不同強度40-s重復5次-Gz暴露后腦缺血恢復期大鼠學習記憶功能的變化

不同強度40s重復5次+Gz暴露后腦缺血恢復期大鼠學習記憶功能的變化【摘要】目的：探討短時重復+Gz暴露腦缺血恢復期大鼠學習記憶功能的改變.方法：將24只雄性SD大鼠隨機等分為對照組、+6Gz/40s×5組和+10Gz/40s×5組.觀察不同＋Gz作用后1wk大鼠學習能力的變化.結果：曠場反應中，+6Gz組在暴露后即刻總得分較對照組顯著降低；+10Gz組在0d中央格停留時間和總得分較對照組顯著延長()；與+6Gz組比較，+10Gz組中央格停留時間在0，4d顯著延長.在辨別性學習能力測試中，+6Gz組正確反應次數和反應時在各時間點與對照組均無明顯差異；+10Gz組正確反應次數在2d較對照組顯著降低，反應時在0，2d顯著延長；與+6Gz組比較，+10Gz組的正確反應次數在0，2d時顯著降低，反應時在0，2，4d顯著延長.在被動回避反應中，與對照組比較，+6Gz和+10Gz組各項指標均無顯著性改變.結論：40s×5+10Gz重復暴露導致學習能力暫時性降低.

【關鍵詞】正加速度；學習；記憶；大鼠

0引言

目前，高性能戰(zhàn)斗機產生的正加速度過載可達+9G～+10G，持續(xù)時間可達30～45s，并可反復出現(xiàn)，已經超出了人體的正常耐受限度［1］.高G暴露可引起人腦的病理生理性改變，作為重要腦功能的學習記憶功能必然也受到影響.大量動物實驗表明，腦缺血可引起動物腦部神經元的病理性改變，學習記憶功能受損［2］.我們以往的研究［3］顯示+6Gz/3min或+10Gz/3min的暴露可導致大鼠學習記憶能力顯著降低，表明較長時間的+Gz暴露后大鼠正常的腦功能受到了影響.但對每次作用持續(xù)時間較短且反復出現(xiàn)的+Gz暴露對學習記憶能力有無影響尚不清楚.本研究旨在從不同角度探討高G重復暴露致大鼠學習記憶能力變化中的各種加速度要素的作用意義.

1材料和方法

材料清潔級雄性SD大鼠24只，體質量160～180g；動物離心機，臂長2m，可模擬1～15G的加速度暴露；曠場反應箱、Y型迷宮和明暗箱.

方法

動物分組先將動物在實驗室飼養(yǎng)1wk使之適應實驗環(huán)境以排除驚嚇、環(huán)境等因素對大鼠學習記憶和行為的影響，將動物隨機分為3組：對照組、+6Gz/40s×5組和+10Gz/40s×5組，每組8只.

+Gz暴露方式采用動物離心機模擬+Gz暴露.利用自制的有機玻璃盒承載大鼠，并水平固定于離心機的轉臂上，大鼠頭部朝向離心機旋轉軸心.+6Gz組和+10Gz組大鼠在動物離心機上模擬+Gz暴露，暴露G值水平分別為+6Gz和+10Gz，單次峰值持續(xù)時間為40s，加速度增長率為1G/s,連續(xù)進行5次暴露，每兩次暴露之間間隔5min.對照組大鼠僅放置于有機玻璃盒中，處于實驗組相同的離心機噪聲環(huán)境中25min，不進行+Gz暴露.在+Gz重復暴露后即刻開始進行首次行為學檢測，實驗順序為曠場反應、Y迷宮實驗和被動回避試驗.檢測時間點為暴露后0，2，4，6d，被動回避實驗僅檢測0d和6d兩個時間點.為保證實驗結果的可靠性，實驗均安排在安靜、光線較暗的同一相似環(huán)境中進行，實驗時間均為每日08：00~11：00.

曠場反應采用曠場分析觀察大鼠興奮性和運動的變化［4］.實驗時，將大鼠放入曠場反應箱正中格中，觀察3min內大鼠的活動情況.觀察指標包括中央格停留時間和總得分，即跨格次數(三爪以上跨入鄰格的次數)和站立次數(兩前肢離地1cm以上)的和.

辨別性學習能力觀察采用Y型迷宮實驗.實驗開始時，將大鼠放入迷宮，使其適應環(huán)境1min.通電，起始臂燈亮，5s延時后，不亮燈的兩臂及連接區(qū)開始通電，大鼠逃往安全臂.此時燈光仍持續(xù)60s，然后熄燈完成一次測試.每時間點均進行15次測試.記錄正確反應次數和總反應時.

被動回避反應采用明暗箱進行實驗.暗箱通40V交流電，暗箱與明箱相連的壁中央有洞，大鼠可以自由通過.先將大鼠放入明箱中，其鉆入暗箱遭受電擊后將逃回明箱.以大鼠在明箱中停留時間超過5min為學會.記錄0d學會所用的總時間、潛伏期和錯誤數以及6d潛伏期.

統(tǒng)計學處理：所有數據均以x±s表示，使用SPSS統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析，采用重復測量方差分析檢驗行為學觀察和辨別性學習能力實驗結果，采用非參數檢驗比較被動回避反應實驗結果.

2結果

曠場反應對照組大鼠中央格停留時間隨學習次數的增加呈逐漸縮短趨勢，總得分也逐漸降低.和對照組比較，+6Gz組大鼠在暴露后0d總得分顯著降低，中央格停留時間有延長的趨勢；+10Gz組大鼠中央格停留時間在0d顯著延長()，總得分在0d顯著降低()；與+6Gz組比較，+10Gz組大鼠中央格停留時間在0d和4d顯著延長，總得分在各時間點均無顯著差異.

表1+Gz暴露后大鼠曠場反應中央格停留時間和總得分的變化

vs對照;vs+6Gz.+6Gz:+6Gz重復暴露;+10Gz:+10Gz重復暴露.

辨別性學習能力各實驗組在Y型迷宮中的成績均隨學習次數的增加逐漸提高，正確反應次數隨重復學習次數的增加而增多，反應時逐漸縮短.比較同一時間點各組差異，+6Gz組大鼠正確反應次數和反應時在各時間點與對照組均無明顯差異；+10Gz組大鼠正確反應次數在2d較對照組顯著降低，反應時在0，2d較對照組顯著延長；與+6Gz組比較，+10Gz組的正確反應次數在0，2d時顯著降低，反應時在0，2，4d顯著延長.

被動回避反應對照組、+6Gz組和+10Gz組大鼠的學習所用總時間、潛伏期、錯誤數及6d潛伏期無顯著差異；但+10Gz組大鼠的潛伏期有延長趨勢，6d潛伏期有縮短趨勢.

vs對照;,vs+6Gz.n=8,x±s.

圖1+Gz暴露后大鼠Y型迷宮正確反應次數的變化

,vs對照;,vs+6Gz.n=8,x±s.

圖2+Gz暴露后大鼠Y型迷宮反應時的變化

表2+Gz暴露后大鼠被動回避實驗總時間、潛伏期、錯誤數的變化

Gz:+6Gz重復暴露；+10Gz:+10Gz重復暴露.TT:學習所用總時間;LT:潛伏期;NE:錯誤數；D6LT:第6日潛伏期.

3討論

曠場反應可分析觀察大鼠興奮性和運動等的變化情況.Y型迷宮實驗可考察大鼠的空間學習能力.被動回避實驗可考察大鼠記憶保持能力的變化情況［5-6］.實驗結果顯示，40s×5+6Gz暴露后，大鼠在腦缺血恢復期進行學習訓練過程中，除0d時間點出現(xiàn)的運動能力降低外，在辨別性學習能力以及被動回避能力學習中各項指標與對照組大鼠均無顯著差異；而40s×5+10Gz暴露后，大鼠的即刻興奮性及運動能力顯著降低，辨別性學習能力在0d,2d較對照組顯著降低.以上結果提示，40s×5+10Gz暴露后導致大鼠的學習能力出現(xiàn)了暫時性降低，40s×5+6Gz暴露后大鼠的學習能力無明顯變化；40s×5+Gz暴露后大鼠記憶保持能力未受到影響.

加速度譜線包括加速度值大小、作用持續(xù)時間和加速度增長率等若干參量.加速度作用于人體時，由于其參量不同，所引起的人體生物動力學效應可有很大差異.機體對低G值可以耐受較長時間，能夠代償由慣性力所引起的不良生理反應；隨著G值增大，耐受時間逐漸縮短，如加速度值超過一定強度時，超過機體的代償能力，結果就會發(fā)生嚴重的機能障礙［7］.

在采用3min+Gz暴露的實驗中，我們曾經觀察到+6Gz和＋10Gz暴露恢復期可致大鼠學習能力持續(xù)降低，并且隨著G值的增高學習能力降低的程度呈加重趨勢.本次實驗與以往采用單次3min+Gz暴露［3］采用了相同的G值，但差異卻十分顯著.究其原因，+Gz的暴露持續(xù)時間的不同是導致兩次實驗顯著差異的關鍵因素.大量研究顯示，當+Gz作用時間超過3s但少于60s時，可因為血液供應的減少以及血液循環(huán)停滯導致中樞神經系統(tǒng)缺血缺氧，喪失其正常功能，但此時經過6~12s的+Gz暴露后，機體的心血管代償功能開始發(fā)揮作用，能夠通過增加心輸出量和血管收縮以增大血管阻力等方式，藉以升高頭水平動脈血壓，增加對頭部的血液供應，從而部分減輕腦缺血程度.但是當加速度作用持續(xù)時間超過60s時，可能引起機體代償機能疲勞或發(fā)生代償衰竭，從而導致腦部缺血癥狀出現(xiàn)持續(xù)性加重現(xiàn)象［8］.本次實驗中雖然采用了5次重復+Gz暴露，但每次＋Gz暴露持續(xù)時間均未超過60s，處在代償期內，使中樞神經系統(tǒng)的缺血缺氧情況相對比較輕微；并且兩次暴露之間均間隔5min，使機體有足夠的時間調整身體各部位的血液供應，并協(xié)作各項代償機能.

比較本次實驗+6Gz與+10Gz組的結果，我們發(fā)現(xiàn)兩者的差別十分明顯.這可能提示在單位作用時間內，+Gz暴露的總強度存在一個“閾限”，這個閾值應是G值與作用持續(xù)時間的乘積，一旦暴露強度超過此閾值，學習記憶功能將受到損害，而低于此閾值的+Gz暴露對學習功能影響無影響.其機理需要在以后進一步的研究中予以解決.

【參考文獻】

［1］BatemanWA,JacobsI,BuickF.Physicalconditioningtoenhance+Gztolerance:Issuesandcurrentunderstanding［J］.AviatSpaceEnvironMed,2006,77(6):573-580.

［2］BellesM,AlbinaML,LinaresV,etal.Combinedactionofuraniumandstressintherat.I.Behavioraleffects［J］.ToxicolLett,2005,158(3):176-185.

［3］曹新生,吳興裕，孫喜慶，等.+Gz致腦缺血恢復期大鼠學習能力變化的探討［J］.第四軍醫(yī)大學學報,2004,25(1):79-81.

［4］BlockF.Globalischemiaandbehaviouraldeficits［J］.ProgNeurobiol,1999,58(3):279-295.

［5］BaoXM,ShuSY,WangH.Expressionofcfosandcjunproteinsinthemarginaldivisionoftheratstriatumduringlearningandmemorytraining［J］.ChinMedJ(Engl),2005,118(5):398-403.

［6］GulinelloM,LebesgueD,JoverMengualT,etal.Acuteandchronicestradioltreatmentsreducememorydeficitsinducedbytransientglobalischemiainfemalerats［J］.HormBehav,2006,49(2):2