实验方法
推拉动作对大鼠记忆功能的影响
摘要：本文目的是探讨推拉动作后再进行高 G值暴露对大鼠记忆功能的影响。方法:24只雄性SD大鼠随机分为对照组、+ 10Gz组和推拉组3组 ,每组8只。记录处理后不同时间大鼠记忆功能的变化。结果:推拉组避暗实验的错误数及错误时间在暴露后较对照组显著增加〔 6 h 分别为(3. 3± 1. 0) 、(2. 3±0. 6) s、vs (0. 0±0. 0) 、(0. 0±0. 0) s ;6 d分别为 (0. 3 ± 0. 5) 、 (1. 3 ± 0. 9) s、vs(0. 3 ± 0. 5) 、(0. 1 ± 0. 2) s , ( P < 0. 01)〕,较 + 10 Gz 组也显著增加;潜伏期在暴露后则较对照组显著缩短 ( P < 0. 01) 。推拉组迷宫实验的正确率在暴露后即刻为 (82. 5 ±4. 6) % ,2 d 为 (75. 0± 16. 0) % ,分别较对照组的(92. 5 ±4. 6) %、 (100. 0 ±0. 0) %显著降低( P < 0. 01) 。反应时在暴露后即刻为 (33. 6± 12. 9) s , 2 d为 (67. 4 ±32. 9) s , 与对照组及 + 10 Gz 组相比较则显著延长( P < 0. 01) 。结论:推拉动作后再进行 + 10 Gz 暴露 3 min 可导致大鼠严重的持续性记忆功能障碍。
关键词: 加速度，推拉动作，推拉效应，记忆
近年来资料显示 ,由于战斗机机动性能的不断提高以及空战中攻击性动作的需要 ,推拉动作(push- pull maneuver , PPM)在实际飞行中出现机会逐渐增多〔 1～3〕,它可以导致飞行员的 + Gz 耐力下降 ,比单纯 + Gz作用更易发生意识丧失 ,这一现象称为推拉效应(push - pull effect , PPE)〔 2 ,3〕。20 世纪 90 年代以来 ,发现一些致死性的 A 级飞行事故与推拉效应有关。这对飞行安全构成了严重威胁〔 3 ,4〕。因此 ,推拉效应逐渐为人们所重视 ,近年来成为航空医学加速度生理领域新的研究热点。以往的研究表明 ,高 G值暴露可引起大鼠脑缺血、缺氧等 ,从而导致学习记忆能力降低〔 5 ,6〕,推拉运作可使其后的高 G值暴露中脑血流量降低更甚 ,因此 ,学习记忆能力降低也可能更甚 ,但目前关于推拉动作后学习记忆功能的改变尚未见报道。本研究旨在探讨推拉动作后再进行高 G值暴露对大鼠记忆功能的影响。
1 对象和方法
1. 1 实验动物及分组
雄性 SD大鼠24只(本校实验动物中心提供) ,体重(185 ± 10) g ,领回后先饲养1周并使其适应实验环境 ,排除惊吓、环境等因素对大鼠记忆和行为的影响。将大鼠随机分为对照组、+10 Gz组和推拉组3个组 ,每组8只动物。
1. 2 实验方法
1. 2. 1 动物暴露方法 采用半径为 2 m的动物离心机模拟 + Gz ,大鼠水平固定于离心机的转臂上 ,大鼠头部朝向离心机旋转轴心。推拉组先进行 - 1 Gz暴露1 min ,随即进行 + 10 Gz暴露 ,峰值作用时间为3 min。+ 10 Gz组只进行 + 10 Gz 暴露 ,峰值作用时间也为3 min ,加速度增长率均为 1G· s- 1。对照组仅放置于有机玻璃盒中3 min ,但不进行 + Gz暴露。
1. 2. 2 避暗实验〔 7〕 以大鼠在明箱中停留的时间超过5 min为学会。学会后记录在 5 min 内大鼠的错误数、错误时间和潜伏期。学习及记忆测量的时机同 Y- 型迷宫实验。
1. 2. 3 Y- 型迷宫实验〔 7〕以动物连续 10 次中有 9次(90 %)反应正确定为学会标准。24 h 后进行 + Gz暴露 ,然后于暴露结束后的即刻、 6 h、 1 d、 2 d、 4 d 和6 d观察大鼠正确率和完成这10次检测所需的反应时的改变 ,每次实验进行10次检测。实验时间为每天上午8 :00～12 :00 (6 h 点在暴露当天的下午3 :00～5 :00) ,在同一环境相似的条件下进行。
1. 3 统计学处理 所有数据以均数 ±标准差表示 ,采用“SPSS 10. 0 FOR WINDOWS”进行随机单位组方差分析 ,两组间比较用 t 检验。
2 结果
2. 1 各组大鼠避暗实验的错误数、错误时间和潜伏期的变化 由表 1 可见 ,对照组大鼠错误数及错误时间随着测量次数的增加与基础值相比无显著改变; + 10 Gz组大鼠错误数及错误时间仅在暴露后 6h时较基础值显著增加( P < 0. 01) ,较对照组大鼠也有显著性差异(P < 0. 01) ;推拉组大鼠错误数及错误时间在暴露后6 h及6d时均较基础值显著增加(P <0. 01) ,同时还较对照组和+10Gz组大鼠显著增加( P < 0. 01) 。对照组大鼠潜伏期随着测量次数的增加较基础值没有显著性改变;+10Gz组大鼠潜伏期在暴露后没有显著改变,各时间点较对照组均无显著差异;推拉组大鼠潜伏期在暴露后 6 h、 2 d、4 d及6 d时较基础值显著缩短( P < 0. 01) ,较对照组和 + 10 Gz组也显著缩短( P < 0. 01) 。
2. 2 各组大鼠迷宫实验的正确率和反应时的变化
对照组大鼠正确率随着测量次数的增加较基础值先降低后升高( P < 0. 01) ; + 10 Gz 组大鼠正确率在暴露后即刻与2 d时较基础值显著降低( P < 0. 01) ,各时间点较对照组大鼠均无显著性差异;推拉组大鼠正确率在暴露后即刻与 2 d 时较基础值均显著降低( P < 0. 01) ,较对照组也显著降低(P<0.01)。对照组大鼠反应时随着测量次数的增加较基础值逐渐缩短( P < 0.01) ; +10Gz组大鼠反应时在暴露后即刻与2 d时较基础值显著延长( P < 0. 05) ,较对照组显著延长( P < 0. 01) ;推拉组大鼠反应时在暴露后即刻、 2 d及4 d时较基础值均显著延长( P < 0. 05) ,同时还较对照组及 + 10 Gz 组显著延长 ( P < 0. 05 ,P < 0. 01 ,图1) 。
3 讨论
近年来 ,战斗机在机动飞行中做推拉动作有增加的趋势。据报道 ,美国1982～1996 年机毁或人亡严重G- LOC事故中 ,12. 5 %事故前很大可能存在推拉动作 ,29 %有可能存在推拉动作 ,特技飞行员经历的 G - LOC 中有 47 %明显与推拉效应有关〔 1 ,3〕。过去考虑人对 - Gz 的耐力低 ,飞机上又没有专用的抗荷装备 ,因此要求飞行员应尽量回避做- Gz动作。现代战术上要求战斗机以快速动作奇袭对方 ,同时为了减少雷达发现机会 ,因此推拉动作在实际飞行中是经常发生的。学习与记忆是动物和人类赖以生存所不可缺的重要脑功能,是相互联系的神经过程 ,是神经系统活动的外在表现 ,可以反映神经系统的功能状态。对人类来说 ,它又是进行智力活动的基础 ,学习是指新行为(经验)的获得和发展 ,而通过学习获得经验的保持和再现 ,这就是记忆。Y- 迷宫实验是用来检测大鼠视觉及空间位置判断识别能力的一种方法。本实验结果表明 , + 10 Gz 组大鼠仅在暴露后即刻和 2 d 时反应时较对照组显著延长 ,而在其它时间点与对照组及自身暴露前相比则没有显著性差异。从 + Gz暴露后1d时开始,推拉组大鼠反应时较+10Gz 组及对照组显著延长 ,而正确率较 + 10 Gz组及对照组显著降低 ,直到4 d 时还未恢复正常 ,提示推拉动作后再 + 10 Gz暴露 3 min使大鼠的记忆能力明显的持续性的降低 ,在 2 d 时这种降低最显著。
在避暗实验中 ,推拉组大鼠错误次数及错误时间在暴露后6h及6d时较对照组和+10 Gz组显著增多 ,潜伏期在暴露后6h、2d、4d及6d时较对照组和 + 10 Gz 组显著缩短;而+10 Gz 组大鼠错误次数及错误时间仅在暴露后6h时较对照组显著增多 ,潜伏期与对照组相比没有显著性差异。说明推拉效应加重了+ Gz暴露对大鼠记忆功能的影响。
大量的离心机试验证实 ,推拉动作可使其后的+Gz耐力下降 ,心率变慢 ,动脉血压、基础阻抗、和总外周阻力反射调节均下降 ,每搏量增加等〔8 ,9〕。分析其原因,可能是在- 1Gz 时 ,血液向头部惯性移位 ,急剧升高的颈动脉血压引起颈动脉窦、主动脉弓压力感受器强烈的神经反射 ,使心迷走中枢活动增强 ,交感中枢抑制 ,产生心动徐缓 ,心输出量大量减少,总外周阻力降低的效应 ,导致心水平血压降低。- 1 Gz 结束后 ,上述效应并不能立即消退,因此在随后 + 10 Gz 作用时 ,头水平血压比没有预先- 1 Gz 作用时降低更严重。同时由于心迷走中枢活动仍较强 ,交感中枢仍处于抑制状态 ,使颈动脉窦区压力感受器对这时低血压的反射性反应受影响。- 1 Gz不但使随后 + 10 Gz 时的头水平血压更加下降 ,而且损害了人体对 + Gz 的代偿反应,致使+ 10 Gz时心血管功能的恢复比 - 1 Gz 时显著变差 ,从而使得大鼠脑组织的缺血缺氧更加严重 ,甚至导致脑组织神经元缺血性改变等。
总之 ,本研究表明 , + 10 Gz 暴露 3 min 可引起大鼠暂时性记忆功能障碍 ,而推拉动作后再 + 10 Gz暴露3 min使大鼠产生持续性的、严重的记忆功能障碍 ,说明推拉效应加重了 + Gz暴露对大鼠记忆功能的影响。
