评价三维滚轮评定前庭功能的应用价值

前庭系统的耳石及半规管系统可感知机体的旋转和线性运动，对于维持机体平衡、保持清晰视觉和空间定向等具有重要作用。现代高性能战斗机在机动飞行中具有高载荷、高角加速度及持续时间长等特点[1-2]，可对前庭的耳石及半规管系统产生严重刺激。如此时飞行员有左右摆头等搜索目标动作，就会出现向前下翻滚等感觉，前庭功能不良者甚至会出现面色苍白、冷汗、恶心甚至呕吐等症状，危及飞行安全[3-5]。故前庭功能检测一直是飞行学员医学选拔及训练的一个重要指标，贯穿飞行员选拔、飞行学员学习及飞行生涯的整个过程。我室自行研制的电动三维滚轮(专利号：CN2)可以实现被试者在三个维度的旋转，从而更全面地刺激前庭器官，引发一系列前庭反应。本实验目的在于探究电动三维滚轮是否可用于评定前庭功能。 对象和方法 1 研究对象 选取我校2009级本科20名健康男性作为被试者，年龄21 ～ 25岁，身高165 ～ 177 cm，体质量58 ～ 65 kg，无心肺疾病史，无不良嗜好。实验期间及实验前24 h不饮含酒精、咖啡因等影响自主神经活性的饮料，避免吸烟及剧烈的体育运动，正常饮食。本实验在第四军医大学航空航天医学教育部重点实验室进行，本实验内容经第四军医大学医学伦理委员会审议批准，被试者对实验内容有完全知情权并签署知情同意书。 2 实验设备 1)电动转椅：采用国产VTS-0型电动转椅(北京和平医疗器械厂)。转椅为电力驱动，最大角速度180°/s，转椅背上加有辅助左右摆头的头托，头托设定位置为左右摆头各30°，电动节拍器，30次/min。2)电动三维滚轮：由第四军医大学航空航天医学系设计、北京顺天恒瑞科技发展有限公司制造(图1)。三维滚轮的三个圆环采用矩形钢管，座椅固定在内环里侧，采用变频无级调速(0 ～ 20 r/min)，并有计时功能。外环在电力驱动下做主动转动，带动中环和内环两个滚轮的被动旋转，转动过程中由于被试者的重心偏离，从而使被试者在3个轴向随机滚转。 3 前庭功能稳定性测试 20名被试者分别利用电动转椅和电动三维滚轮检测前庭功能稳定性。为避免两次测试的相互影响，测试时间为2013年4月7日和2013年5月10日。1)电动转椅检查：选用空军招飞前庭功能标准测试方案，被试者端坐在转椅上，调整头托高度(枕突紧靠头托的正中点)固定头部，闭眼。转椅转动速度设定为180°/s，持续时间90 s。被试者按节拍器提示在头托间左右摆头，摆动角度为左右各30°，摆动频率为1次/2 s。2)电动三维滚轮检查：被试者端坐在滚轮座椅上，头部紧贴座椅头靠，双手紧握头上方或胸前保护栏，固定双足、腰部和胸部保险带，闭眼。设定三维滚轮的外环转速为16 r/min，外环带动内环旋转，使被试者在三维空间随机旋转，持续时间5 min。4 前庭功能稳定性评价标准 测试完成后，观察被试者反应及询问主观感觉，根据被试者症状对其前庭功能分级如下[6]：0度，无任何不良反应；Ⅰ度，轻度头晕、恶心症状，额角有微汗，面色稍白，胃部不适；Ⅱ度，头晕、恶心症状，额角有汗珠，面色苍白等；Ⅲ度，出现明显头晕、头痛、恶心、呕吐或干呕症状，面色苍白，大汗淋漓等。能够完成转椅测试90 s，三维滚轮测试5 min，前庭反应呈0度、Ⅰ度者为合格。被试者无法完成测试，或能够完成转椅测试90 s，三维滚轮测试5 min，但前庭反应呈Ⅱ度以上者均为前庭敏感，判定为不合格。 图 1 电动三维滚轮Fig. 1 3D vestibular function trainer 结果 1 前庭功能稳定性电动转椅测试分级 20名被试者中有4名因不能耐受未能完成90 s的测试。1名无任何不良反应，判定为0度；7名出现额角微汗，面色稍白，胃部稍有不适，仍可耐受坚持，判定为Ⅰ度；5名额角出现明显汗珠，面白及恶心，判定为Ⅱ度；3名除上述症状加重外，还出现了呕吐，判定为Ⅲ度。见表1。 2 前庭功能稳定性三维滚轮测试分级 20名被试者中，1名因不能耐受未能完成5 min的测试。1名无任何不良反应，判定为0度；8名出现额角微汗，面色稍白，胃部不适，判定为Ⅰ度；6名额角有汗珠，面白，恶心，判定为Ⅱ度；4名除上述症状加重，还出现了头痛、疲惫和嗜睡，判定为Ⅲ度。见表1。 3 两种测试方法比较 以转椅方法检测出前庭反应敏感者12名(Ⅱ度+Ⅲ度+未完成测试者)，占总人数的60%。以三维滚轮方法检测出前庭反应敏感者11名，占总人数的55%，两者高度吻合。经询问发现，以转椅方法检测4名未完成测试的被试者，其中3名因无法耐受错觉，自觉不停止即会从座椅上掉下而中止测试，而非自主神经功能不能耐受。以三维滚轮方法检测出的前庭功能敏感者，均因出现大汗、恶心或呕吐等自主神经功能症状而中止测试。 讨论 现代高性能战斗机具有高持续性载荷、高载荷增长率、高角加速度、高认知负荷等特点，已陆续装备航空兵部队，对飞行人员的生理和心理适应能力提出了更高的要求。过大的载荷可使前庭耳石系统承受一定的负荷，当超过人体耐限时，飞行员会产生严重的空中眩晕、定向障碍等，危及飞行安全。据报道，美军F-16战机由于严重空间定向障碍导致的一等飞行事故占失事总例数的61%[7]。可见，良好的前庭功能是飞行员从事飞行活动、发挥战斗力的必要条件。 表1 20名被试者分别利用转椅和三维滚轮测试前庭功能结果对比Tab. 1 Comparison of vestibular function after being tested by 3D vestibular function trainer and Coriolis rotating chair 前庭功能选拔一直是世界各国飞行员选拔的重要内容。其目的是针对前庭反应亢进者、前庭功能疾患或功能低下及双侧不平衡者进行筛选。目前，前庭功能检查的方法有多种[8]，我军在招飞体格检查时，前庭功能检测主要采用科里奥利加速度耐力检查和微量冰水试验，被试者出现前庭功能减退及丧失均为不合格，而采用转椅的方法进行科里奥利加速度耐力检查提示前庭反应敏感者也予以淘汰[9]。这两种方法虽然广泛采用并有一定的效果，但仍存在一定的问题[10-12]。主要表现在：①运动病的发生与前庭半规管和耳石系统均有关，采用转椅方法进行检测时，仅能诱发前庭半规管系统引发的自主神经反应，而无法对耳石系统形成有效刺激；②转椅检查仅能淘汰前庭功能亢进者，而无法筛查前庭功能低下或丧失者；③微量冷水试验检测方法为非生理刺激，被试者难以耐受，且只能检测水平半规管功能，无法检测耳石系统；④微量冷水试验耗时长，不适合招飞体检所需要的大范围快速检测的要求。因此迫切需要寻找一种简便、快速、易于操作且能同时对前庭半规管和耳石系统进行检测设备和方法。 三维滚轮在以往的文献报道中可用于耳石复位[13]，位置性眩晕的治疗[14]及前庭训练[15]等，然而关于其应用于前庭功能的评价中尚未见相关报道。我室自主研发的电动三维滚轮是由电力驱动的外环带动内侧两个滚轮的被动旋转，转动过程中由于被试者的重心偏离，从而使被试者在3个轴向随机转动。其特点为可实现多角度、多方位的前庭刺激，并伴有身体滚转和血液转移，能更好地模拟实际飞行。本研究结果表明，20名被试者经三维滚轮5 min和转椅90 s测试后，绝大多数都出现了额头出汗，面白，胃部不适，恶心等自主神经反应。20名被试者经三维滚轮和转椅评定后，其前庭功能稳定性合格率分别为45%和40%，两者高度吻合。完成测试的每名被试者采用两种测试方法的前庭反应分级具有高度的一致性。两种检测方法的差异主要表现在未完成测试者，采用转椅方法由于不能耐受错觉而中止，这3名被试者均未出现严重的自主神经反应；而这3名被试者采用三维滚轮检测时，全部完成了试验，分别被评级为Ⅰ度、Ⅱ度、Ⅲ度各1名；而另一名未能完成转椅检测的被试者，采用三维滚轮的方法也由于不能耐受的恶心症状而中止测试。可见，三维滚轮的检测方法能更好地对前庭形成生理性刺激，这在前庭功能稳定性的评定中具有重要意义。以上结果提示三维滚轮对于评定前庭稳定性效果与电动转椅高度一致，可有效评定前庭稳定性。 总之，三维滚轮操作简单、安全，由于其在三个维度的滚转运动，可对前庭耳石和半规管系统均形成 一定的刺激，有望用于飞行人员前庭功能稳定性的评定。另外，通过调节三维滚轮转速和运行时间来细致地改变刺激量，可以用于飞行员的日常前庭功能训练。因此，电动三维滚轮在飞行人员前庭功能稳定性的选拔和训练中具有一定的应用前景。

文章来源：《航天医学与医学工程》 网址: http://www.htyxyyxgc.cn/qikandaodu/2020/1214/389.html