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编号:10261198
秋千摆动和倒视刺激对动态姿态平衡的影响
http://www.100md.com 《中华航空航天医学杂志》 2000年第2期
     作者:古华光 裴静琛 童伯伦 张新颖 刘志强

    单位:(100094 北京,航天医学工程研究所)

    关键词:姿势;秋千试验;倒视试验;运动病

    中华航空航天医学杂志000208 【摘要】 目的 观察秋千摆动和倒视刺激对动态姿态平衡的影响,探讨视觉、本体觉和前庭觉在姿态平衡中的贡献。 方法 16名受试者进行秋千摆动测试,秋千测试前后进行动态姿态平衡测试(感觉整合测试,有6种测试状态);另外10名受被者进行上下倒视刺激,倒视刺激前后进行动态姿态平衡测试。 结果 秋千摆动刺激后运动病症状明显,综合平衡分降低有显著性意义,测试状态4对应的平衡分、策略分和视觉贡献降低有显著性意义。倒视刺激后运动病症状较轻,综合平衡分没有变化,而测试状态2对应的平衡分、策略分和本体觉降低有显著性意义。 结论 秋千摆动刺激和倒视刺激在不同程度上对姿态平衡和运动策略有影响,对感觉整合机制有影响。
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    【中国图书资料分类法分类号】 R852.31

    Effects of motion sickness evoked by parallel swing and reversed visual stimulation on dynamic posture equilibrium

    GU Huaguang, PEI Jingchen, TONG Bolun,et al.

    (Institute of Space Medico-Engineering, Beijing 100094, China)

    【Abstract】 Objective To explore the effects of parallel swing and reversed vision stimulation on posture equilibrium. Methods Dynamic posture tests(Sensory Organization Test, including 6 condition) were run in subjects pre-and post-parallel swing stimulation(n=16) and reversed visual stimulation(n=10). Results The motion sickness scores post swing stimulation were significantly higher than those post reverse visual stimulation. The composite equilibrium scores were significantly decreased in subjects post parallel swing stimulation, but unchanged in subjects post reversed visual stimulation. The equilibrium and the strategy scores of condition 4 and the contribution of vision were significantly decreased post swing. The equilibrium and the strategy score of condition 2 and the contribution of somatosensation were decreased significantly in subjects post reversed visual simulation. Conclusion The results demonstrated that postural equilibrium, motion strategy and mechanism of sensory organization were influenced in different degree by parallel swing stimulation and reversed visual stimulation.
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    【Key words】 Posture; Swing test; Reversed vision test; Motion sickness

    人体姿态平衡的维持依靠中枢对视、前庭和本体感受器的感觉输入信息的整合协调。航天员初进入太空飞行和返回地面,因重力环境的改变,感觉-运动机制和策略也发生改变,出现姿态和步态不稳的现象,这是航天医学的一大难题[1]。以前基于测试方法和设备的原因,只能进行静态姿态平衡测试,如测试重心运动曲线和重心的晃摆幅度或速度等,但不能测试视、前庭和本体感觉在姿态平衡中的相对贡献[2,3]。动态姿态平衡测试系统和方法的出现,使之能够分别测试视觉、前庭觉和本体感觉在姿态平衡中的相对贡献[4-9]。笔者通过观察平行秋千摆动刺激和倒视镜刺激后动态姿态平衡的变化,探讨姿态平衡和视觉、本体觉和前庭觉的贡献。

    对象和方法
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    一、对象

    16名18~20岁健康男性参与秋千刺激试验。另外10名19~23岁健康男性参与上下倒视试验。

    二、方法

    1.设备:①电动四柱平行秋千(航天医学工程研究所研制),摆长6 m,摆角45°,频率0.22 Hz,最大线性加速度3.92 m/s2,以此设备产生的线加速度作为耳石器刺激源,诱发运动病。②上下倒视镜能使视野发生上下颠倒,视野范围为100°×18°,以此作为视觉异常刺激源。③动态姿态平衡仪(EquiTest System, 美国NeuroCom公司生产),主要测试项目之一是感觉整合测试(sensory organization test, SOT)。SOT测试有6种状态,如表1。

    表1 SOT测试的6种状态

    Tab 1 Six conditions of SOT SOT状态
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    SOT condition

    视景

    Visual scenary

    平台

    Platform

    正确的感觉反馈

    Accurate sensory feedback

    有变化的感觉反馈

    Altered sensory feedback

    1

    静止

, 百拇医药     Still

    静止

    Still

    视、前庭、本体

    Vision,vestibula,somatosensation

    -

    2

    静止(闭眼)

    Still (eye closed)

    静止

    Still

    前庭、本体
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    Vestibula,somatosensation

    -

    3

    动

    Moving

    静止

    Still

    前庭、本体

    Vestibula,somatosensation

    视

    Vision

    4
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    静止

    Still

    动

    Moving

    视、前庭

    Vision,vestibula

    本体

    Somatosensation

    5

    静止(闭眼)

    Still (eye closed)

    动
, 百拇医药
    Moving

    前庭

    Vestibula

    本体

    Somatosensation

    6

    动

    Moving

    动

    Moving

    前庭

    Vestibula

    视、本体
, 百拇医药
    Vision,somatosensation

    SOT测试原理:NeuroCom公司研究认为人体以脚为轴可前后晃动的最大范围为12.5°。根据该原理将平衡能力量化,量化为公式(1):

    ES=100×[12.5-(θmaxmin)]/12.5 (1)

    ES(Equilibrium Score)为平衡分,分值越高,表示前后晃动的幅度小,即平衡能力越高。θmax为该次测试向前晃动的最大幅度,θmin为该次测试向后晃动的最大幅度(负号)。根据上述公式得出6种状态的平衡分,分数越高表示维持平衡的能力越强,用此进一步计算出策略分、综合平衡分和感觉分等指标:①平衡分:SOT 1~6为6种测试状态的平衡分,反映相应状态的平衡能力。综合平衡分为6项平衡分加权平均,反映综合平衡能力。②感觉分:感觉分为平衡分的相对比或平衡分组合的相对比,反映各感受器在维持姿态平衡中的贡献,见公式(2)。③运动策略分:衡量人体在维持平衡过程中采取的关节运动策略。人体维持姿态平衡过程中,踝关节和髋关节会随重心的变化而运动以达到维持平衡的目的。以踝关节运动为主的踝关节策略维持平衡的能力高。在该仪器中,每个SOT状态有相应的策略分,策略分计算如公式(3)。
, 百拇医药
    本体觉=100×SOT2/SOT1

    视觉=100×SOT4/SOT1

    前庭觉=100×SOT5/SOT1

    视参照=100×(SOT3+SOT6)/(SOT2+SOT5) (2)

    运动策略分=100×[1-(最大水平切向力-

    最小水平切向力/25)] (3)

    若策略分接近于100,表示以踝关节策略维持平衡;策略分接近于0,表示以髋关节策略维持平衡。

    2.试验程序:①秋千试验:受试者秋千试验前后都进行动态姿态平衡测试。坐于秋千吊椅中,睁眼、头靠于后椅上不动,进行秋千摆动刺激,摆动时间15 min,或刺激过程中出现中等程度的恶心时终止刺激,记录受试者运动病症状和耐受时间。刺激结束后受试者经轮椅运输至平衡仪进行动态姿态平衡测试。②上下倒视试验:受试者在上下倒视试验前后进行姿态平衡测试。受试者戴倒视镜,在面积为10.0 m×6.5 m的大房间内,沿一条首尾相接的曲折通道行走。通道全长(1周)45 m,宽0.8~1.2 m,途中有6个90°左转弯,5个90°右转弯,1个180°右转弯和3个台阶。受试者反复沿通道行走,直至出现中等程度恶心或最多6周为止。观察植物神经反应症状。运动病症状和严重程度按Graybiel运动病症状评分法评定运动病症状严重程度。
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    3.数据的统计分析:数据以±s表示,试验前后采用配对t检验比较显著性差异。

    结果

    一、秋千摆动和上下倒视刺激后的运动病症状严重程度

    秋千刺激后,运动病6人,重度不适8人,中度及轻度不适2人。运动病症状分值平均为13.4±6.9分。上下倒视刺激后重度不适4人,中度不适2人,轻度不适2人,无不适2人;运动病症状分值平均为5.5±5.3分。秋千刺激后的运动病症状明显高于上下倒视刺激后的运动病症状(P<0.01,t=3.284, 组间t检验)。

    二、秋千刺激后平衡分、策略分和感觉分的变化

    综合平衡分(compsite equilibrium score, COMP)降低有显著性意义(P<0.05),状态4平衡分和策略分降低降低有显著性意义(P<0.05),见表2;视觉分,即视觉的贡献降低有显著性意义(P<0.05),见表3。
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    三、上下倒视刺激后平衡分、策略分和感觉分的变化

    状态2平衡分和策略分降低有显著性意义(P<0.05),见表2;本体感觉分降低有显著性意义(P<0.05),见表3。

    讨论

    目前,国外航天医学主要研究航天员航天飞行返回后的姿态平衡,结果发现,平衡能力降低,感觉分降低[4,5,7,8]。而关于秋千刺激和倒视刺激对姿态平衡影响的研究,尚不多见。

    一、秋千摆动和倒视刺激降低了平衡能力

    秋千摆动刺激耳石器,而倒视刺激则改变了视觉,这就使得视觉、前庭觉和本体觉间的整合机制有改变,使得平时建立的感觉整合机制发生变化,导致姿态平衡能力的降低。秋千刺激后16名受试者综合

, 百拇医药     表2 受试者秋千和倒视刺激前后的动态姿态平衡分和策略分值(±s)

    Tab 2 Equilibrium scores and strategy scores of subjects underwent parallel swing and reversed vision stimulation(±s) SOT状态

    SOT condition

    秋千分值 Equilibrium scores of

    parallel swing(n=16)

    倒视分值 Equilibrium scores of reversed
, 百拇医药
    vision stimulation(n=10)

    刺激前

    Pre-stimulation

    刺激后

    Post-stimulation

    刺激前

    Pre-stimulation

    刺激后

    Post-stimulation

    平衡分 1

    92.8±2.2
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    91.6±2.8

    92.8±2.4

    93.5±1.5

    Equilibrium 2

    89.8±4.7

    87.7±3.7

    92.7±1.8

    90.1±3.8#

    scores 3

    89.7±4.7

    89.0±3.5

, 百拇医药     91.5±3.8

    91.2±2.8

    4

    81.8±6.0

    78.3±7.2*

    84.1±4.6

    81.0±9.2

    5

    66.8±10.3

    64.9±9.1

    70.7±7.9

    67.7±12.5
, 百拇医药
    6

    68.5±9.60

    66.8±9.9

    67.5±6.6

    62.8±12.9

    COMP

    80.7±4.81

    78.5±6.2*

    80.4±4.7

    78.0±7.4

    策略分 1

    92.5±1.1
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    91.5±2.9

    94.7±0.9

    94.6±0.8

    Strategy 2

    91.6±1.9

    90.4±2.9

    94.5±0.9

    93.5±1.3#

    scores 3

    91.7±2.3

    90.7±2.6

    94.6±0.6
, 百拇医药
    94.3±0.8

    4

    86.3±2.6

    83.8±4.0*

    87.7±2.4

    87.0±3.3

    5

    78.9±6.1

    76.5±11.5

    82.0±5.2

    82.8±4.3

    6
, 百拇医药
    80.7±4.8

    78.5±6.2

    81.6±4.7

    81.2±4.1

    与秋千摆动前相比,P<0.05

    As compared with pre-swing,*P<0.05

    与倒视刺激前相比,#P<0.05

    As compared with pre-reversed visual,#P<0.05表3 秋千摆动和上下倒视刺激前后的感觉分(±s)

, http://www.100md.com     Tab 3 Sensory scores of subjects underwent parallel swing and reversed vision stimulation(±s) 感觉

    Sensory

    秋千分值Equilibrium scores of

    parallel swing(n=16)

    倒视分值 Equilibrium scores of reversed

    vision stimulation(n=10)

    刺激前
, 百拇医药
    Pre-stimulation

    刺激后

    Post-stimulation

    刺激前

    Pre-stimulation

    刺激后

    Post-stimulation

    本体觉(Soma)

    96.8±5.1

    95.8±2.9

    99.9±1.9

, 百拇医药     96.4±4.3#

    视觉(Visual)

    88.1±5.5

    85.5±6.7*

    90.7±4.7

    86.6±10.1

    前庭(Vesti)

    72.0±10.3

    70.9±9.6

    76.2±8.0

    72.6±13.8
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    视参照(Pref)

    98.7±5.7

    98.0±4.5

    97.4±4.8

    97.6±6.0

    与秋千摆动前相比,*P<0.05

    As compared with pre-swing,*P<0.05

    与倒视刺激前相比,#P<0.05

    As compared with pre-reversed visual,#P<0.05平衡分降低有显著性意义(P<0.05),状态4的平衡分降低有显著性意义(P<0.05);倒视刺激后状态2的平衡分和对应的感觉分降低有显著性意义(P<0.05)都说明了这一点。这与国外对空间飞行返回后的航天员的姿态平衡研究结果一致[1,4,5]:大多数航天员都会出现姿态不稳现象,平衡能力降低。结果表明,视觉和前庭觉器官中的一个或多个受到刺激,将会引起姿态平衡的改变。
, 百拇医药
    二、秋千摆动和倒视觉刺激引起运动策略的改变

    运动策略分析是动态平衡区别于静态平衡的一个重要指标。秋千摆动刺激后状态4的策略分下降有显著性意义(P<0.05);倒视刺激后状态2策略分下降有显著性意义(P<0.05),说明运动策略有向髋关节策略转移的倾向。策略分的改变表示感觉-运动机制发生了变化,说明秋千摆动和倒视觉刺激使得中枢改变了运动策略,适应新的环境,以达到维持平衡的目的。这与William等[6]研究结果相符合。

    三、秋千摆动刺激后视觉贡献降低

    秋千摆动刺激耳石器,使得来自前庭的感觉发生改变,使得视觉、本体觉和前庭觉的整合机制有变化。但是,秋千摆动刺激没有直接影响来自视觉和本体的感觉。状态4(睁眼,脚下平台动)相应的平衡分、策略分和感觉分(视觉)降低,而状态2(闭眼,脚下平台动)和状态3(睁眼,脚下平台不动,视景动)对应的平衡参数没有变化,这说明在本体觉正确的情况下,姿态平衡没有变化,而本体觉不正确时,姿态平衡有显著下降。因此,可以认为,秋千摆动刺激间接地降低了视觉的作用,这可能是视觉与前庭觉间存在着某种耦合,刺激耳石会降低这种耦合,使得姿态平衡的维持更依赖于本体觉。
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    四、倒视刺激后本体觉降低

    倒视刺激过程中,受试者不断进行头部运动,寻找参照物,而他们感受到物体的运动与头动同向,造成视觉-前庭矛盾。而倒视刺激后,状态2(闭眼)平衡分、策略分降低和对应的感觉(本体觉)降低,因此,可以认为,倒视刺激后,在没有视觉的情况下,视觉-前庭觉矛盾得以充分暴露,破坏了平时建立的视觉-前庭觉维持平衡的机制,因此导致平衡能力下降。同时,也可以认为是本体觉的单一贡献不足以弥补视觉-前庭觉贡献的降低。

    五、姿态平衡的感觉变化的种类与刺激方式有关

    秋千摆动直接刺激耳石器,而上下倒视刺激则是视觉的畸变,进而引起视觉-前庭觉矛盾。两种刺激相应的变化指标也不相同,秋千摆动刺激后使视觉贡献降低,而倒视刺激后使本体觉贡献降低。产生这一现象的原因还有待于进一步研究。此外,秋千摆动刺激后综合平衡分降低有显著性意义,倒视刺激后综合平衡分没有变化;秋千摆动刺激后运动病分值显著高于倒视刺激后;而William等[7]发现航天飞行返回后航天员的状态3、4、5、6的平衡分和综合平衡分降低有显著性意义(P<0.01),而空间飞行前庭系统的负荷更大于秋千摆动刺激。那么,是否可以认为:前庭系统负荷程度不同,平衡能力的变化就不同呢?还是刺激方式不同,平衡能力的变化不同呢?这些有待于进一步研究。
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    参考文献

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    [收稿日期:2000-02-29], http://www.100md.com