模拟远程飞行劳动负荷变化及膳食补充剂效果观察

葛 华，赵安东，吴 峰，杨昌林，詹 皓，白 霜，张清俊

空军远程飞行作战是现代空战的显著特征。据报道，美空军驻密苏里怀特曼空军基地的第509轰炸联队在代号为“持久自由”的反恐战争行动中，B-2轰炸机创下持续飞行时间长达44 h的最长记录[1]。美军对利比亚空袭时夜间持续飞行达13 h，而英军在马岛战争中大力神运输机也是跨两个夜晚、持续飞行长达28 h[2]。在2011年“利比亚撤侨”任务中，我军4架伊尔-76运输机途经5个国家，单次航程达9 500 km，开创了我军最长时间持续飞行的历史。军事远程飞行除了长时间的持续作业任务外，军事任务的心理应激也是影响远程飞行能力的不利因素。因此，评价空军飞行人员远程飞行劳动负荷，研究远程飞行中飞行人员的心理生理变化规律，制定有效的防护措施，是提高军事飞行员战斗力重要途径。

1 对象与方法

1.1 对象 选取健康男性青年志愿者8人，平均年龄（20.5±1.2）岁，自述无睡眠障碍。按不同的试验时间及条件分为3组。白天组：试验时间为12∶45～17∶00，不服用膳食补充剂；夜间组：试验时间为0∶45～05∶00，不服用膳食补充剂；补充剂组：试验时间为0∶45～05∶00，服用膳食补充剂。膳食补充剂为含咖啡因、人参皂苷、牛磺酸的复方片剂。

1.2 仪器设备 模拟远程飞行劳动负荷评价系统，该模拟系统能够自动对模拟飞行成绩评分，结合飞行员飞行状态生理参数记录检测仪，可以对整个模拟飞行过程的生理指标进行检测。亮点闪烁仪BD-Ⅱ-118型，北京大学青鸟仪器设备公司生产。闪烁频率4.0～60.0 Hz、0.1 Hz连续可调，选择黄光、光强1/16、亮黑比1∶1、背景光强度1/16。

1.3 观察指标

1.3.1 模拟飞行成绩、附加任务成绩 模拟飞行成绩评价科目为飞行姿态保持任务；评价质量标准设为“高”；每个模拟飞行评价阶段开始15 min后同时完成附加任务操作（15 min）。附加任务：3个个位数字相加减运算，计算结果与数字7比较，通过按下油门杆上对应按钮选择“≥7”或“＜7”；每6 s出现1个，共测量时间15 min。附加任务成绩指标有：任务量、正确率和反应时（reaction time，RT）。

1.3.2 主观量表 斯坦福嗜睡度量表（SSS）：将嗜睡度分为7个等级：“头脑清醒、警觉性好”为1分；“注意力可以集中”为2分；“警觉性和应答性不好”为3分；“头脑不太清醒、精力不好”为4分；“头脑不清醒、精力不够”为5分；“瞌睡、轻度恶心”为6分；“马上可以睡着”为7分。疲劳自评量表（RPE）：将疲劳感分为7个等级：“非常非常轻”为6～8分；“非常轻”为9～10分；“比较轻”为11～12分；“有点重”为13～14分；“重”为15～16分；“非常重”为17～18分；“非常非常重”为19～20分。

1.3.3 临界闪光融合频率（critical flicker fusion frequency，CFF） 采用亮点闪烁仪以“上调”和“下调”2种调节方式进行测试，“上调”是受试者转动旋钮从低频到高频，到刚刚能看到亮点不闪为止；“下调”是从高频到低频到刚刚能看到亮点闪烁时停止。按“上调、上调、下调、下调”的顺序，共记录4个频率值，取算术平均数。

1.4 测试方法

1.4.1 任务训练 受试者进行模拟远程飞行操作练习2周，至模拟远程飞行成绩至少在80分以上，并连续3次以上操作成绩稳定；熟悉掌握附加任务操作，且附加任务成绩（任务数、正确率及RT）稳定。

1.4.2 测试程序 不同组测试间隔至少2周以上，试验当日从起床开始禁止饮用浓茶、咖啡、酒精饮料及有关药物。夜间组试验前少量进食方便食品如方便面、不含咖啡成分的小饼干等。受试者需提前30 min到场进行试验前准备（熟悉环境、排泄等）。每1 h为一个评分阶段，每个评分阶段均进行模拟飞行成绩、附加任务、主观量表和CFF值的测量。其中模拟远程飞行时间约占45 min（含起飞、航向和航向转换调整时间以及同步进行的附加任务15 min）、指标记录约占15 min（包括主观量表和CFF值的测量），在第1个评分阶段前15 min进行实验前测量，包括实验前部分指标检测在内共5个评分阶段（0、1、2、3、4 h）。

1.5 统计学处理 采用SAS 9.2软件进行多因素重复测量方差分析，对百分率数据进行平方根反正弦变换；对不符合正态分布的数据进行数据对数变换后，达到分析条件要求后进行分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 模拟远程飞行操作成绩和附加任务成绩的变化情况 补充剂组在模拟飞行2 h时成绩较白天组和夜间组同时间点成绩明显提高（P＜0.05），4 h时飞行成绩较夜间组显著提高（P＜0.05）。与白天组同时间点比较，夜间组3 h附加任务的任务量开始明显降低（P＜0.01），4 h附加任务正确率和任务量均显著下降（P＜0.01），RT明显延长（P＜0.05）；补充剂组在3 h时附加任务的任务量也明显降低（P＜0.05），但4 h时无明显降低。与夜间组同时间点比较，补充剂组在3、4 h时附加任务正确率明显增加（P＜0.05，P＜0.01）。此外，夜间组4 h时附加任务任务量和正确率的降低也明显低于1 h时（P＜0.05）（图1）。

图1 8名男性志愿者模拟远程飞行操作成绩和附加任务任务量、正确率、RT的变化情况

2.2 主观量表以及CFF的变化情况 与试验前比较，夜间组及补充剂组及从2 h、白天组从3 h开始SSS得分明显增加（P＜0.05，P＜0.01），一直持续到试验结束；与白天组同时间点比较，夜间组4 h时SSS得分明显增加（P＜0.01）。从得分情况来看，这个分值处于“警觉性和应答性不好”（3分）与“头脑不太清醒、精力不好”（4分）之间。与试验前比较，3组RPE得分从2 h时开始均明显增加（P＜0.01），一直持续到试验结束；与白天组同时间点比较，夜间组4 h时RPE得分明显增加（P＜0.05）。从得分情况来看，这个分值是处于“比较轻”（11～12分）和“有点重”之间（13～14分）。与试验前比较，夜间组CFF从2 h开始明显降低（P＜0.05），3 h时降低更加显著（P＜0.01），一直持续到试验结束；与白天组同时间点比较，夜间组CFF3 h时明显降低（P＜0.05）（图2）。

图2 8名男性志愿者模拟远程飞行SSS、RPE、CFF的变化情况

3 讨论

飞行劳动负荷主要以脑力负荷为主[3]。评价脑力负荷的任务包括短时记忆、逻辑推理、数字计算、空间追踪、视觉搜索、拼图、迷宫、旋转认知以及模拟驾驶等；在进行主任务测量时同时完成另一个附加任务，也称为次任务；次任务评价理论的前提是人的信息处理能力是一定的，当执行一个主要作业任务时，会把多余的作业能力用在完成次任务上，次任务的绩效就可以间接反映执行主任务所占用的劳动负荷[4]。常用的次任务有记忆、数字计算、RT、时间估计、目标追踪等[5]。本研究以模拟远程飞行操作成绩作为主任务评价，附加任务成绩作为次任务评价。

模拟远程飞行操作成绩结果表明，无论是白天还是夜间飞行成绩随着操作时间的延长有轻微的降低趋势，但变化无统计学意义；服用膳食补充剂后可明显提高夜间的飞行成绩（P＜0.05），这说明膳食补充剂对提高飞行成绩有一定的作用。这可能与膳食补充剂中咖啡因提高中枢兴奋性、人参皂甙抗疲劳的效果有关，具体机制还需进一步研究[6-8]。附加任务成绩反映的是完成主任务时脑力资源的占用程度，即潜在的作业能力，同时也反映主任务负荷的增加。夜间模拟远程飞行时附加任务成绩明显降低，表现在完成任务数明显减少（P＜0.05）、正确率的降低（P＜0.05）。这说明，夜间模拟飞行劳动负荷增加，飞行作业储备能力降低，这对飞行安全造成了潜在的风险。服用膳食补充剂后，附加任务正确率明显增加，任务量、RT与白天比没有明显降低，这说明膳食补充剂提高了飞行作业储备能力，间接提高了飞行作业能力。

由于自我对劳动负荷有一定的感知能力，可通过主观量表来判断受试者对劳动负荷的主观评价。斯坦福嗜睡度量表、自认疲劳分级量表是用来评价飞行疲劳的常用主观指标[9]。从本研究SSS、RPE的变化结果来看，无论是白天还是夜间持续4 h模拟飞行操作，均能引起疲劳感和嗜睡感的增加，服用膳食补充剂也不能改变疲劳感和嗜睡感增加的趋势。但从具体分值来看，SSS得分处于“警觉性和应答性不好”与“头脑不太清醒、精力不好”之间（3～4分）、RPE得分处于“比较轻”和“有点重”之间（11～14分），说明从主观角度受试者的疲劳程度尚处于可接受的范围。

CFF是用来衡量和判别神经系统劳动负荷的常用指标。当人眼受到断续的光源刺激时，会引起闪烁感。随着光源闪烁频率的不断增加，闪烁感就会逐渐消失，这种现象称为光的融合，介于闪烁感与融合感之间的最小闪光频率称CFF。课题组前期研究发现，48 h睡眠剥夺条件下，CFF随睡眠剥夺时间延长明显降低，服用促醒药物莫达非尼后，CFF值均明显提高[10]。本研究中夜间模拟飞行2 h后CFF开始明显降低，说明中枢神经功能在夜间模拟飞行2 h后已经开始降低，服用膳食补充剂后减弱了这种降低变化趋势，这说明膳食补充剂在维持中枢神经功能、延缓中枢疲劳方面产生了一定的作用。

综上所述，模拟远程飞行会引起受试者的主观疲劳感、嗜睡度增加，但尚处于适中的程度；夜间模拟远程飞行附加任务完成任务量减少、RT延长、正确率降低以及CFF降低等说明夜间模拟飞行中，相对劳动负荷增加，模拟飞行作业储备能力降低；服用膳食补充剂虽然对主观疲劳感、嗜睡度无明显影响，但能改善夜间劳动作业储备能力的降低以及抑制夜间模拟飞行任务中CFF的下降，提示膳食补充剂有一定的提高中枢警觉性和改善飞行作业能力的效果。这些变化规律为制定航空卫生保障对策提供了技术支撑。