理应激均会导致飞行疲劳出现，而主要的原因可以分为以下几点。

1.1 飞行任务负荷 调查发现，经过长距离飞行后，93%的飞行员感到疲劳，其中85%感到极度疲劳[9]，同时在一段时间内连续执行飞行任务，或相邻任务间的休息时间减少均会显著增加飞行员疲劳程度[10]。一般执行飞行任务超过3 h即会出现疲劳感，到达9 h时，飞行员疲劳状态发展至峰值[11]。但飞行任务导致的疲劳并非一直上升，若飞行即将进入最后阶段时，会出现“终末振奋”这种现象，即部分飞行员即使已经出现飞行疲劳，但将要完成任务的激励作用可刺激其交感神经短暂激活，使工作能力暂时保持在日常水平，但此时的飞行员已基本丧失处理意外事件的能力，还会导致之后的疲劳状态更加严重。

1.2 飞行环境 指噪音、高温等飞行时会遇到的环境应激条件。当人处在高噪音的环境下，噪声音频会刺激大脑，久而久之会引起听觉阈值的升高，头脑昏沉，注意力下降，反应时增加，甚至会直接导致困乏。而温度过高或过低均会导致体能储备消耗加剧，加速进入疲劳状态。在陆航直升机飞行员中，这一因素尤为明显[12-13]。

1.3 节律紊乱 在跨时区飞行时，由于外界时间与飞行员体内生物钟并非同步，人体自身的内源性节律周期受到破坏，导致身体不适，会感到昏昏欲睡和强烈疲劳感。这种影响有两方面的原因，一是人体节律与外界节律失同步，二是人体内各种功能的再同步化速率不同，这两种失同步共同作用，从而导致一系列的时差效应[14]。

1.4 精神状态 当飞行员处于精神高度紧张状态时，心理负荷增加，相较于平时更容易出现疲劳。在对转场飞行员的调查中发现飞行员疲劳状况与心理健康水平呈正相关。同时一项对空军飞行员心身性皮肤病发病情况的调查指出，高度紧张的精神状态会导致如慢性荨麻疹等心身性皮肤病发病率明显上升，随后会导致飞行员的休息质量与操作状态下降，最终间接提高了飞行疲劳的发生率[15-16]。

2 飞行疲劳的分类

飞行疲劳有不同种分类方式，常用的方法有以下几种。

2.1 按疲劳的发生方式 可分为急性疲劳、慢性疲劳和过度疲劳。急性飞行疲劳一般是在高强度的飞行活动中一过性出现，飞行员常将其与飞行中的精神紧张相混淆。急性疲劳的外在表现通常为动作失准、行动迟缓、皮肤苍白或发红、呼吸困难、排汗过多等；客观表现为心率增加，脉搏和动脉压力不稳，工作绩效指标下降[17]。慢性飞行疲劳一般是因为长期执行中低强度的飞行任务而得不到有效休息，由此导致的疲劳持续状态。在平时会表现为食欲下降、断续睡眠等症状，在飞行中则表现出萎靡不振、全身虚弱，伴有头痛、头部噪声感和沉重感等症状；其客观表现包括舌头、眼睑和手指的震颤现象，皮肤划痕现象，肌张力和耐力降低，视觉下降和延迟反应[17]。过度疲劳已经可以认为是一种病理状态，其原因一般是飞行员长期高强度的工作而导致的疲劳累积。其表现为日常活动中即会出现呼吸困难、大量排汗、心率加快，并伴有思维障碍和记忆力减退。同时机体的生理功能也会出现明显变化，包括前庭迷路功能失调，立位稳定性下降，视听触觉灵敏度降低，腱反射加强。心血管系统的负荷能力下降，大脑血供不足，增加晕厥风险、同时降低过载耐力[17]。

2.2 按疲劳程度 分轻、中、重度疲劳，轻度时工作能力和生理心理功能变化不明显；中度疲劳时工作能力下降，主观出现乏力思睡，精神萎靡，注意力散乱，反应能力降低；极度疲劳时工作能力明显降低，感到头痛、胸闷，心率加快，自主神经功能失调，注意力无法集中，反应迟钝[18]。疲劳程度与疲劳的发生方式之间并无严格的对应关系，还需要考虑体能储备等个人因素。

2.3 按疲劳表现 分生理疲劳和心理疲劳。生理疲劳的主要表现为肌肉疲劳，如全身乏力、身体灵活性变差和动作协调性下降等。而心理疲劳主要体现在注意力不集中、情绪低落和思维迟缓，严重时还会出现对人冷漠和对工作的厌倦逃避心理。长期的心理疲劳还会引发神经衰弱、消化不良、心血管系统紊乱等生理症状。

3 飞行疲劳的表现

疲劳的表现是多方面的，对于飞行疲劳来讲，主要表现在以下几个方面。反应迟钝：对飞行中的突发状况的反应时增加，不能及时处理，导致飞行事故的发生；记忆丧失：容易出现近事遗忘，导致忘记操作或重复操作；注意力下降：包括注意广度降低，注意力转移障碍，注意力不能维持和注意力分配不当；出现微睡眠状态：随时可能没有任何征兆地进入持续2～3 s的短暂入睡状态，且对此毫无察觉；动作反常：出现“错、忘、漏”现象，飞行程序执行不严谨，操控精确度下降；视力下降：视觉调节功能由于疲劳明显降低，调节时间增长，出现空间定向障碍，易产生飞行错觉；情绪改变：正性情绪降低，负性情绪增长，对外界表现冷漠，易怒，缺乏耐性，积极性下降，困倦感增加，完成单调常规任务的能力明显降低[19-23]。

4 飞行疲劳的检测手段

飞行疲劳检测手段较多，常用的有以下几个方面。

4.1 主观量表评定 关于主观疲劳程度的测试，方法很多，其原理均是被试者根据主观情况给自己评价。如最简单直接的目测比例定级法，以一条线段右端为昏昏欲睡状态，左端为完全清醒状态，被试者根据自己的实际情况在线段上做标记。另一种形式就是词语定级法，如美国海军医学研究中心设计的26个情感形容词量表和由王天芳教授研制的疲劳自评量表等[24]。此外，斯坦福嗜睡感量表、自认疲劳分级量表亦被广泛应用。主观量表评定是最简便同时最实用的疲劳测评方法，但此类评价方法普遍存在缺乏客观性、易受个人因素影响这一不足。

4.2 闪光融合频率测定 断续作用的光刺激作用于人眼会导致闪烁感，而随着刺激频率的不断提高，超过阈值后在受试者眼中会将多次光刺激看成一个稳定的光刺激，这种现象称为光的融合，这个阈值频率即是“闪光融合频率”(critical flicker frequency fusion，CFF)。处于疲劳状态下的个体的CFF值明显下降，工作前后相差可达3～5 Hz。因此在国际航班等高负荷飞行任务中，常将CFF作为敏感的疲劳指标[25-26]。近年来该方法得到了进一步改进，如缪毅强等[27]在测定CFF基础上追加测定闪光反应时间和闪光鉴别频率，进而计算疲劳指数，量化疲劳状态。还有通过结合反应时和正确率进行更准确的CFF测定，以克服主观因素对测试结果的影响[28]。

4.3 眼动跟踪测量 在疲劳时，瞳孔的调节能力发生变化。美军一项研究表明，飞行疲劳时瞳孔直径明显扩大、对光刺激的瞳孔收缩幅度降低、收缩潜伏期延长、扫视速率亦明显降低[29]。另一项研究亦表明[30]，在睡眠剥夺条件下对工效的监测中，扫视速率和瞳孔直径的变化是极为敏感的指标。因此通过眼动跟踪测量技术对眼动能力进行实时采集检测和分析是用于监测疲劳十分有效的方法。

4.4 心/脑电图信号检测 心电图和脑电图信号可以快速准确地判断疲劳状态，脑电图更是监测疲劳的“金指标”。在不同程度的疲劳状态下，四种脑电波的比例会发生改变，当出现Alpha波和Theta波显著增多的波形时，说明被试者已经处于疲劳状态[31]。而心电图则是通过低频能量LF、超低频能量VFH、高频能量HF及LF/HF的比率变化判断被试者是否处于疲劳状态[32]。

4.5 立位平衡功能测定 机体立位平衡功能可以分为静态与动态两类，两种功能分别侧重于姿势的静态维持能力与动态调节能力。实验表明，这两种立位平衡功能均在疲劳后明显变差，并与某些测验结果呈现一定的相关性。而飞行任务负荷导致的疲劳状态同样可以通过对比立位平衡功能的变化来判断[33-34]。这种方法相对主观量表而言更加客观，相对心电图和脑电图等方法专业要求更低。

5 飞行疲劳的恢复方法

5.1 合理膳食 通过对食物摄入的控制可以帮助从疲劳中恢复。其具体做法为：摄入高碳水化合物和高蛋白质食物，可以增加机体色氨酸和酪氨酸含量，提高中枢5-羟色胺、褪黑素和儿茶酚胺水平，有利于保证高质量睡眠和高持续性的觉醒状态；避免摄入过多脂肪导致的胆囊收缩素水平升高、嗜睡感和疲劳感加重。睡觉前应少进食，以防干扰睡眠。跨越子午线的长距离飞行时，如果中途暂停休息时间长，则应根据当地时间用餐，以帮助机体调整生物钟[35]。

5.2 按大纲组训 体育锻炼可以缓解精神疲劳，在夜间飞行中，适度的活动可以提高觉醒程度。跨时区飞行时如果停留的时间较长，白天可进行适中的体育锻炼，有利于适应当地时间，提高夜间睡眠的质和量[36-37]。在没有飞行任务的时间按大纲科学组训可以加强体能储备，但在执行飞行任务之前严禁剧烈的体力活动以防止飞行疲劳的出现。

5.3 中医中药 在执行军事飞行任务时，为了对抗飞行疲劳可以通过使用药物来保证卫生保障效果。使用中枢兴奋、抑制药物调节飞行人员的睡眠和觉醒功能，提高机体应激能力，帮助对抗飞行疲劳更是战时重要的航空卫生保障措施[38-39]。而在平时，为了防止此类药物相对较大的不良反应，可以使用中医中药手段帮助调节飞行员身体机能、提高飞行耐力[40]。在实践中已经证实通过在平时增加中医的推拿按摩和针灸，以及服用红景天、桂圆等中药，可以提高飞行耐力、减轻疲劳、改善胃肠功能和睡眠质量[41]。

5.4 生物反馈放松疗法 生物反馈放松训练能使飞行员通过仪器的声光反馈来了解自己肌肉的松弛程度，再用意志或主观努力去调整放松，使肌电活动水平下降，帮助机体调整恢复因紧张性刺激而紊乱的各种生理功能，从而达到解除肌肉过度紧张、帮助恢复疲劳状态的目的[42]。

5.5 综合物理疗法 根据物理因子作用的深度和作用机制组合配方，可以克服单一物理因子的局限性，使治疗作用相互叠加，有利于缩短治疗时间，并取得更好的治疗效果。如中频电疗辅以耳穴疗法，能调节机体功能紊乱、改善睡眠，对缓解疲劳引起的肌肉酸痛和精神紧张等症状均有较好疗效。物理疗法简便易学，仪器便于携带和转移，各种场合下都能迅速展开治疗工作，为航空部队航医室及卫生队提供了实用的手段[43]。

5.6 小睡 睡眠质量是影响疲劳的重要因素，保证高质量睡眠是恢复疲劳的最简单实用方式。研究表明，每晚低于6 h睡眠即出现工效和觉醒度的损害[44]，而7～9 h的高质量睡眠可帮助身心放松并消除轻度疲劳[45]。但处于战备时通常无法保证充足睡眠，此时可以采用20 min至2 h的小睡来快速消除轻中度疲劳状态。有研究表明，执行长距离飞行任务的飞行员如有一段时间的间隔休息，其主观瞌睡度减轻[46]。所以工作安排中可根据实际情况采用工作- 休息交替进行的方式以消除飞行疲劳的不良影响。

5.7 疗养康复 对于严重的疲劳状态，短时间内无法快速恢复，而长期处于疲劳状态会增加飞行员停飞风险。为了延长飞行寿命，及时进行疗养康复是十分必要的。在疗养地可以使用平时没有条件采取的综合手段恢复疲劳状态。如采用水浴、桑拿等保健方法促进血液淋巴循环、加速代谢废物排泄和偿还氧债务，有利于促进疲劳恢复。组织文体娱乐和旅游观光有益于缓解精神紧张。通过有计划地综合使用疲劳恢复手段，在疗养院完成一个治疗周期后，大多数飞行员的疲劳症状得到明显消除。

5.8 加强宣教 加强对飞行疲劳相关知识的宣教亦是重要的一方面。让飞行员能够认识到疲劳的危害，主动对自身的身体状况加以了解，践行健康的抗疲劳生活方式。让飞行相关人员了解抗疲劳的需求以改善飞行员生活环境，防止飞行员在疲劳状态下实行飞行任务，帮助飞行员有计划地科学对抗疲劳。

疲劳并不是疾病，而是随着工作负荷增加出现的一种正常生理状态，因此像防治疾病一样完全防止疲劳的发生是不可能的。目前的航卫保障工作主要在于采用综合卫生保障措施在出现疲劳后促进其恢复。未来则可以在飞行疲劳造成严重后果前先行干预，防止人员和财产损失。如在飞行过程前、飞行中、飞行后，采用电子监测仪对飞行员眼动、脑电、腕部与头部活动进行监测，掌握飞行员实时疲劳状况，在飞行进入危险区间之前发出预警，提醒飞行员保持觉醒水平，并通知地面人员对飞行任务进行适当调整[47-48]。除此之外，还可以将飞行员分类以执行不同任务。研究提示，可以通过量表将飞行员区分为“晨型”和“夜型”，前者在保持规律作息习惯的情况下有更充足的体能储备和疲劳恢复能力，而后者在夜航和跨时区飞行上更有适应力。这样可以在任务布置阶段选择更适应任务要求的人选，从而延缓飞行疲劳的出现。