战斗机飞行员心肺储备功能调查及影响因素分析

刘杰峰, 吴晓彧, 张义雪, 程 蕾, 庞 剑

北部战区空军医院 呼吸与危重症医学科,辽宁 沈阳 110042

装备技术革新换代,战斗机性能不断提高,以及飞行的高载荷、高加速度、高认知负荷、长航程等特点均对飞行员的整体功能状态提出了更高的要求。心肺储备功能作为机体状态评估的重要组成部分,能够反映飞行员在极限环境下的适应能力。因此,客观评估心肺储备功能水平并分析其影响因素有助于发现机体潜在风险,保障飞行安全。目前,运动心肺功能测试(cardiopulmonary exercise testing,CPET)被认为是评估心肺功能的“金标准”[1],其是一种以无创方式测量气道内气体交换情况,对运动状态下心血管系统和呼吸系统反应进行评估,可客观、定量、全面地反映心肺代谢及整体功能的方法[2]。本研究旨在通过CPET调查战斗机飞行员的心肺储备功能,同时分析其相关影响因素。现报道如下。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取自2022年3月至2023年3月于北部战区空军医院空勤科体检的战斗机飞行员112例为研究对象。排除标准:患有不稳定型心绞痛、急性心肌梗死、未控制的高血压、严重心律失常、症状严重的主动脉狭窄、未控制的哮喘、肺水肿、下肢血栓及其他可影响运动表现或因运动而加重的疾病等。所有飞行员均为男性,平均年龄(34.51±7.16)岁,平均飞行时间(1 592.58±426.17)h。所有飞行员均签署知情同意书。本研究经医院伦理委员会批准。

1.2 研究方法 (1)由专人测量飞行员的身高、体质量、颈围,并以问答形式填写中医体质调查表。根据中华中医药学会的《中医体质分类与判定》[3]进行中医体质类型判定。中医体质类型分为平和体质和偏颇体质两大类。(2)所有飞行员接受CPET。应用德国Jager公司心肺运动测试系统MasterScreen CPX型进行测试。所有飞行员在检查当天于餐后2 h进行CPET,可适量饮水;着宽松衣服,穿平底运动鞋;运动测试24 h内避免其他剧烈运动。每次检测前均进行定标,录入飞行员数据信息,连接气体采集面罩、血压计、血氧夹及12导心电图。采用3 min静息、3 min无负荷功率自行车热身,功率车递增负荷25 W/min,转数维持55～65 r/min,5 min无负荷恢复期的方案。以鼓励飞行员达到最大努力状态为正常终止标准。提前终止测试标准:①出现神经系统症状,如共济失调、眩晕等。②心电图ST段持续水平型或下斜型压低>0.1 mV或抬高>0.2 mV;心电图出现病理性Q波,或严重心律失常(如频发室性心律失常等)。③运动中收缩压高达250 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)或舒张压高达115 mmHg,或血压比运动时不升反降,下降超过基础静态血压20 mmHg。④血氧饱和度≤80%,并伴有明显胸闷、呼吸困难等低氧症状表现。

1.3 观察指标 记录飞行员的CPET结果,分析影响CPET指标的因素。CPET指标包括峰值摄氧量、峰值公斤摄氧量、无氧阈公斤摄氧量、无氧阈占峰值摄氧量百分比、峰值代谢当量、峰值心率、峰值氧脉搏、峰值运动负荷、峰值通气量及峰值呼吸交换率。

2 结果

2.1 飞行员CPET结果 所有入组飞行员均达到极量运动标准,负荷运动时间控制在6～10 min,符合测试标准。飞行员平均峰值摄氧量为(2 391.63±372.08)ml/min,平均峰值公斤摄氧量为(33.16±4.67)ml/(minkg),平均无氧阈公斤摄氧量为(20.71±4.03)ml/(minkg),平均无氧阈占峰值摄氧量百分比为(62.51%±7.89%),平均峰值代谢当量为(9.41±1.48),平均峰值心率为(169.01±11.83)次/min,平均峰值氧脉搏为(14.78±2.52)(mlmin)/次,平均峰值运动负荷为(215.47±27.80)Watt,平均峰值通气量为(78.59±16.83)L/min,平均峰值呼吸交换率为(1.20±0.03)。

2.2 CPET指标影响因素 年龄是峰值运动负荷、无氧阈公斤摄氧量、峰值心率、无氧阈占峰值摄氧量百分比的影响因素(P<0.05);吸烟是峰值摄氧量、峰值公斤摄氧量的影响因素(P<0.05);颈围是峰值摄氧量的影响因素(P<0.05);体质量指数是无氧阈公斤摄氧量、峰值代谢当量、峰值心率、峰值公斤摄氧量、峰值通气量的影响因素(P<0.05);偏颇体质是无氧阈公斤摄氧量、峰值摄氧量、峰值公斤摄氧量的影响因素(P<0.05)。见表1。

表1 CPET指标影响因素

3 讨论

CPET通过监测运动过程中人体摄氧量、二氧化碳排出量、心率、心电图、血压及血氧饱和度等指标的变化情况反映整体病理生理变化及功能状态。在本研究的每次测试前均对心肺运动测试系统进行气体、气压及容量方面的较正,确保测试准确性,并参照心肺运动试验的规范化操作要求[4],采用25 W/min功率车递增方案,合理控制负荷运动时间,降低试验方案中的误差。测试飞行员的平均峰值呼吸交换率为(1.20±0.03)>1.15,结合测试过程中飞行员的心率、最大摄氧量、代谢当量及主观疲劳程度等因素,提示飞行员已尽最大努力[5]。本研究结果显示,所有受试飞行员均达到了正常预计值范围,指标水平与黄炜等[6]研究结果相同,且心肺功能优于当下以亚健康人群为主体的社会人群[7],这也与薛白洁等[8]对空军飞行员和普通人运动心肺能力比较的研究结论一致。考虑原因在于:战斗机飞行员职业特殊,工作需在高空环境中承受高强度的物理和心理压力,需具备较高的心肺适能才能完成任务;飞行员需接受严格的体检筛查及定期的体能训练。

本研究结果还显示:年龄是峰值运动负荷、无氧阈公斤摄氧量、峰值心率、无氧阈占峰值摄氧量百分比的影响因素(P<0.05);吸烟是峰值摄氧量、峰值公斤摄氧量的影响因素(P<0.05);颈围是峰值摄氧量的影响因素(P<0.05);体质量指数是无氧阈公斤摄氧量、峰值代谢当量、峰值心率、峰值公斤摄氧量、峰值通气量的影响因素(P<0.05);偏颇体质是无氧阈公斤摄氧量、峰值摄氧量、峰值公斤摄氧量的影响因素(P<0.05)。随着年龄增大,飞行员无氧阈占峰值摄氧量百分比、无氧阈公斤摄氧量呈上升趋势,提示有氧耐力增强。考虑原因:一是CPET提示的是心肺功能和整体状态[9],反映心、肺转运氧气和二氧化碳的能力,同时也包括肌肉对氧气的吸收和利用能力;二是与飞行员在高载荷、高认知、高加速度环境中训练及执行任务会不断刺激心肺适能有关。随着体质量指数增加,飞行员峰值通气量增加,无氧阈公斤摄氧量、峰值代谢当量、峰值心率、峰值公斤摄氧量下降。这与孙海文等[10]关于体质量指数对海军飞行员运动心肺功能影响研究的结论一致。颈围直接反映颈部皮下脂肪或呼吸道周围的脂肪沉积,可作为上半身皮下脂肪的重要指标[11]。有研究表明,颈围可用于临床筛查超质量和中心性肥胖患者,其测量方法较体质量指数、腰围更简便易行,且结果更稳定可靠,是反映肥胖的可靠指标[12-13]。这解释了随着颈围增加,峰值摄氧量也会增加的原因。吸烟会引起战斗机飞行员峰值摄氧量、峰值公斤摄氧量下降,提示吸烟会导致飞行员机体及周围组织氧摄取能力下降,这与既往研究[14-16]结果相符。王惠贤等[17]发现,戒烟后,包括峰值摄氧量在内的心肺功能指标均有显著提升,从侧面证实了吸烟对心肺功能的影响。在中医体质方面,传统医学将体质分为平和体质、气虚体质、阳虚体质、阴虚体质、痰湿体质、湿热体质、血瘀体质、气郁体质、特禀体质9个类型。本研究将除平和体质外的其余8种体质归为偏颇体质。中医学研究认为,平和体质是对人体生理、心理领域起促进作用的因素,其身体特征具有体型均匀健壮、精力充沛、对外界环境适应能力较强等特点,而偏颇体质御邪抗病修复能力差,易感邪发病[18]。一项整合了1 441项体病相关临床研究文献的系统评价发现,各偏颇体质存在罹患不同疾病的风险[19]。这一结果反映了偏颇体质对机体整体功能状态的影响。

综上所述,受试战斗机飞行员均具备良好的心肺储备功能水平,年龄、吸烟、颈围、体质量指数、偏颇体质是飞行员心肺储备功能的影响因素,应注重飞行员的体质量和颈围情况,积极纠正偏颇体质,劝导其改变不良生活习惯,引导健康科学的生活方式,从而有效保持良好的心肺适能,保障飞行安全,提升军事作战能力。