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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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间断性头高位对模拟失重兔动脉内皮素表达和组织形态的影响
目的 观察21 d模拟失重期间间断性头高位45°对兔股动脉及颈动脉内皮素(ET-1)表达和组织形态的影响. 方法 24只健康雄性兔,随机分为对照组、模拟失重组和对抗组,每组8只.模拟失重组兔在21 d实验期间保持头低位-20°.对抗组兔在21 d模拟失重期间每天保持45°头高位倾斜2 h.实验结束后取股动脉和颈动脉进行组织学和ET-1免疫组化染色观察. 结果 光镜下可见模拟失重组兔股动脉内皮细胞脱落,管壁变薄,ET-1表达减少;颈动脉平滑肌细胞增生,弹力层增厚,ET-1表达增加;对抗组兔股动脉和颈动脉的组织形态学改变和内皮素表达与对照组相比无明显变化. 结论 21 d模拟失重可引起兔股动脉发生萎缩性改变,ET-1表达下降;颈动脉发生增生性改变,ET-1表达增加.每天2 h头高位45°可部分对抗模拟失重所引起的兔动脉结构和ET-1表达的变化.
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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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每日1 h站立对模拟失重大鼠心肌收缩功能降低的对抗
目的观察1 G下间断站立对抗模拟失重大鼠心肌收缩功能降低的效果.方法将雄性SD大鼠50只按体重配对原则随机分为5组:即对照组(CON),悬吊4 wk组(SUS),SUS+每日站立1 h组(STD1),SUS+每日站立2 h组(STD2),与SUS+每日站立4 h组(STD4).4 wk后,称量各组大鼠左侧比目鱼肌、睾丸及肾上腺的重量;并采用离体乳头肌灌流技术,测量和比较各组左室乳头肌收缩性能的改变.结果与C0N相比,各处理组大鼠睾丸均发生了明显萎缩变化(P＜0.01).SUS大鼠的比目鱼肌湿重较CON减轻了58.9%(P＜0.01),而STD1、STD2和STD4比目鱼肌分别减轻了38.5%、24.0%和11.0%(P＜0.01,或P＜0.05),其相对对抗效果分别为34.7%、59.2%和81.4%(P＜0.01).与CON相比,SUS大鼠乳头肌的发展张力(DT)、张力大上升速率(+dT/dtmax)和张力大下降速率(-dT/dtmax)分别降低了32.2%、29.2%和30.7%(P＜0.05),达到张力大上升速率峰值的时间(TPP)和达到张力峰值的时间(TPT)则分别延长了21.2%和11.0%(P＜0.05).但STD4乳头肌的DT、+dT/dtmax、-dT/dtmax和TPP则均与对照组无显著差别(P＞0.05),TPT仅在STD1组显著延长(P＜0.05).结论在1 G下每日1 h站立即可完全防止中期模拟失重大鼠乳头肌收缩功能降低.但每日1 h、2 h或4 h站立对比目鱼肌和睾丸萎缩的对抗效果则分别为部分有效和完全无效.
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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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间断性+Gz暴露在模拟失重大鼠后半身动脉收缩反应性中的对抗作用
目的探讨间断性站立位和离心机刺激对抗模拟失重所致大鼠股动脉与肠系膜动脉血管反应性变化的效果.方法选取雄性SD大鼠30只,随机分为对照组、悬吊组、站立位1 h组、1.5 G离心组和2.6G离心组,每组6只.利用离体动脉血管环技术测定5组大鼠股动脉和肠系膜动脉对血管收缩剂的反应.结果4 wk尾部悬吊大鼠股动脉和肠系膜动脉环对KCl和PE的收缩反应性较同步对照组显著降低;站立位与离心机组大鼠股动脉和肠系膜动脉对KCl和PE的收缩反应性均较悬吊组显著增强,与同步对照组相比无显著差异.结论4 wk模拟失重可致大鼠股动脉和肠系膜动脉的收缩反应性降低;每天给予悬吊大鼠1 h站立位、1.5 G或2.6 G离心等对抗性刺激均可使大鼠股动脉及肠系膜动脉的收缩反应性恢复到或高于对照组水平.
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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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人工重力联合有氧锻炼可以有效对抗4d头低位卧床所致立位耐力不良
目的 探讨人工重力联合运动锻炼对模拟失重引起的心血管功能失调的对抗效果.方法 12名男性志愿者随机分为对照组和锻炼组.对照组仅进行4天头低位卧床,锻炼组在卧床期间每天进行60min的2G人工重力联合80％ ～95％无氧阈强度的有氧锻炼.卧床前后测量立位耐力、运动能力、心脏收缩功能、血浆容量、胭静脉顺应性等.结果 与卧床前相比,对照组卧床后立位耐力、运动耐力及心脏泵血与收缩功能明显下降(P＜0.05),胭静脉横截面积及顺应性显著增加(P＜0.05),而锻炼组志愿者卧床后上述参数无明显变化.结论 4d头低位卧床可导致心脏收缩功能降低,血浆容量减少以及下肢静脉顺应性升高,立位耐力及运动耐力下降.每天60 min的2G人工重力联合80％ ～ 95％无氧阈运动强度的锻炼可有效维持卧床期间心脏收缩功能、血浆容量以及下肢静脉顺应性,从而对抗模拟失重引起的立位耐力和运动耐力的下降.
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人工重力的生物医学问题：以往工作回顾与面临的挑战
本文首先对现用以运动为主对抗措施的局限性以及将来可能采用以人工重力 为主对抗 措施的科学依据进行了阐述。进而对两种类型的人工重力--整个航天系统/居住舱全时旋 转 产生的连续性人工重力和由舱内短臂离心机产生的间断性人工重力的生理学效应及生理学阈 限条件进行了回顾。后对人工重力生物医学研究所面临的挑战和意义进行了介绍
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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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间断性头高位对模拟失重兔股静脉及颈静脉内皮素表达的影响
目的观察21 d模拟失重及间断性头高位45°对兔股静脉及颈静脉内皮素(ET-1)表达的影响.方法24只健康雄性兔,随机分为对照组、模拟失重组和对抗组,每组8只.模拟失重组在21 d实验期间保持头低位-20°.对抗组在21 d模拟失重期间每天保持45°头高位倾斜2 h.实验结束后取股静脉和颈静脉,用免疫组化方法观察ET-1表达的变化.结果正常对照组股静脉组织ET-1表达明显,颈静脉组织表达不明显;21 d模拟失重后,股静脉ET-1表达水平明显降低,颈静脉E-1明显升高;对抗组的股静脉和颈静脉ET-1表达水平与对照组比较无明显改变. 结论21 d模拟失重可引起兔股静脉ET-1表达减少,颈静脉ET-1表达增高;每天2 h头高位45°可对抗模拟失重所引起的股静脉及颈静脉E-1表达的改变.
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间断性人工重力作用对模拟失重大鼠股骨的防护效应
目的:比较三种间断性人工重力对抗措施对模拟失重大鼠的影响.方法:SD雄性大鼠30只,按体重配对后随机等分为5组:对照组(C),悬吊组(S),站立组(G1),1.5 G(G2)和 2.6 G人工重力组(G3).对抗组大鼠每日分别给予1 h的站立、1.5和 2.6 G人工重力作用.利用物理测量和三点弯曲等实验,观察了3 周间断性人工重力对大鼠股骨生长、生物力学特性的影响.结果:与S组大鼠比较:G1组弹性载荷、大载荷和刚性系数显著恢复(P＜0.05);G2组直径(P＜0.01)和干重、密度(P＜0.05),弹性载荷和大载荷显著提高(P<0.05);G3组弹性载荷和大载荷显著恢复(P＜0.01).结论:三种对抗措施均显著改善了尾吊大鼠承重骨的生长力学特性,而1.5 G的1 h/d人工重力作用是较理想的对抗方法.
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间断性头高位45°对抗措施对模拟失重大鼠股骨生物力学特性的影响
目的研究间断性45°头高位对抗措施(intermittent +45° head-up-tilt, IHUT)对尾吊大鼠承重骨的影响. 方法 SD雄性大鼠20只,按体质量配对后随机分为:对照组(C,7只),悬吊组(S,6只),头高位组(H,7只). 在尾吊大鼠模型模拟失重的基础上,H组大鼠每日给予6 h IHUT. 利用物理测量和三点弯曲等实验,观察了4 wk IHUT对尾吊大鼠股骨生长、生物力学特性的影响. 结果 S,H组大鼠股骨质量、灰分、直径和密度均较C组大鼠显著下降(P<0.01或P<0.05);与 S组比较, H组大鼠的直径(P<0.05)和密度(P<0.01)显著改善,质量和灰分有增加趋势. 与C组相比,S组大鼠股骨的强度和刚度显著降低(P<0.01);H组大载荷和刚性系数显著降低(P<0.05),韧性系数显著升高(P<0.01). 与S组大鼠相比,H组大鼠弹性载荷显著提高(P<0.05),大载荷、刚性系数和挠度载荷比值有提高趋势. 结论 IHUT对尾吊大鼠的承重骨的生长及力学特性有一定改善作用.
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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.
