摘要：航天和模拟微重力时研究表明：微重力与现有模拟微重力模型时人体生理学变化的主要差异表现在低压区循环和体液、电解质代谢。微重力生理研究的人体模型在进一步了解微重力对人体的生理影响和机理中不可缺少，有必要将现有人体模拟微重力模型加以改进。利用人体不同角度和不同压力制度的立位倾斜（HUT）加下体正压、头低位卧床（HDT）加上体负压，测量心血管参数、体液调节因子、肾排泄的有关指标，与航天中的相应指标对照，筛选出更接近于微重力状态的人体模拟微重力模型，使其具有一定的可行性。

中图分类号：R852.22文献标识码：A

文章编号：1002-0837(2000)03-0226-05

Analysis and Improvement Consideration of the Current Human Experimental Models of Humoral Regulation in Microgravity

WANG De-sheng,REN Wei, XIANG Qiu-lu,SUN Lei

Abstract：The main differences between physiological effects of microgravity in spaceflight and simulated microgravity on humans appeared in the circulation of the low pressure side,in humoral and electrolyte metabolism. For a further understanding of the physiological effects of microgravity, some improvement of the current human experimental models are needed. It is possible to choose more adequate models closer to the situation in microgavity through measuring cardiovascular parameters, fluid regulation and renal excretion variables under head-up tilt(HUT) plus lower body positive pressure condition, or under head-down tilt(HDT) plus upper body negative pressure in various angles and pressure levels.

Key words：weightlessness simulation;bed rest (tests);suspension;water immersion;aerospace medicine

微重力生理研究的模型一般包括人体模型^［1］和动物模型^［2］。动物模型主要用于有创性研究，在调节机理的研究中发挥重要作用。动物模型可进行心导管、脏器形态学、离体器官灌流等研究，但这些研究必须结合动物整体水平的变化综合分析。动物飞行所得结果，必须与人体的相关参数对照，不能取代直接的人体研究。因为微重力生理研究的主要目的是探索微重力对人体生理功能的影响机理，为航天员的选拔训练、飞行中的失重对抗措施及返回后治疗方案的优化提供理论依据；另外动物的一些调节机制与人体存在差异，例如动物心率主要受心肺感受器调控，而人体则主要受颈心反射调节^［3］。本文首先对模拟微重力生理效应的人体模型作一简单回顾，分析利用现有模拟微重力生理效应的人体模型的观察结果与微重力时人体生理学变化之间的主要差异，讨论人体HUT加下体正压和HDT加上体负压等方案^［4］筛选出更合理的模拟微重力生理效应模型的可行性。

模拟微重力生理效应的人体模型

微重力时人体重量消失。飞机抛物线飞行可产生20～30s的微重力和20～30s大约为1.8G超重相交替的变化。间歇性的高重力影响实验结果^［6］，同落塔方法一样，抛物线飞行不能模拟微重力的长期效应。载人航天提供了在真实微重力下研究人体生理功能的条件,但由于条件所限，1 G时模拟微重力人体模型得到了广泛采用。

Nicogossian等^［1］第一次提出人在1 G平卧位或浸水时所产生的生理效应与微重力效应相似。人类开始载人飞行前，就注意到采用模拟微重力方法进行微重力对人体生理功能影响的研究。采用模拟微重力模型进行研究，可以了解长期微重力对人体的影响和微重力时人体生理变化机理，制定有效的对抗措施。例如前苏联进行了370d的HDT实验^［5］，使长达12个月的飞行中为维持航天员的健康和活动的医药系统的建立和可能考虑到的时间及资源配比成为可能。

当前，许多模拟微重力效应的模型已作了改进，并从理论和实验上证实了这些模型具有一定效果。一般来说，模型可按致病源来分类，主要模拟的是微重力产生的生理效应；或者按症状来分类，模拟类似于微重力中或后人体的症状。第一组模型包括长期的水平卧位或HDT、浸水、从超重到正常重力的转变等；第二组模型包括用不同方法诱导运动病、身体脱水（如利尿剂和降血压药物）模拟立位性低血压等^［1］。

这些模型主要引起血液头向再分配及作用于肌肉、骨骼系统的重力负荷丧失。一般关于致病原因的概念都基于这两个主要效应，两个主要效应引发出复杂的变化，包括体液—电解质代谢紊乱、神经体液调节紊乱和肌肉萎缩等。这些效应的合并效应可以用不同模型再现。

卧床模型最普遍的模型是严格卧床（平卧或HDT）。1971年，前苏联Genin等^［6］利用9名被试者4° HDT 30 d，此后人体HDT作为模拟微重力的主要技术，并为长期HDT时人体生理学反应积累了大量信息。国内也进行了大量的HDT实验，例如：对模拟微重力时脑循环^［7］、左心功能^［8］、右心功能和肺循环^［9］、物理措施对抗HDT效应^［10］等进行了研究，取得了一些适合于国人的实验结果。

卧床和真实微重力时人体的反应相似部分显而易见，如骨质脱钙和钙失衡、循环血量减少、肌肉萎缩、立位耐力降低。然而，终点相似不能证明导致这些终点的过程和始动机制相同，卧床模型存在诸多缺点，将在后文中详述。

浸水模型从性质上讲，浸水期间血液动力学和体液—电解质代谢方面与卧床研究类似，长期浸水存在方法学问题，将在后文中详述。

水平悬吊模型水平悬吊人体模拟微重力，与卧床相比，活动相对自由，可用于改进和检测太空飞行中的体能训练方案。有研究者使被试者处于水平悬吊位，研究月球着陆准备中重力降低时的生物学机制。

其它模型卧床、浸水和悬吊模型的主要缺点是不能用于再现微重力时前庭和肺循环的反应特性。而这些效应最难模拟。一种可能方法是采用转床，使人体沿着水平轴旋转。

抗重力或抗重力服可对不同部位施加不同压力，模拟微重力时血液再分配。

静水压因素对立位耐力降低的影响方面的研究，可通过浸水池分隔成几个单元（水平和垂直）来模拟。由于每个单元水量不同，压力各异，可用于短期调控人体血液分配，再现不同水平的重力作用。

另一种模型是使人体长时间处于高重力，然后向正常重力转变。如果人体可适应高重力，能获得从高重力到1G与1G到微重力时性质相当的转变，可能非常有用，但实现难度大，当前尚无证据表明其合理性。

模拟微重力时症状的模型一种方法是长期处于旋转室中。当旋转速度为4～6次/min时，所产生的自主神经和运动不协调症状与航天员处于微重力早期的症状很类似，适应和再适应过程也相似。旋转室方法一般用于研究前庭自主神经传入冲动减少和人体对微重力早期适应过程的研究，也是一种促使人体适应微重力环境的方法。

微重力与现有模拟微重力模型时人体生理学变化的主要差异

航天可引起人体血容量减少10%～15％，人在HDT也有相似变化。血容量减少主要出现在微重力或模拟微重力早期。研究者们认为，在HDT、浸水和抛物线飞行时重力压力梯度减弱或丧失，血液和组织液从腿部转移到胸部引起中心静脉压（CVP）升高。CVP升高导致心房过度扩张，引起Henry—Gauer反射，脑接受了由过多的血容量所致的心房感受器牵张反射信息，抑制垂体后叶抗利尿激素释放，导致多尿，减少循环容量，逆转心房过度扩张。进入微重力，血容量减少的证据也存在：发射前，航天员通常处于平卧/腿部抬高位达4 h，产生多尿，一些航天员飞行前减少液体摄入，以便在发射架上避免这一情况发生；发射前不显性体液丢失可能较多，归因于服装透气功能差。这些复合因素导致进入太空前血容量已经减少。另外，航天员能量摄取低可能是水分丢失的原因之一，尤其在能量摄取不足的开始几天。糖元和蛋白质代谢使结合水的能力降低（1 g糖元结合3～4 g水，1 g蛋白质可结合8 g水），大约70％体重丢失是水分，能量摄取减少的影响与一般估计相比，对于飞行中总体的容量减少的贡献可能要大一些^［4］。尽管肾排泄减少，身体水含量仍出现减少，可能另外归因于应激活动期间出汗增多和微重力时贮存于皮下的水分增多的叠加效应。微重力早期测量了血浆容量，表明有明显减少（10%～20%）。返回后体重的重新获得发生相当缓慢，支持能量摄取的主要作用和仅仅很微小的直接水合的影响。

Gerzer等^［4］最近报道了航天中的体液平衡，特别是体液、钠的摄取和肾排泄。飞行最初几天没有观察到多尿和尿钠增加。相反，体液、钠排出和摄取与飞行前相比减少。主要表现在相当程度自愿控制体液、钠摄入，出现体液循环量减少。微重力时表现为血浆容量减少和上体水肿，主要由于体液头向转移导致溢出（血管内体液溢出到血管外空间）增多。1 G模拟微重力模型对微重力时体液转移有效。

最近，Norsk的文章指出：微重力和模拟微重力时肾和内分<