水平直线加速度对兔眼影响的实验观察
2016-05-23毛科杰彭秀军曹利群
毛科杰,彭秀军,曹利群
·军事医学·
水平直线加速度对兔眼影响的实验观察
毛科杰,彭秀军,曹利群
[摘要]目的研究水平直线加速度对兔眼的影响。方法设置4个水平直线加速度负荷强度组,分别为单日低负荷组、单日高负荷组、14 d低负荷组、14 d高负荷组。用新西兰兔在水平加速度模拟装置上进行实验,采用裂隙灯显微镜、彩色眼底照相、光学相干断层成像及图形视觉电生理检查兔眼的改变并对不同负荷的改变进行比较。结果单日低负荷组、单日高负荷组、14 d低负荷组兔形态学检查及电生理功能检查均未见明显异常;14 d高负荷组形态学检查未见明显异常,而图形视觉诱发电位(P-VEP)在负荷后1 h及1 d出现N75、P100、N145潜伏期延长[(81.63±5.36) ms,(117.38±6.27) ms,(142.42±7.91) ms],差异有统计学意义(P<0.05)。负荷后1 h出现P100和N145振幅减小[(3.98±1.04) μV,(-3.53±1.04) μV],差异有统计学意义(P<0.05)。除了N145振幅,其余异常均在7 d后大致恢复[(71.91±9.30) ms,(97.63±8.76) ms,(119.17±8.80) ms,(5.14±1.28) μV],而N145振幅则于1 d后恢复正常(-5.44±1.82) μV,差异有统计学意义(P<0.05)。结论水平直线加速度对兔眼的影响表现为一种慢性的可逆性的功能性改变,且需要达到一定强度。
[关键词]加速度;眼损伤;兔
运动物体的速度在大小或方向上的变化率,即为加速度。使物体的运动状态发生改变,即产生加速度的条件就是力的作用,作用时间大于1 s时,称为持续性加速度。在重力生理学中,通常将多个加速度的矢量合进行方向和大小的统一标注,一般以重力加速度G的倍数来表示加速度的数值,以xyz表示加速度矢量轴,以正负符号表示加速度矢量方向[1]。而人们从日常生活,如旋转木马[1],到航空、航天飞行等都会经历各种加速度,尤其是飞行员在降落时,更是会受到胸-背向的水平直线加速度(Gx)。关于Gx对人体的效应,国内外已做了大量的研究,多集中于循环功能、呼吸功能等,对于视觉系统的研究却少有报道。有研究发现,Gx作用下的受试者对简单视觉刺激的反应能力和视觉辨别的反应能力呈进行性下降[2],由于国内普遍使用的是68型人体离心机,受试者存在背角并受到垂直线性加速度(Gz)作用,故对于单纯性的Gx视觉损伤变化规律及机制有待探讨。笔者利用水平加速度模拟装置进行动物实验研究,探究Gx眼损伤的特点和机制。
1材料与方法
1.1材料
1.1.1实验动物海军总医院实验动物中心提供24只(48只眼)清洁级健康新西兰雄兔(动物编号:SCXK(京)2012-0004),体质量(2.3±0.1)kg,3~4岁龄。所有实验动物均于实验前行裂隙灯显微镜检查和散瞳后眼底检查,眼前后节均未见异常。
1.1.2药品与试剂复方托品酰胺滴眼液(北京双鹤现代医药技术公司)。
1.1.3主要仪器生物力学响应试验系统Leadertech12-SWLX/09(北京领邦仪器技术有限公司),裂隙灯显微镜(日本TOPCON公司),眼科光学相干断层扫描仪OCT(德国海德堡公司),彩色眼底照相机TRC-NW7SFi(日本TOPCON公司),视觉电生理检查系统APS-2000(重庆康华科技有限公司)。
1.2方法
1.2.1分组将24只新西兰兔按随机数字表法分为4组,每组6只兔,双眼检测。A组为单日低负荷组,B组为单日高负荷组,C组为14 d低负荷组,D组为14 d高负荷组。
1.2.2造模及处理所有实验动物自由进食、饮水。在生物力学响应试验系统上设置加速度为5g,持续时间1.8 s(预设值)。对A组进行加速度负荷10次,每次间隔5 min。B组进行加速度负荷60次,每次间隔5 min。C组每日进行加速度负荷10次,每次间隔5 min,持续14 d。D组每日进行加速度负荷60次,每次间隔5 min,持续14 d。每组分别于负荷前、负荷后1 h、1 d、7 d连续观察其眼部临床特点、测试其视觉电生理变化等。
1.2.3眼部观察将新西兰兔置于兔盒中,行图形视觉诱发电位(P-VEP)检查、裂隙灯显微镜下眼前节观察、散瞳后视网膜OCT及彩色眼底照相。
1.3统计学处理
采用SPSS 21.0软件对各组兔眼VEP潜伏期和振幅进行t检验,结果以均数±标准差(x±s)表示。P<0.05表示差异有统计学意义。
2结果
2.1临床观察
裂隙灯下检查,各组兔加速度负荷后各时间点双睑球结膜无充血,角膜透明,荧光素钠染色未见异常着色,前房正常,房水清,虹膜无粘连,瞳孔等大等圆,晶状体皮质透明。彩色眼底照相检查,各组加速度负荷前后对比均无明显改变,眼底呈橘红色,无明显渗出、出血、肿胀,视乳头呈椭圆形,边界清晰。眼底OCT检查,各组加速度负荷前后视网膜结构均无明显异常,未见异常信号。
2.2P-VEP检查
将4组加速度负荷前后图形视觉诱发电位潜伏期和振幅相互比较,可见:单日低负荷组、单日高负荷组、14d低负荷组在加速度负荷前后各时段并无明显差异(P>0.05)。14d高负荷组兔在加速度负荷后1h、1d均出现N75、P100、N145 3种波的潜伏期延长,差异有统计学意义(P<0.05),N75、P100波的潜伏期于负荷后7d大致恢复,N145波的潜伏期于负荷后7d恢复正常,见表1。而P100、N145波的振幅在加速度负荷后1h减小(P<0.05),其中N145波振幅于1d恢复正常,P100波振幅于7d大致恢复,见表2。可见连续14d高频率加速度负荷可使P-VEP检测结果发生改变。
表1各组兔加速度负荷前后N75、P100、N145波潜伏期的比较(ms,x±s,每组12只眼)
指标组别负荷前负荷后1h负荷后1d负荷后7dN75单日低负荷组62.08±8.2663.46±9.8869.21±9.0066.58±9.55单日高负荷组70.04±9.2466.08±9.9873.50±4.9771.96±8.9614d低负荷组64.29±7.1963.54±8.9867.96±8.8868.21±8.7114d高负荷组71.79±6.3181.63±5.36a77.25±6.26a71.91±9.30bP100单日低负荷组92.33±8.3998.58±8.7698.92±9.4897.71±5.47单日高负荷组94.50±6.1898.75±8.7899.00±7.39100.04±8.0114d低负荷组94.00±6.1898.92±5.9797.75±9.2698.25±8.5414d高负荷组95.54±5.86117.38±6.27a101.71±6.87ab97.63±8.76bN145单日低负荷组120.54±12.34125.50±13.77122.00±14.35127.38±9.14单日高负荷组127.67±13.56125.04±16.99122.42±12.06129.33±11.6414d低负荷组126.04±11.99130.21±11.34123.92±13.94127.29±9.3014d高负荷组123.29±10.68142.42±7.91a134.00±11.68a119.17±8.81b
注:与负荷前比较aP<0.05;与负荷后1 h比较bP<0.05
表2 各组兔加速度负荷前后N75、P100、N145波振幅的比较(μV,x±s,每组12只眼)
注:与负荷前比较aP<0.05;与负荷后1 h比较bP<0.05
3讨论
图形视觉诱发电位,即P-VEP,是视网膜受到黑白棋盘格等图形刺激后,经放置在枕区的头皮电极记录到的电位反应。它主要反映自视网膜神经节细胞到视觉中枢的形觉信息的传递功能[3],能敏感地反应视神经各区神经元的轴索和髓鞘的完整性及功能状态[4]。本实验结果显示,长期的高频率加速度负荷会使视功能产生短暂的可逆性改变,而其他各组织均无明显的结构上的改变。由于飞行员的日常飞行训练一般不超过10次,所以将低加速度负荷次数定为10次/d。笔者曾在预实验期间将每日加速度负荷提高到80次/d,实验动物会出现烦躁、腹泻、甚至死亡,故将本实验最高负荷次数定为60次/d。实验中,加速度大小的选择,则是根据垂直加速度致意识丧失(G-LOC)和加速度模拟平台条件限制决定为5g,以期出现前驱反应及探究预警方法[5]。
从实验中每日10次负荷与60次负荷的比较,以及单日负荷与连续14 d负荷的比较可以看出,5 Gx对兔眼的影响随着负荷次数的增加而改变,在单日60次加速度负荷组中无明显改变,可见5Gx加速度对兔眼的影响并不是急性的,而是长期慢性的改变。其机制可能是在实验过程中,新西兰兔先后受到正向和负向的5 Gx,导致体内血液重新分布,使视神经经历了先缺血后灌注充血,长期重复此过程可产生大量的具有强氧化能力的羟自由基,继而氧化视网膜及视神经节细胞中的多不饱和脂肪酸,而产生大量自由基[6],从而破坏细胞,释放大量谷氨酸[7]并开放钙离子通道,激活一氧化氮合酶,产生一系列毒性损伤,使其传导性及兴奋性降低。因视神经节细胞存在动态的自我修复过程[8],所以在7 d时视功能恢复到正常。关于Gx作用下视神经节细胞的形态变化,以及颅内各组织剪应力和应激造成的中枢抑制在此过程中的影响,还有待进一步的研究。
与Gz不同的是,Gx作用下缺血再灌注过程更短暂且不彻底,同时,+Gx作用下玻璃体对视神经存在压力,-Gx作用下相对活动性大的玻璃体对视网膜存在牵引力,使得两种加速度对眼的影响有所区别。瞬时高Gz使兔的内脏表现为不同程度的点片状出血,重者出现胸腹腔积血,甚至肝脏破裂等全身损伤[9],这种全身的损伤会加重对眼部的影响。那么,在Gx作用下眼与全身其他脏器之间的联系也值得进一步探讨。
[参考文献]
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(本文编辑:彭润松)
Observation on the effects of horizontal linear acceleration on oculus in rabbits
Mao Kejie,Peng Xiujun, Cao Liqun
(Clinical College of Navy General Hospital,Anhui Medical University, Beijing 100048,China)
[Abstract]ObjectiveTo investigate the effects of horizontal linear acceleration on oculus in rabbits.Methods Four levels of horizontal linear acceleration intensity, i.e. the single-day mild load group, the single-day high load group, the 14-day mild load group and the 14-day high load group, were set for the experiment. The New Zealand white rabbits were used for the experiment with the horizontal linear acceleration simulator. Changes in the eyes of the experimental animals were detected by slit-lamp microscope, color ocular fundus photography, optical coherence tomography and pattern visual evoked potential. Comparisons were made in the changes induced by different loads between the groups.ResultsMorphological and electrophysiological detections revealed that there was no significant abnormity in the animals of the single-day mild load group, the single-day high load group and the 14-day mild load group. No significant morphological changes could be seen in the 14-day high load group. However, P-VEP indicated that the latent period of N75, P100 and N145 waves were prolonged at hour 1 and day 1 with the acceleration load [(81.63±5.36)ms, P<0.05; (117.38±6.271) ms, P<0.05; (142.42±7.91)ms, P<0.05)]. The amplitudes of P100 and N145 waves were decreased an hour after acceleration [(3.98±1.04)μV, P<0.05; (-3.53±1.045) μV, P<0.05)]. The changes in all the amplitudes returned to normal 7 days after acceleration load [(71.91±9.30)ms, P<0.05; (97.63±8.76)ms, P<0.05; (119.17±8.80) ms, P<0.05; (5.14±1.28) μV, P<0.05)], with the exception of N145 wave which returned to normal 1 day after acceleration load [(-5.44±1.82)μV, P<0.05)].ConclusionThe effects of horizontal linear acceleration on oculus in rabbits displayed chronically reversible functional changes, furthermore, certain intensity was required to induce the changes.
[Key words]Acceleration; Ocular injury; Rabbit
(收稿日期:2015-06-23)
[中图分类号]R852.21
[文献标识码]A[DOI]10.3969/j.issn.1009-0754.2016.02.001
[通信作者]彭秀军,电子信箱:PXJ1@vip.sina.com
[基金项目]“十二五”全军重大课题(AHJ11Z001)
·论著·
[作者单位]100048北京,安徽医科大学海军总医院临床学院(毛科杰);海军总医院眼科(彭秀军、曹利群)