高正加速度对消化系统功能影响的研究进展

史 斌 综述 张洪义 审校

1解放军总医院/解放军医学院，北京 100853；2空军总医院 肝胆外科，北京 100036

高正加速度对消化系统功能影响的研究进展

Advances in effect of high positive acceleration on digestive system function

史 斌1综述 张洪义2审校

1解放军总医院/解放军医学院，北京 100853；2空军总医院 肝胆外科，北京 100036

随着军事技术的飞速发展，战斗机的机动性能不断提高，现代高性能战斗机(如F-15、F-16、CY-27、幻影2000等)所产生的高持续+Gz加速度的特点：快增长率(6 G/s)、G值高(+9 Gz)、作用时间长(45 s)，并可反复出现。已超过了人的生理极限，且目前抗荷措施不能满足防护需要，飞行中的加速度是威胁飞行安全的主要因素。本文就高正加速度对消化系统影响的研究进展作一综述。

加速度；消化系统

现代高性能战斗机产生的由头部指向足部的持续性高正加速度(+Gz)逐渐成为飞行安全的制约因素，它对飞行员机体产生的机械性牵拉作用、血流动力学改变，会产生重力负荷应激。有关+Gz引起神经、心脏、肌肉、骨骼、肺、血管组织和肾脏损伤的报道很多[1-6]，但关于+Gz对消化系统功能影响的报道极少。本文就高+Gz加速度对消化系统功能影响的研究进展作一综述。

1 高+Gz的概念和生理效应

战斗机做机动或特技飞行时，所产生的向心加速度方向由座舱底部指向座舱盖，飞行员必然受到与加速度相反的惯性离心力作用，其方向由头部指向骨盆。在航空医学中称这种加速度为正加速度，飞行员受到的惯性力表示为+Gz。通常，把作用时间在1s以上的正加速度称为“持续性正加速度”。现代高性能战斗机(如F-15、F-16、苏-27、苏-30、幻影-2000等)所产生的高持续+Gz加速度的特点是快增长率(6 G/s)、G值高(+9.0 Gz)、作用时间长(15 ～ 45 s)，并可反复出现[7]。由于目前抗荷措施不能完全满足防护需要，+Gz引起的意识丧失(G-induced loss of consciousness，G-LOC)发生率比较高[8-9]。G-LOC可造成飞行员短暂失能，继而导致飞行事故，对飞行安全已构成严重威胁。

人体受到持续性正加速度作用时，主要的生物动力学效应为： 1)体质量增加。体质量及各器官系统重量沿着惯性力方向增加，惯性力与重力的矢量和是几个G，重量就增加几倍[10]。2)血液重量增加，血液柱流体静压增大，血液向下半身转移。3)器官移位和变形。心脏、大血管、肺、膈、消化器官向骨盆方向移位，并发生变形。在+Gz作用下，除引起机体一系列生理功能变化外，还可导致某些组织器官发生病理改变。这些改变有的是可逆的，可以自行缓解，有的则较严重，甚至会造成损伤。病理改变程度与作用+Gz值、增长率、作用时间和个体差异等因素有关[11-12]。

2 高+Gz对胃肠道的影响

慢性胃肠病是飞行人员最常见的消化系统疾病，其发病率高，易复发，住院人次多，很大程度上降低了飞行人员出勤率，影响训练和飞行。慢性胃炎的发生与飞行人员职业因素密切相关，飞行环境中的噪声、震动、缺氧、加速度等因素及生活作息不规律等均可能在慢性胃炎的发病过程中起到一定作用。消化性溃疡与飞行人员的飞行疲劳、饮食不规律、空腹或饱腹飞行有着一定的关系，尤其是高性能战斗机、轰炸机和运输机飞行员容易发病[13]。胃肠道是人体内最大的内分泌器官，胃窦部的内分泌细胞尤为丰富，在调节消化及全身功能方面有十分重要的意义。邵颖锬等[14]的结论提示，+Gz值暴露可加重急性胃黏膜损伤，胃组织中丙二醛、超氧化物歧化酶的含量变化说明氧自由基在胃黏膜损伤中起着重要作用。陈璐等[15]探讨+Gz对消化性溃疡模型大鼠溃疡愈合的影响及其机制中研究发现，+Gz条件下，溃疡愈合延迟；康复新液灌胃可减轻胃黏膜的损伤，促进溃疡愈合。陈璐等[15]探讨了加速度+Gz或模拟加速度+Gz与大鼠胃黏膜损害程度的关系以及与胃液表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)之间的关系。结果表明，越高+Gz值暴露和重复暴露，大鼠胃黏膜损害程度越大，胃液EGF含量越低。该机制可能与+Gz值暴露降低了胃液EGF表达有关。

生长抑素(somatostatin，SS)生理作用广泛，几乎对所有胃肠肽均起抑制作用，同时对胃酸、胃蛋白酶、胰液及胆汁的分泌均有抑制作用。Zhong等[16]研究发现，对照组和+5 Gz组大鼠的胃和十二指肠黏膜完整光滑。而+10 Gz组大鼠的胃窦和十二指肠，不论是用肉眼或是用光学显微镜观察，均可发现散在的出血点、小溃疡、黏膜下充血和糜烂。重复暴露组大鼠的胃底、胃窦和十二指肠黏膜可发现弥漫性充血、糜烂和小溃疡。经过+Gz离心，可增加大鼠胃窦和十二指肠中生长抑素的含量。生长抑素含量增加可能在预防经过+Gz离心之后大鼠的胃和十二指肠疾病的发生过程中起着重要作用。赵洪礼等[17]在研究+Gz值暴露大鼠胃黏膜及外周血胃泌素(gastrin，GAS)、生长抑素的变化，探讨高+Gz值暴露后大鼠急性胃黏膜病变可能发生的机制中，结论提示高+Gz值暴露大鼠急性胃黏膜病变的发生与血液中GAS、SS含量的改变及胃酸、胃蛋白酶分泌异常，导致胃黏膜屏障破坏有关。钟学军等[18]研究结论发现，+Gz值暴露使胃窦、十二指肠黏膜生长抑素含量升高。生长抑素含量升高可能在胃黏膜保护方面起重要作用。

高+Gz对肠道黏膜屏障功能亦造成一定影响。Smirnov和Ugolev[19]在动物实验中发现，以+10 Gz的加速度横向加速20 min可增加蔗糖酶活性，尤其在小肠的远端。尽管甘氨酸-L-亮氨酸二肽酶的活性也有改变，但其变化幅度不如蔗糖酶明显。加速也可引起葡萄糖在肠黏膜内积聚以及有活性的糖类转运加速。转化酶活性与糖类的重吸收呈现出从近端到远端的梯度变化，而这种变化是有意义的。随着运动减少时间的增加，如15 d、30 d、60 d，肠腔和组织匀浆中的双肽酶和蔗糖酶活性反而受到抑制。在小肠远端，蔗糖酶活性增加，重吸收功能也增强。在气体环境异常时(缺氧、高碳酸血症和高氧)，整个小肠葡萄糖转运功能增加。加热可降低细胞和组织匀浆中转化酶活性，转运过程也发生了一些变化，但对双肽酶的活性没有明显的影响。

3 高+Gz对胆道的影响

肖国丰等[20]观察+Gz暴露对高胆固醇饮食兔胆囊收缩素(cholecystokinin，CCK)、生长抑素含量及胆道压力和胆汁流量的影响。结论提示，+Gz暴露可使高胆固醇饮食兔胆囊黏膜CCK含量降低、SS含量升高，也可引起胆囊排空功能及胆道流体静压异常，提示+Gz暴露可能加速胆系结石形成。

肖国丰等探讨+Gz暴露下胆囊排空功能及胆囊收缩素、生长抑素的变化探讨其在胆囊结石形成过程中的作用中研究发现，+Gz暴露可引起高胆固醇饮食兔胆囊排空功能异常，也可使胆囊黏膜CCK含量降低、SS含量升高，导致胆汁淤滞，为胆囊胆固醇结石的形成提供了条件[21]。

4 高+Gz对肝脏的影响

肝具有较强的代谢功能，能将糖类、蛋白质和脂肪转化为糖原，储存于肝内。当血糖减少时，又将糖原分解为葡萄糖，释放入血液，以调节、保持恒定的血糖浓度。在高+Gz环境中，肝受到直接和间接的加速度应激作用，正常生理功能受到影响。国内外学者早年对高+Gz肝脏做过一系列研究。

Zhan等[22]研究发现，重复+10 Gz组的大鼠脑匀浆脂质、线粒体和细胞浆中的脂质过氧化作用显著增强，血清肌酐浓度明显升高。但是，茶多酚能够明显抑制重复+10 Gz应激作用下大鼠脑组织脂质过氧化损伤，同时降低血清肌酐水平。三组间的血清甘油三酯、总胆固醇浓度和谷丙转氨酶活性没有显著差异。高+Gz对肝组织也造成一定的损伤。牛忠英等[23]选用猕猴为对象，其承受过载峰值分别为+15 Gx，200 s； +18 Gx，165 s；+21 Gx，140 s，来观察高+Gx对猴肝细胞c-fos基因表达的影响。结果发现，实验组肝细胞胞质呈现不同程度的水肿及泡状变性，c-fos基因表达明显增强，呈弥漫性细胞质内棕黄色着色； 肝细胞c-fos基因表达程度随超重剂量的增加有增强趋势。对照组肝组织病理学改变程度明显较实验组轻，c-fos基因表达亦明显减弱。提示+Gx可引起猴肝组织细胞c-fos基因表达增强，提示有早期肝组织损伤。马良等[24]采用雄性108只Wistar大鼠随机分成9组进行研究，目的是建立持续性高+Gz重复作用导致大鼠损伤的自然修复模型。结果显示：动物全部成活，肝呈现不同程度病理改变，随时间推移，上述损伤逐步减轻、呈现修复改变。结论提示+Gz可以导致肝损伤，并能自然修复。

5 高+Gz对胰腺的影响

高+Gz对胰腺也造成一定的损伤。Dai等[25]通过检测24名运动病和健康飞行员的血浆内分泌激素的浓度发现，所有飞行员的血浆醛固酮、AT-Ⅱ和胃泌素的浓度随着科里奥利加速度的增加而升高，而氢化可的松和胰岛素水平仅在健康飞行员中升高，结论显示运动病飞行员的自主神经系统的兴奋性降低。许昌泰等[26]采用放射免疫法测定男性飞行员(n=38)和地勤人员(n=33)飞行前后血清皮质醇、胰岛素、胰高血糖素、甲状腺素(T_3、T_4)和环核苷酸(cAMP、cGMP)值，结果显示飞行员飞行前后皮质醇、胰岛素、胰高血糖素和cAMP显著改变，而T_3、T_4和cGMP无明显变化。地勤人员工作前后仅胰岛素显著降低。飞行前飞行员组和地勤组激素水平无明显差异，飞行后飞行员组皮质醇、胰高血糖素和cAMP值高于地勤人员组。提示飞行员的上述变化可能与应激、加速度等有关。

6 结语

高+Gz可对人体的消化系统功能产生广泛的影响，深入探讨这些变化的机制，进而提出可行的防护措施，对保证飞行安全、延长飞行员的飞行年限、充分发挥战斗机的技术性能以及提高战斗力具有十分重要的意义。

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R 852.21

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2013-10-08

全军医学科研“十二五”重点资助项目(BWS11J029) Supported by the 12th Five Years Programms of Chinese PLA(BWS1 1J029)

史斌，男，博士。研究方向：肝胆系统疾病的基础及临床研究。Email: shib2011@sina.com

张洪义，男，博士，主任医师，博士生导师。Email: zhhyiyi1487@163.com