急性低压缺氧环境下体力疲劳进程中心率变异性的变化规律及其在航天员心血管安全监测中的应用

为评估航天员在月球基地低压缺氧环境下执行重体力任务时的疲劳风险，研究人员通过模拟不同海拔高度（0m/3500m/4500m）条件下25kg箱体搬运实验，结合HRV（心率变异性）多维度分析，发现严重缺氧（SH）会加速副交感神经（PNS）抑制并显著提高SD2/SD1比值（p=0.01），该成果为月球栖息地环境参数优化和航天员心血管安全预警提供了重要依据。

　　

随着人类月球探测计划的推进，国际月球科研站将面临特殊的大气环境挑战。NASA建议的栖息地标准气压（8.0 psia/32% O₂）相当于海拔1213米，而突发性舱体失压可能导致更严重的急性低压缺氧（Hypobaric Hypoxia, HH）。历史上阿波罗计划期间就曾发生过航天员因超负荷工作引发心律失常的案例。虽然微重力对心血管的影响已被广泛研究，但缺氧与体力疲劳的复合效应仍是亟待探索的领域——这正是本项发表在《Life Sciences in Space Research》的研究要解决的核心问题。

为揭示这一科学问题，研究人员设计了三组对照实验：常氧常压（NN，0米）、中度缺氧（MH，3500米）和重度缺氧（SH，4500米）。10名健康男性受试者在模拟环境中重复执行25公斤箱体搬运（Manual Material Handling, MMH）直至力竭，同步采集心电图数据并分析时域（lnRMSSD）、频域（lnLF/lnHF）和非线性（SD1/SD2）心率变异性（Heart Rate Variability, HRV）指标。研究采用交叉设计消除个体差异，通过ANOVA统计验证不同海拔条件下的生理参数变化。

研究结果
缺氧程度的影响
随着海拔升高，血氧饱和度（SpO₂）出现阶梯式下降（p<0.001），同时伴随副交感神经活性标志物（lnRMSSD、SD1、lnHF）的显著降低（p≤0.032）和交感神经优势指标（SD2/SD1、lnLF/lnHF）的升高（p≤0.008）。这表明缺氧环境会打破自主神经系统（Autonomic Nervous System, ANS）平衡，迫使机体通过提高心率来代偿氧供不足。

疲劳进程的差异
在重度缺氧（SH）条件下，受试者达到中度疲劳所需的MMH重复次数显著少于常氧组（p=0.039）。更值得注意的是，SH组在疲劳前后单次搬运耗时均长于NN组（p≤0.036），提示缺氧环境会加速疲劳累积并降低工作效率。

HRV的动态响应
非线性指标SD2/SD1在SH组中度疲劳期显著高于NN组（p=0.01），成为同时响应缺氧程度和疲劳状态的双敏感指标。而其他HRV参数仅表现出时间主效应，说明不同生理应激因素对ANS的调控存在特异性通路。

这项研究首次系统阐释了低压缺氧与体力负荷的协同作用机制：缺氧通过抑制副交感神经（PNS）活性和增强交感神经（SNS）优势，导致心血管系统提前进入代偿状态；而疲劳进程则进一步放大这种效应，表现为SD2/SD1比值的特征性变化。这些发现不仅为月球基地的大气参数设置（如避免长期处于>3500米等效海拔）提供了实验依据，更重要的是建立了基于HRV的航天员疲劳预警指标体系——特别是SD2/SD1作为双重生物标志物的应用价值。该成果对保障未来深空探索任务中航天员的心血管安全具有重要实践意义。