本文關(guān)鍵詞：模擬飛行實驗對內(nèi)皮細(xì)胞釋放ET-1、HO-1及氧化應(yīng)激的影響

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【摘要】：研究背景 飛行因素對飛行員心血管病的影響,是近年來航空醫(yī)學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。無論是軍事航空,還是民用航空都要求保證飛行安全第一。但軍事航空較民航具有更多的特殊性,涉及軍事作戰(zhàn)。所以一旦出現(xiàn)事故,不僅造成人員傷亡,而且還會極大地妨害軍事任務(wù)的完成�，F(xiàn)代高性能戰(zhàn)斗機(jī)具有持續(xù)高正加速度(+Gz)、高+Gz增長率等特點(diǎn),對飛行員身體要求幾乎達(dá)到機(jī)體的生理極限,因此容易受到低氧噪音和振動等因素影響而造成心理和生理應(yīng)激。有研究報道,我國飛行人員30歲組動脈硬化指數(shù)達(dá)到一般人群40-50歲的水平,提示冠心病發(fā)病時間可能提早10-15年。國外相關(guān)研究顯示,美國一組死于飛行事故的軍事與民用航空飛行員調(diào)查發(fā)現(xiàn),心血管異常的飛行員占43.82%,其中冠狀動脈狹窄37.6%。波蘭空軍對229名飛行員檢查,大多數(shù)飛行員有高脂血癥,其中輕度40.6%、中度30.4%、嚴(yán)重7.4%,平均動脈粥樣硬化(Atherosclerosis, AS)指數(shù)大于5。很多研究顯示正加速度暴露可能加速動脈粥樣硬化的進(jìn)程。動物實驗研究顯示,+Gz暴露可使高膽固醇飲食兔血清脂質(zhì)代謝紊亂,提示正加速度暴露可能加速動脈粥樣硬化的進(jìn)程。重復(fù)高+Gz暴露,可導(dǎo)致大鼠心肌組織血管內(nèi)皮細(xì)胞細(xì)胞間細(xì)胞黏附分子-1(Intercellular cell adhesion molecule-1, ICAM-1)表達(dá)增多,其結(jié)果表明+G z致心肌損傷過程中,炎癥反應(yīng)不可避免的發(fā)生,可能會進(jìn)一步加重+Gz導(dǎo)致的心肌損傷。血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷是動脈粥樣硬化形成的決定性因素。因此戰(zhàn)斗機(jī)飛行的高正加速度暴露,可能通過多種途徑引起內(nèi)皮細(xì)胞損傷,進(jìn)而加速飛行員動脈粥樣硬化進(jìn)展。 G即為一個地球表面的重力加速度,在航空中1G定義為航空機(jī)在海平面飛行時的升力和受到地球引力而往下吸引的力量相平衡時；而當(dāng)飛行器改變慣性,如加減速或是進(jìn)行非直線動作時即會產(chǎn)生正或負(fù)的G力。當(dāng)飛行器加速或攀升,而導(dǎo)致重力由上往下,或進(jìn)行非直線的動作的離心力,就會產(chǎn)生正G力,產(chǎn)生G力與地面位置無直接關(guān)系而與飛行器原有位置及方向有關(guān),例如飛行器上下顛倒并往地面接近時,即使地面是在下方亦會產(chǎn)生正G力。相對的當(dāng)飛行器減速或下降而使重力由下往上時,就會產(chǎn)生負(fù)G力,此時的上下亦與地面位置無直接關(guān)系。其實在生活中隨時都會產(chǎn)生額外G力,但是多半因為過于微小因此往往被忽略,若要明顯體驗則可利用高速的器材或交通工具,例如云霄飛車或高速鐵路,但此類方式所產(chǎn)生的G力仍舊在一般人體的可承受范圍之內(nèi),而對于隨時在進(jìn)行超高速動作飛行器上的飛行員而言,G力卻是不可忽視的一個重要關(guān)鍵,且往往決定生死。一般人體的基礎(chǔ)+Gz耐力為4.0G左右,在有效的抗荷措施下可耐受+9.0Gz,已超過基礎(chǔ)耐力的2倍以上。并且隨著抗荷措施的不斷發(fā)展,人體還可能短暫耐受更高的+Gz值而不出現(xiàn)暈厥。這種遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人體基礎(chǔ)耐力的+Gz暴露,很可能會對人體組織產(chǎn)生不良影響或損傷。動物離心機(jī)是在地面模擬飛行(Simulated flight)試驗中持續(xù)加速度的專用設(shè)備,可以準(zhǔn)確控制+Gz值、+Gz增長率和作用時間及模擬空戰(zhàn)動作的+Gz模式。 在各種損傷因素作用下,內(nèi)皮細(xì)胞損傷是動脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展過程的關(guān)鍵始動環(huán)節(jié),它既是感應(yīng)細(xì)胞又是效應(yīng)細(xì)胞,不僅能感知血液中的炎性信號、激素水平、切應(yīng)力、壓力等信息,而且能通過分泌多種血管活性物質(zhì)對這些信息作出反應(yīng)。 氧化應(yīng)激是指機(jī)體或細(xì)胞內(nèi)以氧自由基為代表的氧化性物質(zhì)的產(chǎn)生與消除失衡,或外源性氧化物質(zhì)的過量攝入,導(dǎo)致氧化性物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)蓄積而易于引發(fā)氧化反應(yīng)狀態(tài)。氧化應(yīng)激誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞損傷的機(jī)制非常復(fù)雜,主要表現(xiàn)為氧自由基的過氧化反應(yīng)。由于自由基的反應(yīng)引起細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化、蛋白質(zhì)和核酸變性,導(dǎo)致不可逆損傷。內(nèi)皮氧化損傷是AS形成的始動因素,中膜平滑肌細(xì)胞增殖并遷移入內(nèi)膜是其發(fā)展的重要因素。氧化應(yīng)激在內(nèi)皮細(xì)胞損傷所致動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用,它主要通過氧化作用、促進(jìn)局部炎癥反應(yīng)、誘導(dǎo)血管基因的改變和參與影響信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑等多方面參與動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展過程。超氧化物歧化酶(SOD)及丙二醛(MDA)是體內(nèi)反應(yīng)氧化應(yīng)激的良好標(biāo)志物。 動脈粥樣硬化早期的一項病理生理變化是單核細(xì)胞向血管內(nèi)膜層移行、活化并刺激多種因子釋放。已在體外證實,內(nèi)皮素-1(Endothelin-1,ET-1)能夠作為單核細(xì)胞趨化劑使用,因此內(nèi)皮素-1可能是動脈粥樣硬化的一個始動因子：內(nèi)皮素-1是體內(nèi)最重要的內(nèi)皮源性縮血管因子,體外實驗證實,導(dǎo)致ET-1釋放的原因較多,但主要認(rèn)為與血管內(nèi)皮受損有關(guān)。動脈粥樣硬化因內(nèi)皮受損引起ET-1升高,當(dāng)其升高到一定程度時冠狀動脈可發(fā)生痙攣,并進(jìn)一步損傷內(nèi)皮細(xì)胞使ET-1更加上升。ET-1也能夠刺激血管平滑肌細(xì)胞的移行和增生,從而促進(jìn)動脈粥樣硬化的進(jìn)程。ET-1通過強(qiáng)烈地收縮血管,促使平滑肌細(xì)胞增殖及血栓形成等機(jī)制導(dǎo)致和加速動脈粥樣硬化、再狹窄。另外研究顯示ET-1可通過刺激活性氧的產(chǎn)生加速AS的進(jìn)程。因此ET-1可能通過以上途徑參與了內(nèi)皮細(xì)胞損傷及AS的形成。 血紅素氧合酶-一氧化碳-環(huán)磷酸鳥苷(HO-CO-cGMP)細(xì)胞信號系統(tǒng),參與心血管系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)亦稱為熱休克蛋白32(hsp32),是應(yīng)激過程中體內(nèi)出現(xiàn)濃度明顯增加的一種應(yīng)激蛋白,廣泛分布在各種組織和細(xì)胞中。大量研究表明HO-1對氧化損傷所引起多種疾病具有保護(hù)作用,在正常血管平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞呈低水平表達(dá),受到氧化應(yīng)激刺激后高水平產(chǎn)生,能夠抑制炎癥反應(yīng)的發(fā)生和保護(hù)血管內(nèi)皮細(xì)胞,使其免于受到氧化應(yīng)激的損傷。HO-1催化血紅素降解的3個產(chǎn)物內(nèi)源性一氧化碳(CO)、膽紅素和鐵蛋白是發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用的關(guān)鍵分子。CO與一氧化氮(NO)對心血管系統(tǒng)有相似的作用,能激活可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(sGC),升高細(xì)胞質(zhì)中的cGMP水平,從而舒張血管平滑肌,抑制血小板聚集、平滑肌細(xì)胞增殖和炎性反應(yīng)。HO-1/CO系統(tǒng)通過代償和調(diào)節(jié)NOS/NO系統(tǒng)以及降低ET-1表達(dá),改善內(nèi)皮功能。雖然HO-1/CO系統(tǒng)的每個產(chǎn)物獨(dú)自作用時都有保護(hù)作用,但是細(xì)胞保護(hù)作用主要是三者協(xié)同作用的結(jié)果。當(dāng)應(yīng)激發(fā)生時,適量誘導(dǎo)HO-1/CO系統(tǒng)的表達(dá),能維護(hù)細(xì)胞自身穩(wěn)定,實現(xiàn)對細(xì)胞的保護(hù)。氯化高鐵血紅素(Hemin)是體內(nèi)HO-1的常用誘導(dǎo)劑。 目的 通過專用動物離心機(jī)模擬飛行實驗高正加速度處理的新西蘭白兔作為模型,取其主動脈內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng),研究模擬飛行實驗對兔主動脈內(nèi)皮細(xì)胞相關(guān)細(xì)胞因子HO-1水平,CO含量,cGMP含量、ET-1含量、SOD活性、MDA含量指標(biāo)的影響,然后利用HO-1誘導(dǎo)劑Hemin進(jìn)行干預(yù),探討模擬飛行實驗對主動脈內(nèi)皮細(xì)胞損傷的影響及HO-1/CO系統(tǒng)對其的可能保護(hù)作用機(jī)制。 方法 所有新西蘭白兔在相同條件下,自由飲水,攝食,保持自然光照,無不良因素影響,飼養(yǎng)一周適應(yīng)實驗室環(huán)境后開始進(jìn)行實驗。將16只清潔級、健康新西蘭大白兔隨機(jī)分為2組：空白對照組8只、模擬飛行實驗處理組8只。本實驗所采用的方法為離心機(jī)模擬飛行實驗造模,離心機(jī)是在地面模擬飛行實驗中持續(xù)加速度的專用設(shè)備,可以準(zhǔn)確控制+Gz值、+Gz增長率和作用時間及模擬空戰(zhàn)動作的+Gz模式。模擬飛行實驗處理組：新西蘭白兔放入動物離心機(jī)從+7Gz,45s開始離心,每天增加+0.5Gz,第11天增加到+12Gz,45s,第12天重復(fù)1次,第13天采用T型G模式檢查+Gz耐力,增長率平均為+1Gz／s,每次增加+2Gz,暴露Gz值從12Gz開始,達(dá)到預(yù)定G值后恒速45s,然后下降,兩次旋轉(zhuǎn)之間休息5min,依次遞增,直到耐受終點(diǎn),即動物出現(xiàn)心跳減少到正常的一半�？瞻讓φ战M：新西蘭白兔放入動物離心機(jī)但不接受離心實驗。在第13天后,各組新西蘭白兔均按兔主動脈內(nèi)皮細(xì)胞分離方法分離,應(yīng)用原代細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)。將以上細(xì)胞分為三組,正常對照組(n=8),動物實驗中空白對照組主動脈內(nèi)皮細(xì)胞在低血清(2%)細(xì)胞培養(yǎng)液中孵育12h；模擬飛行實驗處理組(n=8),動物實驗中模擬飛行處理組主動脈內(nèi)皮細(xì)胞在低血清(2%)細(xì)胞培養(yǎng)液中孵育12h；模擬飛行Hemin處理組(n=8),動物實驗中模擬飛行處理組主動脈內(nèi)皮細(xì)胞在低血清(2%)細(xì)胞培養(yǎng)液中孵育30min后,再予Hemin(10umol/L)孵育12h。收集各組細(xì)胞及細(xì)胞懸液,觀察以下指標(biāo)變化,ELISA實驗法檢測細(xì)胞懸液ET-1含量,檢測HO-1水平,CO含量,cGMP含量,同時分別檢測細(xì)胞懸液MDA、SOD含量。實驗所得所有數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)描述與分析,計量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,采用兩個樣本的t檢驗進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析,以P0.05為有顯著性差異。 結(jié)果 1、模擬飛行實驗處理組與正常對照組比較,主動脈內(nèi)皮細(xì)胞懸液SOD活性顯著降低(t=8.006,P0.001),其MDA含量顯著升高(t=10.606,P0.001),以上的變化有顯著性差異。Hemin處理飛行后的主動脈內(nèi)皮細(xì)胞SOD活性顯著升高于模擬飛行實驗組比較具有統(tǒng)計學(xué)差異(t=7.263,P0.001); Hemin處理飛行后的主動脈內(nèi)皮細(xì)胞MDA含量顯著降低,與模擬飛行實驗組比較具有統(tǒng)計學(xué)差異(t=6.211,P0.001)。 2、模擬飛行實驗處理組與正常對照組比較,主動脈內(nèi)皮細(xì)胞ET-1表達(dá)水平顯著提高,有顯著性差異(t=75.424,P0.001)。Hemin處理飛行后的主動脈內(nèi)皮細(xì)胞ET-1含量顯著升高與模擬飛行實驗組比較具有統(tǒng)計學(xué)差異(t=77.105,P0.001)。 3、模擬飛行實驗處理組與正常對照組比較,主動脈內(nèi)皮細(xì)胞HO-1表達(dá)水平顯著提高,有顯著性差異(t=32.441,P=0.001), CO含量顯著提高(t=11.719,P=0.000), cGMP含量顯著提高(t=7.609,P=0.000),以上的變化有顯著性差異。Hemin處理飛行后的主動脈內(nèi)皮細(xì)胞與模擬飛行實驗處理組比較,主動脈內(nèi)皮細(xì)胞HO-1表達(dá)水平顯著提高,有顯著性差異(t=49.632,P=0.001),CO含量顯著提高(t=21.723,P0.001), cGMP含量顯著提高(t=6.644,P0.001),以上的變化有顯著性差異。 結(jié)論 1、模擬飛行實驗的高正加速度處理可以影響主動脈內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激狀態(tài),加速細(xì)胞氧化損傷。 2、模擬飛行實驗的高正加速度能促進(jìn)主動脈內(nèi)皮細(xì)胞ET-1的釋放,可能與主動脈內(nèi)皮細(xì)胞受損有關(guān)。 3、模擬飛行實驗的高正加速度可促進(jìn)主動脈細(xì)胞HO-1水平,CO含量,cGMP含量提高,說明HO-1/CO系統(tǒng)的高表達(dá)可能與機(jī)體在飛行應(yīng)激時對主動脈內(nèi)皮細(xì)胞的保護(hù)作用有關(guān)。 4、Hemin處理模擬飛行實驗后的主動脈內(nèi)皮細(xì)胞,HO-1/CO系統(tǒng)內(nèi)的HO-1水平,CO含量,cGMP含量釋放顯著增多,氧化應(yīng)激得到改善,ET-1表達(dá)水平顯著降低,說明Hemin刺激后細(xì)胞的HO-1/CO系統(tǒng)的高表達(dá),可能為延緩機(jī)體在飛行應(yīng)激時對主動脈內(nèi)皮細(xì)胞的損傷提供一定的參考價值。
【關(guān)鍵詞】：模擬飛行實驗 高正加速度 氧化損傷 內(nèi)皮素-1 血紅素加氧酶-1 內(nèi)源性一氧化碳 環(huán)磷酸鳥苷
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：R85
【目錄】：

• 摘要3-9
• ABSTRACT9-18
• 前言18-20
• 材料與方法20-24
• 結(jié)果24-28
• 討論28-32
• 結(jié)論32-34
• 參考文獻(xiàn)34-38
• 綜述38-47
• 參考文獻(xiàn)44-47
• 中英方縮略詞對照表47-48
• 在讀期間發(fā)表的論文48-49
• 致謝49-50
• 統(tǒng)計學(xué)審稿證明50-51

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1027723