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美海军对舰员耐力的研究与管理措施
http://www.100md.com 《海军医学杂志》 2006年第3期
     [关键词] 美国海军;舰员;耐力;管理

     1 美海军对舰员耐力的研究概况

    1.1 与舰员耐力相关的各种因素

    舰员耐力是指当舰员处于生理、心理与环境的应激状况下,能在安全限度内保持正常作业的能力。舰船的整体运行能力与安全水平依赖于舰员耐力的整体水平。舰员的耐力不只是疲劳问题。航海期间,舰员要面对很多危险因素,这些因素能降低舰员的体力与精力耐受力,进而影响舰员的作业能力与安全。危险因素包括舰船环境、人体生理学、心理学3个方面,比如:睡眠的数量与质量、生物钟的稳定性、性格特征(情绪状态、应激耐受程度)、个体的身体健康状况。环境因素包括周围温度、湿度、光线、噪音、振动等。

    1.2 睡眠剥夺是舰员耐力下降的主要因素

    作战期间只能提供非常有限的睡眠时间,而平时,舰船上的环境及轮班作业影响舰员的睡眠数量与质量。睡眠剥夺成为舰员耐力下降的主要因素。美军重视研究睡眠剥夺对人体作业能力的影响,认识到睡眠对战斗力的发挥意义重大。最佳睡眠是确保人体最佳作业能力与警觉性所必需的。减少睡眠会明显地降低人体的作业能力与警觉性。

    美军的实验室研究发现,充足的睡眠就等于充足的精力。如果比人体需要的睡眠时间减少2h,就会明显地降低其后的作业能力与警觉性。长期减少睡眠时间会累积成“睡眠债”,睡眠债只有通过补充睡眠偿还。

    美军研究发现,人的精力与人体的三磷酸腺苷密切相关。所有细胞中都存在三磷酸腺苷,人体三磷酸腺苷的产生依赖于充足的营养、足够的水分、氧气以及充足的睡眠(睡眠可能最重要),而且,三磷酸腺苷必须在人体细胞内生产。人体为了恢复消耗掉的能量,必须有7~8h的连续睡眠,其间可生产足量的三磷酸腺苷。如果人体不能生产足量的三磷酸腺苷,大脑与神经系统就不能有效运作,舰员就会思维不清晰、决断欠准确、急躁易怒、与他人交流出现问题、在工作与休息期间耐力减退、性情怪癖,缺乏解决工作问题与难题的兴趣、抗病能力降低。

    另外,美军确认,睡眠与褪黑激素相关。在日夜颠倒的作息周期中,甲板作业的舰员与舱内作业的舰员之间的睡眠数量与质量有差异:甲板舰员的睡眠质量与数量普遍较低,美军分析是因为甲板舰员在临近下岗时暴露在日光下,引起其体内褪黑激素水平降低,使其上床后难以入睡。

    1.3 美海军重视舰员耐力问题

    2004年,美海军研究局提出:美海军军事指挥官需要知晓其舰员多长时间不睡觉不会影响作战能力,恢复精力需要多少睡眠,持续作战期间的最低睡眠需求,个人在什么时间最容易出现误差、错误或事故,在什么时间可以采取什么措施将这些危险降低到一个可接受的水平,要求将士兵的疲劳、睡眠与作业能力的关系模块化,使作战指挥员能按客观标准评价士兵的作战能力。

    美海军为此研究了舰员耐力管理措施。管理措施分平时与战时两部分。平时管理分为节律危险时段管理与控制相关的危险因素。

     2 平时对舰员的耐力管理措施

    2.1 节律危险时段的管理措施

    2.1.1 确认人体节律危险时段

    人体在白天消耗能量,在夜间存储能量。在24h内,白天的能量提供量最大,夜间最少。由于作业能力与提供的能量有关,因此,人体在白天能量水平最高时工作效率最高,在夜间能量水平最低时工作效率也最低。美海军研究人员将人体每天能量提供与作业能力最低的人体生理节律周期称作“危险时段”。

    人类习惯于夜间(23∶00~7∶00)睡眠,在整个清晨时间段,精力与警觉性持续增加,在上午中间时段(10∶00)达到高峰,在下午时段(13∶00~16∶00)降低,然后在傍晚(18∶00左右)又达到一个高峰,之后,在夜间逐步降低,在凌晨(大约3∶00~5∶00)达到低谷。

    2.1.2 确保24h之内有7~8h的睡眠时间

    在80年代,美海军在训练新兵时将其睡眠时间降低至6h,目的之一是将不能适应海上应激生活条件的个体筛选出来。为了适应青年人的生理节律需求,自2002年5月将新兵的睡眠时间增加到8h。

    舰船上的睡眠管理措施中要求确保舰员在每天24h内有7~8h的连续睡眠,至少要保证6.5h,若只能保证6.5h睡眠,允许舰员离岗后小睡2~3h;摒弃4h值班/下岗的轮换,因为这个周期不能保证舰员连续睡眠时间至少持续4.5~5.5h;科学确定值班轮换周期,在轮换白天/黑夜值班周期时,尽可能逐步转变;舰员在夜间值班的作息时间表至少要连续2周;舰员值班从白天到夜间或从夜间到白天的轮换要尽可能避免人体生物钟与睡眠周期的失调;倒班按顺时针顺序;连续工作时间不应超过连续8h,特别是长期暴露在极端温度与湿度情况下时。其他增加睡眠数量与质量的措施还有:工作期间或睡眠前到甲板上时戴墨镜,避免日光刺激抑制褪黑激素的分泌;在甲板上工作的舰员,为了避免日光暴露,在日出前轮班;在黑暗的铺位睡眠,将光线暴露降低到最低限度;监控舰员上床前咖啡因与烟碱的摄入。最后的措施是药物干预,比如补充褪黑激素。

    2.1.3 鼓励小睡(打盹)

    美海军认识到打盹的策略运用得当对增加舰员的耐力是很有效的,采取鼓励打盹(小睡)措施。研究显示,即使是短暂的打盹也能明显地改进作业能力与警觉性。如果需要舰员个体保持警觉性并全力以赴完成任务,打盹的时间需要限制在45min之内,以避免进入深睡(眠)状态。当执勤从白天转到夜间时,小睡有助于人体生物钟的调整。小睡的时间安排在中午或上岗前(若21∶00上岗,可在16∶00~19∶00之间);在轮换为夜班时,小睡可以补偿转换成夜间值班缺失的睡眠;在值完白日班的当天转换为夜班时,在15∶00小睡可为夜班积蓄精力;当连续长时间(超过12h)高强度作业时,也需要小睡补充精力。

    2.1.4 光线管理措施

    人体耐力下降的原因之一是夜间作业使人体的生物钟与日常规律不协调。为了在夜间保持充沛的精力,重建人体 生物钟秩序是适应夜间作业的唯一措施。为了适应生物钟,人必须见到日光(相当于1000lux以上的人工灯光)才能被唤醒。已经证实,光线管理技术能在夜间将舰员的精力与警觉性提升到顶峰。也就是说,利用环境光线管理技术可使舰员适应夜间轮班周期。

    夜间作业环境的光线强度模仿日光,而在白天睡眠时,环境光线应尽可能黑暗。灯光管理措施适用于舰船上轮机舱、通讯中心等岗位。

    需要夜视的人员不适于在模拟日光环境下作业,比如驾驶员。对这些舰员,允许午夜至4∶00值班的在日出前下岗,然后提供7~8h的睡眠,睡醒后安排白日(14∶00~18∶00)的活动。

    为了适应夜间作业,夜班的舰员在白天睡醒后要多见日光;鼓励傍晚运动。

    2.2 改善或消除舰船环境中长期存在的危险因素

    舰船上需要管理的危险因素包括:(1)寒冷相关的疾病:引起热能消耗、精力涣散、体温过低,以及冻伤;(2)中暑:引起脱水、消耗维持正常机体功能必需的矿物质;(3)运动病:头晕、作业能力降低、头疼、恶心、呕吐、失眠与疲劳;(4)心理学应激:焦虑、精疲力竭;(5)咖啡因过量:精疲力竭、焦虑、失眠;(6)药物滥用:工作时睡意浓重、机敏力降低、作业能力降低。理想的睡眠环境应该光线黑暗、安静、凉爽。针对以上危险因素,美海军在舰船设备改进与管理措施上都采取了一系列措施,包括在舰船建造时将减轻噪音与振动作为设计指标、改善舰船环境的温湿度、配备相应的防护服、改善舰艇适居性等。

    2.3 避免疲劳的预测工具

    2.3.1 睡眠、活力、疲劳与作业效率模型

    美国国际应用科学公司研制了“睡眠、活力、疲劳与作业效率模型(SATFE tm )”,这是一个预测人体在睡眠剥夺的情况下作业能力的生物数学模型。该模型依据生理代谢节律、与睡眠有关的认知作业恢复速率和与失眠相关的认知作业效率降低速率、睡眠不足对认知操作的影响等3个信息,产生一个人体认知效率的模型。该模型能准确预测士兵在不同工作周期与不同程度睡眠剥夺条件下的作业能力。但是,该模型没有考虑运动、缺氧、加速度、缺乏动机等因素。在SATFE tm 中,在持续不眠期间认知作业能力呈线性降低,速率约为每小时1%。

    2.3.2 避免疲劳的轮班时间安排工具

    以“睡眠、活力、疲劳与作业效率模型”为基础,美国国际应用科学公司与美国军方合作研制了“避免疲劳的轮班时间安排工具(FAST)”。该工具被美军认为是一个预测作业能力的首选工具,并在各军种推广使用。它以前几天的睡眠与活动量为基础预测疲劳,当只有工作进度表或任务要求时,输入作息时间信息或预期的睡眠数据,该工具可以提供可行的睡眠模式,产生一个显示最佳工作/睡眠时间的曲线图或表格。

     3 战时的舰员耐力管理措施

    现代高技术战争,完全打破了舰员的正常睡眠时间。在短期内,连续不眠可引起睡眠紊乱、疲劳、应激、易怒、轮班滞后综合征、心理问题、操作失误与事故。长期夜间作业,会增加肠胃系统、心血管及精神神经疾病。

    1997年,美国防部派美海军米尼兹航母前往海湾。这期间试验了一个96h剥夺舰员睡眠的作战计划。为保障舰员的战斗力,采取了以下对策。

    3.1 咖啡因

    咖啡因是一种有效的刺激物,但是由于经常/过量使用,致使很多人对此已不敏感。由于舰船上的舰员总是大量饮用咖啡因,为了提高刺激效果,要求舰员在执行任务前2d(最好1周)减少咖啡因的一半用量,任务开始后18~20h内避免咖啡因摄入。减少的用量中包括巧克力、咖啡因软饮料以及咖啡。服用时间安排在后半夜/清晨(1∶00~3∶00),在早晨(8∶00)减少服用。咖啡因在服用30min后发挥作用,其刺激作用持续3~4h(有人可达3~7h)。中午时分需要再服咖啡因以对抗中午时段的警觉性下降,在警觉性相对较高的时段以及睡前几小时不要服用。

    3.2 打盹(小睡)

    打盹的时间选择在长时间剥夺睡眠的早期会非常有效。按警觉性的生理节律,舰员在2∶00~8∶00以及14∶00~17∶00时段睡意最浓,这是打盹的好时机。即使只有2h的小睡,在之后的6~14h中,作业能力会显著改进。

    3.3 社会的相互影响

    在20~44h不眠期间,环境刺激在对抗(减少)作业能力降低方面起重要作用。20~44h不眠之后,虽然社会交流的刺激作用大大减少,但是,有刺激比没有刺激对保持作业能力更有效,特别是在夜间。相关的刺激包括:活动身体、改换体姿、有意思的交谈以及其他重要的社会相互影响。独立工作、久坐的姿势、被动检测物质组分等作业环境最易出现作业能力降低,其中包括作战指挥员。相互提醒、激励以及其他瞬时事件可以使作业能力产生暂时的改进,但是,2h之后 就会再度出现睡意、疲劳。

    3.4 身体活动

    最早的睡眠剥夺研究提出,要强迫身体活动以保持大脑清醒。但是,随着失眠累加,保持身体活动的动机与愿望也大大降低,而体力状态与体力劳动本身能有效抵御作业能力降低。在航母环境中,这意味着从事较重体力劳动的舰员比在甲板上执勤的舰员更能忍受睡眠剥夺。

    3.5 饮食

    在饮食能否降低睡眠剥夺的副作用方面,没有一致的意见。但是,有些数据表明,酪氨酸有助于机体抵抗应激。在应激条件下,神经细胞利用儿茶酚胺神经传递素(递质)增加其神经冲动的速率。动物实验表明,增加酪氨酸的摄入可以加快儿茶酚胺的合成,因此,能降低应激的负面作用。最近,美海军的人体试验验证,在一夜不睡期间,补充酪氨酸(150mg/kg)能明显改善受试者完成智力作业与警觉任务能力。

    3.6 服用药物

    有充足的数据证明,安非他明对改善失眠的副作用很有效。但是,该药物美海军禁用(1997年)。美军已经在实验室试验了右旋安非他明在48h睡眠剥夺之后的效果,使用的剂量是5、10、20mg。美空军在“沙漠风暴”中给飞行员服用了右旋安非他明,据报道,在192名飞行员中,96%的飞行员在实战期间服用了安非他明,剂量为每4h5mg。但是在服用右旋安非他明时需要注意几个因素:右旋安非他明的服用是战略性的,首次服用的时间应确定为深夜/凌晨(1∶00~3∶00);口服给药45~60min后其刺激作用开始出现,在给药后6~8h期间右旋安非他明在血液中的浓度最高。在夜间时可以按每2~3h10mg给药,连续给药限制在2~3次。在4d(96h)作战期间,可以在第3个夜晚给药,在连续2个晚上给药后停止。白天可以用咖啡因替代右旋安非他明。当然,实际用法、剂量以及给药时间需依据作战时多种因素决定。

    (海军医学研究所,上海 200433), http://www.100md.com(吕传禄,王秀平,王映红)