不同時(shí)長模擬失重對大鼠生理指標(biāo)的影響

趙軍 李勇枝 高建義 張瑞濤 于嬌妍 徐媛 張旸 喬元 王慶偉

[摘要] 目的 研究不同時(shí)長模擬失重對大鼠生理指標(biāo)的影響。 方法 64只SD大鼠隨機(jī)分為8組，每組8只。采用大鼠后肢去負(fù)荷的方法分別建立1、2、3周和4周模擬失重模型，對照組同期正常飼養(yǎng)。測定大鼠的體重、肝功、腎功和心肌酶譜指標(biāo)，計(jì)算體重增長率及臟器系數(shù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。 結(jié)果 與對照組比較，模擬失重大鼠的體重增長率逐漸降低，2周后發(fā)生顯著變化（P < 0.05），3周后更顯著，差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）；與對照組比較，模型組大鼠的心體比和腎體比均升高（P < 0.01或P < 0.05），而胃體比呈降低趨勢，于2周后差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05），心腦比和腎腦比均顯著升高（P < 0.01或P < 0.05）；1周后丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（P < 0.05）、門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、尿素氮、肌酸激酶、肌酸激酶同工酶（P < 0.01）顯著升高，3周后球蛋白（P < 0.05）、尿酸（P < 0.01）顯著升高；1周后堿性磷酸酶、白蛋白、膽堿酯酶（P < 0.01）、直接膽紅素（P < 0.05）顯著降低，2周后總膽汁酸、淀粉酶（P < 0.01）和3周后總蛋白（P < 0.05）均顯著降低。 結(jié)論 模擬失重對大鼠身體功能產(chǎn)生多方面的影響，體重增長被抑制，肝、腎以及心肌功能均受到嚴(yán)重破壞，模擬失重時(shí)長的增加會加劇這種傷害。

[關(guān)鍵詞] 模擬失重；體重增長率；肝功；腎功；心肌酶譜

[中圖分類號] R852.22 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673-7210（2018）06（a）-0004-05

[Abstract] Objective To study the variation of rats′ physiological indices on different time of simulated weightlessness. Methods Sixty-four SD rats were divided into 8 groups randomly， with 8 rats in each group. The model of simulated weightlessness was established by hindlimb unloading respectively for 1， 2， 3 weeks and 4 weeks， the body weight， liver function， kidney function and myocardial enzyme spectrum were measured， the body weight growth rate and organ coefficient were calculated. And then， the data was statistically analyzed. Results Compared with the control group， the body weight growth rate of simulated weightlessness rat gradually decreased， the changes were significant after 2 weeks（P < 0.05）， the changes were more significant after 3 weeks（P < 0.01）； the ratio of heart to body weight and kidney to body weight were increased （P < 0.01 or P < 0.05）； while the ratio of gastric to body weight showed a trend of decrease， and the changes were significant （P < 0.05） after 2 weeks， the ratio of heart to brain weight and kidney to brain weight were increased （P < 0.01 or P < 0.05）； ALT （P < 0.05）， AST， BUN， CK， CK-MB （P < 0.01） significantly increased after 1 week， the GLB （P < 0.05）， UA （P < 0.01） increased significantly after 3 weeks. On the contrary， ALP， ALB， CHE （P < 0.01） and DBIL （P < 0.05） were significantly reduced after 1 week， TBA， AMY （P < 0.01） after 2 weeks and TP（P < 0.05） after 3 weeks significantly reduced. Conclusion Simulated weightlessness can induce a variety of effects on the physical function of rats， weight growth is inhibited， liver， kidney and myocardial function are severely injuried， prolong simulated weightlessness can increase the damage.

[Key words] Simulated weightlessness； Weight growth rate； Liver function； Kidney function； Serum myocardial enzyme

載人航天技術(shù)的復(fù)雜性和宇航員任務(wù)的艱巨性決定了需要在執(zhí)行任務(wù)期間對宇航員實(shí)施全面有效的醫(yī)學(xué)保障，確保宇航員保持最佳的健康狀態(tài)和工作能力[1]。然而目前實(shí)際在太空飛行中獲取的人體生理學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)不完整且非常有限[2]，因此在進(jìn)行航天實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，也需要對地面模擬失重進(jìn)行相關(guān)研究。本研究采取莫雷-霍爾頓發(fā)明的大鼠后肢去負(fù)荷方法[3-7]，建立了1～4周不同時(shí)長的SD大鼠失重模型，比較模型組與正常大鼠在體重增長率、臟器系數(shù)以及肝功、腎功、心肌酶譜等20項(xiàng)血液生化指標(biāo)的差異，尋找其變化規(guī)律?；诖笫蟮臋C(jī)體變化可一定程度上推導(dǎo)人體在失重環(huán)境下的生理狀態(tài)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對航天員可能發(fā)生的各種不利的生理和病理反應(yīng)作出判斷和預(yù)測，及時(shí)有效地作出正確的醫(yī)學(xué)干預(yù)措施，從而最終確保航天員身體健康，順利、圓滿地完成航天任務(wù)，并能安全返回地面。

1 材料與方法

1.1 儀器

AU5800全自動(dòng)生化分析儀（Beckman Coulter），離心機(jī)（eppendorf minispin）。

1.2 試劑

總膽汁酸（TBA）試劑盒（Beckman Coulter），總蛋白（TP）、白蛋白（ALB）、球蛋白（GLB）、總膽紅素（TBIL）、直接膽紅素（DBIL）、間接膽紅素（IBIL）、丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）、門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST）、堿性磷酸酶（ALP）、膽堿酯酶（CHE）、尿素氮（BUN）、肌酐（Cr）、血清胱抑素C（Cys-C）、尿酸（UA）、肌酸激酶（CK）、肌酸激酶同工酶（CK-MB）、乳酸脫氫酶（LDH）、α-羥丁酸脫氫酶（α-HBDH）、淀粉酶（AMY）試劑盒（上?？迫A生物工程股份有限公司）。

1.3 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

清潔級雄性SD大鼠64只，8周齡，體重（200±20）g，由空軍軍醫(yī)大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供[合格證號：SCXK-（軍）-2012-0007]，經(jīng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理委員會批準(zhǔn)使用。1周適應(yīng)性飼養(yǎng)，溫度20～30℃，濕度40%～70%，每天光照12 h，自由進(jìn)食、飲水。

1.4 方法

1.4.1 SD大鼠失重模型的建立 SD大鼠隨機(jī)分為4組對照組（正常飼養(yǎng)1、2、3周和4周）和4組模型組（模擬失重1、2、3周和4周），將模型組大鼠尾部兩側(cè)用醫(yī)用膠布貼合并橫向固定，膠布末端系繩，繩子另一端固定至籠頂?shù)牟讳P鋼轉(zhuǎn)環(huán)；調(diào)整繩子的長度使大鼠后肢離地，身體與水平面呈30°～40°。每只動(dòng)物單獨(dú)飼養(yǎng)在籠子里，每天定時(shí)檢查懸掛情況，如果有角度變化只需要調(diào)整繩子的長度即可[8-9]。

1.4.2 SD大鼠生理指標(biāo)的測定 實(shí)驗(yàn)前后對各組大鼠稱重，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)禁食12 h，戊巴比妥鈉麻醉大鼠，腹主動(dòng)脈抽盡血液。測定血液肝功、腎功和心肌酶譜指標(biāo)，取心、肝、腎、脾、肺、腦、胃稱重并計(jì)算臟體比（臟器重量×100/體重）[10]和臟腦比（臟器重量/腦重）[11]。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，兩組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，以P < 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 體重變化

實(shí)驗(yàn)期間模型組和對照組大鼠體重均呈上升趨勢，但隨著觀察時(shí)間的延長，模型組體重增量相對減少，尤其是3周之后顯著低于同期對照組（P < 0.05或P < 0.01）。模擬失重2周后兩組的體重增長率就發(fā)生明顯變化，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05），3周后變化更顯著，差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）。見表1。

2.2 臟器系數(shù)的變化

模型組大鼠的心體比和腎體比于1周后高于對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01或P < 0.05）；而胃體比相較于對照組呈降低趨勢，于2周后開始發(fā)生明顯變化，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）；肺體比在1周后增大（P < 0.05），之后與對照組比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05），見表2。模型組心腦比和腎腦比從1周后開始發(fā)生明顯變化，與對照組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01或P < 0.05），但是胃腦比和肺腦比并沒有發(fā)生明顯變化（P > 0.05），見表3。

2.3 生化指標(biāo)的變化

1周后模型組的ALT（P < 0.05）、AST、BUN、CK、CK-MB（P < 0.01）就顯著高于對照組，GLB（P < 0.05）、UA（P < 0.01）于3周后顯著高于對照組；反之自1周后ALP、ALB、CHE（P < 0.01）、DBIL（P < 0.05）顯著低于對照組，2周后TBA（P < 0.01）、AMY（P < 0.01）和3周后TP（P < 0.05）顯著低于對照組。見表4。

3 討論

國內(nèi)外載人航天以及實(shí)驗(yàn)研究表明，在失重或模擬失重環(huán)境下，機(jī)體各系統(tǒng)隨之發(fā)生的應(yīng)激反應(yīng)會對正常組織產(chǎn)生一系列的作用，并且對其相應(yīng)的生理功能產(chǎn)生一定影響。

實(shí)驗(yàn)期間模擬失重大鼠中樞神經(jīng)興奮，時(shí)刻處于應(yīng)激狀態(tài)，表現(xiàn)為緊張、焦躁，具有強(qiáng)烈的攻擊性，因此運(yùn)動(dòng)量較大，久而久之晝夜節(jié)律逐漸消失，能量消耗較多，與此同時(shí)進(jìn)食與飲水量卻在減少，實(shí)際攝入營養(yǎng)不足以維持正常生長所需；其次由于血液頭向性分布，使中心靜脈壓升高，通過低壓區(qū)壓力感受器引起反射活動(dòng)降低抗利尿激素水平[12]，從而導(dǎo)致排尿量增多，可能會造成一定程度的體重減輕；此外由于大鼠后肢的重力負(fù)荷消失，并且肌肉活動(dòng)較少，抗重力肌群長時(shí)間的“廢用性”萎縮及骨質(zhì)不斷丟失是體重增長緩慢的主要原因[13]。

模擬失重大鼠體液和血液的頭向性分布使前半身發(fā)生充血水腫，2周后肺體比與對照組沒有顯著差異，提示肺部在經(jīng)過急性應(yīng)激期后恢復(fù)正常，該損傷是可逆性的；由于失重狀態(tài)下腦動(dòng)脈阻力增大，流經(jīng)大腦的血流量減少，因此大腦的充血水腫現(xiàn)象不明顯[14-15]。模擬失重大鼠進(jìn)食減少，消化系統(tǒng)供血不足，胃動(dòng)力下降[16]，因此胃部發(fā)生萎縮。而飲水量減少，體液的丟失使尿液內(nèi)毒素相對增加，使腎臟負(fù)擔(dān)加重發(fā)生炎癥的可能性增大，同時(shí)由于觀察期內(nèi)腎臟持續(xù)生長，體重卻出現(xiàn)增長率下降，結(jié)果導(dǎo)致腎體比和腎腦比的增大。結(jié)果提示兩組心臟和腎臟的臟器系數(shù)存在顯著差異，說明模擬失重對大鼠心臟和腎臟的重量存在真實(shí)有效的影響。

ALT和AST是判斷肝臟功能的最敏感指標(biāo)，正常時(shí)存在于肝細(xì)胞中，只有肝細(xì)胞發(fā)生病變時(shí)才釋放入血液[17]；ALB、CHE和DBIL都由肝細(xì)胞合成，其中ALB半衰期較長，肝功損害嚴(yán)重時(shí)才發(fā)生變化[18]，在模擬失重第1周上述指標(biāo)即出現(xiàn)顯著性改變，說明模擬失重1周時(shí)對大鼠肝臟已經(jīng)產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的損傷，此后隨著時(shí)間的推移，肝臟損傷加劇，發(fā)生肝功能障礙，隨之 TBA急劇降低、GLB也逐漸升高。CK在心肌中占總含量的14%～42%，CK-MB幾乎不存在于其他組織中，主要存在于心肌，因而成為心肌酶譜中診斷疾病特異性的酶。BUN和UA是臨床上診斷腎功能受損的指標(biāo)，只有當(dāng)腎小球?yàn)V過率降低>50%時(shí)，BUN和UA才可能發(fā)生明顯變化。結(jié)果提示CK-MB、CK、BUN和UA分別于第1周和第3周起顯著高于對照組，說明模擬失重對大鼠心肌及腎臟功能造成了嚴(yán)重的損傷，腎功能同樣隨模擬失重時(shí)長的增加更加惡化。

綜上所述，模擬失重對大鼠機(jī)體產(chǎn)生多方面的影響，首先是大鼠應(yīng)激反應(yīng)較大，體重增長率持續(xù)降低；其次，各臟器質(zhì)量也發(fā)生了不同的變化，尤其是心臟和腎臟的臟器系數(shù)顯著高于正常大鼠；最后，通過血液生化指標(biāo)的測定，明確了模擬失重大鼠的肝功、腎功以及心肌功能均受到嚴(yán)重?fù)p壞，且隨時(shí)間延長有惡化的趨勢，這些應(yīng)當(dāng)引起我們的警示。隨著我國航天工程步入空間站時(shí)代，要求航天員確保駐留180 d以上，這對航天醫(yī)學(xué)提出了更高的要求：隨著駐留時(shí)間的延長，失重環(huán)境對人體的損傷會越來越嚴(yán)重，我們要解決如何最有效地預(yù)防、緩解和對抗對機(jī)體的不良影響；另外，航天員在此期間發(fā)生疾病的概率也越來越高，由于胃腸動(dòng)力減弱，肝腎功能下降，航天員體內(nèi)藥物吸收、代謝和排泄的情況和地面也會有很大不同，如何選擇理想的藥物和制訂科學(xué)的給藥方式也成為我們當(dāng)前亟待研究的課題。

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