劉 珺，鄧 略，張向陽(yáng)，張曉麗，郭小朝，賀 青，劉 娟，姚 欽，周玉彬，廖 揚(yáng)，鐘方虎

2020年美國(guó)航空航天醫(yī)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)原定5月17—21日在美國(guó)-亞特蘭大召開(kāi)，因?yàn)橐咔闀?huì)議未能如期舉辦。會(huì)議論文集收錄的475篇學(xué)術(shù)論文共涉及航空醫(yī)學(xué)、航天醫(yī)學(xué)及環(huán)境醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的87個(gè)專題。筆者主要基于2020年美國(guó)航空航天醫(yī)學(xué)會(huì)（AsMA）學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)議論文集航空醫(yī)學(xué)有關(guān)航空生理、人機(jī)工效、飛行員心理選拔、空間定向障礙與飛行事故調(diào)查、彈射救生方面的文獻(xiàn)報(bào)道，進(jìn)行概述如下。

1 航空生理研究

1.1 高空生理 高空缺氧是飛行員在飛行時(shí)的常見(jiàn)問(wèn)題，會(huì)降低飛行員的飛行效能，影響飛行安全，因此有必要對(duì)飛行員在高空飛行時(shí)的血氧飽和度監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，研發(fā)實(shí)用精確的血氧飽和度監(jiān)測(cè)技術(shù)。德國(guó)航空醫(yī)學(xué)中心的Andreas[1]報(bào)道應(yīng)用近紅外光譜監(jiān)測(cè)在低壓艙內(nèi)進(jìn)行缺氧訓(xùn)練飛行員的中心氧合（rSO2）：在低壓艙內(nèi)進(jìn)行低壓缺氧訓(xùn)練期間，會(huì)常規(guī)進(jìn)行外周氧飽和度（SpO2）監(jiān)測(cè)，但往往僅有這種監(jiān)測(cè)是不夠的，可同時(shí)應(yīng)用近紅外光譜（NIRS）技術(shù)測(cè)量中心氧合（rSO2）。該研究有108名受試者，低壓缺氧訓(xùn)練時(shí)在7 620 m處重度缺氧，在4 572 m處輕度缺氧。通過(guò)紅外光譜監(jiān)測(cè)在左、右腦（額葉腦組織）得出的rSO2數(shù)值沒(méi)有顯著差異，且與SpO2比較，rSO2測(cè)量值更不易受其它因素干擾。研究結(jié)果表明NIRS血氧飽和度測(cè)定法是測(cè)量中心血氧飽和度的有效方法，可以準(zhǔn)確地檢測(cè)到局部缺氧，并且缺氧癥狀與rSO2曲線顯著相關(guān)，利用NIRS可以更早地檢測(cè)到缺氧，從而提高訓(xùn)練的安全性。

1.2 加速度生理

1.2.1 加速度暴露的影響 加速度對(duì)飛行員的影響一直是航空醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)，前期的研究發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度的高G訓(xùn)練會(huì)對(duì)飛行員產(chǎn)生多種生理和心理影響，例如急性疲勞、暈動(dòng)病和抑郁，但目前還很難量化評(píng)估這種影響的程度。為了更準(zhǔn)確地評(píng)估高G暴露后的行為變化，Tu等[2]利用大鼠模型研究加速度暴露與行為變化之間的關(guān)系。該研究采用8只成年雄性SD大鼠，在實(shí)驗(yàn)的前一天，首先對(duì)大鼠進(jìn)行高架十字迷宮和曠場(chǎng)試驗(yàn)。通過(guò)使用載人離心機(jī)8 G持續(xù)30 s以制造高G環(huán)境，并且持續(xù)兩輪。離心后，在30 min內(nèi)對(duì)大鼠進(jìn)行高架十字迷宮測(cè)試和曠場(chǎng)試驗(yàn)。將離心后獲得的行為數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)高G離心后，根據(jù)高架十字迷宮測(cè)試結(jié)果，大鼠的總移動(dòng)距離顯著減小[前后對(duì)比：（10 782±1 982) mm vs (4 033±3 852) mm；P＜0.01]，并且開(kāi)放臂的移動(dòng)距離減小了[前后對(duì)比：(2 526±1 419)mm vs (303±623) mm；P＜0.05]；但是閉合臂的持續(xù)時(shí)間顯著增加[前后對(duì)比：（166±23）vs（278±31）s；P＜0.001]。對(duì)應(yīng)于曠場(chǎng)試驗(yàn)，高G離心后大鼠的總移動(dòng)距離也顯著降低[前后對(duì)比：（7 602±3 778）mm vs（2 367±1 871）mm；P＜0.05]。這項(xiàng)研究成功建立了高G誘發(fā)的行為疲勞和認(rèn)知能力受損的大鼠模型，未來(lái)將繼續(xù)研究在這種極端環(huán)境下SD大鼠恢復(fù)體能和認(rèn)知能力所需要的時(shí)間，并研發(fā)減輕壓力的合理方法[2]。

1.2.2 抗荷動(dòng)作和心臟功能 抗荷收緊動(dòng)作（anti-G straining maneuver，AGSM）指飛行員在高G環(huán)境中通過(guò)收縮肌肉主動(dòng)提高心臟動(dòng)脈壓以提高其抗荷能力和防止出現(xiàn)加速度引發(fā)的意識(shí)喪失（G-induced loss of consciousness，G-LOC），多年來(lái)一直是訓(xùn)練飛行員提高抗荷能力的重要措施。

Lai等[3]評(píng)估了22名受試飛行學(xué)員[平均年齡（26.7±3.4）歲]的AGSM能力與其心臟功能評(píng)分之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)二者之間呈正相關(guān)。AGSM能力的等級(jí)劃分如下：1=非常差，2=差，3=平均，4=優(yōu)秀和5=優(yōu)秀，該研究發(fā)現(xiàn)AGSM得分≤2、3和4的受試者比例分別為27.3%，40.9%和31.8%，此外2名（22.7%）受試者經(jīng)歷了G-LOC。在初始階段（1～10 s），第二階段（11～20 s）和最后階段（21～30 s），受試者每搏輸出量(stroke volume，SV)比率分別為1.04、1.01和0.94，心率比分別為1.05、1.05和1.07。與AGSM得分低于3的小組相比，AGSM得分等于3和4的小組中，SV和心輸出量（cardiac output，CO）的比例更高。因?yàn)槭茉囌呖购墒站o動(dòng)作的能力和心臟功能的評(píng)分有一定關(guān)聯(lián)，所以可以通過(guò)受試者的CO、SV和心率等心臟功能的評(píng)分判斷AGSM的效果[3]。

2 飛行員心理選拔

近年來(lái)研究人員越來(lái)越重視飛行員的心理健康，從飛行員選拔到鑒定體檢，心理健康測(cè)試方法和飛行員心理健康標(biāo)椎都在不斷更新，趨于更加合理和科學(xué)。美國(guó)航空航天局Ray[4]提出選拔飛行員時(shí)，應(yīng)對(duì)其人格和職業(yè)動(dòng)機(jī)進(jìn)行評(píng)估。應(yīng)重視抑郁癥，焦慮癥，藥物濫用/依賴性、人格障礙等可能造成飛行安全隱患的心理健康問(wèn)題。該研究提出使用現(xiàn)有的心理測(cè)試工具可識(shí)別會(huì)對(duì)飛行操作造成安全隱患的人格特質(zhì)，如候選人具備某些不會(huì)影響飛行操作的人格特質(zhì)（強(qiáng)迫型、自戀型、表演型等），但其他生理心理?xiàng)l件達(dá)標(biāo)，則他們?nèi)匀皇沁m合飛行的。使用現(xiàn)有的心理測(cè)試工具，對(duì)飛行員進(jìn)行選拔，確定其心理健康狀態(tài)是否適合飛行很重要，對(duì)接受過(guò)心理治療的飛行員進(jìn)行評(píng)估合格后準(zhǔn)予“特許飛行”同樣也很重要，這樣將有利于避免飛行員隱瞞心理疾患去非正規(guī)醫(yī)療機(jī)構(gòu)就診或不積極接受治療。

美國(guó)的Henry[5]提出了在飛行員心理選拔測(cè)試中應(yīng)用因人而異的計(jì)算機(jī)自適應(yīng)測(cè)試方案。計(jì)算機(jī)自適應(yīng)測(cè)試（computer-adaptive testing，CAT）方案已經(jīng)應(yīng)用70多年，并且廣泛應(yīng)用于多種高等級(jí)測(cè)試中。與靜態(tài)測(cè)試系統(tǒng)相比，CAT測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)個(gè)性化、測(cè)試安全性更高、測(cè)試時(shí)間更短且評(píng)分準(zhǔn)確性更高，CAT的統(tǒng)計(jì)假設(shè)可確保由不同項(xiàng)目組成的測(cè)試分?jǐn)?shù)具有可比性。

3 人機(jī)工效學(xué)研究

由于飛機(jī)座椅、頭盔和機(jī)艙環(huán)境因素等導(dǎo)致的飛行員腰背部、頸部疼痛和其他問(wèn)題一直是航空醫(yī)學(xué)人機(jī)工效領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，如何在飛機(jī)座椅和頭盔設(shè)計(jì)上進(jìn)行改良，切實(shí)緩解或解決飛行員腰背部、頸部疼痛是地面研究人員和機(jī)上設(shè)備研發(fā)人員的目標(biāo)。美國(guó)Christophe等[6]回顧了第五代戰(zhàn)機(jī)面臨的人機(jī)工效方面的挑戰(zhàn)。該作者論述了戰(zhàn)機(jī)的人裝結(jié)合問(wèn)題，以及多種可能導(dǎo)致飛行員飛行操作能力下降的因素。聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)F-35在飛機(jī)外形和生存能力（救生和防撞等）方面做了重大改進(jìn)，但仍存在許多與前幾代戰(zhàn)機(jī)相同的人機(jī)工效問(wèn)題，如飛行員在地面起飛前感覺(jué)座艙溫度較高、長(zhǎng)時(shí)間飛行過(guò)程中排尿不便、駕駛艙相對(duì)狹窄等問(wèn)題。新研發(fā)的綜合顯示頭盔提高了飛行員對(duì)周圍環(huán)境和飛行態(tài)勢(shì)的感知能力，但頭盔重心經(jīng)常偏移會(huì)對(duì)飛行員視線產(chǎn)生影響（可能是穿戴不當(dāng)或頭盔設(shè)計(jì)問(wèn)題）。與前幾代戰(zhàn)機(jī)比較，F(xiàn)-35具有很多優(yōu)勢(shì)，改善了飛行員的作業(yè)環(huán)境，但從人機(jī)工效角度考慮仍需對(duì)F-35加以改進(jìn)[6]。

美國(guó)佛羅里達(dá)州Hadley等[7]報(bào)道了91%的海航旋翼機(jī)飛行員主訴飛行時(shí)頸腰疼痛，且有82%的人報(bào)告飛行過(guò)程中疼痛加劇。針對(duì)飛行員頸腰病的高發(fā)率，須加強(qiáng)對(duì)飛行員頸腰病的防護(hù)研究，并改進(jìn)飛行座椅的設(shè)計(jì)使其更加舒適。

美國(guó)Molly等[8]研究了高性能飛機(jī)上使用的綜合顯示頭盔（joint helmet mounted cuing system，JHMCS）對(duì)飛行員頸部的影響。頭盔上裝有顯示器，可以顯示各種關(guān)鍵信息。與HGU-55/P型標(biāo)準(zhǔn)頭盔相比，綜合顯示頭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導(dǎo)致頸部疼痛、疲勞和受傷幾率增大。該研究比較了在1 G實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，與HGU-55/P頭盔比較，戴JHMCS頭盔時(shí)飛行員頸椎活動(dòng)范圍（range of motion，ROM），頸部等長(zhǎng)收縮肌力的變化和主觀不適的情況。研究人員觀察了40名受試者不戴頭盔，戴頭盔和戴頭盔1 h后頸部后屈、伸展、右旋、左旋、右后屈和左后屈的情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)戴上頭盔后，所有ROM值均下降。1 h后，JHMCS頭盔導(dǎo)致右旋轉(zhuǎn)（P=0.028）和左旋轉(zhuǎn)（P=0.011）以及右后屈（P=0.004）的頸部力量下降，1 h后，HGU-55/P頭盔導(dǎo)致伸展過(guò)程中頸部力量下降（P=0.009）。與HGU-55/P頭盔比較，戴JHMCS頭盔1 h后飛行員的不適感更顯著（P=0.020）。在高G環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間佩戴頭盔，將使飛行員頸部活動(dòng)范圍大幅減小，且肌張力大幅降低，對(duì)高性能飛機(jī)駕駛員轉(zhuǎn)頭有一定影響，這點(diǎn)必須引起重視[8]。

4 空間定向障礙與飛行事故調(diào)查

在飛行安全中，“人的因素”占據(jù)很大的比例，其中空中錯(cuò)覺(jué)導(dǎo)致的空間定向障礙（spatial disorientation，SD）仍然是影響飛行安全的重要原因，也是A級(jí)飛行事故的主要原因。根據(jù)美軍的飛行事故調(diào)查，SD導(dǎo)致了美軍12%～33%A級(jí)事故，死亡率接近100%。

Chiang等[9]研究人員對(duì)飛行員空中錯(cuò)覺(jué)情況進(jìn)行了分析。該研究采用開(kāi)放式問(wèn)卷從2018年7月—2019年6月調(diào)查了剛完成噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)基礎(chǔ)訓(xùn)練的年輕飛行員發(fā)生空中錯(cuò)覺(jué)的情況及應(yīng)對(duì)方法。結(jié)果發(fā)現(xiàn)60名受試男性飛行員中有68.3%（n=41）經(jīng)歷了空中錯(cuò)覺(jué)，其中有75.6%和61.0%的錯(cuò)覺(jué)分別發(fā)生在陰天/夜間和能見(jiàn)度低的情況下，有65.9%的被調(diào)查者經(jīng)歷過(guò)傾斜錯(cuò)覺(jué)，只有9.8%的錯(cuò)覺(jué)是視覺(jué)錯(cuò)覺(jué)，且68.3%的被調(diào)查者通過(guò)使用儀表和視覺(jué)參考糾正了錯(cuò)覺(jué)。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)年輕飛行員最常見(jiàn)的錯(cuò)覺(jué)是傾斜錯(cuò)覺(jué)，而視覺(jué)上的錯(cuò)覺(jué)相對(duì)較少。該研究團(tuán)隊(duì)提出應(yīng)把這項(xiàng)調(diào)查推廣到有經(jīng)驗(yàn)的資深飛行員中，以探討空中SD的發(fā)生率和應(yīng)對(duì)策略。

英國(guó)Tracy等[10]通過(guò)2014—2018年期間發(fā)生的飛行事故分析了飛行員發(fā)生空間定向障礙的原因。此4年中共發(fā)生92起SD事件，而此前2004—2014年間發(fā)生了550多起SD事件（根據(jù)定向障礙事件調(diào)查小組的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)），與上個(gè)調(diào)查期比較，SD事件發(fā)生率保持在相似的水平，每飛行10 000 h約有1.4起飛行事故。數(shù)據(jù)表明，SD仍然對(duì)英國(guó)飛行人員的飛行安全構(gòu)成威脅。為了了解SD發(fā)生的原因并研究對(duì)策，定向障礙事件調(diào)查小組要求飛行人員描述在飛行中何時(shí)對(duì)飛機(jī)的姿態(tài)或位置感到不確定，或者他們?cè)陲w行中何時(shí)突然意識(shí)到飛機(jī)的姿態(tài)或位置已經(jīng)改變。整個(gè)數(shù)據(jù)集的邏輯回歸分析（超過(guò)550起事件）發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)有意義的結(jié)果（P＜0.01）：駕駛高速噴氣式飛機(jī)時(shí)，空戰(zhàn)動(dòng)作、飛行員注意力分散以及經(jīng)驗(yàn)不足等都增加了SD事故發(fā)生率。駕駛旋翼飛機(jī)時(shí)，飛行機(jī)組人員之間的協(xié)調(diào)不力、甲板起飛和云層等都增加了發(fā)生飛行事故的風(fēng)險(xiǎn)。許多SD事故是由于視覺(jué)錯(cuò)覺(jué)引起的，另外某些操作，如高速噴氣飛機(jī)進(jìn)行空中加油以及旋翼飛機(jī)降落（包括甲板著陸）都會(huì)導(dǎo)致SD。對(duì)2004年以來(lái)收集的所有SD事故進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，飛行員無(wú)論是對(duì)艙內(nèi)儀表信息還是艙外視景注意力不集中，都會(huì)增加飛機(jī)偏離預(yù)期姿態(tài)或位置的風(fēng)險(xiǎn)，造成SD事故。

根據(jù)公共事故調(diào)查委員會(huì)的報(bào)告，固視或“管狀注意”是導(dǎo)致多起飛機(jī)墜毀的重要原因。美國(guó)Christopher[11]以C-17飛行人員在阿富汗?jié)u進(jìn)著陸時(shí)差點(diǎn)發(fā)生的飛行事故為例，再次強(qiáng)調(diào)了“人的因素”對(duì)飛行安全的重要性。該案例中C-17飛行人員，在夜視鏡輔助下飛往阿富汗，其中左座是飛行教練員（Instructor Pilot，IP），右座是飛行評(píng)估員（Evaluator Pilot，EP）。由于沒(méi)有預(yù)料到備降機(jī)場(chǎng)無(wú)機(jī)場(chǎng)燈，該飛行教練員在定位和識(shí)別跑道時(shí)發(fā)生了固視或“管狀注意”現(xiàn)象。副駕駛員（飛行評(píng)估員）沒(méi)有執(zhí)行正常操作程序，通報(bào)飛機(jī)的著陸關(guān)鍵高度（距離地面15.24 m），而是將注意力集中在跑道上，而飛機(jī)準(zhǔn)備著陸時(shí)距離跑道地面已不足15.24 m。正常著陸是用推力控制速度、用俯仰姿態(tài)控制下降率。所幸C-17飛機(jī)可使用特殊方式著陸，即用推力控制下降率、用俯仰姿態(tài)控制速度，該案例中飛行員使用了比正常大很多的推力才避免了飛機(jī)重著陸或摔在跑道前端。必須重視這種飛行操作中常見(jiàn)的引起飛行事故的“人的因素”和可能導(dǎo)致“管狀注意”的原因。

5 彈射救生Mk14和Mk16系列座椅

彈射座椅是機(jī)上重要的逃生設(shè)備，已經(jīng)使用了70多年，使成千上萬(wàn)的飛行員得以成功逃生。為了降低彈射逃生飛行員的死亡率和脊柱受傷率，彈射救生座椅的設(shè)計(jì)和性能不斷得到優(yōu)化，新型的彈射救生系列座椅已投入使用。美國(guó)Martin-Baker飛機(jī)公司調(diào)查了226起使用現(xiàn)代逃生系統(tǒng)(Mk14 and Mk16系列)彈射逃生飛行員的死亡率和脊柱受傷率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)彈射后存活率高于90%，而彈射后死亡的飛行員大多是由于包線外彈出或彈出后其他原因?qū)е碌?。Mk10A、Mk16和US16E（F35）座椅的Z軸指數(shù)分別為21、18 g和16 g，從而使脊柱損傷風(fēng)險(xiǎn)概率從26%降低到3%（Mk16），進(jìn)而降低到不足1%（US16E）。而使用Mk14和Mk16彈射座椅，實(shí)際的脊柱損傷率已從29.4%降至3%[12]。

隨著國(guó)際航空航天工業(yè)的不斷發(fā)展以及飛機(jī)機(jī)型、飛行員救生和防護(hù)裝備等的更新迭代，2020年航空醫(yī)學(xué)研究人員在航衛(wèi)保障方面做了大量研究，并研究出很多有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的新技術(shù)新方法，如飛行員缺氧監(jiān)測(cè)技術(shù)、抗荷訓(xùn)練的效果評(píng)估和飛行錯(cuò)覺(jué)的應(yīng)對(duì)方法等，推動(dòng)了學(xué)科的發(fā)展，更好地保障了飛行員的生理、心理健康，筆者僅對(duì)航空生理、飛行員心理選拔、人機(jī)工效、SD與飛行事故調(diào)查、彈射救生等研究?jī)?nèi)容做了簡(jiǎn)要概述，這些熱點(diǎn)問(wèn)題的研究成果為進(jìn)一步開(kāi)展航空醫(yī)學(xué)研究提供了新的思路和方法。