【关键词】 加速度
关键词: 加速度;组织病理;组织超微结构;脑;大鼠
摘 要:目的 探讨不同G值重复暴露后大鼠脑神经元损伤及其区域分布特点. 方法 将53只雄性SD大鼠随机分为对照组、+2Gz，+6Gz，+10Gz和+10Gy暴露组.分别在暴露后6h，1d，3d处死取脑，做石蜡或电镜超薄切片，利用光镜和电镜，观察不同G值重复暴露后，脑神经元形态学和超微结构的变化. 结果 +2Gz重复暴露组无明显的脑神经元形态学变化.+6Gz重复暴露后6h可见脑神经元超微结构的轻度变化，24h恢复正常.+10Gz和+10Gy重复暴露后，分别在海马CA1区、下丘脑、梨状皮层和左颞叶皮层、左梨状皮层，可见一定数量的变性神经元及重度的超微结构损伤. 结论 高G值重复暴露可引起大鼠特定脑区的神经元损伤，可能系机械力所致.
Keywords:acceleration;histopathology;ultrastructure;brain;rats
Abstract:AIM To investigate the area distribution peculiar-ity of rats brain injury after repeated+Gz exposures.METHODS 53SD male rats were pided into control group，+2Gz，+6Gz，+10Gz and+10Gy exposure group.Rats brains were taken6h，1d or3d after+Gz ex-posure run for histopathologic and ultrastructure studies by light microscope and electron microscope.RESULTS There were not obvious changes of neuron morphology after repeat-ed+2Gz exposures.At6h after repeated+6Gz expo-sures，there were gently ultrastructure changes in rats brain，and resumed at24h.We could find a lots of degeneration neurons with weightily ultrastructure injury at hippocampus CA1，hypothalamus，piriform cortex，and left temporal cor-tex and left piriform cortex after repeated+10Gz or+10Gy exposures.CONCLUSION There was neuron injury in spe-cial brain area after repeated high G exposure.It could be caused by mechanal force effect.
0 引言
高G值持续性+Gz作用，除引起脑生理机能改变外，还可能导致某些病理性改变.目前认为，短时间+Gz作用及G致意识丧失（G-induced loss of consciousness，G-LOC）不会造成人脑的病理性损伤［1，2］ .但反复高G暴露及多次发生G-LOC是否会引起神经元损伤尚难定论.阐明这些问题对指导飞行员训练、保障飞行安全均具有十分重要的意义.我们探讨+Gz重复暴露后是否引起大鼠脑神经元损伤及其区域分布特点，为探讨致伤机制提供依据.
1 材料和方法
1.1 材料 采用雄性SD大鼠53只（本校实验动物中心提供），体质量（200±25）g，随机分为5组，即对照组（5只）、+2Gz（12只）、+6Gz（12只）、+10Gz（12只）、+10Gy（12只）暴露组.不同+Gz值暴露组再分为3个小组，即暴露后6h，1d和3d组.所有动物实验均严格按照有关实验室动物照料及使用规则进行.
1.2 方法
1.2.1 G暴露 采用动物离心机进行G暴露.离心机半径为2m，由计算机进行加速度程序控制.实验组暴露条件:G值分别为+2Gz，+6Gz，+10Gz和+10Gy，增长率为1G・s-1 .各暴露组峰值持续时间为5min，重复3次，两次间歇期为10min.
1.2.2 光镜标本制作 各组大鼠暴露后，麻醉下行左心插管，灌注取脑，迅速浸于40g・L-1 甲醛溶液中，根据鼠脑定位图谱选取冠状切面（Bregma-4.16mm）皮层、海马、下丘脑平面，做常规石蜡冠状切片（6μm），HE染色，光镜下观察照像.在上述三个区分别观察四个高倍镜视野（×100），计数变性神经元数，以（x ±s）・（每个高倍镜视野）-1 表示.
1.2.3 大鼠脑透射电镜标本制作 各组加速度暴露后，大鼠麻醉下灌注取脑，切取顶叶及梨状皮层、海马、下丘脑部位的脑组织（0.5mm3 ），置于4℃20mL・L-1 戊二醛溶液中固定过夜，然后置于10g・L-1 锇酸溶液（pH7.4，45℃，30～60min）锇化，经梯度乙醇脱水及醋酸铀染色后，用Epon812包埋，修块，用LKB8800III型超薄切片机（LKB公司，瑞典）做超薄切片，置于JEM-2000EX型透射电镜（JEOL公司，日本）观察与拍照.
2 结果
2.1 光镜检查 +2Gz和+6Gz重复暴露后各时间点，未见明显的脑神经元形态学变化，神经元核仁、核膜清晰、完整，胞质无水肿，属于正常神经元形态.+10Gz暴露后6h，海马锥体细胞层、下丘脑和梨状皮层可见部分神经元表现为缺血性改变（每高倍镜的神经元数:海马5.7±1.6;下丘脑:12.3±2.6;梨状皮层6.2±1.3），胞体收缩成三角形，胞质深染，胞核缩小，核仁不明显.暴露后1d，在上述部位，每高倍镜下发生缺血性改变的神经元数目逐渐增多（6.4±1.4，20.4±3.8，9.2±2.1）.暴露后3d，在梨状皮层（14.3±2.5）、海马锥体细胞层（7.9±1.4）和下丘脑（25.2±3.6）等部位，均可见到一定数量的形态发生改变的神经元，表现为轻者核仁消失，胞质强烈嗜伊红性，重者核膜消失，整个细胞强烈嗜伊红性（Fig2～5）.这种变性的神经元在下丘脑数量最多，其次是杏仁核簇和梨状皮层，海马锥体细胞层较少（Fig1）.+10Gy暴露后6h，在左侧半球脑组织同样可看到神经元缺血性改变（13.8±2.7），主要位于左颞叶皮层.暴露后1d，这种改变逐渐扩展至左梨状皮层（10.3±1.9）.暴露后3d，在左颞叶皮层和梨状皮层，均可见到一定数量的形态发生改变的神经元（17.6±3.6），而右侧半球脑区几乎看不到.
2.2 超微结构 对照组大鼠脑组织神经细胞核膜清晰，胞质丰富，线粒体结构清晰完整（Fig6）.+2Gz暴露组脑组织超微结构基本正常.+6Gz暴露后6h，下丘脑部位神经细胞线粒体水肿，溶酶体增生，暴 露后1d，这种变化基本消失.+10Gz暴露后6h，在海马、下丘脑可见神经细胞线粒体肿胀，内质网扩张，暴露后1d，这种变化扩展至梨状皮层，并伴有髓鞘结构不清，毛细血管外间隙扩大等.暴露后3d，在上述区域可见神经细胞核膜消失，内质网扩张，染色质凝集成块状（Fig7），髓鞘紊乱变薄，胶质细胞增生等.+10Gy暴露组，在左颞叶皮层（暴露后6h）和左梨状皮层（暴露后1d），可见神经细胞溶酶体增生，胞核内有空泡状结构.暴露后3d，在上述区域可见髓鞘变性坏死，微管排列紊乱，小胶质细胞有吞噬变性坏死的神经纤维成分. 转贴于 图1 略
3 讨论
以往实验表明，+10Gz/3min重复作用3次后，大鼠脑皮层神经元呈现缺血性改变，超微结构出现损伤，这种损伤是可逆的，在暴露后24h基本恢复正常［3，4］ .有实验［5］ 观察到在+5Gz/3min或+8Gz/3min一次作用后即刻，大鼠脑皮层锥体细胞线粒体结构出现损伤，24h后则基本恢复正常.我们的实验表明+6Gz/5min暴露后1d，在光镜和电镜下未见细胞损伤.而+10Gz/5min和+10Gy/5min暴露后3d，在光镜和电镜下均可见细胞不可逆性损伤.这为我们研究低G值反复锻炼是否对暴露于高G值有保护作用，提供了一个有用的动物模型.
+Gz的生理效应主要是引起血液向下半身转移，至使脑水平动脉血压降低，脑血流量减少，进而引起脑组织缺血、缺氧.反复高G暴露致脑损伤的机制可能是脑组织缺血、缺氧引起的一系列病理生理反应:+Gz重复暴露可引起脑能量代谢的改变、脑皮层离子平衡紊乱和脑水肿、血脑屏障通透性增加、血液流变学特性的改变及自由基产生增加等［6-9］ .
图2 － 图7 略
本结果显示，在高G值暴露下，脑神经元损伤，主要集中在脑的一些特定区域.+Gz暴露损伤靠近颅底脑区，如下丘脑和梨状皮层;+Gy暴露主要集中于左侧颞叶皮层和梨状皮层，这种现象难以单纯用缺血/缺氧理论解释.因为根据缺血/缺氧理论，+Gz作用可使人或动物脑血流显著降低［10］ ，脑组织氧分压下降［11］ ，距心水平较远的大脑枕叶和顶叶皮层，其神经元变性理应重于距心水平较近的下丘脑、杏仁核簇和梨状皮层，至少损伤程度应当相近，但实际结果却与此相反.为了排除血液转移造成的影响，我们采用了向右加速度（+Gy）暴露，同样看到这种相反的结果.据此我们推测，在+Gz作用下，除了缺血/缺氧因素外，有一个使一些特定脑区（下丘脑和皮层下半部靠近颅底的部位）发生神经元损伤的力学因素.当+Gz作用时，整个脑组织都会受到惯性力的作用，向颅底方向移位，但由于颅骨的限制，靠近颅底的脑组织就会受到上部脑组织和颅底骨的挤压，造成特定脑区的损伤.当+Gz较小时，这种挤压不足以造成损伤.以上结果部分支持了Quandieu等［12］ 的颅内高应力假说，即由有限元法计算结果显示在+Gz暴露时，脑下部的应力最大，这可能是造成颅底部脑组织损伤的原因.Quandieu等的颅内高应力假说，过分强调是在高G增长率、高G值条件下出现的结果，其可能是这种力学因素的极端表现.我们认为，不管是快增长率（ROR）还是慢增长率（GOR）加速度暴露，都存在着缺血/缺氧和力学因素，只不过在不同条件下，各自所起的主次作用不同而已.G-LOC综合征往常以“快增长率”与“慢增长率”为分界线，可能是一种简单化的看法，尚待深入研究.
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