基于代謝組學(xué)技術(shù)的加速度暴露致腦體功能下降影響因素分析.pdf

1、背景：
　　當(dāng)人體暴露于異常加速度環(huán)境，會(huì)出現(xiàn)眩暈、頭痛、出冷汗、惡心、嘔吐、持續(xù)性疲勞等癥狀，統(tǒng)稱(chēng)為暈動(dòng)癥或暈動(dòng)病(motion sickness)。其主要包括暈船、暈機(jī)、暈車(chē)以及視覺(jué)誘發(fā)的暈動(dòng)癥。雖然暈動(dòng)癥的發(fā)生機(jī)制至今沒(méi)有完全闡明，但已有證據(jù)表明，機(jī)體暴露于異常加速度環(huán)境所引起的應(yīng)激反應(yīng)、植物神經(jīng)系統(tǒng)功能異常是促使暈動(dòng)病發(fā)生發(fā)展的重要原因。不少研究證實(shí)，現(xiàn)有的多種抗暈動(dòng)癥藥物，如東莨菪堿等，可以緩解惡心、嘔吐等暈動(dòng)癥的主要癥

2、狀，但對(duì)植物神經(jīng)系統(tǒng)功能異常以及持續(xù)性疲勞沒(méi)有緩解作用。已知，疲勞是影響作業(yè)能力的主要和直接原因，疲勞引起的作業(yè)能力下降往往與安全事故發(fā)生有直接的聯(lián)系。因此，闡明加速度暴露引發(fā)疲勞的特點(diǎn)及其機(jī)制，研制加速度暴露人員作業(yè)能力維護(hù)措施是航海醫(yī)學(xué)，尤其是軍事航海醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究者關(guān)注的重點(diǎn)。
　　近年來(lái)的研究證實(shí)，代謝組學(xué)是一種幫助分析各種原因引起的機(jī)體代謝產(chǎn)物變化的有效工具。通過(guò)檢測(cè)、分析血液代謝產(chǎn)物的變化可以為人們了解多種疾病發(fā)病機(jī)制及

3、其防治措施研究提供的線(xiàn)索。綜上所述，認(rèn)為，有必要進(jìn)行加速度暴露后機(jī)體代謝產(chǎn)物變化的檢測(cè)，分析加速度暴露致腦體功能變化可能的原因，為加速度暴露人員作業(yè)能力維護(hù)措施研制提供線(xiàn)索。
　　目的：
　　本實(shí)驗(yàn)在調(diào)查分析加速度暴露人員疲勞特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用代謝組學(xué)方法，了解加速度暴引發(fā)疲勞的可能原因，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)觀察血清丙酮酸升高在腦體功能下降中的作用及其可能機(jī)制，為加速度暴露人員作業(yè)能力維護(hù)措施研制提供線(xiàn)索。
　　方

4、法：
　　一、人群試驗(yàn)
　?。ㄒ唬┡瀱T暈船和疲勞關(guān)系調(diào)查
　　1.艦員疲勞狀態(tài)調(diào)查
　　采用日本產(chǎn)業(yè)衛(wèi)生學(xué)會(huì)疲勞研究會(huì)的《疲勞自覺(jué)癥狀調(diào)查表》對(duì)艦員六級(jí)海況暴露4h后的疲勞狀況及其特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查、分析。
　　2.艦員暈船程度評(píng)價(jià)
　　采用Graybiel《暈船程度評(píng)價(jià)量表》調(diào)查艦員暈船嚴(yán)重程度。
　?。ǘ┘铀俣缺┞秾?duì)受試者血清代謝產(chǎn)物和激素水平影響
　　1.加速度暴露前后血清代謝產(chǎn)物檢測(cè)<

5、br>　　通過(guò)GC-TOF/MS分析加速度暴露前后受試者血清代謝產(chǎn)物含量的變化。
　　2.加速度暴露前后血清激素含量檢測(cè)
　　通過(guò)放免法檢測(cè)血清胰島素、胰高血糖素和糖皮質(zhì)激素含量。ELISA法檢測(cè)血清腎上腺素含量。
　　二、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)
　　（一）加速度暴露裝置與方法
　　雄性SD大鼠(250-300g)。據(jù)體重隨機(jī)分為對(duì)照組和加速度暴露組。于每日18:00-21:00將實(shí)驗(yàn)組大鼠放入按Crampton等報(bào)道仿

6、制的加速度暴露裝置內(nèi)，加速度暴露2小時(shí)。
　?。ǘ灧磻?yīng)指數(shù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)
　　暈反應(yīng)指數(shù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn):計(jì)數(shù)糞便顆粒數(shù)，每粒糞便計(jì)1分;有排尿則計(jì)為1.2分否則不得分;若有輕度立毛反應(yīng)計(jì)為0.6分，重度計(jì)為1.2分，否則不得分;有震顫反應(yīng)計(jì)1.2分否則不得分。暈反應(yīng)指數(shù)為各項(xiàng)得分的總和。
　　（三）大鼠腦體功能指標(biāo)相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)
　　1.曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)(OPT)
　　通過(guò)曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)檢大鼠運(yùn)動(dòng)總距離(cm)來(lái)評(píng)價(jià)大鼠腦體功能。

7、
　　2.Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)(MWM)
　　通過(guò)Morris水迷宮檢測(cè)大鼠的找平臺(tái)時(shí)間(s)，來(lái)評(píng)價(jià)大鼠的認(rèn)知功能。
　　3.負(fù)重游泳實(shí)驗(yàn)(LST)
　　通過(guò)負(fù)重游泳實(shí)中大鼠游泳至力竭時(shí)間(min)，來(lái)評(píng)價(jià)大鼠的體力功能。
　　大鼠行為學(xué)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)時(shí)間都在每天的19:00-22:00
　?。ㄋ模┭寮に兀?，丙酮酸和β-羥基丁酸含量的檢測(cè)
　　大鼠血清胰島素、胰高血糖素和皮質(zhì)醇含量的檢測(cè)使用

8、放射免疫法。通過(guò)酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)測(cè)定大鼠血清腎上腺素、去甲腎上素及血清β-羥基丁酸含量。使用羅氏血糖儀測(cè)血糖。通過(guò)試劑盒檢測(cè)血清丙酮酸含量。
　?。ㄎ澹┖ｑR、前額皮層、肝臟和肌肉中ATP含量和PDH活性檢測(cè)
　　通過(guò)試劑盒檢測(cè)大鼠組織中ATP含量和PDH活性。
　　（六）統(tǒng)計(jì)方法
　　作圖和統(tǒng)計(jì)分析均使用GraphPad Prism6.0.2。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用((X)±SEM)表示，統(tǒng)計(jì)方法使用兩獨(dú)立樣本

9、t-檢驗(yàn)和one-way ANVOA(LSD)。相關(guān)性分析采用spearman相關(guān)分析。檢驗(yàn)水準(zhǔn)為α=0.05。
　　結(jié)果：
　　一、人群試驗(yàn)
　?。ㄒ唬┖胶Ｗ鳂I(yè)人員暈船后疲勞特點(diǎn)分析
　　六級(jí)海況暴露4小時(shí)，60.9％乘員發(fā)生暈動(dòng)癥，94.3％乘員發(fā)生疲勞。進(jìn)一步分析不同程度體力疲勞和精神疲勞所占百分比:體力疲勞0分占10.3％，1-13分占58.6％，13-26分占20.7％，26-39分占10.4％，而精神

10、疲勞0分占14.9％，1-13分占52.9％，13-26分占20.7％，26-39分占11.5％。表明，異常加速度暴露后，疲勞的發(fā)生率大于暈船的發(fā)生率，并具有腦體疲勞并存的特點(diǎn)。
　　（二）加速度暴露對(duì)受試者血清代謝產(chǎn)物的影響
　　加速度暴露后60名受試者血清發(fā)生明顯變化的代謝產(chǎn)物共有35種，其中變化1-2倍的29種，變化兩倍以上的有6種，而丙酮酸濃度變化幅度最大，與暴露前比血清丙酮酸含量升高4倍。
　?。ㄈ┘铀俣缺?/p>

11、露對(duì)受試者血清激素濃度的影響
　　加速度暴露后60名受試者血清胰島素含量平均下降28.8％，腎上腺素、胰高血糖素和糖皮質(zhì)激素含量分別平均升高50.2％，15.3％和37.8％。
　　二、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)
　?。ㄒ唬┘铀俣缺┞秾?duì)大鼠腦體功能相關(guān)指標(biāo)影響
　　加速度暴露后，大鼠曠場(chǎng)活動(dòng)總距離縮短38.1％，水迷宮找到平臺(tái)時(shí)間延長(zhǎng)88.3％，負(fù)重游泳致力竭時(shí)間下降21.2％。
　　（二）加速度暴露對(duì)大鼠血清代謝產(chǎn)物及其相

12、關(guān)激素含量的影響
　　加速度暴露后大鼠血清有25種代謝產(chǎn)物含量發(fā)生變化，與人群檢測(cè)結(jié)果一樣，血清丙酮酸濃度升高幅度最大，上升了3.2倍。加速度暴露后大鼠血清胰島素含量下降33.7％，而胰高血糖素、皮質(zhì)醇、腎上腺素和去甲腎上腺含量分別升高34.3％、190.6％、113.4％和28.9％。
　　（三）丙酮酸升高在加速度暴露腦體功能相關(guān)指標(biāo)變化中的作用探討
　　1.腹腔注射丙酮酸后大鼠腦體功能相關(guān)指標(biāo)明顯變化
　　注

13、射丙酮酸導(dǎo)致大鼠血清丙酮酸濃度升高3.9倍，其出現(xiàn)明顯的腦體功能指標(biāo)變化。其中，曠場(chǎng)活動(dòng)總距離縮短79.2％、Morris水迷宮找平臺(tái)時(shí)間延長(zhǎng)113.7％和負(fù)重游泳時(shí)間下降23.0％。
　　2.外源性胰島素抑制加速度暴露血清丙酮酸升高并明顯緩解大鼠腦體功能相關(guān)指標(biāo)的變化幅度
　　與單純暴露組相比，暴露前給予胰島素組大鼠加速度暴露后體內(nèi)胰島素濃度升高343％，血清丙酮酸濃度下降29.5％，曠場(chǎng)活動(dòng)總距離增加49.2％，Morr

14、is水迷宮找平臺(tái)時(shí)間縮短46.6％，負(fù)重游泳時(shí)間延長(zhǎng)11.2％。
　　3.內(nèi)源性胰島素分泌增加抑制加速度暴露大鼠血清丙酮酸升高并明顯緩解腦體功能相關(guān)指標(biāo)的變化幅度
　　與單純加速度暴露組，暴露前灌胃CPL（葡萄糖、麥芽糖、酪氨酸、亮氨酸）組大鼠加速度暴露后血清胰島素水平增加241.3％。CPL組大鼠加速度暴露后血清丙酮酸含量下降87.2％，曠場(chǎng)活動(dòng)總距離延長(zhǎng)69.7％，水迷宮找平臺(tái)時(shí)間下降47.0％，負(fù)重游泳時(shí)間延長(zhǎng)22.0

15、％。暴露前灌胃東莨菪堿組大鼠的上述指標(biāo)與單純加速度暴露組相比沒(méi)有顯著差異。
　　（四）加速度暴露血清丙酮酸濃度升高影響腦體功能的機(jī)制探討
　　1.各種干預(yù)措施組與單純加速度暴露組大鼠加速度暴露后血清丙酮酸及海馬、前額皮層、肌肉和肝臟組織ATP濃度和PDH酶活性比較
　　與對(duì)照組比，單純加速度暴露后大鼠血清丙酮酸明顯升高，同時(shí)海馬、前額皮層、肌肉和肝臟組織中PDH酶活性和ATP濃度分別下降33.8％和56.0％、25.0

16、％和48.5％、31.6％和41.2％、38.6％和48.3％。而與單純加速度暴露組比，胰島素組和灌胃CPL組大鼠血清丙酮酸水平明顯降低，同時(shí)海馬、前額皮層、肌肉和肝臟組織中PDH酶活性分別升高46.3％和63.4％、28.9％和49.7％、25.5％和23.2％、51.8％和46.4％;ATP濃度分別升高81.7％和74.0％、77.2％和105.9％、87.5％和36.5％、63.1％和54.2％。
　　2.腹腔注射丙酮酸后大

17、鼠血清丙酮酸升高同時(shí)伴有海馬、前額皮層、肌肉和肝臟組織中ATP濃度和PDH酶活性下降
　　注射丙酮酸后大鼠血清丙酮酸明顯升高。與對(duì)照組比，海馬、前額皮層、肝臟和肌肉組織細(xì)胞中ATP濃度和PDH酶活性分別下降45.4％和23.1％、31.3％和42.1％、28.6％和21.2％、46.8％和13.2％。
　　結(jié)論：
　　異常加速度暴露可導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生以腦體疲勞并存為特點(diǎn)的疲勞。人群試驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均發(fā)現(xiàn)，加速度暴露可引起血清