基于代謝組學技術的加速度暴露致腦體功能下降影響因素分析.pdf

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

2、狀，但對植物神經(jīng)系統(tǒng)功能異常以及持續(xù)性疲勞沒有緩解作用。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)疲勞的特點及其機制，研制加速度暴露人員作業(yè)能力維護措施是航海醫(yī)學，尤其是軍事航海醫(yī)學領域研究者關注的重點。
　　近年來的研究證實，代謝組學是一種幫助分析各種原因引起的機體代謝產(chǎn)物變化的有效工具。通過檢測、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)病機制及

3、其防治措施研究提供的線索。綜上所述，認為，有必要進行加速度暴露后機體代謝產(chǎn)物變化的檢測，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)能力維護措施研制提供線索。
　　目的：
　　本實驗在調(diào)查分析加速度暴露人員疲勞特點的基礎上，采用代謝組學方法，了解加速度暴引發(fā)疲勞的可能原因，并在此基礎上通過動物實驗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制，為加速度暴露人員作業(yè)能力維護措施研制提供線索。
　　方

4、法：
　　一、人群試驗
　　（一）艦員暈船和疲勞關系調(diào)查
　　1.艦員疲勞狀態(tài)調(diào)查
　　采用日本產(chǎn)業(yè)衛(wèi)生學會疲勞研究會的《疲勞自覺癥狀調(diào)查表》對艦員六級海況暴露4h后的疲勞狀況及其特點進行調(diào)查、分析。
　　2.艦員暈船程度評價
　　采用Graybiel《暈船程度評價量表》調(diào)查艦員暈船嚴重程度。
　　（二）加速度暴露對受試者血清代謝產(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<

5、br>　　通過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
　　通過放免法檢測血清胰島素、胰高血糖素和糖皮質激素含量。ELISA法檢測血清腎上腺素含量。
　　二、動物實驗
　?。ㄒ唬┘铀俣缺┞堆b置與方法
　　雄性SD大鼠(250-300g)。據(jù)體重隨機分為對照組和加速度暴露組。于每日18:00-21:00將實驗組大鼠放入按Crampton等報道仿

6、制的加速度暴露裝置內(nèi)，加速度暴露2小時。
　?。ǘ灧磻笖?shù)評分標準
　　暈反應指數(shù)評分標準:計數(shù)糞便顆粒數(shù)，每粒糞便計1分;有排尿則計為1.2分否則不得分;若有輕度立毛反應計為0.6分，重度計為1.2分，否則不得分;有震顫反應計1.2分否則不得分。暈反應指數(shù)為各項得分的總和。
　?。ㄈ┐笫竽X體功能指標相關指標檢測
　　1.曠場實驗(OPT)
　　通過曠場實驗檢大鼠運動總距離(cm)來評價大鼠腦體功能。

7、
　　2.Morris水迷宮實驗(MWM)
　　通過Morris水迷宮檢測大鼠的找平臺時間(s)，來評價大鼠的認知功能。
　　3.負重游泳實驗(LST)
　　通過負重游泳實中大鼠游泳至力竭時間(min)，來評價大鼠的體力功能。
　　大鼠行為學實驗檢測時間都在每天的19:00-22:00
　?。ㄋ模┭寮に兀?，丙酮酸和β-羥基丁酸含量的檢測
　　大鼠血清胰島素、胰高血糖素和皮質醇含量的檢測使用

8、放射免疫法。通過酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA)測定大鼠血清腎上腺素、去甲腎上素及血清β-羥基丁酸含量。使用羅氏血糖儀測血糖。通過試劑盒檢測血清丙酮酸含量。
　?。ㄎ澹┖ｑR、前額皮層、肝臟和肌肉中ATP含量和PDH活性檢測
　　通過試劑盒檢測大鼠組織中ATP含量和PDH活性。
　?。┙y(tǒng)計方法
　　作圖和統(tǒng)計分析均使用GraphPad Prism6.0.2。實驗數(shù)據(jù)用((X)±SEM)表示，統(tǒng)計方法使用兩獨立樣本

9、t-檢驗和one-way ANVOA(LSD)。相關性分析采用spearman相關分析。檢驗水準為α=0.05。
　　結果：
　　一、人群試驗
　?。ㄒ唬┖胶Ｗ鳂I(yè)人員暈船后疲勞特點分析
　　六級海況暴露4小時，60.9％乘員發(fā)生暈動癥，94.3％乘員發(fā)生疲勞。進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。
　?。ǘ┘铀俣缺┞秾κ茉囌哐宕x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激素含量分別平均升高50.2％，15.3％和37.8％。
　　二、動物實驗
　?。ㄒ唬┘铀俣缺┞秾Υ笫竽X體功能相關指標影響
　　加速度暴露后，大鼠曠場活動總距離縮短38.1％，水迷宮找到平臺時間延長88.3％，負重游泳致力竭時間下降21.2％。
　?。ǘ┘铀俣缺┞秾Υ笫笱宕x產(chǎn)物及其相

12、關激素含量的影響
　　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，與人群檢測結果一樣，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％。
　?。ㄈ┍嵘咴诩铀俣缺┞赌X體功能相關指標變化中的作用探討
　　1.腹腔注射丙酮酸后大鼠腦體功能相關指標明顯變化
　　注

13、射丙酮酸導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變化。其中，曠場活動總距離縮短79.2％、Morris水迷宮找平臺時間延長113.7％和負重游泳時間下降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指標的變化幅度
　　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％，曠場活動總距離增加49.2％，Morr

14、is水迷宮找平臺時間縮短46.6％，負重游泳時間延長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指標的變化幅度
　　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％，曠場活動總距離延長69.7％，水迷宮找平臺時間下降47.0％，負重游泳時間延長22.0

15、％。暴露前灌胃東莨菪堿組大鼠的上述指標與單純加速度暴露組相比沒有顯著差異。
　?。ㄋ模┘铀俣缺┞堆灞釢舛壬哂绊懩X體功能的機制探討
　　1.各種干預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
　　與對照組比，單純加速度暴露后大鼠血清丙酮酸明顯升高，同時海馬、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。與對照組比，海馬、前額皮層、肝臟和肌肉組織細胞中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％。
　　結論：
　　異常加速度暴露可導致機體發(fā)生以腦體疲勞并存為特點的疲勞。人群試驗和動物實驗均發(fā)現(xiàn)，加速度暴露可引起血清