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(shí)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(duì)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(chǎng)反應(yīng)中，+6Gz組在暴露后即刻總得分較對(duì)照組顯著降低；+10Gz組在0d中央格停留時(shí)間和總得分較對(duì)照組顯著延長(zhǎng)()；與+6Gz組比較，+10Gz組中央格停留時(shí)間在0，4d顯著延長(zhǎng).在辨別性學(xué)習(xí)能力測(cè)試中，+6Gz組正確反應(yīng)次數(shù)和反應(yīng)時(shí)在各時(shí)間點(diǎn)與對(duì)照組均無(wú)明顯差異；+10Gz組正確反應(yīng)次數(shù)在2d較對(duì)照組顯著降低，反應(yīng)時(shí)在0，2d顯著延長(zhǎng)；與+6Gz組比較，+10Gz組的正確反應(yīng)次數(shù)在0，2d時(shí)顯著降低，反應(yīng)時(shí)在0，2，4d顯著延長(zhǎng).在被動(dòng)回避反應(yīng)中，與對(duì)照組比較，+6Gz和+10Gz組各項(xiàng)指標(biāo)均無(wú)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(shí)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(guò)載可達(dá)+9G～+10G，持續(xù)時(shí)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(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，腦缺血可引起動(dòng)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(zhǎng)時(shí)間的+Gz暴露后大鼠正常的腦功能受到了影響.但對(duì)每次作用持續(xù)時(shí)間較短且反復(fù)出現(xiàn)的+Gz暴露對(duì)學(xué)習(xí)記憶能力有無(wú)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(jí)雄性SD大鼠24只，體質(zhì)量160～180g；動(dòng)物離心機(jī)，臂長(zhǎng)2m，可模擬1～15G的加速度暴露；曠場(chǎng)反應(yīng)箱、Y型迷宮和明暗箱.

方法

動(dòng)物分組先將動(dòng)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(duì)大鼠學(xué)習(xí)記憶和行為的影響，將動(dòng)物隨機(jī)分為3組：對(duì)照組、+6Gz/40s×5組和+10Gz/40s×5組，每組8只.

+Gz暴露方式采用動(dòng)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(dòng)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(shí)間為40s，加速度增長(zhǎng)率為1G/s,連續(xù)進(jìn)行5次暴露，每?jī)纱伪┞吨g間隔5min.對(duì)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(kāi)始進(jìn)行首次行為學(xué)檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)順序?yàn)闀鐖?chǎng)反應(yīng)、Y迷宮實(shí)驗(yàn)和被動(dòng)回避試驗(yàn).檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)為暴露后0，2，4，6d，被動(dòng)回避實(shí)驗(yàn)僅檢測(cè)0d和6d兩個(gè)時(shí)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(xiàn)較暗的同一相似環(huán)境中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)時(shí)間均為每日08：00~11：00.

曠場(chǎng)反應(yīng)采用曠場(chǎng)分析觀察大鼠興奮性和運(yùn)動(dòng)的變化［4］.實(shí)驗(yàn)時(shí)，將大鼠放入曠場(chǎng)反應(yīng)箱正中格中，觀察3min內(nèi)大鼠的活動(dòng)情況.觀察指標(biāo)包括中央格停留時(shí)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(kāi)始時(shí)，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(shí)后，不亮燈的兩臂及連接區(qū)開(kāi)始通電，大鼠逃往安全臂.此時(shí)燈光仍持續(xù)60s，然后熄燈完成一次測(cè)試.每時(shí)間點(diǎn)均進(jìn)行15次測(cè)試.記錄正確反應(yīng)次數(shù)和總反應(yīng)時(shí).

被動(dòng)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(guò).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(shí)間超過(guò)5min為學(xué)會(huì).記錄0d學(xué)會(huì)所用的總時(shí)間、潛伏期和錯(cuò)誤數(shù)以及6d潛伏期.

統(tǒng)計(jì)學(xué)處理：所有數(shù)據(jù)均以x±s表示，使用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用重復(fù)測(cè)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(dòng)回避反應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

2結(jié)果

曠場(chǎng)反應(yīng)對(duì)照組大鼠中央格停留時(shí)間隨學(xué)習(xí)次數(shù)的增加呈逐漸縮短趨勢(shì)，總得分也逐漸降低.和對(duì)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(shí)間有延長(zhǎng)的趨勢(shì)；+10Gz組大鼠中央格停留時(shí)間在0d顯著延長(zhǎng)()，總得分在0d顯著降低()；與+6Gz組比較，+10Gz組大鼠中央格停留時(shí)間在0d和4d顯著延長(zhǎng)，總得分在各時(shí)間點(diǎn)均無(wú)顯著差異.

表1+Gz暴露后大鼠曠場(chǎng)反應(yīng)中央格停留時(shí)間和總得分的變化

vs對(duì)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(jī)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(shí)逐漸縮短.比較同一時(shí)間點(diǎn)各組差異，+6Gz組大鼠正確反應(yīng)次數(shù)和反應(yīng)時(shí)在各時(shí)間點(diǎn)與對(duì)照組均無(wú)明顯差異；+10Gz組大鼠正確反應(yīng)次數(shù)在2d較對(duì)照組顯著降低，反應(yīng)時(shí)在0，2d較對(duì)照組顯著延長(zhǎng)；與+6Gz組比較，+10Gz組的正確反應(yīng)次數(shù)在0，2d時(shí)顯著降低，反應(yīng)時(shí)在0，2，4d顯著延長(zhǎng).

被動(dòng)回避反應(yīng)對(duì)照組、+6Gz組和+10Gz組大鼠的學(xué)習(xí)所用總時(shí)間、潛伏期、錯(cuò)誤數(shù)及6d潛伏期無(wú)顯著差異；但+10Gz組大鼠的潛伏期有延長(zhǎng)趨勢(shì)，6d潛伏期有縮短趨勢(shì).

vs對(duì)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(duì)照;,vs+6Gz.n=8,x±s.

圖2+Gz暴露后大鼠Y型迷宮反應(yīng)時(shí)的變化

表2+Gz暴露后大鼠被動(dòng)回避實(shí)驗(yàn)總時(shí)間、潛伏期、錯(cuò)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(shí)間;LT:潛伏期;NE:錯(cuò)誤數(shù)；D6LT:第6日潛伏期.

3討論

曠場(chǎng)反應(yīng)可分析觀察大鼠興奮性和運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(guò)程中，除0d時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)能力降低外，在辨別性學(xué)習(xí)能力以及被動(dòng)回避能力學(xué)習(xí)中各項(xiàng)指標(biāo)與對(duì)照組大鼠均無(wú)顯著差異；而40s×5+10Gz暴露后，大鼠的即刻興奮性及運(yùn)動(dòng)能力顯著降低，辨別性學(xué)習(xí)能力在0d,2d較對(duì)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(shí)性降低，40s×5+6Gz暴露后大鼠的學(xué)習(xí)能力無(wú)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(xiàn)包括加速度值大小、作用持續(xù)時(shí)間和加速度增長(zhǎng)率等若干參量.加速度作用于人體時(shí)，由于其參量不同，所引起的人體生物動(dòng)力學(xué)效應(yīng)可有很大差異.機(jī)體對(duì)低G值可以耐受較長(zhǎng)時(shí)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(shí)間逐漸縮短，如加速度值超過(guò)一定強(qiáng)度時(shí)，超過(guò)機(jī)體的代償能力，結(jié)果就會(huì)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?cè)?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(shì).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(shí)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(shí)間超過(guò)3s但少于60s時(shí)，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(shí)經(jīng)過(guò)6~12s的+Gz暴露后，機(jī)體的心血管代償功能開(kāi)始發(fā)揮作用，能夠通過(guò)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(dòng)脈血壓，增加對(duì)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(shí)間超過(guò)60s時(shí)，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(shí)間均未超過(guò)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(duì)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(shí)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(shí)間內(nèi)，+Gz暴露的總強(qiáng)度存在一個(gè)“閾限”，這個(gè)閾值應(yīng)是G值與作用持續(xù)時(shí)間的乘積，一旦暴露強(qiáng)度超過(guò)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(duì)學(xué)習(xí)功能影響無(wú)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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