npj | 个性化自行车运动联合人工重力对抗航天失适应的研究

摘要

2025年11月25日，N. Goswami团队在期刊《npj Microgravity》 上发表了文章“A combined individualized cycling exercise and artificial gravity training protocol as a spaceflight deconditioning countermeasure”。该研究聚焦于探索一种结合个性化自行车运动与人工重力训练的方案，作为对抗航天飞行后立位耐力下降的防护措施。

背景与方法：立位耐力低下（OI）是航天员返回地面后持续面临的挑战。作为欧空局/法国国家空间研究中心卧床研究的一部分，本研究在健康活动参与者中测试了一套结合个性化自行车运动与人工重力（AG）训练的多系统干预方案，以应对立位耐力低下问题。训练中自行车运动强度与人工重力暴露水平的上限均基于个人的峰值摄氧量与晕厥前人工重力耐受水平确定。研究采用随机交叉设计，评估了参与者在进行自行车运动时，伴随或不伴随人工重力暴露下的心率与血压反应。

结果与结论：结果显示，在叠加人工重力暴露的情况下进行运动时，心血管系统受到更强的刺激，表现为心率和血压的升高。其中，男性参与者在人工重力暴露下表现出更高的心率反应。这套新颖的个性化运动与立位训练方案，成功地使不同性别和个体差异的参与者都能接受接近其个人耐受极限的、强度相当的心血管刺激。

实验仪器

自行车测力计、短臂离心机、血压监测仪、Omegawave BOM-L1W激光组织血氧监测仪、心电图。

_{Omegawave BOM-L1W激光组织血氧监测仪}

 

实验过程

参与者筛选

招募16名健康、经常锻炼的成年男女，无心血管、神经、耳鼻喉、骨科等慢性或急性疾病。

实验前准备

对参与者进行身体检查，并完成坐姿自行车VO₂峰值测试，以确定个体最优运动能力。

在离心机上进行阶梯式立位耐受极限测试，确定每个人的晕厥前重力水平（OTL）和立位耐受阈值（OTh）。计算人工重力训练极限：TL = 70% (OTL - OTh) + OTh。

以随机交叉顺序进行测试

其中一组仅自行车运动，另一组为自行车运动结合个性化人工重力。

运动强度根据VO₂峰值百分比设定（30%、50%、65%、80%），人工重力水平根据OTh和TL匹配。

数据采集

持续监测心电图、血压，使用Omegawave BOM-L1W激光组织血氧监测仪持续监测小腿肌肉的氧合血红蛋白水平变化。

 

_{图B右上：VO₂峰值测定采用阶梯式自行车测力计运动对每位受试者进行测试。}

_{图A左侧：通过离心机阶梯式直立耐力极限（OTL）测试确定个性化人工重力（AG）训练极限（TL）。每位受试者的OTL定义为在晕厥前体征出现时施加的Gz水平，其直立耐力阈值（OTh）则定义为满足以下条件的Gz水平：1）心率（HR）较基线值显著升高20%（通过心率－离心力曲线的二次拟合确定，HR图中黑色箭头所示）；2）通过Omegawave BOM-L1W激光组织血氧监测仪监测到小腿氧合血红蛋白出现明显且持续的下降。}

_{图C右下角：为每位受试者按随机顺序执行个体化测试方案（仅测力计测试及测力计联合AG测试），其中测力计联合AG方案的工作强度和AG水平匹配：30% VO₂峰值/OTh - 0.15Gz、50% VO₂峰值/OTh、65% VO₂峰值/(OTh+TL)/2以及80%}

_{VO₂峰值/TL。}

_{（注：OTL指立位耐受极限，OTh指立位耐受阈值，TL指人工重力训练限值。）}

 

数据分析

使用JMP 16软件进行三因素方差分析，比较性别、干预方式（有无人工重力）和运动强度对心血管反应的影响。

实验结论

1.与单纯运动相比，结合人工重力暴露的自行车运动能提高心率、收缩压和平均动脉压。

2.男性在高运动强度下，人工重力引起的心率增加更明显，女性则无明显差异。

3.个性化训练方案（根据VO₂峰值和重力耐受极限设定）能确保不同个体获得相近强度的心血管刺激，避免过度或不足。

4.研究支持人工重力与运动结合作为未来航天飞行中立位反射维持的有效防护措施，尤其需考虑性别差异。