Human Tolerance to Prolonged Acceleration

8/2/2019 Human Tolerance to Prolonged Acceleration

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THE JOURNAL OF

I OficinJ Publication of the Aero Medical AssocktionV O L U M E 2 i DECEMBER, 1956 N U M B E R 6

Human Tolerance to Prolonged AccelerationBYCAPTAINS EORGED. Z U I D E M A , ANFORD. CO H E N nd

A L BE RT . SILVERMAN,S A F ( M C ) , a nd S E C O N D I EU T EN A N TMITCHELLE. RILEY,USAF.

T E JET age of aircraft designand the rocket age which prom-ises to follow have brought en-tirely new problems to aviation medi-cine. These aircr aft , f lying at super-sonic speeds, require longer time pe-riods to complete even simple man eu-vers. T he accompanying prolongedaccelerations will create rapidly in-creasing demands on cardiovascularfunct ion and the nervous sys tem. T heproblem of dealing with the ever grow-ing demands on the human elementwithin the weapons system assumesprime importance. O ne of two ap-proache s must be selected. M an musteither give way to electronic controlsystems, or the limits of his tolerancemus t be found and a i rc ra f t pe r for -mance progranmled to stay within hiscapabilities.

Th is s tudy was undertaken to deter-mine human tolerance to prolongedaccelerations. A few examples willshow how greater aircraft speed hasincreased cardiovascular and nervous

From th e U. S. Air Force Aero MedicalLaboratory, iVright-Patterson Air ForceBase, Ohio.DECEMBER,956

insults involved. At operational speedspreva len t dur ing Wor ld W a r 11, sucha s 3W mph, an a i rcraf t could con ~pletea 180' tu rn in fou rteen seconds bypulling three g. Present day jet fight-ers traveling at 800 mph require thirty-eight seconds at three g to completethe same turn. I t seems likely thataircraft in the foreseeable future willbe capable of speeds of 2000 mph, orapproximately Mach three. T o makea 180' tu rn a t this speed by pullingthree g will take ninety-five seconds( F i g . 1 ) .

Furthermore, a 180" turn a t 2000mph at three g requires fifty-two milesto complete. This may well mean thataircraft will be limited to a single in-terception pass or at tack approach un-less the radius of turn can be short-ened. Figure 2 shows how the t imerequired to complete a 180' t u r n a tMach three can be lessened ,by short-ening the radius of turn, thereby pull-ing greater g. How ever, even at five gthe time required is fifty-seven sec-onds, or approximately seven t imesthat needed by Wo rld W a r I1 fighters,

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H U M A N T O L E R A N C E - - Z U I D E M A E T A La n d t w o a n d o n e h a l f t i m e s t h a t o fc u r r e n t a i r c r a f t s i m i l a r g .

T h e s o l u t i o n o f f e r e d b y s h o r t e n i n gt h e t u r n a n d i n c r e a s i n g t h e g l o a d i s

s i g n e d t o i n v e s t i g a t e m a n ' s t o l e r a n c et o v a r y i n g l e v e l s o f 9 f o r p r o l o n g e dp e r i o ds . T h e g e n e r a l d u r a t i o n s a n d 9l e ve ls u se d w e r e b a s e d o n F i g u r e 2 .

120"

9 0-

t(SECONDS) 60-

30 -

G -I mphl7 /

9

o 0 3oo 6oo 900 t200 6oo ~ 0 z~ 'ooSPEED (rn ph)

Time required 1oco mp lete o 180 ~ turn by pulhng 3G 's

F i g . 1 . T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t i m e r e q u i r e d t o c o m p l e t e a 1 8 0 ~ t u r n a n d a i r c r a [ ts p e e d , t h e g l o a d r e m a i n s c o n s t a n t .

u n t r i e d . W h i l e i t m i g h t b e f e a s i b l e t oe n d u r e t h r e e 9 ' f o r n i n e t y - f i v e s e c o n d s ,f i v e g f o r f i f t y - s e v e n se c o n d s m i g h t b ec o m p l e t e l y i n to l e ra b l e. T h e p r e s e n tr e s e a r c h p r o g r a m , t h e r e f o r e , w a s d e -

A P P R O A C H T O P R O B L EMT O i n v e s t ig a t e m a n ' s t o l e r a n c e t o t h e

s t r e s s e s w h i c h w i l l b e i m p o s e d b y t h eh i g h s p e e d a i r c r a f t o f t h e f u t u r e , ab r o a d i n t e r d i s c i p l i n a r y a p p r o a c h i s r e -470 AVIATION MEDICINE


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H U M A N T O L E R A N C E - - Z U I D E M A E T A Lq u i r e d . T h e p r i n c i p a l fo c u s w a s o nc a r d i o v a s c u l a r c h a n g e s a n d t h e i r e f -f e c t s u n d e r i n c r e a s i n g 5' l o a d s . T h em e r e r e c o r d i n g o f c h a n g e s i n o n e s y s -

s y s t e m a f f e c te d , o r in a n o t h e r s y s t e m ,t o c o m p e n s a t e f o r th e ch a n g e . A s t a t eo f f a t i g u e o r d e c o m p e n s a t i o n m a y b er e a c h e d w h e n c h a n g e s a r e s o s e v e r e

5

4 ,

3

2

\

w ~ i / i

o 3'o ~'o go ~ ot (SECONDS)

T~m e requ ired t o com p l e t e o 180 ~ tu rn o | 2 0 0 0 m phF i g . 2 . R e l a t i o n s h i p b e t w e e n t i m e r e q u i r e d t o c o m p l e t e a 1 8 0 ~ t u r n a t 2 0 00 m p h a n d t h eg l o a d in v o l v e d . N o t e t h a t t h e t u r n i n g t i m e i s l e s s e n e d b y s h o r t e n i n g t h e r a d i u s a n dp u l l i n g g r e a t e r g .

t e r n a f t e r t h e i m p o s i t i o n o f v a r i o u ss t r e s s o r s e x p e r i m e n t a l l y m a y f a i l t op r o v i d e a d e q u a t e i n f o r m a t i o n a b o u tt h e f u n c t i o n i n g o f t h e t o t a l o r g a n i s mi n a n o p e r a t i o n a l co n d i ti o n . A l t e r a -t i o ns i n a n y s y s t e m w h i c h u p s e t s m a n ' sh o m e o s t a s i s r e q u i r e c h a n g e s i n t h eDECEMBER, 1956

t h a t r e a d j u s t m e n t s c a n n o t b e m a d e b ya n y s y s t e m t o o v e r c o m e t h e e f f e c t s o fa s tr e s s o r ag e n t. F o r e x a m p l e , i f ap e r s o n i s e x p o s e d t o 5 ' f o r c e s t h e r e i sa c o m p e n s a t o r y r i s e a f t e r a n i n i t i a lf a ll i n b l o o d p r e s s u r e . H o w e v e r , t h er i s e m a y n o t b e a d e q u a t e t o k e e p t h e471


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H U M A N T O L E R A N C E - - Z U I D E M A E T A L

c e r e b r a l b l o o d f l o w a t t h e l e v e l i t w a sp r i o r t o t h e s t r es s . T h i s r e l a t iv e l ys m a l l d e c r e a s e i n v a s c u l a r s u p p l y d o e sn o t , b y i t s e l f , c a u s e a d e c r e a s e i n c e r e -b r a l f u n c t i o n i n g . B e s i d e s o t h e r c a r d i o -v a s c u l a r c o m p e n s a t o r y c h a n g e s , s u c ha s d e c r e a s i n g e f f e c ti v e v e n o u s p r e s -s u r e , n e u r o p h y s i o l o g i c c h a n g e s m a yo c c u r t o h e l p m a i n t a i n c o r t ic a l c a p a c i -t ie s . P h y s i o l o g i c a n d p s y c h o l o g i cs t im u l i m a y b o m b a r d t he r e t i c u la r f o r -m a t i o n a n d c a u s e a n i n c r e a s e i n l e v e lo f a r o u s a l o r a l t e r i n g o f t h e p e r s o n .T h e i n c r e a s e d a c t i v a t i o n o f t h e c e n t r a ln e r v o u s s y s te m m a y m o r e t h a n c o m -p e n s a t e f o r t h e d e c r e a s e i n b l o o d a n do x y g e n a c t u a l l y r e a c h i n g t h e b r a i n .O n e m i g h t a n t i c i p a t e t h a t t h i s w o u l dc a u s e a p r o g r e s s i v e d e c r e a s e i n c o r t i c a lf u n c t i o n i n g . I n s t e a d , m o r e c o rt i c alu n i t s a r e a c t i v a t e d s o t h e p e r s o n c a nm a i n t a i n a r e l a t i v e s t a t e o f a l e r t n e s s .H o w e v e r , i f t h e v a s c u l a r d e f i c i e n c y i n -c r e a s e s p a s t a c r i t i c a l p o i n t , s u d d e nd e c o m p e n s a t i o n m a y o c c u r , a n d n e u r o -p h y s i o l o g i c a c t i v a t i o n c a n n o l o n g e ra d e q u a t e l y c o m p e n s a t e f o r c a r d i o v a s -c u l a r d e f i c i e n c i e s .

W e b e l i e v e t h a t f a i l u r e to f u n c t i o ni n a s t r e s s f u l s i t u a t i o n i s n o t c h a r a c -t e r i z e d b y g r a d u a l d e t e r i o r a t i o n d u e t op r o g r e s s i v e f a i l u r e o f a n y o n e s y s t e mr e f le c t e d b y t h e r e s u l t s o f m e a s u r i n ga n y o n e p a r a m e t e r . I t is a s u d d e np h e n o m e n o n r e p r e s e n t i n g t h e i n a b i l i t yo f t h e t o t a l o r g a n i s m t o c o m p e n s a t ef o r t h e e f f e c t s o f a s t r e s s i m p o s e d o nit . T o m e a s u r e t h i s m u l t i p le , s i m u l -t a n e o us a n d c o n t in u o u s m e a s u r e s o fs e v e r a l p a r a m e t e r s a r e n e c e s s a r y .

PROFILE OF RUNU s i n g t h e h y p o e t h i c a l a i r c r a f t s p e e d

o f M a c h t h r e e, t h e g l e v el a n d t i m e

d u r a t i o n r e l a t i o n s h i p s w e r e p a t t e r n e da f t e r F i g u r e 2 . T o o b t a in as m u c hi n f o r m a t i o n a s p o s s i b l e o n p h y s i o l o g i ct o le r a n ce a n d a b i li ty t o p e r f o r m u s e f u lt a s k s , t h e d u r a t i o n o f t h e r u n s w a si n c r e a s e d b y a p p r o x i m a t e l y 1 0 p e rc e n t o v e r t he a m o u n t s h o w n i n t h ef ig u re . I n t h is w a y a m a r g i n o f e r r o rw o u l d . b e i n t r o d u c e d , a n d m o r e p o i n t sw o u l d b e c o v e r e d o n t h e c u r v e b e l o wt h e p o i n t s e l e c t e d .

B l a c k o u t l e v e l w a s d e t e r m i n e d w h i l ew e a r i n g t h e s t a n d a r d A i r F o r c e g s u i t .E a c h s u b j e c t u n d e r w e n t a s e ri e s o fn i n e r u n s , d i s t r i b u t e d i n r a n d o m o r d e r ,c o n s i s t i n g o f t h r e e r u n s a t 2 .5 g f o r1 15 s e c o n d s e a c h , t h r e e a t 4 g f o re i g h t y s e c o n d s e a c h , a n d t h r e e a t 0 . 4g b e l o w h i s p r o t e c t e d b l a c k o u t l e v e l .T h e s e w e r e d e n o t e d X G , a n d t h ed u r a t i o n o f t h e s e r u n s w a s c a l c u l a t e df o r e a c h s p e c i f i c c a s e .

T h e p h y s i o l o g ic e f f e c ts o f p r o l o n g e dh i g h g r a v i t a t i o n a l s t r e s s w e r e s t u d i e db y t h r e e m e a n s . T h e p u l s e r a t e a n dc a r d i a c i n t e g r i t y w e r e f o l l o w e d b ye l e c t r o c a r d i o g r a p h y , u t i l i z i n g t h e t h r e es t a n d a r d l i m b l ea d s . A r t e r i a l b l o o dp r e s s u r e w a s r e c o r d e d b y t h e u s e o fa n i n d i r e c t m e t h o d d e v e l o p e d i n t h i sl a b o r a to r y 3 V i s u a l s y m p t o m s w e r eo b s e r v e d b y t h e s u b j e c t ' s r e s p o n s e s t ot h e u s u a l w h i t e c e n t e r l i g h t s o n a p a n e lb e f o r e h i m , a n d t h e s t a t u s o f h i s v i s i o nw a s r e c o r d e d o n a p e n - w r i te r .

T h e g a l v a n ic s k in r e s p o n s e w a ss e l e c t e d a s a b i o e l e c t r i c m e a s u r e p a n di n d e x o f v a s c u l a r a n d n e r v o u s r e a c -t i v i t y t o p s y c h o l o g i c s t i m u l i a n d g r a v -i t a t i o n a l s t r e s s .

T h e u s e o f a m u l t id i s c i p l in e d a p -p r o a c h w a s i n t e n d e d t o f u r n i s h am a n y - s i d e d p i c t u r e o f m a n ' s r e s p o n s e st o p r o l o n g e d s t r e ss . I t w a s h o p e d t h a t

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H U M A N T O L E R A N C E - -- Z U ID E M A E T A Lp s y c h o l o g i c t e s t i n g a n d o b s e r v a t i o n sw o u l d r e v e a l s o m e t h i n g o f h i s a b i l i t yt o f u n c t i o n u s e f u l l y u n d e r t h e se c o n -d i t i ons .

T h r e e t y p es o f p s y c h o lo g i c d a t aw e r e c o ll e ct e d. T h e s u b j e c t r e p o r t e dh i s s u b j e c t i v e f e e l in g s a n d a t t i t u d e sb e f o r e , d u r i n g , a n d a f t e r e a c h r u n .H i s p e r f o r m a n c e w a s a s s a y e d b y t w om e t h o d s . F i r s t , h e c o n t i n u o u s l y p e r -f o r m e d a " t r a c k i n g " t e s t , i . e . , a t t e m p t -i n g t o k e e p " z e r o e d " b y m e a n s o f aw r i s t c on t r o l s t i c k t w o d i a l s i n t o w h i c hw e r e f e d a s y n c h r o n o u s s i n e w a v e s .S e c o nd , a t i n t e r va l s a l i gh t w a s d i s -p l a y e d a n d h e w a s i n s t r u c t e d t o c u tt h i s o f f o n l y w h e n b o t h t r a c k i n gn e e d l e s w e r e o n z e r o . B e c a u s e i t w a si m p o r t a n t t o k n o w h o w w e l l a s u b j e c tc ou l d j udge h i s ow n c a pa b i l i t i e s i n t hef a c e o f s e ve r e s t r e s s , he w a s a s ke d t oe s t im a t e h i s o w n l e v el o f p e r f o r m a n c ef o l l o w i n g e a ch r u n . T h i s j u d g m e n tw a s t h e n c o m p a r e d w i t h a c t u a l p e r -f o r m a n c e t o d e t e r m i n e i f v a s c u l a r o rp s y c h o l o g i c d e c o m p e n s a t i o n w e r e a c -c o m p a n i e d b y d e t e r i o r a t i o n o f j u d g -m e n t .

RESULTS

Visual Sym.ptoms.--Because e a c hs u b j e c t w a s w e a r i n g a n a n t i - g s u i t ,h i s p r o t e c t e d b l a c k o u t l e v e l w a s d e t e r -m i n e d i m m e d i a t e l y p r i o r t o t h e p r o -l onge d t7 r uns . H i s p e a k g l e ve l w a st h e n d e t e r m i n e d b y r u n n i n g h i m a t0 . 4 g l ow e r t ha n b l a c kou t . A c e n t r a lo b s e r v e r m a i n t a in e d c o n t a ct w i th t h es u b j e c t b y m e a n s o f d i r e c t v i s i o n a n dt h e l i g h t p e r f o r m a n c e t a sk . T h e fi v es u b j e c t s s t u d i e d r e p o r t e d s o m e d e g r e eo f v i s ua l l o s s a t h i ghe r g l e ve l s , i . e . a tX g . T h r e e r e p o r t e d sl ig h t d i m m i n go f v i s i o n a t 4 g , a n d o n e n o t e d s l i g h td i m m i ng l a t e i n one 2 . 5 9 r i de .

I n g e n e r a l , a l l n o t e d t h e o n s e t o fv i s u a l l o s s a f t e r t h e r u n w a s w e l lu n d e r w a y . I n t h i s r es p e c t , i t d i f f e r sf r o m t h e u s u a l b l a c k o u t w h i c h c h a r -a c t e r is t i c a ll y b e g i n s a f t e r a b o u t s i xs e c o n d s a t g . T h e m e c h a n i s m r e s p o n -s i b l e m a y be t he s a m e i n bo t h c a s e sh o w e v e r , f o r u n d e r t h e s e c i r c u m -s t a n c e s w e a r e d e a l i n g w i t h w h a t i sp r o b a b l y b o r d e r l i n e o x y g e n s u p p l y .T h e p r o l o n g e d e x p o s u r e m a y w e l l c u ti n t o o x y g e n r e s e r v e s , w i t h r e s u l t i n gv i s ua l f a i l u r e .

Blood Pressure and Pulse Rate.-A r t e r i a l b l o o d p r e s s u r e w a s r e c o r d e da t t w e n t y - s e c o n d i n t e r v a l s b y a n i n d i -r e c t t e c h n i q u e . 8 T h i s g a v e a m i n i m u mo f t h r e e d e t e r m i n a t i o n s d u r i n g e a c hp r o l o n g e d r u n . A l l p r e s s u r e s w e r et a k e n a t h e a r t l e v e l a n d s h o w v e r ys i m i l ar c h a r a c te r i s ti c s . T h e v a s c u l a rr e s p o n s e s o f t h e f i v e s u b j e c t s s t u d i e dm a y b e s u m m a r i z e d a s f o l l o w s : T h er e s p o n s e t o i n c r e a s i n g p r o l o n g e d g r a -v i t a t i ona l s t r e s s i s g r a de d , i . e . , h i ghe r9 p l a t e a u s a r e a c c o m p a n i e d b y h i g h e rs ys t o l i c a nd d i a s t o l i c l e ve l s t o ove r -c o m e t h e i n c r e as i n g h e a d o f h y d r o -s t a t i c p r e s s u r e i n t h e a r t e r i a l t r e e . T h ep r e s s u r e s t e n d t o r i s e s l i g h t l y d u r i n gt h e c o u r s e o f t h e r u n , s o t h a t p r e s s u r e sl a t e i n t h e r i d e a v e r a g e d f r o m 1 0 t o 1 5ram. H g . h i g h e r i n b o t h s y s t o l i c a n dd i a s t o l i c c o m p o n e n t s t h a n e a r l i e r d e t -e r m i n a t i o n s . T h i s a ls o s u g g e s t s t h a tf a t i g u e o f v a s c u l a r s m o o t h m u s c l ep r o b a b l y d o e s n o t p l a y a r o l e i n t h ed e v e l o p m e n t o f v i s u a l s y m p t o m s a th i g h g . P u l s e p r e s s u r e s t e n d t o r e m a i nf a i r l y c o n s t a n t f o r a n y o n e i n d i v i d u a l ,a l t ho ugh a c t ua l s y s t o l l c a nd d i a s t o l icl e v e l s s h i f t e d a s n o t e d a b o v e .

C h a n g e s i n p u l s e r a t e s h o w e d c o n -s i d e ra b l y v a r ia b i l it y f r o m o n e s u b j e c tDECEMBER, 1956 473


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H U M A N T O L E R A N C E - - Z U I D E M A E T A Lt o a n o t h e r . I n g e n e r a l , a g r a d e d c a r d i a ca c c e l e r a t i o n w a s n o t e d , a n d t a c h y c a r d i aw a s m o r e p r o n o u n c e d a t h i g h e r 9 'l e v e l s . T h i s , o f c o u r s e , i s t o b e e x -p e c t e d f r o m t h e d e m a n d s f o r i n c r e a s -i n g c a rd i a c o u t p u t .

E l e c t r o c a r d i o g r a . m . - - A l l f i v e s u b -j e c t s w e r e m o n i t o r e d e l e c t r o c a r d i o -g r a p h i c a l l y d u r i n g p r e - r u n c o n t r o l s ,t h e r u n s t h e m s e l v e s , a n d p o s t - r u n c o n -t r o i s . T h e t h r e e s t a n d a r d l e a d s w e r eu s e d a n d a l l c o n c l u s i o n s s t a t e d a r eb a s e d o n t h e s e r e c o r d s . B e c a u s e o f t h en a t u r e o f t h e a r r h y t h m i a s o b s e r v e d ,t h e E K G f i n d i n g s o n e a c h s u b j e c t w i l lh e s u m m a r i z e d .

Sub je c t 1 ( S . D . L . ) . - - No s i g n i f i c a n tc h a n g e o t h e r t h a n s l i g h t i n c r e a s e i n p u l s er a t e f r o m e i g h t y - f i v e t o n i n e t y - f iv e d u r i n gt h r e e r i d e s a t 2 .5 9 f o r 1 15 s e c o n d s e a c h .T h r e e r u n s a t 4 g f o r e i g h t y s e c o n d s e a c hw e r e a c c o m p a n i e d b y a n i n c r e a s e i n r a t ef r o m a c o n t r o l l e v e l o f n i n e t y t o a n a v e r a g eo f 1 40 d u r i n g t h e ru n s . L o w v o l t a g et h r o u g h o u t , a n d f l a t t e n i n g o f T w a v e s i ns t a n d a r d l e a d s o n e a n d t w o w a s n o te d . I tw a s f e l t t h a t t h i s m i g h t b e a t t r i b u t e d t o t h et a c h y c a r d i a . T w o r u n s a t 4 .6 g f o r e i g h t y -t w o s e c o n d s e a c h c o n s t i t u t e d h i s r u n s a tX 9 - T h e t h i r d r u n w a s o m i t t e d b e c a u s e o fa c o m p l a i n t o f s u b s t e r n a l p a i n r a d i a t i n gd o w n t h e l e f t a r m . E l e c t r o c a r d i o g r a p h i cr e c o r d s r e v e a l e d e x a c t l y t h e s a m e c h a n g e ss e e n a t 4 9 . N o e v i d e n c e f o r c o r o n a r y i n -s u f fi c ie n c y w a s o b t a i n ed . R e p e a t e d E K G a ti n t e r v a l s f o l l o w i n g t h e r u n , i n c l u d i n g aM a s t e r ' s t e s t , f a i l e d t o s h o w a n y a b n o r -m a l i t i e s .

S u b i c c t 2 ( D . . q . R . ) . - - T w o ru n s a t 2 .5 c 3f o r 1 1 5 s e c o n d s e a c h f a i l e d t o s h o w a n y s i g -n i f i ca n t c h a n g e o t h e r t h a n a s l i g h t i n c r ea s ei n r a t e . T w o r u n s a t 4 9 f o r e i g h t y s e c o n d se a c h s h o w e d a n i n c r e a s e i n p u ls e r a t e f r o ma c o n t r o l o f 8 0 t o a n a v e r a g e o f 1 0 5 . S i n u sa r r h y t h m i a a n d l o w e r e d T w a v e s w e r en o te d . A n o c c a s io n a l p r e m a t u r e v e n t r i c u l a rc o n t r a c t i o n f o l l o w e d b y a c o m p e n s a t o r yp a u s e w a s n o t e d in t h e s e c o n d r u n . T w o4 7 4

r u n s a t 5 .4 g f o r s i x t y - t h r e e s e c o n d s e a chm a d e u p t h i s s u b j e c t s X g e x p o s u r e . T h ef i r s t r u n s h o w e d a t a c h y c a r d i a o f 1,30 a n ds i nu s a r r h y t h m i a o r v a g a l st i m u l at i o n. F r e -q u e n t i n t e r p o l a t e d p r e m a t u r e v e n t r i c n l a rc o n t r a c t i o n s w e r e n o t e d , a s w a s e v i d e n c e o fe a r ly p u l s u s b ig e m i n y e m a n a t i n g f r o m m u l -t i p l e l o c i a n d s h o w i n g n o c o m p e n s a t o r yp a u s e s. O n e c o n f i g u r a t i o n s u g g e s t e d e i t h e ra u r i c u l a r o r n o d a l p r e m a t u r e v e n t r i c u l a rc o n t r a c t i o n s . T h e s e c o n d r u n w a s ab c w t eda f t e r f i v e s e c o n d s a t 5. 4 g . M u l t i p l e p r e -m a t u r e v e n t r i c u l a r c o n t r a c t io n s w e r e n o t e da n d v e n t r i c u l a r f i b r i ll a t i o n w a s f e a r e d . T h er h y t h m w a s i r r e g n l a r a n d a u r i c u l a r f i b r i l l a -t i o n w a s p r o b a b l y t r a n s i e n t l y p r es e n t . U p o ns t o p p i n g t h e r u n t h e r h y t h m i m m e d i a t e l yr e v e r te d , a n d t h e E K G b e c a m e n o r m a l .P o s t - r u n E K G ' s a n d a l a t e r M a s t e r ' s te s tr e v e a l e d n o a b n o r m a l i t i e s .

Subjec t 3 (J . B . ) . - - T b r e e r u n s a t 2 .5 gf o r 1 1 5 s e c o n d s e ac h w e r e u n e v e n t f u l e x -c e p t f o r o n e n o d a l p r e m a t u r e c o n t r a c t i o n .A s l i g h t s i n u s t a c h y c a r d i a w a s n o t e d , T h r e er u n s a t 4 g f o r e i g h t y s e c o n d s e a c h h a dv a r i e d E K G t r ac i n g s. O n e r u n w a s in s i g -n i f i c a n t e x c e p t f o r a t a c h y c a r d i a o f 1 20 ,f r o m c o n t r o l le v e l s o f n in e D ' . A s e c o n d r u ns h o w e d o n e n o d a l p r e m a t u r e c o n t r a c ti o nw i t h s h o r t e n e d P R i n t e r v a l a n d l o w v o l ta g eT w a v e s . A t h i r d r u n s h o w e d f r e q u e n t p r e -m a t u r e c o n t r a c t io n s o f n o d a l o r a u r i c u l a ro r i g in . T h e s e w e r e a c c o m p a n i e d b y s h o r t -e n e d P R i n t er v a l s, a n d w e r e m o s t m a r k e dn e a r t h e e n d o f th e r u n . T h r e e r u n s a t 5 gf o r s i x t y - s e v e n s e c o n d s e a c h c o n s t i t u t e d t h i ss u b j e c t ' s X 9 e x p o s u r e . A s i n u s ta c h y c a r d i ao f f r o m 1 20 to 1 30 w a s s e e n i n a ll t h r e e b u t ,e x c e p t f o r l o w T w a v e v o l ta g e , n o a b n o r -m a l i t i e s w e r e p r e s e n t .

Sub je c t 4 ( G , , 4 . ) . - - T h r e e r u n s a t 2 .5 gf o r 1 15 s e co n d s e a c h s h o w e d a p u l s e r a t ei n c r e a s e f r o m c o n t r o l s o f s e v e n t y - s i x t o a na v e r a g e o f 1 00 . E x c e p t f o r f l a t t e n i n g o ft h e T w a v e s , p o s s i b ly a c c o m p a n y i n g t h et a c h y c a r d i a , n o a b n o r m a l i t y w a s s e e n. T h r e er u n s a t 4 g f o r e i g h t y s e c o n d s e a ch f a i l e dt o r e v e a l a n y s i g n i f i c a n t c h a n g e s o t h e r t h a nf l a t t e n in g o f T w a v e s a n d a p u l s e r a t e i n -c r e a s e t o an a v e r a g e o f 1 1 5 . T w o r u n s a t5 9 f o r s i x t y - s e v e n s e c o n d s s h o w e d o n l y ap u l s e r a t e i n c r e a s e t o a b o u t 1 1 5 a n d f l a t -

A V I A T I O N M E D I C I N E


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H U M A N T O L E R A N C E - - Z U I D E M A E T A Lte ne d T wa ve s . A th i r d r un showe d twoin te r po la t e d p r e m a tu r e ve n t r i c u l a r c on t r a c -t ions. P os t r un EK G' s a nd a la t e r M a s te r ' st e s t r e ve a le d no e l e c t r oc a r d iog r a ph ic e v i -de nc e o f m yoc a r d ia l a bnor m a l i t i e s .

S u b j e c t 5 ( L . V. ) . - - Thr e e 2 . 5 g r uns f o r115 se c onds e a c h showe d s inus a r r hy thm ia ,a pu l se r a t e i nc r e a se f r om c on t r o l a ve r a ge so f s ix ty to r un a ve r a ge s o f e igh ty . Th eQR S a nd T wa ve s we r e inve r t e d in l e a d2 a nd S T se gm e n t s s a gg ing he r e . The S Tsegments in leads one and three weree l e va te d . Thr e e r un s a t 4 g f o r e igh ty se e -onds e a c h showe d c ha nge s ide n t i c a l w i ththose seen at 2.5 g , bn t o f g r e a t e r de g r e e .T h e p u l s e r a t e a v e r a g e d 1 0 0 . T h r e e r u n sa t 5 . 6 g f o r s ix ty - on e se c onds e a c h a ga inshowe d the e l e va te d S T se gm e n t s i n l e a dsone a nd th r e e a nd the r e c ip r oc a l i nve r s iono f t h e Q R S c o m p l e x a n d T w a v e i n l e a dt w o w i t h sa g g i n g S T s e g m e n ts . T h e p t d ser a t e a ve r a ge d I 00 .F o l low ing the l a s t r un wh i l e a c on t r o lE K G w a s b e i n g t a k e n t h e s u b j e c t b e g a na ur i c u la r f i b r i ll a t i on . A t a c hyc a r d ia o f 140f o l lowe d , a nd t e n m inu te s l a t e r a s inusb r a d y c a r d i a o f f o r t y d e v el o p ed . T h i s w a sr e p la c e d by a s inus a r r e s t f o r one be a t a ndsubse que n t f r e que n t p r e m a tu r e ve n t r i c u l a rc on t r a c t ions . The sub je c t wa s hosp i t a l i z e d ,a n d a f t e r f o u r h o u r s h i s r h y t h m r e v e r t e d tonor m a l . Tw o subse que n t e p i sode s o f a u r i -c u la r f i b r i ll a t i on ha ve oc c u r r e d , one w h i l ep e r f o r m i n g v e r y l i g h t a c t iv i t y a n d o n e d u r -ing a M a s te r ' s t e st . A c om ple t e c a r d i a ce xa m ina t ion f a i l e d to r e ve a l a ny unde r ly ingc a r d ia c a bnor m a l i t i e s . T he d i a gnos i s wa sr e p o r t ed s i m p l y a s p a r o x y s m a l a u r i c u l a rf ib r i ll a t i on a nd t a c hyc a r d ia o f unknow ne t io logy . The p a t i e n t ha s be e n m a in ta ine don qu in id ine /o r t h r e e m on ths s inc e the inc i -de n t w i thou t f u r the r d i f f i c u l ty .

D I S C U S S I O NF o u r o f f iv e s u b j e c t s e x p e r i e n c e d

c a r d i a c a r r h y t h m i a s a t h i g h e r g , a n dt h e f if t h c o m p l a i n e d o f s u b s t e r n a l p a i nw i t h o u t E K G a b n o r m a l i t y . A l l o f t h ef o u r s u b j e c t s d e v e l o p i n g a r r y t h m i a ss h o w e d i n c r e a s i n g m y o c a r d i a l i r r i ta -b i li ty . T h r e e h a d p r e m a t u r e v e n t r i c u l a rc o n t r a c t i o n s a n d o n e h a d p r e m a t u r e

c o n t r a c t i o n s o f n o d a l o r a u r i c u l a r o r i -g i n. T w o o f th e a r r h y t h m i a s w e r e f e ltt o b e s e r i o u s i n n a t u r e a n d t h e o t h e rt w o w e r e c e r t a i n l y p o t e n t i a l l y s e r i o u s ,w i t h th e d a n g e r o f v e n t r i c u l a r t a c h y -c a r d i a a n d f i b r il l a ti o n . W e b e l i e v e t h a ti t i s li k e l y t h a t t h e y d i f f e r o n l y i n d e -g r ee . T h e t w o m o r e s e r i o u s a r r h y -t h m i a s o c c u r r e d i n t h e s u b j e c t ' s e x -p e r i e n c i n g th e h i g h e s t g , i . e . , 5 . 6 a n d5 .4 g , re s p e c t i v e l y . T h e p o t e n t i a l l ys e r i o u s a r r h y t h m i a s o c c u r r e d a t 5 .0a n d 4 g . T h e o n e s u b j e c t w i t h o u t E K Gc h a n g e s e x p e r i e n c e d s u b s t e r n a l p a i n a t4 . 6 g , b u t n o o t h e r s c o m p l a i n e d o fc h e s t o r a r m p a i n o r u n t o w a r d d i s c o m -f o r t . I t i s t h e r e f o r e i m p o s s i b l e t o k n o ws u b j e c t iv e l y w h e n c a r d i a c a r r h y t h m i a sa r e i m m i n e n t .

G a u e r 3 i n v e s t i g a t e d t h e e l e c t r o c a r d i -o g r a p h i c c h a n g e s i n 2 0 0 s u b j e c t s d u r -i n g b r i e f e x p o s u r e s t o a c c e l e r a ti o n .H e n o t e d c h a n g e s w h i ch m a y b e s u m -m a r i z e d a s s h o w i n g f l a t t e n i n g , d i s -a p p e a r a n c e o r n e g a t i v e T w a v e s i nl e ad s t w o a n d t h r e e ; t h e S T s e g m e n ti s d e f l ec t e d u p w a r d t o j o i n t h e Tw a v e , a n d a r i g h t v e n t r i c u l a r p r e p o n -d e r a n c e w a s s u g g es t e d . S o m e p e r s o n ss h o w e d a r r h y t h m i a s w h i c h w e r et h o u g h t t o b e d u e to a d o w n w a r d d i s -p l a c e m e n t o f th e p a c e m a k e r . T h i s w a sa t t r i b u t e d t o t h e s u d d e n r e c o v e r y o fs t r o n g v a g a l t o n u s a s c e n t r i f u g a l f o r c ew a s d e c r ea s e d , a n d a r r h y t h m i a s o c -c u r r e d a s th e c e n t r i f u g e w a s s l o w i n g .I n c o n t r a d i s t i n c t i o n t o th e s e o b s e r v a -t io n s t h re e o f t he f o u r a r r h y t h m i a s o b -s e r v e d i n t h e p r e s e n t s t u d y o c c u r r e dd u r i n g th e s u s t a i n e d g p e r i o d . T h ef o u r t h s u b j e c t s h o w e d m a r k e d S Ts e g m e n t c h a n g e s d u r i n g t h e r u n a n dt h e a r r h y t h m i a s b e g a n i m m e d i a t e l yf o l l o w i n g .

DECn~B~n, 1956 475


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H U M A N T O L E R A N C E - - Z U I D E M A E T A LI t i s l i ke l y t ha t r e l a t i ve m yoca r d i a l

anox i a i s r e s pons i b l e f o r t he i nc r eas edca r d i ac i r r i t ab i l i ty i n t he p r e s en t s t udy .T w o f a c t o r s d e s e rv e m e n t i o n h er e .F i r s t , a t r e m e n d o u s i n c r e a s e i n c a rd i a cw o r k is d e m a n d e d . C o r o n a r y f lo ww h i c h m a y w e l l b e a d e q u a t e f o r n o r -m a l e x e r c i s e r e q u i r e m e n t s m i g h t f a l ls h o r t u n d e r s u c h e x t r e m e d e m a n d s ,a n d a t y p e o f h i g h o u t p u t f a i l u r e r e -s u l t. Second , a s t he hyd r os t a t i c p r e s -s u r e h e a d w i t h i n t h e a r t e r i a l t r e e i n -c r e a s e s , t h e l e f t v e n t r i c l e m u s t o f t e nd e v e l o p p r e s s u r e s o f g r e a t e r t h a n 1 70m m . H g . d i a s t o l i c e v e n t o o p e n t h ea o r t i c v a l ve s . U n d e r t h e s e e x t r e m el o a d s c a r d ia c o u t p u t m a y b e f a l l i n go f f , t h e r e b y a g g r a v a t i n g t h e a l r e a d ye m b a r r a s s e d m y o c a r d i a l s u p p l y t o al a b o r i n g h e a r t . T h i s o b s e r v a t i o n h a sb e e n c o n f i r m e d i n a n i m a l s w e a r i n ga n t i g s u i ts b y S a l z m a n . 4 H e n o t e dt ha t a t h i gh g l eve l s t he pu l s e p r e s s u r ef e l l o f f v e r y r a p i d l y w h e n a o r t i c p r e s -s u r e a t hea r t l eve l r o s e t o a l eve l a tw h i c h l e f t v e n t r i c u l a r p r e s s u r e w a sba r e l y s u f f ic i en t t o open t he ao r t i cva l ves . I t i s l i ke l y t ha t ca r d i ac ou t pu tbegan t o f a l l o f f even be f o r e t h i s s ud -d e n c o m p l e t e d e c o m p e n s a t i o n .

Bioelectrlc Mea,~res.~The s k i n r e -s i s t a n c e h a s l o n g b e e n k n o w n a s a ni n d i c a t o r o f r e s p o n s i v i t y t o p s y c h o -l og ic and p hys i o l og i c s t i m u l i . I t s u s ehas been h i nde r ed by de f i c i enc i e s i ni n s t r u m e n t a t i o n a n d t h e l a c k o f s p e -c i f ic i t y o f t he r e s u l t s o f r eco r d i ngs .H o w e v e r , r e c e n t i m p r o v e m e n t s i nt e c h n i q u e s u s i n g s k i n r e s i s ta n c e m e t e r s( G S R m a c h i n e s ) a n d i n i n s t r u m e n t a -t i on have pe r m i t t ed i t s u s e i n a m or ed i s c r i m i n a t i n g m a n n e r . 1

T r a n s i e n t , r a p i d d r o p s i n r e s i s t a n c e

c a n b e o b t a i n e d b y a p p l y i n g s p e c i f i cG S R r es p o n se s . F u r t h e r m o r e , s p o n -t aneous f l uc t ua t i ons s i m i l a r t o t heabove a r e a l s o s een , and becaus e t heycanno t be a t t r i bu t ed t o any s pec i f i cd i s ce r n i b l e s t i m u l i a r e ca l l ed nons pe -c i fi c r e s pons es . I t ha s been f o un d t ha tt he l eve l o f a l e r t nes s o f s ub j ec t s( v a r y i n g f r o m s l e e p t o p a n i c ) c a n b ee v a l u a t e d b y r e l a t i n g t h e a m p l i t u d e o fs pec i f i c r e s pons es t o t he f r equency o fn o n s p e c if ic r e s p o n s e . ~ T h e f r e q u e n c yo f n o n s p e c i f ic re s p o n s e s s e e m s t o b er e l a t ed t o t he l eve l o f a r ous a l o r cen t r a ln e r v o u s s y s t e m e x c i t a b i l i t y o f s u b -j ec t s . Th e am pl i t ude o f s pec i fi c r e -s pons es s eem i ng l y r e f l ec t s t he pe r -c e p t u a l a c u i t y o f t h e s u b j e c t a n d h i sr e s pons l t l v i t y t o s pec i f i c , ex t e r na ls t imul i .

T h e a m p l i t u d e o f s p e c i f i c r e s p o n s e sa n d n u m b e r o f s p o n t a n e o u s r e s p o n s e si n c r e a s e a s s u b j e c t s g o f r o m d r o w s i -n e s s a n d r e l a x a t i o n t o a l e r t n e s s . H o w -eve r , a s s ub j ec t s becom e m or e a l e r t eda n d b e g i n t o a p p r o a c h h y p e r e x c i t a b i l i -t y and pan i c , t he am pl i t ude o f s pec i fi cr e s p o n s e s d r o p s b u t t h e n u m b e r o fnons pec i f i c s con t i nue t o r i s e o r s t aya t a h i gh l eve l ( F i g . 3 t op ) .

F i g u r e 3 ( b o t t o m ) s h o w s t h e r e -s u l t s f r om t h i s s e ri e s o f r uns . A t 2. 5g t he am pl i t ude o f s pec i f i c s i nc r eas es ,a s d o e s t h e n u m b e r o f s p o n t a n e o u sf l uc t ua t i ons , i nd i ca t i ng t he s ub j ec t i sa l e r t b u t n o t a r o u s e d t o a p o i n t w h e r eh i s b e h a v i o r a n d p e r f o r m a n c e w o u l db e d i s o r g a n i z e d a n d h i s p e r c e p t i o n sd i s t o r te d . A t g th e a m p l i t u d e o f s p e -c i f i c s d r ops s l i gh t l y w h i l e t he num bero f nons pec i f i c s i s e l eva t ed . Th us t hes u b j e c t s a r e q u i t e a r o u s e d p e r h a p s t ot h e p o i n t w h e r e s o m e d e c r e m e n t i nc o o r d i n a t i o n a n d g o a l d i r e c te d a c t i v i t y

476 AVIATION MEmCtUE


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H U M A N T O L E R A N C E - - Z U ID E M A E T A Lm i g h t b e a n t ic i p a te d . A t X g t h e a m -p l i t u d e o f s p e c i f i c s d r o p s s h a r p l yw h i l e t h e n o n s p e c i f i c s r i s e , i n d i c a t i v eo f c o n s i d e r a b l e c e n t ra l n e r v o u s s y s -

S T A T E O F "A L E R T N E S S

G S . R

i n a m e a n i n g f u l a n d a c c u r a t e m a n n e r .N o t e h o w , a f t e r t h i s r id e , t h e l ev e l o fs p e c i f i c s r i s e a n d n u m b e r o f n o n s p e -c i f i c s f a l l s b u t r e m a i n s h i g h e r t h a n

LEVEL O F CN S. AROUSAL l

, 4 , , "f " I A M P L I T U D E O F S P E C IF I C R E S P O N S ES/ I R E A C T I V I T Y T O S P E C I F I C S T I M U L I

LEVEL OF AROUSAL WITH PROGESSIVE"G" FORCES " " "

. . , , i \ . .. " ~ / " , , ,co ,,r ~, ~ ~:~w"~""~"~"~ / X cc,N ' m ~ - - ' - - - - ' - -2 5 , ~ X g

Z~o

4g

Fig. 3. (Above) N orm al curve of state of aler tness. Nonspecifie responses(dotte d) show level of central nerv ou s system arousal . Specif ic responses (solid)show rea ctivi ty to specific st imuli . Bo xes show G SR response on complete scalefrom sleep to panic. (BNow) Points denote average pos i t ion of subjec ts onaler tness scale at 2.5 g, 4.0 g and X g respectively.Solid l ines indicate ampli tude of specif ics as per cent of control .Broken l ines indicate number of nonspecif ics per unit of t ime.t e m a c t i v a t io n a n d i m p l y i n g a d e c r e a s e a f t e r r u n s a t 2 .5 a n d 4 g . T h i s w a si n p e rc e p t i v e , i n t e g r a t i v e a b i l it y , a n d i n t e r p r e t e d t o m e a n t h a t f o l l o w i n g t h ep e r h a p s a n i n a b i l it y t o r e a c t t o t a s k s 2 . 5 a n d 4 g r u n s th e s u b j e c t s r e t u r n e dDEC~tBER, 1956 477


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t o a f a i r l y r e l a x e d s t a te , w h i l e a f t e rt h e X y r u n s t h e y r e m a i n i n a f a i r l ya l e r t e d c o n d it i o n. T h i s a g a i n i n d i c a t est h e m a r k e d c e n t r a l n e r v o u s s y s t e ma c t i v a t i o n o c c u r r i n g a t X g .

5 0 -

a s a f f o r d a c o r r e l a t i o n o f p h y s i o l o g i ca n d b i o e l e c t r i c c h a n g e s w i t h p s y c h o -l o gi c o n e s. S u b j e c t i v e a w a r e n e s s o fd e c r e a s i n g p h y s i o l o g i c c a p a c i t y i s n o -t o r i o u s l y p o o r i n m a n y s i t u a t i o n s a n d

4 5m

m

4 OI -, , , 3 5(.9tY< c 3 0.2 :o 2 5bJV - 2 0

I050

2 . 5 g

H U M A N T O L E R A N C E -- Z U ID E M A E T A L

I I II s t A T 2 n dC O N T R O L " ' G ' " C O N T R O L

Fig. 4. Av erage perform anee of five subjects during pre -run control , period a t g andpost- run control respectively. N ote slight increase in per cent time on targe t at 2.5 g,probably due to "alert ing." Four g and X g shows progressive deteriorat ion.

P s y c h o l o g i c P a r a m e t e r s . - - T h r e ea r e a s w e r e e v a l u a t e d i n a n e f f o r t t og e t a p i c t u r e o f t h e s u b j e c t ' s p s y c h o -l o g ic s t a t u s : ( 1 ) S u b j e c t i v e r e p o r t o ff e e l i n g s a n d a t t i t u d e s b e f o r e , d u r i n ga n d a f t e r th e r u n s ; ( 2 ) p e r f o r m a n c ed u r i n g th e r u n s ; a n d ( 3 ) j u d g m e n to f p e r f o r m a n c e f o l l o w i n g e a c h r u n .

I t w a s t h o u g h t t h a t t h e i n f o r m a t i o nd e r i v e d f r o m t h e s e a r e a s w o u l d h e l pi n j u d g i n g t h e a b i l i t y o f t h e s u b j e c t st o f u n c t i o n a t v a r i o u s 9 l e v e l s a s w e l l

m a y l e a d i n d i v i d u a l s , s u c h a s p i l o t s ,t o m a k e g r o s s e r r o r s b e c a u s e o f af a i l u r e t o d e t e c t t h e i r d e c r e a s i n g c a -p a c i ti e s . F u r t h e r m o r e , i t i s o f e x t r e m ei m p o r t a n c e i n m a n y f l i g h t o p e r a t i o n st h a t a c c u r a t e j u d g m e n t s b e g i v e n a f t e rs t r e s s f u l s i t u a t i o n s .

F i g u r e 4 s h o w s t h e t i m e o n t a r g e to f t h e s u b j e c t s a t v a r i o u s 9 ; a f t e r as l i g h t i n c r e a s e a t 2 . 5 9 ' t h e r e i s ap r o g r e s i v e d e c r e m e n t o f p e r f o r m a n c ea s t h e y l o a d i n c r e a s e s . T h e i n c r e a s e

478 AW ^~ON Msm cINs


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H U M A N T O L E R A N C E ~ Z U I D E M A E T A La t 2 . 5 9 i s c o m p a t i b l e w i t h p r e v i o u so b s e r v a t i o n s t h a t m o d e r a t e a n x i e t y ,a l e r t i n g o r a r o u s a l w i l l f a c i l i t a t e p e r -f o r m a n c e . T h e G S R r e s p on s e s e em e dt o s u b s t a n t i a t e t h i s i m p r e s s i o n . H o w -3 0 - -

o f a c c u r a c y a n d l e n g t h o f t i m e r e -q u i r e d t o p e r f o r m t h i s t a s k . T h i s t e s td i f f e r e d f r o m t h e t r a c k i n g i n t h a t i tw a s a p e r i o d i c r a t h e r t h a n c o n t i n u o u st a sk . T h e r e s u lt s d e m o n s t r a t e d th a t

2 0

IO

0

11.4

2 .5

I N O E X 9 A G G U R A G YT I M E T O R E S P O N O

7.55.5

4 X"G" FORGE

Fig. 5. Pe rfor m anc e of t rigger l ight task under increasing 9. Note decrement of thisdiscnntinuous performance task at high 9 levels.

e v e r , p a s t a n o p t i m a l p o i n t , a r o u s a lm a y l e a d t o d i s o r g a n i z a t i o n o f b e -h a v i o r a n d p e r f o r m a n c e . O n e s u b j e c tw h o s h o w e d m a r k e d c a r d i o v a s c u l a rc h a n g e s a t X 9 a s w e l l a s m a r k e da r o u s a l o n t h e G S R , w a s o n t a r g e to n l y 4 p e r c e n t o f t h e t i m e ( l u r i n gX g, h a v i n g b e e n o n t a r g e t 3 5 p e r c e n ta t 2 . 5 9 a n d 2 5 p e r c e n t a t 4 g, t h u s i n -d i c a t i n g m a r k e d p h y s i o l o g i c a n d p s y -c h o l o g i c d e c o m p e n s a t i o n s .

F i g u r e 5 s h o w s t h e r e s u l t s o f t h et r i g g e r l ig h t t a s k. T h e s u b j e c t ' s p e r -f o r m a n c e i s d e t e r m i n e d a s a f u n c t i o n

w i t h i n c r e a s e d 9 s t r e s s t h e r e i s d e -c r e a s e d a b i l i t y t o p e r f o r m a d i s c o n -t i n u o u s t a s k a c c u r a t e l y a n d q u i c k l y .

g ~ b j e c t i v e R e p o r t s . - - A l l o f t h e s u b -j ec ts r e p o r te d m a n y m o r e s y m p t o m sa n d u n p l e a s a n t f e e l i n g s a f t e r t h e X 9r id e . I n s o m e , t h e d i s c o m f o r t w a sq u i t e a c u t e , a n d i n c o n t r a s t t o r i d e sa t 2 . 5 a n d 4 9, t h e s u b j e c t s f e l t s oc o n c e r n e d t h e ) " h a d d i f f i c u l t y f o c u s i n gt h e i r a t t e n t i o n o n t h e p e r f o r m a n c et a s k s . S o m e s t a t e d th e) " w e r e q u i tea n x i o u s b u t t h e a n x i e t y w a s n o t r e -

DECEMBER, 1956 479


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H U M A N T O L E R A N C E Z U ID E M A E T A Ll a t e d t o a n y t h i n g s p e c i f i c ; i t w a s d i f -f u s e a n d f r e e - f l o a t i n g . Th i s i s a d e-g r e e o f p s y c h o l o g i c a r o u s a l i n w h i c hp e r s o n s a r e u n a b l e t o f o c u s t h e i r a t -t e n t i o n o n c i r c u m s c r i b e d t a s k s o r r e -s p o n d e f f e c t iv e l y t o t a s k s b e c a u s e o ft h e e x t r e m e e x c i t a b i l i t y o f t h e i r c e n -t r a l n e r v o u s s y s t em . T h i s i n ab i l it ym a y o f c o u r s e , b e d u e t o p h y s i o l o g i co r p s y c h o lo g i c t h r e a ts . R e l a t e d w o r kh a s s h o w n t h a t t h e l e v e l o f a n x i e t yc o r r e l a t e s w i t h b i o c h e m i c a l a n d p h y s i -o l o g i c c h a n g e s t h u s i n f l u e n c i n g t h ea c t u a l b l a c k o u t l e v e l 3

I t s h o u l d a g a i n b e n o t e d t h a t t h es u b j e c t s w e r e n o t a w a r e o f t h e g l o a d st o w h i c h t h e y w e r e b e i n g e x p o s e d , a ta n y p a r t i c u l a r t i m e , t h e r i d e s b e i n gd i s t r i b u t e d b y r a n d o m .

Judgmen t . - - -The s u b j e c t ' s j u d g m e n to f h i s p e r f o r m a n c e w a s g i v e n o n as i x - p o i n t sc a le a f t e r e a c h r u n . I f h et h o u g h t hi s p e r f o r m a n c e w a s a s g o o da s a " c o n t r o l " p e r f o r m a n c e d u r i n g an o n s t r e s s f u l t i m e , h e r e p o r t e d "1 ."H o w e v e r , i f h e f e l t h i s p e r f o r m a n c ew a s e x t r e m e l y p o or , h e r e p o r t e d "6 ."A l i s t o f n u m b e r s a n d t h e i r m e a n i n gw a s k e p t i n t h e c a b s o t h e s u b j e c tc o u l d r e f e r t o i t. T h e p o s t - r u n j u d g -m e n t s w e r e f a i r l y a c c u r a t e a t l e a s t a sf a r a s b e i n g a b l e t o c o m p a r e p e r f o r -m a n c e a t v a r i o u s g . A l t h o u g h m a r k e dp h y s i o l o g i c a n d p s y c h o l o g i c c h a n g e so c c u r r e d d u r i n g t h e X g r u n t h e s u b -j e c t s w e r e a b l e t o j u d g e t h e i r p e r f o r -m a n c e a n d d i s c r i m i n a t e d i f f e r e n c e s b e -t w e e n t h e i r p e r f o r m a n c e a t t h e v a r i o u sg le v e l s. I t s h o u l d b e p o i n t e d o u t t h a tt h e s u b j e c t s ' r e s p o n s e s m a y n o t h a v eb e e n i n t e g r a t i v e j u d g m e n t s o f p e r f o r -m a n c e b u t ra t h e r j u d g m e n t s m a d e f r o mc u e s d u r i n g t h e r i d e o f t h e a m o u n t o f480

g s tr e s s im p o s e d o n t h e m . T h u s , t h es u b j e c t s w o u l d b e d e s c r i b i n g t h e i r e x -p e c t e d p e r f o r m a n c e s a t v a r i o u s gr a t h e r t h a n a n i n d e p e n d e n t j u d g m e n to f t h e p e r f o r m a n c e i ts e lf . H o w e v e r ,t h i s " c u e " v a r i a b l e w o u l d i m p l y t h es u b j e c t s w e r e c a p a b l e o f m a k i n g d i s -c r i m i n a t i o n s b e t w e e n t h e r i d e s i n ap e r i o d f o l l o w i n g t h e i m p o s i t i o n o fs t r e s s , i n d i c a t i n g t h a t t h e c a p a c i t y o fi n t e l l e c t u a l f u n c t i o n i n g w a s n o t i m -p a i r ed . G S R f i n di n g s u s i n g t h e a r o u -s a l s c a l e c o n f i r m e d t h e o b s e r v a t i o n o fn o e x c e s s i v e f a t ig u e o r h y p e r e x c i t a -b i l i ty .

A l l s u b j e c t s s h o w e d i n c r e a s i n gs t r e s s r e s p o n s e w i t h i n c r e a s i n g g l o a d si n a t l e a st t h r e e a r e a s : c a r d i o v a s c u l a r ,p e r f o r m a n c e , a n d b i o e le c t ri c . H o w -e v e r , t h e r e w a s n o e v i d e n c e o f p o s t -r u n f a t i g u e o r c o n t i n u e d d e c o m p e n s a -t l o n i n t h e se p a r a m e t e r s . W e b e l i ev et h e n t h a t X g w a s a v e r y s t r e s s f u ls i t u a t i o n a n d d i d p r o d u c e c o n s i d e r a b l ep h y s i o l o g i c a n d p s y c h o l o g i c d i f f i c u l t i e sw h i c h w e r e r e v e r s i b l e w h e n t h e s tr e s s -i n g s t i m u l u s w a s r e m o v e d . H e n c e , th es u b j e c t ' s j u d g m e n t ( a c o m p l e x a b i l it yb a s e d o n m u l t i p l e p s y c h o p h y s i o l o g i cd e t e r m i n a n t s ) w a s m a i n t a i n e d a f t e rthe r ides .

CONCLUSIONST h i s r e p o r t h a s d e s c ri b e d a n e x p e r i -

m e n t d e s i g n e d t o e v a l u a t e m a n ' s t o l e r -a n c e t o p r o l o n g e d a c c e l e r a t i o n s t r e s s .T h e d r a m a t i c c a r d i o v a s c u l a r f i n d i n g si n d i c a t e d t h e s u b j e c t s w e r e c l o s e t ot h e l i m i t s o f s t r e s s t o l e r a n c e . Th ep s y c h o l o g i c a n d b i o e l e c t r i c f i n d in g ss u p p o r t t h i s t h e s is . Th e f i n d i n g s a r ep a r t i c u l a r l y i n t e r e s t i n g b e c a u s e s o m es y s t e m s w i l l m a i n t a i n t h e i r o v e r - a l lc o m p e n s a t i o n a t t h e e x p e n s e o f t h o s ew h i c h d e c o m p e n s a t e . D u r i n g th e max-

AVIATION ME~,ICn~E


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H U M A N T O L E R A N C E -- Z U ID E M A E T A Li l n a l s t r e s s p o i n t i n t h i s e x p e r i m e n t ,a ll m e a s u r e d p a r a m e t e r s s h o w e d d e -c r e m e n t s . W e b el i e v e t h a t i n c r e a s i n gt h e s t r e s s e x p o s u r e p e r i o d o r t h e i n -t e n s i t y o f t h e s t r e s s w o u l d h a v e p r o -d u c ed m o r e p r o lo n g e d d e c o m p e n s a -t i o n , e . g . , i n t h e p o s t - r u n p e r i o d s . T h er e s u l t s t h e n i n d i c a t e d t h a t m a n i s a p -p r o a c h i n g h i s p s y c h o p h y s i o l o g i c l i m i tu s i n g p r e s e n t p r o t e c t i v e de v i c es . F u -t u r e w e a p o n s y s t e m s n m s t t a k e t h i si n t o a c c o u n t i f m a n i s t o r e m a i n ap r e c is e c o m p u t e r w h o c a n f u n c t i o n e f -f i c i e n t l y a s p a r t o f t h i s s y s t e m .

SUMMARYU s i n g p h y s i o l o g i c a n d p s y c h o l o g i c

m e a s u r e s , m a n ' s t o l e r a n c e t o g r a d e dp r o l o n g e d a c c e l e r a t i o n s w a s i n v e s t i -g a te d . D i m m i n g o f v is i on o c c u r r e dl a t e i n t h e h i g h e r 9 r u n s o f a l l s u b -j e c t s d e s p i t e t h e f a c t t h a t t h e y w e r ep r o t e c t e d b y a n t i - 9 s u i ts a n d r u n n i n ga t 0 . 4 9 ' , be lo w t h e i r p r e d e t e r m i n e db l a c k o u t l e ve l . B l o o d p r e s s u r e s a th e a r t l e v e l s h o w e d g r a d e d i n c r e a s e s i nb o t h s y s t o l ic a n d d i a s t o li c c o m p o n e n t su n d e r i n c r e a s i n g ,q. P u l s e p r e s s u r e r e -m a i n e d r e l a ti v e l y c o n s t a n t . F o u r o ff iv e s u b j ec t s s h o w e d a r r h y t h m i a s a th i g h g l ev e ls . T h i s m y o c a r d i a l ir r i -t a b i l it y m a y b e a t t r i b u t e d t o a r e l a ti v ec o r o n a r y i ns u ff ic ie n cy w i th m a x i m u m

c o r o n a r y f lo w p r o v i n g t o b e i n a d e q u a tef o r a m a s s i v e w o r k l oa d. H i g h gl o a d s p r o d u c e d e x c e s s i v e c e n t r a l n e r v -o u s s y s t e m e x c i t a b i l i t y a s r e f l e c t e d b ys k i n r e s i s t a n c e m e a s u r e s . T h i s d e -g r e e o f e x c i t a b i l i t y w a s n o t c o m -p a t i b l e w i t h o r g a n i z e d , g o a l - d i r e c t e dp e r f o r m a n c e a s d e m o n s t r a t e d b y d e -c r e m e n t s i n c o n t i n u o u s a n d d i s c o n -t i n u o u s p e r f o r m a n c e t a s k s . T h e h i g h -e r l e v e l s o f s u s t a i n e d g i n t h i s e x p e r i -m e n t a p p r o a c h m a n ' s p h y s i o l o g i c a n dp s y c h o l o g i c l i m i t s o f t o l e r a n c e .

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S u n s e t i n th e E a s tW e h a v e n o w r e a c h e d t h e p o i n t in f li gh t w h e r e w e m u s t c o n s i d e r t h ee a r t h n o t m e r e l y a s t h e g o o d o ld " t e r r a f i r m a " o f t h e a n c i e n t s , . bu { r a t h e ra s a r o t a t i n g p l a n et . T h i s i s b e s t d e m o n s t r a t e d b y t h e f a c t t h a t i f a c r a f tf l ie s i n .th e m i d d l e l a t i t u d e s i n a w e s t e r l y d i r e c t i o n w i t h s u p e r s o n i c s p e e d ,h i g h e r t h a n t h e r o t a t i o n a l s p e e d f o u n d i n t h i s b e l t o f t h e e a r t h t h e s u nw i ll b e le f t b e h i n d , a n d t h e p a s s e n g e r s w i ll e n c o u n t e r t h e s t r a n g e s p e c ta c l eo f a " s u n s e t i n t h e E a s t . " - - H u B E R T U S S T R U G H O L D : I n t e r n a t i o n a l R e c o r d

o f M e d i c i n e a n d G e n e r a l P r a c t i c e C l i n ic s , Sep t . 1 9 5 5 .DECEMBER, 195 6 481

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