空間運動病的定量觀察

空間運動病的定量觀察

在載人航空航天的早期階段，科學家們認為特殊的空間環(huán)境會導致人體的不適。在前蘇聯(lián)東方二號飛行中,航天員季托夫在一天的飛行中體驗到了空間失定向和運動病。而在同一時代,美國的水星和雙子星座的航天員并沒有發(fā)生運動病,美國航天醫(yī)學界對前蘇聯(lián)對運動病的關注表示懷疑。關于這一問題在60年代兩國的科學家曾進行過對話,美國人一直認為空間運動病是前蘇聯(lián)的問題,它不值得引起重視。這種分歧在阿波羅計劃后很快發(fā)生了改變,美航天員在飛行的最初幾天體驗到類似運動病癥狀,從此以后失重條件下的前庭功能紊亂一直是載人航天醫(yī)學研究的重要課題。前庭功能選拔和訓練柏拉圖的運動病訓練航天員的選拔航天員的選拔一直是美國和前蘇聯(lián)載人航天中的關鍵環(huán)節(jié)。前蘇聯(lián)預備航天員的醫(yī)學選拔分3個階段,第一階段為醫(yī)學部專家按門診的要求進行內(nèi)科、神經(jīng)學、眼科、耳鼻喉、內(nèi)分泌及其它專項檢查。第二階段進行廣泛的醫(yī)學臨床評價和神經(jīng)學檢查、心理學檢查、耳鼻喉科檢查尤其是前庭功能檢查、體質(zhì)檢查。第三階段確定該航天員進行訓練或暫停檢查,治療后繼續(xù)訓練或落選。航天員飛行前的前庭功能適應性訓練在70年代初前蘇聯(lián)的禮炮計劃中,其最大的發(fā)現(xiàn)就是通過每天長達2.5h以上嚴格的常規(guī)強化訓練使生理去適應作用減輕。為使航天員很好適應微重力,制定了各種適應訓練計劃,包括前庭、視覺、加速度、失重、生存和心理訓練。飛行前的前庭功能訓練是根據(jù)航天員個人情況制定的,分為被動和主動適應性訓練兩種形式。同時前蘇聯(lián)科學家認為最有效的提高運動病耐受的方法就是訓練前庭系統(tǒng)的同時刺激其他感覺系統(tǒng),提高各感覺系統(tǒng)之間的相位差。Aizikov等觀察到通過采用預定的肌肉收縮和舒張順序可以提高對實驗室誘發(fā)運動病的耐受,恢復時間縮短。在前蘇聯(lián)包括禮炮6空間站的航天中,地面主動前庭訓練增加了主動預防干預。前蘇聯(lián)前庭功能適應性訓練的基本理論空間中運動病可由輕微頭動或身體運動所誘發(fā),這些動作在地面不誘發(fā)癥狀。前蘇聯(lián)很多年前曾提出Voyachek-KhilovTossing理論,這一理論包含8條基本原則:1)任何人在適當?shù)拇碳l件下都會出現(xiàn)運動病癥狀;2)運動病是前庭、視覺和組織感受器等多種軀體感受器的反射,每一種感受器獨立作用;3)運動病是條件反射;4)產(chǎn)生矛盾感是綜合分析即刻條件下感受器正常調(diào)節(jié)反應的結(jié)果;5)產(chǎn)生矛盾感是由軀體在空間中改變垂直位置引起的;6)在分析運動病時必須考慮到中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用;7)在分析運動病時注意對運動病發(fā)展有利的一些信息;8)人可以適應力學的和其他引起運動病的因素。這一理論使得前蘇聯(lián)科學家堅信通過航天員有效的個體訓練,可以減少或防止空間運動病的發(fā)生?？臻g定向與運動環(huán)境設備的建立航天員的飛行前適應性訓練美國的最初訓練方法采用的是感知運動訓練,刺激方式為purkinje刺激,通過重復性刺激性訓練,使得植物神經(jīng)癥狀減輕。目前Harm和Parker根據(jù)航天員空間飛行真實響應,建立了復雜的飛行前適應性訓練設備。其中傾斜-平移設備(TTD-PAT)是頭部傾斜和視景運動控制分離,達到抑制重力感受器的目的。他們認為通過耳石感受器的傾斜同時伴隨相應的視景平移,可以達到重力感受器重排,使自運動知覺發(fā)生改變,誘發(fā)運動病。通過研究發(fā)現(xiàn)傾斜和外界景物運動相位差為270°時,最好地體現(xiàn)了耳石信號傾斜-平移重新編譯假說。Harm和Parker使用的另一飛行前適應性訓練設備為空間定向與運動環(huán)境設備(DOME),是為保持重力感受器穩(wěn)定而設計的,訓練時受訓者是固定不動的,通過視景變化產(chǎn)生感知定向和運動覺。受訓者通過訓練學會提高對視覺輸入、半規(guī)管信號和頸部本體信號的依賴,來代償耳石產(chǎn)生的負重力信號,達到盡快適應空間與地面的不同操作方式、運動方式。美國飛行前適應性訓練依據(jù)理論最初美國的感知運動訓練主要理論是:地面上通過一些形式的前庭功能訓練達到的適應是可以轉(zhuǎn)移的,通過訓練可使航天員盡快適應微重力下的特殊前庭系統(tǒng)變化。傾斜平移設備和空間定向與運動環(huán)境設備的建立主要依據(jù)空間運動病感覺代償理論和耳石傾斜平移重新編譯假說以及前庭習服理論。感覺代償理論感覺代償理論認為當某一感覺系統(tǒng)的輸入減少時,其它感覺信號則增強了。航天員在飛行中更加依賴視覺進行空間定向和運動控制。耳石傾斜平移重新編譯假說美國科學家認為微重力下,重力感受器對靜態(tài)滾轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)沒有響應,但對直線加速度仍有響應,因此為適應微重力大腦將所有重力感受器的輸出重新編譯成平移信號。習服理論雖然長時間的暴露可以產(chǎn)生較快習服,但這種動態(tài)的響應過程可在幾乎相同的時間內(nèi)喪失,習服保護也可被高密度的其他沖動所掩蓋。習服的程度可被服用抗運動病藥物而減慢。其他飛行前前庭適應性訓練方法美蘇都重視失重飛機拋物線飛行訓練和生物反饋訓練,俄羅斯拋物線飛行訓練飛行拋物線個數(shù)一般為10個,而美國采用kc-135飛機,常飛行40個拋物線。生物反饋訓練認為惡心和嘔吐是交感驅(qū)動的副交感反應,基本作用在于提高感覺沖突時自主神經(jīng)活動閾值,與藥物作用類似。飛行前的藥物對抗由于美國現(xiàn)推薦的空間對抗空間運動病的方法為肌肉注射異丙嗪,因此在飛行前要做藥物特異反應檢測和副作用檢測。在最初的阿波羅飛行中,航天員在飛行前已經(jīng)按預定單元服用抗運動病藥物。阿波羅飛行后,由于采用東莨菪堿+異丙胺易產(chǎn)生嗜睡、視野擾動、注意力難于集中、口干及短期記憶喪失等副作用,異丙嗪使航天員視覺動態(tài)平穩(wěn)跟蹤和固視能力減弱,造成視覺敏銳和視覺跟蹤能力下降,影響飛行安全和航天員在應急返回時的工作能力,一般在軌道飛行后開始服藥。飛行前的心理準備在禮炮1空間站發(fā)射前,3名航天員進行了1個月的心理相容,制訂了幫助消除個性間差異和重視完成任務的課程。俄航天員訓練中心負責人曾表示從30d到更長的空間飛行,乘員雖經(jīng)過廣泛的心理測試,但已逐漸顯示出相互的敵意,因此長期飛行需要乘員具有更好的心理相容性。軌道飛行中的空間運動病空間運動病(SMS)的發(fā)病率及程度在前蘇聯(lián)的空間計劃中48%的航天員發(fā)生空間運動病癥狀,35%的航天員在阿波羅計劃、60%的空間實驗室乘員發(fā)生運動病癥狀。從STS-27到STS-38的飛行中,SMS的發(fā)病率70%,發(fā)生運動病與不發(fā)生運動病的人有明顯不同,在有些情況下即使沒有明顯的運動病癥狀,也會一直存在嗜睡癥狀。由于存在一系列可誘發(fā)普通運動病的刺激,因此對空間運動病的診斷需考慮到各種情況?？臻g運動病的發(fā)病時程及癥狀最早的運動病發(fā)病時間是在入軌后穿脫太空服時(美太空實驗室發(fā)現(xiàn))發(fā)生。胃腸癥狀在失重后幾分鐘或幾小時內(nèi)出現(xiàn),常伴隨一陣干嘔,但會出現(xiàn)突然的無惡心等前期癥狀的嘔吐,在空腹時嘔吐可重復一到數(shù)次。由于體液頭向轉(zhuǎn)移的作用,在飛行中一直有頭部充血感,運動病發(fā)生時觀察不到冷汗和面色蒼白。所有癥狀大約在第3天后消失,但在第4～5天中劇烈頭動時會重新誘發(fā),除惡心和嘔吐、厭食、胃腸脹氣外,還有其他一些包括噯氣、打嗝、打呵欠、對感覺刺激敏感、輕度冷漠、注意力不能集中及主觀發(fā)熱感等癥狀?？臻g運動病時的定向及誘發(fā)因素在前蘇聯(lián)的航天計劃中運動和位置錯覺是主要癥狀,在美阿波羅飛行中也產(chǎn)生了同樣的情況。頭動是誘發(fā)空間運動病的主要病因性因素,在SL-1上,進行了各種誘發(fā)性頭動形式的研究,1人系統(tǒng)地進行了各種不同的頭動,發(fā)現(xiàn)在第1天翻轉(zhuǎn)和滾轉(zhuǎn)頭動刺激最大,到第4天翻轉(zhuǎn)的刺激降低了,在第9天,此名受試人員在進行5min的劇烈大幅度翻轉(zhuǎn)頭動后無癥狀,因此有人認為如果對空間運動病的適應包含感覺運動學習,則航天員會首先適應那些經(jīng)常做的頭動。慢速旋轉(zhuǎn)后得出的結(jié)果認為如果航天員在飛行早期執(zhí)行已計劃好的頭動可能使前庭對微重力的適應更快。視覺刺激是空間運動病的第二個顯著刺激因素。最初在太空中飄浮時航天員體驗到“視覺重定向”即主觀認同周圍艙內(nèi)環(huán)境的突然變化。在這一階段時航天員經(jīng)常把距其最近的面認為是主觀“地”,其他人的頭腳一軸也由此而確定。在SL-1飛行中所有航天員都經(jīng)歷了重定向階段,對于已產(chǎn)生癥狀的人這種重定向刺激較大,美國科學家認為這種重定向的發(fā)生主要是由于艙的視覺對稱型性設計引起的。為縮短這一階段,在有癥狀時應避免采用失重姿態(tài),不要往窗外看,以免地球表面并不象想象中在新定向系統(tǒng)的地板下面。在空間中航天員為代償感覺紊亂可采用各自不同的適應措施,一些航天員在失重時主要依靠視覺信息來定向,稱為VS型;另一些航天員通過加重內(nèi)部產(chǎn)生方向向量的權重來代償失重的影響,稱為IZ型,有8%的人不能給出定向的具體類型。飛行后的表現(xiàn)物理和機械防護措施在空間飛行早期,為減輕運動病癥狀提出的防護措施有:限制頭部運動,按預定計劃作一些經(jīng)常的頭動,在艙內(nèi)運動時尋找支撐物,減少本體覺信息喪失對定向的影響。前蘇聯(lián)航天員認為采用頸部沖擊震動吸收器限制頭動可減輕眩暈、錯覺、不適及惡心,對操作無影響,這一設備是航天機械儀器中最有效的。藥物防護在最初的抗空間運動病藥物的研究中多使用東莨菪堿+右旋苯異丙胺,服用方式為口服,存在有口干、嗜睡等副作用。1991年美第1次成功使用肌肉注射異丙嗪(50mg)治療了空間運動病,無副作用產(chǎn)生。在后來的報告中20名航天員分別根據(jù)體重在飛行第1天肌肉注射了25～50mg異丙嗪,第2天仍有25%的人感受到癥狀。而對照組74人中50%的人在第1天發(fā)生運動病,第2天病情并未緩解,二者具有統(tǒng)計學上的顯著性差異。目前在美國的航天計劃中推薦使用肌肉注射25～50mg異丙嗪治療中度到重度空間運動病。在飛行中各類抗運動病藥物治療效果不同,主要是與藥物吸收或代謝中脫水,胃腸功能減退,與微重力環(huán)境的適應有關的身體生化變化,艙內(nèi)壓力變化,正常睡眠節(jié)律的破壞等因素有關。返回及著陸階段的前庭功能變化運動病發(fā)生率27%的前蘇聯(lián)航天員在短期飛行返回地面后出現(xiàn)SMS,92%的人員長期飛行返回后出現(xiàn)SMS。姿態(tài)平衡控制改變前蘇聯(lián)和美國航天計劃的乘員在著陸后的最初幾個小時內(nèi)產(chǎn)生1～4種與姿態(tài)和運動有關的感覺變化。飛行前后的軌道測試受試人員以腳跟到腳尖,雙手交叉于胸前的姿勢睜眼或閉眼走過寬窄不同的軌道,根據(jù)通過時間來表示姿態(tài)平衡。在空間實驗室-1號中發(fā)現(xiàn)飛行后睜眼在1.9cm寬度的軌道上站立能力下降,7d后仍未恢復到飛行前水平。平衡計前蘇聯(lián)采用平衡計測量受試人員在預定姿態(tài)下1～2min的姿態(tài)表現(xiàn),得到參數(shù)為身體在矢狀面和前平面重心晃動的幅度和頻率,飛行后晃動頻率減小而幅度與飛行時間長短有關。肌電的測試飛行后睜眼腳踏平臺向后平動,肩關節(jié)過沖而髖關節(jié)調(diào)節(jié)不到位,比目魚肌潛伏期及到達平穩(wěn)位置所需時間比飛行前延長,而且視覺使得操作變差。平臺旋轉(zhuǎn)記錄前脛骨肌和腓腸肌肌電,飛行后EMG早期響應潛伏期及幅度沒有變化,晚期響應幅度比飛行前增大。動態(tài)姿態(tài)平衡檢查采用Equitest進行檢測,飛行后2～4h所有受試人員平衡能力下降,恢復呈雙指數(shù)曲線,飛行后8～10h比飛行后4～8d平衡的恢復要好。飛行后平衡的不穩(wěn)定性與前庭反饋通路的變化有關,飛行后更依賴于視覺和本體覺,是對前庭反饋系統(tǒng)能力降低的代償。關于空間運動病研究的幾點思考空間運動病與心血管系統(tǒng)的必然聯(lián)系航天員進入空間新的環(huán)境后發(fā)生最快的就是體液頭向轉(zhuǎn)移,伴隨其發(fā)生的是空間運動病,體液的轉(zhuǎn)移以及血容量減少都與空間運動病的發(fā)生有著不可分割的關系。Barrett和Lokhandwala認為體液頭向分布造成血管緊張素活動變化,由于化學感受器誘發(fā)區(qū)神經(jīng)遞質(zhì)和激素的變化,從而產(chǎn)生運動病。同樣體液的轉(zhuǎn)移也使前庭系統(tǒng)的生物化學特性發(fā)生了變化,伴隨顱內(nèi)壓、腦脊髓液、內(nèi)耳的變化,改變了前庭感受器的響應特性。從頭低位臥床的實驗結(jié)果來看,體液轉(zhuǎn)移造成運動病易感性增加,如臥床時頭動產(chǎn)生頭暈、惡心、自發(fā)性眼震以及傾斜和墜落時的錯覺,這與空間中情況類似。浸水產(chǎn)生的體液轉(zhuǎn)移,可使人對冷熱灌耳的易感性增加,有時甚至導致檢查中斷。Simanonok等人認為由前房促尿鈉排泄多肽(ANP)介導的體液轉(zhuǎn)移,可引起全部或部分前庭刺激的敏感性閾值降低,且中樞血容量增加的多少與運動病程度有關?？梢娫陲w行前中后的心功能改變與空間運動病的發(fā)生有著必然潛在的聯(lián)系,其機理有待進一步探索?？臻g運動病發(fā)病中中樞調(diào)節(jié)機制的作用由上文我們已經(jīng)看到,前蘇聯(lián)科學家在很早的時候就已經(jīng)提出在運動病的研究中必須考慮到中樞的作用,同時在飛行前的地面抗空間運動病訓練中都采用習服原理。運動病發(fā)病過程中小腦活動增強,表明小腦投射到網(wǎng)狀系統(tǒng)的活動非常強,據(jù)認為這使網(wǎng)狀神經(jīng)元向高級中樞發(fā)放的沖動更加減少,建立了腦干內(nèi)嘔吐觸發(fā)中樞,習服是為保證腦皮層活動的動態(tài)平衡而對網(wǎng)狀神經(jīng)元的條件代償激發(fā),這種激發(fā)同時受到增強的前庭-小腦活動的補充,從而預防了運動病的發(fā)展,這是運動病習服的機制。除苯丙胺通過增強網(wǎng)狀系統(tǒng)活動預防運動病外,其他一些有效的抗運動病藥物,其作用在于阻斷前庭系統(tǒng)和網(wǎng)狀系統(tǒng)的膽堿能受體,從而也阻斷了習服通路,因此在訓練中應注意藥物的使用。在地面的抗運動病訓練中,必須考慮到運動病的中樞活動調(diào)節(jié),不僅在于建立前庭習服,也在于盡快建立適應空間特殊環(huán)境的定向方式和方法,從而建立成熟有效的訓練方法。前庭植物神經(jīng)響應的研究以及運動病的對抗措施運動病的發(fā)生是以一系列植物神經(jīng)反應癥狀為特征的,目前對于運