（动物学专业论文）三种营养补剂对后肢去负荷大鼠比目鱼肌形态和功能影响的研究.pdf

论文题目：三种营养补剂对后肢去负荷大鼠比目鱼肌形态 和功能影响的研究 专业： 研究生： 指导教师： 摘要 研究背景：大量的科研数据和实验资料表明，在失重和模拟失重条件下，均 可使骨骼肌出现明显的废用性萎缩，不仅影响宇航员的工作效率、返回地面后的 再适应能力，还会对航天员返回时的救生构成严重威胁，因此，寻找有效的预防 和治疗肌萎缩的药物，是航天医学领域亟待解决的重要课题之一。 以往对失藿或模拟失重条件下导致肌萎缩的研究主要集中在梭外肌的变化 方面，有关药物的防护研究也大多集中在药物对梭外肌的影响方面。而研究资料 证明，失重或模拟失重状态下，肌梭的传入冲动减少，有诱发或加重肌萎缩的作 用，当肌梭传入冲动增多时，有减轻或对抗肌萎缩的作用。此外，失重或模拟失 重条件下，运动神经对骨骼肌的驱动减弱，神经肌肉接点功能退化，可能是失重 性肌萎缩及肌力减弱的原因之一，有实验证实，类胆碱物质可增加乙酰胆碱的弥 散及终板电流的幅度，对老年痴呆症患者的神经肌肉接点功能退化有一定对抗作 用。据此我们认为，理论上那些能兴奋肌梭、增加肌梭传入冲动的类胆碱物质便 极有可能成为预防和治疗肌萎缩的理想药物。本研究以能兴奋肌梭的类胆碱物质 氯化胆碱和胞磷胆碱为基础，组合成三种营养补剂，以大鼠后肢去负荷建立模拟 失重动物模型，观察其对骨骼肌的形态结构、肌纤维类型和肌肉功能等方面的影 响，以期为失重性肌萎缩的药物防护提供基础实验资料。 研究目的：本研究的工作假设是失重或模拟失重条件会引发动物骨骼肌肌纤 维形态的改变和肌肉功能下降等方面的变化，出现明显的肌萎缩，补充一定的营 养补剂( 如氯化胆碱) 可以减缓或抑制肌萎缩的发生和发展。本实验主要观察三种 营养补剂( 氯化胆碱、氯化胆碱+ 复合维生素以及胞磷胆碱) 对后肢去负荷大鼠比目 鱼肌形态与功能的影响，以寻找对抗失重性肌萎缩的有效药物。 研究方法：以大鼠后肢去负荷建立动物模拟失重模型，灌胃一定剂量的三种 营养补剂，( 1 ) 对骨骼肌肌纤维进行h e 染色后观察其形态变化，同时测定分析 肌肉的湿重和湿重体重比等指标；( 2 ) 应用酶组织化学方法，观察对大鼠肌球蛋 白a t p 酶活性的影响，同时采用聚丙烯酰胺凝胶电泳分析对骨骼肌中肌球蛋白重 链亚型的影响；0 ) 进行骨骼肌肌肉功能的测定，分析对肌力和收缩时程等指标 的影响。 实验结果： 1 模拟失重对大鼠骨骼肌形态和功能的影响 后肢去负荷1 4 天的大鼠与正常对照组大鼠相比，比目鱼肌( s o l e u s ，s o l ) 肌纤 维明显缩小，结构松散，明显发生形态改变，动物体重无明显差异，但肌肉湿重 和湿重体重比均有所下降，呈现出明显的萎缩状态：s o l 的i 、i i 型肌纤维横截 面积均明显低于正常对照组( p 0 0 1 ，p 0 0 5 ) ，单根肌纤维平均横截面积亦显著下 降；同时s o l 中i 型肌纤维比例降低，i i 型肌纤维比例增加( p o 0 0 1 ) ，肌纤维类 型呈现出由慢向快转变的趋势，这一变化在聚丙烯酰胺凝胶电泳对肌球蛋白亚型 的分析中也得到了体现；此外，后肢去负荷大鼠的等长收缩张力峰值和强直收缩 最大张力均明显下降( p 0 0 1 ；p 0 0 5 ) ，而等长收缩峰张力时间和半舒张时间也明 显减小( p 0 0 1 ；p 0 0 1 ) ，说明模拟失重导致动物肌肉收缩张力下降，收缩速度加 快，肌肉功能类型出现由慢缩型向快缩型转化。 2 三种营养补剂对后肢去负荷大鼠比目鱼肌形态和功能的影响 ( 1 ) 在后肢去负荷的同时灌胃三种营养补剂，与后肢去负荷+ 溶媒灌胃组 ( h u w ) 相比，动物肌纤维显微结构紧凑，形态恶化得到改善，骨骼肌湿重和湿 重体重比明显增加，尤其氯化胆碱组( h o c c ) 升高了2 4 5 ( p 0 0 1 ) ，2 5 0 ( p o 0 1 ) ，胞磷胆碱组( h u - c s ) 升高了1 8 5 ( p 0 0 5 ) ，1 6 7 ( p 0 0 5 ) ，变化趋势 较为明显，提示一定剂量的氯化胆碱和胞磷胆碱能够抑制模拟失重条件下肌肉重 量的降低和肌纤维显微结构的改变。 ( 2 ) 与h u w 组相比，后肢去负荷期间灌胃三种营养补剂后，各组大鼠比目 鱼肌的i 型和i i 型肌纤维横截面积均有明显增大，i 型肌纤维比例均明显升高， i i 型肌纤维比例下降，并且三组大鼠比目鱼肌的m h ci 含量分别上升，m h ci i a i i 型含量降低，说明灌胃一定剂量的营养补剂可以不同程度的延缓模拟失重条件下 肌萎缩的发生发展。 ( 3 ) 大鼠后肢去负荷的同时灌胃三种营养补剂后，与h u w 组相比，h u c c 组比目鱼肌的强直收缩最大张力和等长收缩峰张力时间分别增加2 1 8 5 和 2 3 9 0 ，差异较为显著俨 o 0 5 ) ；h u c s 组大鼠比目鱼肌的等长收缩张力峰值和 半舒张时间均明显增力n ( 5 3 7 2 ，p 0 0 1 ；1 8 8 7 ，p 0 0 5 ) ，说明氯化胆碱和胞磷胆 碱能在一定程度上减缓模拟失重导致的骨骼肌肌力下降和收缩时程减小，预防肌 肉功能的弱化和趋向快肌纤维的转变。 实验结论：本实验初步证明，后肢去负荷能导致骨骼肌在肌肉形态、肌纤 维类型和肌肉功能等方面发生明显的废用性萎缩，补充一定剂量的营养补剂后可 以减缓这种肌萎缩的发生发展，尤其以氯化胆碱的效果较为突出，其中的内在机 制可能与其对肌梭的兴奋作用和神经肌肉节点的营养作用有关，进一步的研究可 以考虑从剂量选择，以及蛋白质合成代谢等方面做更深层次的探讨。 【关键词】模拟失重；后肢去负荷；比目鱼肌；肌萎缩；营养补剂 【论文类型】理论研究 西j 匕大掌硪士学位跄丈 t i t l e ： m a j o r ： n a m e ： a - u s u p e r v i s o r ： s t u d yo ne f f e c t so ft h r e es u p p l e m e n t a t i o n s o nm o r p h o l o g ya n df u n c t i o no fs o l e u si n h i n d l i m b - u n l o a d i n gr a t s a b s t r a c t a g r e a td e a lo fs c i e n t i f i cd a t aa n de x p e r i m e n t sh a v ei n d i c a t e dw e i g h t l e s s n e s sa n d s i m u l a t e dm i c r o g r a v i t yc a nl e a dt oa p p a r e n tm u s c l ea t r o p h y ，a sn o to n l ya f f e c t sw o r k e f f i c i e n c yo fa s t r o n a u t sa n dt h e i ra d a p t a t i o nt ot h ee a r t hw h e nt h e ya r eb a c kf r o m s p a c e ，b u ta l s os h a r p l yt h r e a t e n st h e i rl i f e s a v i n ga b i l i t y t h e r e f o r e ，s e e k i n ge f f e c t i v e d r u g sf o rp r e v e n t i o na n dt r e a t m e n to fm u s c l ea t r o p h yi so n eo ft h es u b j e c t sw a i t i n gf o r s o l u t i o ni ns p a c em e d i c a lf i e l d p r e v i o u ss t u d i e so nw e i g h t l e s s n e s so rs i m u l a t e dw e i g h t l e s s n e s sm o s t l ya r ef o c u s e d o nc h a n g e si ne x t r a f u s a lf i b e r , a n dc o r r e s p o n d i n gs t u d yo np r e v e n t i v ed r u g sa r e r e l e v a n tt ot h e i ri n f l u e n c eo ne x t r a f u s a lf i b e r i th a sb e e np r o v e dt h a tu n d e r w e i g h t l e s s n e s so rs i m u l a t e dw e i g h t l e s s n e s s ，d e c l i n e d a f f e r e n ti m p u l s eo fm u s c l e s p i n d l ee v o k e so ra g g r a v a t e s m u s c l ea t r o p h y o nt h ec o n t r a r y , i n c r e a s e da f f e r e n t i m p u l s eo fm u s c l es p i n d l ea l l e v i a t e so rp r e v e n t sm u s c l ea t r o p h y i na d d i t i o n ，u n d e r w e i g h t l e s s n e s so rs i m u l a t e dw e i g h t l e s s n e s s ，s k e l e t a lm u s c l ei s l e s sd r i v e nb ym o t o r n e r v e t h ed e g r a d a t i o no fn e u r o m u s c u l a rj u n c t i o nm a yb eo n eo ft h er e a s o n sf o r m u s c l ea t r o p h ya n dl e s s e n e dm u s c l es t r e n g t hc a u s e db yw e i g h t l e s s n e s s e x p e r i m e n t s h a v ev a l i d a t e dc h o l i n ec a ni n c r e a s es p r e a do fa c e t y l c h o l i n e ，e n d p l a t ec u r r e n t ，a n d p r e v e n tp a t i e n t so fa l z h e i m e r sd i s e a s ef r o md e g r a d a t i o no fn e u r o m u s c u l a rj u n c t i o n b a s e do nt h i sw ed e e mt h e o r e t i c a l l yc h o l i n et h a tc a ne x c i t em u s c l es p i n d l ea n d 西j 匕大掌硕士掌位论文 i n c r e a s ea f f e r e n ti m p u l s eo fm u s c l es p i n d l ea r ep r o b a b l yi d e a ld r u g sf o rp r e v e n t i o n a n dt r e a t m e n to fm u s c l ea t r o p h y s t a r t i n gf r o mc h o l i n ec h l o r i d ea n dc i t i c o l i n e ，t w o t y p e so fc h o l i n et h a tc a ne x c i t em u s c l es p i n d l e ，t h i se x p e r i m e n tc o m p o u n d e dt h r e e s u p p l e m e n t a t i o n sa n ds e tu pa s i m u l a t e dw e i g h t l e s s n e s sm o d e lb yu n l o a d i n gh i n d l i m b o ff e m a l er a t s w eo b s e r v e dt h ee f f e c t so ft h r e es u p p l e m e n t a t i o n so nm o r p h o l o g ya n d f u n c t i o n so fs o l e u s ( s o l ) m u s c l ei nh i n d l i m b - u n l o a d i n gr a ti no r d e rt op r o v i d eb a s i c e x p e r i m e n td a t af o rn e wd r u gd e v e l o p m e n t i np r e v e n t i v em u s c l ea t r o p h y p u r p o s e t h es t u d ya s s u m e dt h a tw e i g h t l e s s n e s so rs i m u l a t e dw e i g h t l e s s n e s sc a nr e s u l ti n c h a n g e si nt h em o r p h o l o g yo fm u s c l ef i b e r s ，d e c r e a s ef u n c t i o n so fs k e l e t a lm u s c l ea n d a p p a r e n tm u s c l ea t r o p h y t h ea p p l i c a t i o no fs o m es u p p l e m e n t a t i o n ss u c ha sc h o l i n e c h l o r i d ec a l la l l e v i a t eo rp r e v e n tt h eo c c u r r e n c ea n dd e v e l o p m e n to fm u s c l ea t r o p h y t h ee x p e r i m e n tf o c u s e do nt h ee f f e c t so ft h r e es u p p l e m e n t a t i o n si n c l u d i n gc h o l i n e c h l o r i d e ，t h ec o m p o u n do fc h o l i n ec h l o r i d ea n dv i t a m i na n dc i t i c o l i n e o n m o r p h o l o g ya n df u n c t i o n so fs o l e u s i nh i n d l i m b - u n l o a d i n gr a t ss oa st od i s c o v e r e f f e c t i v ed r u g st op r e v e n tm u s c l ea t r o p h yc a u s e db yw e i g h t l e s s n e s s m e t h o d s s e tu ph i n d l i m b - u n l o a d i n gr a tm o d e l ，a n dc o n d u c ti n t r a g a s t r i cw a t e ri n s t i l l a t i o no f t h r e es u p p l e m e n t a t i o n sa n dt h e n ，( 1 ) o b s e r v ec h a n g e si nt h es h a p eo fs k e l e t a lm u s c l e a f t e rh es t a i n i n g m e a n w h i l e ，m e a s u r ea n da n a l y z em u s c l ew e tw e i g h t ( m w w ) a n d m u s c l ew e tw e i g h tt ob o d yw e i g h tr a t i o ( m w w b w ) ( 2 ) a d o p th i s t o c h e m i s t r y m e t h o dt oo b s e r v ee f f e c t so na c t i v i t yo fm a t p a s eo fs o l a n a l y z ee f f e c t so ni s o f o r m o fm y o s i nh e a v yc h a i ni ns k e l e t a lm u s c l eb ys o d i u md o d e c y ls u l f a t e - p o l y a c r y l a m i d e g e le l e c t r o p h o r e s i s ( s d s p a g e ) ( 3 ) m e a s u r ef u n c t i o np a r a m e t e r so fs k e l e t a lm u s c l e a n da n a l y z ee f f e c t so nm u s c l es t r e n g t ha n dc o n t r a c t i l et i m e 1 k s u i t 1 e f f e c t so nm o r p h o l o g ya n df u n c t i o no fs k e l e t a lm u s c l ei nh i n d l i m b u n l o a d i n gr a t s c o m p a r e dt oc o n t r a s t ( c o n ) g r o u p ，a f t e r1 4d a y sh i n d l i m b u n l o a d i n g ( h u ) a n d v 西j 匕大掌硕士学位沦文 h i n d l i m b - u n l o a d i n gp l u si n t r a g a s t r i cw a t e ri n s t i l l a t i o n ( h u w ) g r o u ph a da p p a r e n t l y s h r u n ks o l , l o o s es t r u c t u r e ，a n dc l e a rc h a n g e si ns h a p e a l t h o u g h ，i th a sn o s i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei nb o d yw e i g h t ( b w ) ，b o t hm w w a n dm w w b wd r o p p e d i n d i c a t i n go b v i o u sa t r o p h y c r o s ss e c t i o n a la r e a ( c s a ) o fs o l f i b e ria n df i b e r1 1 w e r es i g n i f i c a n t l yl o w e rt h a nc o ng r o u p ，c s ao fs i n g l em u s c l ef i b e rd r o p p e dn o t a b l y m e a n w h i l e ，t h ep e r c e n t a g e so fs o lf i b e rid e c r e a s e da n dt h ep e r c e n t a g e so ff i b e ri i i n c r e a s e di nh ua n dh u - wg r o u p ( p o 0 0 1 ) ，a n dt h e r ei sat r a n s f o r m a t i o nt r e n do f m u s c l ef i b e rf r o ms l o w t w i t c hf i b e rt of a s t t w i t c hf i b e r t h ea n a l y s i so fm y o s i n i s o f o r mb ys d s - p a g er e p r e s e n t e ds u c hc h a n g e s m o r e o v e r , i s o m e t r i ct w i t c hf o r c e a n dt e t a n i ct e n s i o n ( p o ) i nh u - wg r o u pb o t hd e c l i n e dc l e a r l y ( p 0 0 1 ；p 0 0 5 ) w h i l et i m et op e a kt e n s i o n ( da n dh a l fr e l a x a t i o nt i m e ( h r t ) s i g n i f i c a n t l yd e c l i n e d ， i n d i c a t i n gt h a ts i m u l a t e dw e i g h t l e s s n e s sr e s u l t e di nd e c l i n e i nc o n t r a c t i l et e n s i o n ， a c c e l e r a t e da t r o p h ya n dt h e r ew a saf i e n df r o ms l o w - t w i t c ht of a s t t w i t c hi ns o l f i b e r s 2 e f f e c t so ft h r e es u p p l e m e n t a t i o n so nm o r p h o l o g ya n df u n c t i o ni ns o l e u sm u s c l eo f h i n d l i m b - u n l o a d i n gr a t s ( 1 ) d u r i n gh i n d l i m bu n l o a d i n gp e r i o d ，i n t r a g a s t r i c t h r e e s u p p l e m e n t a t i o n s i n s t i l l a t i o nw e r ea d m i n i s t e r e d c o m p a r e dt oh u wg r o u p ，m u s c l ef i b e rw a sc o m p a c t e r , d e t e r i o r a t e ds h a p ew a si m p r o v e d ，s k e l e t a lm u s c l em w wa n dm w w b wa p p a r e n t l y c l i m b e d ，e s p e c i a l l yh u - c cg r o u pi n c r e a s e d2 4 5 ( p 0 0 1 ) ，2 5 o ( p o o i ) a n d h u - c sg r o u pr o s eb y1 8 5 ( p 0 0 5 ) ，1 6 7 ( p o 0 5 ) ，a ne v i d e n tt r e n ds u g g e s t i n g t h a tc e r t a i nd o s a g e so fc h o l i n ec h l o r i d ea n dc i t i c o l i n ec a nr e s i s tw e i g h tl o s so f m u s c l ea n dc h a n g e si ns t r u c t u r eo fm u s c l ef i b e ru n d e rs i m u l a t e dw e i g h t l e s s n e s s ( 2 ) c o m p a r e d t oh u wg r o u p ，a f t e ri n t r a g a s t r i ct h r e es u p p l e m e n t a t i o n si n s t i l l a t i o n w e r ea d m i n i s t e r e di nh i n d l i m bu n l o a d i n gp e r i o d ，f i b e ria n df i b e ri io fs o li na l l g r o u p ss h o we v i d e n te x p a n s i o ni nf i b e rc s a ，i n c r e a s e dp r o p o r t i o n si nf i b e r ia n d d e c r e a s e dp r o p o r t i o n si nf i b e ri ia n di nt h r e eg r o u p sm h cio fs o li n c r e a s e db u t m h ci i ad e c l i n e d ，r e p r e s e n t i n gt h a tc e r t a i nd o s a g eo fs u p p l e m e n t a t i o n sc a nt os o m e v t 西j i ：犬掌司i 士掌位论文 e x t e n td e l a yo c c u r r e n c ea n de v o l u t i o no fw e i g h t l e s s n e s sc a u s e dm u s c l ea t r o p h y ( 3 ) c o m p a r e d t oh u - w g r o u p ，a f t e ri n t r a g a s t r i ct h r e es u p p l e m e n t a t i o n si n s t i l l a t i o n w e r ea d m i n i s t e r e di nh i n d l i m bu n l o a d i n gp e r i o d ，p oa n dt p ti nh u c cg r o u p i n c r e a s e d2 1 8 5 a n d2 3 9 0 r e s p e c t i v e l yw i t hs i g n i f i c a n td i f f e r e n c e ( p o 0 5 ) p t a n dh r ti nh u c sg r o u pa p p a r e n t l yi n c r e a s e d ( 5 3 7 2 ，p o 0 1 ；1 8 8 7 ，p o 0 5 ) ， s u g g e s t i n gt h a tb o t hc h o l i n ec h l o r i d ea n dc i t i c o l i n ec a n t os o m ee x t e n ta l l e v i a t ed r o p i nm u s c l es t r e n g t ha n da t r o p h yc a u s e db ys i m u l a t e dw e i g h t l e s s n e s sa n dp r e v e n t w e a k e n e df u n c t i o no fs k e l e t a lm u s c l ea n dt h et r a n s f o r m a t i o nf r o ms l o w t w i t c ht o f a s t t w i t c hf i b e r c o n c l u s i o n h i n d l i m bu n l o a d i n gc a nr e s u l ti na p p a r e n td i s u s ea t r o p h y , c h a n g ei nf i b e rt y p ea n d d e c r e a s ei nf u n c t i o n so fs o l e u sm u s c l e s a n ds o m es u p p l e m e n t a t i o n sc a na l l e v i a t et h e o c c u r r e n c ea n de v o l u t i o no fs u c hm u s c l ea t r o p h y e s p e c i a l l yc h o l i n ec h l o r i d eh a sa p r o m i n e n te f f e c t i tp e r h a p sb e c a u s et h a tc h o l i n ec h l o r i d ec a ne x c i t em u s c l es p i n d l e a n dn o u r i s hn e u r o m u s c u l a rj u n c t i o n f u r t h e rs t u d ys h o u l ds e tf o o ti ns e l e c t i o no f d o s a g ea n dp r o t e i na n a b o l i s mm e t a b o l i s m k e yw o r d ss i m u l a t e dw e i g h t l e s s n e s s ，m u s c l ea t r o p h y , h i n d l i m b - u n l o a d i n g ，s o l e u s ， s u p p l e m e n t a t i o n t h e s i st y p et h e o r e t i c a lr e s e a r c h v i i 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻 读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被 查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文。同时，本人保证，毕业后结台学位论文研究课题再撰写的文 章一律注明作者单位为西北大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者 指导教师签名：霞云豸 如7 年6 月7 日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 学位论文作者签名：多衫；易 嘲年c 具 必了口 | 匕 曩士曹啦崔，t 前言 失重或模拟失重状态下，人或动物的肌肉组织会发生一系列的生理、生化、 形态及功能等方面的变化，呈现出废用性萎缩的状态。表现为肌肉质量减少、肌 纤维横截面积变小、肌纤维由慢缩型( i 型) 向快缩型( 型) 的转变、肌肉蛋白合成 代谢减弱、分解代谢增强、毛细血管容量下降、血液供应减少、肌收缩力下降等。 所有这些变化不仅影响航天员完成航天活动的安全性，而且会制约其返回着陆时 的应急救生能力，此外，下肢骨骼肌萎缩还会减弱其第二泵的作用，可能成为心 血管功能紊乱或立位耐力不良的形成原因之一。所以对于肌萎缩的预防和治疗就 显得尤为重要，国内外学者对此十分重视，已成为航天医学和康复医学亟待解决 的问题之一 1 失重，模拟失重条件下肌肉萎缩的研究进展 1 1 失重性肌肉萎缩的实验模型 人类在地球以外的太空活动时，随时可能面临多种意想不到的困难和谜题， 失重性肌萎缩就是其中所面临的一种特殊现象。由于地球重力作用几乎完全消 失，生物有机体处于一种失重状态，肌肉就会因不用再发挥其在地球上的支撑作 用，从而出现了肌肉的废用性变化肌肉萎缩删呻喝加眠文“髓l 嗍。 研究失重性肌萎缩的最理想手段当然是发射地球轨道飞行器，搭载航天飞 船，摆脱地球引力，但实验花费巨大，不能普遍采用( m & 2 0 0 3 ) 目前主要是在地面 进行失重性肌萎缩实验，其模拟方法主要有以下几种一讯猢，) ： 1 1 1 卧床：人取水平位卧于床上，尽量减少活动，可在一定程度上模拟重力减 低时人体肌肉萎缩现象唧6 枷队1 9 9 7 ；c h o k e m s , 1 9 9 8 ) 。以后又在此基础上采用头低位 卧床，头低角度约为o o 一1 2 。之间( _ 般采用6 。) ，效果明显，广泛用于重力生理学 研究中删”曲d 嘲。但严格讲它不能使重力减低或消失，它只能部分模拟人的 低动力状态和血液分布状态。 1 1 2 浸水：被试者或动物浸泡在含有一定食盐的温水中，身穿特制服装，避免 盐水直接接触皮肤( _ 椭 1 9 9 9 ) 。盐水具有一定的浮力，可把人体或动物肢体轻轻 托起，以此模拟失重。其优点是被试者出现相似的模拟失重反应所需时间较少， 3 但有副作用，如体热平衡不易维持和身体不适感等。 1 1 3 悬吊法：用大鼠进行这类实验较多m 啊帕h 凰撇；k “m ，2 0 0 4 ；t h 0 ”“d b , 1 删。将动物用特殊装置悬吊起来，或悬吊躯体或悬吊尾部前肢着地，后肢悬 空，身体长轴与水平面呈3 0 。角，在笼中可自由活动，采食和饮水人类肢体失 重模型，可悬吊单侧下肢，对侧鞋底加高，拄拐行走，此时悬吊侧可进行自主关 节运动而不承重，该模型可以深入研究骨骼肌在废用状态下的改变 1 1 4 制动：将动物置于倾斜的狭小笼中，使其处于头低位和低动力状态，该方 法简单，操作方便，损伤较小，且效果可靠。也可作为模拟失重的一种动物模型似啊 d o , 1 9 t 1 4 ；b o o t h f w , i 鲐 7 ；i v e l r i - i , t w o ) 1 2 失重模拟失重条件下肌肉形态结构变化 地球表面出现原始生命至今的3 5 亿年过程中，生物的演化都是在地表1 g 重 力场下完成的，故机体的结构、功能和行为都对这种“无时不在、而又无法摆脱” 的力学环境取得了完善而又巧妙的适应，特别是骨骼肌形成了与地球重力环境相 适应的生理结构与功能特征。当人类从这种已经适应了机体正常运行的地球重力 环境下突然进入到太空那种微重力或者是无重力的环境当中时，原来用来抵制重 力作用、对身体起支撑作用的肌肉就变得“无所事事”，出现了部分机体萎缩、变 形甚至组织坏死等现象。人类4 0 多年的航天实践结果证明，航天失重数日即可 引起肌肉萎缩变化，在太空的时间越长，肌体萎缩越严重。 有资料显示，航天员在空间飞行一周左右，肌肉重量和体积就开始减少，肌 纤维出现萎缩，而蛋白质合成率降低，降解率增加，使收缩蛋白数量减少，单位 肌纤维的收缩力减少。同时为肌肉收缩提供能量的线粒体含量下降，导致肌肉力 量降低、疲劳性增加。 1 2 1肌肉重量和体积改变尾部悬吊可使大鼠肌肉重量减轻，体积减小在 生物卫星1 8 8 7 号上飞行1 2 5 天的大鼠，比目鱼肌出现广泛的组织坏死，组织中 出现巨噬细胞和卫星细胞，并且出现微出血点和水肿，比目鱼肌减轻2 2 7 ，腓 肠肌减轻1 0 7 。人头低位卧床2 0 天后，通过磁共振观察发现股四头肌的生理 横截面积减小，且股中间肌萎缩最明显( 却哪曲哪臣瑚n 失重引起的肌肉重量和 体积减小的主要原因是肌肉萎缩，同时还与失重前期因应激饮食量减少使肌肉营 4 r ，： | i i 士曩幢，p ： b i l l _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ - _ _ _ _ _ - - _ _ _ - _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ - _ - - - _ _ _ _ _ 养不足有关。 1 2 2肌肉形态结构的改变 失重或模拟失重条件下，抗重力肌比非抗重力肌萎缩程度大，慢肌比快肌萎 缩程度大，随着失重时间的延长，肌肉萎缩更明显。肌肉萎缩表现为肌肉重量和 体积的减少、肌纤维直径缩小和慢肌向快肌纤维转化，总的肌纤维数量不变 1 2 2 1肌纤维横截面积肌纤维横截面积减小是肌肉萎缩最直观的指标，随失 重时间的延长，肌纤维横截面积会逐渐减小，肌纤维密度相应增大，这在失重达 2 周时最明显。在s t s - 7 8 航天飞机上飞行1 7 天的航天员股外侧肌肌纤维横截面 积下降1 5 - 3 0 ，比目鱼肌肌纤维横截面积下降1 5 2 6 值得注意的是，鼠类的 i 型纤维( 慢肌纤维) 比型纤维( 快肌纤维) 容易萎缩，而人类型纤维的萎缩程 度则等于或大于l 型纤维叫g e a m1 9 嗡砌触盯1 9 9 9 ；鼬腿加仉1 其原因可能是失重 前肌纤维平均直径不同，鼠类型纤维较l 型纤维细些，而人类型纤维则较i 型纤维粗些，对于一定的纤维类型来说，肌纤维越粗则飞行后萎缩程度越大( e i m 眦 2 0 0 0 ) 肌纤维横截面积减小的主要原因是肌纤维蛋白质包括收缩蛋白和其他肌浆 蛋白质的含量下降。 1 2 2 2肌纤维类型改变失重状态下还会发生肌纤维类型的转变，表现为l 型 纤维数量减少，型纤维和混合型纤维数量增多，l 型纤维向纤维方向转化， 但肌纤维总数不变。这一改变主要发生在以i 型纤维为主的抗重力肌中( 如比目鱼 肌) ，在快肌( 如腓肠肌和趾长伸肌) 中变化不明显航天后的大鼠，其以慢肌为主 的比目鱼肌比以快肌为主的腓肠肌和胫骨前肌萎缩明显，慢氧化型纤维数量明显 减少，而中间型、快氧化一酵解型和酵解型纤维数量却增加f 珏如腿1 螂) 。大鼠吊 尾一周，比目鱼肌中i 型纤维数量就从8 2 降至7 4 ，型纤维数量由8 增至 2 6 ，混合型纤维也从1 0 升至1 8 ( r u m 吼2 0 0 0 ) 。肌纤维分型与其神经支配密切 相关，支配慢肌的神经发生退变，由支配快肌的神经取代，则原来的慢肌( i 型纤 维) 可转变为快肌( 型纤维) 。在失重状态下，用类似于慢肌运动神经纤维放电 频率的电刺激刺激比目鱼肌，可以防止肌纤维类型的转变，而类似于快肌频率刺 激则加速转变c l e c e n md 。1 9 9 4 ) 。所以肌纤维类型转变的直接原因可能就是脊髓运动神 经元或神经纤维发放或传导电冲动模式发生了改变。 5 r ，臻u j 叫莅，e 天 1 2 2 3肌纤维的超微结构变化失重条件下，肌肉的超微结构发生改变。肌膜 下线粒体含量，肌原纤维和线粒体含量都下降，a 带区线粒体增加，而i 带区的 线粒体却减少航天飞行1 7 天的大鼠，比目鱼肌肌纤维萎缩和线粒体减少，肌 原纤维在飞行后变细，出现萎缩，脂滴在飞行后也明显增加。对飞行后的大鼠长 收拇肌进行免疫组化检查，发现血小板、红细胞和纤维蛋白原抗体浓度升高。提 示有血栓的存在进一步检查，发现栓塞主要发生在毛细血管后静脉和少数的毛 细血管( 胡巧n l 哟宇航员飞行1 7 天后比目鱼肌活组织检查发现：细肌丝减少， 短肌丝增加，细肌丝密度在暗带重叠区明显下降，粗细肌丝比例增大。粗细肌丝 间距增加可促使初始状态下横桥分离，收缩速度加快。细肌丝密度减小，会使每 个细肌丝所承受的张力增加2 3 ，所以萎缩纤维就更易发生在负重后肌小节损伤 帅皿枷) 。 1 2 2 4蛋白质变化组织化学研究表明，在失重状态下，肌肉收缩蛋白的类型 和数量会发生变化，尤其是以慢缩肌为主的抗重力肌蛋白肌肉收缩蛋白包括肌 球蛋白和肌动蛋白，在失重状态下，这两种蛋白的含量都会减少，都会发生i 型 向型转变，但肌动蛋白对失重不敏感呻蛔耳姗) ，目前的研究多集中于肌球蛋 白的变化上，肌球蛋白重链和轻链表达的改变可引起肌肉收缩蛋白质和量的改 变