【摘　要】目的: 探討中等強度正加速度和噪聲復合應激對大鼠學習記憶功能的影響. 方法: 雄性SD 大鼠32 只隨機分為對照組、+ 6 GzP3 min 組、90 dB(A)P30 min 噪聲組、+ 6 GzP3 min和90 dB(A)P30 min 噪聲復合應激組4 組,每組8 只. 采用Y2型迷宮實驗和避暗實驗觀察應激后不同時間大鼠學習記憶功能的變化. 結(jié)果: + Gz 組大鼠正確率在暴露后2 , 4 和6 d 較對照組均顯著下降( P < 0. 01) ,反應時均顯著延長( P < 0.01) . 復合應激組大鼠正確率在暴露后各時間點較對照組和噪聲組均顯著降低( P < 0. 01) ,反應時均顯著延長( P < 0.01) ,而較+ Gz 組則均無顯著變化;總時間和錯誤數(shù)在暴露后即刻較對照組顯著增加( P < 0. 01) ,潛伏期在暴露后即刻顯著縮短( P < 0. 05) ,在暴露后6 d 時仍顯著縮短( P < 0. 05) . 結(jié)論: + 6 GzP3 min 和90 dB(A)P30 min 噪聲復合應激可引起大鼠持續(xù)性學習記憶功能障礙.

【關鍵詞】應激;正加速度;噪聲;學習記憶;大鼠

軍事飛行特殊的工作環(huán)境,使戰(zhàn)斗機飛行員不可避免地暴露于各種應激源,其中兩種較為常見的航空應激源為正加速度( + Gz) 和噪聲,已成為威脅飛行安全的重要因素. 故探討其復合應激作用對飛行人員工作能力的影響及其機制具有重要的現(xiàn)實意義. 我們以往的研究工作表明, 高G( + 10 GzP3 min) 和90dB (A)P30 min 噪聲復合應激可引起大鼠持續(xù)性學習記憶功能障礙,其中以高G為主要影響因素[1 ] . 然而在實際飛行過程中,戰(zhàn)斗機飛行員可以通過自身對飛行動作及飛機姿態(tài)的調(diào)整,得以部分地避免過高G值的產(chǎn)生,因此實際通常暴露于中等強度( + 6 Gz 左右) 的正加速度之下. 但有關中等G值的+ Gz 和噪聲復合應激作用對大鼠學習記憶功能的影響報道較少. 本研究我們旨在探討+ 6 GzP3 min 和90 dB (A)P30 min 噪聲復合應激后大鼠學習記憶功能的變化規(guī)律.

1. 1 　材料　雄性SD 大鼠32 只 ,體質(zhì)量(165 ±10) g. 實驗前先在實驗環(huán)境下飼養(yǎng)1 wk ,使其適應實驗環(huán)境,排除驚嚇、環(huán)境等因素對大鼠學習和記憶的影響. 將大鼠隨機分為對照組、噪聲組、+ Gz 組和復合應激組4 組,每組8只.

1. 2. 1 　加速度和噪聲作用方式　采用動物離心機進行+ Gz 暴露,動物離心機的半徑為2 m ,可模擬的正加速度范圍為+ 1～ + 12 Gz ,由計算機進行加速度程序控制. 利用自制的有機玻璃盒(容積為15 cm ×5cm ×3 cm) 承載大鼠,并水平固定于離心機的轉(zhuǎn)臂上,大鼠頭部朝向離心機旋轉(zhuǎn)軸心. 噪聲由UZ23 型白噪聲發(fā)生器(北京長城無線電廠) 產(chǎn)生. + Gz 組大鼠G值暴露水平為+ 6 Gz ,峰值作用時間為3 min ,加速度增長率為1 GPs. 噪聲組大鼠噪聲暴露水平為90 dB(A) ,頻率1000 Hz ,作用時間為30 min. 復合應激組大鼠噪聲作用條件同噪聲組,從噪聲作用的第27 分鐘開始復合+ 6 Gz 暴露3 min ,加速度作用條件和+Gz 組相同. 對照組大鼠僅放置于有機玻璃盒中3min ,不進行+ Gz 和噪聲暴露.1. 2. 2 　Y2型迷宮實驗　Y2型迷宮即三等分輻射式迷路箱,由三個支臂和一個連接區(qū)組成,三臂相互間夾角為120°,每臂長40 cm ,寬15 cm ,底部鋪以直徑為5mm、間距為6 mm 的銅棒[2 ] . 各臂末端裝有信號燈,信號燈打開指示該臂為安全區(qū),即該臂底部不通電.安全區(qū)的方位按照A →C →B 變換,當某臂為安全區(qū)時,另兩臂和連接區(qū)均帶有刺激電壓. 實驗在安靜、光線較暗的環(huán)境中進行. 實驗開始時,將大鼠放入迷宮的B 臂中,使其適應環(huán)境1 min ,然后通電,A 燈亮,經(jīng)過5 s 的延時后,不亮燈的兩臂及連接區(qū)開始通電,電擊電壓為40 V. 此時燈光仍持續(xù)60 s ,然后熄燈,即完成一次測試. 每次實驗進行15 次測試,記錄大鼠的正確率和反應時. 反應時為安全臂亮燈開始到大鼠到達安全臂所用時間. 分別記錄不同應激后即刻、2 , 4 和6 d 的成績.

1. 2. 3 　避暗實驗　實驗箱由明、暗兩個箱子組成,箱底鋪以銅網(wǎng),暗箱通以40 V 交流電. 暗箱與明箱相連的壁中央有洞,大鼠可以自由通過[3 ] . 首先將大鼠放入明箱中,由于其鉆洞及趨黑本性,則鉆入暗箱中,大鼠因遭受電擊而逃回明箱中,此即為一次學習. 以大鼠在明箱中停留時間超過5 min 為學會. 記錄大鼠在應激后即刻及6 d 時學會所用的總時間、潛伏期和錯誤數(shù).

所有實驗時間為每日上午8 :00～12 :00 ,在同一環(huán)境相似的條件下進行.

統(tǒng)計學處理: 所有數(shù)據(jù)以x ±s 表示,采用SPSS

10. 0 for windows 對Y2型迷宮實驗結(jié)果進行重復測量方差分析,對避暗實驗結(jié)果進行非參數(shù)秩和檢驗.

2. 1 　正確率和反應時的變化　+ Gz 組大鼠正確率在暴露后2 ,4 和6 d 時較對照組均顯著降低( P <

0. 01) ,噪聲組大鼠僅在暴露后即刻較對照組顯著降低( P < 0. 05) ;復合應激組大鼠在暴露后各時間點較對照組和噪聲組均顯著降低( P < 0. 01) ,而與+ Gz 組相比則均無顯著性差異(Fig 1) .

圖1 　復合應激后大鼠正確率的變化

　　+ Gz 組大鼠反應時在暴露后2 ,4 和6 d 時較對照組均顯著延長( P < 0. 01) ,而噪聲組大鼠在暴露后各時間點較對照組均無顯著變化;復合應激組大鼠反應時在暴露后各時間點較對照組和噪聲組均顯著延

長( P < 0. 01) ,而與+ Gz 組相比則均無顯著性差異(Fig 2) .

Fig 2 　Changes of reaction time after combined stress ( n = 8 ,x ±s)

圖2 　復合應激后大鼠反應時的變化

2. 2 　總時間、潛伏期和錯誤數(shù)的變化　在暴露后即刻, + Gz 組和噪聲組大鼠的總時間、潛伏期及錯誤數(shù)較對照組均無顯著性差異,而復合應激組大鼠總時間和錯誤數(shù)均顯著增加( P < 0. 01) ,潛伏期顯著縮短( P < 0. 05) ;在暴露后6 d 時, + Gz 組和復合應激組大鼠潛伏期較對照組均顯著縮短( P < 0. 05 ,Tab 1) .

表1 　應激后大鼠總時間、潛伏期、錯誤數(shù)的變化

Tab 1 　Changes of total time (TT) , latent time (LT) and number oferror (NE) in rats after stress ( n = 8 , x ±s)

Group                                         0 d                                      6 d

                            TT(s)                  LT(s)                NE               LT(s)

Contro l        396. 5 ±110. 5    21. 6 ±20. 7     2. 0 ±1. 1      35. 4 ±20. 2

Noise            387. 0 ±98. 4      21. 7 ±14. 8     2. 1 ±1. 5     32. 3 ±23. 8

+ Gz              448. 9 ±93. 6      42. 4 ±18. 1    1. 3 ±0. 7     1. 9 ±1. 0^a

Combined     563. 0 ±109. 6^b   4. 9 ±2. 6^a      7. 4 ±4. 8^b    2. 0 ±1. 3^a

^aP < 0. 05 ,^bP < 0. 01 vs control .

隨著新一代高性能戰(zhàn)斗機的裝備,飛行員已較以往任何時候都更加頻繁的暴露于各種不良的航空應激因素之下,其中最為常見且危害較大的就是正加速度和噪聲. 其對飛行人員智力水平和工作能力的不利影響已逐漸引起航空醫(yī)學工作者的高度重視. 本研究我們采用Y2型迷宮、避暗實驗等行為學實驗方法,觀察了中等強度的正加速度和噪聲復合應激后大鼠學習記憶功能的變化情況,發(fā)現(xiàn)+ 6 GzP3 min 和90dB (A)P30 min 噪聲復合應激可引起大鼠持續(xù)性學習記憶功能障礙.正加速度對腦的影響一直受到國內(nèi)外學者的普遍關注. 圍繞高G值暴露后腦組織病理學變化開展了大量實驗工作,觀察了高G值后腦組織形態(tài)的變化,系統(tǒng)地揭示了高G暴露致腦損傷的性質(zhì)、時程及其機制[4 ,5 ] . 在此基礎上,又進一步探討了正加速度對腦功能的影響[1 ,6 ] . 韋應波等[6 ] 采用Y2型迷宮、曠場分析實驗和避暗實驗等行為學試驗方法,觀察了不同強度和作用時間的+ Gz 暴露后,大鼠的記憶功能和行為學的變化情況,發(fā)現(xiàn)+ 10 GzP3 min 暴露可引起大鼠暫時性記憶保持功能障礙,但+ 6 GzP3 min 暴露后大鼠的記憶功能無明顯變化. 本實驗結(jié)果顯示, +6 GzP3 min 組大鼠正確率在暴露后2 , 4 及6 d 均顯著降低,反應時均顯著延長,表明+ 6 GzP3 min 暴露可引起大鼠學習功能持續(xù)性降低. 以上結(jié)果提示,雖然學習功能與記憶功能是密切相關的兩個腦功能,但是在+ Gz 暴露后,學習和記憶兩個功能的變化可能存在某種差異,學習能力的改變較之記憶功能可能對缺血缺氧改變更敏感,即學習功能更易受到+ Gz 暴露的影響. 其原因可能是由于在學習過程中達到學會程度需要形成長期記憶,而長期記憶需要有新的蛋白質(zhì)分子的合成,這可能與腦內(nèi)某些永久性的功能和結(jié)構變化有關, + Gz 暴露導致的暫時性腦缺血缺氧變化抑制了大鼠的神經(jīng)細胞的正�；顒�,從而可能使短期記憶向長期記憶的轉(zhuǎn)化過程受阻,從而表現(xiàn)為大鼠學習能力的減退. 而經(jīng)過訓練達到學會程度的大鼠,已經(jīng)形成了相應的長期記憶,即腦部相關腦區(qū)已經(jīng)發(fā)生了某種結(jié)構變化,所以大鼠的記憶能力在其后的+Gz 暴露后得到了較好保持.

噪聲暴露對人工作能力的影響,一直是公共衛(wèi)生醫(yī)學和職業(yè)醫(yī)學的重要研究課題之一. 國內(nèi)外學者曾采用多種行為學實驗方法,研究了不同噪聲暴露強度和暴露時間下人和動物學習記憶功能的變化,發(fā)現(xiàn)80～96 dB 的噪聲暴露30 min 可引起人和動物學習記憶功能障礙[7 ,8 ] . 多數(shù)學者認為噪聲主要影響學習能

力和短時記憶,而對長時性記憶沒有影響或影響較小. 本實驗結(jié)果表明,噪聲組大鼠正確率僅在暴露后即刻顯著降低,暴露后2 d 時已基本恢復,提示90 dB(A) 噪聲暴露30 min 可引起大鼠暫時性學習記憶功能降低. 實驗結(jié)果與以往的報道相一致[7 ,8 ] . 其機制可能為,在噪聲作用下,噪聲信息被投射到大腦皮層廣泛區(qū)域,并使其超過正常興奮程度,從而使電擊造成的痛覺信息不能或減弱與控制產(chǎn)生回避反應的有關皮層建立暫時性聯(lián)系,致使動物學習能力降低[9 ] .戰(zhàn)斗機飛行員在飛行中常常暴露于正加速度和噪聲等多種不良環(huán)境因素之下,但有關正加速度和噪聲復合應激對學習記憶的影響鮮有報道. 本實驗結(jié)果表明,正加速度和噪聲復合應激組大鼠在暴露后各時間點正確率均顯著降低,反應時均顯著延長,總時間和錯誤數(shù)顯著增加,潛伏期顯著縮短,提示+ 6 GzP30 min 和90 dB(A)P30 min 復合應激可以引起大鼠嚴重的持續(xù)性學習記憶功能障礙. 在正加速度和噪聲同時作用下,兩種應激因素具有一定的協(xié)同效應,復合應激較之單純正加速度或噪聲對大鼠學習記憶功能的影響在損害程度和持續(xù)時間上都有一定程度的加強.