持续正加速度(+Gz)致意识丧失的机理及防护是航空医学的重要问题。然而与单纯的+Gz相比,预先暴露于小于+1 Gz、0 Gz或–Gz,再立即转为+Gz作用时,更容易发生意识丧失,这种现象称为“推拉效应”(push-pull effect, PPE),产生PPE的动作称为“推拉动作”(push-pull maneuver, PPM)。虽然PPM在战术飞行,以及战斗机的战斗动作中,如俯冲攻击、散开、导弹规避等,具有一定的优势,但是却会引起人体+Gz耐力的降低,引起飞行事故。考虑到空战中攻击性动作的需要及飞机机动性能的不断提高,飞行时±Gz交替出现的机率更高,PPM的出现频率呈增加趋势,对飞行安全构成了严重威胁。因此许多国家都针对PPE展开大量研究,使之成为航空医学加速度生理领域的研究热点之一。对于PPE的机理,传统观点认为–Gz阶段,心水平以上部位动脉血压升高,颈动脉窦压力感受器传入冲动增多,因此心率减慢、心输出量减少,总外周血管阻力降低,导致心水平动脉血压下降。这种压力感受性反射通常需2~5 s左右完成,并持续一段时间,故在–Gz结束时,上述效应不能立即消退。如果此时迅速转入+Gz作用,则心水平以上血压将比没有预先–Gz作用时降低更严重,从而导致+Gz耐力下降。但近年的研究表明:除压力反射调节在PPE中起到重要作用外,外周血管的反应性变化也很重要。PPE的模拟研究主要采用下体正压、旋转床和离心机等,但这些方法都或多或少存在一些不足。目前,除了进行宣传、尽量避免做PPM,提前做抗荷动作之外,并没有针对PPE的有效对抗措施。传统的+Gz的对抗措施对PPM基本起不到防护作用。本研究在原有模型的基础上,建立了基于人体心血管解剖结构的数学模型,包含了颈动脉压力感受器调节作用和不同解剖区域的详细血管段等,为研究PPE提出了一种新的方法。利用模型,研究PPM对心血管系统的影响,仿真了PPM加速度曲线的各影响因素的作用;提出了可能的防护措施,如扩大囊覆盖面积抗荷服(extended coverage bladder anti-G suit, ECGS)和颈动脉外部加压(neck pressure, NP);解释了PPM及防护措施的机理,定量分析了颈动脉压力反射调节在PPM中的作用。此外,还进一步仿真了不同体位倾斜下的心血管系统响应,为仿真失重对心血管系统的影响创造条件。本研究的主要结果及发现如下:1.仿真了PPM加速度曲线对+Gz耐力的影响通过将模型输出结果和已发表的离心机及旋转床实验数据进行比较,验证了模型的有效性。通过对PPM加速度曲线各影响因素进行仿真研究,结果表明基线水平值越高、push时相的G值幅度值越低、push时相的持续时间越长,则+Gz耐力下降幅度越大。通过研究PPM加速度曲线的5各个影响因素,发现基线值为+ 0.5 Gz、push时相的强度幅度为– 0.4 Gz和push时相的持续时间为8 s是+Gz耐力下降的拐点。根据仿真结果,在旋转床的变化范围内,G变化率对+Gz耐力的影响很小(小于0.1 Gz),由此为旋转床在PPE研究中的可行性提供数据支持。2. PPM对抗措施的仿真研究通过对ECGS的仿真研究,提出了多重压力制度和减少延迟时间改进措施结果表明,若采用两级压力制度,保持腹部气囊的充气速率不变(75 mmHg/Gz),下肢气囊的充气速率为95 mmHg/Gz时,PPE基本不再发生,且说明了多级压力制度是通过抑制血液向腹部和下肢转移而提高+Gz耐力。对NP进行了仿真研究,并设计了饱和百分比指标,以定量描述颈动脉压力反射调节的作用,及提示了NP可能的作用机理。3. PPE可能机理的仿真研究研究了颈动脉压力反射各调节因素的延迟时间和反射调节强度的作用。说明了延迟时间并不是导致PPM引起+Gz耐力下降的主要因素,对传统的中枢延迟理论提出了质疑。同时,给出了作用强度与+Gz耐力之间的关系,说明训练虽可提高+Gz耐力,但幅度不大,且对PPM没有特异性。4.不同角度体位倾斜对心血管系统血压影响的仿真研究通过模型仿真初步确定了流体静压参考水平的大概位置,预测了倾斜角度变化时心血管系统血压变化曲线。仿真结果与人体实验数据基本相符。基于上述结果,为下一步利用模型研究失重环境对心血管系统的影响打下基础。总之,本研究建立了适合于PPE研究的数学模型,探讨了PPM加速度曲线的5个影响因素及可能的对抗措施,定量分析了颈动脉压力放射调节在PPE中的作用,初步研究了数学模型在失重领域的应用。本工作对进一步开展PPE机理的研究,和制定防护措施有重要价值。