北极高纬度低温环境对人类大脑中动脉血流速度的影响研究

《Brain Research Bulletin》：The impact of Arctic environments on human cerebral blood flow velocity

本研究针对北极极端环境对人类脑血流动力学影响的研究空白，研究人员通过经颅彩色多普勒(TCD)技术对北极科考队员进行纵向观测，发现高纬度低温(HLLT)环境下左大脑中动脉(LMCA)平均流速(Vm)和收缩峰值流速(PSV)显著降低，右大脑中动脉(RMCA)搏动指数(PI)升高，首次揭示了北极环境可引起人类脑血流速度(CBFV)的适应性改变，为极端环境生理学研究提供了重要循证依据。

　　

当科考队员乘坐雪龙2号极地考察船驶向北极圈时，他们不仅面临着壮丽的冰川景观，更经历着人体生理系统的严峻考验。北极环境作为极端生存条件的典型代表，具有低温、极昼极夜交替以及社会隔离等多重应激特征，这些因素可能对人类大脑功能产生深远影响。尽管已有研究表明长期极地考察会导致海马体体积缩小和脑源性神经营养因子(BDNF)浓度下降，但关于北极环境对人类脑血流动力学影响的研究仍存在显著空白。脑血流速度(Cerebral Blood Flow Velocity, CBFV)作为反映脑血流动力学状态的重要指标，其在不同环境条件下的变化规律尚未明确。

为了解开这一科学谜题，来自同济大学附属上海东方医院的研究团队在《Brain Research Bulletin》发表了创新性研究成果。该研究招募了第12次中国北极科学考察队的16名健康成员作为研究对象，利用经颅彩色多普勒(Transcranial Color Doppler, TCD)技术，分别在航行初期（低纬度高温环境，LLHT）和北极科考期间（高纬度低温环境，HLLT）进行了两次脑血流速度检测。通过比较不同环境条件下大脑主要动脉的血流频谱参数，探索北极极端环境对人类脑血流动力学的具体影响。

研究团队采用的关键技术方法包括：基于雪龙2号科考船的实地观测平台，对13名完成两次检测的健康男性科考队员进行纵向研究；使用经颅及外周血管多普勒诊断系统(Sonara)检测双侧大脑中动脉(MCA)、大脑前动脉(ACA)、大脑后动脉(PCA)、椎动脉和基底动脉的血流参数；采用配对样本t检验和Wilcoxon符号秩检验进行统计学分析，重点观察平均流速(V_m)、收缩峰值流速(PSV)、舒张末期流速(EDV)、搏动指数(PI)和阻力指数(RI)等参数的变化。

3. 结果

3.1 脑血流参数比较

研究结果显示，在HLLT环境下，左大脑中动脉(LMCA)的平均流速(V_m)从68.4 cm/s显著降低至63.5 cm/s(P=0.028)，收缩峰值流速(PSV)从107.0 cm/s降低至94.6 cm/s(P=0.038)。与此同时，右大脑中动脉(RMCA)的搏动指数(PI)从0.77升高至0.83(P=0.011)，表明脑血管阻力特性发生改变。

3.2 血管特异性变化

值得注意的是，这种变化表现出明显的血管特异性。虽然LMCA的血流速度参数发生显著改变，但右大脑中动脉(RMCA)的V_m、PSV和EDV仅出现轻微上升趋势，未达到统计学显著性。其他脑动脉如大脑前动脉(ACA)、大脑后动脉(PCA)、椎动脉和基底动脉的各项参数均未呈现显著变化趋势。

3.3 参数变化模式

数据分析显示，脑血流参数的变化呈现不对称特征。左大脑中动脉的血流速度降低与右大脑中动脉的搏动性增强形成对比，提示北极环境可能通过不同机制影响双侧大脑半球的脑血管调节功能。这种半球间差异可能与脑血管的自动调节机制、交感神经活动或个体血管反应性差异有关。

研究结论部分指出，北极高纬度低温环境可引起人类脑血流速度的部分改变，主要表现为左大脑中动脉血流速度降低和右大脑中动脉搏动性增强。这一发现首次从脑血流动力学角度揭示了北极环境对人类生理的影响，为理解极端环境下脑循环适应性调节提供了新的证据。

在讨论中，研究人员强调这些相对细微的变化可能反映了健康成年人脑血管调节的稳定性。与既往发现的极地环境引起的脑结构改变相比，脑血流参数的相对稳定可能得益于脑血管强大的自动调节能力。然而，三个参数的显著改变仍暗示了北极条件可能引起脑血管阻力的细微变化，这些变化可能与交感神经激活、动态脑血管自动调节或个体血管反应性差异相关。

该研究的重要意义在于填补了北极环境对人类脑血流动力学影响的研究空白，为极端环境生理学提供了新的研究方向。尽管存在样本量有限、研究周期较短、缺乏同步动脉血压监测等局限性，但这项开创性工作为未来更全面的极地人体生理学研究奠定了基础。研究人员建议未来应开展包括男女两性的长期研究，采用多种技术手段深入探索极地环境对人类生理功能的综合影响，从而更好地保障极地科考人员的健康安全。

从更广阔的视角来看，这项研究不仅对极地科考具有实际指导价值，也为理解人类在极端环境下的生理适应机制提供了重要线索。随着人类活动范围的不断扩大，对特殊环境下人体生理反应的研究将变得越来越重要，而这项针对北极环境脑血流动力学的研究正是这一领域的有益探索。