【摘要】：航天飛行后的立位耐力不良可能影響航天員健康與飛行安全,損害航天員的地面再適應(yīng)能力。航天飛行過程中,當(dāng)人體暴露于失重環(huán)境中時(shí),流體靜壓的消失使體液發(fā)生頭向轉(zhuǎn)移,動(dòng)脈系統(tǒng)的跨壁壓發(fā)生改變。在心臟水平以上,即前半身或上半身,動(dòng)脈血管所受壓力相對(duì)升高;而心臟水平以下,即在下半身或者后半身,動(dòng)脈血管所受壓力相對(duì)降低。早期,動(dòng)脈(尤其是阻力動(dòng)脈)可以通過改變收縮功能來代償這種局部動(dòng)脈的壓力變化;后期,動(dòng)脈的功能改變不足以代償時(shí)即發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能的重塑來維持相對(duì)正常的應(yīng)力和組織灌流水平。失重/模擬失重的人體試驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明,機(jī)體的上半身或前半身動(dòng)脈發(fā)生肥厚性變化,血管壁和中膜增厚,平滑肌層增多,動(dòng)脈的收縮反應(yīng)性增強(qiáng),阻力動(dòng)脈肌源性緊張度反應(yīng)增強(qiáng);而機(jī)體的下半身或后半身動(dòng)脈發(fā)生萎縮性改變,中膜萎縮,管壁變薄,收縮反應(yīng)性減弱,阻力動(dòng)脈的肌源性緊張度反應(yīng)減弱。這種動(dòng)脈結(jié)構(gòu)和功能的差異性重塑使人體返回地面后,外周阻力不足,腦動(dòng)脈自身調(diào)節(jié)功能受損,進(jìn)而導(dǎo)致大部分血液淤積于下肢,腦供血不足,發(fā)生立位耐力不良。目前,以運(yùn)動(dòng)為主的對(duì)抗措施對(duì)立位耐力不良的防護(hù)作用效果很有限,要保證未來長(zhǎng)期航天活動(dòng)的完成,發(fā)展新的更有效的防護(hù)措施非常必要。人體試驗(yàn)中,采用短臂離心機(jī)離心可以顯著減少模擬失重所致立位耐力不良的發(fā)生,提高失重后機(jī)體的有氧運(yùn)動(dòng)能力。我室前期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):尾部懸吊模擬失重期間,每日僅需1h使大鼠恢復(fù)正常體位(模擬間斷人工重力作用)即可以完全性地逆轉(zhuǎn)模擬失重所致部分動(dòng)脈結(jié)構(gòu)和功能的區(qū)域特異性重塑。因此,間斷人工重力可能是未來長(zhǎng)期航天活動(dòng)中的一種有效對(duì)抗措施。但是,模擬失重所致動(dòng)脈結(jié)構(gòu)和功能重塑以及間斷人工重力對(duì)抗作用的始動(dòng)機(jī)制,目前仍不完全清楚。整合素(integrin)是細(xì)胞膜上的異源二聚體跨膜受體蛋白,它由α和β亞基通過非共價(jià)結(jié)合的方式構(gòu)成。整合素的胞外區(qū)可與細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)中的膠原纖維、纖維粘連蛋白(fibronectin,FN)和層粘連蛋白(laminin,LN)等結(jié)合;胞內(nèi)區(qū)可與細(xì)胞骨架(cytoskeleton,CSK)和信號(hào)蛋白相連接,進(jìn)而形成了細(xì)胞外基質(zhì)-整合素-細(xì)胞骨架軸(ECM-integrin-CSK axis)。它介導(dǎo)了細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的互相連接,參與了細(xì)胞的力學(xué)和生物學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),發(fā)揮重要生物學(xué)作用。Integrin主要通過胞內(nèi)各種激酶發(fā)揮生物學(xué)作用,其中integrin-黏著斑激酶(focal adhesion kinase,FAK)信號(hào)通路是其發(fā)揮作用的關(guān)鍵通路。動(dòng)脈的平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞都受integrin-黏著斑激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)控,多種心血管病理生理過程,例如動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓、肺動(dòng)脈高壓、壓力介導(dǎo)的動(dòng)脈肌源性反應(yīng)和心肌細(xì)胞肥大等過程中,均發(fā)現(xiàn)integrin-黏著斑激酶信號(hào)通路的上調(diào)。并且,其通過下游的多種機(jī)制參與內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙、動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞的增殖和遷移等一系列心血管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能方面的變化。其中,粘著斑(focal adhesion,FA)是存在于整合素胞內(nèi)域,由多種骨架和信號(hào)蛋白組成的動(dòng)態(tài)蛋白質(zhì)復(fù)合體,是整合素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵性匯聚點(diǎn)和連接處。目前,關(guān)于integrin-黏著斑激酶信號(hào)通路是否參與了模擬失重所致動(dòng)脈重塑和間斷人工重力的對(duì)抗作用,尚未見報(bào)道。因此,本研究采用尾部懸吊模擬失重大鼠模型和每天短時(shí)站立的間斷人工重力大鼠模型,通過HE染色,masson染色、免疫蛋白印記、免疫組化和免疫熒光染色等方法,觀察了4周模擬失重對(duì)大鼠股動(dòng)脈和基底動(dòng)脈結(jié)構(gòu)、細(xì)胞外基質(zhì)蛋白、整合素αvβ3信號(hào)通路分子表達(dá)的變化,以及每天1小時(shí)的間斷人工重力對(duì)這些變化的對(duì)抗作用。本研究的主要發(fā)現(xiàn):第一部分:模擬失重可致大鼠基底動(dòng)脈和股動(dòng)脈發(fā)生結(jié)構(gòu)重塑,細(xì)胞外基質(zhì)中的部分蛋白表達(dá)發(fā)生改變與對(duì)照組(CON)相比,尾部懸吊組(HU)大鼠的基底動(dòng)脈管壁厚度(wall thickness,Tw)和內(nèi)膜-中層面積(intima-media area)顯著增大,動(dòng)脈中膜膠原纖維和層粘連蛋白含量顯著增多;股動(dòng)脈管壁厚度和內(nèi)膜-中層面積顯著減小,動(dòng)脈中膜膠原纖維和層粘連蛋白含量顯著減少。第二部分:模擬失重可致大鼠基底動(dòng)脈和股動(dòng)脈整合素αvβ3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路分子發(fā)生變化采用免疫蛋白印記,免疫組化和免疫熒光染色檢測(cè)了4周模擬失重所致integrinαvβ3,FAK,Src,細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase 1/2,ERK1/2)的表達(dá)和定位,以及黏著斑(focal adhesion,FA)形成數(shù)目的變化。與CON比較,HU組大鼠基底動(dòng)脈的integrinβ3、p-Src Y418、p-FAK Y397和p-ERK 1/2的表達(dá)量顯著增多,黏著斑形成數(shù)目顯著增加;而股動(dòng)脈integrinαv、integrinβ3、p-Src Y418、p-FAK Y397和p-ERK 1/2的表達(dá)量顯著減少,黏著斑形成數(shù)目顯著減少。第三部分:1h/d的間斷人工重力可對(duì)抗模擬失重所致的基底動(dòng)脈和股動(dòng)脈結(jié)構(gòu)重塑和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白表達(dá)的變化與HU比較,間斷人工重力(IAG)大鼠基底動(dòng)脈管壁厚度和內(nèi)膜-中層面積顯著減小,動(dòng)脈平滑肌層細(xì)胞外基質(zhì)中膠原纖維和層粘連蛋白含量顯著減少;股動(dòng)脈管壁厚度和內(nèi)膜-中層面積顯著增大,動(dòng)脈平滑肌層細(xì)胞外基質(zhì)中膠原纖維和層粘連蛋白含量顯著增加;IAG組與CON組之間無顯著差異。第四部分:1h/d的間斷人工重力可以對(duì)抗模擬失重所致的基底動(dòng)脈和股動(dòng)脈的整合素αvβ3信號(hào)通路變化和粘著斑形成變化與HU比較,IAG組大鼠基底動(dòng)脈的integrinβ3、p-Src Y418、p-FAK Y397和pERK 1/2的表達(dá)量顯著減少,黏著斑形成數(shù)目顯著減少;股動(dòng)脈的integrinαv、integrinβ3、p-Src Y418、p-FAK Y397和p-ERK 1/2的表達(dá)量顯著增多,黏著斑形成數(shù)目顯著增加;除IAG組基底動(dòng)脈的黏著斑數(shù)目仍顯著高于CON組外,CON組與IAG組之間無顯著差異。綜上所述,4周模擬失重大鼠的基底動(dòng)脈發(fā)生了增殖性變化,膠原纖維含量增多,整合素αvβ3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路上調(diào);股動(dòng)脈發(fā)生了萎縮性變化,膠原纖維含量減少,整合素αvβ3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路下調(diào);并且,每日1h的IAG可以對(duì)抗模擬失重所致的上述變化。結(jié)合前期的研究成果,我們推測(cè):動(dòng)脈的跨壁壓力變化可能沿細(xì)胞外基質(zhì)-整合素-細(xì)胞骨架軸,建立涉及整合素集簇化、黏著斑組裝、細(xì)胞信號(hào)蛋白與骨架蛋白集聚等的力學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,從而調(diào)節(jié)壓力變化所致動(dòng)脈重塑;模擬失重所致動(dòng)脈重塑和IAG對(duì)抗作用的機(jī)制可能與此有關(guān)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R852.22
【圖文】：

圖 1.1 CON、HU 和 IAG 組大鼠的生長(zhǎng)曲線Fig 1.1 Growth curves of CON, HU, and IAG rats..1 CON、HU 和 IAG 大鼠體重和比目魚肌濕重的變化情況（means ±SEM，n=6）e 1.1 Body weight, wet weight of the left soleus, and soleus-to-body weight raof CON, HU, and IAG rats (means ±SEM，n=6)

空軍軍醫(yī)大學(xué)碩士學(xué)位論文將細(xì)胞外基質(zhì)蛋白中的膠原纖維和層粘連蛋白含量恢復(fù)至對(duì)照組水平。研究顯示，應(yīng)力引起的血管壁細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的沉積不但對(duì)對(duì)血管壁的結(jié)構(gòu)，血液動(dòng)力學(xué)特性和順應(yīng)性有重要影響，它們的機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)特性還可能改變血管壁對(duì)多種刺激的總體反應(yīng)，因?yàn)槟z原纖維、層粘連蛋白和纖維粘連蛋白可以與胞膜上的整合素結(jié)合并啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)，從而將機(jī)械力信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)為生物學(xué)信號(hào)[86]。因此，結(jié)合前期實(shí)驗(yàn)，本研究顯示模擬失重所致的血管壁平滑肌細(xì)胞機(jī)械應(yīng)力改變是動(dòng)脈區(qū)域特異性動(dòng)脈重塑的主要機(jī)制，而每天1小時(shí)的IAG可能通過短暫恢復(fù)作用于動(dòng)脈的機(jī)械應(yīng)力從而調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)并防止模擬失重所致的動(dòng)脈重塑。

【參考文獻(xiàn)】

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1 李小濤;孫靜;楊長(zhǎng)斌;石菲;王永春;趙疆東;高原;陳榮貴;孫喜慶;;人工重力聯(lián)合有氧鍛煉可以有效對(duì)抗4d頭低位臥床所致立位耐力不良[J];航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程;2014年02期

2 高放;程九華;白云剛;Marco Boscolo;黃曉峰;張向;張立藩;;模擬失重大鼠腸系膜小動(dòng)脈的力學(xué)特性與重塑變化及重力性對(duì)抗措施的防護(hù)效果(英文)[J];生理學(xué)報(bào);2012年02期

3 高放;程九華;薛軍輝;白云剛;陳名聲;黃威權(quán);黃靜;武勝昔;韓海潮;張立藩;;模擬失重致大鼠彈力型大動(dòng)脈血管區(qū)域特異性重塑及其重力性對(duì)抗措施[J];生理學(xué)報(bào);2012年01期

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本文編號(hào)：2734960