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编号:10240687
旋转床模拟推拉动作对脑循环功能的影响
http://www.100md.com 《航天医学与医学工程》 2000年第1期
     作者:张五星 詹长录 耿喜臣 颜桂定 陆霞 初旭

    单位:空军航空医学研究所,北京 100036

    关键词:脑血流速度;重力效应;推拉动作;推拉效应;经颅多普勒;脉动参数

    航天医学与医学工程000108摘要:目的 探讨推拉动作对脑血管循环功能的影响及推拉效应的+Gz下降机制。方法 10名被试者在旋转床上经受“直立位(+1Gz)-倒立位(-1Gz)-直立位(+1Gz)”的模拟推拉动作,采用经颅多谱勒(TCD)技术监测分析旋转床模拟推拉动作过程中脑血流速度及脉动参数的变化。结果 倒立位(-1Gz)时出现收缩期流速(Vs)增加、舒张期流速(Vd)降低、脉动参数(PI)与(RI)升高的阻力增高型频谱,随后直立位(+1Gz)时,这些变化更加明显且恢复较慢。在实验过程中平均血流速度(Vm)没有显著变化。结论 在推拉动作的-Gz时相由于脑血流的自调节机制引起脑血管阻力增加,在其后的+Gz时相更为严重且恢复较慢。这可能是推拉效应+Gz耐力下降的机制之一。
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    中图法分类号:R852.22 文献标识码:A

    文章编号:1002-0837(2000)01-0034-04

    Effects of Rotating-table Simulated “Push-Pull Maneuver" on Cerebral Circulation Function

    ZHANG Wu-xing,ZHAN Chang-lu,GENG Xi-chen,YAN Gui-ding,LU Xia,CHU Xu

    (Institute of Aviation Medicine,Air Force,Beijing 100036,China)

    Abstract:Objective To investigate the change and regulation of cerebral circulation during rotating-table simulated push-pull maneuver.Method A special rotating-table was used to simulate the push-pull maneuver.10 healthy adults were subjected to a series of “head-up stand (+1Gz) 1 min head-down stand (-1Gz) 10 s and head-up stand (+1Gz) 1 min" changes.Cerebral blood flow velocity and pulsatility indices in the left middle cerebral artery were constantly measured with a TC2020TCD using Transcanial Dopplor instrument.Result During 10s head-down stand (-1Gz) systolic velocity (Vs) increased,diastolic velocity (Vd ) decreased,and the pulsatility indices (PI and RI) increased significantly in the left middle cerebral artery.During subsequent head-up stand (+1Gz),these changes didn't resume immediately and maintained for at least 20 s.Conclusion This result implied that the push-pull maneuver increased the resistance of the cerebral vessels,which might be one of the mechanisms of the push-pull effect.
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    Key words:cerebral blood flow velocity;gravitational effects;push-pull maneuver;push-pull effect;transcranial doppler;pulsatility indices

    推拉效应是近年来航空医学领域的一个研究热点。在小于+1Gz的加速度后,迅速转入大于+1Gz的飞行动作,叫做推拉动作(Push-Pull Maneuver,PPM);推拉动作使+Gz耐力下降的效应称为推拉效应(Push-Pull Effect,PPE)[1~3]。许多文献报道推拉动作可以使+Gz耐力下降,导致飞行事故的发生[1],且在实际飞行中出现频率比较高[2]。经颅多普勒(Transcranial Doppler,TCD)是应用超声多普勒效应来检测颅内动脉血液动力学的技术[4,5]。在航空医学中,使用TCD技术研究+Gz和下体负压时人体脑血流变化特点较多见[6~8],而推拉效应的脑血流特点则尚未见报道。本文的目的是用TCD监测旋转床模拟推拉动作过程中脑血流速度及脉动参数变化,分析推拉效应的脑血流特点,探讨推拉动作对脑血管循环功能的影响,研究推拉动作引起G耐力下降的机制。
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    方 法

    被试者 为10名健康男性青年志愿者,年龄21.9±2.1岁,身高170.8±5.6 cm,体重66.9±8.2 kg。按“飞行人员体格检查标准”均体检合格。在实验前24 h内被试者无繁重体力活动,睡眠充分,饮食得当。

    仪器设备 采用为模拟推拉动作而设计制作的旋转床,旋转速度45°/s,旋转范围360°,钢栓固定床面可使被试者分别处于直立位(+1 Gz)与倒立位(-1 Gz)。设有肩托和鞍座,被试者倒立位(-1Gz)时身体以肩托支持,直立位(+1 Gz)时骑在鞍座上,避免腿部用力。

    采用德国EME公司生产的TC2020型彩色多谱勒超声诊断仪,持续监测整个实验过程中左侧大脑中动脉(MCA)血流速度。探头频率为2 MHz,采样深度为50~55 mm,屏幕扫描时间8 s。采用特殊的监测探头固定装置固定探头,防止实验过程中探头移位。
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    实验步骤 被试者躺在旋转床上,将探头置于左颞窗,调整探头方向得到大脑中动脉(MCA)的正向频移,用探头固定器固定探头,开始实验。实验过程分为“直立位(+1 Gz)→倒立位(-1 Gz)→直立位(+1 Gz)”三个阶段。首先处于直立位1 min 作为对照、 然后转入倒立位10 s、最后再转为直立位1 min。旋转床转动速度控制为45°/s。实验过程中被试者肌肉放松,自然呼吸,并避免头部移动。

    数据采集与处理 TCD仪计算每秒平均血流速度(Vm)、收缩期血流速度(Vs)、舒张期血流速度(Vd)、脉动指数(PI)、阻力指数(RI),储存实验全过程数据,并标记各实验阶段。在推拉动作的直立位(+1 Gz对照)后10 s、倒立位(-1 Gz)10 s、再次直立位(+1 Gz)的前10 s各存储2幅TCD的频谱图。

    推拉动作中直立位(+1 Gz对照)后10 s数据平均作为对照值,倒立位(-1 Gz)中数据前5 s和后5 s各自平均,再次直立位(+1 Gz)前20 s数据每5 s平均。应用SPLM统计软件包(第四军医大学医学统计学教研室)进行统计学处理。数据以±s表示。 以P<0.05为显著性界限,对各阶段间数据进行配对t检验。
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    结 果

    频谱图的变化趋势 从频谱图(图1)与趋势图(图2)上可以看出,与对照直立位(+1Gz)相比,倒立位(-1Gz)时呈现Vd降低、Vs升高的阻力增加型频谱,且心率变慢;其后直立位(+1 Gz)时,Vd下降更明显,Vs仍较高,心率仍比对照慢,频谱形态在直立位(+1 Gz)后20 s时尚未完全恢复。

    大脑血流速度及脉动参数的变化

    从表1、图3、图4可以看出,Vs -1G z时显著增高(P<0.01,与对照相比),在其后+1 Gz时仍显著比对照高(P<0.01,与对照相比);Vd在-1 Gz 0~5 s时先升高,然后在5~10 s时显著降低(P<0.05,与对照相比),在其后+1Gz时更加降低(P<0.01 ,与对照相比、P<0.05 ,与-1 Gz 5~10 s相比);Vs-Vd在-1 Gz时显著增高(P<0.01,与对照相比),在其后+1 Gz时更加增高(P<0.01 ,与对照相比、P<0.05,与-1 Gz 5~10 s相比);脉动指数(PI)、阻力指数(RI)在-1 Gz时显著增高(P<0.01,与对照相比),在其后+1 Gz时更加增高(P<0.01 ,与对照相比、P<0.05,与-1 Gz 5~10 s相比)。这些趋势一直延续到其后+1 Gz后20 s。Vm在-1 Gz 0~5 s增加,5~10 s降低,再次+1 Gz时仍较低,但相差均不显著。
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    图1 模拟推拉动作时左侧大脑中动脉TCD频谱图

    Fig.1 TCD Spectral changes of left middle cerebral artery (MCA) during PPM

    The upper black arrows point to Vs,and the lower white arrows point to Vd

    图2 模拟推拉动作时左侧大脑中动脉血流速度变化趋势图

    Fig.2 Change trend of left MCA blood flow velocity during PPM

    The upper black arrows point to Vs,and the lower black arrows point to Vd 表1 模拟推拉动作过程中的左侧大脑中动脉血流速度及脉动参数(±s,n=10)
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    Table 1 Changes of Vm、Vs、Vd、Vs-Vd、PI、RI in the left MCA during PPM(±s,n=10) condition

    Vm(cm/s)

    Vs(cm/s)

    Vd(cm/s)

    Vs-Vd

    PI

    RI

    control

    47.3±10.8
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    72.7±15.1

    34.4±9.2

    38.4±9.1

    0.79±0.16

    0.53±0.07

    -1 Gz 0~5″

    50.9±8.8

    81.0±13.6**

    36.2±6.6

    44.8±9.3**

    0.84±0.15
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    0.55±0.05

    -1 Gz 5~10″

    40.6±9.1

    78.6±16.3*

    30.5±6.8*

    48.1±11.6**

    0.98±0.15**

    0.61±0.05**

    +1 Gz 0~5″

    46.6±7.3
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    80.2±14.4**

    26.5±6.5**#

    53.5±11.3**#

    1.10±0.22**##

    0.67±0.06**##

    +1 Gz 5~10″

    49.7±9.1

    83.6±15.4**

    30.1±7.3*

, 百拇医药     53.5±11.9**#

    1.03±0.20**

    0.64±0.06**

    +1 Gz 10~15″

    47.8±10.4

    81.3±17.0**

    30.3±7.5**

    51.1±11.4**

    1.03±0.18**

    0.63±0.05**
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    +1 Gz 15~20″

    47.8±12.2

    78.5±18.3**

    31.3±9.0*

    47.2±11.5**

    0.96±0.21**

    0.60±0.06**

    注:*P<0.05,**P<0.01,as compared with control;#P<0.05,##P<0.01,as compared with the values of HDT 5~10s
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    图3 模拟推拉动作对左侧大脑中动脉Vm、Vs、Vd、Vs-Vd的影响

    Fig.3 Effect of PPM on Vm、Vs、Vd、Vs-Vd Of left MCA

    图4 推拉动作对左侧大脑中动脉 PI、RI的影响

    Fig.4 Effect of PPM on PI、RI Of left MCA

    讨 论

    本实验的目的是用TCD监测旋转床模拟推拉动作过程中脑血流速度及脉动参数变化,探讨推拉动作对脑血管循环功能的影响,研究推拉动作引起G耐力下降的机制。通过实验我们首次观察到,倒立位(-1 Gz)时左侧大脑中动脉的Vs增加、Vd降低、Vs-Vd增加、PI与RI增加,在再次直立位(+1 Gz)时,这些变化程度更大且20 s后尚未完全恢复。这个结果对于进一步探讨推拉动作引起+Gz耐力下降的机理有重要意义。
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    大脑血流量与大脑灌注压成正比,与脑血管阻力成反比。其中大脑灌注压等于头水平动静脉压之差。在本实验中,短时间倒立位(-1 Gz)时由于血液柱流体静压的翻转,头水平血压升高,其中动脉血压立即升高,而静脉血压则逐渐升高(静脉有一定的扩张度),动静脉差增大,大脑灌注压升高[9]。在一定的范围内脑血管会随大脑灌注压的升高而“自发性”收缩[4,5],脑血管阻力增大,TCD上表现为脉动参数(PI、RI)显著增加。通过这种脑血流的自我调节,使脑血流量维持相对稳定,因而Vm变化不显著[4,5]

    在再次直立位(+1 Gz)即刻,血液柱流体静压再次翻转,头水平动静脉压立即降低。由于在倒立位(-1 Gz)时颈动脉窦压力感受器反射,心水平血压降低[3],再次直立位(+1 Gz)即刻头水平动脉压降低应较静脉压明显,动静脉压差减少,大脑灌注压减少。而倒立位(-1 Gz)时升高的脑血管阻力需要较长一段时间才能恢复[4],在本实验中体现为再次直立位(+1 Gz)时PI、RI持续较高。由于此时大脑灌注压减少而脑血管阻力又较高,如果加大+Gz作用,则大脑的血流会比没有倒立位(-1 Gz)预先作用时减少更快,更易发生意识丧失。
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    从本实验观察到的推拉动作时脑血流速度及脉动参数的变化特点可以看出,-GZ时脑灌注压突然升高,为了防止过度灌注,引发了脑血流的自我调节机制,使脑血管的阻力增加;转为+Gz作用时脑血管阻力仍持续在较高水平,可能对+Gz耐力产生不良影响。这可能是推拉效应+Gz耐力下降机理的一个方面。

    结 论

    本实验发现倒立位(-1 Gz)时左侧大脑中动脉的Vs增加、Vd降低、PI与RI增加,在再次直立位(+1 Gz)时,这些变化程度更大且20 s后尚未完全恢复。在此过程中Vm变化不明显。分析认为-Gz时脑灌注压升高,为防止过度灌注,大脑通过自我调节使脑血管阻力增加。在随后+Gz时脑血管阻力仍持续在较高水平。这种-Gz使脑血管阻力升高并持续一段时间的现象可能是推拉动作使+Gz耐力下降的机理的一方面。以后工作将探讨用这些变化作为衡量推拉效应的指标之一的稳定性及不同对抗措施对这些变化的影响,以进一步研究推拉效应的机理、寻找推拉效应有效对抗措施。
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    [参考文献]

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    收稿日期:1999-03-22, 百拇医药