短臂离心机的应用基础研究

论文摘要

失重对人体所引起的危害性影响是目前航天事业发展所面临的最大问题之一。航天飞行时,失重环境可引起流体静压消失,体液头向转移,导致机体生理功能发生一系列的适应性变化。包括:骨钙丢失、肌肉萎缩、红细胞减少、体液头向转移、心血管功能下降、神经调节系统紊乱、免疫功能障碍灯,降低了航天员空间工作能力,使飞行任务不能完成。失重危害性影响主要表现在航天员返回地面重力环境后出现立位耐力下降、运动耐力下降等再适应障碍。为了保护航天员的身体健康及安全,保证航天任务的顺利完成,必须发展一套有效的中长期失重对抗措施。经过50多年航天事业发展,目前对抗失重措施主要包括水盐补充、下体负压、药物、抗阻力运动等。但即使综合使用这些对抗措施,航天员在飞行后返回地面时仍出现平衡障碍、立位耐力下降和进行性的骨质丢失。短臂离心机可通过旋转产生人工重力,是一种针对多个生理系统的综合对抗措施,有可能从根本上解决失重问题,具有较好的应用前景。既往卧床研究表明,人工重力暴露能够有效维持模拟失重环境中心血管功能,但对运动耐力的作用不大。而有氧运动对被试者运动耐力有较好防护。因此,有氧运动联合人工重力锻炼可能是一套有效的对抗失重方案。但是以何种方式将两者结合以更好地发挥作用,至今尚无定论。本研究观察了人工重力暴露时,不同体位对人体心血管功能的影响;观察并分析了单纯人工重力暴露、单纯运动锻炼、人工重力联合运动锻炼对心血管功能的不同影响;人工重力联合运动锻炼对抗模拟失重的多系统影响。本研究的实验结果及发现如下:1.不同体位短臂离心机暴露时心血管及前庭功能的改变本实验通过观察和比较不同体位下短臂离心机暴露所引起的心血管及前庭功能反应,旨在进一步明确短臂离心机暴露下体位因素对心血管和前庭功能的影响。10名健康男性受试者,依次进行75°、45°、15°体位的短臂离心机暴露,每体位先后进行2G、3G（足水平）人工重力暴露。采用便携式无创逐跳血压监测仪（Portapres）全程监测并记录受试者血压、心率、心脏泵血功能,同时进行前庭功能评价,比较不同体位短臂离心机暴露对心血管、前庭系统的影响。结果发现,2G和3G短臂离心机暴露时,15°体位下大部分受试者出现严重运动病症状被迫终止实验;75°和45°两种体位下受试者血压、心率、总外周阻力较基础值均显著增高,每搏量显著降低（p<0.05）,心输出量则无显著变化;相同G值短臂离心机暴露时,75°体位下心血管功能变化较45°无显著性差异,而前庭功能评分则随着体位角度的减小而逐渐增高,15°体位下评分,较45°和75°体位显著增高（p<0.05）。结果提示,短臂离心机暴露时,45°和75°两种体位对心血管功能的影响没有显著差异,但不同体位对前庭功能的影响却差异较大。暴露体位越趋近于坐位,引起的运动病程度越重。2.短臂离心机、有氧运动或者二者联合锻炼对心血管功能的影响本实验利用短臂离心机观察比较单纯人工重力暴露、单纯运动锻炼、人工重力联合运动锻炼三种锻炼方案对心血管功能及心脏自主神经调节功能的影响。24名健康青年男性随机分为三组:单纯人工重力暴露组、单纯运动锻炼组、人工重力联合运动锻炼组。单纯人工重力暴露组进行间断进行梯度G值（1G-2G）离心机锻炼,单纯运动锻炼组进行40W的运动负荷锻炼,人工重力联合运动锻炼则即进行间断进行梯度G值（1G-2G）离心机暴露,同时又进行40W运动锻炼,每天30min,持续1周。记录心电图和逐跳连续血压,运用自回归谱分析法得到心率变异性（HRV）与收缩压变异性（SBPV）功率谱,采用心电机械图法和阻抗法测量锻炼前后心脏的收缩功能与泵血功能。结果发现:人工重力暴露联合运动锻炼1周后被试者心率（HR）显著下降（P<0.05）,每搏量（SV）、左室射血时间（LVET）及血压变异性低频功率（LF-SBPV）较锻炼前显著增加（p<0.05）,而其他两组以上指标没有显著变化。结果提示1周离心机联合运动负荷锻炼可显著增强心脏泵血功能及自主神经调节功能。3.间断性短臂离心机联合运动锻炼对4天头低位卧床期间多系统功能功能的影响本实验利用短臂离心机进行梯度G值联合运动负荷锻炼,观察4天头低位卧床期间间断性人工重力锻炼对被试者心血管功能、脑血管功能、下肢静脉功能的影响。12名健康青年男性随机分为两组:对照组,仅进行4天头低位卧床;对抗组:4天头低位卧床同时每天进行间断进行梯度G值（1G-2G）离心机联合40W运动负荷锻炼1h。锻炼前后记录心电图及逐跳血压,分析心率变异性（HRV）与收缩压变异性（SBPV）,进行头高位倾斜测试,观察立位应激时立位耐力的变化,采用心电机械图法和阻抗法测量心脏的泵血功能与收缩功能。以静脉阻断体积描记法检测下肢顺应性,以超声探测法检测下肢腘静脉顺应性,用MT-1010型经颅多普勒超声仪检测脑血流变化。结果发现:对照组被试者4天头低位卧床后心率、腘静脉顺应性显著提高,SV、CO、PWC170、VaO2以及HFRR显著下降（p<0.05）,而对抗组卧床前后未见以上指标有显著差异。两组被试者卧床前后脑血流的变化相似。结果提示,4天头低位卧床期间每天1h的梯度G值（1-2）人工重力暴露联合40W运动锻炼能够有效维持被试者心血管功能、心脏自主神经调节功能、运动耐力、下肢血管顺应性等,但对脑血流作用不明显。总之,本研究发现短臂离心机锻炼时75°较之于15°和45°体位,其锻炼效果最佳,并发现短臂离心机和运动锻炼是改善心脏功能和心血管自主神经调节的必要条件,能够有效维持卧床模拟失重时被试者心血管功能、心脏自主神经调节功能、下肢顺应性、运动耐力。本工作为中长期太空飞行选择合适对抗失重方案、对进一步的太空探索的医学保障提供了研究基础。

论文目录

• 缩略语表
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 文献回顾
• 正文
• 1. 不同体位短臂离心机暴露时心血管及前庭功能的改变
• 1.1 引言
• 1.2 实验对象与方法
• 1.2.1 被试者
• 1.2.2 实验设备和方法
• 1.2.3 实验步骤
• 1.2.4 统计分析
• 1.3 结果
• 1.3.1 一般情况
• 1.3.2 血压、心率的变化
• 1.3.3 心功能的变化
• 1.3.4 前庭功能的变化
• 1.4 讨论
• 1.4.1 心血管功能改变
• 1.4.2 前庭功能改变
• 2. 短臂离心机暴露联合运动锻炼对心脏功能及心血管功能的影响
• 2.1 引言
• 2.2 对象和方法
• 2.2.1 被试者
• 2.2.2 实验设备
• 2.2.3 实验步骤
• 2.2.4 统计分析
• 2.3 结果
• 2.3.1 血压和心率
• 2.3.2 心脏泵血功能改变
• 2.3.3 心率变异性改变
• 2.3.4 血压变异性分析
• 2.4 讨论
• 3. 人工重力暴露联合运动锻炼对4 天头低位卧床后心血管系统的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验对象与方法
• 3.2.1 被试者
• 3.2.2 实验设备和方法
• 3.2.3 实验步骤
• 3.2.4 统计分析
• 3.3 结果
• 3.3.1 立位耐力
• 3.3.2 心率、血压及体重
• 3.3.3 心功能
• 3.3.4 脑血流变化
• 3.3.5 心血管自主神经调节功能
• 3.3.6 运动耐力
• 3.3.7 下肢顺应性
• 3.4 讨论
• 3.4.1 心血管功能改变
• 3.4.2 运动耐力的变化
• 3.4.3 心脏自主神经调节功能的改变
• 3.4.4 脑血流变化
• 3.4.5 下肢顺应性
• 小结
• 参考文献
• 个人简历和研究成果
• 致谢