不同强度前庭刺激下心血管功能和前庭反应变化的比较.pdf
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1、航空航天心血管医学研究不同强度前庭刺激下心血管功能和前庭反应变化的比较黎舒涵,潘益凯,铁娅滕,李曦,王永春,孙喜庆(空军军医大学航空航天医学系航空航天医学训练教研室,陕西西安710032)摘要:目的利用前庭性错觉模拟训练系统,通过比较三种不同转速下受试者前庭性错觉诱发情况、前庭自主神经反应和心血管功能的变化,为制定适宜的前庭性错觉模拟训练方案提供实验依据。方法20 名健康青年受试者在前庭性错觉模拟训练系统上分别接受 15、20 及 25r/min 转速的前庭刺激,每种转速刺激持续时间 5min,并在匀速阶段做快速左右转头或抬头动作。记录受试者训练前后错觉发生率、前庭症状、血压、心率及心率变异性
2、的变化。结果受试者在 15、20 及 25r/min 三种转速的错觉诱发率分别为 50%、85%和 90%(P0.05),前庭症状评分分别为 3.9、4.7 和 5.9(P0.05)。与实验前相比,20 及 25r/min 转速下受试者心率变异性高频功率显著降低(P0.05)、低频功率显著升高(P0.05),25r/min 转速下低频/高频显著升高(P0.05),但三种转速间比较心率变异性指标均无显著性差异。结论三种不同强度的前庭刺激均可不同程度增强交感神经兴奋性,前庭反应和错觉诱发率均随转速增加而增加。20r/min 转速时前庭性错觉诱发率较高,同时前庭反应相对较小,适宜开展前庭性错觉模拟训
3、练。关键词:前庭刺激;前庭反应;前庭性错觉;心血管功能;心率变异性中图分类号:R852.21文献标识码:A 文章编号:1009-7236(2024)02-0202-06DOI:10.12125/j.chj.202304071开放科学(资源服务)标识码(OSID):网络出版地址:http:/ of cardiovascular function and vestibular response changesunder different intensity vestibular stimulationLI Shu-han,PAN Yi-kai,TIE Ya-teng,LI Xi,WANG Yon
4、g-chun,SUN Xi-qing(DepartmentofAerospaceMedicalTraining,SchoolofAerospaceMedicine,AirForceMedicalUniversity,Xian710032,Shaanxi,China)Abstract:AIMByusingthevestibularillusionsimulationtrainingsystem,thechangesinvestibularillusioninduction,vestibularautonomicnerveresponse,andcardiovascularfunctionofsu
5、bjectsatthreedifferentspeedswerecompared,whichprovidedanexperimentalbasisforformulatinganappropriatevestibularillusionsimulationtrainingscheme.METHODSTwentyhealthyyoungsubjectsreceivedvestibularstimulationatspeedsof15,20and25r/minrespectivelyonthevestibularillusionsimulationtrainingsystem,andeachspe
6、edstimulationlastedfor5minutes,andtheyquicklyturnedleftandrightorlookedupatauniformstage.Theincidenceofhallucination,vestibularsymptoms,bloodpressure,heartrateandheartratevariabilitywererecordedbeforeandaftertraining.RESULTSTheillusioninductionratesofsubjectsat15,20and25r/minwere50%,85%and90%respect
7、ively(P0.05),andthevestibularsymptomscoreswere3.9,4.7and5.9respectively(P0.05).Comparedwithbeforetheexperiment,thehigh-frequencypowerandlow-frequencypowerofthesubjectsheartratevariabilityweresignificantlyreduced(P0.05)andincreased(P0.05)at20and25r/min,andthelow-frequencyandhigh-frequency基金项目:空军装备科研项
8、目(KJ2018-2019C135)通讯作者:孙喜庆,教授,主要从事航空心血管医学研究Email:作者简介:黎舒涵,硕士生Email:202心脏杂志(ChinHeartJ)2024,36(2)powerweresignificantlyincreased(P0.05)at25r/min,buttherewasnosignificantdifferenceintheheartratevariabilityindexesamongthethreespeeds.CONCLUSIONThevestibularstimulationwiththreedifferentintensitiescanenha
9、ncetheexcitabilityofsympatheticnerveindifferentdegrees,andthevestibularresponseandillusioninductionrateincreasewiththeincreaseofrotatingspeed.Whenthespeedis20r/min,theinducedrateofvestibularillusionishighandthevestibularreactionisrelativelysmall,soitissuitabletocarryoutvestibularillusionsimulationtr
10、aining.Key words:vestibularstimulation;vestibularreaction;vestibularillusion;cardiovascularfunction;heartratevariability随着我国航空事业蓬勃发展,新型战斗机的使用日趋频繁,军事飞行人员在飞行过程中所将承受的前庭刺激及其产生的前庭性错觉亦会进一步增加1。据报道,当军事飞行人员在飞行过程中受到前庭刺激及其产生的前庭性错觉时,其身心可能会产生严重不适感,影响其战斗机驾驶能力,最终导致飞行事故的发生2。因此,开展飞行人员前庭性错觉模拟训练非常重要。针对目前前庭性错觉模拟训练设备及训练
11、手段缺乏的问题,本课题组前期研制了新型前庭性错觉模拟训练系统,初步研究结果显示,该系统能够模拟飞行过程中复合加速度对人体的影响,可以在地面环境诱发出多种前庭性错觉,满足前庭性错觉体验与训练的需要3。为了进一步制定前庭性错觉模拟训练方案,本研究利用前庭性错觉模拟训练系统复合受试者左右转头和抬头进行前庭刺激,观察了不同转速下前庭性错觉诱发情况、前庭自主神经反应及心血管功能变化情况,寻求前庭性错觉模拟训练系统适宜的参数,为建立飞行人员前庭性错觉模拟体验和训练方案提供实验依据。1对象和方法1.1对象受试者为 20 名健康青年志愿者,年龄(253)岁,身高(1719)cm,体质量(6513)kg,前庭功
12、能正常,日常无晕车、晕船及晕机症状,无心、脑、肺系统功能障碍,实验前 24h 正常进食。实验在空军军医大学航空航天医学教育部重点实验室完成,实验内容经过空军军医大学医学伦理委员会审核批准。所有受试者都充分知晓实验内容并签署了知情同意书。1.2实验设备1.2.1前庭性错觉模拟训练系统本实验使用的设备为前庭性错觉模拟训练系统(空军军医大学航空航天医学系研制)。该设备由电磁驱动系统提供动力源,以驱动运动旋转平台旋转,设备可同时容纳两名受试者进行训练,此设备能够模拟复合加速度对人体的影响,对受试者进行前庭刺激,从而诱发各种前庭性错觉。1.2.2智能臂式电子血压计利用 BP5 型智能臂式电子血压计(天津
13、九安医疗电子股份有限公司)采集受试者前庭试验前后静息状态下坐位血压(bloodpressure,BP)。1.2.3胸带式 HS5A 型生理信号采集器利用胸带式 HS5A 型生理信号采集器(北京海思瑞格科技有限公司)记录受试者在实验过程中心率(HR)、心电图的变化情况,并进行心率变异性(HRV)分析。1.3实验步骤20 名受试者分 3d 在前庭性错觉模拟训练系统上分别进行 15、20 及 25r/min 三个转速下的前庭刺激,观察并记录其错觉诱发情况和心血管指标的变化。前庭刺激开始前,将胸带式生理信号采集器固定于受试者胸前,将智能臂式电子血压计固定于受试者左上臂,使袖带下缘距肘横纹 2cm 左右
14、,测量坐位 BP,并做好记录。两名受试者以背向姿态,分别坐于前庭性错觉模拟训练系统两端两个座椅上,使其放松身体,保持头部轻靠于椅背,左右手自然放置在座椅扶手上此时打开胸带式生理信号采集器开始连续记录。受试者静息 5min 后让其闭眼,将训练系统设备控制台主轴转速设定至适宜参数后,启动离心机顺时针旋转,加速至设定转速时匀速运行10s,让受试者 1s 内迅速左转头 45并保持 20s,后再迅速右转头 90并保持 20s,以上为 1 组,共做3 组,做完最后一组并待感觉消失后,头部回归正直位;待训练系统运行 20s 后,让受试者 1s 内迅速抬头 45,保持 1s 后头部回靠,以上为 1 组,共做6
15、 组,做完最后一组并待感觉消失后,关闭训练系统。在正式实验一天前,所有受试者练习配合节拍器的头部旋转动作至熟练水平。前庭刺激过程中若受试者产生严重不适感,按下座椅侧边的紧急制动按钮,刺激将立即终止。刺激后,再次利用智能臂式电子血压计测量受试者坐位 BP,刺激后 5min,待其心脏杂志(ChinHeartJ)2024,36(2)203恢复平静时,关闭取下胸带式生理信号采集器并进行 HRV 分析。测试结束后,由主试者以标准化指导语询问并记录受试者实验过程中不同阶段下是否产生错觉及产生的错觉类型,以填写错觉发生情况表。主试者观察受试者前庭自主神经反应症状并以标准化指导语询问其主观感受,以填写急性晕动
16、病 Graybiel 评分量表进行前庭症状评分(分值5 分时为测试合格,5 分时为测试不合格)4,并以训练系统运行过程中受试者前庭自主神经反应症状为依据进行前庭功能分级(分级在 0 度、度时测试合格,度、度时测试不合格)5。x1.4统计学处理采用SPSS26.0统计分析软件对实验数据进行分析,训练系统不同转速下三个阶段错觉诱发率的比较、前庭功能分级中不合格率的比较均采用卡方检验;前庭症状评分、HR 及 HRV 以s 表示,采用重复测量方差分析进行比较,并以Bonferroni 检验进行两两比较。以 P0.05 为差异具有统计学意义。2结果2.1模拟训练对错觉诱发情况的影响随着训练系统转速的增加
17、,受试者错觉诱发率呈现升高趋势,见表 1。受试者在 15、20 及 25r/min 三种转速的总错觉诱发率分别为 50%、85%和 90%(P0.05),20r/min 时显著高于 15r/min 时,25r/min 时高于 20r/min 时,但差异无统计学意义。在左右转头与抬头阶段,不同转速间的各错觉诱发率差异均无统计学意义,在制动阶段,25r/min 时的总错觉诱发率显著高于 15r/min 时(P0.05)。前庭刺激不同阶段的错觉表现形态均较为多样,在左右转头阶段,出现科里奥利错觉与躯体重力错觉;在抬头阶段,出现躯体旋动错觉与科里奥利错觉;在制动阶段,出现躯体旋动错觉与躯体重力错觉;上
18、述三种阶段,部分受试者反映产生错觉但无法描述,也将其纳入总错觉诱发例数。表1训练系统不同转速下错觉诱发情况(n=20)转速(r/min)总错觉诱发率左右转头抬头制动科里奥利错觉诱发率躯体重力错觉诱发率总错觉诱发率科里奥利错觉诱发率躯体重力错觉诱发率总错觉诱发率躯体旋动错觉诱发率躯体重力错觉诱发率总错觉诱发率1510(50)7(35)3(15)10(50)6(30)0(0)6(30)c1(5)1(5)2(10)c2017(85)a14(70)3(15)17(85)4(20)2(10)7(35)c6(30)0(0)7(35)c2518(90)a12(60)6(30)18(90)5(25)1(5)7
19、(35)c10(50)a1(5)12(60)a表中计数资料均为例数(%)。与15r/min比较,aP0.05;与左右转头阶段比较,cP0.05当训练系统转速为 15r/min 时,三个阶段间错觉诱发率有统计学差异(P0.01),其中左右转头阶段的错觉诱发率均显著高于抬头阶段与制动阶段(P0.05),而抬头阶段与制动阶段的错觉诱发率无显著差异;当转速为 20r/min 时,三个阶段间错觉诱发率有统计学差异(P0.01),其中左右转头阶段的错觉诱发率均显著高于抬头阶段与训练系统减速阶段(P0.05),而抬头阶段与制动阶段的错觉诱发率无显著差异;当转速为 25r/min 时,三个阶段间错觉诱发率有统
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