協同Omegawave激光組織血氧儀監測的運動－人工重力航天防護方案

摘要

2025年11月25日，N. Goswami團隊在期刊《npj Microgravity》 上發表了文章“A combined individualized cycling exercise and artificial gravity training protocol as a spaceflight deconditioning countermeasure”。該研究聚焦于探索一種結合個性化自行車運動與人工重力訓練的方案，作為對抗航天飛行后立位耐力下降的防護措施。

背景與方法：立位耐力低下（OI）是航天員返回地面后持續面臨的挑戰。作為歐空局/法國國家空間研究中心臥床研究的一部分，本研究在健康活動參與者中測試了一套結合個性化自行車運動與人工重力（AG）訓練的多系統干預方案，以應對立位耐力低下問題。訓練中自行車運動強度與人工重力暴露水平的上限均基于個人的峰值攝氧量與暈厥前人工重力耐受水平確定。研究采用隨機交叉設計，評估了參與者在進行自行車運動時，伴隨或不伴隨人工重力暴露下的心率與血壓反應。

結果與結論：結果顯示，在疊加人工重力暴露的情況下進行運動時，心血管系統受到更強的刺激，表現為心率和血壓的升高。其中，男性參與者在人工重力暴露下表現出更高的心率反應。這套新穎的個性化運動與立位訓練方案，成功地使不同性別和個體差異的參與者都能接受接近其個人耐受極限的、強度相當的心血管刺激。

實驗儀器

自行車測力計、短臂離心機、血壓監測儀、Omegawave BOM-L1W激光組織血氧監測儀、心電圖。

_{Omegawave BOM-L1W激光組織血氧監測儀}

實驗過程

l參與者篩選

    招募16名健康、經常鍛煉的成年男女，無心血管、神經、耳鼻喉、骨科等慢性或急性疾病。

l實驗前準備

    對參與者進行身體檢查，并完成坐姿自行車VO?峰值測試，以確定個體運動能力。

    在離心機上進行階梯式立位耐受極限測試，確定每個人的暈厥前重力水平（OTL）和立位耐受閾值（OTh）。計算人工重力訓練極限：TL = 70% (OTL - OTh) + OTh。

l以隨機交叉順序進行測試

 其中一組僅自行車運動，另一組為自行車運動結合個性化人工重力。

   運動強度根據VO?峰值百分比設定（30%、50%、65%、80%），人工重力水平根據OTh和TL匹配。

l數據采集

    持續監測心電圖、血壓，使用Omegawave BOM-L1W激光組織血氧監測儀持續監測小腿肌肉的氧合血紅蛋白水平變化。

圖B右上：VO?峰值測定采用階梯式自行車測力計運動對每位受試者進行測試。

圖A左側：通過離心機階梯式直立耐力極限（OTL）測試確定個性化人工重力（AG）訓練極限（TL）。每位受試者的OTL定義為在暈厥前體征出現時施加的Gz水平，其直立耐力閾值（OTh）則定義為滿足以下條件的Gz水平：1）心率（HR）較基線值顯著升高20%（通過心率－離心力曲線的二次擬合確定，HR圖中黑色箭頭所示）；2）通過Omegawave BOM-L1W激光組織血氧監測儀監測到小腿氧合血紅蛋白出現明顯且持續的下降。

圖C右下角：為每位受試者按隨機順序執行個體化測試方案（僅測力計測試及測力計聯合AG測試），其中測力計聯合AG方案的工作強度和AG水平匹配：30% VO?峰值/OTh - 0.15Gz、50% VO?峰值/OTh、65% VO?峰值/(OTh+TL)/2以及80%

VO?峰值/TL。

（注：OTL指立位耐受極限，OTh指立位耐受閾值，TL指人工重力訓練限值。）

l數據分析

使用JMP 16軟件進行三因素方差分析，比較性別、干預方式（有無人工重力）和運動強度對心血管反應的影響。

實驗結論

l與單純運動相比，結合人工重力暴露的自行車運動能提高心率、收縮壓和平均動脈壓。

l男性在高運動強度下，人工重力引起的心率增加更明顯，女性則無明顯差異。

l個性化訓練方案（根據VO?峰值和重力耐受極限設定）能確保不同個體獲得相近強度的心血管刺激，避免過度或不足。

l研究支持人工重力與運動結合作為未來航天飛行中立位反射維持的有效防護措施，尤其需考慮性別差異。