颈总动脉是头颈部的动脉主干，颈动脉的作用是向头面部组织输送动脉血，保证大脑、头面部等器官组织的正常工作。随着年龄的增长，动脉管壁弹性功能逐渐衰退，表现为僵硬度增高、缓冲能力下降、扩张性降低和脉压增加，属于动脉硬化的早期改变[1]，颈动脉血流动力学异常，也是动脉粥样硬化的表现之一[2]。动脉粥样硬化是一个复杂的心血管炎性病变过程，是一种严重危害人类健康的疾病[3]。通常在青少年时期发生，随着年龄增长而逐渐加重，颈动脉硬化早期首先表现为内膜中膜增厚，逐步发展形成动脉粥样硬性化斑块[4]。正因如此，动脉粥样硬化的低龄化趋势需要受到重视[5]，大量研究表明，在防治动脉粥样硬化性心血管疾病方面，身体活动可以预防动脉粥样硬化[6]，稳定疾病的发展趋势甚至逆转疾病发病状态[7]，其中筋膜自我放松、睡眠调节和有氧运动都是效果较好的方式[8,9,10,11]。

头低位训练是一种抵抗重力的抗阻训练，其作为一种医疗运动康复治疗手段，最早出现于1694年，主要用于临床诊断、治疗、干预等研究中[12,13,14,15,16]。例如头低位25°机器人辅助根治前列腺切除术中可降低位置相关眼部并发症的风险，而不增加手术操作的难度，手术期间血液损失少，并发症少，治疗效果好，住院时间短[17]；还有体位变化对肌肉血流影响[18]、对眼内压影响[19]，以及相关眩晕与前庭功能的研究报道[20]，特别是对老年人可能产生晕厥、跌倒、心血管疾病甚至死亡[21,22,23,24]，在严重主动脉狭窄患者中，体位变化似乎不与晕厥相关[25]，甚至出现研究与现实生活的差异，社区老年人常被忽视直立性低血压测量的问题[26]，体位变化对人体功能影响的因果关系仍需长期、随机对照试验评估[27]。

然而，从预防医学角度思考，头低位训练对人体功能的影响仍然缺乏系统研究，而且头低位训练概念目前还未发现有统一的定义。作者根据前人的研究，从运动人体科学视角，给出“头低位训练”定义。头低位训练是指人体头部较躯干离地心距离近的体位下，根据运动需要，科学安排训练计划，改善人体形态、增强各器官系统功能的训练。“头低位训练”操作性定义是指人体头部相对躯干距离地心较近的体位下，以身体纵轴和水平面夹角在(-90°，0°)范围内，见图1A，以手、头、肩、膝关节、踝关节等环节中的一种或多种组合固定支撑，实施科学的训练计划，改善人体身体形态、增强各器官系统功能的训练。倒立训练是头低位训练的一种极限训练，见图1B。

目前，倒立器械健身、康复受到部分大众、医疗康复人员青睐。在倒立器械上训练时，体位有头向上直立倾斜位、平卧位、头低位。当体位变化时，除了可能跌落这些外在的风险外，人们最关心的是头部血流变化情况，因为异常的血流变化可导致晕厥、脑出血等内在健康高风险。那么，体位变化时人体大脑供血的颈动脉内径、血流速度、血流量如何变化，哪种体位变化量较大，血流量变化安全范围是什么，不同体质人体参与头低位训练动脉血管反应如何，以及防治动脉粥样硬化性心血管疾病方面等相关的研究还较少见，缺乏头低位训练动脉血流变化特征理论指导，故该研究的目的是探索当人体在直立位、仰卧位、头低位-30°、头低位-90°体位变化时，人体颈动脉内径、血流速度、血流量变化特征，以期对人体头低位训练提供风险评估，更好地为头低位训练健身、康复提供理论依据。

1、对象和方法

1.1 设计

多因素完全随机设计方法，具体为2×3×4因素设计，其中2代表左右2个同名颈动脉部位，3代表3个不同颈部动脉、4代表不同体位。样本符合正态分布，不同体位比较采用两因素重复测量方差分析，同一体位男女比较采用双样本异方差t检验；同一性别，左右比较采用双样本等方差t检验。

1.2 时间及地点

试验于2018年5-6月在安庆海军医院完成。

1.3 对象

受试者为大学生志愿者，男60名，年龄(21.00±2.43)岁，身高(175.57±8.69)cm，体质量(75.51±8.98)kg，体质量指数(25.82±2.17)kg/m2；女44名，年龄(21.20±3.25)岁，身高(158.66±5.51)cm，体质量(54.90±6.76)kg，体质量指数(22.99±2.46)kg/m2。入选条件：身体健康，无不良嗜好，无糖尿病、高血压、颈动脉和锁骨下动脉粥样硬化斑块或狭窄等引起血流动力学改变的疾病。检查前2h内禁烟禁酒。所有受试者均在知情同意书上签字，此次试验得到安庆师范大学伦理委员会支持，伦理申请编号为ANU2017018。

1.4 方法

1.4.1 试验地点、环境及器材

中国人民解放军海军安庆医院超声科；温度26℃，湿度66%;PHILPSCOLORDOPPLERCV850彩色超声、倒立器械等。

1.4.2 试验过程

在海军安庆医院超声科，经验丰富的超声科医生应用PHILPScolorDopplerCV850对相关指标进行测量。每位受试者在倒立器械上按照直立位、仰卧位、头低位-30°，头低位-90°4种姿势顺序进行静态测量，见图2。

所有受试者在测试前休息10-20min。测试平均时间为40-50min，每种姿势测试间隔时间设为两三分钟。测试期间，2名专职人员对被试者加强保护。测试中，要求受试者尽量保持全身肌肉放松、正常呼吸状态。

根据公式(1)[28]，计算颈总动脉、颈内动脉、椎动脉最大流速血流量。

(1)中，截面积(A)=π(D/2)2,D为血管直径。

根据公式(2)，以仰卧位血流量为基础对照数据，分别计算体位变化时，直立位、头低位-30°、头低位-90°血流量变化百分比。

⊿%=(非仰卧位血流量-仰卧位血流量)/仰卧位血流量(2)

1.5 主要观察指标

直立位、仰卧位、头低位-30°、头低位-90°4种体位下，颈总动脉、颈内动脉、椎动脉最大流速、内径、血流量。

1.6 统计学分析

数据用表示，应用SPSS17.0进行统计和分析。样本符合正态分布，不同体位比较采用两因素重复测量方差分析，同一体位男女比较采用双样本异方差t检验；同一性别左右比较采用双样本等方差t检验，P<0.05为差异有显著性意义，P<0.01为差异有非常显著性意义。

2、结果

2.1 参与者数量分析

招募104名在校大学生志愿者，全部进入结果分析。

2.2 不同体位颈动脉血管内径

4种体位下，青年女性组和青年男性组左颈总动脉内径在头低位-30°时差异有显著性意义(P=0.018)，其他体位下，差异均无显著性意义(P>0.05)。依照直立位、仰卧位、头低位-30°、头低位-90°次序，左颈总动脉内径呈现逐步增大趋势变化，见图3。

2.3 颈动脉收缩期峰值血流速度

表1为人体左颈总动脉、左颈内动脉、左椎动脉最大血流速度。同名动脉男女之间比较，在直立位，左颈总动脉、左椎动脉差异均有显著性意义(P=0.035,P=0.040)，而左颈内动脉差异无显著性意义(P=0.01)；在仰卧位，差异均无显著性意义(P=0.058,P=0.30,P=0.2)；在头低位-30°，差异均无显著性意义(P=0.16,P=0.44,P=0.054)；在头低位-90°，左颈总动脉差异有显著性意义(P=0.026)，而左颈内动脉、左椎动脉差异均无显著性意义(P=0.37,P=0.052)。

同性别、同名动脉不同体位最大血流速度比较，对于女生，直立位与仰卧位比较，左颈总动脉、左颈内动脉、左椎动脉差异均无显著性意义(P=0.13,P=0.18,P=0.32)；仰卧位与头低位-30°比较，左颈总动脉差异有非常显著性意义(P=0.000)，左颈内动脉、左椎动脉差异有显著性意义(P=0.03,P=0.02)；头低位-30°与头低位-90°比较，左颈总动脉、左颈内动脉差异均有非常显著性意义(P=0.000,P=0.003)，而左椎动脉差异无显著性意义(P=0.12)；对于男生，直立位与仰卧位比较，左颈总动脉、左颈内动脉、左椎动脉差异均无显著性意义(P=0.12,P=0.17,P=0.46)；仰卧位与头低位-30°比较，左颈总动脉、左颈内动脉、左椎动脉差异有非常显著性意义(P=0.000,P=0.006,P=0.003)；头低位-30°与头低位-90°比较，左颈总动脉、左颈内动脉差异有非常显著性意义(P=0.001,P=0.004)，而左椎动脉差异有显著性意义(P=0.044)。

2.4 颈动脉收缩期峰值血流量

以仰卧位血流量为基础对照数据，分别计算直立位、头低位-30°、头低位-90°血流量变化百分比，绝大部分动脉血流量变化百分比绝对值为直立位<头低位-30°<头低位-90°，表明人体头低位-90°时颈总动脉血流量最小，见表2。

如图4所示，与仰卧位相比，直立位时女性右颈总动脉(P=0.031)，男性左颈总动脉(P=0.033)、右颈总动脉(P=0.003)、右颈内动脉(P=0.030)血流量明显降低，差异有(非常)显著性意义；与仰卧位相比较，头低位-30°时女性左颈总动脉(P=0.018)、右颈总动脉(P=0.001)、左椎动脉(P=0.049)，男性左颈总动脉(P=0.007)、右颈总动脉(P=0.005)血流量明显降低，差异有(非常)显著性意义；与仰卧位相比较，头低位-90°时男女性左颈总动脉(P=0.000)、右颈总动脉(P=0.000)，女性左颈内动脉(P=0.002)、右颈内动脉(P=0.002)、左椎动脉(P=0.018)，男性左颈内动脉(P=0.001)、右颈内动脉(P=0.000)、左椎动脉(P=0.003)血流量明显降低，差异有(非常)显著性意义；头低位-30°与头低位-90°相比，女性左总动脉(P=0.043)、右颈总动脉(P=0.034)，男性左颈总动脉(P=0.014)、左颈内动脉(P=0.023)差异有显著性意义，女性左颈内动脉(P=0.002)、右颈内动脉(P=0.004)，男性右颈总动脉(P=0.004)、右颈内动脉(P=0.000)差异有非常显著性意义。

2.5 不良事件

测试中，除个别被试主诉感觉鼻部有些许充血、眼胀外，头部无头晕等不良反应发生，测试结束，症状很快消失。

3、讨论

该研究旨在了解头低位训练对人体尤其是心血管的影响，考虑到研究的伦理性、安全性，以及研究团队大部分人员工作在高校，因此选取大学生人群作为研究对象。

3.1 颈动脉血管内径特征分析

青年女性组和青年男性组左颈总动脉内径在头低位-30°时有显著性差异，说明头低位对于颈动脉内径、动脉的顺应性具有一定的影响。动脉顺应性又称动脉弹性，指血管壁的缓冲能力，是由于管腔内压力变化所导致的动脉血管直径或容积的变化，取决于动脉腔径大小和管壁硬度或可扩张性[29]。随着年龄的增长，血管生理结构发生改变，逐渐造成颈部动脉血管内中膜增厚、斑块形成、管壁弹性减弱和内径增大，提示颈部动脉逐渐硬化的特征，可以认为这些变化是衰老在机体内在的结果和表现[30]。年轻人的颈动脉粥样硬化可能与遗传因素、高脂血症、肥胖、高血压病及糖尿病等因素有关。为此，应以早期预防为主，加强运动锻炼。男性颈动脉粥样硬化患病率高于女性[31]，更应注意体力活动的相关锻炼，而头低位训练是一种利用体位变化，借助重力作用，促使血液在人体内重新分配，对动脉弹性既有效果而又相对省力的锻炼方式，从而降低心血管疾病发病率与死亡率。体位变化，尤其是头低位训练时，重力作用引起血流量在颈动脉中重新分配，刺激血管的弹性纤维弹性增加，降低了弹性模量，减少管壁的硬度，颈动脉血管的黏弹性上升，颈动脉管壁的松弛程度增加。

3.2 颈动脉收缩期峰值血流速度特征分析

同名动脉男女之间比较，在直立位，左颈总动脉、左椎动脉分别具有显著性差异，而左颈内动脉不具有显著性差异，说明不同动脉流速具有性别差异。引起这种变化的可能原因：一是男女心脏功能差异，二是肺功能不同，另外还有神经、体液调节功能等。

同性别、同名动脉不同体位最大血流速度比较，无论男女生，直立位与仰卧位比较，左颈总动脉、左颈内动脉、左椎动脉差异均无显著性意义，说明人体神经体液调节系统、循环系统适应了这种体位；而仰卧位与头低位-30°比较，左颈总动脉、左颈内动脉、左椎动脉差异有(非常)显著性意义，说明头低位作为一种影响血流速度的训练负荷刺激具有一定的作用，对人体颈动脉具有一定的训练作用，可预防、改善人体动脉硬化，尤其是对于中老年人群，通过头低位训练，其动脉功能可得到改善。

影响颈动脉血流速度的因素有管径大小、远端阻力、近端流入压力。头低位体位使颈总动脉处的血压升高，导致颈总动脉血流速度降低和管径扩张[32]，使得变化差异更加明显。头低位倾斜是当今应用最为广泛的地面模拟失重的方法之一[33]，因倾斜角度及持续时间不同，所引起机体各系统的变化是错综复杂的，有多种变化机制，有的机制目前仍不明确。

3.3 颈动脉收缩期峰值血流量特征分析

以仰卧位的血流量作为基础对照数据，主要考量人体仰卧位时，相对来说重力对人体颈动脉血流量影响较小，所以将非仰卧体位与仰卧体位作比较，计算血流量变化百分比。

体位变化时，一方面，颈动脉血流量波动呈现出一定规律。无论男女，左、右颈总动脉、颈内动脉、椎动脉血流量，均出现仰卧位为最大值，直立位次之，头低位最小，与研究假设相反，表明体位变化时，各个体位动脉血流动力学特征有所区别，尤其是仰卧位血流量较大，对于高血压患者可能具有较大风险，直立位、头低位对于低血压患者可能有一定的风险。

另一方面，体位改变时，循环系统中还有静脉血管发挥作用。重力对静脉功能的影响较大，人体直立时，处于心脏水平以下静脉血管，身体充盈扩张，较卧位可多容纳血液400-600mL，导致机体血量重新分布，可引起暂时回心血量减少[34]。因此，无论男女，左、右颈总动脉、颈内动脉、椎动脉最大流速血流量显示头低位-90°<头低位-30°<直立位<仰卧位。

对于不同体位变化时，男女之间颈动脉血流量变化规律也存在不完全一致情况。鲁力立等[35]研究认为在头低位训练中，男女的耐受反应有一定差异。此研究血流量值高于张雪梅等[36]研究椎动脉的血流量值，其研究主要是应用平均血流速度计算血流量，而此研究中主要是应用最大流速计算血流量；之所以应用最大血流速度，主要是源于经验假设，认为头低位血流量会增加，尤其是最大血流量若增加过大，会有一定的风险，实际测试直立位或头低位血流量反而小于仰卧位，而仰卧位是大家每天休息习惯的姿势。苏全生等[37]、黄志强等[38]研究发现短时间身体倒立，未发现心功能指标异常情况；此外，头向下倾斜姿势的训练可诱导直立和头向下倾斜姿势的心肺适应性，而在进行直立运动时，主要观察对直立运动训练的适应性[39]。对于健康人来说，头低位训练风险应该是较低的，头低位-30°、头低位-90°均无头晕等较大的不良反应。

通过与仰卧位对比分析，发现男性右颈内动脉增量百分比绝对值在头低位-90°最大为26.3%，其余大部分颈动脉增量百分比绝对值均在20%左右波动，这与ZHANG等[40]、IMMINK等[41]研究较接近，他们被试也是年轻人群，在直立头向上倾斜降低15%-20%，这些观察结果与以往使用传统示踪剂方法在矫形期间对人体大脑中动脉血流的直接测量结果非常一致。

实际上，该研究只是反映颈动脉血流量变化特征，并没有测试大脑中动脉血流特征变化。研究表明，脑循环动脉系统主要是由颈动脉、椎-基底动脉和颅底Willis环等共同构成的一个脑内供血网。颈总动脉是其中最主要的供血器官，其融合了上游心脏和下游脑血管床的血流动力学以及血流信号特征信息，是心脑血管疾病早期诊断、治疗的重要检测窗口[34]。研究测得的颈总动脉的血流量动态变化，虽然不能表明脑颅内血流的直接变化，但可以间接反映出脑颅内的供血情况。

目前，尽管体位变化过程中脑颅内血流降低的潜在机制还不完全清楚，但已有研究表明，正常的人体体位变化主要是神经-体液调节机制。人体正常直立姿势时血流减少的可能机制包括由于心肺和动脉压力反射的激活、交感神经兴奋性提高、血管收缩、肌源性反应增加伴随动脉压升高，以及重力梯度作用导致静脉小动脉反射的激活等，使得血流减少[42]。体位变化时，引起各种心血管反射，导致心输出和各器官的血管舒缩状态发生相应的改变[34]。

重力作用下，人体体位变化主要影响血液的分配，心血管承受负荷刺激，引起血液动力学变化，激发神经和体液的调节机制[43,44]。从仰卧位到直立位过渡时，激活位于颈动脉窦和主动脉弓的压力感受器的血压调节反射，刺激交感神经系统活动加强，副交感神经系统活动减弱，增加心率、静脉回流、心脏收缩力和血管张力，因此，血压水平得以恢复，外周血管阻力增加是血压恢复的主要原因，而心率的增加可能起到补充作用；这些补偿性反应通常能够在短期的几秒钟内使血压稳定；在长时间直立(倒立)姿势的情况下，激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统，加压素分泌增多，协助调节体内的长期血压与体液平衡[27]。

总之，颈动脉血流调节是一个复杂的、多种机制参与的过程，促使各器官之间血流分配能适应机体及时活动功能需要。体位变化时，所有这些机制必须协调起作用，尤其是许多代偿性改变是通过自主神经系统的活动来协调的。

头低位训练的功能还有待进一步研究。潘毅[45]研究了潜水头低位-90°训练，认为有助于刺激前庭耳蜗神经，提高其适应性，增强研究平衡、空间等信息的综合处理能力。王霆等[46]、姜丽等[47]研究表明，有规律、定量的倒立训练改善了弓箭手的中枢神经功能，显著缓解了优秀弓箭手负荷训练后的焦虑等不良情绪、睡眠质量差等不适症状，并认为倒立训练干预时间越长，中心功能改善越明显。VIJAYALAKSHMI等[48]发现，在头低位-80°时，脉压下降和舒张压梯度增加显著，这种升压反应可能是由低氧血症或颅内压升高引起的。李志宏等[49]对38名60岁高血压知识分子进行了长期倒立训练，研究表明倒立训练的降压效果是安全有效的。LÜ等[50]研究认为惯性哑铃对人类认知功能有一定的益处，因此头低位是否也能改善认知功能还有待进一步研究。

该研究也有一定的局限性：首先，样本量较小；其次，受试者范围较小，主要是针对大学生群体，未涉及同龄的其他行业人群；第三，颈部静脉血流量未测试；第四，对于脑内动脉血流变化未做研究。

结论：健康人体体位由直立位、仰卧位、头低位-30°到头低位-90°的顺序变化时，与仰卧位相比，在头低位-30°、头低位-90°时颈总动脉、颈内动脉、椎动脉血流量变化百分比较大，尤其是头低位-90°变化最大。建议在应用头低位健身训练时，对于体质较弱或某些病理情况下人体健身、康复应遵循循序渐进原则，由头低位较小角度开始，逐步适应较大角度负荷。

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