中長期飛行對人體超重耐力影響及防護(hù)技術(shù)研究

吳　萍，吳　斌，陳曉萍，闞廣悍，谷志明，黃偉芬，白延強(qiáng)，王　躍，劉　敏（中國航天員科研訓(xùn)練中心，北京100094）

·基礎(chǔ)研究·

中長期飛行對人體超重耐力影響及防護(hù)技術(shù)研究

吳萍，吳斌，陳曉萍，闞廣悍，谷志明，黃偉芬，白延強(qiáng)，王躍，劉敏
（中國航天員科研訓(xùn)練中心，北京100094）

為探討中長期空間飛行（30 d以上）后飛船應(yīng)急返回對機(jī)體超重耐力的影響及防護(hù)技術(shù)，首先選用42只健康雄性成年獼猴，隨機(jī)分為4組，進(jìn)行中長期模擬失重再超重的病理生理影響及其機(jī)理研究；之后選22名健康被試者，隨機(jī)平均分為2組，分別穿著繩索拉緊式和充氣式抗荷服，測定各自選定的高低2種壓力制度時(shí)的下體負(fù)壓耐力；最后選8名健康志愿者，測試在不穿抗荷服、穿著繩索拉緊式和充氣式抗荷服三種狀態(tài)下承受超重過載時(shí)的生理反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，高+G x作用，使獼猴臟器出現(xiàn)病理性損傷，相同G值獼猴頭低位臥床后再超重組引起的病理損傷要比單純超重組嚴(yán)重；繩索拉緊式抗荷服和充氣式抗荷服可以提高人體下體負(fù)壓耐力和超重耐力。

加速度；下體負(fù)壓；超重耐力；病理生理；抗荷服

1　引言

超重對人體生理系統(tǒng)的影響一直是重力生理學(xué)研究的重要課題。載人航天實(shí)踐和研究結(jié)果表明，高+G x作用可使航天員出現(xiàn)病理損傷［1，2］，高+G z作用會(huì)引起灰視、黑視、甚至意識喪失。失重可以使航天員超重耐力下降，特別是長期飛行后表現(xiàn)更為明顯［3］。載人飛船在上升和返回，特別是應(yīng)急返回過程中，航天員會(huì)遇到較為強(qiáng)大的超重作用，因此，探討高過載對機(jī)體的病理生理影響，研究提高航天員超重耐力的防護(hù)技術(shù)，一直是國內(nèi)外航天醫(yī)學(xué)專家關(guān)注的問題。目前，國內(nèi)+G x防護(hù)措施主要包括合理體位的選取、采用賦型座椅、改變呼吸氣體成份和加壓呼吸、對航天員進(jìn)行超重耐力選拔與訓(xùn)練、從工程設(shè)計(jì)上對超重進(jìn)行控制等［4］。國際空間站提高返回前超重耐力的防護(hù)措施主要有體育鍛煉、水鹽補(bǔ)充、使用抗荷服等［5-8］綜合性防護(hù)方法。我國航天員在即將實(shí)施的空間站任務(wù)中也將面臨中長期飛行問題，必須考慮航天飛行失重因素對人體超重耐力的影響。本文針對后續(xù)載人航天任務(wù)，探討了中長期空間飛行（30天以上）后飛船應(yīng)急返回對人體超重耐力的影響及防護(hù)技術(shù)，為制定航天員在軌中長期飛行后飛船應(yīng)急返回超重醫(yī)學(xué)要求、研制航天防護(hù)裝備提供理論依據(jù)。

2　獼猴頭低位臥床30天后再超重的病理生理影響

2.1研究內(nèi)容與方法

2.1.1研究內(nèi)容

該研究主要是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，包括兩部分研究內(nèi)容：獼猴中長期模擬失重模型建立和獼猴中長期模擬失重再超重的病理生理影響及其機(jī)理研究。

2.1.2研究對象

研究對象為雄性恒河猴（Macacamulatta），年齡4～8歲、體重7～11 kg，體長85～95 cm；病毒、細(xì)菌、寄生蟲的控制應(yīng)符合GB14922.2-2001等要求［9-10］；實(shí)驗(yàn)用猴需為B病毒和結(jié)核菌陰性。動(dòng)物購置后，在航天員科研訓(xùn)練中心SPF級動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬失重28～30天，按表1的分組情況進(jìn)行模擬失重分組。

表1　動(dòng)物分組及個(gè)體解剖取材時(shí)間點(diǎn)Table 1 Animal grouping and anatom ical sam p ling tim e

2.1.3實(shí)驗(yàn)方法與步驟

由于高過載對人體能夠造成損傷，且有可能是不可逆性損傷，因此我們不能把人作為研究對象，我們選取了與人最相近的獼猴為研究對象。而獼猴模擬失重模型的建立就成了該研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1）獼猴中長期模擬失重實(shí)驗(yàn)裝置的研制

首先研制了獼猴頭低位實(shí)驗(yàn)裝置，見圖1。實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)原則是在確保動(dòng)物安全的前提下，要求最大限度地減少生理損傷和應(yīng)激反應(yīng)，使獼猴心理感受平穩(wěn)，保證獼猴的基本生活和生理體征相對穩(wěn)定，同時(shí)符合動(dòng)物倫理學(xué)要求。因此，該裝置主要由以下幾部分組成：

a.實(shí)驗(yàn)臺(tái)主架：采用不銹鋼圓管焊接而成，整體尺寸1285 mm×850 mm×800 mm。

b.旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)：提供獼猴頭低位模擬失重的基本實(shí)驗(yàn)臺(tái)面，使用帆布作為實(shí)驗(yàn)臺(tái)面，此材質(zhì)具有一定的柔韌性及通氣性，可減緩獼猴長期固定和情緒激動(dòng)時(shí)對其皮膚造成的損傷，帆布或牛皮夾層中有軟薄鋼板，起到支撐作用。實(shí)驗(yàn)臺(tái)面根據(jù)動(dòng)物實(shí)際尺寸開挖綁定口，利于實(shí)驗(yàn)過程中動(dòng)物的綁定。

c.旋轉(zhuǎn)定位裝置：可以精確控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)的角度，并可使實(shí)驗(yàn)臺(tái)通過固定軸縱向自由旋轉(zhuǎn)。

d.飲食娛樂裝置：可使實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在綁定狀態(tài)下自由取食、飲水，同時(shí)提供基本娛樂功能。

e.廢物清理裝置：實(shí)驗(yàn)臺(tái)底部放置抽屜式不銹鋼廢物清理池，便于衛(wèi)生清理。

2）獼猴模擬失重模型的建立及模擬失重

模擬失重模型的建立是該研究的關(guān)鍵技術(shù)，為了確保模型有效，開展了4項(xiàng)研究，即獼猴選用標(biāo)準(zhǔn)研究、不同體位在模型建立實(shí)施中的差異性研究、獼猴適應(yīng)性訓(xùn)練方法研究和模型有效性評價(jià)。然后將42只健康雄性成年獼猴，隨機(jī)分為預(yù)實(shí)驗(yàn)組、對照組、單純超重組、失重后超重組，將單純失重對照組和失重后超重組的獼猴俯臥位于模擬失重裝置上模擬失重30天。

圖1　獼猴中長期模擬失重模型裝置Fig.1 Device for simulating m idlong-term weightlessness in Rhesusmonkeys

3）離心機(jī)實(shí)驗(yàn)及病理檢查

測試前獼猴禁食8 h，予以846合劑（軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院軍事獸醫(yī)研究所生產(chǎn)，吉牧防便字（1990）47號，成份：氟氟哌啶醇、保定寧、新保靈、氯胺酮，對心血管影響小，然后選取0.15 ml/kg）肌注麻醉，仰臥位固定于離心機(jī)躺床上，背角為70。剪掉部分胸腹部皮毛，貼心電電極（胸腋導(dǎo)聯(lián)CM5），通過引電環(huán)將信號傳輸至多導(dǎo)生理記錄儀監(jiān)測并記錄心電圖、心率。肌注拮抗劑，待動(dòng)物清醒（以心率和角膜、疼痛反射恢復(fù)為指示）后，進(jìn)行+G x（+11G x/270 s，+13G x/230 s，+ 15G x/200 s）超重作用。離心機(jī)旋轉(zhuǎn)期間連續(xù)監(jiān)測和記錄心電圖、心率。+G x作用結(jié)束后，繼續(xù)監(jiān)測和記錄心電圖、心率，直至其基本恢復(fù)或時(shí)間達(dá)到30 min。離心機(jī)旋轉(zhuǎn)前后2 h內(nèi)進(jìn)行CT檢查，動(dòng)物按照表1的安排，1天后放血處死，按肺、心、腎、腦、其它的順序進(jìn)行解剖、大體觀察、取材及病理學(xué)檢查。

2.2研究設(shè)備

動(dòng)物離心機(jī)：中國航天員科研訓(xùn)練中心研制，旋轉(zhuǎn)半徑為1.5 m，可產(chǎn)生的最大超重為25G，G值精度為±0.2G。

2.3研究結(jié)果

2.3.1獼猴中長期模擬失重模型的研究

由于獼猴在組織結(jié)構(gòu)、生理和代謝功能等方面與人有著極強(qiáng)的相似性，最易解決人類相似疾病及其發(fā)生機(jī)制，是醫(yī)學(xué)研究中的理想模型動(dòng)物。文獻(xiàn)報(bào)道［11-12］，航天員失重飛行和人體頭低位臥床-6°臥床模擬失重引起的血漿容量等下降與獼猴頭低位-10°的反應(yīng)相似，因此，該研究我們采用的頭低位角度為-10°。

2.3.1.1獼猴選用標(biāo)準(zhǔn)研究

為保證實(shí)驗(yàn)順利實(shí)施，盡量避免因?qū)嶒?yàn)獼猴自身動(dòng)物習(xí)性缺陷而造成實(shí)驗(yàn)中止或動(dòng)物死亡，在實(shí)驗(yàn)開始我們就十分重視獼猴選用標(biāo)準(zhǔn)研究。即在確定獼猴為自繁自育的仔二代獼猴，年齡和體重的基礎(chǔ)上，以合適獼猴檔案資料為基礎(chǔ)，將入選獼猴隨機(jī)分組放在放養(yǎng)場內(nèi)觀察個(gè)體習(xí)性，并反復(fù)打亂，重新組合來觀察個(gè)體表現(xiàn)，如：運(yùn)動(dòng)能力，是否合群等。然后進(jìn)行麻醉藥物耐受性檢查、自身疾病排查、動(dòng)物整體表現(xiàn)及體質(zhì)等。最終選出符合本次研究的獼猴。即獼猴性情必須溫和，無不良攻擊行為；獼猴必須不能對846合劑、氯胺酮等麻藥有耐受性，并基礎(chǔ)代謝正常。

2.3.1.2不同體位在模型建立實(shí)施中的差異性研究

為了確定獼猴在臥床期間采用何種體位（仰臥位或俯臥位），我們進(jìn)行了不同體位在模型建立實(shí)施中的差異性研究。研究結(jié)果表明，仰臥位的獼猴易發(fā)生褥瘡和感染，實(shí)驗(yàn)初期即發(fā)生皮膚損傷，進(jìn)食和飲水所需時(shí)間較長（4小時(shí)）等缺點(diǎn)，而俯臥位的獼猴只有個(gè)別獼猴在實(shí)驗(yàn)中后期偶爾出現(xiàn)皮膚損傷，進(jìn)食和飲水所需時(shí)間顯著下降（1小時(shí)）。因此，該研究獼猴頭低位臥床的體位采用的是俯臥位。

2.3.1.3獼猴適應(yīng)性訓(xùn)練方法研究

盡快地建立條件反射，讓獼猴由自由狀態(tài)到模型狀態(tài)是模型建立的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，我們首先使獼猴適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，然后再使其適應(yīng)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)環(huán)境（即頭低位-10°俯臥位狀態(tài)）。為保證已選用獼猴轉(zhuǎn)場后能盡快適應(yīng)新的環(huán)境，在猴場駐留期間將食用與實(shí)驗(yàn)階段同樣的飼料。在獼猴適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境期間，采用心理暗示的方法來影響獼猴的認(rèn)識和學(xué)習(xí)。由于獼猴的認(rèn)知和學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)，以10天為周期實(shí)施模型建立，經(jīng)上述方法訓(xùn)練的獼猴，其實(shí)驗(yàn)狀態(tài)、進(jìn)食量、應(yīng)激水平和損傷情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于不經(jīng)訓(xùn)練的獼猴。

2.3.1.4模型有效性評價(jià)

其中模型有效性研究從心血管指標(biāo)、肌肉系統(tǒng)指標(biāo)和骨密度三個(gè)方面進(jìn)行了評價(jià)。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)期間各系統(tǒng)的指標(biāo)變化與實(shí)際飛行的人體的變化趨勢一致［13］。模型很好的模擬了航天飛行導(dǎo)致的心血管功能失調(diào)效應(yīng)、肌肉萎縮效應(yīng)和骨丟失效應(yīng)。其中血容量、心率變異指標(biāo)、比目魚肌橫截面積、肌纖維類型等變化顯著，腰椎骨密度降低顯著。

2.3.2光鏡檢查結(jié)果

1）單純失重組較單純對照組肺部變化重，單純失重組肺部出現(xiàn)了毛細(xì)血管充血的現(xiàn)象，腦部出現(xiàn)了多形細(xì)胞層深層的水平走向的有髓纖維排列較紊亂，出現(xiàn)細(xì)胞空泡變性的現(xiàn)象，而單純對照組沒有出現(xiàn)。

2）失重后11G組超重作用前后心臟未見明顯異常，肺臟也未見明顯異常變化（肺臟可見毛細(xì)血管充血和炎性細(xì)胞浸潤，未見肺泡融合主要由于失重前CT檢查肺部有出血），大腦未見明顯異常。

3）單純超重組13G恢復(fù)1天組心臟基本正常，未見毛細(xì)血管充血和心肌變性，未見炎性細(xì)胞浸潤（有病灶猴除外），9天見有單核細(xì)胞浸潤；肺臟恢復(fù)1天組可見肺血管輕微充血，9天組未恢復(fù)仍有充血。說明9天肺部損傷不能完全恢復(fù)。失重后13G組恢復(fù)1天組1只猴心臟未見異常，1只出現(xiàn)了毛細(xì)血管充血的現(xiàn)象，肺臟出現(xiàn)了血管充血現(xiàn)象，肺泡融合現(xiàn)象，可見大面積炎性細(xì)胞浸潤，大腦細(xì)胞核核周出現(xiàn)了空暈，未見錐體細(xì)胞的形態(tài)和結(jié)構(gòu)異常變化，和未失重組15G組變化相似?；謴?fù)9天組心臟未見血管充血現(xiàn)象，見輕微炎癥反應(yīng)，肺臟仍見血管充血和炎性細(xì)胞浸潤，未見肺泡融合現(xiàn)象。大腦未見核周空暈現(xiàn)象。見圖2至圖7。

4）失重后15G組病理變化要重于未失重15G組，未失重15G恢復(fù)1天組心肌可見心內(nèi)膜輕度充血和芝麻大小出血點(diǎn)，肺臟可見毛細(xì)血管充血，肺萎陷明顯，大腦可見錐體細(xì)胞胞體輕度皺縮，胞漿輕度深染，核膜和核仁還可辨認(rèn)，膠質(zhì)細(xì)胞輕度腫脹，周圍出現(xiàn)明顯空暈。失重后15G組心臟可見心肌間質(zhì)增寬，呈現(xiàn)輕微水腫，有細(xì)胞浸潤。肌纖維間散在有大量的紅細(xì)胞，有些肌纖維的橫紋消失閏盤不清楚，偶見有呈深粉色的不規(guī)則波浪形收縮帶，疑似輕微心肌梗死；肺臟出現(xiàn)了大面積氣腫，大面積淤血帶；大腦部分細(xì)胞出現(xiàn)核固縮，胞漿空泡化，膠質(zhì)細(xì)胞明顯腫脹，與未失重21G超重組變化相同。

2.3.3獼猴肺部CT影像結(jié)果

1）單純對照組和失重后對照組未見異常變化。

2）單純13G超重組超重作用后1天出現(xiàn)氣腫、少量氣胸或胸膜下出血的現(xiàn)象，9天完全恢復(fù)，見圖8。

3）失重后11G超重組超重前后未見異常變化。

4）失重后13G超重組超重作用后均出現(xiàn)了氣胸現(xiàn)象，其中左下肺較前新發(fā)斑片狀密度增高影，肺損傷可能出血，該猴超重前出現(xiàn)了發(fā)燒的現(xiàn)象，并于24 h內(nèi)死亡，見圖9。

5）失重后15G超重組超重作用后均出現(xiàn)了肺氣腫或氣胸的現(xiàn)象，數(shù)量多，范圍廣，1只左下肺較前新發(fā)斑片狀密度增高影，肺損傷出血可能，24 h未恢復(fù)，見圖10。而未失重15G超重組作用2 h獼猴出現(xiàn)了肺氣腫現(xiàn)象，但未見氣胸，且24 h內(nèi)恢復(fù)，說明模擬失重加重超重對獼猴的損傷。

圖8　單純超重13G恢復(fù)1天和9天肺MSCT結(jié)果Fig.8 Lung M SCT result of 13G x hyper-gravity group one day and nine day after recovery

3　航天抗荷裝備樣件研制及防護(hù)效果評價(jià)

載人航天飛行實(shí)際表明，中長期飛行人體超重耐力降低。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在高+G x作用，相同G值獼猴頭低位臥床后再超重組引起的病理損傷要比單純超重組嚴(yán)重。因此，為了提高航天員超重耐力，確保飛行安全，必須研制防護(hù)裝備，并確定防護(hù)效果。本章主要研究內(nèi)容是產(chǎn)品研制和人體實(shí)驗(yàn)，包括兩部分：①航天抗荷服研制；②航天抗荷服防護(hù)效果評價(jià)實(shí)驗(yàn)。

3.1航天抗荷裝備研制

本部分包含航天抗荷服試驗(yàn)件研制和樣件研制。通過試驗(yàn)件研制確定抗荷服面料、初步方案，然后進(jìn)行地面效果評價(jià)，根據(jù)地面效果評價(jià)結(jié)果對試驗(yàn)件進(jìn)行改進(jìn)，完成原理樣件的研制。原理樣件研制后進(jìn)行離心機(jī)驗(yàn)證。

3.2防護(hù)效果評價(jià)實(shí)驗(yàn)

本部分包含航天抗荷服地面評價(jià)實(shí)驗(yàn)和航天抗荷服離心機(jī)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。采用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備為：

1）載人離心機(jī)：中國航天員科研訓(xùn)練中心研制，旋轉(zhuǎn)半徑為8 m，采用測控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制上下位機(jī)，可模擬各種不同形狀的超重曲線。

2）下體負(fù)壓艙：由第四軍醫(yī)大學(xué)航空航天醫(yī)學(xué)系設(shè)計(jì)、襄陽510廠制造。負(fù)壓范圍0～100 mmHg，負(fù)壓增長率可達(dá)-30 mmHg/s，負(fù)壓控制精度≤1.0 mmHg。

3）旋轉(zhuǎn)床：北京和平醫(yī)療器械廠制造，旋轉(zhuǎn)角度范圍：0～180°，旋轉(zhuǎn)速度范圍：5～45°/s。

3.2.1航天抗荷服地面評價(jià)實(shí)驗(yàn)

3.2.1.1研究對象

22名被試者，身體健康，無不良嗜好，無心肺疾病史，隨機(jī)分為2組，每組各11人，分別進(jìn)行兩種抗荷服防護(hù)方案研究。繩索拉緊式抗荷服組被試者男9名，女2名，年齡20～29歲，身高（163.09±4.0）cm，體重（58.36±6.9）kg；充氣式抗荷服組男7名，女4名，年齡22～27歲，身高（167.73±2.3）cm，體重（69.64±6.4）kg。

3.2.1.2實(shí)驗(yàn)方法

擬定繩索拉緊式抗荷服三種壓力制度［14-15］分別為：20～30 mmHg、30～40 mmHg及40～50 mmHg，充氣式抗荷服三種壓力制度分別為：30～40 mmHg、40～50 mmHg、50～60 mmHg。以耐受2小時(shí)或者受試者出現(xiàn)不能耐受主訴或者體征，要求終止實(shí)驗(yàn)為耐受終點(diǎn)。過程中檢測心率、血壓，記錄穿著服裝時(shí)的主觀感覺，評價(jià)不同壓力制度下耐受時(shí)間及主觀感受的差別，從其中選定2種抗荷服壓力制度進(jìn)行下體負(fù)壓耐力有效性的評價(jià)。在安靜環(huán)境中仰臥位休息30 min，被試者按聲音指令以12次/min的頻率呼吸，記錄10 min數(shù)據(jù)。平臥位后，傾斜床在5 s內(nèi)旋轉(zhuǎn)至75°，站立2 min后進(jìn)行下體負(fù)壓暴露。下體負(fù)壓暴露采用Lightfood階梯式上升方案，即：-20 mmHg/ 1 min，-30 mmHg/3 min，-40 mmHg/5 min，-50 mmHg/7 min，-60 mmHg/9 min。當(dāng)受試者出現(xiàn)耐力終點(diǎn)指征時(shí)，卸除負(fù)壓筒內(nèi)負(fù)壓，并將旋轉(zhuǎn)床快速旋轉(zhuǎn)至平臥位，終止實(shí)驗(yàn)。

3.2.2航天抗荷服離心機(jī)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

3.2.2.1研究對象

8名健康男性（與航天員體形相近），年齡24～37歲，身高（168.09±4.2）cm，體重（58.36±5.8）kg；身體健康，無不良嗜好，無心肺疾病史，無頸椎、腰椎，精神和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

3.2.2.2實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)航天抗荷服地面評價(jià)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，選擇壓力制度為30～40 mmHg。被試者不穿抗荷服、穿著繩索拉緊式抗荷服和穿著充氣式抗荷服分別經(jīng)受2G x/30 s，4G x/80 s和6G x/60 s的超重過載。過程中記錄被試者的主觀反應(yīng)、心率、脈搏波等，評價(jià)穿著不同抗荷服受試者的耐受G值、耐受時(shí)間、主觀反應(yīng)和客觀指標(biāo)的變化。

3.3結(jié)果

3.3.1航天抗荷裝備研制

抗荷服是一種物理性防護(hù)措施，穿著時(shí)可以防止超重作用期間由于慣性力和靜水壓力梯度引起血液流向下肢，增加靜脈回流，增加心輸出量，改善頭部血液供應(yīng)，提高人對超重的耐力。本研究共研制了兩種類型的抗荷服。

1）繩索拉緊式抗荷服

繩索拉緊式抗荷服用彈性織物制成，由短褲和左、右綁腿組件構(gòu)成。在短褲腰部外側(cè)及綁腿內(nèi)側(cè)設(shè)有調(diào)節(jié)裝置，由8-80調(diào)節(jié)帶及3-80調(diào)節(jié)繩組成，通過拉緊調(diào)節(jié)繩使衣面對下肢體表施加相應(yīng)的壓力。結(jié)構(gòu)如圖11所示。

圖11　繩索拉緊式抗荷服Fig. 11 Rope taut anti-G suit

2）充氣式抗荷服

抗荷服主體由前、后腰組件和左、右褲腿組成，采用阻燃高強(qiáng)度美塔絲綢材料制造。腰部和左、右褲腿上都裝有大拉鏈，便于穿脫。調(diào)節(jié)繩和帶尼龍搭扣的保護(hù)布組成調(diào)節(jié)系統(tǒng)，便于不同體型航天員穿著。膝蓋部位漏空，方便活動(dòng)?？购裳b置由五囊式抗荷膠囊、單向進(jìn)氣嘴等組成?？购赡z囊分布在腹部、左右大腿、左右小腿各一個(gè)，聯(lián)成一體，由安裝于腰部的單向進(jìn)氣嘴進(jìn)氣。膠囊裝在囊套內(nèi)，固定在褲腿衣面上。通過給膠囊充氣，膠囊膨脹壓緊體表，達(dá)到抗荷作用。結(jié)構(gòu)如圖12所示。

3.3.2航天抗荷裝備地面評價(jià)實(shí)驗(yàn)

1）抗荷服穿著效果主觀感受

穿著繩索拉緊式抗荷服測試表明，在40～50 mmHg壓力制度下，被試者主訴下肢發(fā)麻，局部壓痛，且穿著時(shí)的耐受時(shí)間（56.5 min）相比于20～30 mmHg（120 min）及30～40 mmHg（120 min）有顯著差異性（P＜0.01），因此繩索拉緊式抗荷服選定20～30 mmHg、30～40 mmHg兩種壓力制度進(jìn)行下體負(fù)壓耐力有效性的評價(jià)。

圖12　主體、抗荷囊結(jié)構(gòu)、單向充氣嘴結(jié)構(gòu)圖Fig.12 Structure of main body，an ti-G capsule，and unidirectional inflating valve

穿著充氣式抗荷服測試表明，在50～60 mm-Hg壓力制度下，被試者主訴下肢發(fā)麻，局部壓痛，且穿著時(shí)的耐受時(shí)間（56 min）相比于30～40 mmHg（120 min）及40～50 mmHg（120 min）有顯著差異性（P＜0.01），因此充氣式抗荷服選定30～40 mmHg、40～50 mmHg兩種壓力制度進(jìn)行下體負(fù)壓耐力有效性的評價(jià)。

2）穿著抗荷服時(shí)下體負(fù)壓耐力的改變

穿著繩索拉緊式抗荷服時(shí)，被試者下體負(fù)壓耐力明顯提高。與對照組相比，20～30 mmHg壓力（22.3±1.76 vs14.3±1.58 min，P＜0.01）及30～40 mmHg壓力（24.4±0.39 vs 14.3±1.58 min，P＜0.01）時(shí)下體負(fù)壓耐受時(shí)間顯著延長，累計(jì)應(yīng)激指數(shù)也顯著增加（892.6±112.70 vs 490.5±98.12 mmHg*min，P＜0.01）及（1102.9±65.15 vs 490.5±98.12 mmHg*min，P＜0.01）。

穿著充氣式抗荷服時(shí)，被試者下體負(fù)壓耐力同樣明顯提高。與對照組相比，30～40 mmHg壓力組（18.6±1.83 vs 12.5±1.21 min，P＜0.01）及40～50mmHg壓力組（23.3±0.90 vs12.5±1.21min，P＜0.01）時(shí)下體負(fù)壓耐受時(shí)間顯著延長，累計(jì)應(yīng)激指數(shù)也顯著增加（831.2±104.25 vs 490.6±57.85 mmHg*min，P＜0.01）及（1097.2±54.15 vs 490.6 ±57.85 mmHg*min，P＜0.01）。

3.3.3航天抗荷裝備離心機(jī)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

1）穿著不同抗荷服的被試者主觀反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：穿著抗荷服的志愿者發(fā)生頭暈和頭稍暈的個(gè)體減少：未穿抗荷服發(fā)生有8人次，穿繩索拉緊式抗荷服的有4人次，穿充氣式抗荷服的有2人次；穿著抗荷服的志愿者發(fā)生視覺模糊和視覺稍模糊的個(gè)體減少：未穿抗荷服發(fā)生有8人次，穿繩索拉緊式抗荷服的有4人次，穿充氣式抗荷服的有3人次。詳見表2。

表2　穿不同抗荷服癥狀人次統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of symptoms without anti-G suit or with various anti-G suits

2）穿著不同抗荷服的被試者超重的耐受情況

見表3，可知穿著抗荷服比未穿抗荷服超重耐受時(shí)間長，但未見顯著性差異，其中1人未穿抗荷服時(shí)6G只耐受了15 s，而穿充氣式抗荷服的完成了該試驗(yàn)。詳見表3。

表3　 6G耐受時(shí)間統(tǒng)計(jì)表Table 3 Endurance time of 6G hypergravity

3）生理指標(biāo)的變化

穿著抗荷服能夠改善人體頭部供血，降低心率的改變量。詳見表4、5。

表4　不同類型抗荷不同G值心率的變化Table 4 Heart rate changes with different anti-G settings and different hyper-gravity levels

表5　穿著不同抗荷服脈搏波高度變化率Table 5 Change rate of pu lse wave height in different anti-G settings

4　結(jié)論

本研究針對中長期空間飛行后飛船應(yīng)急返回對機(jī)體超重耐力的影響開展研究，通過理論研究、人體和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究、裝備研制及實(shí)驗(yàn)等幾個(gè)方面，得出以下結(jié)論：

1）建立了獼猴中長期模擬失重模型。即獼猴模擬失重頭低位角度為-10°，體位為俯臥位，實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)期間給予倫理關(guān)護(hù)等。

2）高+G x作用，使獼猴臟器出現(xiàn)病理性損傷，相同G值獼猴頭低位臥床后再超重組引起的病理損傷要比單純超重組嚴(yán)重。獼猴頭低位臥床30天后再超重+11G x組超重作用前后CT檢查結(jié)果和細(xì)胞學(xué)觀察結(jié)果未見明顯的病理損傷；頭低位臥床30天后再超重+13G x組超重作用后CT檢查結(jié)果和組織細(xì)胞學(xué)觀察結(jié)果可見病理損傷加重，9天后損傷減輕；獼猴頭低位臥床30天后再超重+15G x組超重作用后CT檢查結(jié)果和組織細(xì)胞學(xué)觀察結(jié)果可見病理損傷嚴(yán)重。

3）研制了繩索拉緊式抗荷服和充氣式抗荷服原理樣件。

4）穿著繩索拉緊式抗荷服時(shí)高低兩種壓力制度下被試者下體負(fù)壓耐受時(shí)間和累計(jì)應(yīng)激指數(shù)較對照組均顯著增加（P＜0.01），平均動(dòng)脈壓和每搏量呈升高趨勢，心率呈降低趨勢，但均未達(dá)到顯著水平。穿著充氣式抗荷服時(shí)高低兩種壓力制度下被試者下體負(fù)壓耐受時(shí)間和累計(jì)應(yīng)激指數(shù)較對照組均顯著增加（P＜0.01），平均動(dòng)脈壓和每搏量呈升高趨勢，心率在高壓力制度組呈降低趨勢。

5）穿著抗荷服的志愿者頭暈和視覺模糊的發(fā)生率顯著減少，離心機(jī)+G x耐受時(shí)間增加，心率改變量呈降低趨勢，脈搏波高度變化率呈降低趨勢。

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Research on Effects of M id-Long-Term Flight on Hum an+G x Endurance and Protection M easures

WU Ping，WU Bin，CHEN Xiaoping，KAN Guanghan，GU Zhiming，HUANGWeifen，BAIYanqiang，WANG Yue，LIU Min
（China Astronaut Research and Training Center，Beijing 100094，China）

Themain purpose of this study is to investigate the influence of spaceship emergency return on body hyper-gravity endurance after mid-long-term flight（over 30 days）and the protection measures，and to provide theoretical basis for formulating the hyper-gravity medical standard for spaceship emergency return aftermid-long-term flight and developing space protective suits.Fortytwo healthymale rhesusmonkeyswere selected as the test subjects and were randomly divided into 4 groups，to study on the pathophysiological effects of long-term simulated weightlessness plus hypergravity and itsmechanism.Twenty-two healthy subjectswere selected and randomly divided into two groups，wearing rope taut anti-G suit and inflatable anti-G suit respectively.Lower body negative pressure tolerance wasmeasured in the chosen pressure.Finally 8 healthy volunteers were selected and their physiological responses to hyper-gravity with anti-G suit，or rope tautanti-G suitor inflatable anti-G suitsweremeasured.The results showed that high+G x caused pathologic organ damage in rhesusmonkeys，and pathological damage in the same G level after head-down bed restwasworse than that of the simple hyper hyper-gravity group.Rope taut anti-G suits and inflatable anti-G suit could improve the body＇s hyper gravity endurance and lower body negative pressure endurance.

acceleration；lower body negative pressure；hyper-gravity endurance；pathophysiology；anti-G suit

R85

A

1674-5825（2015）02-0171-08

2014-09-04；

2015-03-05

吳萍（1974-），女，碩士，副研究員，研究方向?yàn)楹教靻T選拔訓(xùn)練。E-mail：wuping507@163.com