發(fā)布時(shí)間：2018-10-23 09:56

【摘要】：載人航天飛行面臨的失重可導(dǎo)致一系列人體生理機(jī)能改變,表現(xiàn)為航天員返回時(shí)運(yùn)動(dòng)能力下降、立位耐力不良,并有突發(fā)暈厥的可能。失重的不良生理效應(yīng)會(huì)對(duì)航天員的健康構(gòu)成威脅,同時(shí)會(huì)制約航天員在突發(fā)緊急情況時(shí)獨(dú)立脫離困境的能力。當(dāng)前載人航天飛行中采用的水鹽補(bǔ)充、運(yùn)動(dòng)鍛煉、下體負(fù)壓、企鵝服及藥物服用等對(duì)抗措施,并不能完全解決失重誘發(fā)的所有生理問題。人工重力(Artificial gravity,AG)或許是解決失重問題的根本途徑。單純AG可有效減輕失重所致的心血管功能失調(diào)及立位耐力不良,但對(duì)運(yùn)動(dòng)能力下降的對(duì)抗效果有限。運(yùn)動(dòng)鍛煉可有效改善心肺功能與肌肉力量,但對(duì)失重所致立位耐力不良的對(duì)抗效果有限。因此將AG和運(yùn)動(dòng)鍛煉相結(jié)合,或許是一種更有效的綜合對(duì)抗策略。但人工重力或運(yùn)動(dòng)的模式、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、頻次及兩者的組合方式會(huì)直接決定對(duì)抗效果。本研究構(gòu)建了基于SAC-III型人體短臂離心機(jī)的人工重力環(huán)境,并系統(tǒng)分析了基于短臂離心機(jī)的人工重力特性,通過系列人工重力暴露實(shí)驗(yàn)探討了不同負(fù)荷AG對(duì)心血管功能的影響、交替式AG對(duì)心血管及前庭系統(tǒng)功能的影響、AG疊加運(yùn)動(dòng)負(fù)荷對(duì)人體心肺功能的影響,最終篩選出適宜的人工重力負(fù)荷強(qiáng)度和組合模式。然后基于以上結(jié)果,首次以無(wú)氧閾百分比為運(yùn)動(dòng)負(fù)荷強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)制定了一套個(gè)性化的人工重力聯(lián)合有氧運(yùn)動(dòng)的失重對(duì)抗方案,并通過-6°頭低位臥床模擬失重實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證,并探討了模擬失重期間人工重力復(fù)合有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)耐力、立位耐力及心血管功能的影響及其機(jī)制。主要研究結(jié)果與發(fā)現(xiàn)如下:1基于SAC-Ⅲ型短臂離心機(jī)的人工重力構(gòu)建與特性分析研制了SAC-Ⅲ型人工重力鍛煉系統(tǒng),在人工重力暴露的同時(shí)可進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)鍛煉�；诙瘫垭x心機(jī)的人工重力存在明顯的重力梯度,通過轉(zhuǎn)速調(diào)整可實(shí)現(xiàn)所需人工重力負(fù)荷。地面運(yùn)行的短臂離心機(jī)在產(chǎn)生人工重力的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生合成重力,其G值略大于人工重力,但并隨轉(zhuǎn)臂半徑和轉(zhuǎn)動(dòng)速度的增加最終半徑2m,轉(zhuǎn)速30rmp時(shí)接近足水平2Gz的人工重力。短臂離心機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中加速或減速時(shí)會(huì)產(chǎn)生Coriolis加速度。2不同負(fù)荷人工重力對(duì)人體心血管功能的影響26名健康男性受試者采取自身對(duì)照,隨機(jī)進(jìn)行以下6組測(cè)試:(A)0 Gz人工重力測(cè)試;(B)地面1 G重力坐位測(cè)試、(C)地面1 G重力立位測(cè)試;(D)足水平1 Gz人工重力測(cè)試;(E)足水平2 Gz人工重力測(cè)試;(F)足水平3 Gz人工重力測(cè)試。實(shí)驗(yàn)觀察了安靜狀態(tài)人體心血管功能對(duì)不同G值連續(xù)性AG暴露的反應(yīng)特征,旨在篩選SAC鍛煉時(shí)適宜的AG負(fù)荷強(qiáng)度。結(jié)果表明:人體處于不同體位時(shí)心率具有顯著差異,立位坐位平臥;而血壓無(wú)明顯差異。人工重力暴露時(shí),人體心率和血壓隨G負(fù)荷的升高而升高,足水平2Gz時(shí)心血管負(fù)荷略高于地面1G。依據(jù)訓(xùn)練學(xué)的超負(fù)荷原則,2Gz或許更適宜作為失重對(duì)抗的負(fù)荷。3交替式人工重力對(duì)人體心血管及前庭功能的影響21名健康男性受試者采取自身對(duì)照,隨機(jī)進(jìn)行以下3組測(cè)試:A)連續(xù)性足水平2 Gz人工重力暴露測(cè)試;B)足水平1Gz-2Gz交替式人工重力暴露測(cè)試;C)足水平1Gz-3Gz交替式人工重力暴露測(cè)試。實(shí)驗(yàn)觀察了不同AG組合模式暴露時(shí),人體心血管及前庭功能的反應(yīng)特征,旨在篩選適宜的AG模式或組合方案。結(jié)果發(fā)現(xiàn):1Gz-3Gz交替式人工重力暴露作用于人體心血管的負(fù)荷大于連續(xù)性2Gz、1Gz-2Gz交替式人工重力及地面1 G重力環(huán)境,且對(duì)人體前庭功能的刺激較強(qiáng);1Gz-2Gz交替式人工重力暴露作用于人體心血管的負(fù)荷小于較連續(xù)性2 Gz和1Gz-3Gz交替式人工重力,且對(duì)前庭功能也有一定刺激但強(qiáng)度小于1Gz-3Gz;人體可以較快適應(yīng)強(qiáng)度不大、時(shí)間不長(zhǎng)的前庭刺激。結(jié)果提示:基于短臂離心機(jī)的頻繁切換的AG負(fù)荷模式會(huì)對(duì)人體前庭器官產(chǎn)生較強(qiáng)刺激,而持續(xù)穩(wěn)定的AG暴露模式可有效減少SAC旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的前庭刺激。4人工重力疊加運(yùn)動(dòng)負(fù)荷對(duì)人體心肺功能的影響14名健康男性受試者,首先進(jìn)行地面1 G重力環(huán)境的遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)測(cè)試以確定最大攝氧量(Maximal oxygen uptake,V?O2max)。然后采取自身對(duì)照,隨機(jī)進(jìn)行以下三組測(cè)試:A)足水平2 Gz人工重力暴露時(shí)定量負(fù)荷運(yùn)動(dòng)測(cè)試;B)模擬0 G重力環(huán)境定量負(fù)荷運(yùn)動(dòng)測(cè)試;C)地面1 G重力環(huán)境直立位定量負(fù)荷運(yùn)動(dòng)測(cè)試。每次測(cè)試間隔30 min以上,待受試者所有生理指標(biāo)恢復(fù)正常以后再進(jìn)行下一次測(cè)試。測(cè)試過程中觀察了足水平連續(xù)0 Gz、2 Gz的AG及地面1 G重力環(huán)境中人體心血管與呼吸功能對(duì)不同運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程,旨在探討AG復(fù)合有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)人體心肺功能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):在安靜狀態(tài)時(shí),重力環(huán)境對(duì)人體心血管功能有較大影響,但對(duì)呼吸功能影響較小。人體每分耗氧量、每分二氧化碳排出量、每分通氣量、及呼吸交換率均隨運(yùn)動(dòng)負(fù)荷強(qiáng)度的增加而升高的規(guī)律不受重力環(huán)境改變的影響。在運(yùn)動(dòng)過程中,隨運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的增加,重力環(huán)境對(duì)心血管功能的影響程度逐步被運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的影響掩蓋。而重力環(huán)境對(duì)呼吸功能的影響程度則隨運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的增加被逐步放大。結(jié)果提示:基于足水平2 Gz人工重力的有氧運(yùn)動(dòng)鍛煉與地面1G環(huán)境相似,或許能夠?qū)故е厮虏涣忌硇?yīng)。5模擬失重期間人工重力聯(lián)合有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)能力的影響12名健康男性受試者隨機(jī)分為對(duì)照組(Con,n=6)和對(duì)抗組(CM,n=6)。采用人體-6°HDBR模擬失重,觀察了短期模擬失重期間人工重力復(fù)合有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)有氧及無(wú)氧運(yùn)動(dòng)能力的影響。HDBR期間,CM組受試者在足水平2 Gz人工重力暴露的同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度為80%~95%AT的運(yùn)動(dòng)鍛煉。每日上下午兩次各30 min,而Con組無(wú)任何對(duì)抗。HDBR前后分別進(jìn)行一次遞增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)測(cè)試和無(wú)氧功測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn):HDBR后Con組的遞增負(fù)荷CSI顯著下降(P㩳0.05),運(yùn)動(dòng)耐力、V?O2max和AT分別下降到HDBR前的96.5%、91.5%和91.8%,30 s最大負(fù)荷運(yùn)動(dòng)中的Powermin較HDBR前均顯著下降(P㩳0.05),Powerdrop顯著升高(P㩳0.05);而CM組以上指標(biāo)幾乎沒有改變。HDBR后Powerpeak、PowerAvg兩組均無(wú)顯著改變。結(jié)果提示:短期模擬失重可導(dǎo)致人體運(yùn)動(dòng)能力下降,其中對(duì)有氧運(yùn)動(dòng)能力影響最大,對(duì)無(wú)氧運(yùn)動(dòng)能力影響較小;基于SAC的足水平2 Gz人工重力聯(lián)合中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)鍛煉可有效對(duì)抗短期模擬失重引起的有氧及無(wú)氧運(yùn)動(dòng)耐力的下降,從而維持了人體綜合運(yùn)動(dòng)能力。6模擬失重期間人工重力聯(lián)合有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)人體心血管功能的影響14名健康男性受試者隨機(jī)分為對(duì)照組(Con,n=6)和對(duì)抗組(CM,n=8),采用人體-6°HDBR模擬失重,觀察了短期模擬期間每天1小時(shí)80%~95%AT強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)聯(lián)合足水平2 Gz的人工重力對(duì)模擬失重所致多系統(tǒng)生理機(jī)能下降的影響。HDBR期間,CM組受試者在足水平2 Gz人工重力暴露的同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度為80%~95%AT強(qiáng)度的功率自行車鍛煉。每日上下午兩次各30 min,而Con組無(wú)任何對(duì)抗。HDBR前后分別采取血樣,并進(jìn)行一次LBNP立位耐力測(cè)試,HDBR期間每日監(jiān)測(cè)HR、BP以及心臟收縮功能。結(jié)果發(fā)現(xiàn):4天HDBR后Con組和CM組立位耐力分別下降了49.1%和22.5%;HDBR致使Con組HR增加、交感神經(jīng)活性增強(qiáng)、射血前期時(shí)間延長(zhǎng)、血漿容量減少、迷走神經(jīng)活性減弱、左心室射血時(shí)間縮短,而在CM組以上指標(biāo)均無(wú)顯著改變。HDBR后血漿醛固酮在Con組沒有改變,而CM組稍有升高。結(jié)果提示:基于足水平2 Gz人工重力的強(qiáng)度為80%~95%AT強(qiáng)度的自行車功量計(jì)有氧運(yùn)動(dòng)鍛煉可有效減輕短期HDBR期間立位耐力、心臟收縮功能、HRV、血漿容量、以及血漿醛固酮水平的改變。立位耐力的改善機(jī)制不只是心功能介導(dǎo)的,同時(shí)涉及到血漿容量的維持和交感神經(jīng)對(duì)立位應(yīng)激反應(yīng)的改善等。總之,通過研制的人工重力鍛煉系統(tǒng),構(gòu)建了基于SAC-Ⅲ型短臂離心機(jī)的人工重力環(huán)境,在人工重力暴露的同時(shí)可進(jìn)行有氧運(yùn)動(dòng)鍛煉,能夠滿足失重生理對(duì)抗所需。本研究通過系列人工重力暴露實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):足水平2 Gz或許是較為適宜的人工重力負(fù)荷,持續(xù)穩(wěn)定的人工重力暴露模式可有效減少短臂離心機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的前庭刺激,足水平2 Gz人工重力疊加運(yùn)動(dòng)負(fù)荷對(duì)人體心肺功能的影響近似地面1 G重力環(huán)境,基于足水平2 Gz人工重力的有氧運(yùn)動(dòng)鍛煉與地面1G環(huán)境相似,或許能夠?qū)故е厮虏涣忌硇?yīng)。依據(jù)以上結(jié)果提出了一套個(gè)性化的AG結(jié)合有氧運(yùn)動(dòng)失重對(duì)抗方案,并通過HDBR實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí):模擬失重期間足水平2 Gz人工重力復(fù)合80%~95%無(wú)氧閾強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)鍛煉可有效減輕運(yùn)動(dòng)耐力、立位耐力、心臟收縮功能的改變,其改善機(jī)制不只是心功能介導(dǎo)的,同時(shí)涉及到血漿容量的維持和交感神經(jīng)對(duì)立位應(yīng)激反應(yīng)的改善。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：R852.22
，

本文編號(hào)：2288884