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短臂离心机暴露时前庭性错觉的诱发效果及特点
目的 观察短臂离心机暴露时前庭性错觉的诱发效果及特点,探讨将短臂离心机用于前庭性错觉地面模拟训练的可行性.方法 参考电动转椅的前庭性错觉模拟训练方案,采用适合短臂离心机运行特点的前庭性错觉诱发方法,在SAC-Ⅲ型短臂离心机上对60名健康歼击机飞行员进行离心机反旋转错觉及科里奥利错觉模拟,观察错觉诱发情况.结果 离心机反旋转错觉、科里奥利翻转错觉-头右旋、科里奥利翻转错觉-头左旋、科里奥利旋转错觉-头前倾和科里奥利旋转错觉-头回靠的诱发率分别为100.0％、93.3％、93.3％、70.0％和23.3％.离心机反旋转错觉诱发率大于科里奥利翻转错觉(x2=4.186,P＜0.05)和科里奥利旋转错觉(x2=49.655,P＜0.01)；科里奥利翻转错觉诱发率大于科里奥利旋转错觉(x2=62.222,P＜0.01).离心机反旋转错觉均出现于制动减速的后半段；科里奥利翻转错觉形态与电动转椅模拟基本一致；科里奥利旋转错觉形态表现较为多样.结论 在短臂离心机上可以诱发明显的反向旋转错觉及科里奥利错觉,短臂离心机可用于飞行人员前庭性错觉的地面模拟训练.
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人工重力联合中等强度运动锻炼对4d头低位卧床后有氧及无氧运动能力的影响
目的 探讨4d头低位卧床(head-down bed rest,HDBR)模拟失重对人体运动能力的影响及人工重力联合中等强度运动锻炼的对抗效果.方法 12名健康男性志愿者随机分为2组:对照组(n=6)仅进行4 d HDBR;对抗组(n=6)HDBR期间每天上下午各进行1次30 min基于人工重力(足水平2 Gz)的中等强度运动锻炼.HDBR前后对所有志愿者分别进行有氧和无氧运动能力测试.结果 HDBR后对照组递增负荷累计运动应激指数、大摄氧量、无氧阈及30 s大负荷运动中的小无氧功较卧床前均显著下降(P＜0.05),无氧功递减率显著升高(P＜0.05)而无氧功峰值、平均无氧功均无显著改变;HDBR后对抗组上述各项指标均无显著改变.结论 4 d HDBR可致人体运动能力下降,其中对有氧运动能力影响大,对无氧运动能力影响较小.基于人工重力的中等强度运动锻炼可有效对抗模拟失重所致的有氧及无氧运动耐力下降.
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短臂离心机用于军事飞行人员前庭习服训练效果观察
目的 观察短臂离心机前庭习服训练效果,探讨其用于军事飞行人员地面前庭习服训练的可行性.方法 在SAC-Ⅲ型短臂离心机上对9名前庭稳定性水平较低的飞行人员进行连续7天的科里奥利加速度前庭习服训练,观察耐受时间变化趋势,对比训练前后耐受时间和前庭自主神经反应主观分值的变化.结果 随着训练次数的增加,耐受时间呈持续上升趋势.经7d训练后耐受时间明显延长(P＜0.01),前庭自主神经反应主观分值明显降低(P＜0.01).结论 短臂离心机用于前庭习服训练效果显著,可用于飞行人员前庭稳定性训练.
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联合短臂离心机+Gz负荷与运动负荷时人体心率和呼吸的变化
目的 应用新型短臂离心机,观察不同方案+Gz负荷联合运动负荷时人体心率、呼吸率的变化.方法 新型短臂离心机采用电动驱动,通过调节阻力矩定量人体运动负荷.10名健康青年男性间断进行不同+Gz(1,2,3 G)负荷时,同时进行不同负荷运动锻炼.整个过程中持续监测心率、呼吸的变化.结果 单纯+Gz负荷时心率较基础值显著增加(P＜0.05).+2 Gz和+3 Gz负荷联合30 W、60 W负荷运动时心率较相同负荷单纯运动时基础值均显著增加(P＜0.05).与单纯+Gz负荷相比较,+Gz负荷联合30 W运动负荷时心率、呼吸率显著增加(P＜0.01),联合60 W运动负荷时进一步增加(P＜0.01),并随着G值的增大而增加.结论 应用新型短臂离心机开展的研究发现,+Gz负荷联合运动负荷时心率、呼吸率的变化较单纯+Gz负荷更大.
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间断性短臂离心机+Gz暴露联合运动锻炼对心血管自主神经调节功能的影响
目的 利用短臂离心机进行梯度G值联合运动负荷锻炼,观察间断性锻炼3周后人体心血管自主神经调节功能的变化.方法 8名健康青年男性间断进行离心机梯度G值(1～2 G)暴露联合30 W运动负荷锻炼,每天30 min,持续3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)与收缩压变异性功率谱.锻炼前后进行头高位倾斜联合下体负压测试,观察立位应激时心血管功能变化.结果 在卧位休息时,锻炼3周后被试者HRV的低频与高频比值较锻炼前显著下降(P＜0.05),收缩压变异性的低频功率较锻炼前显著增加(P＜0.05).在头高位倾斜联合下体负压实验时,锻炼后被试者心率较锻炼前显著下降(P＜0.05),总外周阻力显著增加(P＜0.05),每搏量呈增加的趋势.结论 离心机+Gz暴露联合30 W运动锻炼3周可以增加平卧位心脏迷走神经与外周血管交感神经活动水平,增强立位应激时血压调节能力,提高了心血管功能储备.
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短臂离心机不同转速暴露时躯体重力错觉及前庭自主神经反应对比
目的 观察短臂离心机不同转速暴露时躯体重力错觉诱发效果及前庭自主神经反应情况,寻求短臂离心机用于地面模拟训练的适合转速.方法 在SAC-Ⅲ型短臂离心机不同转速下,对105名健康歼击机飞行员进行躯体重力错觉模拟,对比错觉诱发情况及前庭自主神经反应情况.结果 短臂离心机启动加速、匀速运行及制动减速阶段可分别诱发出前倾扭转错觉、前倾错觉及后倾错觉等躯体重力错觉,3种转速下各躯体重力错觉形态表现相同,但错觉强度随离心机转速加快而增强.37 r/min暴露时,各错觉诱发率均大于30 r/min和21 r/min暴露时的诱发率(P ＜0.01);30 r/min和21 r/min暴露时,各错觉诱发率差异均无统计学意义P＞0.05).3种转速下前庭自主神经反应评分分值随转速增加有增高趋势,但差异无统计学意义(P＞0.05).结论 37 r/min短臂离心机暴露时躯体重力错觉的诱发率高,且前庭自主神经反应较轻,此转速用于飞行人员躯体重力错觉的地面模拟训练较为适合.
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SAC-Ⅲ短臂离心机的研制与应用研究
目的 研制一种新型短臂离心机(SAC-Ⅲ)并观察其应用效果.方法 SAC-Ⅲ型短臂离心机由电源、操作控制系统、声像监控系统、脚踏阻力锻炼及做功计量系统、电控静音刹车系统、工作转臂及支承结构等部件组成.通过电源系统,使工作转臂绕支撑装置作圆周运动,产生人工重力.选取16名男性志愿者,在SAC-Ⅲ型短臂离心机上人工重力暴露,分析在1G,2G和3G作用下心率和呼吸等生理参数的变化.结果 利用SAC-Ⅲ型短臂离心机,与基础值相比,心率和呼吸率1G暴露时呈增加趋势,2G暴露时显著增加(P＜0.05),3G暴露时进一步增加(P＜0.01).结论 在SAC-Ⅲ型短臂离心机暴露时,心率和呼吸率的变化表明其能有效模拟人工重力作用,可作为飞行人员抗荷生理训练设备或航天员对抗失重生理影响的有力措施.
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短臂离心机诱发前庭本体性错觉形态多样性表现的观察
目的 观察短臂离心机不同暴露阶段前庭本体性错觉的形态表现特点,探寻可用短臂离心机进行模拟训练的前庭本体性错觉类型.方法 在SAC-Ⅲ型短臂离心机上对145名健康歼击机飞行员进行前庭本体性错觉模拟,观察其在离心机启动加速、匀速不动头、匀速动头和制动减速4个阶段的主观感觉.结果 启动加速阶段诱发出前倾扭转错觉,诱发率47.6％;匀速不动头阶段诱发出前倾错觉,诱发率47.6％;匀速动头时诱发出科里奥利翻转错觉(包括头右旋和头左旋时)和科里奥利旋转错觉(包括头前倾和头回靠时),诱发率分别为95.2％,94.5％,68.3％和24.1％;制动减速阶段诱发出离心机反旋转错觉和后倾错觉,诱发率分别为100％和35.9％.各错觉诱发率差异有统计学意义(x2=393.089,P＜0.01).前倾扭转错觉、前倾错觉和后倾错觉均为躯体重力错觉,离心机反旋转错觉为躯体旋动错觉.结论 在短臂离心机上可诱发出3种前庭本体性错觉:躯体旋动错觉、躯体重力错觉和科里奥利错觉,短臂离心机可用于以上错觉的地面模拟训练.
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三周间断性短臂离心机+Gz暴露和运动负荷对人体心功能的影响
目的 利用短臂离心机进行梯度G值暴露联合运动负荷锻炼,观察间断性锻炼3周后人体心脏收缩、泵血功能的变化.方法 8名健康青年男性间断进行梯度G值(1-2 G)离心机+Gz暴露联合30 W运动负荷锻炼,每天30 min,持续3周.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 锻炼2周后被试者左室射血时间(LVET)及射血分数(EF)较锻炼前显著增加(P<0.05).心率(HR)、射血前期(PEP)与LVET比值(PEP/LVET)显著下降(P<0.05);锻炼3周后,LVET及EF进一步增加(P<0.01),HR及PEP/LVET进一步下降(P<0.05),同时PEP下降达到差异显著性,每搏量(SV)和总外周阻力(TPR)显著增加(P<0.05).结论 3周间断性离心机+Gz暴露联合运动负荷锻炼可显著增强心脏收缩与泵血功能.
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人工重力的生物医学问题、发展及应用前景
人工重力被认为是一种多系统失重对抗措施,是人类进一步进行深空探测的有效保障.短臂离心机是实现人工重力的有效方式.本文针对人工重力在未来长期载人航天过程中的可能应用及医学问题,综述了人工重力提出的背景、发展过程.重点回顾了短臂离心机产生的间断性人工重力在地面、失重或模拟失重环境中的生物医学效应及其不良影响.后对人工重力医学研究的主要任务以及所面临的挑战和发展前景进行了介绍.
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模拟失重大鼠对间断性人工重力反应的系统特异性
业已证实,生理系统低重力暴露的需求存在较大差异.例如,在血管与骨这两个截然不同系统之间的初步比较研究得知,两者不仅在组织水平的力学调控机制差异较大,且失重性骨质丢失还与钙沉积-吸收的变化有关.间断性人工重力对血管的有效防护作用可能与血管拥有在1G重力环境下恢复其原有预应力和张力整合状态的“记忆”功能有关.除长期的钙沉积-吸收过程,骨组织还涉及成骨细胞和破骨细胞更为复杂的张力整合模型机制.细胞水平的钙动力学模型(CellML)业已提出,我们希望生理组学能够利用这类模型框架进一步解释骨组织对间断性人工重力反应性低下的机制;并评估“间断性”或“连续性”人工重力方案何者更适用于未来探索级航天飞行任务.
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短臂离心机训练时前庭刺激对心血管功能的影响
目的 探讨短臂离心机训练过程中增加前庭功能刺激对心血管功能的影响.方法 9名被试者分别完成不转头和间断左右转头45度两次人体短臂离心机暴露,足水平2Gz,持续10 min,记录实验过程中被试者血压、心率等变化并进行心率变异性分析,同时进行前庭功能评价.结果 在短臂离心机暴露复合前庭刺激时,被试者心率、舒张压、心率变异性低频功率、低频功率/高频功率较暴露前均显著升高(P ＜0.05,舒张压P＜0.01),心率变异性高频功率显著降低(P＜0.05);与单独短臂离心机暴露相比,舒张压显著升高(P＜0.05),低频功率/高频功率呈现升高趋势,但未达到显著水平.结论 短臂离心机暴露复合前庭刺激可增强心脏交感神经兴奋性,改善心血管功能,有助于提高训练效果.
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短臂离心机训练时不同方式前庭刺激对心血管功能的影响
目的 探讨短臂离心机训练时不同头部运动方式产生的前庭刺激引起被试者的前庭症状评分、血压、心率及心率变异性指标等变化及对心血管功能的影响.方法 12名男性被试者,分别进行3次足水平2 Gz、持续4 min的短臂离心机暴露,暴露期间被试者分别采取保持头部不动、左右转头45°或抬头30°姿势,记录实验中被试者的血压、心率、呼吸等变化及进行前庭症状评分,并分析不同前庭刺激对心血管功能的影响.结果 与保持头部不动方式相比,短臂离心机暴露符合左右转头45°或抬头30°均可引起明显的前庭症状,但收缩压、心率和心率变异性指标等均无显著性改变,仅舒张压在短臂离心机暴露符合左右转头45°时显著升高(P＜0.05).两种头动方式间相比,上述指标均无明显变化.结论 短臂离心机暴露过程中转头或抬头均可加大对前庭的刺激,但两种方式对心血管功能的影响无明显差异,为今后制定短臂离心机前庭功能训练方案提供实验依据.
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航天飞行人工重力的发展与应用研究进展
面对空间探测特殊失重环境,如何有效保障航天员长期驻留时的健康和安全是亟待解决的问题.本研究通过收集整理国内外文献,回顾人工重力的发展过程,阐述了人工重力的研究设备、方法及其生物效应,并结合本课题组的研究工作,提出了今后人工重力的发展方向,为我国今后开展深空探测提供一定的指导.
