不同方向超重作用下(犬)心血管系统反应规律的探讨
作者：薛月英 刘光远 谢宝生 程学尧 王彦昌
单位：航天医学工程研究所，北京 100094
关键词：加速度应激(生理)；心血管系统；变化
航天医学与医学工程000206摘要： 目的 探讨不同方向超重作用下机体心血管系统的变化规律。 方法 在动物离心机上将氯醛醣轻度麻醉的狗以不同体位背角暴露到重力作用中。 结果 随着超重方向由+Gz向+Gx方向的改变，超重对机体的影响呈现由以头部水平动脉压降低为主向着以中心静脉压升高为主的特点转移，机体心血管系统的反应由以动脉系统升压反射为主向着以心脏活动抑制现象为主的方向转移，在75°附近是两者的转折点。 结论 研究结果对全面认识超重作用下机体心血管系统反应特点具有重要意义，对航空航天超重防护座椅背角的合理选择提供了理论参考。
中图分类号：R852.21 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(2000)02-0104-05
, 百拇医药
Cardiovascular Reactions to Gravitational Force in Different Directions.
XUE Yue-ying, LIU Guang-yuan,XIE Bao-sheng,CHENG Xue-yao,WANG Yan-chang.
Abstract： Objective To observe the features of the cardiovascular reactions to gravitational forces along different axes of the body. Method Dogs were exposed to gravitational forces along axes of body on an animal centrifuge. Result It was found that when the direction of G force changed from +Gz to +Gx,the predominating effect on the cardiovascular system changed from the drop of eye level blood pressure to the increase of central venous pressure,and the reactions of the organism changed from a presson reflex of the arterial system to the inhibition of cardiac activities at higher G levels. The turning point was found to be at the back angle of 75°with respect to the direction of the gravitational force. Conclusion These findings provide an important reference for choosing the optimal seat back angle in a manned space vehicle.
, 百拇医药
Key words：acceleration stress (physiology);cardiovascular system;variation
超重对机体心血管系统的影响一直是重力生理研究的一个重要课题。几十年来，国内外学者相继在这方面开展了大量的研究，其中关于+Gz 和+Gx方向的重力作用研究最多，规律性也了解得比较清楚[1～7]。但是，有关G方向由+Gz向着+Gx转变过程中的机体心血管系统的变化规律尚未见有报道。近些年来，由于高过载防护的需要，人们在围绕用后倾座椅提高抗超重效能的研究中也对部分背角超重作用下某些心血管参数的变化做了些研究[8～10]，然而对于重力方向转变过程中机体心血管系统反应的转变规律仍缺乏系统深入的探讨。这一问题的研究对于全面认识人-机-环境系统中超重特因条件下机体的心血管系统反应特点具有重要意义，同时对合理选择航空航天飞行器的座椅背角也是重要的理论参考。
方 法
, 百拇医药
实验对象和手术处理 实验用雄性、成年杂种狗24只，体重12.9±2.2 kg(军事医学科学院动物场提供)。在氯醛醣轻度麻醉下(100 mg/kg,iv.)及肝素化处理后施行手术，于X光下用尖端带有微型压力传感器的心导管将各测压传感器分别置于主动脉弓、右心房供测量主动脉压、右心房压；在左颈总动脉处插入装有生理盐水的三通管，并与置于眼水平处的压力传感器相接供测量眼水平动脉压用。
G作用与体位背角(α) 实验在航天医学工程研究所的的半径为1.5 m的动物离心机上进行。超重作用为梯形曲线，上升速率与下降速率均为0.5 G/s，平台持续30 s，峰值有2.5 G、3.0 G，3.5 G、4.0 G、4.5 G，5.0 G、5.5 G、6.0 G，及7.0 G、8.0 G、9.0 G、10.0 G、12.0 G、14.0 G共4组。实验时狗的体位背角(即其体纵轴与G矢量的夹角(α)分别取15°、30°、45°、60°、75°和90°等6种(部分狗增做80°、85°背角)，图1为超重作用G矢量与狗体纵轴的关系。
, 百拇医药
检测指标和实验中止指标 实验中检测心电图(胸腋导,ECG，)、主动脉压(ABP)、眼水平动脉压(EBP)、右心房压(RABP)、心-眼距、G值及体位背角(α)等指标。中止指标包括：平台作用10s后的眼水平动脉收缩压(ESBP)≤4.00 kPa(30 mmHg)；G值作用中发生6次以上早搏，或室性、结性节律等心律失调现象；G值作用中发生心动过缓，心率<70 bpm，或窦性停搏等严重心脏抑制现象等。
实验程序 考虑排除多次G值作用的累积效应，将24只狗随机均分成A、B、C、D4组，每组各有6只，编号1＃～6＃。双号狗以背角的升序、单号狗以背角的降序进行实验。每组狗试验的体位角及其承受G值如表1。
图1 超重G与体纵轴的关系
Fig.1 The relationship of acceleration force G to body vertical axis
, 百拇医药
α-the back angle of body
表1 实验程序
Table 1 The test program group
G(G)
α (the back angle of body)
15°
30°
45°
60°
75°
90°
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A
2.5
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D
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9.0
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10.0
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√
14.0
√
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Note:“√”showed to test under this condition
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数据分析 用G作用前0～5 s内的平均值为对照值；G作用平台第20～29 s的平均值为超重作用值。用Warner公式[2]计算心脏每搏量(SV)：SV＝(ASBP-ADBP)×Ts，式中的ASBP、ADSB分别为主动脉脉搏波的收缩压、舒张压，Ts为收缩时间，HR为心率，R 为平均外周阻力，SV为每搏量，CO为每分钟心输出量。CO和R分别用下列公式计算：CO＝SV×HR； R＝[ADBP+(ASBP-ADBP)/3]/CO。
结 果
终点指标的变化 在不同背角超重作用下，机体达到耐力终点的指标不同。当α＝15°～75°时，超重作用下全部狗都因眼水平动脉压降低[ESBP≤4.000 kPa (30 mmHg)]而达耐力终点。当α＝90°时，直到10～16 G作用时狗都未发生上述情况，但都出现了窦性停搏、窦性心动过缓，或频发的、甚至多源的各种早搏等心律失调现象而达耐力终点。
, 百拇医药
15°背角时的心血管系统反应规律 在G值作用下眼水平动脉压迅速降低，当3.0 G时ESBP已由转前的18.399 kPa(138 mmHg)下降到4.666 kPa(35 mmHg)左右；在此同时，右心房压呈现负压水平；随G值升高，SV和CO迅速降低，而HR迅速加快，R迅速增大(图2)。由图2可见，各参数的反应规律与以往的有关报道相似[1～5]。
图2 15°背角超重作用下的心血管系统反应
Fig.3 The changes of cardiovascular system during acceleration at α=15°
90°背角时机体心血管系统反应规律 反映中心静脉压的RABP变化十分明显，随作用G的加大迅速升高，当7.0 G时已由转前的0.133 kPa(1 mmHg)左右升高到2.926 kPa(22 mmHg)左右(图3)。在90°背角超重作用下机体的心脏节律，随作用G的加大逐渐出现呼吸性心律不齐、窦性心动过缓、窦性停搏等心脏抑制现象，并有偶发、乃至频发早搏等心律失调，G值越高心律失调现象越加重。由图3可见，各参数的反应规律与以往的有关报道相似[1，3，6]。
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图3 90°背角超重作用下的心血管系统反应
Fig.3 The changes of cardiovascular system during acceleration at α= 90°
心血管系统反应的移行变化 当作用G与体纵轴的夹角(即α)在15°、90°之间时，机体心血管系统变化规律的特征介于上述两种情况之间。
ESBP及ASBP的变化 由图4可见，在α<75°的G作用中，各背角的ESBP变化趋势与15°时的相似，都随G值的加大而降低，只是同样G值下的ESBP降低速率是不同的，背角越大降低越少。当75°时ESBP的下降速率已明显低于15°～60°背角的，90°时的ESBP则维持基本不变。由图5可见，ASBP变化趋势与ESBP的大致相似。在α<75°的G作用下，各背角的ASBP变化与15°时的大致相似，G值作用中ASBP都稍低于转前对照值，且随着G的加大其降低越多；但在同样G值下随背角加大其降低量减少。当α为75°、90°时，随G加大ASBP都基本未变或仅略有降低，与其它角度不相似。
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图4 不同背角超重作用下的ESBP的变化
Fig.4 The ESBP changes during acceleration effect at different body back angles (α=15°～90°)
图5 不同背角超重作用下的ASBP的变化
Fig.5 The ASBP changes during acceleration effect at different back angles of body(α=15°～90°)
右心房压的变化 当α<75°时，RABP都呈负压；当α＝75°时，RABP在0 mmHg附近摆动；当α大于75°时，RABP都大于0 mmHg，且在相同α时，作用G越大RABP上升得越高(图6)。
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图6 不同背角超重作用下的RABP的变化
Fig.6 The RABP changes during acceleration effectat different body back angles (α=15°～90°)
心率的变化 当α≤60°时，G作用中狗的心率都比转前加快，但加快程度以15°时为甚，其后随背角加大其加快程度渐低。自75°起，有部分狗旋转中出现心率减慢低于对照值，而且背角越大发生此现象的动物比例越多，75°、80°、85°及90°时分别有2/23、3/9、3/9及12/23。同时还观察到，心率的减慢与动物的RABP水平有关，当发生心率减慢时狗的RABP都大于0 kPa,约为1.945±2.0380 kPa (14.6±15.3 mmHg)。
心脏节律的变化 在α<75°时，绝大多数狗呈现快速匀齐的窦性心律。当α≥75°时，随着G值加大，部分狗不同程度地发生呼吸性心律不齐、窦性心动过缓、窦性停搏等心迷走抑制现象，时而还伴有偶发、频发的各种早搏等心律失调。还观察到，随着背角的加大及RABP的升高狗心律失调的发生率逐渐地增大。RABP为1.33、2.66、3.995.32、6.65、7.98 kPa，心率失调发生率，分别为5%、8%、17%、33%和88%。
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每搏量(SV)、心输出量(CO)和平均外周阻力(R)的变化 在不同方向G作用下,随着背角加大机体的SV、CO及R也都呈现移行性改变(图7)。在+3G作用下，狗的SV和CO都比转前对照值减少，但15°时为最甚，而后随背角增大其减少程度渐低；与此同时，狗的R都比转前加大，但R加大程度以15°时为甚，而后随着背角增大其加大程度渐低。
图7 不同方向超重作用下(3G)的SV、CO和R的变化
Fig.7 The changes of SV,CO and R during acceleration effect(3G) at different body back angles (α= 15°～90°)
讨 论
结果显示，在不同方向重力作用下，随着重力作用由Z轴方向向X轴方向改变，超重对机体眼水平动脉压的影响越来越小，对右心房压的影响越来越大，机体心血管系统的反应逐渐地由以+Gz反应特点为主向着以+Gx反应特点为主的方向转移。进一步分析看到，当α<75°时，狗的右心房压一般都是降低的，心率是加快的，心脏呈快速匀齐窦性心律，呈现以+Gz反应特点为主的变化规律；当α=75°时，约有半数狗都发生右房压升高，其中少数还伴有心率减慢、轻度呼吸性心率不齐现象；当α>75°后，大多数狗发生右房压升高，心率减慢，呼吸性心律不齐现象，心律失调的发生率也都增加了，呈现以+Gx反应特点为主的变化规律。实验结果表明，75°背角附近是超重作用下机体心血管系统的变化开始呈现以+Gx反应特点为主的转折点。
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关于+Gz作用下及+Gx作用下的机体心血管系统反应特点已为大家所熟悉[1～7]。从这些研究知道，重力的生物学效应对心血管系统主要作用是使沿重力作用方向上的静水压加大、以及对脏器挤压力的加大。从脊椎动物机体的自身结构特点来看，其主要的大血管和骨骼支持系统都是沿着体纵轴(即Z轴)分布的。因此，在+Gz作用时，由于挤压力部分地被骨骼的支撑力所抵消，静水压的作用成为主要的。它使得心脏以上部位血压迅速下降，大量血液转向并淤积身体下部，进而使回心血量减少，心输出量降低，进一步影响头部水平动脉压的维持。而体内的颈动脉窦、主动脉弓压力等压力感受器对压力变化十分敏感，它们通过加快心率、加大心肌收缩力及增强全身外周血管阻力等代偿反应使得血压得以维持在一定水平上。在+Gx作用时，由于重力作用方向与大血管相垂直，血管树内的各点的静水压差很小，因而挤压力成为主要作用力。使得体内脏器发生移位、形变，呼吸动作变得困难，右心等低压区的压力升高等，并导致动脉氧饱和度降低以及体内植物神经调节失调等等，综合效应往往引起心动过缓、心律失调等现象[10，11]。
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环境因素-超重作用力是一个矢量。当其与机体纵轴成α角作用时，机体会同时受到+Gz和+Gx两个分力的作用，其中，+Gz=|G|COSα，+Gx=|G|SINα。因而，随着体位背角α从0°向90°加大，+Gz分力将逐渐地减小,而+Gx分力将逐渐增大，当α＝75°时，+Gx分力等于+Gz分力的3.7倍，已成为主导作用力了(如图1)。
机体的心血管系统存在丰富的感受器，它们在机体生理反应中起着重要作用且各具特点。其中，颈动脉窦、主动脉弓压力感受器在动脉压调节方面起重要作用；右心房等心脏低压区压力感受器在动脉血压调节中也有重要作用。如右心房压轻度升高可引起心率加快，稍大幅度升高可使心率减慢继而血压降低增加。一些研究还表明，中心血量的轻度降低使心肺低压区压力感受器兴奋性增高，它们对循环血量的轻度改变较之高压感受器更为敏感。这些感受器在循环调节中的作用通过中枢系统互相协调，调节机体有关系统的应激活动。结合本研究结果，当α<75°时，ESBP比转前降低，RABP为负压，因而颈动脉窦、主动脉弓等的高压感受器与心脏低压区压力感受器的反应方向是基本一致的，互相促进的，经过中枢的整合作用机体便发生如HR加快，R加大，心肌收缩力增强等有利于动脉压回升的一系列反应。当α>75°时，ESBP基本维持不变，颈动脉压力感受器所受刺激量大大减少了；与此同时RABP转为正值，有的甚至升高到37mmHg,明显地高于α<75°时的和寻常状态的RABP值，因而右心等低压区压力感受器的刺激比先前时的大大地增加了，经过中枢的整合作用机体便发生了对心脏活动抑制的一系列反应。
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综合以上分析，主要由于环境因素G作用方向的改变，加上动物机体自身的结构特点和生理反应调节特点等的共同效应，使得在不同方向超重作用下机体的心血管系统反应发生了上述规律性转移。
随着航空技术的飞速发展，飞行中的G-LOC现象逐渐增多，高超重防护问题变得越来越重要，“随空布局”不失为一种有效的防护措施。但是，如何合理选择舱内座椅背角则是至关重要的。本研究结果不仅对全面认识人-机-环境中超重作用时心血管系统的变化规律具有重要意义，同时在一定程度上也为航空航天超重防护座椅背角的合理选择提供了理论依据。
[参考文献]
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收稿日期：1999-06-30, 百拇医药
单位：航天医学工程研究所，北京 100094
关键词：加速度应激(生理)；心血管系统；变化
航天医学与医学工程000206摘要： 目的 探讨不同方向超重作用下机体心血管系统的变化规律。 方法 在动物离心机上将氯醛醣轻度麻醉的狗以不同体位背角暴露到重力作用中。 结果 随着超重方向由+Gz向+Gx方向的改变，超重对机体的影响呈现由以头部水平动脉压降低为主向着以中心静脉压升高为主的特点转移，机体心血管系统的反应由以动脉系统升压反射为主向着以心脏活动抑制现象为主的方向转移，在75°附近是两者的转折点。 结论 研究结果对全面认识超重作用下机体心血管系统反应特点具有重要意义，对航空航天超重防护座椅背角的合理选择提供了理论参考。
中图分类号：R852.21 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(2000)02-0104-05
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Cardiovascular Reactions to Gravitational Force in Different Directions.
XUE Yue-ying, LIU Guang-yuan,XIE Bao-sheng,CHENG Xue-yao,WANG Yan-chang.
Abstract： Objective To observe the features of the cardiovascular reactions to gravitational forces along different axes of the body. Method Dogs were exposed to gravitational forces along axes of body on an animal centrifuge. Result It was found that when the direction of G force changed from +Gz to +Gx,the predominating effect on the cardiovascular system changed from the drop of eye level blood pressure to the increase of central venous pressure,and the reactions of the organism changed from a presson reflex of the arterial system to the inhibition of cardiac activities at higher G levels. The turning point was found to be at the back angle of 75°with respect to the direction of the gravitational force. Conclusion These findings provide an important reference for choosing the optimal seat back angle in a manned space vehicle.
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Key words：acceleration stress (physiology);cardiovascular system;variation
超重对机体心血管系统的影响一直是重力生理研究的一个重要课题。几十年来，国内外学者相继在这方面开展了大量的研究，其中关于+Gz 和+Gx方向的重力作用研究最多，规律性也了解得比较清楚[1～7]。但是，有关G方向由+Gz向着+Gx转变过程中的机体心血管系统的变化规律尚未见有报道。近些年来，由于高过载防护的需要，人们在围绕用后倾座椅提高抗超重效能的研究中也对部分背角超重作用下某些心血管参数的变化做了些研究[8～10]，然而对于重力方向转变过程中机体心血管系统反应的转变规律仍缺乏系统深入的探讨。这一问题的研究对于全面认识人-机-环境系统中超重特因条件下机体的心血管系统反应特点具有重要意义，同时对合理选择航空航天飞行器的座椅背角也是重要的理论参考。
方 法
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实验对象和手术处理 实验用雄性、成年杂种狗24只，体重12.9±2.2 kg(军事医学科学院动物场提供)。在氯醛醣轻度麻醉下(100 mg/kg,iv.)及肝素化处理后施行手术，于X光下用尖端带有微型压力传感器的心导管将各测压传感器分别置于主动脉弓、右心房供测量主动脉压、右心房压；在左颈总动脉处插入装有生理盐水的三通管，并与置于眼水平处的压力传感器相接供测量眼水平动脉压用。
G作用与体位背角(α) 实验在航天医学工程研究所的的半径为1.5 m的动物离心机上进行。超重作用为梯形曲线，上升速率与下降速率均为0.5 G/s，平台持续30 s，峰值有2.5 G、3.0 G，3.5 G、4.0 G、4.5 G，5.0 G、5.5 G、6.0 G，及7.0 G、8.0 G、9.0 G、10.0 G、12.0 G、14.0 G共4组。实验时狗的体位背角(即其体纵轴与G矢量的夹角(α)分别取15°、30°、45°、60°、75°和90°等6种(部分狗增做80°、85°背角)，图1为超重作用G矢量与狗体纵轴的关系。
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检测指标和实验中止指标 实验中检测心电图(胸腋导,ECG，)、主动脉压(ABP)、眼水平动脉压(EBP)、右心房压(RABP)、心-眼距、G值及体位背角(α)等指标。中止指标包括：平台作用10s后的眼水平动脉收缩压(ESBP)≤4.00 kPa(30 mmHg)；G值作用中发生6次以上早搏，或室性、结性节律等心律失调现象；G值作用中发生心动过缓，心率<70 bpm，或窦性停搏等严重心脏抑制现象等。
实验程序 考虑排除多次G值作用的累积效应，将24只狗随机均分成A、B、C、D4组，每组各有6只，编号1＃～6＃。双号狗以背角的升序、单号狗以背角的降序进行实验。每组狗试验的体位角及其承受G值如表1。
图1 超重G与体纵轴的关系
Fig.1 The relationship of acceleration force G to body vertical axis
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α-the back angle of body
表1 实验程序
Table 1 The test program group
G(G)
α (the back angle of body)
15°
30°
45°
60°
75°
90°
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A
2.5
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3.5
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Note:“√”showed to test under this condition
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数据分析 用G作用前0～5 s内的平均值为对照值；G作用平台第20～29 s的平均值为超重作用值。用Warner公式[2]计算心脏每搏量(SV)：SV＝(ASBP-ADBP)×Ts，式中的ASBP、ADSB分别为主动脉脉搏波的收缩压、舒张压，Ts为收缩时间，HR为心率，R 为平均外周阻力，SV为每搏量，CO为每分钟心输出量。CO和R分别用下列公式计算：CO＝SV×HR； R＝[ADBP+(ASBP-ADBP)/3]/CO。
结 果
终点指标的变化 在不同背角超重作用下，机体达到耐力终点的指标不同。当α＝15°～75°时，超重作用下全部狗都因眼水平动脉压降低[ESBP≤4.000 kPa (30 mmHg)]而达耐力终点。当α＝90°时，直到10～16 G作用时狗都未发生上述情况，但都出现了窦性停搏、窦性心动过缓，或频发的、甚至多源的各种早搏等心律失调现象而达耐力终点。
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15°背角时的心血管系统反应规律 在G值作用下眼水平动脉压迅速降低，当3.0 G时ESBP已由转前的18.399 kPa(138 mmHg)下降到4.666 kPa(35 mmHg)左右；在此同时，右心房压呈现负压水平；随G值升高，SV和CO迅速降低，而HR迅速加快，R迅速增大(图2)。由图2可见，各参数的反应规律与以往的有关报道相似[1～5]。
图2 15°背角超重作用下的心血管系统反应
Fig.3 The changes of cardiovascular system during acceleration at α=15°
90°背角时机体心血管系统反应规律 反映中心静脉压的RABP变化十分明显，随作用G的加大迅速升高，当7.0 G时已由转前的0.133 kPa(1 mmHg)左右升高到2.926 kPa(22 mmHg)左右(图3)。在90°背角超重作用下机体的心脏节律，随作用G的加大逐渐出现呼吸性心律不齐、窦性心动过缓、窦性停搏等心脏抑制现象，并有偶发、乃至频发早搏等心律失调，G值越高心律失调现象越加重。由图3可见，各参数的反应规律与以往的有关报道相似[1，3，6]。
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图3 90°背角超重作用下的心血管系统反应
Fig.3 The changes of cardiovascular system during acceleration at α= 90°
心血管系统反应的移行变化 当作用G与体纵轴的夹角(即α)在15°、90°之间时，机体心血管系统变化规律的特征介于上述两种情况之间。
ESBP及ASBP的变化 由图4可见，在α<75°的G作用中，各背角的ESBP变化趋势与15°时的相似，都随G值的加大而降低，只是同样G值下的ESBP降低速率是不同的，背角越大降低越少。当75°时ESBP的下降速率已明显低于15°～60°背角的，90°时的ESBP则维持基本不变。由图5可见，ASBP变化趋势与ESBP的大致相似。在α<75°的G作用下，各背角的ASBP变化与15°时的大致相似，G值作用中ASBP都稍低于转前对照值，且随着G的加大其降低越多；但在同样G值下随背角加大其降低量减少。当α为75°、90°时，随G加大ASBP都基本未变或仅略有降低，与其它角度不相似。
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图4 不同背角超重作用下的ESBP的变化
Fig.4 The ESBP changes during acceleration effect at different body back angles (α=15°～90°)
图5 不同背角超重作用下的ASBP的变化
Fig.5 The ASBP changes during acceleration effect at different back angles of body(α=15°～90°)
右心房压的变化 当α<75°时，RABP都呈负压；当α＝75°时，RABP在0 mmHg附近摆动；当α大于75°时，RABP都大于0 mmHg，且在相同α时，作用G越大RABP上升得越高(图6)。
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图6 不同背角超重作用下的RABP的变化
Fig.6 The RABP changes during acceleration effectat different body back angles (α=15°～90°)
心率的变化 当α≤60°时，G作用中狗的心率都比转前加快，但加快程度以15°时为甚，其后随背角加大其加快程度渐低。自75°起，有部分狗旋转中出现心率减慢低于对照值，而且背角越大发生此现象的动物比例越多，75°、80°、85°及90°时分别有2/23、3/9、3/9及12/23。同时还观察到，心率的减慢与动物的RABP水平有关，当发生心率减慢时狗的RABP都大于0 kPa,约为1.945±2.0380 kPa (14.6±15.3 mmHg)。
心脏节律的变化 在α<75°时，绝大多数狗呈现快速匀齐的窦性心律。当α≥75°时，随着G值加大，部分狗不同程度地发生呼吸性心律不齐、窦性心动过缓、窦性停搏等心迷走抑制现象，时而还伴有偶发、频发的各种早搏等心律失调。还观察到，随着背角的加大及RABP的升高狗心律失调的发生率逐渐地增大。RABP为1.33、2.66、3.995.32、6.65、7.98 kPa，心率失调发生率，分别为5%、8%、17%、33%和88%。
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每搏量(SV)、心输出量(CO)和平均外周阻力(R)的变化 在不同方向G作用下,随着背角加大机体的SV、CO及R也都呈现移行性改变(图7)。在+3G作用下，狗的SV和CO都比转前对照值减少，但15°时为最甚，而后随背角增大其减少程度渐低；与此同时，狗的R都比转前加大，但R加大程度以15°时为甚，而后随着背角增大其加大程度渐低。
图7 不同方向超重作用下(3G)的SV、CO和R的变化
Fig.7 The changes of SV,CO and R during acceleration effect(3G) at different body back angles (α= 15°～90°)
讨 论
结果显示，在不同方向重力作用下，随着重力作用由Z轴方向向X轴方向改变，超重对机体眼水平动脉压的影响越来越小，对右心房压的影响越来越大，机体心血管系统的反应逐渐地由以+Gz反应特点为主向着以+Gx反应特点为主的方向转移。进一步分析看到，当α<75°时，狗的右心房压一般都是降低的，心率是加快的，心脏呈快速匀齐窦性心律，呈现以+Gz反应特点为主的变化规律；当α=75°时，约有半数狗都发生右房压升高，其中少数还伴有心率减慢、轻度呼吸性心率不齐现象；当α>75°后，大多数狗发生右房压升高，心率减慢，呼吸性心律不齐现象，心律失调的发生率也都增加了，呈现以+Gx反应特点为主的变化规律。实验结果表明，75°背角附近是超重作用下机体心血管系统的变化开始呈现以+Gx反应特点为主的转折点。
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关于+Gz作用下及+Gx作用下的机体心血管系统反应特点已为大家所熟悉[1～7]。从这些研究知道，重力的生物学效应对心血管系统主要作用是使沿重力作用方向上的静水压加大、以及对脏器挤压力的加大。从脊椎动物机体的自身结构特点来看，其主要的大血管和骨骼支持系统都是沿着体纵轴(即Z轴)分布的。因此，在+Gz作用时，由于挤压力部分地被骨骼的支撑力所抵消，静水压的作用成为主要的。它使得心脏以上部位血压迅速下降，大量血液转向并淤积身体下部，进而使回心血量减少，心输出量降低，进一步影响头部水平动脉压的维持。而体内的颈动脉窦、主动脉弓压力等压力感受器对压力变化十分敏感，它们通过加快心率、加大心肌收缩力及增强全身外周血管阻力等代偿反应使得血压得以维持在一定水平上。在+Gx作用时，由于重力作用方向与大血管相垂直，血管树内的各点的静水压差很小，因而挤压力成为主要作用力。使得体内脏器发生移位、形变，呼吸动作变得困难，右心等低压区的压力升高等，并导致动脉氧饱和度降低以及体内植物神经调节失调等等，综合效应往往引起心动过缓、心律失调等现象[10，11]。
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环境因素-超重作用力是一个矢量。当其与机体纵轴成α角作用时，机体会同时受到+Gz和+Gx两个分力的作用，其中，+Gz=|G|COSα，+Gx=|G|SINα。因而，随着体位背角α从0°向90°加大，+Gz分力将逐渐地减小,而+Gx分力将逐渐增大，当α＝75°时，+Gx分力等于+Gz分力的3.7倍，已成为主导作用力了(如图1)。
机体的心血管系统存在丰富的感受器，它们在机体生理反应中起着重要作用且各具特点。其中，颈动脉窦、主动脉弓压力感受器在动脉压调节方面起重要作用；右心房等心脏低压区压力感受器在动脉血压调节中也有重要作用。如右心房压轻度升高可引起心率加快，稍大幅度升高可使心率减慢继而血压降低增加。一些研究还表明，中心血量的轻度降低使心肺低压区压力感受器兴奋性增高，它们对循环血量的轻度改变较之高压感受器更为敏感。这些感受器在循环调节中的作用通过中枢系统互相协调，调节机体有关系统的应激活动。结合本研究结果，当α<75°时，ESBP比转前降低，RABP为负压，因而颈动脉窦、主动脉弓等的高压感受器与心脏低压区压力感受器的反应方向是基本一致的，互相促进的，经过中枢的整合作用机体便发生如HR加快，R加大，心肌收缩力增强等有利于动脉压回升的一系列反应。当α>75°时，ESBP基本维持不变，颈动脉压力感受器所受刺激量大大减少了；与此同时RABP转为正值，有的甚至升高到37mmHg,明显地高于α<75°时的和寻常状态的RABP值，因而右心等低压区压力感受器的刺激比先前时的大大地增加了，经过中枢的整合作用机体便发生了对心脏活动抑制的一系列反应。
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综合以上分析，主要由于环境因素G作用方向的改变，加上动物机体自身的结构特点和生理反应调节特点等的共同效应，使得在不同方向超重作用下机体的心血管系统反应发生了上述规律性转移。
随着航空技术的飞速发展，飞行中的G-LOC现象逐渐增多，高超重防护问题变得越来越重要，“随空布局”不失为一种有效的防护措施。但是，如何合理选择舱内座椅背角则是至关重要的。本研究结果不仅对全面认识人-机-环境中超重作用时心血管系统的变化规律具有重要意义，同时在一定程度上也为航空航天超重防护座椅背角的合理选择提供了理论依据。
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收稿日期：1999-06-30, 百拇医药