Carla A. Hackworth1

Linda M. Peterson1

Dan G. Jack2

Clara A. Williams1

Blake E. Hodges3

1

Civil Aerospace Medical Institute

Oklahoma City, OK 73125

2

OMNI Corporation

Oklahoma City, OK 73125 

3

Oklahoma City University

Oklahoma City, OK 73106

May 2003

Final Report

This document is available to the public

through the National Technical Information

Service, Springfi eld, Virginia 22161.

Offi ce of Aerospace Medicine

Washington, DC 20591

Examining Hypoxia: A Survey 

of Pilots’ Experiences and 

Perspectives on Altitude Training

DOT/FAA/AM-03/10
NOTICE

This document is disseminated under the sponsorship of

the U.S. Department of Transportation in the interest of

information exchange. The United States Government

assumes no liability for the contents thereof.
i

������������������������������������

��������������� ����������������������������� ����������������������������

�����������������

����������������������� ����������������

��������������������������������������������������������������������������������

����������

���������

���������������������������������

��������������

������������������������������������������������������������������� ���������������������������������������

���������������������������������������������

�

������������������������������������������������������������������������������� ���������������������������

�

�����������������������������������������

�

������������������������������������������������� ���������������������������

����������������������������������������

���������������������������������������

����������������������������

�����������������������������

��������������������������������

����������������������������

���������������������

������������������������

�����������������������������������������������������������

��������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

���������������������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������

��������������� ����������������������������

�����������������������������������������������������

������������������������������������������������������

���������

�������������������������������������������������

����������������������������������������

�����������������������������

���������������������������������������� �������������������������������������� ������������������ �����������

������������� ������������� ��

����������������� �������� ������������������������������������������

1

EXAMINING HYPOXIA: A SURVEY OF PILOTS’ EXPERIENCES AND

PERSPECTIVES ON ALTITUDE TRAINING

Altitude (hypoxic) hypoxia is a physiological concern 

in the high-altitude aviation environment. Flying at increasingly higher altitudes is possible due to technological advances; however, higher altitude fl ight presents the 

risk of experiencing hypoxia. Specially designed aircraft 

and pressurization systems protect the operator and 

passenger(s) while traveling at altitudes that would 

otherwise be impossible. However, a failure in equipment resulting in a loss of cabin pressure is possible, 

and the operator(s) must be aware of what to do and 

what to expect should hypoxia occur in that situation 

(Pickard, 2002). 

The Federal Aviation Administration (FAA) defi nes 

hypoxia as “a state of oxygen defi ciency in the body suffi cient to impair function of the brain and other organs” 

(FAA, 2002a). Hypoxia impairs vision, judgment, motor 

control, and can result in incapacitation or, in severe cases, 

death. The effects of hypoxia are visible in most healthy 

individuals after reaching 10,000 ft (Green et al., 1996). 

Due to individual differences in susceptibility, hypoxia 

may appear at lower altitudes for some (Harding, 1999). 

Generally, the signs and symptoms are subtle and may 

include rapid breathing, headache, drowsiness, nausea, 

behavioral changes (e.g., euphoria, irritability), slurred 

speech, and diminished thinking capacity (FAA, 2002b; 

Pickard, 2002). 

A pilot experiencing hypoxia has a limited amount 

of time to recognize signs and symptoms, don an oxygen mask, and begin additional emergency procedures, 

including descent to a lower altitude. The time of useful consciousness (TUC) ranges from minutes at lower 

altitudes to seconds at higher altitudes (Pickard, 2002), 

and it is within this time frame that a pilot must execute 

the correct decisions. 

Numerous individuals have examined factors associated 

with hypoxia (Bonnon, Noel-Jorand, & Therme, 1995; 

Ernsting & Sharp, 1978; Nesthus, Rush, & Wreggit, 

1997; Reinhart, 1999; Sheffi eld & Heimbach, 1996; 

Stivalet et al. 2000). Within the aviation environment, 

decrements while performing a well-learned task (e.g., 

maintaining a given air speed) have been reported at 

12,000 ft, with higher altitudes (15,000 ft) resulting in 

poorer performance (Harding, 1999). Nesthus, Rush, 

and Wreggit (1997) found pilots exposed to simulated 

altitude conditions of 10,000 ft and 12,500 ft (via differential oxygen concentrations) committed signifi cantly 

more procedural errors during descent of a fl ight simulation than pilots breathing sea level concentrations of 

oxygen. When considering the onset of hypoxia while 

fl ying at night, affected altitudes are much lower, with 

5,000 ft reported to degrade night vision (Harding, 1999; 

Mohler, 1966).

Preventing hypoxia within the aviation environment 

(i.e., hypoxic hypoxia) has included researching possible 

vulnerabilities (e.g., smoking; Nesthus, Garner, Mills, 

& Wise, 1997; Yoneda & Watanabe, 1997), timing 

of the progressive complications (e.g., time of useful 

consciousness, TUC; Yoneda, Tomoda, Tokumaru, 

Sato, & Watanabe, 2000), and investigating regulatory 

requirements including training and education (e.g., 

use of oxygen, Turner & Huntley, 1991; physiological 

training, Vogel, 1991; cabin altitude pressures, Ernsting, 

2002; and oxygen mask donning, Marotte, Toure, Clere, 

& Vieillefond, 1990).

The importance of human factors, including awareness 

of fl ight physiology, has been described as essential for 

fl ying safe (Reinhart, 1999). Indeed, the Code of Federal 

Regulations (CFR) requires ground training in altitude 

physiology for pilots operating pressurized aircraft that 

have “a service ceiling or maximum operating altitude, 

whichever is lower, above 25,000 ft MSL” (Title 14 of 

the CFR Part 61, §61.31(g)(1,2), 2003), although certain 

exceptions apply, as noted in 14 CFR 61.31(g)(3). The 

subjects that must be covered in the required ground 

training include the effects, symptoms, and causes of 

hypoxia and any other high-altitude sickness; duration of 

consciousness without supplemental oxygen; and physical phenomena and incidents of decompression, 14 CFR 

61.31(g)(1)(i-ix). 

Advisory Circular (AC) 61-107 (Department of Transportation, FAA, 2003) discusses the training recommendations mandated in 14 CFR 61.31. Specifi cally, AC 61-107 

recommends extending the required ground training to 

all pilots who fl y above 10,000 ft/msl (Chap 1, para.1(a)). 

Additionally, fl ight physiology training requirements for 

pilots and crewmembers are stated in Title 14 of the CFR 

Parts 121 and 135. Crewmembers conducting fl ights 

above 25,000 ft/msl are required under 14 CFR 121 

and 135 to receive ground training in altitude physiology 

as part of the required general emergency training on a 

recurrent basis (14 CFR 121.417(b)(3)(i) and (e)(1-6), 

14 CFR 135.331(b)(3)(i) and (d)(1-6)). 
2

The current FARs do not require altitude chamber 

training. However, AC 61-107, in a section concerning 

physiological training for pilots of high altitude aircraft 

(Chap 1, para. 7), “highly recommends” altitude chamber 

training. Altitude chamber training is required by the 

U.S. military services for fl ight personnel. Additionally, 

some federal agencies (e.g., National Aviation and Space 

Administration [NASA], FAA) require their fl ight personnel to complete fl ight physiology training, including 

altitude chamber training (AC 61-107, Chap. 1, para. 

8, 2003). Certain corporations also require altitude 

chamber training for their fl ight personnel. AC 61-107 

(Chap. 1, para. 8, Table 2) lists military locations and 

government agencies offering altitude chamber training 

to civilian pilots. This training is also available at some 

commercial sites. 

The Civil Aerospace Medical Institute (CAMI) of the 

FAA provides altitude chamber training, including oxygen 

equipment familiarization, night vision experience, rapid 

decompression experience, and ascent to 25,000 ft for 

fl ight crew personnel to experience individual symptoms 

of hypoxia. The Aerospace Physiology training manual 

(FAA, 2002b) provided during CAMI classroom training lists the general signs and symptoms resulting from 

hypoxia. The manual differentiates between signs and 

symptoms occurring during hypoxia. Signs are external 

(e.g., rapid breathing, sweating, trembling) and are visible 

to others, while symptoms are internal (e.g., euphoria, air 

hunger, nausea) and are sensed by the person suffering 

from hypoxia (FAA, 2002b). 

Educating individuals about their own symptoms 

within a supervised ground location provides essential 

information. Generally, a person’s symptoms remain 

consistent across episodes of hypoxia, although factors 

such as fatigue can increase an individual’s susceptibility 

to hypoxia (Green et al., 1996). Being aware of one’s 

symptoms provides the individual with an experiential 

foundation. This prior experience (i.e., altitude chamber 

training) should better prepare individuals to recognize 

their own hypoxia symptoms. Thus, altitude chamber 

training allows the hypoxia experience to be less novel 

and may improve recognition of hypoxia and critical reaction time (FAA, 2002b). Additionally, education about 

inter-individual differences may be useful in identifying 

hypoxic reactions in others (Green et al., 1996). 

The purpose of the current project was to collect 

information from pilots regarding their hypoxia training background and their impressions of the content 

and adequacy of their hypoxia training. Also assessed 

were pilot perceptions of the need for hypoxia training, 

altitude chamber training, and recurrent training for all 

pilots across type of pilot rating and type of aircraft (i.e., 

pressurized, unpressurized).

METHOD

Participants

Seventy-one male pilots attending an aviation industrysponsored safety conference completed a survey addressing 

hypoxia. Pilots who indicated they fl ew professionally 

and had logged hours fl ying for business during the six 

months prior to the survey were selected for the sample. 

Four individuals who did not meet these criteria were 

not included in the fi nal survey sample. The fi nal survey 

data included 67 male pilots ranging in age from 27 to 

67 yrs (M = 46.6, SD = 9.6).

Survey content 

The 94-item survey was designed to gather demographic (e.g., age, gender) data as well as information 

about fl ight background, level of certifi cation, current 

medical ratings, types of aircraft fl own, average cruise 

altitude, hypoxia training, and experiences with hypoxia 

and in-fl ight altitude decompression. Additionally, items 

were structured to obtain pilots’ perceptions concerning 

hypoxia training, including ground, altitude chamber, 

and recurrent for both pilots and crewmembers.

Procedure

Pilots attending an aviation industry-sponsored safety 

conference were asked to voluntarily complete the hypoxia 

survey. The survey was distributed and returned during 

the conference. Later, completed surveys were provided 

to CAMI. Survey database management and data analysis 

were coordinated with an independent contractor.

RESULTS

Pilot demographics

Sixty-seven male pilots were included in the fi nal database. The pilots generally reported that they were nonsmokers (91%) and exercised regularly (74%). Their fl ight 

backgrounds were varied (see Table 1), with many levels 

�������������������������������������

������������������������������������

������������������ ��

����������������������������������������

���������� ���

����������������� ���

��������� ���

��������� ���

�������������� ��

����������������� ��

���������������������������������������������������������

����������������������������������������������
3

of certifi cation: air transport (93%), commercial (55%), 

fl ight instructor (51%), fl ight instructor- instrument 

(43%), private (22%), and recreational (1%).

Pilot training experiences 

Sixty-two pilots reported receiving training on the 

issue of hypoxia. Pilots’ hypoxia training backgrounds 

were indicated as follows: a basic introductory course on 

hypoxia (not including altitude chamber training) (61%), 

a recurrent course on hypoxia (not including altitude 

chamber training) (34%), and initial altitude chamber 

training (71%). Additionally, of the pilots who had received hypoxia training, 37% reported attending altitude 

chamber training on a regular basis1. Pilots reported their 

hypoxia training was informative2 (97% agree and strongly 

agree) and covered the topics shown in Table 2. 

Pilot attitudes on hypoxia training requirements

Pilot attitudes concerning specifi c pilot and crewmember hypoxia training requirements were assessed by eight 

items (see Table 3). More than 90% of respondents agreed 

or strongly agreed that pilots and crewmembers should 

receive an introductory hypoxia course. Additionally, 

85% felt that pilots should receive an initial altitude 

chamber course. When asked if the current regulations 

(i.e., not requiring altitude chamber training) addressing 

high-altitude fl ying (above 25,000 ft/msl) are suffi cient, 

52% disagreed or strongly disagreed. 

Over half of the respondents (59%) believed that altitude chamber training should be based on the altitude 

capability of an aircraft. When asked generally about 

altitude chamber training, 68% did not believe that the 

type of pilot license should play a role in determining 

���������������������������������������������

�������������������������������������������������������������������������

������� � � � � � � � � � �� ������

�������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������� ���

������������������������������������������������������ ���

������������������������������������������������������������� ���

������������ ��

�������������������������������������������������� ���

������������������������������������������������������������������������������������

������������������

��

�������������������������������������������������� ���

������������������������������������������������������������������������������������������������������������

1

Of the 62 respondents who indicated they had received hypoxia training, three individuals did not respond “yes” or “no” to receiving altitude 

chamber training on a regular basis. Therefore, N = 59 for this item.

2

Of the 62 respondents who indicated they had received hypoxia training, four individuals did not respond to this item; therefore, N = 58.
4

DISCUSSION

Hypoxia is a serious concern in the high-altitude 

aviation environment. Educating pilots and crewmembers about what to expect and what to do in response 

to hypoxia is critical. Educating individuals about their 

own symptoms within a supervised ground location provides essential information. Most of this sample reported 

receiving hypoxia training, with a few exceptions. We 

found that pilots perceived a basic introductory course 

and initial altitude chamber training as necessary for the 

majority of high-altitude pilots.

As stated earlier, altitude chamber training may improve 

an individual’s recognition of hypoxia and critical reaction 

time (FAA, 2002b). Though AC 61-107, (Chap 1, para. 

7), “highly recommends” altitude chamber training, the 

current CFRs do not require altitude chamber training. 

When asked if the current regulations (i.e., not requiring 

altitude chamber training) addressing high-altitude fl ying 

(above 25,000 ft/msl) are suffi cient, 52% of the current 

sample disagreed or strongly disagreed. 

Further examination of altitude chamber training indicated pilots believed that the altitude capability of an 

aircraft was an important factor. Moreover, when pilots 

considered level of certifi cation, they indicated that air 

transport pilots, commercial pilots, and instructors should 

who should receive altitude chamber training. However, 

when specifi c hypoxia training needs were assessed for 

fi ve types of pilot certifi cation (see Table 4), we found 

that more than 60% of the pilots perceived the need for 

an introductory hypoxia course (not including altitude 

chamber training) as necessary, regardless of level of 

certifi cation. However, type of certifi cation was relevant 

for initial altitude chamber training with air transport, 

commercial, and instructor greatly surpassing recreational 

and private certifi cation. This may initially appear inconsistent with the general sentiment that type of airmen 

license should not infl uence altitude chamber training; 

however, a plausible explanation is that those who would 

fl y at higher cruise altitudes were perceived as having a 

greater need for altitude chamber training. Thus, the 

type of license is not the critical factor but, instead, the 

perceived threat of hypoxia or altitude decompression 

sickness due to the higher cruising altitude and altitude 

capability of the aircraft that those pilots fl y.

Respondents also identifi ed the training needs of general aviation (GA) pilots fl ying unpressurized aircraft 

and pilots fl ying pressurized aircraft. The majority did 

not believe (69%) that initial altitude chamber training was necessary for GA pilots fl ying unpressurized 

aircraft; however, a basic introductory hypoxia course 

was perceived as fundamental (82%). 

�����������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������

���������� � � � � � � � �� ������������

��������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������������������������������������������������

�����������������������������

��

�����������������������������������������������������������������������������

�������������������

��

������������������������������������������������������������� ���

��������������������������������������������������������������� ���

������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������

��

�������������������������������������������������������������������������

����������������������������

��

������������������������������������������������������������������� ���

�������������������������������������������������������������������� ���

��������������������������������������������������������������������
5

�����������������������������������������������������������������

�������������������������������������������������������������������������

����������������������� � � ������������������������ � � ��� �

�������������������������������������������������������������������������

������������������������������������� ���

���������������������������� ���

���������������������������������� ��� ��������������

������������������������������������ ���

������������������������������������� ���

���������������������������� ���

���������������������������������� ��� �����������

������������������������������������ ���

������������������������������������� ���

���������������������������� ���

���������������������������������� ��� ��������

������������������������������������ ���

������������������������������������� ���

���������������������������� ���

���������������������������������� ��� �������������

������������������������������������ ��

������������������������������������� ���

���������������������������� ���

���������������������������������� ��� �����������

������������������������������������ ���

�������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������

receive altitude chamber training. As noted, perhaps these 

individuals incur the greatest likelihood of fl ying at an 

altitude most susceptible to the risk of hypoxia and altitude decompression sickness.

Although the current paper reveals a sample of pilot 

experiences and perceptions of altitude training, a caveat 

should be noted regarding the generalizability of these 

results. The current sample consists of pilots attending an 

aviation safety conference who indicated they fl ew aircraft 

for business purposes. This sample is a small segment of 

the entire pilot population; therefore, these fi ndings may 

not generalize to pilots overall. Distributing the survey 

to a wider audience of pilots would provide additional 

information regarding perceptions of hypoxia training. 

Nonetheless, the present paper provides useful information within the noted limitations. 

REFERENCES

Bonnon M, Noël-Jorand MC, Therme P. Psychological changes during altitude hypoxia. Aviat Space 

Environ Med 1995; 66:330-5. 

Code of Federal Regulations. 14 CFR Chapter I Part 61 

Certifi cation: Pilots, Flight Instructors, and Ground 

Instructors. Retrieved 16 Jan 2003 from the World 

Wide Web: http://www.access.gpo.gov/nara/cfr/

cfrhtml_00/Title_14/14cfrv2_00.html.

Code of Federal Regulations. 14 CFR Chapter I Parts 

121, 135. Subchapter G-Air Carriers and Operators for Compensation or Hire: Certifi cation and 

Operations. Retrieved 16 Jan 2003 from the World 

Wide Web: http://www.access.gpo.gov/nara/cfr/

cfrhtml_00/Title_14/14cfrv2_00.html.
6

Department of Transportation. Federal Aviation Administration. Advisory Circular No. 61-107. 

Operations of aircraft at altitudes above 25,000 

feet MSL and/or Mach numbers (Mmo) greater 

than .75. Retrieved 16 Jan 2003 from the World 

Wide Web: http://www.airweb.faa.gov/Regulatory_

and_Guidance_Library/rgAdvisoryCircular.nsf/

MainFrame?OpenFrameSet.

Ernsting J. Mild hypoxia in aviation [Abstract No. 312]. 

Aviat Space Environ Med 2002; 73:283. 

Ernsting J, Sharp GR. Hypoxia and hyperventilation. 

In: Dhenin G, Ernsting J, eds. Aviation medicine: 

Physiology and human factors. London: Tri-Med 

Books, 1978; 60-83.

Federal Aviation Administrationa. Chapter 8: Medical 

facts for pilots. In Aeronautical information manual: 

Offi cial guide to basic fl ight information and ATC 

procedures. Retrieved 26 March 2002 from the 

World Wide Web: http://www.faa.gov/atpubs/aim/

Chap8/aim0801.html.

Federal Aviation Administrationb. Aerospace physiology 

[Booklet]. Oklahoma City, OK: Federal Aviation 

Administration/Civil Aerospace Medical Institute/

Aerospace Medical Education Division, 2002; 3-1 

to 5-3. 

Green RG, Muir H, James M, Gradwell D, Green RL. 

Human factors for pilots, 2nd ed. Brookfi eld, VT: 

Ashgate, 1996; 3-20.

Harding, RM. Hypoxia and hyperventilation. (Revised by 

Gradwell, DP). In Ernsting J, Nicholson AN, Rainford DJ, eds. Aviation medicine, 3rd ed. Woburn, 

MA: Butterworth-Heinemann, 1999; 43-58.

Marotte H, Toure C, Clere JM, Vieillefond H. Rapid 

decompression of a transport aircraft cabin: Protection against hypoxia. Aviat Space Envion Med

1990; 61:21-7. 

Mohler, SR. Oxygen in general aviation. Washington, 

DC: U.S. Department of Transportation/Federal 

Aviation Agency/Offi ce of Aviation Medicine; September 1966. DOT/FAA/AM-66-28:1-31

.

Nesthus TE, Garner RP, Mills SH, Wise RA. Effects 

of simulated general aviation altitude hypoxia 

on smokers and nonsmokers. Washington, DC: 

U.S. Department of Transportation/Federal Aviation Administration/Offi ce of Aviation Medicine; 

March 1997. DOT/FAA/AM-97/7:1-311.

Nesthus TE, Rush LL, Wreggit SS. Effects of mild hypoxia on pilot performances at general aviation 

altitudes. Washington, DC: U.S. Department of 

Transportation/Federal Aviation Administration/

Offi ce of Aviation Medicine; April 1997. DOT/

FAA/AM-97/9:1-181.

Pickard JS. The atmosphere and respiration. In: DeHart 

RL, Davis JL, eds. Fundamentals of aerospace medicine, 3rd ed. Philadelphia: Lippincott, Williams, & 

Wilkins, 2002; 19-38.

Reinhart RO. Flight physiology and human factors for 

aircrew, 2nd ed. Ames, IA: Iowa State University 

Press, 1999; 27-43. 

Sheffi eld PJ, Heimbach RD. Respiratory physiology. 

In DeHart RL, ed. Fundamentals of aerospace 

medicine, 2nd ed. Baltimore: Williams & Wilkins, 

1996; 69-108.

Stivalet P, Leiffl en D, Poquin D, et al. Positive expiratory 

pressure as a method for preventing the impairment 

of attentional processes by hypoxia. Ergonomics

2000; 43:474-85.

Turner JW, Huntley Jr. MS. Civilian training in highaltitude fl ight physiology. Washington, DC: U.S. 

Department of Transportation/Federal Aviation 

Administration/Offi ce of Aviation Medicine; August 1991. DOT/FAA/AM-91/13:1-191

. 

Vogel, JL. An expert opinion paper on high-altitude 

physiology training for civilian pilots. In Turner 

JW, Huntley Jr. MS. Civilian training in highaltitude fl ight physiology. Washington, DC: U.S. 

Department of Transportation/Federal Aviation 

Administration/Offi ce of Aviation Medicine; August 1991. DOT/FAA/AM-91/13:A1-A131

.

Yoneda I, Tomoda M, Tokumaru O, et al. Time of useful 

consciousness determination in aircrew members 

with reference to prior altitude chamber experience 

and age. Aviat Space Environ Med 2000; 71:72-6. 

Yoneda I, Watanabe Y. Comparisons of altitude tolerance 

and hypoxia symptoms between nonsmokers and 

habitual smokers. Aviat Space Environ Med 1997; 

1 68:807-11. All Offi ce of Aerospace Medicine technical reports are available in 

full-text from the Civil Aerospace Medical Institute’s publications Web 

site: http://www.cami.jccbi.gov/aam-400A/index.html