不同強(qiáng)度40-s重復(fù)5次-Gz暴露后腦缺血恢復(fù)期大鼠學(xué)習(xí)記憶功能的變化

不同強(qiáng)度40s重復(fù)5次+Gz暴露后腦缺血恢復(fù)期大鼠學(xué)習(xí)記憶功能的變化【摘要】目的：探討短時重復(fù)+Gz暴露腦缺血恢復(fù)期大鼠學(xué)習(xí)記憶功能的改變.方法：將24只雄性SD大鼠隨機(jī)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(xué)習(xí)能力的變化.結(jié)果：曠場反應(yīng)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(xué)習(xí)能力測試中，+6Gz組正確反應(yīng)次數(shù)和反應(yīng)時在各時間點(diǎn)與對照組均無明顯差異；+10Gz組正確反應(yīng)次數(shù)在2d較對照組顯著降低，反應(yīng)時在0，2d顯著延長；與+6Gz組比較，+10Gz組的正確反應(yīng)次數(shù)在0，2d時顯著降低，反應(yīng)時在0，2，4d顯著延長.在被動回避反應(yīng)中，與對照組比較，+6Gz和+10Gz組各項(xiàng)指標(biāo)均無顯著性改變.結(jié)論：40s×5+10Gz重復(fù)暴露導(dǎo)致學(xué)習(xí)能力暫時性降低.

【關(guān)鍵詞】正加速度；學(xué)習(xí)；記憶；大鼠

0引言

目前，高性能戰(zhàn)斗機(jī)產(chǎn)生的正加速度過載可達(dá)+9G～+10G，持續(xù)時間可達(dá)30～45s，并可反復(fù)出現(xiàn)，已經(jīng)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(xué)習(xí)記憶功能必然也受到影響.大量動物實(shí)驗(yàn)表明，腦缺血可引起動物腦部神經(jīng)元的病理性改變，學(xué)習(xí)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(dǎo)致大鼠學(xué)習(xí)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(fù)出現(xiàn)的+Gz暴露對學(xué)習(xí)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(fù)暴露致大鼠學(xué)習(xí)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(zhì)量160～180g；動物離心機(jī)，臂長2m，可模擬1～15G的加速度暴露；曠場反應(yīng)箱、Y型迷宮和明暗箱.

方法

動物分組先將動物在實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)1wk使之適應(yīng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境以排除驚嚇、環(huán)境等因素對大鼠學(xué)習(xí)記憶和行為的影響，將動物隨機(jī)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(jī)模擬+Gz暴露.利用自制的有機(jī)玻璃盒承載大鼠，并水平固定于離心機(jī)的轉(zhuǎn)臂上，大鼠頭部朝向離心機(jī)旋轉(zhuǎn)軸心.+6Gz組和+10Gz組大鼠在動物離心機(jī)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(jìn)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(jī)玻璃盒中，處于實(shí)驗(yàn)組相同的離心機(jī)噪聲環(huán)境中25min，不進(jìn)行+Gz暴露.在+Gz重復(fù)暴露后即刻開始進(jìn)行首次行為學(xué)檢測，實(shí)驗(yàn)順序?yàn)闀鐖龇磻?yīng)、Y迷宮實(shí)驗(yàn)和被動回避試驗(yàn).檢測時間點(diǎn)為暴露后0，2，4，6d，被動回避實(shí)驗(yàn)僅檢測0d和6d兩個時間點(diǎn).為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，實(shí)驗(yàn)均安排在安靜、光線較暗的同一相似環(huán)境中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)時間均為每日08：00~11：00.

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

辨別性學(xué)習(xí)能力觀察采用Y型迷宮實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)開始時，將大鼠放入迷宮，使其適應(yīng)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(diǎn)均進(jìn)行15次測試.記錄正確反應(yīng)次數(shù)和總反應(yīng)時.

被動回避反應(yīng)采用明暗箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn).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(xué)會.記錄0d學(xué)會所用的總時間、潛伏期和錯誤數(shù)以及6d潛伏期.

統(tǒng)計學(xué)處理：所有數(shù)據(jù)均以x±s表示，使用SPSS統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用重復(fù)測量方差分析檢驗(yàn)行為學(xué)觀察和辨別性學(xué)習(xí)能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用非參數(shù)檢驗(yàn)比較被動回避反應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

2結(jié)果

曠場反應(yīng)對照組大鼠中央格停留時間隨學(xué)習(xí)次數(shù)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(diǎn)均無顯著差異.

表1+Gz暴露后大鼠曠場反應(yīng)中央格停留時間和總得分的變化

vs對照;vs+6Gz.+6Gz:+6Gz重復(fù)暴露;+10Gz:+10Gz重復(fù)暴露.

辨別性學(xué)習(xí)能力各實(shí)驗(yàn)組在Y型迷宮中的成績均隨學(xué)習(xí)次數(shù)的增加逐漸提高，正確反應(yīng)次數(shù)隨重復(fù)學(xué)習(xí)次數(shù)的增加而增多，反應(yīng)時逐漸縮短.比較同一時間點(diǎn)各組差異，+6Gz組大鼠正確反應(yīng)次數(shù)和反應(yīng)時在各時間點(diǎn)與對照組均無明顯差異；+10Gz組大鼠正確反應(yīng)次數(shù)在2d較對照組顯著降低，反應(yīng)時在0，2d較對照組顯著延長；與+6Gz組比較，+10Gz組的正確反應(yīng)次數(shù)在0，2d時顯著降低，反應(yīng)時在0，2，4d顯著延長.

被動回避反應(yīng)對照組、+6Gz組和+10Gz組大鼠的學(xué)習(xí)所用總時間、潛伏期、錯誤數(shù)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(yīng)次數(shù)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(yīng)時的變化

表2+Gz暴露后大鼠被動回避實(shí)驗(yàn)總時間、潛伏期、錯誤數(shù)的變化

Gz:+6Gz重復(fù)暴露；+10Gz:+10Gz重復(fù)暴露.TT:學(xué)習(xí)所用總時間;LT:潛伏期;NE:錯誤數(shù)；D6LT:第6日潛伏期.

3討論

曠場反應(yīng)可分析觀察大鼠興奮性和運(yùn)動等的變化情況.Y型迷宮實(shí)驗(yàn)可考察大鼠的空間學(xué)習(xí)能力.被動回避實(shí)驗(yàn)可考察大鼠記憶保持能力的變化情況［5-6］.實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，40s×5+6Gz暴露后，大鼠在腦缺血恢復(fù)期進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練過程中，除0d時間點(diǎn)出現(xiàn)的運(yùn)動能力降低外，在辨別性學(xué)習(xí)能力以及被動回避能力學(xué)習(xí)中各項(xiàng)指標(biāo)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(yùn)動能力顯著降低，辨別性學(xué)習(xí)能力在0d,2d較對照組顯著降低.以上結(jié)果提示，40s×5+10Gz暴露后導(dǎo)致大鼠的學(xué)習(xí)能力出現(xiàn)了暫時性降低，40s×5+6Gz暴露后大鼠的學(xué)習(xí)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(xué)效應(yīng)可有很大差異.機(jī)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(yīng)；隨著G值增大，耐受時間逐漸縮短，如加速度值超過一定強(qiáng)度時，超過機(jī)體的代償能力，結(jié)果就會發(fā)生嚴(yán)重的機(jī)能障礙［7］.

在采用3min+Gz暴露的實(shí)驗(yàn)中，我們曾經(jīng)觀察到+6Gz和＋10Gz暴露恢復(fù)期可致大鼠學(xué)習(xí)能力持續(xù)降低，并且隨著G值的增高學(xué)習(xí)能力降低的程度呈加重趨勢.本次實(shí)驗(yàn)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(dǎo)致兩次實(shí)驗(yàn)顯著差異的關(guān)鍵因素.大量研究顯示，當(dāng)+Gz作用時間超過3s但少于60s時，可因?yàn)檠汗?yīng)的減少以及血液循環(huán)停滯導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)缺血缺氧，喪失其正常功能，但此時經(jīng)過6~12s的+Gz暴露后，機(jī)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(yīng)，從而部分減輕腦缺血程度.但是當(dāng)加速度作用持續(xù)時間超過60s時，可能引起機(jī)體代償機(jī)能疲勞或發(fā)生代償衰竭，從而導(dǎo)致腦部缺血癥狀出現(xiàn)持續(xù)性加重現(xiàn)象［8］.本次實(shí)驗(yàn)中雖然采用了5次重復(fù)+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(nèi)，使中樞神經(jīng)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(jī)體有足夠的時間調(diào)整身體各部位的血液供應(yīng)，并協(xié)作各項(xiàng)代償機(jī)能.

比較本次實(shí)驗(yàn)+6Gz與+10Gz組的結(jié)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(nèi)，+Gz暴露的總強(qiáng)度存在一個“閾限”，這個閾值應(yīng)是G值與作用持續(xù)時間的乘積，一旦暴露強(qiáng)度超過此閾值，學(xué)習(xí)記憶功能將受到損害，而低于此閾值的+Gz暴露對學(xué)習(xí)功能影響無影響.其機(jī)理需要在以后進(jìn)一步的研究中予以解決.

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