在模拟运动不足的情况下，心血管系统调节机制中的性别差异

本研究通过干浸模型模拟低运动状态，利用心率变异性（HRV）分析和因子分析探讨男女自主神经调节差异，发现男性心率与整体自主神经活动整合，女性低频和高频百分比呈现独立模块化组织，提示性别特异性适应策略。

　　

玛丽亚·费德丘克 | 安德烈·诺索夫斯基 | 瓦西里·鲁萨诺夫

俄罗斯科学院生物医学问题研究所（IBMP RAS），俄罗斯联邦，莫斯科

摘要

本研究探讨了在模拟运动减少的情况下，自主神经系统反应的性别差异。九名健康男性（平均年龄23±3岁）和九名健康女性（平均年龄26±3岁）接受了为期5天的干式浸泡实验。通过心率变异性（HRV）分析和因子分析（8个指标）来评估自主神经系统的调节功能。

因子分析揭示了三个解释超过80%变异量的因素。因子1（SDNN、RMSSD）对两性都适用，但在男性中还包括心率（符号相反）。因子2包括女性的低频成分（LF）和男性的高频成分与低频成分的百分比（LF%）（符号相反）。因子3包括女性的低频成分（LF）和男性的高频成分（HF）。

因此，适应运动减少的状态涉及普遍存在的调节机制（如SDNN、RMSSD）以及性别特异性的调节策略：女性表现为模块化组织（LF和VLF独立），而男性则表现为整合的、相互关联的组织（VLF-HF%的耦合）。这些结果强调了在研究运动减少条件下的自主神经系统调节时考虑性别的必要性。

引言

运动减少是指肌肉运动的频率、幅度和强度低于生理正常水平，它是人体出现病理状况的重要风险因素（Mikha?lov, 2001; Diaz et al., 2017; Bellettiere et al., 2019）。不仅生病或受伤后的患者以及老年人会经历运动不足，那些职业活动和休闲活动需要极少体力消耗的健康人群也会面临这一问题（Hebden et al., 2012; Goyal & Rakhra, 2024）。因此，运动减少不再是一个特定群体的问题，而成为影响整体公共卫生的普遍因素。

长期的运动减少会导致非常严重的后果，包括心血管疾病（Ignarro et al., 2007; Young et al., 2016）、肌肉无力及肌肉骨骼疾病（Nunes et al., 2022），以及代谢紊乱，这些都会促进肥胖、2型糖尿病和代谢综合征的发展（Neeland et al., 2024）。此外，体力活动减少还可能导致抑郁、焦虑和认知功能下降（De Mello et al., 2013）。这些现象是在长期暴露于运动减少带来的多种影响背景下发生的：能量消耗降低（≤1.5代谢当量（MET））、消化减慢、代谢过程抑制、组织停滞、感觉刺激减少和肌肉张力下降及随后的萎缩，同时还会促进全身炎症（Burini et al., 2020; Pinto et al., 2023; Eggelbusch et al., 2024）。

显然，当体力活动受到限制时，身体会重新组织调节过程以确保在新环境中的有效生存。然而，通常无法长时间保持最佳状态。适应久坐生活方式的适应性变化会对身体产生长期负面影响，并最终超出正常生理反应的限度，从而可能引发病理状况。

关于运动减少对人类影响的研究大多集中在空间生理学领域。值得注意的是，这些研究主要关注这一因素对健康个体的影响，包括特别挑选的宇航员和参与地面模拟实验的志愿者（Hargens & Vico, 2016; Ferranti, 2021; Hettrich et al., 2015）。然而，运动减少的研究不仅在载人航天飞行中具有重要意义（失重会导致运动量和体力活动显著减少，Moosavi et al., 2021），也在城市化背景下具有相关性，因为城市化导致大量人口采用久坐生活方式（Park et al., 2020）。

对于普通人群来说，克服运动减少主要依赖于意志力和动力；但对于卧床不起的患者或宇航员来说，他们抵抗运动减少影响的能力受到身体条件的根本限制。因此，阐明在运动减少期间人体内发生的机制和适应过程是一个关键的研究领域。这种理解对于制定针对运动减少有害影响的有效对策至关重要。

在空间生理学中，已经开发出并成功使用了多种模型来模拟运动减少：“干式”浸泡（DI）、传统卧床休息和头部向下倾斜（HDT）卧床休息（图1）。每种模型都会引发特定的变化，这些变化主要与运动显著受限和体内液体流动受限制有关（Watenpaugh, 2016; Mulavara et al., 2018; Amirova et al., 2020）。

由于微重力环境下头部方向的液体移动比水平卧床休息时更明显，目前空间生理学中很少使用长时间卧床休息。通常将头部向下倾斜6°来进行卧床休息，以模拟体内的液体移动（Hargens & Vico, 2016）。这种模型被称为6° HDT卧床休息，能够成功再现微重力效应，如轴向负荷减少、足部承重负荷转移到背部和臀部、运动减少以及头部方向的液体移动（Pavy-Le Traon et al., 2007）。后一种效应使得难以区分头部液体移动与运动减少直接导致的效果。

干式浸泡（DI）模拟了“缺乏支撑”和低动力状态，因为志愿者被置于装有温中性水的浴缸中。DI过程中的浸泡仅限于颈部以下的身体部位，因此该模型在更大程度上模拟了运动受限的效果，而在较小程度上模拟了HDT卧床休息中观察到的头部液体移动相关效果。此外，在卧床休息和HDT卧床休息期间，承重负荷会从下肢重新分配到身体的其他部位，因此支撑感觉并未完全丧失（Watenpaugh, 2016）。

DI迅速引发了典型的久坐生活方式引起的代谢变化，表现为葡萄糖耐受性下降、血浆致动脉粥样硬化指数升高和脂质谱异常。液体重新分布和肌肉卸载会导致心血管和感觉运动系统的显著恶化，包括直立耐受性、有氧能力和平衡能力下降（Robin et al., 2023）。

与其他模型相比，DI模型更准确地再现了运动减少对人体的影响，这不仅是因为运动受限，还因为浸泡在水中并悬浮在水中的身体部分减轻了重量。

据推测，DI状态下的能量消耗低于运动减少和卧床休息状态，因为维持体温所需的能量较少（因为水温始终保持在32–34.5°C，Tomilovskaya et al., 2019; De Abreu, 2017）。

对运动减少最敏感的系统之一是心血管系统（CVS）。心血管功能的变化与身体不同部位发生的进程有关，并受到神经和激素机制的调节。由于这些进程会影响心脏功能，因此可以通过分析心率（HR）及其变异性来评估CVS的功能状态和身体的整体调节过程。

考虑性别在运动减少适应机制中的差异有助于制定更有效的应对措施。然而，目前关于DI的研究主要涉及男性，涉及女性的实验数据较少（Tomilovskaya et al., 2021; Robin et al., 2023）。虽然参与HDT卧床休息实验的女性略多一些（Larina et al., 1997; Morgan et al., 2012; Hoffmann et al., 2021）。

尽管如此，我们认为心血管系统在两种性别中都表现出对运动减少的普遍反应以及性别特异性的适应策略。

基于此，我们本研究旨在评估在模拟运动减少条件下自主调节机制的性别差异。

研究人群

九名健康男性（平均年龄23 ± 3岁，身高174 ± 6厘米，体重69 ± 5公斤，BMI 22.9 ± 2.5；标准差±平均值）和九名健康女性（平均年龄26 ± 3岁，身高170 ± 6厘米，体重63 ± 7公斤，BMI 21.7 ± 1.8；标准差±平均值）参与了这项实验研究。志愿者都受过适度训练，不吸烟，且无药物滥用史。男性和女性的实验分别进行，但都在相同的条件下进行。

志愿者未受到

结果

在分析HRV指标的因子结构时，我们为每种性别确定了三个因子，根据Kaiser标准，这些因子的特征值大于1，并解释了超过80%的总体变异量（图2）。

因子1解释了大约40%的总体变异量，包括男性和女性的SDNN和RMSSD。此外，在男性中，心率（HR）也包含在这个因子中，但其因子载荷的符号相反（表2）。

尽管

讨论

本研究通过模拟运动减少、肌肉运动量和力度受限的情况，考察了自主神经系统调节机制的性别差异。通过因子分析，我们能够识别出自主神经系统调节的性别特异性模式。

结论

本研究揭示了自主神经系统对模拟运动减少的普遍和性别特异性适应模式。在两种性别中都存在一个核心的自主调节复合体，该复合体整合了整体变异性和副交感神经活动，表明存在共同的调节基础。然而，仅在男性中，心率与这一复合体密切相关，反映了心率调节功能与自主状态之间的更紧密整合。

性别差异主要体现在心脏的频谱组织上

局限性

需要注意的是，本研究的一个关键局限性是样本量较小（每组n=9），这在该类复杂且资源密集的模拟实验中很常见，因为通常只有少数志愿者参与（Mikha?lovskaia et al., 2011; Litvinova et al., 2004; Velarde et al., 2024）。尽管这种样本量在类似的生理学研究中很实用且普遍，但它不可避免地会影响结果的解释。

已知

数据可用性声明

本研究生成的数据集可向相应作者索取。

作者贡献声明

所有作者对这项工作做出了同等贡献。

资助

我们的研究作为DI项目的一部分，在俄罗斯科学院生物医学问题研究所的基础研究计划[FMFR-2024-0042]框架内进行，利用了用于测试空间生物医学创新技术的医疗和技术设施，以支持轨道和行星际飞行，并利用独特的Transgenbank科学设施开发实际医疗保健方案。

作者贡献声明

玛丽亚·费德丘克：撰写——初稿、可视化、数据分析、形式分析、数据管理、概念构建。安德烈·诺索夫斯基：撰写——审稿与编辑、验证、监督、数据分析、形式分析、概念构建。瓦西里·鲁萨诺夫：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、资金获取、概念构建。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本文作者衷心感谢Dry Immersion项目的团队，特别是IBMP RAS的E. Tomilovskaya博士和G. Vasilieva博士的部门。