潘益凱，張劉偉，楊 涵，高 原，黎舒涵，李程飛，李 曦，范潔怡，鐵婭滕，趙星成，王永春，孫喜慶

(空軍軍醫(yī)大學(xué)： 1航空航天醫(yī)學(xué)系航空航天醫(yī)學(xué)訓(xùn)練教研室， 2基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院學(xué)員二大隊， 3航空航天醫(yī)學(xué)系航空航天生物動力學(xué)教研室，陜西 西安 710032)

飛行人員是空軍戰(zhàn)斗力的主體，是國家的戰(zhàn)略資源。軍隊跨越式發(fā)展和戰(zhàn)機(jī)的更新?lián)Q代，對飛行人員的能力素質(zhì)提出了更高的要求。飛機(jī)在飛行過程中，尤其是在做各種特技飛行時，會對飛行人員的前庭系統(tǒng)產(chǎn)生明顯刺激。對于前庭敏感者則會出現(xiàn)眩暈、出汗、面色蒼白、惡心、嘔吐、心悸、唾液增加等迷走神經(jīng)機(jī)能反應(yīng)癥候群，稱為運動病[1]。同時，還可能出現(xiàn)由于無法正確感知飛機(jī)及自身位置、運動姿態(tài)所導(dǎo)致的空間定向障礙[2]。前期研究表明，多軸向前庭刺激還會影響飛行人員的心血管自主神經(jīng)調(diào)節(jié)能力[3-4]。上述問題的出現(xiàn)對飛行安全和飛行任務(wù)的順利完成造成了極大的威脅和挑戰(zhàn)。由本課題組自主研制的新型三維滾輪，可以通過對三個軸向轉(zhuǎn)動速度和角加速度的精確控制來改變前庭刺激的強(qiáng)度，從而引發(fā)一系列前庭和心血管反應(yīng)[5]。本研究通過觀察受試者進(jìn)行三維滾輪刺激前后前庭功能分級、前庭癥狀評分、血壓、心率和心率變異性的變化情況，與電動轉(zhuǎn)椅的測試結(jié)果相比較，探討新型三維滾輪對于人體前庭功能穩(wěn)定性和心血管調(diào)節(jié)能力評價的應(yīng)用價值，為制定三維滾輪前庭功能評估方案提供實驗依據(jù)。

1 對象與方法

1.1 對象

選取某軍醫(yī)大學(xué)20名健康男性本科學(xué)員作為受試者，年齡(21.3±1.6)歲，身高(177.5±6.3)cm，體質(zhì)量(74.1±8.1)kg，無心肺疾病史，無前庭系統(tǒng)或運動系統(tǒng)疾病史，無煙酒等不良嗜好。在實驗開始前24 h及實驗期間不飲用含有咖啡因、乙醇等可能影響自主神經(jīng)功能的飲品，避免進(jìn)行劇烈的體育運動，正常休息和飲食。本實驗在空軍軍醫(yī)大學(xué)航空航天醫(yī)學(xué)教育部重點實驗室進(jìn)行，實驗內(nèi)容經(jīng)空軍軍醫(yī)大學(xué)醫(yī)學(xué)倫理委員會審核批準(zhǔn)(許可證號：KY20204143-1)。所有受試者對實驗內(nèi)容完全知情并簽署了知情同意書。

1.2 實驗設(shè)備

1.2.1 電動轉(zhuǎn)椅 采用上海繼德教學(xué)實驗器械廠生產(chǎn)制造的多功能電動前庭功能轉(zhuǎn)椅。該設(shè)備為電力驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)的最大角速度為180°/s，轉(zhuǎn)椅靠背頭部位置設(shè)有輔助進(jìn)行左右擺頭的頭托，擺動范圍為左右各30°，電動節(jié)拍器頻率設(shè)定為30次/min。

1.2.2 三維滾輪 采用本課題組自主研制的新型三維滾輪(圖1)。與上一代電動三維滾輪相比，該設(shè)備可以實現(xiàn)多角度、多方位的前庭刺激，不僅可通過精確調(diào)控三維滾輪的旋轉(zhuǎn)角速度、角加速度和轉(zhuǎn)動時間等來改變前庭刺激的強(qiáng)度，而且在刺激過程中還伴有身體滾轉(zhuǎn)和血液轉(zhuǎn)移，從而能夠更好地模擬實際飛行過程。

圖1 新型三維滾輪

1.2.3 醫(yī)用電子血壓計 采用J760型電子血壓計(歐姆龍醫(yī)療器械有限公司)記錄測試前后受試者血壓的變化。

1.2.4 生理參數(shù)記錄檢測儀 采用KF2型動態(tài)多參數(shù)生理檢測儀(北京保邁科技有限公司)記錄測試過程中受試者心率的變化情況。

1.3 方法

分別利用電動轉(zhuǎn)椅和三維滾輪對20名受試者進(jìn)行前庭功能穩(wěn)定性和心血管調(diào)節(jié)能力的測試評價，為避免相互干擾，兩次測試時間間隔2 d以上。

1.3.1 電動轉(zhuǎn)椅測試 測試開始前，囑受試者在實驗室內(nèi)靜息10 min，消除緊張等心理因素的影響。將生理參數(shù)記錄檢測儀固定于受試者胸前，確保檢測儀處于正常工作狀態(tài)，測量血壓。選用空軍招飛前庭功能標(biāo)準(zhǔn)測試方案：受試者端坐于電動轉(zhuǎn)椅上，系牢安全帶。調(diào)整頭托高度于頭部正中，固定好頭部，囑受試者閉眼。轉(zhuǎn)椅以180°/s的角速度順時針勻速旋轉(zhuǎn)，持續(xù)時間為90 s，受試者跟隨電動節(jié)拍器的頻率進(jìn)行2 s/次的左右擺頭，擺動角度為左右各30°。在實驗過程中，觀察受試者的面部表情和身體變化，如出現(xiàn)頭痛、嘔吐、大汗等無法堅持完成實驗的癥狀時，應(yīng)立即停止實驗。測試結(jié)束后，再次測量受試者的血壓，待其靜坐5 min后，取下生理參數(shù)記錄檢測儀，利用軟件進(jìn)行心率變異性分析。

1.3.2 三維滾輪測試 測試開始前和測試后的實驗內(nèi)容同上。受試者端坐于三維滾輪座椅上，固定好胸腹部、手足處的安全帶及安全壓杠。囑受試者雙手握住兩側(cè)握把，雙腿收緊，保持上半身緊貼于座椅上，閉眼。設(shè)定好轉(zhuǎn)速參數(shù)(內(nèi)框120°/s、中框90°/s、外框40°/s)后啟動設(shè)備進(jìn)行旋轉(zhuǎn)刺激。待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后持續(xù)90 s。

1.3.3 前庭功能穩(wěn)定性評價 觀察受試者在實驗前后前庭自主神經(jīng)癥狀的變化情況，并詢問其主觀感受。按照前庭功能分級標(biāo)準(zhǔn)[6]和Graybiel運動病評分量表[7]對受試者的前庭功能穩(wěn)定性進(jìn)行評價。受試者能夠完成90 s電動轉(zhuǎn)椅或三維滾輪測試，且前庭功能分級為0度、Ⅰ度者為合格；受試者無法完成測試，或能夠完成，但前庭功能分級為Ⅱ度、Ⅲ度者均為前庭敏感，判定為不合格。

2 結(jié)果

2.1 兩種測試方法前庭功能分級結(jié)果的比較

20名受試者參加了電動轉(zhuǎn)椅測試，其中有5名受試者未出現(xiàn)任何不良反應(yīng)，前庭功能分級判定為0度；有10人出現(xiàn)了輕度頭暈、惡心、出汗或面色稍白、胃部不適等癥狀，判定為I度；有2人除頭暈、惡心癥狀外，還出現(xiàn)了額角汗珠、面色蒼白，判定為II度；有2人除上述癥狀加重外，還出現(xiàn)了干嘔，判定為III度；還有1名受試者因無法耐受而未能完成測試。以電動轉(zhuǎn)椅方法對受試者前庭功能進(jìn)行評價，共有前庭反應(yīng)敏感者5人(II度+III度+未完成測試者)，占測試總?cè)藬?shù)的25%。

20名相同受試者參加了三維滾輪測試，其中有4名受試者無任何不良反應(yīng)，前庭功能分級判定為0度；有12人出現(xiàn)了輕度的頭暈、惡心，或微汗、面色稍白、胃部不適的癥狀，判定為I度；有1人除頭暈、惡心癥狀外，還出現(xiàn)了額角汗珠和面色蒼白，判定為II度；還有3名受試者因前庭自主神經(jīng)癥狀較重、無法繼續(xù)耐受而中止實驗。以三維滾輪方法對受試者前庭功能進(jìn)行評價，共有前庭反應(yīng)敏感者4人，占測試總?cè)藬?shù)的20%。

2.2 兩種測試方法前庭癥狀評分結(jié)果的比較

20名受試者分別接受90 s的電動轉(zhuǎn)椅和三維滾輪測試，結(jié)果表明，前庭癥狀評分較測試前均明顯升高(P<0.05)，而電動轉(zhuǎn)椅與三維滾輪測試后的前庭癥狀評分結(jié)果之間無明顯差異(P>0.05，表1)。

表1 電動轉(zhuǎn)椅和三維滾輪測試前后前庭癥狀評分的變化 (n=20，分，

2.3 兩種測試方法血壓和心率變化的比較

與測試前相比，電動轉(zhuǎn)椅測試后受試者的收縮壓和舒張壓均明顯升高(P<0.05)，而心率在測試前后無明顯變化；與測試前相比，三維滾輪測試后受試者的收縮壓和心率均明顯升高(P<0.05)，舒張壓則無明顯變化(表2)。

表2 電動轉(zhuǎn)椅和三維滾輪測試前后血壓和心率的變化

3 討論

飛行人員在執(zhí)行飛行任務(wù)時，由于起飛、降落、加減速、遇到不穩(wěn)定氣流后發(fā)生顛簸等，可對前庭器官產(chǎn)生明顯刺激，前庭功能不良者可能出現(xiàn)運動病甚至空間定向障礙。在我軍飛行學(xué)員醫(yī)學(xué)選拔、飛行學(xué)員轉(zhuǎn)校以及飛行人員科目訓(xùn)練過程中，運動病和前庭功能不良是造成醫(yī)學(xué)停飛和飛行事故發(fā)生的重要原因[8-10]。隨著空軍高性能戰(zhàn)機(jī)的飛速發(fā)展，尤其是在載荷、機(jī)動性、速度和角加速度等方面的不斷優(yōu)化和改進(jìn)，對飛行人員的前庭功能穩(wěn)定性提出了新的考驗。因此，為了最大程度地保障飛行安全、減少飛行事故的發(fā)生，如何快速、精準(zhǔn)地在選拔飛行人員體格檢查時進(jìn)行前庭功能評定一直是航空醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中最為關(guān)注的重要問題[11]。目前我軍飛行人員現(xiàn)行的前庭穩(wěn)定性評價方法主要是：在電動轉(zhuǎn)椅上進(jìn)行的階梯式累加科里奧利加速度刺激法，通過誘發(fā)前庭自主神經(jīng)反應(yīng)來評定被檢者的前庭功能。研究表明，飛行人員對科里奧利加速度的耐受能力與暈機(jī)病的發(fā)生率和嚴(yán)重程度密切相關(guān)[12]。然而，電動轉(zhuǎn)椅在旋轉(zhuǎn)過程中，主要對半規(guī)管的壺腹嵴進(jìn)行刺激，無法同時對橢圓囊和球囊產(chǎn)生相應(yīng)刺激，而飛行過程是一個三維空間的運動，因此，電動轉(zhuǎn)椅在評估飛行人員前庭功能方面有一定局限性。

由本課題組自主研制的新型三維滾輪，在之前研制設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步的改良和升級。其優(yōu)勢在于，可以實現(xiàn)多角度、多方位的前庭刺激，不僅可以通過調(diào)節(jié)三維滾輪的轉(zhuǎn)動速度、轉(zhuǎn)動加速度和轉(zhuǎn)動時間改變前庭刺激的強(qiáng)度，而且在測試過程中還伴有身體滾轉(zhuǎn)和血液轉(zhuǎn)移，從而能夠更好地模擬實際飛行[5]。為進(jìn)一步探究應(yīng)用新型三維滾輪評價人體前庭功能穩(wěn)定性的效果，本實驗分別比較了90 s電動轉(zhuǎn)椅和三維滾輪測試后被試者前庭功能分級和前庭癥狀評分的差異。結(jié)果表明，電動轉(zhuǎn)椅的前庭功能穩(wěn)定性合格率為75%，而三維滾輪的合格率為80%；兩種測試結(jié)束后，被試者的前庭癥狀評分較測試前均顯著升高，且兩者的前庭癥狀評分結(jié)果之間無顯著差異。此外，我們還發(fā)現(xiàn)，在三維滾輪測試中由于無法耐受前庭自主神經(jīng)反應(yīng)而中止實驗者共計3人。而以上這3人在進(jìn)行電動轉(zhuǎn)椅測試時，均完成了實驗，前庭功能分級為I度、II度、III度各1人。由此可見，新型三維滾輪可以更加全面有效地刺激前庭器官，與電動轉(zhuǎn)椅在前庭功能評價方面具有高度的一致性。

前庭系統(tǒng)通過神經(jīng)沖動傳導(dǎo)和內(nèi)分泌調(diào)節(jié)與人體心血管功能緊密相連，其中起重要作用的是自主神經(jīng)系統(tǒng)[13]。前庭-交感反射[14]可以幫助機(jī)體在運動和體位發(fā)生變化期間，通過對前庭器官產(chǎn)生適宜刺激，經(jīng)由自主神經(jīng)調(diào)節(jié)血壓、心率等，與壓力反射器相互補充，共同維持心血管功能的穩(wěn)定。因此，由前庭自主神經(jīng)反應(yīng)所誘發(fā)的心血管調(diào)節(jié)能力的改變同樣值得引起我們的關(guān)注。本課題組前期研究表明，三維滾輪所產(chǎn)生的前庭多軸向刺激會抑制機(jī)體在直立位應(yīng)激時的心血管調(diào)節(jié)過程，而短臂離心機(jī)訓(xùn)練時復(fù)合前庭刺激可增強(qiáng)心臟交感神經(jīng)興奮性，改善心血管功能[15-16]。此外，強(qiáng)東昌等[17]證實，前庭刺激可能會削弱機(jī)體心血管壓力感受器反射調(diào)節(jié)功能的穩(wěn)定性，造成部分被試者的直立位耐力降低。本研究發(fā)現(xiàn)，電動轉(zhuǎn)椅和三維滾輪測試均可造成受試者收縮壓明顯升高，而三維滾輪測試后受試者心率亦明顯加快，這可能與三維滾輪運行時體位角度變化較快所導(dǎo)致的受試者產(chǎn)生緊張等心理有關(guān)。以上結(jié)果提示，新型三維滾輪可有效評定心血管功能。

綜上所述，新型三維滾輪測試后受試者前庭功能分級結(jié)果和電動轉(zhuǎn)椅測試基本一致，收縮壓和心率均顯著升高，提示三維滾輪可以用于人體前庭功能穩(wěn)定性和心血管功能的評價，有望在未來飛行人員招飛選拔、體檢和前庭功能穩(wěn)定性訓(xùn)練中發(fā)揮重要作用，其適宜的測試方案有待進(jìn)一步探討。