劉 飛 周立艷 李成林 孫宏偉 吉 敏 張 濤 王 平 易 勇 崔 彥
隨著載人航天實踐及相關科學研究的深入開展,失重對人體各系統(tǒng)的一系列影響逐漸得以認識。航天活動日益頻繁,航天醫(yī)學研究亟待加強[1~3]。目前國內尚無失重狀態(tài)對胰腺分泌功能影響的研究報道。本研究通過檢測模擬失重大鼠靜脈血淀粉酶、脂肪酶、胰島素、胰高血糖素、C肽、血糖等內外分泌指標的變化情況,探討模擬失重對大鼠胰腺分泌功能的影響及可能機制。
1.實驗動物與分組:健康成年雄性Wistar大鼠64只,平均體重300±50g,由中國農業(yè)大學動物實驗研究所提供。適應性飼養(yǎng)1周后,按隨機數(shù)字表法將64只大鼠隨機分8組(每組 n=8),分別為 6h、12h、1 天、2 天、3 天、5 天、7 天及 0h(對照組)。
2.動物模型與樣本采集:參照陳杰等[4]的方法采用尾懸吊法建立模擬失重大鼠模型。大鼠單籠飼養(yǎng),實驗組大鼠尾部懸于籠頂,前肢踏于籠底,后肢踏空。對照組大鼠置于相同鼠籠中,自由活動。所有大鼠可自由進食、飲水。動物室溫度保持在23±2℃,每天燈光照明12h與黑暗交替循環(huán),保持適當濕度及通風條件,定時投放標準鼠糧及純凈水。為避免晝夜給大鼠分泌功能的影響,各時段大鼠均按固定時間造模及采集樣本,實驗結束前禁食12h,自由飲水。腹腔注射水合氯醛300mg/kg將動物麻醉,剪去胸部毛發(fā),局部消毒,沿正中線剖開胸腔,經右心房穿刺抽取靜脈血5ml分裝5管,并即時測定血糖值,搖勻血標本,靜置1h,4℃離心3000r/min×10min,吸取上清后保存于-20℃冰箱備用。
3.指標檢測及方法:(1)血糖:采用葡萄糖氧化酶法檢測(日立7160全自動生化分析儀)。(2)血清胰島素:采用放射免疫法測定(放射免疫分析試劑盒,北京華英生物技術研究所生產;r-911全自動放免計數(shù)儀,中國科技大學實業(yè)總公司生產)。(3)血清胰高血糖素:采用放射免疫法測定(放射免疫分析試劑盒,北京華英生物技術研究所生產;r-911全自動放免計數(shù)儀,中國科技大學實業(yè)總公司生產)。(4)血清C肽:采用放射免疫法測定(放射免疫分析試劑盒,北京華英生物技術研究所生產;r-911全自動放免計數(shù)儀,中國科技大學實業(yè)總公司生產)。(5)血清淀粉酶及血清脂肪酶:采用碘-淀粉比色法檢測(日立7160全自動生化分析儀)。
4.統(tǒng)計學方法:實驗數(shù)據采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行分析,數(shù)據均用均數(shù)±標準差(±s)表示,組間采用單因素方差分析,P<0.05有統(tǒng)計學意義。
1.實驗動物觀察:研究過程中各組動物無死亡,實驗開始到尾懸吊24h,大鼠焦躁不安,稀便排泄物增多,進食量減少,1~2天后大鼠逐漸恢復平穩(wěn)狀態(tài)。
2.模擬失重大鼠血糖水平變化:失重Wistar大鼠血糖值波動明顯,表現(xiàn)為先升后降再升再回落的特點。6h組升高,隨后下降,1天時血糖水平為低谷,與對照組相比,差異顯著(P<0.05)。之后血糖值升高,3天時血糖水平達高峰,與對照組比較,差異顯著(P<0.01)。7天時血糖趨向正常水平(表1,圖1a)。
3.模擬失重大鼠血清胰島素水平變化:失重Wistar大鼠血清胰島素水平短期內升高,6h形成峰值(26.20±1.34μIU/ml),隨后下降,3天時降至最低值(13.06±0.57μIU/ml),與對照組相比,差異顯著(P<0.01)。之后逐漸升高,至7天時仍未恢復到正常水平(表1、圖1b)。
4.模擬失重大鼠血清胰高血糖素水平變化:失重各組Wistar大鼠血清胰高血糖素水平均升高,1天時形成高峰(120.35 ±6.17)。6h、12h、1 天、2 天、3 天組與對照組比較,P<0.01,3天組與對照組比較,P<0.05,7天時胰高血糖素水平仍高于正常對照組,但差異無統(tǒng)計學意義(表1、圖1c)。
5.模擬失重大鼠血清C肽水平變化:失重大鼠C肽水平變化幅度小,僅在3天時相點水平降低,與對照組相比,有統(tǒng)計學意義(P<0.05)(表1、圖1d)。
6.模擬失重大鼠血清淀粉酶水平變化:失重Wistar大鼠血清淀粉酶水平波動明顯,表現(xiàn)為先升后降再回升。6h形成峰值,與對照組比較差異明顯(P<0.01),之后下降,1天時形成低谷,明顯低于對照組(P<0.01)。隨著失重時間的延長,血清淀粉酶逐漸回升,恢復到接近正常水平(表1、圖1e)。
7.模擬失重大鼠血清脂肪酶水平變化:大鼠血清脂肪酶水平僅在懸尾6h時升高,明顯高于對照組(P<0.01),其余各時相組與對照組比較均無明顯差異(表1,圖1f)。
表1 各組實驗大鼠血糖及胰腺內外分泌檢測指標變化±s)
表1 各組實驗大鼠血糖及胰腺內外分泌檢測指標變化±s)
與對照組(oh組)比,*P <0.05,**P <0.01
組別(n=8) 血糖(mmol/L) 胰島素(μIU/ml) 胰高血糖素(pg/ml) C肽(ng/L) 血清淀粉酶(IU/L) 血清脂肪酶(IU/L)0h組 5.13±0.21 22.82±0.48 68.64±8.54 0.44±0.04 502.0±37.0 65.6±1.1 6h組 6.03±0.46 26.20±1.34 91.73±4.72** 0.45±0.02 693.3±33.0** 70.9±3.4**12h組 5.00±0.60 22.75±1.68 94.50±5.83** 0.48±0.00 553.0±33.2 67.2±2.8 1天組 3.90±0.20* 21.63±1.84 120.35±6.17** 0.48±0.01 367.7±41.5** 66.3±0.8 2天組 4.83±1.03 18.09±3.52* 87.58±4.67** 0.46±0.06 422.3±78.0* 65.3±0.6 3天組 6.57±0.25** 13.06±0.57** 84.22±11.91** 0.36±0.01* 549.0±4.6 65.0±0.3 5天組 5.97±0.76 18.28±1.68* 81.27±11.21* 0.40±0.02 519.3±5.7 67.9±0.9 7天組 5.07±0.31 20.08±3.92*76.64±2.44 0.41±0.02 535.0±21.5 67.7±2.2
胰腺作為機體重要的分泌器官,失重環(huán)境亦對其產生一定影響。已有的研究表明,失重可造成胰腺重量減輕、胰島素和血糖代謝紊亂以及生長抑素受抑制等。Miyake等[5]研究搭載哥倫比亞飛船的出生8天和14天的SD大鼠,測量飛行16天后大鼠各器官重量及器官體重比率,結果發(fā)現(xiàn)胰腺萎縮。Macho等[6]研究搭乘Cosmos 2044生物火箭飛行14天的雄性Wistar大鼠,觀察到大鼠血糖水平顯著升高,而血漿胰島素濃度亦提高。持續(xù)性幼兒型胰島素過度分泌低血糖癥(PHHI)是造成新生兒低血糖的原因之一。該病癥患兒的胰島細胞可以在簡單的培養(yǎng)條件下生長,但在培養(yǎng)基中喪失了分泌功能。Webb等[7]研究發(fā)現(xiàn),失重環(huán)境能上調PHHI患兒胰島細胞的內分泌激素表達能力,有利于胰島細胞的培養(yǎng)。
圖1 各組實驗大鼠血糖及胰腺內外分泌檢測指標變化
本研究結果顯示,失重Wistar大鼠的血糖值波動比較明顯,表現(xiàn)為先升后降再升再回落的特點。分析認為,失重早期的血糖升高,可能屬于機體通過多種機制包括下丘腦-垂體-腎上腺皮質(HPA)軸應激調控系統(tǒng)在內的對失重的應激反應,多種升糖激素(胰高血糖素、皮質醇、兒茶酚胺)的升高,導致肝糖原降解加速[8];在懸吊中期,血糖再次升高可能同樣與多種因素有關,包括失重造成機體多系統(tǒng)紊亂、血糖利用障礙、胰島素抵抗等,但主要原因應該是胰腺分泌胰島素減少,因為本實驗結果顯示,同期血清胰高血糖素水平高于正常值且波動不大,但血清胰島素水平下降至低谷。C肽亦是胰島β細胞所分泌,但不受胰島素抗體干擾及肝酶影響,本實驗結果顯示C肽與血清胰島素同期降低,均提示胰島β細胞的功能在失重應激過程中受到一定損傷。模擬失重后24h出現(xiàn)的血糖降低,應該也是應激反應過程中的一種表現(xiàn)。胰島細胞損傷的特點和機制以及期間發(fā)生低血糖的實際意義均有待進一步研究探討和詮釋。
本研究同時發(fā)現(xiàn),在模擬失重早期(6h),血清淀粉酶和脂肪酶呈一過性明顯升高,提示失重應激在損傷大鼠胰腺β細胞的同時,對大鼠胰腺腺泡細胞亦產生損害作用,胰酶釋放入血致血淀粉酶、脂肪酶升高??紤]到血清中淀粉酶和脂肪酶亦可來自唾液腺、肝臟及胃腸道等,盡管量少,但失重造成的全身應激反應因素應當綜合考慮,失重應激狀態(tài)下的胰腺組織學及超微結構方面尚需做進一步研究。
本研究中多項檢測指標均不同程度的表現(xiàn)為早期變化明顯、后期趨向恢復的特點。這在我們前期的失重應激對肝臟影響的研究結果中也發(fā)現(xiàn)有類似現(xiàn)象。誘導型Hsp70的特性之一是參與應激狀態(tài)下的細胞保護。應激誘導合成的Hsp70能促進細胞內蛋白質的合成、折疊、裝配、轉位,起到分子伴侶的作用,促使細胞從應激狀態(tài)中恢復,從而減輕細胞損傷。Hsp70表達水平與應激強度和組織細胞抗損傷及自身保護能力關系密切,在失重損傷與失重應激耐受(weightless tolenrence)過程中可能發(fā)揮重要作用[9]。這與航天員進行模擬失重訓練以期提高失重耐力的實際情況相吻合,具體機制及實際意義仍有待于深入研究。
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