运动病客观评价方法研究进展

李聪聪张敏黄立桂刘玉辉陈学敏王小成*

1 空军军医大学航空航天医学系航空航天临床医学中心（西安 710032）

2 空军军医大学第一附属医院空勤科（西安 710032）

3 空军军医大学航空航天医学系航空航天卫生学教研室（西安 710032）

4 联勤保障部队第九〇八医院耳鼻咽喉头颈外科（南昌 360104）

从传统的陆地、海上、空中交通运输，到太空、深海等未知空间的探测，再到现实增强、虚拟现实和全息影像等新兴的成像技术，都避免不了运动病对人体产生的影响。有研究表明[1]，有59%的人在其一生中经历过晕车，且易感性存在性别和年龄差异。运动病的发病机制以“神经匹配不当学说”最被广泛接受，其诊断主要以运动刺激暴露后的典型症状和体征为依据，易感性评估也多以针对运动病史的问卷调查为主，通过客观方法和指标来评价运动病的严重程度、易感特性及防治效果等仅是辅助手段。近年来，随着基础研究的深入和技术手段的发展，建立在前庭神经系统通路上的运动病客观评价方法和指标不断出现，为运动病的研究，尤其是航空、航天、航海等特殊环境从业人员的医学选拔鉴定提供了新的思路和方法。

1 基于前庭眼动通路的客观评价

前庭眼动反射（vestibular ocular reflex，VOR）可通过眼球的运动表现反映前庭感受器和神经传导通路的状态，是前庭功能检查的重要生理基础。一些评估VOR功能的检查在准确性不断提升的同时，检查结果客观化、定量化、可视化的特征也十分明显，成为客观评价运动病的一个研究热点。

1.1 视频头脉冲试验（video head impulse test，vHIT）

vHIT通过高频快速的被动甩头动作诱发VOR，经计算机处理分析眼动和头动在速度和时相上的匹配程度，独立量化评估6个半规管的功能状态,可为提高疾病诊断准确性提供更多信息[2]。Neupane等[3]比较了运动病易感性不同人群间的vHIT参数，发现易感组3对半规管的VOR增益不对称值显著高于非易感组，并在易感个体中引出了补偿性扫视，提示运动病易感个体的双侧半规管敏感性不同并由中枢进行了VOR补偿。Zuma等[4]也通过vHIT对不同飞行小时数的飞行员进行了检查对比，在各半规管中尚未发现显著差异，表明现役飞行员的前庭系统具有良好的高频特性，其适应能力可能存在限度，为特殊职业人群医学选拔鉴定做了有益尝试。

1.2 双温试验（caloric test）

双温试验是向外耳道内灌注高于或低于体温的水或气体刺激水平半规管产生VOR，通过记录分析眼动特征参数来评估双侧水平半规管的超低频功能状态。Fowler团队[5]研究发现，运动病易感性与温度刺激诱发眼震的慢动相速度显著正相关，提示易感人群对于半规管刺激具有高反应性，为运动病易感性评估提供了客观依据。一项针对航天运动病易感性的研究表明[6]，上述差别同样存在于易感与非易感组之间，半规管与耳石的功能状态共同影响着航天运动病的易感性。

2 基于前庭自主神经通路的客观评价

通过记录分析人体生理参数评估运动病的研究由来已久，且选择的绝大多数指标建立在前庭自主神经通路之上。近年来，随着仪器设备的升级和数据算法的改进，前庭自主神经反应相关生理参数依旧是客观评价运动病的常用指标。

2.1 皮肤电活动（electrodermal activity，EDA）

EDA主要由皮肤汗腺机能变化产生，包括基态的皮肤电导水平（skin conductance level，SCL）和瞬态的皮肤电导反应（skin conductance responses，SCRs），可用来评估交感神经的活动状态。Gavgani等[7]研究视觉诱发运动病（visually induced motion sickness，VIMS）时，通过计算不同暴露时间段SCRs的振幅均方根，发现前额EDA是VIMS恶心症状的生理关联指标。一项通过科里奥利加速度刺激诱发运动病的试验发现[8]，运动病诱发组的EDA功率谱密度显著高于对照组，且SCRs振幅与主观恶心程度显著相关。在对比达非那新（选择性M3胆碱能受体拮抗剂）与东莨菪碱及安慰剂3者治疗运动病效果的研究中发现，前两种药物均能减少前额和手掌EDA，考虑与其中枢抗胆碱效应以及直接作用于汗腺胆碱能受体有关，EDA被用于运动病治疗药物的药效学评价[9]。

2.2 心率变异性（heart rate variability，HRV）

HRV是相邻心跳之间的时间间隔波动，可反映自主神经系统（autonomic nervous system，ANS）的功能平衡状态。在一项针对晕海病的研究中，研究者通过韦尔奇周期图法采集分析受试者HRV频域参数，发现暴露于海上运动刺激后，受试者整体高频功率（high frequency，HF）升高、低高频功率比（low frequency/high frequency，LF/HF）降低，上岸后恢复至基线水平，变化趋势与Graybiel运动病评分相对应，可客观反映晕海病的严重程度，考虑与海上航行低频线性加速度过度刺激耳石器官产生交感抑制和迷走兴奋有关[10]。Wang等[11]使用汉明窗函数法记录分析前庭功能训练后LF和HF的变化特征，证实ANS低反应状态在运动病非易感人群中持续时间更久，并与精氨酸血管加压素（arginine vasopressin，AVP）变化趋势一致，可作为评估前庭功能训练效果的客观依据。

2.3 体温

体温作为被最早用来评估运动病的客观指标，已在运动病研究领域应用广泛。Nobel等[12]研究证实在常温环境下，科里奥利加速度刺激诱发的运动病可引起受试者直肠核心和皮肤平均温度双双降低，体感温度不适度增加，提示运动病作为一种非热因素参与了体温的自主调节和行为调节。加拿大学者试验发现[13]，“异丙嗪+右旋苯丙胺”和“东莨菪碱+右旋苯丙胺”两种联合用药方案治疗运动病，改善症状和抑制核心温度下降的效果都优于其他药物单用或组合，为海上和寒区等特殊环境中的运动病治疗提出了新的策略。近期的一项动物试验证实[14]，敲除内耳Ⅱ型毛细胞α9烟碱型乙酰胆碱受 体（α9 nicotinic acetylcholine receptor, α9-nAChR）基因的小鼠，运动刺激暴露后腹腔核心与头部皮肤温度两者下降的幅度均显著小于野生对照组，为抗运动病药物研制提供了新的靶点选择。

3 基于前庭皮质通路的客观评价

人类感知运动环境并进行空间定向需要在大脑皮质水平处理感觉信号,大脑功能状态评估技术手段的飞速发展，为运动病中枢机制的研究带来了新的契机。

3.1 脑电波（electroencephalogram，EEG）

EEG是大脑神经细胞电生理活动在大脑皮层或头皮表面的综合表现，尤以无创的头皮脑电波（scalp EEG）应用广泛。Chuang等[15]采集记录受试者模拟乘车时的scalp EEG信号，对信号进行独立分量分析和主成分降维处理后发现，运动区、顶叶及枕叶α和γ功率增高，且增高幅度与受试者主观不适反应程度相关，提示运动病发病期间感觉冲突调节的神经生理需求，涉及从外周感受器至皮质中枢的整个神经系统。一项评估反复经颅磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）治疗Mal de Debarquement综合征（MdDS）效果的研究表明[16]，治疗后患者静息状态的scalp EEG信号左视区α功率增高、顶后叶β功率降低，表明上述脑区的空间信息处理受到抑制，可能是患者症状改善的潜在原因，为评价治疗效果提供了客观参考依据。

3.2 功能磁共振成像（functional magnetic reso‐nance imaging，fMRI）

fMRI利用磁振造影原理来反映神经元活动，可呈现大脑精细结构和功能状态，被广泛用于神经认知科学研究。Toschi等[17]使用血氧水平依赖功能磁共振成像（blood oxygen level dependent-func‐tional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI）证实，VIMS导致右侧纹外视皮层与前岛叶、左侧纹外视皮层与中扣带之间的连通性增强，且前者连通性变化与HRV的LF/HF显著相关，提示增强的脑区间联系可能与受试者渐进的主观不适和自主神经传出改变有关，阻断或减弱这种联系可能是运动病治疗的一个干预目标。英国科研团队研究受试者暴露于VIMS环境下的BOLD-fMRI发现[18]，受试者恶心评分的增加与左侧杏仁核、右侧尾状核和双侧壳核的形态变化呈正相关，在VIMS易感组中存在一个涉及丘脑、扣带回、尾状核和伏隔核的大脑功能网络，并通过机器学习建立了准确率达82.1%的VIMS恶心易感性预测模型，为人工智能在运动病客观评价领域应用做了非常有益的尝试。

3.3 功能近红外光谱成像（functional near-infrared spectroscopy，fNIRS）

fNIRS利用脑血流中氧合和脱氧血红蛋白对不同波长近红外光的吸收差异，来反映大脑神经活动导致的血液动力学变化，为脑科学研究提供了全新的观测手段。一项通过fNIRS评估VIMS的研究表明[19]，出现运动病症状的受试者中，双侧半球顶颞区氧合血红蛋白浓度增加，且与运动病反应程度相关，提示前庭皮质在运动病发病期间活动增强。Hoppes等[20]通过fNIRS检测，对比分析暴露于视动环境中的受试者在有和没有固视靶点时的大脑活动状态，发现当有固视靶点时双侧额颞顶叶在缘上回的激活增强，提示固视可能抑制了受试者的视动性眼球震颤，大脑皮层要对眼球运动和视动信息进行更强大的处理，导致该区域氧合血红蛋白浓度增加，为在前庭康复中使用固视靶点进行视动训练提供了初步证据。

4 其他客观评价方法

建立在其他前庭神经系统通路上的检查方法丰富了运动病客观评价的方法手段，而运动病基因水平的相关研究更是为其追本溯源提供了可能。

4.1 前庭诱发肌源性电位（vestibular evoked myo‐genic potentials，VEMPs）

VEMPs是由强声、振动或电刺激等诱发的一种由前庭系统介导的短潜伏期肌电反应，包括颈肌前庭诱发肌源性电位（cervical vestibular evoked myogenic potentials，cVEMPs）和眼肌前庭诱发肌源性电位（ocular vestibular evoked myogenic potentials，oVEMPs）。cVEMPs是一种抑制性电位，反映球囊和前庭下神经功能；oVEMPs是一种兴奋性电位，反映椭圆囊和前庭上神经功能[21]。Singh等[22]研究者比较运动病易感与非易感组的VEMPs参数发现，前者具有更高的电位诱发阈值和非对称率，得出耳石器功效较低及双侧功能不对称可能是运动病病因的结论。Fowler等[23]发现运动病易感人群的cVEMPs波幅高于非易感人群，提示感知垂直方向运动的球囊功能状态与运动病发生相关；Xie等[24]虽未得出oVEMPs检测结果与运动病易感性相关的结论，但也发现了易感人群oVEMPs非对称率增大的趋势。除了VEMPs阈值和波幅参数，有研究还发现[25]cVEMPs的p13波潜伏期可作为东莨菪碱治疗运动病药物代谢动力学评价的神经生理学指标，拓展了VEMPs作为客观检查方法在运动病防治领域的应用。

4.2 动态姿势描记（computerized dynamic pos‐turography，CDP）

CDP是一种量化评估人体如何利用感觉和运动系统维持姿势平衡的方法，尤以感觉统合试验（sensory organization tests，SOTs）应用广泛。SOTs可通过不同的测试条件，识别平衡障碍源于视觉、前庭觉和本体觉哪种感觉系统。Alharbi等[26]使用沉浸式虚拟现实CDP对运动病易感性不同人群间的姿势稳定性进行了比较，发现运动病易感人群过度依赖视觉维持姿势稳定。一项针对晕船适应性的纵向研究表明[27]，在反复暴露于海上航行长达12个月的人群中，SOTs中的前庭觉分量先下降后又高于基线，提示在暴露于航海环境之初，视觉和本体觉对于保持身体平衡的权重增加，随着航行时间的延长产生前庭适应，姿势控制对于前庭输入信息的依赖程度增加，SOTs为前庭习服和前庭功能训练效果评估提供了参考。

4.3 遗传学检验

基因检测技术的发展使人们对疾病的诊断和治疗有了新的进展，也开拓了运动病研究新的领域。美国科研团队对基因测序公司数据库中的80494个样本数据进行全基因组关联分析（ge‐nome-wide association study，GWAS）发现[28]，35个单核苷酸多态性（single-nucleotide polymorphism，SNP）位点与运动病易感性在全基因组水平显著相关，其中许多SNP位点涉及保持平衡和眼、耳、颅骨发育，其他SNP位点则可能通过与神经系统、葡萄糖稳态或缺氧有关的邻近基因来影响运动病，为其病因学研究提供了线索。近期，Peddareddygari等[29]对一个多名成员患有偏头痛、眩晕症和运动病的家系基因组进行连锁分析发现，运动病易感基因定位于4号染色体、对数优势比（logarithm of the odd score，LOD score）为 2.09，表明运动病易感人群具有特定的遗传特征。一项研究人体暴露于抛物线飞行后内源性大麻素系统（endocannabinoid system，ECS）活动状态的试验，通过逆转录和实时定量PCR检测受试者白细胞大麻素1型受体（cannabi‐noid receptor 1，CB1R）与2型受体（cannabinoid re‐ceptor 2，CB2R）基因表达发现[30]，运动病易感人群CB1R基因mRNA表达率在抛物线飞行后显著降低，而非易感人群无明显变化，提示运动病易感性不同人群的ECS对于应激反应存在差异，为研究运动病的发病机制和诊断治疗提供了新的视角。

5 结语

虽然客观评价运动病还存在不少问题，例如基础研究尚无大的突破、方法和标准还没统一、现有方法敏感性和特异性仍需验证、混杂因素和个体差异不易控制等，但其在运动病研究领域的应用正在不断拓展，加之运动病在特殊职业人群医学选拔鉴定中的特殊地位，客观评价运动病将会是今后发展的方向。并且随着运动病基础研究的深入和人工智能、网络通信、智能穿戴等技术的升级革新，以客观评价为基础的运动病“诱发-识别-防治-评估”一体化系统的出现，将会为运动病防治开辟新的天地。