劉 敏，宮獻文，吳 萍，李 贏，谷志明，吳 斌，黃偉芬

（1.中國航天員科研訓(xùn)練中心，北京100094；2.北京體育大學(xué)運動人體科學(xué)學(xué)院，北京100084）

SUP/HUT反復(fù)體位改變對心血管反應(yīng)和腦血氧的影響研究

劉 敏1，宮獻文1，吳 萍1，李 贏2，谷志明1，吳 斌1，黃偉芬1

（1.中國航天員科研訓(xùn)練中心，北京100094；2.北京體育大學(xué)運動人體科學(xué)學(xué)院，北京100084）

反復(fù)體位改變是航天員立位耐力的測試與研究的重要方法。為找到平臥位/頭高位（SUP/HUT）反復(fù)體位改變對立位耐力有顯著提高的相對較短時長，15名健康志愿者在旋轉(zhuǎn)床上進行SUP/HUT（0°，2 min→+75°，2 min；重復(fù)10次）模式的實驗，研究該模式反復(fù)體位改變對心血管功能和腦血氧的影響。研究發(fā)現(xiàn)：第10次傾斜平臥位和頭高位SBP、DBP、MAP和TPR均分別顯著高于第1次傾斜時的平臥位和頭高位（?P＜0.05）；第5、10次傾斜時頭高位的O2Hb和tHb顯著高于第1次（?P＜0.05）；實驗前后SST結(jié)果表明，SBP、DBP和MAP在實驗后蹲位和站立的20 s和30 s內(nèi)的值明顯高于實驗前（?P＜0.05）。此研究表明（0°，2 min→+75°，2 min；重復(fù)10次）實驗可顯著提高人體立位耐力，是相對較短時長的、能夠提高立位耐力的SUP/HUT模式，可用于提高航天員訓(xùn)練效率。

反復(fù)體位改變；航天員訓(xùn)練；較短時長；立位耐力；心血管反應(yīng)；腦血氧；心率變異性

1 引言

在載人航天飛行中，失重造成的航天員心血管脫鍛煉會導(dǎo)致返回地面后立位耐力下降，引發(fā)心率過快、血壓過低等暈厥前的癥狀，特別是中長期飛行航天員癥狀更為明顯［1］。月球重力加速度是地球的1/6，為快速適應(yīng)地月環(huán)境轉(zhuǎn)換，需提高人體快速適應(yīng)從1g～1/6g以及從1/6g～1g變重力環(huán)境的心血管調(diào)節(jié)能力。因此，為評價或提高航天員的立位耐力及相應(yīng)的心血管調(diào)節(jié)能力，較常采用的方法有頭高位傾斜（Head?Up Tilt，HUT）實驗、頭低位傾斜（Head?Down Tilt，HDT）實驗、下體負(fù)壓實驗及反復(fù)體位改變實驗等［2?3］。反復(fù)體位改變實驗，通常是指將人體仰臥位固定于傾斜床上，在短時間內(nèi)進行多次不同體位交替變化的過程。這種體位改變使人體在軸向上所受重力處于－Gz、+Gz的反復(fù)刺激中，致使感覺傳入沖動改變，以及由于流體靜壓作用引起體液反復(fù)的頭向和足向轉(zhuǎn)移，隨著反復(fù)次數(shù)的增加，心率和血壓會產(chǎn)生疊加效應(yīng)，從而產(chǎn)生一系列心血管效應(yīng)［1］。航天員進行反復(fù)體位改變的訓(xùn)練，作為一種刺激心血管調(diào)節(jié)能力的手段來提高航天員的立位耐力［2?4］。

但是，由于不同研究者所采用的反復(fù)體位改變實驗的模式不同，具體包括體位角度、角度停留時間和整個刺激的時間，實驗引起的對立位耐力的影響程度也就不同，甚至出現(xiàn)結(jié)論性的差異［3，7?9］，這使得反復(fù)體位改變提高立位耐力方法學(xué)研究變得困難。也由于其調(diào)節(jié)的復(fù)雜性，使得反復(fù)體位改變對心血管的影響的機理研究得到持續(xù)的關(guān)注。

Hinghofer?Szalkay等人的研究發(fā)現(xiàn)，在反復(fù)體位改變次數(shù)一樣的情況下，長時間間隔的反復(fù)體位改變實驗中內(nèi)分泌系統(tǒng)變化程度比短時間間隔的變化更大［5?6］。國內(nèi)外相關(guān)文獻報道中，大部分只有針對某一固定模式（時長）反復(fù)體位改變的實驗對立位耐力影響的研究，對于不同時長方面并未進行系統(tǒng)的比較［1?9，15］。

以平臥位（Supine，SUP）與頭高位（HUT）之間的交替改變?yōu)槔珺erry等人設(shè)計了10次+75°的HUT（0°，5 min→+75°，2 min；重復(fù)10次）實驗，研究表明，70 min時長的SUP/HUT交替改變可以明顯提高人的立位耐力［7?8］。吳斌等人前期進行過30 min的SUP/HUT（0°，2 min→+75°，1 min；重復(fù)10次）實驗，人體立位耐力有所提高，但不具有統(tǒng)計學(xué)意義［9］。在同期進行的其他實驗中，模式SUP/HUT（0°，1 min→+75°，2 min；重復(fù)10次）人體立位耐力有所提高，同樣不具有統(tǒng)計學(xué)意義。因此，在SUP/HUT刺激下，人體心血管調(diào)節(jié)何時穩(wěn)定并進入平臺期，能夠顯著提高人體立位耐力的反復(fù)體位改變的相對較短時長是多少，這些問題在國際上還無定論。

針對以上問題，結(jié)合前期文獻及實驗經(jīng)驗，本研究設(shè)計了SUP/HUT（0°，2 min→+75°，2 min；重復(fù)10次）反復(fù)頭高位傾斜實驗，分析反復(fù)體位改變過程中心血管功能和腦血氧的變化特點，探尋更為高效的航天員反復(fù)體位改變訓(xùn)練模式，為進一步推動反復(fù)體位改變在航天航空中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

2 實驗方法

2.1 實驗對象

實驗初期招募符合條件的科技工作者和個別在校大學(xué)生作為志愿者，根據(jù)實驗的要求，進行了基本情況的調(diào)查和常規(guī)體檢報告查閱，最后篩選出18名受試者，最終15人完成全部實驗，3人因時間沖突未完成全部實驗?；厩闆r是：男性，年齡為24～32歲，平均年齡26.73±2.40歲，身高為167～182 cm，平均身高174.20±4.23 cm，體重為58～82 kg，平均體重71.53±7.50 kg，身體健康，無慢性疾病和心血管方面的疾患。

2.2 實驗方案

在旋轉(zhuǎn)床上進行SUP/HUT（0°，2 min→+ 75°，2 min；重復(fù)10次）實驗，分析該實驗過程中人體立位耐力變化情況。

SUP/HUT反復(fù)體位改變前、后設(shè)置蹲起實驗（Squat Stand Test，SST）檢查（有研究報道SST與HUT相比是一種對心血管系統(tǒng)刺激更大的急性立位刺激方法）［7?8］。

SST檢查方案：受試者先靜坐5 min，當(dāng)受試者連接的儀器開始工作后，受試者站起，然后保持深蹲的體位4 min。4 min結(jié)束的時候要求被試者盡可能快地起立，并且保持直立的體位2 min。

實驗過程中記錄志愿者的心率（Heart Rate，HR）、收縮壓（Systolic Blood Pressure，SBP）、舒張壓（Diastolic Blood Pressure，DBP）、平均壓（Mean Artery Pressure，MAP）、每搏量（Stroke Volume，SV）、心輸出量（Cardiac Output，CO）、外周循環(huán)阻力（Total Peripheral Resistance，TPR）和大腦前額葉的氧合血紅蛋白（Oxygen Hemoglobin，O2Hb）、還原血紅蛋白（Deoxygen Hemoglobin，HHb）、總血紅蛋白（Total Hemoglobin，tHb）、唾液皮質(zhì)醇醛固酮（Aldosterone，ALD）。

3 數(shù)據(jù)處理與分析

3.1 數(shù)據(jù)處理

選取反復(fù)體位改變過程中第1、5、10次頭高位傾斜前平臥位和傾斜時心血管功能和腦血氧指標(biāo)的數(shù)據(jù)進行分析。平臥位數(shù)值為傾斜前最后30 s內(nèi)平臥的平均值，傾斜時心血管功能的數(shù)據(jù)為傾斜初始連續(xù)3個10 s的平均值，依次記為SUP、HUT10、HUT20、HUT30共四個階段，腦血氧的數(shù)據(jù)選取傾斜整個過程中第1、2、3、6、9、12個10 s內(nèi)的平均值，依次記為SUP、HUT10、HUT20、HUT30、HUT60、HUT90和HUT120共7個階段。心血管功能數(shù)據(jù)之所以選取前30 s的數(shù)據(jù)，是由于有前期研究顯示第10 s時壓力反射作用已通過心臟和血管應(yīng)答完成對血壓的調(diào)節(jié)過程，30 s時各項指標(biāo)已基本達到穩(wěn)定。心率變異性數(shù)據(jù)為反復(fù)體位改變前后坐位5 min的分析結(jié)果。實驗前后SST數(shù)據(jù)選取下蹲最后30 s和站立后連續(xù)3個10 s的平均值，依次記為SQUAT、STAND10、STAND20、STAND30四個階段。

3.2 數(shù)據(jù)分析

記錄的各種數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（Mean± SD）的形式表示，使用Excel和SPSS19.0進行數(shù)據(jù)保存和統(tǒng)計。首先對數(shù)據(jù)進行正態(tài)性和方差齊次性檢驗，正態(tài)性通過Kolmogorov?Smirnov（a）檢驗獲得，方差齊次性通過leneve統(tǒng)計量的檢驗獲得。對于樣本數(shù)據(jù)中符合正態(tài)性和方差齊次性的數(shù)據(jù)，心血管功能和腦血氧指標(biāo)隨時間的變化趨勢采用單因素方差分析。反復(fù)體位改變前后心率變異性指標(biāo)的比較采用配對t檢驗，不符合正態(tài)性和方差齊次性的采用非參數(shù)檢驗（mannu?U text）。設(shè)定P＜0.05表示統(tǒng)計學(xué)上差異顯著，P＜0.01表示統(tǒng)計學(xué)上差異非常顯著。

4 實驗結(jié)果

4.1 反復(fù)體位改變過程中心血管反應(yīng)特點

表1為反復(fù)體位改變過程中心血管功能指標(biāo)變化。與平臥位相比，SBP、DBP、MAP、HR和TPR在頭高位時均上升，之后轉(zhuǎn)平臥位后下降；相對的，SV和CO在頭高位時則下降，在平臥位時上升。

表1 反復(fù)體位改變過程中心血管反應(yīng)各指標(biāo)結(jié)果Table 1 Cardiovascular response results in repeated body position change

4.2 反復(fù)體位改變次數(shù)對心血管反應(yīng)的影響

圖1為反復(fù)體位改變過程中第1、5、10次頭高位傾斜前平臥位和頭高位初始30 s心血管指標(biāo)的變化曲線。

圖1 反復(fù)體位改變次數(shù)對心血管反應(yīng)的影響Fig.1 Effect of number of repeated body position change to cardiovascular response

同第1次傾斜前平臥相比，第5、10次傾斜前平臥位的SBP、DBP、MAP、TPR高于第1次，而第5和第10次之間無顯著性差異；三次傾斜前平臥位的HR，SV和CO無顯著性改變。對于頭高位，同第1次傾斜比較，第5次傾斜時SBP顯著升高，第10次則與前兩次無顯著差異，且略低于第5次；DBP、MAP在第5、10次傾斜時均顯著高于第1次，從第5到第10次DBP和MAP無顯著性上升；HR在第10次傾斜時顯著高于第1次，從第1次到第5次無顯著性上升；SV在第10次傾斜時的第2、3個10 s內(nèi)顯著低于第1次和第5次；三次CO無顯著性差異；TPR在第10次傾斜時顯著高于第1次和第5次，從第1次到第5次無顯著性上升。

4.3 反復(fù)體位改變過程中腦血氧變化特點

表2列出了反復(fù)體位改變過程中腦血氧各指標(biāo)O2Hb、HHb和tHb的變化。

從表2可以看出，反復(fù)體位改變過程中腦血氧各指標(biāo)O2Hb、HHb和tHb均隨著體位的改變呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化。與平臥位相比，O2Hb在頭高位時快速大幅下降，在平臥位時上升；從平臥位轉(zhuǎn)為頭高位，在O2Hb初始大幅下降之后，O2Hb仍持續(xù)緩慢下降。與平臥位相比，HHb在頭高位時快速大幅下降，在平臥位時上升；從平臥位轉(zhuǎn)為頭高位，在Hb大幅下降之后，呈現(xiàn)持續(xù)緩慢回升，第60 s時已基本回升到初始水平。與平臥位相比，tHb在頭高位時快速大幅下降，在平臥位時上升；從平臥位轉(zhuǎn)為頭高位，在tHb大幅下降之后緩慢下降或者穩(wěn)定不變。

4.4 反復(fù)體位改變次數(shù)對腦血氧的影響

圖2為反復(fù)體位改變過程中第1、5、10次頭高位傾斜前平臥位和頭高位腦血氧的變化曲線。同第1次傾斜前平臥相比，第5、10次傾斜前平臥位的O2Hb、HHb、tHb與第1次均無顯著性差異，隨著傾斜次數(shù)的增加，呈現(xiàn)上升的趨勢。對于頭高位，同第1次傾斜比較，第5、10次傾斜時的O2Hb和tHb顯著高于第1次；第5、10次傾斜時的HHb與第1次無顯著性差異。

圖2 反復(fù)體位改變次數(shù)對腦血氧的影響Fig.2 Effect of number of repeated body position change to cerebral oxygenation

4.5 反復(fù)體位改變過程中唾液皮質(zhì)醇變化

圖3為反復(fù)體位改變過程中第1、5、10次頭高位傾斜前平臥位和頭高位唾液皮質(zhì)醇的變化曲線。同第1次傾斜前平臥相比，第5、10次傾斜前平臥位的唾液皮質(zhì)醇與第1次均無顯著性差異。對于頭高位，同第1次傾斜比較，第10次傾斜時唾液皮質(zhì)醇顯著高于第1次，第5次傾斜與第1次無顯著性差異。

圖3 反復(fù)體位改變過程中唾液皮質(zhì)醇的變化Fig.3 Changes of ALD in repeated body position change

4.6 實驗前后SST結(jié)果

表3為反復(fù)體位改變前后SST心血管反應(yīng)結(jié)果。其中，SBP、DBP和MAP在實驗后蹲位和站立的20 s和30 s內(nèi)的值明顯高于實驗前；HR在實驗后僅立位的初始10 s高于實驗前；SV實驗后在立位的第3個10 s內(nèi)低于實驗前；CO在實驗前后無顯著性差異；TPR實驗后蹲位和立位初始10 s和第2、3個10 s明顯高于實驗前。

4.7 實驗前后心率變異性結(jié)果

表4為實驗前后心率變異性（Heart Rate Var?iability，HRV）指標(biāo)的變化。結(jié)果顯示：實驗后LF明顯高于實驗前，HF、TP、LF/HF略高于實驗前，但無顯著性；其他指標(biāo)無顯著性改變。

表2 反復(fù)體位改變過程中腦血氧各指標(biāo)變化Table 2 Cerebral oxygenation results in repeated body position change

表3 實驗前后SST心血管反應(yīng)結(jié)果Table 3 Cardiovascular response results in pre?SST and post?SST

表4 實驗前后心率變異性指標(biāo)結(jié)果Table 4 HRVresultsin pre?SST and post?SST

5 分析與討論

1）反復(fù)體位過程中的心血管反應(yīng)結(jié)果顯示：經(jīng)過SUP/HUT（0°，2 min→+75°，2 min；重復(fù)10次）實驗，第10次傾斜平臥位和頭高位SBP、DBP、MAP和TPR均分別顯著高于第1次傾斜時的平臥位和頭高位（?P＜0.05）。MAP是心血管系統(tǒng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因素，它的嚴(yán)密控制是維持腦灌注和在重力影響下意識清醒必不可少的因素［7?8］。因此，心血管系統(tǒng)能夠適應(yīng)10次反復(fù)的+75°HUT以便提高對立位刺激的反應(yīng)能力。第5次傾斜和第10次傾斜之間無顯著性差異，提示大于5次的傾斜并不會使平臥位的心血管效應(yīng)進一步增強。

頭高位時，HR在第10次傾斜時顯著高于第1次，TPR在第10次傾斜的頭高位顯著高于第1次和第5次，從第1次到第5次有上升趨勢，5次傾斜之后雖然HR和TPR都增加，但立位血壓并不進一步上升，這可能是與SV的下降有關(guān)。SV在第10次傾斜時的第2、3個10 s內(nèi)顯著低于第1次和第5次，表明大于5次的傾斜可能會使每搏量下降。但由于HR增加，SV的下降并未導(dǎo)致CO的改變，三次CO無顯著性差異，表明心臟的血液供應(yīng)仍維持在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。本實驗?zāi)Ｊ娇梢栽诰S持心輸出量穩(wěn)定的前提下，進一步通過外周血管收縮增加外周阻力，提高人體的立位耐力。

2）實驗前后SST結(jié)果顯示：SBP、DBP和MAP在實驗后蹲位和站立的20 s和30 s內(nèi)的值明顯高于實驗前。

3）腦血氧結(jié)果顯示：第5次和第10次傾斜前平臥位的O2Hb、Hb、tHb與第1次相比呈現(xiàn)上升趨勢，但無顯著性；第5次和第10次傾斜時頭高位的O2Hb和tHb顯著高于第1次，第5和第10次之間無顯著性差異，三次傾斜頭高位的Hb無顯著性差異。這與心血管指標(biāo)的結(jié)果具有一致性。

6 結(jié)論

SUP/HUT（0°，2 min→ +75°，2min；重復(fù)10次）實驗可顯著提高人體立位耐力和心血管調(diào)節(jié)能力，是相對較短時長的能夠提高立位耐力的SUP/HUT模式。該模式可應(yīng)用于中長期飛行和載人登月航天員血液重新分布適應(yīng)性訓(xùn)練。

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Influences of SUP/HUT Repeated Body Position Change Test on Cardiovascular Rresponse and Cerebral Oxygenation

LIU Min1，GONG Xianwen1，WU Ping1，LI Ying2，GU Zhiming1，WU Bin1，HUANG Weifen1
（1.China Astronaut Research and Training Center，Beijing 100094，China；2.Beijing Sport University，Beijing 100084，China）

Repeated body position change test is an important way to test or research the orthostatic tolerance of astronauts.In order to find a Shorter Interval of Supine/Head?Up Tilt（SUP/HUT）mode that can improve body orthostatic tolerance，15 healthy subjects were exposed to SUP/HUT（0°，2 min→+75°，2min；repeated 10 times）mode position change on a tilt bed.The features of physiological changes of cardiovascular effects and cerebral oxygenation were investigated.As com?pared with the first HUT，SBP，DBP and MAP were all significantly elevated at the tenth HUT（?P＜0.05）in both supine and head?up tilt phase；However，O2Hb and tHb were all significantly ele?vated at the fifth HUT and the tenth HUT（?P＜0.05）in the head?up tilt phase；In Squat Stand Test（SST），SBP，DBP and MAP in 20s and 30s were all significantly elevated at post?SST（?P＜0.05）as compare with the pre?SST.The results showed that SUP/HUT（0°，2 min→+75°，2min；repeated 10 times）as a Shorter Interval mode can effectively improve the body orthostatic tolerance.These findings may promote the research on human cardiovascular regulation and be used to improve the training efficiency of astronauts.

repeatedbody position change；astronaut training；shorterinterval；orthostatic tolerance；cardiovascular response；cerebral oxygenation；heart rate variability

V7

A

1674?5825（2016）06?0720?07

2016?06?02；

2016?11?02

國家自然科學(xué)基金（81372126）；中國航天醫(yī)學(xué)工程預(yù)先研究項目（2013SY54B0201，2014SY54A0001）

劉敏（1983－），女，碩士，助理研究員，研究方向為航天員選拔訓(xùn)練。E?mail：liuminf4＠163.com