2020年美国航空航天医学会（AsMA）学术年会论文集有关文献分析

刘 珺，邓 略，张向阳，张晓丽，郭小朝，贺 青，刘 娟，姚 钦，周玉彬，廖 扬，钟方虎

2020年美国航空航天医学会学术年会原定5月17—21日在美国-亚特兰大召开，因为疫情会议未能如期举办。会议论文集收录的475篇学术论文共涉及航空医学、航天医学及环境医学等领域的87个专题。笔者主要基于2020年美国航空航天医学会（AsMA）学术年会会议论文集航空医学有关航空生理、人机工效、飞行员心理选拔、空间定向障碍与飞行事故调查、弹射救生方面的文献报道，进行概述如下。

1 航空生理研究

1.1 高空生理 高空缺氧是飞行员在飞行时的常见问题，会降低飞行员的飞行效能，影响飞行安全，因此有必要对飞行员在高空飞行时的血氧饱和度监测技术进行研究，研发实用精确的血氧饱和度监测技术。德国航空医学中心的Andreas[1]报道应用近红外光谱监测在低压舱内进行缺氧训练飞行员的中心氧合（rSO2）：在低压舱内进行低压缺氧训练期间，会常规进行外周氧饱和度（SpO2）监测，但往往仅有这种监测是不够的，可同时应用近红外光谱（NIRS）技术测量中心氧合（rSO2）。该研究有108名受试者，低压缺氧训练时在7 620 m处重度缺氧，在4 572 m处轻度缺氧。通过红外光谱监测在左、右脑（额叶脑组织）得出的rSO2数值没有显著差异，且与SpO2比较，rSO2测量值更不易受其它因素干扰。研究结果表明NIRS血氧饱和度测定法是测量中心血氧饱和度的有效方法，可以准确地检测到局部缺氧，并且缺氧症状与rSO2曲线显著相关，利用NIRS可以更早地检测到缺氧，从而提高训练的安全性。

1.2 加速度生理

1.2.1 加速度暴露的影响 加速度对飞行员的影响一直是航空医学研究的热点，前期的研究发现高强度的高G训练会对飞行员产生多种生理和心理影响，例如急性疲劳、晕动病和抑郁，但目前还很难量化评估这种影响的程度。为了更准确地评估高G暴露后的行为变化，Tu等[2]利用大鼠模型研究加速度暴露与行为变化之间的关系。该研究采用8只成年雄性SD大鼠，在实验的前一天，首先对大鼠进行高架十字迷宫和旷场试验。通过使用载人离心机8 G持续30 s以制造高G环境，并且持续两轮。离心后，在30 min内对大鼠进行高架十字迷宫测试和旷场试验。将离心后获得的行为数据与实验前进行比较。结果发现高G离心后，根据高架十字迷宫测试结果，大鼠的总移动距离显著减小[前后对比：（10 782±1 982) mm vs (4 033±3 852) mm；P＜0.01]，并且开放臂的移动距离减小了[前后对比：(2 526±1 419)mm vs (303±623) mm；P＜0.05]；但是闭合臂的持续时间显著增加[前后对比：（166±23）vs（278±31）s；P＜0.001]。对应于旷场试验，高G离心后大鼠的总移动距离也显著降低[前后对比：（7 602±3 778）mm vs（2 367±1 871）mm；P＜0.05]。这项研究成功建立了高G诱发的行为疲劳和认知能力受损的大鼠模型，未来将继续研究在这种极端环境下SD大鼠恢复体能和认知能力所需要的时间，并研发减轻压力的合理方法[2]。

1.2.2 抗荷动作和心脏功能 抗荷收紧动作（anti-G straining maneuver，AGSM）指飞行员在高G环境中通过收缩肌肉主动提高心脏动脉压以提高其抗荷能力和防止出现加速度引发的意识丧失（G-induced loss of consciousness，G-LOC），多年来一直是训练飞行员提高抗荷能力的重要措施。

Lai等[3]评估了22名受试飞行学员[平均年龄（26.7±3.4）岁]的AGSM能力与其心脏功能评分之间的相关性，发现二者之间呈正相关。AGSM能力的等级划分如下：1=非常差，2=差，3=平均，4=优秀和5=优秀，该研究发现AGSM得分≤2、3和4的受试者比例分别为27.3%，40.9%和31.8%，此外2名（22.7%）受试者经历了G-LOC。在初始阶段（1～10 s），第二阶段（11～20 s）和最后阶段（21～30 s），受试者每搏输出量(stroke volume，SV)比率分别为1.04、1.01和0.94，心率比分别为1.05、1.05和1.07。与AGSM得分低于3的小组相比，AGSM得分等于3和4的小组中，SV和心输出量（cardiac output，CO）的比例更高。因为受试者抗荷收紧动作的能力和心脏功能的评分有一定关联，所以可以通过受试者的CO、SV和心率等心脏功能的评分判断AGSM的效果[3]。

2 飞行员心理选拔

近年来研究人员越来越重视飞行员的心理健康，从飞行员选拔到鉴定体检，心理健康测试方法和飞行员心理健康标椎都在不断更新，趋于更加合理和科学。美国航空航天局Ray[4]提出选拔飞行员时，应对其人格和职业动机进行评估。应重视抑郁症，焦虑症，药物滥用/依赖性、人格障碍等可能造成飞行安全隐患的心理健康问题。该研究提出使用现有的心理测试工具可识别会对飞行操作造成安全隐患的人格特质，如候选人具备某些不会影响飞行操作的人格特质（强迫型、自恋型、表演型等），但其他生理心理条件达标，则他们仍然是适合飞行的。使用现有的心理测试工具，对飞行员进行选拔，确定其心理健康状态是否适合飞行很重要，对接受过心理治疗的飞行员进行评估合格后准予“特许飞行”同样也很重要，这样将有利于避免飞行员隐瞒心理疾患去非正规医疗机构就诊或不积极接受治疗。

美国的Henry[5]提出了在飞行员心理选拔测试中应用因人而异的计算机自适应测试方案。计算机自适应测试（computer-adaptive testing，CAT）方案已经应用70多年，并且广泛应用于多种高等级测试中。与静态测试系统相比，CAT测试系统结构个性化、测试安全性更高、测试时间更短且评分准确性更高，CAT的统计假设可确保由不同项目组成的测试分数具有可比性。

3 人机工效学研究

由于飞机座椅、头盔和机舱环境因素等导致的飞行员腰背部、颈部疼痛和其他问题一直是航空医学人机工效领域的研究热点，如何在飞机座椅和头盔设计上进行改良，切实缓解或解决飞行员腰背部、颈部疼痛是地面研究人员和机上设备研发人员的目标。美国Christophe等[6]回顾了第五代战机面临的人机工效方面的挑战。该作者论述了战机的人装结合问题，以及多种可能导致飞行员飞行操作能力下降的因素。联合攻击战斗机F-35在飞机外形和生存能力（救生和防撞等）方面做了重大改进，但仍存在许多与前几代战机相同的人机工效问题，如飞行员在地面起飞前感觉座舱温度较高、长时间飞行过程中排尿不便、驾驶舱相对狭窄等问题。新研发的综合显示头盔提高了飞行员对周围环境和飞行态势的感知能力，但头盔重心经常偏移会对飞行员视线产生影响（可能是穿戴不当或头盔设计问题）。与前几代战机比较，F-35具有很多优势，改善了飞行员的作业环境，但从人机工效角度考虑仍需对F-35加以改进[6]。

美国佛罗里达州Hadley等[7]报道了91%的海航旋翼机飞行员主诉飞行时颈腰疼痛，且有82%的人报告飞行过程中疼痛加剧。针对飞行员颈腰病的高发率，须加强对飞行员颈腰病的防护研究，并改进飞行座椅的设计使其更加舒适。

美国Molly等[8]研究了高性能飞机上使用的综合显示头盔（joint helmet mounted cuing system，JHMCS）对飞行员颈部的影响。头盔上装有显示器，可以显示各种关键信息。与HGU-55/P型标准头盔相比，综合显示头盔的重量增加了且重心容易偏移（一般是前移），即使在地面上也可能导致颈部疼痛、疲劳和受伤几率增大。该研究比较了在1 G实验室环境中，与HGU-55/P头盔比较，戴JHMCS头盔时飞行员颈椎活动范围（range of motion，ROM），颈部等长收缩肌力的变化和主观不适的情况。研究人员观察了40名受试者不戴头盔，戴头盔和戴头盔1 h后颈部后屈、伸展、右旋、左旋、右后屈和左后屈的情况，结果发现戴上头盔后，所有ROM值均下降。1 h后，JHMCS头盔导致右旋转（P=0.028）和左旋转（P=0.011）以及右后屈（P=0.004）的颈部力量下降，1 h后，HGU-55/P头盔导致伸展过程中颈部力量下降（P=0.009）。与HGU-55/P头盔比较，戴JHMCS头盔1 h后飞行员的不适感更显著（P=0.020）。在高G环境中长时间佩戴头盔，将使飞行员颈部活动范围大幅减小，且肌张力大幅降低，对高性能飞机驾驶员转头有一定影响，这点必须引起重视[8]。

4 空间定向障碍与飞行事故调查

在飞行安全中，“人的因素”占据很大的比例，其中空中错觉导致的空间定向障碍（spatial disorientation，SD）仍然是影响飞行安全的重要原因，也是A级飞行事故的主要原因。根据美军的飞行事故调查，SD导致了美军12%～33%A级事故，死亡率接近100%。

Chiang等[9]研究人员对飞行员空中错觉情况进行了分析。该研究采用开放式问卷从2018年7月—2019年6月调查了刚完成喷气式战斗机基础训练的年轻飞行员发生空中错觉的情况及应对方法。结果发现60名受试男性飞行员中有68.3%（n=41）经历了空中错觉，其中有75.6%和61.0%的错觉分别发生在阴天/夜间和能见度低的情况下，有65.9%的被调查者经历过倾斜错觉，只有9.8%的错觉是视觉错觉，且68.3%的被调查者通过使用仪表和视觉参考纠正了错觉。这项研究发现年轻飞行员最常见的错觉是倾斜错觉，而视觉上的错觉相对较少。该研究团队提出应把这项调查推广到有经验的资深飞行员中，以探讨空中SD的发生率和应对策略。

英国Tracy等[10]通过2014—2018年期间发生的飞行事故分析了飞行员发生空间定向障碍的原因。此4年中共发生92起SD事件，而此前2004—2014年间发生了550多起SD事件（根据定向障碍事件调查小组的统计数据），与上个调查期比较，SD事件发生率保持在相似的水平，每飞行10 000 h约有1.4起飞行事故。数据表明，SD仍然对英国飞行人员的飞行安全构成威胁。为了了解SD发生的原因并研究对策，定向障碍事件调查小组要求飞行人员描述在飞行中何时对飞机的姿态或位置感到不确定，或者他们在飞行中何时突然意识到飞机的姿态或位置已经改变。整个数据集的逻辑回归分析（超过550起事件）发现了几个有意义的结果（P＜0.01）：驾驶高速喷气式飞机时，空战动作、飞行员注意力分散以及经验不足等都增加了SD事故发生率。驾驶旋翼飞机时，飞行机组人员之间的协调不力、甲板起飞和云层等都增加了发生飞行事故的风险。许多SD事故是由于视觉错觉引起的，另外某些操作，如高速喷气飞机进行空中加油以及旋翼飞机降落（包括甲板着陆）都会导致SD。对2004年以来收集的所有SD事故进行分析后发现，飞行员无论是对舱内仪表信息还是舱外视景注意力不集中，都会增加飞机偏离预期姿态或位置的风险，造成SD事故。

根据公共事故调查委员会的报告，固视或“管状注意”是导致多起飞机坠毁的重要原因。美国Christopher[11]以C-17飞行人员在阿富汗渐进着陆时差点发生的飞行事故为例，再次强调了“人的因素”对飞行安全的重要性。该案例中C-17飞行人员，在夜视镜辅助下飞往阿富汗，其中左座是飞行教练员（Instructor Pilot，IP），右座是飞行评估员（Evaluator Pilot，EP）。由于没有预料到备降机场无机场灯，该飞行教练员在定位和识别跑道时发生了固视或“管状注意”现象。副驾驶员（飞行评估员）没有执行正常操作程序，通报飞机的着陆关键高度（距离地面15.24 m），而是将注意力集中在跑道上，而飞机准备着陆时距离跑道地面已不足15.24 m。正常着陆是用推力控制速度、用俯仰姿态控制下降率。所幸C-17飞机可使用特殊方式着陆，即用推力控制下降率、用俯仰姿态控制速度，该案例中飞行员使用了比正常大很多的推力才避免了飞机重着陆或摔在跑道前端。必须重视这种飞行操作中常见的引起飞行事故的“人的因素”和可能导致“管状注意”的原因。

5 弹射救生Mk14和Mk16系列座椅

弹射座椅是机上重要的逃生设备，已经使用了70多年，使成千上万的飞行员得以成功逃生。为了降低弹射逃生飞行员的死亡率和脊柱受伤率，弹射救生座椅的设计和性能不断得到优化，新型的弹射救生系列座椅已投入使用。美国Martin-Baker飞机公司调查了226起使用现代逃生系统(Mk14 and Mk16系列)弹射逃生飞行员的死亡率和脊柱受伤率，结果发现弹射后存活率高于90%，而弹射后死亡的飞行员大多是由于包线外弹出或弹出后其他原因导致的。Mk10A、Mk16和US16E（F35）座椅的Z轴指数分别为21、18 g和16 g，从而使脊柱损伤风险概率从26%降低到3%（Mk16），进而降低到不足1%（US16E）。而使用Mk14和Mk16弹射座椅，实际的脊柱损伤率已从29.4%降至3%[12]。

随着国际航空航天工业的不断发展以及飞机机型、飞行员救生和防护装备等的更新迭代，2020年航空医学研究人员在航卫保障方面做了大量研究，并研究出很多有实际应用价值的新技术新方法，如飞行员缺氧监测技术、抗荷训练的效果评估和飞行错觉的应对方法等，推动了学科的发展，更好地保障了飞行员的生理、心理健康，笔者仅对航空生理、飞行员心理选拔、人机工效、SD与飞行事故调查、弹射救生等研究内容做了简要概述，这些热点问题的研究成果为进一步开展航空医学研究提供了新的思路和方法。