不同强度40 s重复5次+Gz暴露后脑缺血恢复期大鼠学习记忆功能的变化

1、不同强度40 s重复5次+Gz暴露后脑缺血恢复期大鼠学习记忆功能的变化    【关键词】  ,正加速度；学习；记忆；大鼠Effects of  repeated (40 s×5) +Gz exposures on learning and memory of rats during postischemic recovery【Abstract】 AIM:  To explore the effects of different repeated (40 s×5) +Gz exposures on lear

2、ning and memory in rats during postischemic recovery.  METHODS: Twentyfour male SD rats were randomly divided into 3 groups: control group(C), +6 Gz/40 s×5 group (+6 Gz), and +10 Gz/40 s×5 group (+10 Gz). Changes of learning and memory performance in rats were measured during 1 week a

3、fter +Gz exposure. RESULTS:  In the open field test, compared to control group, summation of crossing and rearing(SCR) in +6 Gz group declined significantly at 0 d（P<0.01）; SCR in +10 Gz group declined significantly at 0 d（P<0.01）, and time stay in center grille(TSC) increased significant

4、ly at 0 d (P<0.01); compared to +6 Gz group, TSC in +10 Gz group increased significantly at 0 and 4 d（P<0.05）. In Ymaze test, compared to control group, there were no apparent changes of either right reaction number(RR) or time of reaction(TR) in +6 Gz group at all time points; RR in +10 Gz gr

5、oup decreased significantly at 2 d（P<0.01 vs control group）, and TR increased significantly at 0 and 2 d（P<0.05, P<0.01 vs control group）; compared to +6 Gz group, RR at 0 and 2 d, TR at 0, 2 and 4 d in +10 Gz group changed significantly （P<0.05, P<0.01）. In passive avoidance test, th

6、ere were no apparent changes of all items in +6 Gz or +10 Gz group as compared to control group. CONCLUSION:  Repeated (40s×5) +10 Gz exposures may temporarily impair the learning ability in rats.【Keywords】 +Gz; learning; memory; rats【摘要】 目的： 探讨短时重复+Gz暴露脑缺血恢复期大鼠学习记忆功能的改变. 方法：  将24只雄性S

7、D大鼠随机等分为对照组、+6 Gz/40s×5（+6 Gz）组和+10 Gz/40s×5（+10 Gz）组. 观察不同Gz作用后1 wk大鼠学习能力的变化. 结果： 旷场反应中，+6 Gz组在暴露后即刻总得分较对照组显著降低（P<0.01）；+10 Gz组在0 d中央格停留时间和总得分较对照组显著延长(P<0.01)；与+6 Gz组比较，+10 Gz组中央格停留时间在0，4 d显著延长（P<0.05）. 在辨别性学习能力测试中，+6 Gz组正确反应次数和反应时在各时间点与对照组均无明显差异；+10 Gz组正确反应次数在2 d较对照组显著降低（P<0.

8、01），反应时在0，2 d显著延长（P<0.05或P<0.01）；与+6  Gz组比较，+10 Gz组的正确反应次数在0，2 d时显著降低（P<0.05或P<0.01），反应时在0，2，4 d显著延长（P<0.05或P<0.01）. 在被动回避反应中，与对照组比较，+6 Gz和+10 Gz组各项指标均无显著性改变. 结论：  40s×5 +10  Gz重复暴露导致学习能力暂时性降低. 【关键词】  正加速度；学习；记忆；大鼠0引言目前，高性能战斗机产生的正加速度过载可达+9 G+10 G，持续时间可达3045

9、 s，并可反复出现，已经超出了人体的正常耐受限度1. 高G暴露可引起人脑的病理生理性改变，作为重要脑功能的学习记忆功能必然也受到影响. 大量动物实验表明，脑缺血可引起动物脑部神经元的病理性改变，学习记忆功能受损2. 我们以往的研究3显示+6 Gz/3 min或+10 Gz/3 min的暴露可导致大鼠学习记忆能力显著降低，表明较长时间的+Gz暴露后大鼠正常的脑功能受到了影响. 但对每次作用持续时间较短且反复出现的+Gz暴露对学习记忆能力有无影响尚不清楚. 本研究旨在从不同角度探讨高G重复暴露致大鼠学习记忆能力变化中的各种加速度要素的作用意义.1材料和方法1.1材料清洁级雄性SD大鼠24只，体质量

10、160180 g（第四军医大学实验动物中心）；动物离心机（自行研制），臂长2 m，可模拟115 G的加速度暴露；旷场反应箱、Y型迷宫和明暗箱（自行研制）. 1.2方法1.2.1动物分组先将动物在实验室饲养1 wk使之适应实验环境以排除惊吓、环境等因素对大鼠学习记忆和行为的影响，将动物随机分为3组：对照组、+6 Gz/40 s×5组（+6 Gz组）和+10  Gz/40 s×5组（+10 Gz组），每组8只. 1.2.2+Gz暴露方式采用动物离心机模拟+Gz暴露. 利用自制的有机玻璃盒（15 cm×5 cm×3 cm）承载大鼠

11、，并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. +6 Gz组和+10 Gz组大鼠在动物离心机上模拟+Gz暴露，暴露G值水平分别为+6 Gz和+10 Gz，单次峰值持续时间为40 s，加速度增长率为1G/s,连续进行5次暴露，每两次暴露之间间隔5 min. 对照组大鼠仅放置于有机玻璃盒中，处于实验组相同的离心机噪声环境中25 min，不进行+Gz暴露. 在+Gz重复暴露后即刻（2 min内）开始进行首次行为学检测，实验顺序为旷场反应、Y迷宫实验和被动回避试验. 检测时间点为暴露后0， 2， 4， 6  d，被动回避实验仅检测0d和6d两个时间点. 为保证实验结果的可靠性，实

12、验均安排在安静、光线较暗的同一相似环境中进行，实验时间均为每日08：0011：00. 1.2.3旷场反应采用旷场分析观察大鼠兴奋性和运动的变化4. 实验时，将大鼠放入旷场反应箱正中格中，观察3 min内大鼠的活动情况. 观察指标包括中央格停留时间和总得分，即跨格次数(三爪以上跨入邻格的次数)和站立次数(两前肢离地1 cm以上)的和. 1.2.4辨别性学习能力观察采用Y型迷宫实验. 实验开始时，将大鼠放入迷宫，使其适应环境1 min. 通电，起始臂灯亮，5 s延时后，不亮灯的两臂及连接区开始通电（40 V直流电），大鼠逃往安全臂. 此时灯光仍持续60 s，然后熄灯完成一次测试

13、. 每时间点均进行15次测试. 记录正确反应次数和总反应时. 1.2.5被动回避反应采用明暗箱进行实验. 暗箱通40V交流电，暗箱与明箱相连的壁中央有洞，大鼠可以自由通过. 先将大鼠放入明箱中，其钻入暗箱遭受电击后将逃回明箱. 以大鼠在明箱中停留时间超过5 min为学会. 记录0 d学会所用的总时间、潜伏期和错误数以及6d潜伏期. 统计学处理：所有数据均以x±s表示，使用SPSS 11.0统计软件进行统计分析，采用重复测量方差分析检验行为学观察和辨别性学习能力实验结果，采用非参数检验比较被动回避反应实验结果.2结果2.1旷场反应对照组大鼠中央格停留时间随学习次数的

14、增加呈逐渐缩短趋势，总得分也逐渐降低. 和对照组比较，+6 Gz组大鼠在暴露后0 d总得分显著降低（P<0.01），中央格停留时间有延长的趋势；+10 Gz组大鼠中央格停留时间在0 d显著延长(P<0.01)，总得分在0 d显著降低(P<0.01)；与+6 Gz组比较，+10 Gz组大鼠中央格停留时间在0d和4d显著延长（P<0.05），总得分在各时间点均无显著差异（表1）.表1+Gz暴露后大鼠旷场反应中央格停留时间和总得分的变化（略）bP<0.01 vs对照;  cP<0.05 vs +6 Gz. +6 Gz: +6 Gz重复暴露;+10 Gz:

15、  +10 Gz重复暴露.2.2辨别性学习能力各实验组在Y型迷宫中的成绩均随学习次数的增加逐渐提高，正确反应次数随重复学习次数的增加而增多，反应时逐渐缩短. 比较同一时间点各组差异，+6 Gz组大鼠正确反应次数和反应时在各时间点与对照组均无明显差异；+10 Gz组大鼠正确反应次数在2d较对照组显著降低（P<0.01，图1，2），反应时在0， 2 d较对照组显著延长（P<0.05或P<0.01）；与+6 Gz组比较，+10 Gz组的正确反应次数在0， 2 d时显著降低（P<0.05或P<0.01），反应时在0， 2， 4 d显著延长（P<0.05或P

16、<0.01）.百事通 2.3被动回避反应对照组、+6 Gz组和+10 Gz组大鼠的学习所用总时间、潜伏期、错误数及6 d潜伏期无显著差异；但+10 Gz组大鼠的潜伏期有延长趋势，6 d潜伏期有缩短趋势（表2）.bP<0.01 vs对照;  cP<0.05, dP<0.01 vs+6 Gz.  n=8, x±s.图1+Gz暴露后大鼠Y型迷宫正确反应次数的变化（略）aP<0.05, bP<0.01 vs对照;  cP<0.05, dP<0.01 vs +6 Gz. n=8, x±s.图2+Gz暴露后大

17、鼠Y型迷宫反应时的变化（略）表2+Gz暴露后大鼠被动回避实验总时间、潜伏期、错误数的变化（略）Gz: +6 Gz重复暴露；+10 Gz:  +10 Gz重复暴露.  TT: 学习所用总时间; LT:  潜伏期; NE:  错误数；D6LT: 第6日潜伏期. 3讨论旷场反应可分析观察大鼠兴奋性和运动等的变化情况. Y型迷宫实验可考察大鼠的空间学习能力. 被动回避实验可考察大鼠记忆保持能力的变化情况5-6. 实验结果显示，40 s×5 +6 Gz暴露后，大鼠在脑缺血恢复期进行学习训练过程中，除0 d时间点出现的运动能力降低外，在辨别性学习能力以及被

18、动回避能力学习中各项指标与对照组大鼠均无显著差异；而40 s×5 +10 Gz暴露后，大鼠的即刻兴奋性及运动能力显著降低，辨别性学习能力在0 d, 2  d较对照组显著降低. 以上结果提示，40 s×5 +10 Gz 暴露后导致大鼠的学习能力出现了暂时性降低，40 s×5 +6 Gz 暴露后大鼠的学习能力无明显变化；40 s×5 +Gz暴露后大鼠记忆保持能力未受到影响. 加速度谱线包括加速度值大小（G值）、作用持续时间和加速度增长率等若干参量. 加速度作用于人体时，由于其参量不同，所引起的人体生物动力学效应可有很大差异. 机体对低G值

19、可以耐受较长时间，能够代偿由惯性力所引起的不良生理反应；随着G值增大，耐受时间逐渐缩短，如加速度值超过一定强度时，超过机体的代偿能力，结果就会发生严重的机能障碍 7. 在采用3 min +Gz暴露的实验中，我们曾经观察到+6 Gz和10 Gz暴露恢复期可致大鼠学习能力持续降低，并且随着G值的增高学习能力降低的程度呈加重趋势. 本次实验与以往采用单次3 min +Gz暴露3采用了相同的G值，但差异却十分显著. 究其原因，+Gz的暴露持续时间的不同是导致两次实验显著差异的关键因素. 大量研究显示，当+Gz作用时间超过3 s但少于60 s时，可因为血液供应的减少以及血液循环停滞导致中枢神经

20、系统缺血缺氧，丧失其正常功能，但此时经过612 s的 +Gz暴露后，机体的心血管代偿功能开始发挥作用，能够通过增加心输出量和血管收缩以增大血管阻力等方式，藉以升高头（眼）水平动脉血压，增加对头部的血液供应，从而部分减轻脑缺血程度. 但是当加速度作用持续时间超过60 s时，可能引起机体代偿机能疲劳或发生代偿衰竭，从而导致脑部缺血症状出现持续性加重现象8. 本次实验中虽然采用了5次重复+Gz暴露，但每次Gz暴露持续时间均未超过60 s，处在代偿期内，使中枢神经系统的缺血缺氧情况相对比较轻微；并且两次暴露之间均间隔5 min，使机体有足够的时间调整身体各部位的血液供应，并协作各项代偿机能. 

21、;比较本次实验+6 Gz与+10 Gz组的结果，我们发现两者的差别十分明显. 这可能提示在单位作用时间内，+Gz暴露的总强度存在一个“阈限”，这个阈值应是G值与作用持续时间的乘积（可能还受到G值增长率的影响），一旦暴露强度超过此阈值，学习记忆功能将受到损害，而低于此阈值的+Gz暴露对学习功能影响无影响. 其机理需要在以后进一步的研究中予以解决.【参考文献】1 Bateman WA, Jacobs I, Buick F. Physical conditioning to enhance +Gz tolerance: Issues and current understandingJ. Aviat Space Environ Med, 2006,77(6):573-580.2 Belles M, Albina ML, Linares V, et al. Combined action of uranium and stress in the rat. I. Behavioral effectsJ. Toxicol Lett, 2005,158(3):176-185.3 曹新生, 吴兴裕，孙喜庆，等. +Gz致脑缺血恢复期大鼠学习能力变化的探讨J. 第四军医大学学报,2004,25(1):