一種多運動生理指標失重飛機綜合測試的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天航空技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多運動生理指標失重飛機綜合測試。
【背景技術(shù)】
[0002]失重飛機是利用普通飛機改裝后的、具有特殊用途的飛機，它是載人航天計劃中的一種重要的大型實驗場所和裝置。
[0003]失重是航天飛行過程中始終存所處的一種特殊的環(huán)境因素，國內(nèi)外許多研究資料表明，太空失重環(huán)境下人體的一些生理學功能發(fā)生了改變，長期飛行會使航天員產(chǎn)生心血管失調(diào)、骨丟失、下肢肌肉萎縮等失重生理效應(yīng)，隨著航天航空技術(shù)的不斷發(fā)展，對于這方面的研究也變得更加迫切。
[0004]跑臺鍛煉是航天員訓(xùn)練和航天飛行中主要的對抗失重效應(yīng)的防護措施，目前我國已將跑臺鍛煉列入未來長期航天飛行對抗措施計劃中。但由于相關(guān)人體試驗中受試者的因素難于控制，目前國外對多大強度的跑臺鍛煉效果最佳仍無定論。
[0005]因此測試獲取失重狀態(tài)下人體操作運動特性、視覺感知特性、跑臺束縛特性，以進一步分析太空跑臺在設(shè)計上存在的問題并完善跑臺設(shè)計；研究失重狀態(tài)下模式生物重力應(yīng)激基因表達以及生物節(jié)律的影響，揭示重力變化影響生物鐘的分子機制；將對我國航空航天技術(shù)發(fā)展起到重要作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種多運動生理指標失重飛機綜合測試，該方法可獲取失重飛行狀態(tài)下人進行推、拉、雙臂旋轉(zhuǎn)操作時的績效數(shù)據(jù)，支撐失重環(huán)境下生物力學模型驗證；測量獲取跑臺受試者肩腰部的力分配數(shù)據(jù)，為跑臺束縛系統(tǒng)的改進和完善提供依據(jù)；通過對比地面和失重飛機上的跑步運動姿態(tài)的差異，進一步分析太空跑臺在設(shè)計上存在的問題；驗證微重力條件下、跑步過程中束縛裝置的適體性、舒適性，人體對縱向負荷的適應(yīng)性；驗證視覺感知特性測試系統(tǒng)在變重力環(huán)境下獲取績效數(shù)據(jù)的有效性；探討失重飛機模擬的短暫、多次失重對于模式生物重力應(yīng)激基因表達以及生物節(jié)律的影響，揭示重力變化影響生物鐘的分子機制。
[0007]該方法包括人體操作運動特性測試支架及設(shè)備平臺、跑臺、視覺感知特性測試系統(tǒng)和生物節(jié)律影響測試平臺。
[0008]所述人體操作運動特性測試支架及設(shè)備平臺包括操作力測試系統(tǒng)、體力負荷測評系統(tǒng)和人體運動采集記錄系統(tǒng)；
[0009]所述操作力測試系統(tǒng)由筆記本電腦、測試支架、操作力采集器、2個推拉力測量扶手、2個旋轉(zhuǎn)力測量扶手和4個腳限制器組成，其中測試支架固定在飛機艙體壁上，2個推拉力測量扶手和2個旋轉(zhuǎn)力測量扶手分別安裝在測試支架上，4個腳限制器分別固定飛機艙體地板上，2個推拉力測量扶手、2個旋轉(zhuǎn)力測量扶手和4個腳限制器分別連接到操作力采集器上，操作力電壓信號通過操作力采集器分析并轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號，操作力采集器用數(shù)據(jù)線和筆記本電腦連接，將操作力數(shù)據(jù)實時顯示并存貯以備后續(xù)分析；
[0010]所述體力負荷測評系統(tǒng)包括肌電采集裝置和心率檢測裝置，其中肌電采集裝置為(Noraxon Telemyo)，采集16個表面肌電信號，采集部位如下:上肢肌群包括:肱三頭肌、肱二頭肌、肱橈肌、橈側(cè)腕伸肌、尺側(cè)腕伸肌、三角肌、胸大肌、斜方肌等8塊肌肉；下肢肌群包括:股四頭肌(股外側(cè)肌、股直肌、股內(nèi)側(cè)肌)、腓腸肌(內(nèi)側(cè)、外側(cè)頭)、脛骨前肌、股二頭肌、半腱肌等8塊肌肉；心率檢測裝置為Actiheart心率自動檢測儀及背帶，Actiheart心率檢測儀包括可充電電源和記憶卡裝置在內(nèi)總重量小于10g，可連續(xù)記錄心率數(shù)據(jù)達21天，無需電源，內(nèi)置記憶卡，因此不須數(shù)據(jù)線，不會干擾機內(nèi)電子通信；
[0011]所述人體運動采集記錄系統(tǒng)包括照相機、4個固定攝像機、Xsens MVN運動捕獲裝置和MVN運動測量系統(tǒng)和MVN分析軟件，獲取實驗過程中人體在失重飛機的運動圖像、運動學數(shù)據(jù)，通過MVN分析軟件解析運動學參數(shù)。
[0012]所述跑臺包括跑臺主體、跑臺安裝支架、力測量裝置、力傳感器6個、力測量裝置安裝支架、束縛裝置、照相機和2個攝像機，其中跑臺安裝支架固定在飛機地板上，跑臺主體安裝在跑臺安裝支架上，力測量裝置安裝支架固定在跑臺安裝支架側(cè)面，力測量裝置安裝在力測量裝置安裝支架上；
[0013]受試者穿著束縛裝置，在束縛裝置的腰部兩側(cè)、胸前兩側(cè)、背部兩側(cè)各連接一個力傳感器，測量計算束縛裝置在受試者肩部和腰部的力分配；
[0014]束縛裝置連接縱向負荷，在平飛段、超重段手扶扶手下蹲，在失重段站立進行跑步驗證；
[0015]在跑臺前方、側(cè)面各固定安裝一臺攝像機，拍攝受試者在失重期間的跑步姿態(tài)影像，同時還安裝一部照相機，根據(jù)需要拍攝跑步姿態(tài)圖片。
[0016]設(shè)備操作者可根據(jù)情況調(diào)整縱向負荷、照相、操作力測量裝置、保護受試者。
[0017]所述視覺感知特性測試系統(tǒng)包括測試臺、固定座椅和筆記本電腦，其中測試臺和固定座椅安裝在飛機地板上，筆記本電腦固定在測試臺上，測試均為計算機軟件測試，測試人員在任務(wù)中需要關(guān)注電腦屏幕上視覺刺激(部分測試中視覺刺激將在屏幕上運動)，并按照要求進行按鍵反應(yīng)，計算機系統(tǒng)會自動記錄受試者反應(yīng)的準確率、時間誤差等績效指標。
[0018]所述生物節(jié)律影響測試平臺包括失重對于模式生物基因表達應(yīng)答變化的影響測試裝置和重力多次短暫變化對于模式生物晝夜節(jié)律的影響測試裝置；
[0019]所述失重對于模式生物基因表達應(yīng)答變化的影響測試裝置包括培養(yǎng)皿盒、3個培養(yǎng)皿、試管盒、試管支架、3個塑料試管，其中培養(yǎng)皿盒和試管盒固定在飛機機艙內(nèi)，3個培養(yǎng)皿可以重疊放置在培養(yǎng)皿盒內(nèi)，試管支架放置在試管盒內(nèi)，試管支架上有四個試管放置孔，3個塑料試管容積為15毫升，可以放置并固定在試管放置孔內(nèi)，三個塑料試管分別為1#、2# 和 3# ；
[0020]在失重飛機起飛前兩天，將粗糙鏈孢霉接種于液體培養(yǎng)基中，靜置培養(yǎng)2天后，在液體表面長出一層菌膜，在失重飛機起飛前3小時，將菌膜用滅菌后的打孔器切成圓片后，將圓片接入到底部盛有一層固體培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿的培養(yǎng)基表面，每個培養(yǎng)皿接種6片，共接種3個培養(yǎng)皿，編號為#1、#2和#3 ;
[0021]測試時在第1個拋物線開始前，開始第一次收樣，將組織片用鑷子從#1號培養(yǎng)皿的固體培養(yǎng)基上夾出6片菌膜，放入盛有5mlRNAlater溶液的1#塑料試管里，旋緊蓋子，并放入塑料容器內(nèi)，以確保液體保存于兩層容器內(nèi)。
[0022]在第20個拋物線下降飛行完成后，在平飛階段，立即用鑷子從#2號培養(yǎng)皿的固體培養(yǎng)基上夾出6片菌膜，放入盛有5ml RNAlater溶液的2#塑料試管里，旋緊蓋子，并放入塑料容器內(nèi)，以確保液體保存于兩層容器內(nèi)。
[0023]在最后的拋物線飛行結(jié)束后，在平飛階段，立即用鑷子從#3號培養(yǎng)皿的固體培養(yǎng)基上夾出6片菌膜，放入盛有5ml RNAlater溶液的3#塑料試管里，旋緊蓋子，并放入塑料容器內(nèi)，以確保液體保存于兩層容器內(nèi)。
[0024]組織樣本收集后，迅速浸入適當體積的RNAlater RNA Stabilizat1n Reagent中，可穩(wěn)定保護 RNA，保存樣本。RNAlater Tissue Protect Tubes 預(yù)先裝有 RNAlater RNAStabilizat1n Reagent，管口可重新密封，方便操作和保存樣本。經(jīng)保護的RNA在37°C下可保存1天，18-25°C下可保存7天，2-8°C下可保存4周，并且可以在無干冰或液氮條件下操作、儲藏及運輸樣本。該試劑保護后的樣本可在_20°C或_80°C條件下長期保存。
[0025]實驗結(jié)束后對收集的對照樣本、20次拋物線飛行后樣本、30次拋物線飛行后樣本共三批樣本進行總RNA提取、轉(zhuǎn)錄組測序和分析，以篩選和鑒定重力變化的應(yīng)答基因。
[0026]所述重力多次短暫變化對于模式生物晝夜節(jié)律的影響測試裝置包括塑料離心管6只、不透光密封盒2個、塑料泡沫盒2個和固定包一個，塑料離心管容積為50毫升，每個不透光密封盒可裝3個塑料離心管，不透光密封盒可以裝在塑料泡沫盒內(nèi)，塑料泡沫盒可以裝在固定包里，固定包固定在機艙內(nèi)；
[0027]塑料離心管底部有固體培養(yǎng)基，在固體培養(yǎng)基上接種粗糙鏈孢霉，同時將塑料離心管按照每3只裝在1個不透光密封盒里，再將2個不透光密封盒分別裝在2個塑料泡沫盒內(nèi)，以保持較穩(wěn)定的溫度，其中1個泡沫盒不參加失重飛機作為對照，另1個塑料泡沫盒子上失重飛機完成所有拋物線飛行后帶回，返回地面后進行測試，在紅光下接種至race tube并比較生物節(jié)律是否發(fā)生變化。
【具體實施方式】
[0028]為了理解本發(fā)明，下面通過具體的實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0029]一種多運動生理指標失重飛機綜合測試，該方法包括人體操作運動特性測試支架及設(shè)備平臺、跑臺、視覺感知特性測試系統(tǒng)和生物節(jié)律影響測試平臺。
[0030]所述人體操作運動特性測試支架及設(shè)備平臺包括操作力測試系統(tǒng)、體力負荷測評系統(tǒng)和人體運動采集記錄系統(tǒng)；
[0031]所述操作力測試系統(tǒng)由筆記本電腦、測試支架、操作力采集器、2個推拉力測量扶手、2個旋轉(zhuǎn)力測量扶手和4個腳限制器組成，其中測試支架固定在飛機艙體壁上，2個推拉力測量扶手和2個旋轉(zhuǎn)力測量扶手分別安裝在測試支架上，4個腳限制器分別固定飛機艙體地板上，2個推拉力測量扶手、2個旋轉(zhuǎn)力測量扶手和4個腳限制器分別連接到操作力采集器上，操作力電壓信號通過操作力采集器分析并轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號，操作力采集器用數(shù)據(jù)線和筆記本電腦連接；
[0032]所述體力負荷測評系統(tǒng)包括肌電采集裝置和心率檢測裝置，其中肌電采集裝置為(Noraxon Telemyo)，采集16個表面肌電信號，采集部位如下:上肢肌群包括:肱三頭肌、肱二頭肌、肱橈肌、橈側(cè)腕伸肌、尺側(cè)腕伸肌、三角肌、胸大肌、斜方肌等8塊肌肉；下肢肌群包括:股四頭肌(股外側(cè)肌、股直肌、股內(nèi)側(cè)肌)、腓腸肌(內(nèi)側(cè)、外側(cè)頭)、脛骨前肌