海拔高度对官兵军事作业能力的影响

王 健，李 成，史以超，刘 辉，耿瑞慧

军事作业能力是部队战斗力的具体体现，主要包括体力作业能力、脑力作业能力和技能。确保每一位官兵在任一环境和时刻的健康和作业效能是我们重要的职责，尤其是确保高原、寒区和热区等特殊环境下的作业能力。我国国土的1/6位于海拔3000 m以上的高海拔地区，高海拔地区低氧、寒冷等因素会对人体机能产生重要影响，严重危害部队官兵的军事作业能力。正确评价高海拔地区体力作业能力，对保障高原部队官兵身体健康和顺利完成军事作业任务具有重要意义。

目前，国内主要依据GJB2559-96《高原士兵体能评价标准》、GJB1337-92《士兵体能的测量和评价》评价高海拔地区军人的有氧能力。其中体力劳动能力(physical work capacity，PWC170)是人体在定量负荷运动中心率为170 次/min时的稳定状态条件下单位时间所作的功率(kg·m/min)，是评价有氧能力的重要指标。最大摄氧量( maximal oxygen consumption，VOmax) 是指在人体内进行最大强度运动时，各器官、系统机能达到最高，机体所摄入的氧含量，是有氧运动能力测定公认最客观的指标，而台阶指数则是评价心肺功能的主要指标之一。为了解海拔高度对武警官兵军事作业能力的影响，我们比较了不同海拔地区武警官兵PWC170、VOmax和台阶指数结果，分析其差异及随海拔高度的变化趋势，以期为高海拔地区武警官兵的训练指导及体质评价提供基础资料。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取平原驻地海拔高度约50 m，高原驻地海拔高度3100、3650、4050 m的武警某部官兵，剔除勤务、休假未能按时参加试验的5例，最终确定178例作为研究对象，均为男性，在驻地的驻防时间均在1年或以上，已完全习服高原低氧环境。所有官兵身心健康，均无心脏、肝、肾等器质性疾病，以及糖尿病、高血压、精神及神经系统疾病，受试前均签署知情同意书并按要求开展测试。入选官兵的基本情况见表1。

表1 不同海拔高度驻地官兵基本情况 )

1.2 研究方法 依据GJB1337-92《士兵体能的测量和评价》，采用定量负荷踏阶运动，踏阶运动的台阶阶高40 cm；用节拍器控制踏阶运动的踏速，分别为22.5 次/min和30 次/min，每个踏速运动持续5 min。两个踏速的运动分两次进行，先慢后快，前次运动后恢复5 min，再进行下一踏速的运动。运动时的心率用Polar V800心率表测定，以第5分钟时的心率作为该踏速下踏阶运动负荷的运动心率。

1.2.1 PWC170 其计算系根据功率与运动心率的线性回归方程推算，公式为

PWC(kg·m/min)=N+(N-N)[(170-f)/(f-f)]

式中：N、N——两次踏阶运动负荷试验的功率，以“kg·m/min”表示；

f、f——两次踏阶运动负荷试验的运动心率，以“次/min”表示。

运动负荷试验功率的计算公式如下：功率(kg·m/min)=[体重(kg)×阶高(m)×上下台阶数]×4/3

1.2.2 最大摄氧量(VOmax) 按照军标GJB1337-92的求算方法是：按踏阶次数22.5次/min，阶高40 cm进行踏阶运动5 min后，根据即刻心率(HR，次/min)及受试者体重(BW，kg) 间接计算最大摄氧量，其计算公式是：

VOmax[ml/(min·kg)]=10×1000/BW。

1.2.3 台阶指数 心脏功能评价的重要指标，测定方法为：受试者以22.5次/min的频率进行40 cm高踏阶，持续5 min。运动结束后，受试者坐在椅子上休息，测心率恢复期第1～1.5、2～2.5、4～4.5分钟的0.5 min恢复心率，分别计为P1、P2、P3。

台阶指数=活动时间(s)×100 /[( P1 + P2 + P3)×2]。

2 结 果

2.1 踏阶运动心率结果 平原海拔驻地官兵静息心率显著低于高原3类高海拔地区军人的静息心率，差异有统计学意义(<0.05)。而3类高海拔地区官兵海拔的静息心率间无统计学差异。踏阶运动试验中踏速22.5次/min、30 次/min的运动心率结果均显示，平原官兵的运动心率显著低于高海拔地区运动心率(<0.05)；海拔4050 m官兵运动心率高于3100 m和3650 m(<0.05)；3100 m与3650 m的无统计学差异(表2)。

表2 不同海拔官兵静息心率、踏阶运动心率情况 次/min)

2.2 PWC170情况 平原驻地官兵PWC170结果显著高于海拔3100 m、3650 m和4050 m，差异具有统计学意义(<0.01)；高海拔驻地官兵中海拔4050 m PWC170结果显著低于海拔3100 m和3650 m(<0.05)，而海拔3100 m和3650 m军人PWC170无统计学差异(表3)。

2.3 VOmax情况 高原驻地官兵VOmax相比平原驻地均有显著下降(<0.05) ，且高海拔地区3100 m、3650 m和4050 m 3个驻地间差异有统计学意义(<0.05)，海拔越高，最大摄氧量越低(表3)。

2.4 台阶指数结果 高原各组台阶指数相比于平原均显著下降(<0.05) ，且在3100 m、3650 m和4050 m各海拔梯度间均有统计学差异(<0.05，表3)。

表3 不同海拔官兵PWC170、最大摄氧量(VO2max)和台阶指数情况

3 讨 论

高海拔地区环境的特点是低压、寒冷以及缺氧，机体的生理功能会发生多方面适应性改变，如心率加快、红细胞增多及过度通气等，这些变化也导致了官兵的生理功能下降。低压低氧的环境还影响着部队官兵的军事作业能力，限制了体能训练的开展和效果，随着海拔的上升，官兵体能递次下降。从事强度小、运动量不大的活动，对人体影响较小，但在进行运动量较大的体能训练时，就可能会产生呼吸困难、头痛头晕、胸痛、呕吐等现象，对人体健康产生危害，甚至会发生高原病。

依据GJB1337-1992《士兵体能的测量和评价》标准，军事作业能力的测评指标有PWC170、VOmax、台阶指数、3000 m跑、心功能指数等。其中，PWC170反映的是测试者在负荷运动中心率达到170次/min时的稳定状态下，单位时间所做的功率。其功率的大小可以反映人体体力劳动能力的高低，是评估高原和平原部队体力劳动能力的重要指标，也是直接反映军人体力作业能力的指标。且PWC170 测试过程简单，采用直接法计算，可在高原现场实施。

本研究发现，平原地区和高原3个海拔部队官兵的静息心率和运动心率存在较大差异，平原军人的静息心率显著低于3类高海拔地区军人(<0.05)，而高原3个海拔的静息心率间无明显差异。Hartley等发现，机体心血管系统为适应高原低氧环境会发生代偿性调节，通过心率的升高来保持心输出量，加强机体氧气的运输，从而完成大负荷运动。随着机体的适应变化，心力储备逐渐提高，副交感神经等活动也增强，高原地区的心率上限值也高于平原地区。

本研究发现，平原驻地官兵PWC170显著高于海拔3100 m、3650 m和4050 m；高海拔驻地官兵中海拔4050 m PWC170显著低于海拔3100 m和3650 m，这一结果与Hamlin等所得结果一致，表明官兵在高海拔地区可能通过增加心率、改善心率储备来适应大负荷运动。踏阶运动实验中踏速22.5次/min、30次/min的运动心率结果也显示，平原官兵的运动心率显著低于高海拔地区运动心率；而海拔4050 m官兵运动心率明显高于3100 m和3650 m，进一步证实了海拔高度与运动心率呈正相关，海拔越高，运动心率越快，机体所承受的生理负荷也越大。在高原低氧环境中，官兵机体长期处于低氧状态，进一步导致了有氧能力的下降。王伟等研究结果也表明，PWC170在3个不同海拔(3680 m、4100 m和5380 m)所测结果，与海拔呈负相关，即随着高原海拔的升高，有氧能力逐步下降，他认为海拔越高对心功能影响越大，且负荷越高心率越快。冯恩志和杨生岳研究中发现，在海拔3600 m和4500 m测得的PWC170相较平原地区值分别降低了18.5%和25.7%。

在评价有氧运动能力方面，VOmax是公认最客观的指标，它与耐力运动成绩密切相关，其反映了机体的肺通气与弥散能力、血液载氧能力、心脏泵血功能等，美国和加拿大等已将它用于军人的体能评价。但是VOmax的直接测量对仪器设备要求较高，且要求进行的运动量较大，在高海拔地区测定时存在一定难度和安全风险。因此，我国采用耐力运动后的心率这个替代方法进行估算，这样规避了在高海拔地区体能测试时剧烈活动所带来的安全隐患。台阶指数则是根据台阶运动负荷试验的恢复心率和运动时间计算而得的指数，是评价心肺功能的主要指标之一。从本研究的结果可以得出，VOmax和台阶指数随着海拔的升高而降低，官兵的有氧能力逐步下降，也表明了高原低氧环境对有氧能力的影响是客观存在的，部队的习服措施和高原体能训练仍不能克服这种极端自然环境的负性影响。

本研究发现，随着海拔的升高官兵体力劳动能力逐步下降，呈负相关，且PWC170可作为评价高原官兵有氧能力的指标。此次调查受各种条件的限制，仍存在诸多问题，如部队官兵调查样本量较小、官兵由于身高和协调性的差距在踏阶节奏的统一性低，以及在运动心率记录时的时间差异性等。所以，调查结论可能会存在一定程度的偏差。今后，我们将通过扩大样本量，采用节拍器及电子心率测量仪等进一步研究，以期为我国高海拔地区官兵的体能训练研究提供数据支撑。