WS频谱仪照射对抗大鼠尾吊30°生理效应的研究

航天医学工程研究所 王承珉 张静雪 彭远开 何水 孙业志 刘 刚 张宝兰 张汝果

失重是航天飞行所特有的环境因素，是航天中影响航天员正常生理功能的主要因素，它使航天员出现体液重新分布、电解质丢失、循环系统功能降低、肌肉萎缩、骨质脱钙、免疫功能降低，从而导致航天员体能下降、工作效率降低，不利于长期飞行中航天员的工作和健康[1]。研究失重生理效应，采取适当的对抗措施一直是航天医学生理学的重要内容，尤其是中长期飞行。为此人们投入了众多的人力、物力和财力。现有的对抗措施主要有体能训练、药物防护等。这些措施在一定程度上对失重状态下组织的退行性变起了拮抗或延缓作用，但并未从根本上解决失重给航天员带来的所有影响，寻找更为简便、有效的方法仍是人们探求的目标。

生物频谱仪是一种新型的医疗保健型仪器，它通过照射这一简单的物理学方法发挥作用。从资料上看，它具有改善微循环，调节神经内分泌、提高机体的免疫力的作用，对某些疾病有治疗和预防作用。该仪器的发明人认为，频谱照射可增强组织细胞自身的调节能力[2]。尚未见有WS频谱仪用于对抗失重效应的报道，本实验的目的就是要研究WS频谱仪的抗失重效应中的作用。此次实验主要从形态及形态计量学、生物化学等方面研究了频谱照射对抗失重效应的作用。初步探讨了WS频谱仪用于航天的可能性。

实验方法

本实验选用雄性Wistar大鼠为实验动物（由中科院实验动物繁殖场提供），体重160－230g，采用尾悬吊（－30°）做为模型失重模型。共用大鼠44只，按体重随机分组如下：

对照组 12只 单纯悬吊组（悬吊组） 16只 悬吊照射组（照射组） 16只

其中对照组为自由活动组。大鼠为单独饲养，可自由进食水，定期对其称重，按时清扫。实验室温度13－20℃。

频谱照射取弱档，从上至下照射，背中部距照射源约15cm，即大鼠背的中部表面温度不高于25℃。每日2次，每次40分钟。

于第10天和21天，分两次将大鼠处死，每组每次各一半。处死采取断头方法。收集的血液一部分用3.8％枸橼酸抗凝，一部分不抗凝，用以测定血液中循环内皮细胞（C E C）和丙二醛（Ｍ Ｄ Ａ）。

Ｃ Ｅ Ｃ计数[3]取抗凝血3.5ml，３９５g离心20min。取上清液0.1ml，加入0.1％ＡＤＰ0.25ml，振荡10min后再用395g离心20min，再取上清0.1ml在２１００g下离心20min，倾出上清，然后加入0.9％的生理盐水0.1ml，再次振荡１０min，取混悬液少许于血细胞计数池中，在普通光学显微镜下计数，同一标本计数４次。单位：个／0.9ul。

ＭＤＡ测定 采用ＴＢＡ法测定[4]。

形态学观察及肌细胞内线粒体计数 每组随机抽取已处死的大鼠２只，迅速取胸腺和脾组织，用2.5％的戊二醛固定，用于电镜下观察超微结构的变化；肌细胞内线粒体计数则是抽取第２１天时每组大鼠各三只，留取腓肠股组织，固定方法同上，按"细胞形态计量学方法[5]"对肌细胞内线粒体进行定量分析，测定参数如下：

Vv(％)体密度：线粒体体积占胞浆的百分比（％）：

（此处有图，Ｐ３９，第三届……） Sv(um-1) 面密度；线粒体横断面占单位胞浆体积的比值； S(um-1)比表面：Sv／Vv比值； V(um3)平均体积：线粒体的平均体积； Nv(um3)线粒体数：Vv／Ｖ

结果及分析

一、 体重的变化

见上页曲线图

此曲线描绘了各组间体重随时间变化的规律，可以看出，随实验时间延长，各组大鼠平均体重增加。与对照组比较，悬吊和照射两组体重的增长较为缓慢（Ｐ＜0.05），而悬吊组更为缓慢。悬吊和照射两组间后期体重也有显著差异（Ｐ＜0.05）。实验第一天，悬吊和照射组大鼠的体重略下降。

二、ＭＤＡ和ＣＥＣ的变化

表１ ＭＤＡ和ＣＥＣ的变化

ＭＤＡ       ＣＥＣ

项目时间及分组 注：ＭＤＡ为μmol/L,CEC为个／0.9μl，括号内为样本数 ＊

与相应对照组比较，＊＊P<0.05 ***P<0.01

#相同条件不同悬吊时间比较，#P<0.1

与对照组比较，悬吊和照射两组血液中ＭＤＡ的含量增加（P<0.05），２１天高于１０天时的水平，其中悬吊组２１天的ＭＤＡ含量与１０天时比较已有增高的趋势（P<0.1）。悬吊和照射两组之间虽无统计学差异，但相同时间照射组ＭＤＡ略低于悬吊组。与对照组比较，照射组和悬吊组增高的比率分别是：１０天时为3.9％和9.1％，２１天为２７％和40.6％。

ＣＥＣ的变化仅有２１天的数据，也表现为悬吊和照射组两组高于对照组（P<0.05或0.1），照射组略低于悬吊组，两组间无差异，其增高的程度分别为69.9％和86.2％。

三、形态学变化

透射电镜下悬吊和照射两组胸腺和脾脏的改变相似，胸腺和脾脏中淋巴细胞内线粒体的数量增加（见附录图Ａ－２）；悬吊１０天就已见某些线粒体的密度降低、结构模糊（见附录图Ａ－３），少数淋巴细胞遭到破坏。

扫描电镜下，悬吊组的胸腺内淋巴细胞的数量明显减少，某些部位仅有支架结构，照射组胸腺内淋巴细胞数量减少不明显（１０天）或未见减少（２１天）。悬吊组脾脏则表现出随悬吊时间延长而出现的异形红细胞增多、红细胞皱缩、细胞表面点状凹陷、细胞碎片增多；照射组异形红细胞出现的时间不仅晚，而且异形红细胞少，细胞表面也较为光滑。

四、排肠肌细胞内线粒体各参数测量结果

表２ 腓肠肌细胞内线粒体各参数变化

＊ 与对照组比较 ＊＊＊Ｐ＜0.01；

＃悬吊和悬吊照射组比较 ＃＃＃Ｐ＜0.01

括号内为计数的样品数。

计量的结果为：体密度、面密度和平均体积为悬吊组低于对照组（Ｐ＜0.01），照射组低于悬吊组（Ｐ＜0.01），线粒体数和比表面则是悬吊组高于对照组，照射组高于悬吊组。从数值上看，照射组线粒体数比悬吊组高一倍，体密度和面密度为悬吊组的１／２，平均体积仅为１／４，这说明线粒体体积的缩小与线粒体数量增多有关。

讨论及结论

几十年的航天活动使人们对失重状态下机体变化及反应有了较深的了解，主要的变化有：体液头部移动、体液丢失、血液浓缩，肌肉萎缩、骨质脱钙、免疫力低下等。组织学发现脑、肺等组织充血、水肿，甚至出血，肌肉萎缩，下肢骨皮质疏松，异形红细胞增多[1]。任何一种对抗措施的研究使用应包括观察有无抑制或延缓失重状态下的组织退行性变或损伤的作用。本实验观察了大鼠尾吊－３０℃期间用ＷＳ频谱仪照射的结果，第一次从形态学、形态计量学以及生化学对ＷＳ频谱照射对抗失重生理效应进行了研究，发现了一些有意义的改变。

从实验结果上看，照射的作用首先反映在体重的变化上。一般来讲，体重是生物体生长发育的一项综合性的指标，体重增长的快慢反映了机体的发育情况和营养状态，是整个机体生理变化的综合反映。本实验第一天悬吊两组体重略下降，可能与悬吊初期体液头向移动，体液丢失有关[1、６]。随后悬吊及照射组的体重增长缓慢则主要与悬吊有关，足见悬吊对大鼠生长发育的影响。照射组体重略高于悬吊组表明ＷＳ频谱照射部分缓解了悬吊带来的不利影响。我们对各组每日的食物消耗量进行了比较，其消耗量为对照组154.4g、悬吊组196.8g、照射组203.3g。可以看出悬吊组和照射组的体重增长缓慢与进食量无关，照射组体重增长快于悬吊组也不宜用进食量略高来解释，这表明ＷＳ频谱照射对于悬吊所引起的生长发育缓慢有一定的对抗作用。

尾吊－３０℃使大鼠血液中ＭＤＡ含量增加（Ｐ＜0.05），并有随悬吊时间处长而增加的趋势（Ｐ＜0.１），ＣＥＣ增多。ＭＤＡ是脂质氧化的最终产物，其含量与超氧自由基相关，体内超氧自由基增加则血液中ＭＤＡ增多。ＭＫＡ可间接反映机体内超氧自由基的水平。悬吊后血液中ＭＤＡ的增多表明体内超氧自由基增加，本实验结果为超氧自由基参与模拟失重的损伤提供了依据。尽管悬吊和照射两组间上述两指标虽无差异，但照射组ＭＤＡ和ＣＥＣ增加的比率均低于悬吊组，说明ＷＳ频谱照射在一定程度上减少了超氧自由基的产生，ＷＳ频谱照对悬吊导致的自由基增加所引起的损伤可能有一定的防护作用。

形态及形态计量的结果为：悬吊组胸腺内淋巴细胞明显减少，脾脏内异形红细胞增多，腓肠肌细胞内线粒体数量增加，这与资料报道的结果相似[1、７]；照射组却为胸腺内淋细胞减少不明显或稍有减少，脾脏内异红细胞较少，肌细胞内线粒体数量更多。胸腺萎缩、淋巴细胞减少、异形红细胞增多是失重或模拟失重的状态下的表现之一，经频谱照射后胸腺内淋细胞减少不明显、脾脏内异形红细胞较少揭示ＷＳ频谱照射具有增强免疫功能、增强红细胞膜稳定的作用。至于照射后腓肠肌细胞内线粒体数量增多的意义现难以阐明，有待进一步研究。

综上所述，ＷＳ频谱仪可与其它对抗措施在地面模拟失重条件下配合使用。

附录图目：

图Ａ－１：正常状态下的胸腺，淋巴细胞内的线粒体及高尔基体正常、结构完整２６０００Ｘ

图Ａ－２：悬吊１０天胸腺淋巴细胞的线粒体数量增多，呈现纵行排列，其中的某些线粒体内有低密度区１３０００Ｘ

图Ａ－３：线粒体结构模糊、嵴消失１６０００Ｘ

图Ａ－４：正常状态下的胸腺组织，有成堆的淋巴细胞，细胞表面光滑２００００Ｘ，１０００Ｘ

图Ａ－５：正常状态下的胸腺组织，有成堆的淋巴细胞，细胞表面光滑２００００Ｘ，１０００Ｘ

图Ａ－６：悬吊１０天的胸腺组织：淋巴细胞的数量明显减少、稀疏３０００Ｘ

图Ａ－７：照射组的胸腺组织：淋巴细胞的数量未见减少５０００Ｘ

图Ａ－８：正常脾脏 ８０００Ｘ

图Ａ－９：悬吊１０天时脾窦内有许多变形或萎缩的红细胞１００００Ｘ

图Ａ－１０：照射组１０天的变化：脾窦中红细胞形态我数正常，仅少数红细胞变形５０００Ｘ

图Ａ－１１：悬吊组２１天的脾脏改变：多数红细胞变形、皱缩，细胞膜的表面有点状凹陷１００００Ｘ

图Ａ－１２：照射组２１天脾脏的变化：细胞变形、皱缩少见，仅个别细胞表面有少量的点状凹陷５０００Ｘ