不同生理系统对间断性人工重力反应性差异问题的地面模拟研究

【摘要】：在航天失重(或“微重力”)环境停留可引起机体多个系统发生一系列适应性改变和一些病理生理性的变化。其中，心血管失调、骨骼肌(特别是抗重力肌)萎缩与睾酮含量降低等均属失重的“不良影响”，不仅可影响航天人员在空间的舱外活动能力，也可影响其返回再入大气层及着陆时的应急能力与安全，甚至返回后的恢复与健康等。迄今已采用过的对抗措施有运动、企鹅服、下体负压、水盐补充、抗荷服、营养、药物及电流刺激肌肉等。但基于运动的对抗措施(exercise-based countermeasures)尚存在效果局限、占时较长(2～4h／d)、过多消耗舱内的物资与能源等缺点。为实现21世纪长时间“探险级”载人航天任务，采用以人工重力为基础的多系统对抗措施似是唯一出路。由安装于航天器内的短臂离心机实现的“间断性人工重力”(intermittent artificial gravity，IAG)即是设想中的一种方案。但美国NASAAMES中心的一项地面卧床研究提示：IAG的对抗效果可能因生理系统不同而异。故IAG可否用于航天实际，还须进一步开展地面 第四月民医大学博d七学t比创仑文 模拟/航天飞行实验研究，以阐明在失重下不同生理系统对IAG的 反应性是否存在较大差异。 为了回答这一问题，我们以“尾部悬吊后肢卸荷大鼠模型” 模拟4周失重对不同生理系统的不良影响，以+45o头高位倾斜 (HUT)、站立(STD)或离心机旋转(CEN)三种方式模拟不同G 值(lG或lG)、不同作用方向(无、或十G，)人工重力作用，并观 察其对后肢骨骼肌萎缩、翠丸萎缩、心肌收缩功能降低、动脉血 管形态改变及其血管紧张素nl型受体(AT，)表达变化是否具有 减轻/防止作用。实验共分五个部分:①第一部分为模型的建立及 其一般状况的观察。以大鼠体重、辜丸及肾上腺湿重为指标，比 较不同间断性人工重力大鼠模型的一般状况。②第二部分为以无 隐辜症模拟失重大鼠模型进行的研究，以辜丸及附辜湿重，肇丸 及附肇组织形态学变化为指标，观察4 h/d STD时的一IG、重力负荷 对辜丸萎缩是否具有减轻/防止作用。同时排除本论文工作中隐翠 症因素对其它结果的影响。③第三部分为对不同G值、不同作用 方向和时间的间断性一G、或+G了一G、重力负荷对模拟失重大鼠骨骼 肌萎缩效果的观察与比较，分别以肌肉的湿重，I、H型肌纤维横 截面积(CSA)及I型肌纤维比例，及肌球蛋白重链(myosin heavy chain，MHC)异构体比例等为指标，比较其对4周模拟失重大鼠 后肢骨骼肌萎缩的对抗效果。④第四部分以灌流乳头肌的等长收 缩力学参数与时程参数为指标，观察每日不同作用时间STD的一IG、 重力负荷对模拟失重大鼠心肌收缩性能降低是否具有减轻/防止 作用。⑤第五部分研究lh/d STD时的一IG、重力负荷是否可完全防 止模拟失重大鼠脑部及后肢动脉血管组织形态学及血管紧张素H 1型受体(AT.)蛋白表达的变化。 本工作的主要发现如下: 1.模拟间断性人工重力的大鼠模型模拟失重4周后，尾部 悬吊(SUS)组的最终体重与对照(CON)组间无显著差别。三种 第四军诬乏大学博d匕学t七论文 间断性重力作用模型大鼠体重在实验期间虽然也呈增长变化，但 却受到一定影响。其中:以HUT的影响最为严重，且随持续时间 延长而加重;CEN影响次之，随G值加大而加重;STD对大鼠体重 影响为最轻。SUs组大鼠辜丸湿重显著减轻，每日不同重力暴露对 辜丸的萎缩均无对抗效果。结合本实验室有关工作及本论文后来 的结果与讨论表明:①HUT时，大鼠体重的减轻主要与“限动”因 素有关;虽然有+G，重力成分，但其对不同生理系统不良影响的对 抗效果并不比STD为优。(取EN时，大鼠体重的降低可能与慢性加 速度作用下的应激有关，且很难在CEN时使大鼠四肢处于站立或 行走姿势，使其受力情况保持一致。近年动物与人体实验均提示 IAG的理想G值在IG附近。此外辜丸萎缩这显然是由于SUS大鼠 隐辜症所致。故在地面进行模拟IAG实验时应首先考虑选用STD。 2.每日一G:(sTD)暴寡4h对减轻模拟失重大鼠辛丸姜缩只有 轻徽的效果腹股沟环缩术虽可防止尾部悬吊大鼠发生隐肇症， 但经4周悬吊后动物辜丸仍然出现明显萎缩变化，生精作用亦显 著减弱。这显然与局部血液灌流不足有关。4 h/d STD时的一lG、重力 负荷只有轻微防止大鼠辜丸萎缩的作用，其对抗效果介于对比目 鱼肌与股骨者之间。本实验中对股骨及比目鱼肌不良影响的对抗 效果与先前使用有隐肇症大鼠模型所得结果基本一致。它表明隐 辜症因素对本工作其它结果并无明显影响。 3.每日不同重力基寡防止模拟失重大鼠后肢骨骼肌姜缩效 果的比较每日不同持续时间的STD、HUT或CEN均可防止/减轻 比目鱼肌(SOL)萎缩的变化，且随着暴露时间的延长，其对抗效果 也进一步加大。每日HUT虽有十G，分量，但其效果并不比STD为优。 两种对抗措施下，对抗效果显示明显的时间依赖性。4h/d的STD 或者HUT，己可完全防止模拟失重对SOL湿重与I、H型肌纤维 CSA，I型肌纤维比例及MHC异构体比例的不良影响。在一Gx下， 随G值增大，其对抗效果反而降低。 第四闰民医大学博刊七学t立心仑文 4.每日{:基寡可完全防止模拟失重大鼠心肌收缩功能的降 低模拟