30d头低位卧床期间体育锻炼对下肢肌肉和心血管系统的影响

摘要

失重时，流体静压消失，体液头向分布会引发机体各生理系统出现一系列的适应性变化，这些变化将直接导致心血管功能失调。心血管功能失调不仅会对航天员在空间的工作能力和健康产生一定的影响，而且还可能影响到航天员从空间返回到地面的再适应过程，其最主要表现是立位耐力和运动耐力下降。因此，为了保证航天员的身体健康、安全及工作效率，开展中长期失重对抗措施的研究是非常必要的。 目前的对抗措施主要包括运动、企鹅服、下体负压、水盐补充、抗荷服、营养、药物、肌肉电刺激以及飞行前适应性训练等。 虽然空间体育锻炼对机体的作用还存在一定的局限性，但是，与其它对抗措施相比，体育锻炼的作用与效果更全面。因此，体育锻是现有对抗措施的核心部分。迄今为止，对抗失重的体育锻炼方案各有不同，不同方案的实际效果也互有差别。采用何种体育锻炼方法才能够最有效地预防和对抗航天失重环境对机体的影响，仍然是航天医学所面临的主要问题之一。 因此，本实验采用了-6°头低位卧床来模拟失重，通过观察和比较30 d 头低位卧床期间下肢肌力训练和自行车功量计训练对下肢肌肉和心血管系统的主要影响，旨在进一步阐明体育锻炼对抗失重不良影响的效果，筛选有效的体育锻炼方案，为制定我国载人航天飞行时航天员对抗训练方案提供实验依据。 本研究的主要结果与发现如下： 1. 30d头低位卧床期间体育锻炼对立位耐力、运动耐力和心率变异性的影响 本实验观察和比较了30 d -6°头低位卧床期间下肢肌力训练和自行车功量计训练对立位耐力、最大运动时间、体重以及心率变异性的影响。结果发现：卧床第30 d，对照组的立位耐力较卧床前显著降低（P<0.01），而下肢肌力训练组和自行车功量计训练组的立位耐力较卧床前有所降低，但未达到显著水平。卧床第30 d，对照组和下肢肌力训练组的最大运动时间较卧床前显著降低（P<0.05），而自行车功量计训练组较卧床前无明显变化，且较对照组和下肢肌力训练组显著升高（P<0.05）。卧床期间，对照组体重较卧床前有降低趋势，下肢肌力训练组有升高趋势，自行车功量计训练组无明显变化；卧床第10 d，下肢肌力训练组体重较对照组显著增加（P<0.05）。心率变异性分析发现，卧床期间对照组归一化低频（LFn）、低频功率与高频功率的比值（LF/HF) 较卧床前有升高趋势，归一化高频（HFn）有降低趋势，两锻炼组上述指标变化与对照组相似。结果提示，30 d头低位卧床可引起立位耐力和运动耐力显著降低，心血管自主神经调节均衡性发生改变。下肢肌力训练在一定程度上能够提高模拟失重后的立位耐力，而自行车功量计训练可提高模拟失重后的立位耐力和运动耐力。 2. 30 d 头低位卧床期间体育锻炼对下肢肌肉的影响 本实验进行了30 d头低位卧床，观察和比较了卧床期间下肢肌力训练和自行车功量计训练对小腿围径、小腿截面积和腓肠肌肌电平均振幅的影响。结果发现，与卧床前相比，对照组小腿围径在卧床第1d显著减小（P<0.05），随卧床时间延长进一步显著减小（P<0.01）；下肢肌力训练组在卧床后期（18～30 d）以及起床后的小腿围径显著减小（P<0.01）；自行车功量计训练组在卧床第22～30 d及起床后显著减小（P<0.01）；卧床第10 d自行车功量计训练组的小腿围径显著大于对照组（P<0.05），第18 d下肢肌力训练组和自行车功量计训练组的小腿围径均显著大于对照组（P<0.05）。与卧床前相比，卧床第30 d和起床后1周时三组的小腿截面积均显著减小（P<0.05）。与卧床前相比，对照组肌电振幅在第1和22 d显著降低（P<0.05），下肢肌力训练组的肌电振幅在卧床第7、22、26和30 d显著降低（P<0.05），自行车功量计组在卧床第7、10、22和30 d显著降低（P<0.05）。结果提示，30 d头低位卧床可引起严重的肌肉萎缩。下肢肌力训练和自行车功量计训练对防止模拟失重所致肌肉萎缩，促进肌肉恢复有一定的作用。 3. 30 d 头低位卧床期间体育锻炼对心脏功能的影响 本实验通过观察和比较30 d -6°HDT卧床期间下肢肌力训练或自行车功量计训练对心脏收缩泵血功能的影响。结果发现：与卧床前相比，对照组LVET在第22、26 d显著降低（P<0.05），PEP/LVET、ICT、ICT/LVET在第26 d显著升高（P<0.05），EF在第26 d显著性降低（P<0.05），SV、CO在第1 d显著降低（P<0.05）。 下肢肌力训练组LVET在卧床期间显著降低（P<0.05），SV除第5、7 d外的各时间点均显著降低（P<0.05），CO在第1、30 d显著降低（P<0.05）。自行车功量计训练组心脏收缩功能指标在卧床期间无明显变化，SV、CO在卧床第1 d显著降低（P<0.05）。结果提示，30 d头低位卧床可引起心脏收缩泵血功能下降，下肢肌力训练和自行车功量计训练可在一定程度上改善心脏收缩功能，其中自行车功量计训练的对抗效果更佳。 4. 30 d 头低位卧床期间体育锻炼对脑血流的影响 本实验利用经颅多普勒超声技术观察了30 d -6°HDT卧床期间下肢肌力训练和自行车功量计训练对脑血流的影响。结果发现，与卧床前相比，三组的脑血流速度在卧床期间基本无变化。对照组的脑血管阻力指标PI、S/D在卧床第14、26和30 d，RI在卧床第26和30 d较卧床前显著降低（P<0.05）；下肢肌力训练组的PI、RI、S/D在卧床第26 d显著降低（P<0.05）；自行车功量计训练组的PI、RI、S/D在卧床第3、22和30 d较卧床前显著降低（P<0.05）。结果提示，30 d头低位卧床可引起大脑中动脉发生适应性改变。下肢肌力训练和自行车功量计训练对脑血流无明显影响。 总之，本实验通过比较30 d 头低位卧床期间下肢肌力训练和自行车功量计训练对下肢肌肉和心血管系统的影响，发现下肢肌力训练和自行车功量计训练可在一定程度上对抗模拟失重所致的不良影响。下肢肌力训练在下肢肌肉和体重维持上锻炼效果相对较好，自行车功量计训练对心血管功能方面的改善作用较明显。本工作对今后我国载人航天飞行时航天员失重对抗方案的制定具有一定价值。