模拟失重21 d对兔脑含水量和组织形态的影响

作者：耿捷，孙喜庆，孙会品，曹新生

【关键词】 脑水肿

Effects of 21d HDTinduced simulated weightlessness on cerebral water content and cerebral tissue in rabbits

【Abstract】 AIM: To observe the effects of simulated weightlessness induced by 21 d, -20° headdown tilt (HDT) on the cerebral water content and histological changes in rabbits. METHODS: The weightlessness simulation model was set up by use of HDT. Twentyfour healthy male rabbits were randomly divided into three groups of 8 each: 21 d weightlessness group, 45° HUT 2 h per day group (countermeasure), control group. After 21 d simulated weightlessness, the cerebral water content and histological examination were observed. RESULTS: ① There were no significant differences in the cerebral water content between the control, weightlessness and countermeasure groups. ② Under light microscope, no red blood cell effusion, blood vessel or cell spaces distention were found among all the three groups. No vacuoles or cellular swelling was found in brain tissues. CONCLUSION: The 21 d weightlessness simulation does not cause brain edema or histological changes in rabbits.

【Keywords】 weightlessness simulation; brain edema; cerebral water content; brain tissue; headdown tilt

【摘要】 目的： 观察21 d头低位模拟失重对兔脑含水量和组织形态的影响. 方法： 采用兔头低位-20°倾斜的方法模拟失重. 24只雄性健康兔，随机分为对照组、模拟失重21 d组和每天2 h头高位45°对抗组，每组8只. 实验21 d后观察脑含水量及其组织学形态的变化. 结果： ① 对照组、模拟失重组、对抗组脑含水量无显著差异（P>0.05）；② 光镜下各组脑组织形态未发现有红细胞渗出，血管或细胞间隙增宽，脑组织内未出现空泡、细胞肿胀等水肿表现. 结论： 21 d头低位模拟失重不会引起兔脑水肿和组织形态的改变.

【关键词】 失重模拟；脑水肿；脑含水量；脑组织；头低位

0引言

失重或模拟失重时由于流体静压消失，体液头向分布，可引起脑血流量及血液动力学变化，导致颅内压升高. 众所周知，脑血流量变化和颅内压增高会直接影响脑的代谢从而引起脑水肿. 因此，失重或模拟失重是否会引起脑水肿已经成为一个密切关系航天安全的重要问题. 以往有关失重是否引起脑水肿的研究报道主要是短期失重/模拟失重，而且结果不一［1］. 关于中长期失重/模拟失重是否产生或加重脑水肿变化的研究却鲜见报道. 本实验我们拟通过观察21 d 头低位模拟失重兔脑组织含水量和组织形态的变化，以及每日2 h头高位45°的对抗作用，以进一步阐明中长期失重/模拟失重对脑的影响.

1材料和方法

1.1材料

雄性兔24只，体质量2.0~2.5 kg，由第四军医大学实验动物中心提供.

1.2方法

1.2.1动物分组实验前在本系动物室适应性饲养1 wk，可自由活动、饮水和进食. 实验时随机分为对照组、21 d模拟失重组和头高位对抗组，每组8只，均单笼饲养. 模拟失重兔模型按沈羡云等［2］和Akira等［3］的方法： -20°头低位（HDT）倾斜，饲养在自制的兔限动笼中，除头可自由活动和饮水、进食外，四肢和躯干均在狭小的笼中. 头高位对抗组每日下午保持头高位45° 2 h，其余处理与模拟失重组相同. 动物室温度保持（23±2）℃，每日灯光照明12 h，保持适当湿度及通风条件. 实验遵守第四军医大学实验动物有关规定.

1.2.2脑含水量测定各组动物均于实验21 d后分别处死，取脑，沿脑矢状线正中切开，左侧半用于检测脑含水量. 方法：取脑称量湿质量后，100℃条件下干燥，烤至恒重，最后以下式计算含水量:

脑组织含水量=脑湿质量-脑干质量〖〗脑湿质量×100%

1.2.3HE染色右侧半脑组织取顶叶皮质约1 cm3，在40 g/L多聚甲醛中固定24 h后，再经乙醇梯度脱水，二甲苯透明,石蜡包埋,切片，HE染色，光镜观察.

统计学处理：实验数据均以x±s表示，用spss10.0统计软件对兔体质量进行重复测量方差分析，对脑含水量进行单因素方差分析比较组间差异.

2结果

2.1模拟失重期间兔的基本情况模拟失重组和对抗组兔在实验的第1, 2日进食明显减少，第3 日起逐渐恢复，但进食量仍较对照组少. 失重组有1只因不能耐受头低位限动而产生严重应激反应，于实验第7 日死亡. 两实验组兔实验初期有明显的头面部水肿，眼结膜充血、水肿伴分泌物增多. 部分兔出现呼吸急促，有痰鸣音. 6~7 d后上述症状逐渐减轻并消失. 经过21 d的模拟失重后，失重组和对抗组部分兔出现站立不稳和无法正常站立等立位耐力降低的表现. 实验前3组兔体质量无显著差别，实验后失重组和对抗组兔的体质量较对照组略呈下降趋势(Fig 1).

2.2模拟失重后脑含水量的变化模拟失重组兔脑含水量较对照组轻微增加，对抗组脑含水量较对照组和失重组轻微降低，但均未达到显著水平（Tab 1）.表1模拟失重后兔脑含水量的改变（略）

2.3模拟失重后脑组织形态学的变化光镜下可见，对照组脑神经细胞结构正常，轮廓清楚，核居中，核仁清楚（Fig 2A）. 模拟失重组和对抗组脑神经细胞结构与对照组相似，细胞周围无空泡，细胞间质未发现有红细胞渗出，血管或细胞间隙无增宽，未见细胞肿胀等水肿变化（Fig 2B,C）.

3讨论

兔头低位-20°限动是一种常用的地面模拟失重的动物模型，能较好地模拟失重对心血管、血液和肌肉等系统的效应［2,4］. 这种方法主要是通过-20°头低位模拟失重中的体液头向转移，通过限制家兔活动模拟航天中的低动力(活动减少)状态. 该法具有设备简单，观察方便，可随意改变倾斜角度以改变刺激量等优点，主要缺点是兔应激反应较严重. 本实验开始时，模拟失重组和对抗组动物的体质量均有不同程度的下降，随着实验的进行，动物体质量维持在一较低水平，不再下降，说明经过一段时间的适应后，动物的应激反应基本消失，代谢逐渐恢复正常.

在模拟失重或航天飞行中体液的头向转移会造成颅内压升高［5］. 有研究表明，猴-6°头低位7 d和19 d后，脑中、小动脉、静脉、毛细血管和软脑膜持久性充血，血管周围水肿，有少量血细胞渗出［6］；兔-20°头低位3 d出现毛细血管紧密连接受损，内皮细胞壁皱褶、失去完整性和光滑性，光镜下可见红细胞游出血管壁外［7］；家兔在-90°的1 h 头低位期间出现血浆渗出［8］；人类-6° 头低位6 h后大脑血流速度增加，8 h 头低位期间脑部毛细血管压力升高［9］. 上述研究结果提示，经过一定时间的头低位模拟失重，可能会出现脑水肿. 本实验结果表明，21 d模拟失重后兔脑含水量无显著性变化；脑组织形态也未发现明显的改变，提示21 d头低位模拟失重不会引起兔脑水肿，或者是21 d模拟失重所致的脑水肿程度轻微， 这与Shimoyama等［2］的8 d -45°头低位研究结果相一致.

本实验中家兔未发生脑水肿的原因可能有： ① 脑血管发生结构重建： 有研究发现，模拟失重4 wk后颈总动脉与基底动脉出现增生性改变［10］，本室的近期研究也表明，模拟失重时颈静脉也可能发生增生性的改变，这种动脉和静脉的增生性改变可能会抵消头低位对脑血流产生的影响. ② 颈动脉血流量减少,因为头低位颈动脉血管扩张，平均血流速度降低，并且这种变化随时间的延长显得更加明显［11］；中长期头低位后，脑循环经过自我调节适应了失重环境，颈动脉血流量逐渐减少，头部静脉的瘀血情况减轻，减少甚至消除了脑水肿发生的可能性. ③ 脑部平均动脉压升高： 失重时引起的头部灌流压增高2.66~3.99 kPa（20~30 mmHg）激发脑血流的自动调节功能［5］，阻止脑水肿的发生. ④ 角度影响： 在头低位模拟失重期间头低位角度的改变会影响颅内压的大小［12］. 本实验没有观察到Wen等［8］的实验结果可能是由于角度太小.

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