尾懸吊模擬失重對大鼠胰腺分泌功能的影響

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。

材料與方法

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。

結 果

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

討 論

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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3 陳善廣.中國載人航天催生的新學科——航天醫(yī)學工程學［J］.中國科學基金，2010，3:135-140

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5 Miyake M，Yamasaki M，Hazama A，et al.Effects of microgravity on organ development of the neonatal rat［J］.Biol Sci Space，2004，18(3):126

6 Macho L，F(xiàn)ickova M，Nemeth S，et al.The effect of space flight on the board of the satellite cosmos2044 on plasma hormone levels and liver enzyme activities of rats［J］.Acta astronaut，1991，24:329-332

7 Webb MA，P1atton SL，Dennison AR，et al.Immunohistochemical evidence that culture in the high aspect rotating vessel can up-regulate hormone expression in growth dedifferentiated PHHI-derived islet cells［J］.In Vitro Cell Dev Biol Anim，2007，43(7):210-214

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