摘要：体液分布改变和体液丧失，血浆量减少，血管收缩和舒张调节能力改变，运动能力降低等是影响微重力状态下人体热调节的主要因素。头低位卧床模拟微重力时也产生类似变化。卧床后热应激时，人体的核心温度升高加快，皮肤温度升高和组织热导率增加速率降低，核心与皮肤间的传热减小，出汗敏感性增高。可见，微重力和卧床模拟微重力暴露后人体热应激的热调节能力降低。比较分析表明：利用卧床模型进行微重力条件下人体热调节模拟研究是适宜的。

中图分类号：R852.22文献标识码：A文章编号：1002-0837(2000)05-0382-04

Ground-based Studies on Thermoregulation at Simulated Microgravity by Head-down Tilt Bed Rest

YU Xue-jun，YANG Tian-de

(Space Medicine & Medical Engineering)

Abstract：Comparisons of headward fluid shifts, plasma volume losses, altered vasodilator and vasoconstrictor responses, reduced exercise capacities,etc.between microgravity and head-down tilt (HDT) bedrest suggested that HDT model was suitable for simulating thermoregulation under microgravity. Both microgravity and simulated microgravity by HDT exposures degraded human thermoregulation ability in some aspects. The features of the responses to heat stress on men after HDT exposures were higher increase rate in rectal temperature, attenuated increase rates of skin temperature and body heat conductance, less heat dissipation from core to skin and higher sensitivity of sweating etc.

Key words：weightlessness simulation;body temperature regulation;head-down tilt;bed rest(tests)

航天时人体的热调节能力可能发生了改变。最近美、俄科学家对“和平号”空间站上的2名航天员的热调节进行的初步研究发现，115 d太空飞行后第5天，航天员运动状态体温调节能力仍低于飞行前。这一结果提示：航天因素可导致人的体温调节能力降低，与地面120 d卧床后的研究结果一致^［1］。

航天员热调节能力下降将导致运动时心率、体温的过度升高，热耐力和工作能力下降，对出舱活动、紧急逃逸以及飞行中实施运动方式的对抗措施会产生不利影响。因此，研究失重状态人体的体温调节特别是热调节，对保障航天员的健康和安全是必要的。

到目前为止，对航天时人体的热调节研究工作大多数是在地面通过卧床模拟微重力来进行研究^［2～5］，偶尔有用浸水方法模拟微重力^［6］。对人体的热刺激，按其刺激源可分为外源性和内源性2种。其中外源性热刺激适用于观察模拟微重力条件下热环境对人体生理调节能力的影响，实验时可采用人工气候舱（室）对人体对流加热，也可采取向水冷服通入热水的方法对人体传导加热。内源性热刺激主要是在常温下通过运动方式使人体内产热增加，观察人体散热时的体温调节功能，也可以分析不同运动方式对热调节的影响。

卧床模拟微重力状态人体热调节的出发点

一般认为，航天时的热调节改变主要与体液分布改变、体液减少、心血管脱锻炼、有氧代谢能力降低和自主神经系统对血管舒缩的调节能力下降等因素有关^［7］。头低位卧床时，这些变化也会不同程度地发生，人体的热调节随之有所改变。

体液头向分布与体液丧失微重力和卧床模拟微重力状态，人体的血液头向分布，血浆量减少，体重减轻。这些已为多次航天和卧床实验所证实。“礼炮6号”空间站上航天员不同部位皮肤温度，在安静状态胸部衣内皮温从飞行前后的33℃上升至36℃，而小腿皮温则相反，从33～34℃降至30～31℃。地面人体头低位（-12°）卧床模拟研究表明，胸部温度在卧床期间显著升高，与航天时的结果一致^［8］。这表明头低位卧床与航天中体液头向分布，在热调节上有共同表现。

Convertino较为全面地概括了多次太空飞行中血浆量减少与微重力暴露时间之间的关系，并与卧床模拟微重力结果进行了比较，如图1所示。由此不难看出：微重力或模拟微重力（卧床）导致程度相似的血浆量减少，且都在暴露之初的1～2 d减少10%～20%，之后基本维持在这一水平。地面卧床模拟也能引起与航天中的体液丧失相似的生理变化^［9］。

图1微重力（实线）和卧床模拟微重力（虚线）条件下人体血浆变化（%）与时间的关系。

Fig.1Percent changes (%) in plasma volume during actual μg (solid line) and simulated μg (dotted line)

●,■,▲,△,○ represent data from Gemini IV, Spacelab, Skylab, SLS-1, -6° HDT respectively^［9］

失重和卧床时，血浆量减少的主要原因是失水。Crandall等的实验证明，15 d头低位-6°倾斜降低了机体对热应激的调节能力，很可能与失水等因素有关^［2］。当血浆量减少20%（约700 ml，体重减轻2.2 kg），55%V·_{O2 max}运动时，每搏量减少17 ml，体温升至近39℃，显著高于正常体液含量的对照组^［10］。Greenleaf和Horstman的研究也证实：失水还会造成出汗率下降，降低运动状态和高温时的体温调节能力^［11,12］。这些工作均表明，体液丧失（失水）是导致失重和卧床模拟失重时人体热调节能力降低的重要因素之一。

心血管脱锻炼为确立卧床模拟微重力模型的有效性，Levine将2 wk卧床的测量结果与空间实验室3次飞行（SLS-1，SLS-2和D-2飞行时间9～14 d）相同心功能指标进行了比较，结果表明两者非常相似：航天员飞行前和卧床被试者实验前的立位和卧位基础每搏量均分别在50～55 ml和90～100 ml，在微重力和模拟微重力环境下均逐渐减少至地面的卧位和立位量值之间；心率和外周阻力的变化情况与每搏量相似^［13］。通常认为，循环血量减少、心血管脱锻炼是航天时人体热调节能力下降的重要原因。

Williams和Reese对8名男性被试者进行的14 d卧床实验结果表明：卧床期间，开始出汗的平均皮温阈值较对照有极显著降低（P＜0.001）；卧床期间人体的循环功能下降，通过血管舒缩调节散热能力降低^［3］。Greenleaf等人对7名19～22岁被试者进行了-6°头低位卧床期间等长、等张运动状态的热调节研究。卧床后运动状态人体直肠温度升高加速和平均皮肤温度升高变慢表明了人体运动时的热调节能力降低。其影响可能与运动心输出量减少和血管调节功能下降等心血管脱锻炼现象所引起的组织热导率改变、出汗敏感性增高等因素有关^［4］。这些地面研究为航天中人体热调节能力下降提供了间接证据。

有氧代谢能力降低V·_O2max由人的心脏泵功能和外周对氧的运输和利用等自身因素决定，其值较高表明心血管功能较强，体温调节能力相对较强。“和平号”空间站的2名航天员在总共115 d的飞行中，飞行至第112天时，峰值氧耗量分别比飞行前下降17%和29%。返回第6天，其中1名航天员的峰值氧耗量从飞行时降低17%，继续降至飞行前的28%^［14］。阿波罗7至11号飞行的航天员在返回第1天，亚极量运动至心率为160 bpm时的平均耗氧量比飞行前降低21%；14至17次飞行后，则降低17%。这一结果表明微重力暴露使人的有氧运动能力下降。地面卧床模拟结果与此相一致^［1］。Convertino总结了19次卧床实验结果得出最大氧耗的变化量与血浆减少量（%）呈线性正相关（r=0.84)^［15］。类似地，Greenleaf依据11次卧床实验结果得出了峰值氧耗的变化量与卧床天数(＜30 d)呈线性负相关（r=-0.77)^［5］。

血管调节能力下降Arbeille利用超声多普勒测量比较了航天员和卧床被试者的心脏、脑部、肾脏和下肢血流及其流阻，结果显示，无下体负压或腿箍等对抗措施时，微重力和模拟微重力条件下人体的血流及其流阻的变化是一致的^［16］。

最近，Shoemaker等人运用体积描记仪测量静脉阻滞后前臂血管的反应性充血和冷刺激增加交感受神经放电收缩血管等方法，对卧床后人体前臂血管的舒缩进行了研究，结果表明，-6°头低位卧床14 d，人的前臂血管舒缩调节能力显著降低^［17］。卧床后人体因受热引起反射性血管舒张的调节能力降低，且皮肤血管舒张时的核心体温阈值明显升高，即使正常室温下单位动脉压下的前臂血流均显著小于卧床前的对照值^［3］。这些结果与航天中航天员的血压调节能力下降、交感和副交感神经平衡改变进而影响热调节的资料吻合。

其它影响因素微重力环境无强迫对流时人的显热对流和潜热蒸发受阻，舒适温度约在0～7℃^［18］。而载人航天器内普遍采用强迫对流措施后，载人舱室内的环境温度一般都控制在18～27℃这一与地面相同的舒适范围内^［19］，由此不难看出，在轨飞行的载人航天器内的微小环境对航天员产热和散热之间的热平衡的影响与地面基本等效，一定程度上可以