不同时长模拟失重对大鼠生理指标的影响

赵军 李勇枝 高建义 张瑞涛 于娇妍 徐媛 张旸 乔元 王庆伟

[摘要] 目的 研究不同時长模拟失重对大鼠生理指标的影响。 方法 64只SD大鼠随机分为8组，每组8只。采用大鼠后肢去负荷的方法分别建立1、2、3周和4周模拟失重模型，对照组同期正常饲养。测定大鼠的体重、肝功、肾功和心肌酶谱指标，计算体重增长率及脏器系数，并进行统计分析。 结果 与对照组比较，模拟失重大鼠的体重增长率逐渐降低，2周后发生显著变化（P < 0.05），3周后更显著，差异有高度统计学意义（P < 0.01）；与对照组比较，模型组大鼠的心体比和肾体比均升高（P < 0.01或P < 0.05），而胃体比呈降低趋势，于2周后差异有统计学意义（P < 0.05），心脑比和肾脑比均显著升高（P < 0.01或P < 0.05）；1周后丙氨酸氨基转移酶（P < 0.05）、门冬氨酸氨基转移酶、尿素氮、肌酸激酶、肌酸激酶同工酶（P < 0.01）显著升高，3周后球蛋白（P < 0.05）、尿酸（P < 0.01）显著升高；1周后碱性磷酸酶、白蛋白、胆碱酯酶（P < 0.01）、直接胆红素（P < 0.05）显著降低，2周后总胆汁酸、淀粉酶（P < 0.01）和3周后总蛋白（P < 0.05）均显著降低。 结论 模拟失重对大鼠身体功能产生多方面的影响，体重增长被抑制，肝、肾以及心肌功能均受到严重破坏，模拟失重时长的增加会加剧这种伤害。

[关键词] 模拟失重；体重增长率；肝功；肾功；心肌酶谱

[中图分类号] R852.22 [文献标识码] A [文章编号] 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

载人航天技术的复杂性和宇航员任务的艰巨性决定了需要在执行任务期间对宇航员实施全面有效的医学保障，确保宇航员保持最佳的健康状态和工作能力[1]。然而目前实际在太空飞行中获取的人体生理学指标数据不完整且非常有限[2]，因此在进行航天实验的同时，也需要对地面模拟失重进行相关研究。本研究采取莫雷-霍尔顿发明的大鼠后肢去负荷方法[3-7]，建立了1～4周不同时长的SD大鼠失重模型，比较模型组与正常大鼠在体重增长率、脏器系数以及肝功、肾功、心肌酶谱等20项血液生化指标的差异，寻找其变化规律。基于大鼠的机体变化可一定程度上推导人体在失重环境下的生理状态，根据实验结果对航天员可能发生的各种不利的生理和病理反应作出判断和预测，及时有效地作出正确的医学干预措施，从而最终确保航天员身体健康，顺利、圆满地完成航天任务，并能安全返回地面。

1 材料与方法

1.1 仪器

AU5800全自动生化分析仪（Beckman Coulter），离心机（eppendorf minispin）。

1.2 试剂

总胆汁酸（TBA）试剂盒（Beckman Coulter），总蛋白（TP）、白蛋白（ALB）、球蛋白（GLB）、总胆红素（TBIL）、直接胆红素（DBIL）、间接胆红素（IBIL）、丙氨酸氨基转移酶（ALT）、门冬氨酸氨基转移酶（AST）、碱性磷酸酶（ALP）、胆碱酯酶（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）、乳酸脱氢酶（LDH）、α-羟丁酸脱氢酶（α-HBDH）、淀粉酶（AMY）试剂盒（上海科华生物工程股份有限公司）。

1.3 实验动物

清洁级雄性SD大鼠64只，8周龄，体重（200±20）g，由空军军医大学实验动物中心提供[合格证号：SCXK-（军）-2012-0007]，经实验动物伦理委员会批准使用。1周适应性饲养，温度20～30℃，湿度40%～70%，每天光照12 h，自由进食、饮水。

1.4 方法

1.4.1 SD大鼠失重模型的建立 SD大鼠随机分为4组对照组（正常饲养1、2、3周和4周）和4组模型组（模拟失重1、2、3周和4周），将模型组大鼠尾部两侧用医用胶布贴合并横向固定，胶布末端系绳，绳子另一端固定至笼顶的不锈钢转环；调整绳子的长度使大鼠后肢离地，身体与水平面呈30°～40°。每只动物单独饲养在笼子里，每天定时检查悬挂情况，如果有角度变化只需要调整绳子的长度即可[8-9]。

1.4.2 SD大鼠生理指标的测定 实验前后对各组大鼠称重，试验结束时禁食12 h，戊巴比妥钠麻醉大鼠，腹主动脉抽尽血液。测定血液肝功、肾功和心肌酶谱指标，取心、肝、肾、脾、肺、脑、胃称重并计算脏体比（脏器重量×100/体重）[10]和脏脑比（脏器重量/脑重）[11]。

1.5 统计学方法

采用SPSS 17.0統计学软件进行数据分析，计量资料用均数±标准差（x±s）表示，两组间比较采用独立样本t检验，以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 体重变化

实验期间模型组和对照组大鼠体重均呈上升趋势，但随着观察时间的延长，模型组体重增量相对减少，尤其是3周之后显著低于同期对照组（P < 0.05或P < 0.01）。模拟失重2周后两组的体重增长率就发生明显变化，差异有统计学意义（P < 0.05），3周后变化更显著，差异有高度统计学意义（P < 0.01）。见表1。

2.2 脏器系数的变化

模型组大鼠的心体比和肾体比于1周后高于对照组，差异有统计学意义（P < 0.01或P < 0.05）；而胃体比相较于对照组呈降低趋势，于2周后开始发生明显变化，差异有统计学意义（P < 0.05）；肺体比在1周后增大（P < 0.05），之后与对照组比较，差异无统计学意义（P > 0.05），见表2。模型组心脑比和肾脑比从1周后开始发生明显变化，与对照组比较差异有统计学意义（P < 0.01或P < 0.05），但是胃脑比和肺脑比并没有发生明显变化（P > 0.05），见表3。

2.3 生化指标的变化

1周后模型组的ALT（P < 0.05）、AST、BUN、CK、CK-MB（P < 0.01）就显著高于对照组，GLB（P < 0.05）、UA（P < 0.01）于3周后显著高于对照组；反之自1周后ALP、ALB、CHE（P < 0.01）、DBIL（P < 0.05）显著低于对照组，2周后TBA（P < 0.01）、AMY（P < 0.01）和3周后TP（P < 0.05）显著低于对照组。见表4。

3 讨论

国内外载人航天以及实验研究表明，在失重或模拟失重环境下，机体各系统随之发生的应激反应会对正常组织产生一系列的作用，并且对其相应的生理功能产生一定影响。

实验期间模拟失重大鼠中枢神经兴奋，时刻处于应激状态，表现为紧张、焦躁，具有强烈的攻击性，因此运动量较大，久而久之昼夜节律逐渐消失，能量消耗较多，与此同时进食与饮水量却在减少，实际摄入营养不足以维持正常生长所需；其次由于血液头向性分布，使中心静脉压升高，通过低压区压力感受器引起反射活动降低抗利尿激素水平[12]，从而导致排尿量增多，可能会造成一定程度的体重减轻；此外由于大鼠后肢的重力负荷消失，并且肌肉活动较少，抗重力肌群长时间的“废用性”萎缩及骨质不断丢失是体重增长缓慢的主要原因[13]。

模拟失重大鼠体液和血液的头向性分布使前半身发生充血水肿，2周后肺体比与对照组没有显著差异，提示肺部在经过急性应激期后恢复正常，该损伤是可逆性的；由于失重状态下脑动脉阻力增大，流经大脑的血流量减少，因此大脑的充血水肿现象不明显[14-15]。模拟失重大鼠进食减少，消化系统供血不足，胃动力下降[16]，因此胃部发生萎缩。而饮水量减少，体液的丢失使尿液内毒素相对增加，使肾脏负担加重发生炎症的可能性增大，同时由于观察期内肾脏持续生长，体重却出现增长率下降，结果导致肾体比和肾脑比的增大。结果提示两组心脏和肾脏的脏器系数存在显著差异，说明模拟失重对大鼠心脏和肾脏的重量存在真实有效的影响。

ALT和AST是判断肝脏功能的最敏感指标，正常时存在于肝细胞中，只有肝细胞发生病变时才释放入血液[17]；ALB、CHE和DBIL都由肝细胞合成，其中ALB半衰期较长，肝功损害严重时才发生变化[18]，在模拟失重第1周上述指标即出现显著性改变，说明模拟失重1周时对大鼠肝脏已经产生了较为严重的损伤，此后随着时间的推移，肝脏损伤加剧，发生肝功能障碍，随之 TBA急剧降低、GLB也逐渐升高。CK在心肌中占总含量的14%～42%，CK-MB几乎不存在于其他组织中，主要存在于心肌，因而成为心肌酶谱中诊断疾病特异性的酶。BUN和UA是临床上诊断肾功能受损的指标，只有当肾小球滤过率降低>50%时，BUN和UA才可能发生明显变化。结果提示CK-MB、CK、BUN和UA分别于第1周和第3周起显著高于对照组，说明模拟失重对大鼠心肌及肾脏功能造成了严重的损伤，肾功能同样随模拟失重时长的增加更加恶化。

综上所述，模拟失重对大鼠机体产生多方面的影响，首先是大鼠应激反应较大，体重增长率持续降低；其次，各脏器质量也发生了不同的变化，尤其是心脏和肾脏的脏器系数显著高于正常大鼠；最后，通过血液生化指标的测定，明确了模拟失重大鼠的肝功、肾功以及心肌功能均受到严重损坏，且随时间延长有恶化的趋势，这些应当引起我们的警示。随着我国航天工程步入空间站时代，要求航天员确保驻留180 d以上，这对航天医学提出了更高的要求：随着驻留时间的延长，失重环境对人体的损伤会越来越严重，我们要解决如何最有效地预防、缓解和对抗对机体的不良影响；另外，航天员在此期间发生疾病的概率也越来越高，由于胃肠动力减弱，肝肾功能下降，航天员体内药物吸收、代谢和排泄的情况和地面也会有很大不同，如何选择理想的药物和制订科学的给药方式也成为我们当前亟待研究的课题。

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