尾悬吊模拟失重对大鼠胰腺分泌功能的影响

刘 飞 周立艳 李成林 孙宏伟 吉 敏 张 涛 王 平 易 勇 崔 彦

随着载人航天实践及相关科学研究的深入开展，失重对人体各系统的一系列影响逐渐得以认识。航天活动日益频繁，航天医学研究亟待加强［1～3］。目前国内尚无失重状态对胰腺分泌功能影响的研究报道。本研究通过检测模拟失重大鼠静脉血淀粉酶、脂肪酶、胰岛素、胰高血糖素、C肽、血糖等内外分泌指标的变化情况，探讨模拟失重对大鼠胰腺分泌功能的影响及可能机制。

材料与方法

1.实验动物与分组:健康成年雄性Wistar大鼠64只，平均体重300±50g，由中国农业大学动物实验研究所提供。适应性饲养1周后，按随机数字表法将64只大鼠随机分8组(每组 n=8)，分别为 6h、12h、1 天、2 天、3 天、5 天、7 天及 0h(对照组)。

2.动物模型与样本采集:参照陈杰等［4］的方法采用尾悬吊法建立模拟失重大鼠模型。大鼠单笼饲养，实验组大鼠尾部悬于笼顶，前肢踏于笼底，后肢踏空。对照组大鼠置于相同鼠笼中，自由活动。所有大鼠可自由进食、饮水。动物室温度保持在23±2℃，每天灯光照明12h与黑暗交替循环，保持适当湿度及通风条件，定时投放标准鼠粮及纯净水。为避免昼夜给大鼠分泌功能的影响，各时段大鼠均按固定时间造模及采集样本，实验结束前禁食12h，自由饮水。腹腔注射水合氯醛300mg/kg将动物麻醉，剪去胸部毛发，局部消毒，沿正中线剖开胸腔，经右心房穿刺抽取静脉血5ml分装5管，并即时测定血糖值，摇匀血标本，静置1h，4℃离心3000r/min×10min，吸取上清后保存于-20℃冰箱备用。

3.指标检测及方法:(1)血糖:采用葡萄糖氧化酶法检测(日立7160全自动生化分析仪)。(2)血清胰岛素:采用放射免疫法测定(放射免疫分析试剂盒，北京华英生物技术研究所生产;r-911全自动放免计数仪，中国科技大学实业总公司生产)。(3)血清胰高血糖素:采用放射免疫法测定(放射免疫分析试剂盒，北京华英生物技术研究所生产;r-911全自动放免计数仪，中国科技大学实业总公司生产)。(4)血清C肽:采用放射免疫法测定(放射免疫分析试剂盒，北京华英生物技术研究所生产;r-911全自动放免计数仪，中国科技大学实业总公司生产)。(5)血清淀粉酶及血清脂肪酶:采用碘-淀粉比色法检测(日立7160全自动生化分析仪)。

4.统计学方法:实验数据采用SPSS 17.0统计软件进行分析，数据均用均数±标准差(±s)表示，组间采用单因素方差分析，P＜0.05有统计学意义。

结 果

1.实验动物观察:研究过程中各组动物无死亡，实验开始到尾悬吊24h，大鼠焦躁不安，稀便排泄物增多，进食量减少，1～2天后大鼠逐渐恢复平稳状态。

2.模拟失重大鼠血糖水平变化:失重Wistar大鼠血糖值波动明显，表现为先升后降再升再回落的特点。6h组升高，随后下降，1天时血糖水平为低谷，与对照组相比，差异显著(P＜0.05)。之后血糖值升高，3天时血糖水平达高峰，与对照组比较，差异显著(P＜0.01)。7天时血糖趋向正常水平(表1，图1a)。

3.模拟失重大鼠血清胰岛素水平变化:失重Wistar大鼠血清胰岛素水平短期内升高，6h形成峰值(26.20±1.34μIU/ml)，随后下降，3天时降至最低值(13.06±0.57μIU/ml)，与对照组相比，差异显著(P＜0.01)。之后逐渐升高，至7天时仍未恢复到正常水平(表1、图1b)。

4.模拟失重大鼠血清胰高血糖素水平变化:失重各组Wistar大鼠血清胰高血糖素水平均升高，1天时形成高峰(120.35 ±6.17)。6h、12h、1 天、2 天、3 天组与对照组比较，P＜0.01，3天组与对照组比较，P＜0.05，7天时胰高血糖素水平仍高于正常对照组，但差异无统计学意义(表1、图1c)。

5.模拟失重大鼠血清C肽水平变化:失重大鼠C肽水平变化幅度小，仅在3天时相点水平降低，与对照组相比，有统计学意义(P＜0.05)(表1、图1d)。

6.模拟失重大鼠血清淀粉酶水平变化:失重Wistar大鼠血清淀粉酶水平波动明显，表现为先升后降再回升。6h形成峰值，与对照组比较差异明显(P＜0.01)，之后下降，1天时形成低谷，明显低于对照组(P＜0.01)。随着失重时间的延长，血清淀粉酶逐渐回升，恢复到接近正常水平(表1、图1e)。

7.模拟失重大鼠血清脂肪酶水平变化:大鼠血清脂肪酶水平仅在悬尾6h时升高，明显高于对照组(P＜0.01)，其余各时相组与对照组比较均无明显差异(表1，图1f)。

表1 各组实验大鼠血糖及胰腺内外分泌检测指标变化±s)

表1 各组实验大鼠血糖及胰腺内外分泌检测指标变化±s)

与对照组(oh组)比，*P ＜0.05，＊＊P ＜0.01

组别(n=8) 血糖(mmol/L) 胰岛素(μIU/ml) 胰高血糖素(pg/ml) C肽(ng/L) 血清淀粉酶(IU/L) 血清脂肪酶(IU/L)0h组 5.13±0.21 22.82±0.48 68.64±8.54 0.44±0.04 502.0±37.0 65.6±1.1 6h组 6.03±0.46 26.20±1.34 91.73±4.72＊＊ 0.45±0.02 693.3±33.0＊＊ 70.9±3.4＊＊12h组 5.00±0.60 22.75±1.68 94.50±5.83＊＊ 0.48±0.00 553.0±33.2 67.2±2.8 1天组 3.90±0.20* 21.63±1.84 120.35±6.17＊＊ 0.48±0.01 367.7±41.5＊＊ 66.3±0.8 2天组 4.83±1.03 18.09±3.52* 87.58±4.67＊＊ 0.46±0.06 422.3±78.0* 65.3±0.6 3天组 6.57±0.25＊＊ 13.06±0.57＊＊ 84.22±11.91＊＊ 0.36±0.01* 549.0±4.6 65.0±0.3 5天组 5.97±0.76 18.28±1.68* 81.27±11.21* 0.40±0.02 519.3±5.7 67.9±0.9 7天组 5.07±0.31 20.08±3.92*76.64±2.44 0.41±0.02 535.0±21.5 67.7±2.2

讨 论

胰腺作为机体重要的分泌器官，失重环境亦对其产生一定影响。已有的研究表明，失重可造成胰腺重量减轻、胰岛素和血糖代谢紊乱以及生长抑素受抑制等。Miyake等［5］研究搭载哥伦比亚飞船的出生8天和14天的SD大鼠，测量飞行16天后大鼠各器官重量及器官体重比率，结果发现胰腺萎缩。Macho等［6］研究搭乘Cosmos 2044生物火箭飞行14天的雄性Wistar大鼠，观察到大鼠血糖水平显著升高，而血浆胰岛素浓度亦提高。持续性幼儿型胰岛素过度分泌低血糖症(PHHI)是造成新生儿低血糖的原因之一。该病症患儿的胰岛细胞可以在简单的培养条件下生长，但在培养基中丧失了分泌功能。Webb等［7］研究发现，失重环境能上调PHHI患儿胰岛细胞的内分泌激素表达能力，有利于胰岛细胞的培养。

图1 各组实验大鼠血糖及胰腺内外分泌检测指标变化

本研究结果显示，失重Wistar大鼠的血糖值波动比较明显，表现为先升后降再升再回落的特点。分析认为，失重早期的血糖升高，可能属于机体通过多种机制包括下丘脑-垂体-肾上腺皮质(HPA)轴应激调控系统在内的对失重的应激反应，多种升糖激素(胰高血糖素、皮质醇、儿茶酚胺)的升高，导致肝糖原降解加速［8］;在悬吊中期，血糖再次升高可能同样与多种因素有关，包括失重造成机体多系统紊乱、血糖利用障碍、胰岛素抵抗等，但主要原因应该是胰腺分泌胰岛素减少，因为本实验结果显示，同期血清胰高血糖素水平高于正常值且波动不大，但血清胰岛素水平下降至低谷。C肽亦是胰岛β细胞所分泌，但不受胰岛素抗体干扰及肝酶影响，本实验结果显示C肽与血清胰岛素同期降低，均提示胰岛β细胞的功能在失重应激过程中受到一定损伤。模拟失重后24h出现的血糖降低，应该也是应激反应过程中的一种表现。胰岛细胞损伤的特点和机制以及期间发生低血糖的实际意义均有待进一步研究探讨和诠释。

本研究同时发现，在模拟失重早期(6h)，血清淀粉酶和脂肪酶呈一过性明显升高，提示失重应激在损伤大鼠胰腺β细胞的同时，对大鼠胰腺腺泡细胞亦产生损害作用，胰酶释放入血致血淀粉酶、脂肪酶升高。考虑到血清中淀粉酶和脂肪酶亦可来自唾液腺、肝脏及胃肠道等，尽管量少，但失重造成的全身应激反应因素应当综合考虑，失重应激状态下的胰腺组织学及超微结构方面尚需做进一步研究。

本研究中多项检测指标均不同程度的表现为早期变化明显、后期趋向恢复的特点。这在我们前期的失重应激对肝脏影响的研究结果中也发现有类似现象。诱导型Hsp70的特性之一是参与应激状态下的细胞保护。应激诱导合成的Hsp70能促进细胞内蛋白质的合成、折叠、装配、转位，起到分子伴侣的作用，促使细胞从应激状态中恢复，从而减轻细胞损伤。Hsp70表达水平与应激强度和组织细胞抗损伤及自身保护能力关系密切，在失重损伤与失重应激耐受(weightless tolenrence)过程中可能发挥重要作用［9］。这与航天员进行模拟失重训练以期提高失重耐力的实际情况相吻合，具体机制及实际意义仍有待于深入研究。

1 Blaber E，Maral H，Burns BP.Bioastronautics:the influence of microgravity on astronaut health［J］.Astrobiology，2010，10(5):463-473

2 郭英华，刘长庭.空间生命科学研究与展望［J］.解放军医学杂志，2011，36(4):416-417

3 陈善广.中国载人航天催生的新学科——航天医学工程学［J］.中国科学基金，2010，3:135-140

4 陈杰，马进，丁兆平，等.一种模拟长期失重影响的大鼠尾部悬吊模型［J］.空间科学学报，1993，13(2):159-162

5 Miyake M，Yamasaki M，Hazama A，et al.Effects of microgravity on organ development of the neonatal rat［J］.Biol Sci Space，2004，18(3):126

6 Macho L，Fickova M，Nemeth S，et al.The effect of space flight on the board of the satellite cosmos2044 on plasma hormone levels and liver enzyme activities of rats［J］.Acta astronaut，1991，24:329-332

7 Webb MA，P1atton SL，Dennison AR，et al.Immunohistochemical evidence that culture in the high aspect rotating vessel can up-regulate hormone expression in growth dedifferentiated PHHI-derived islet cells［J］.In Vitro Cell Dev Biol Anim，2007，43(7):210-214

8 崔玉成，王凡，王宝成，等.大负荷运动训练与模拟失重对大鼠HPA轴影响的对比研究［J］.中国运动医学杂志，2008，27(1):90-92

9 崔彦，董家鸿，周金莲，等.模拟失重对大鼠肝脏Hsp70及其基因表达的影响［J］.中华肝胆外科杂志，2009，15(8):594-597