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离心机进行飞行员高空飞行过程中肠道研究

飞行员在高空飞行时,产生的向心加速度方向是由座舱底部到座舱盖,同时飞行员也会受到与加速度方向相反的惯性离心力作用,其方向由头端指向足,航空医学中称此为+Gz。近年来,国内外学者多数利用离心机模拟加速度暴露进行相关实验研究。与以往研究一样,本研究采用的动物离心机由计算机程序控制,操作准确,方便,可重复。目前已有大量研究证实+Gz暴露可引起记忆力减退、心肌缺血、胃溃疡、炎症性肠病等,对全身各组织系统均有不同程度影响,但关于肠道屏障方面的研究较少。本研究主要从肠道屏障方面探讨+Gz暴露引起肠道损伤的相关因素,并设置多种+Gz值,以比较不同程度+Gz暴露对大鼠肠道屏障的影响,为进一

步加强飞行员胃肠病防护提供新的启示。近年来,人们对于肠道的研究已不仅仅局限于肠道的消化吸收功能,随着对全身炎症反应综合征、炎症性肠病、肠源性感染等疾病的进一步认识,肠道的屏障功能越来越受到重视。肠道屏障包括机械屏障、生物屏障、化学屏障及免疫屏障,前3者属于肠黏膜非特异性免疫屏障,后者为肠黏膜的特异性免疫屏障,肠道机械屏障由肠黏膜上皮细胞、上皮细胞侧面的细胞连接、上皮基膜及上皮表面的菌膜组成,可防止肠腔的大分子物质向肠壁渗透、肠壁固有层的物质进入肠腔,是肠道屏障的结构基础。肠黏膜通透性是反映肠道黏膜机械屏障受损的重要指标,研究证实,炎症、创伤、休克、大出血等应激性

刺激导致肠道黏膜出现形态学变化之前,肠黏膜通透性已经增高。

血清D-乳酸及DAO水平可较好地反映肠黏膜通透性及机械屏障受损程度。D-乳酸是细菌发酵的代谢产物,肠道内多种细菌均可产生,如克雷伯杆菌、大肠杆菌、乳酸杆菌属、拟杆菌属等。通常情况下,哺乳动物组织不能或仅能缓慢代谢D-乳酸,因为D-乳酸只有在D-乳酸脱氢酶的作用下才能被降解,而哺乳类动物体内只有L-乳酸脱氢酶,不具备将其快速降解的酶系统[14]。当肠道受到各种刺激导致机械屏障受损时,肠道黏膜通透性增高,肠道内细菌产生的D-乳酸可透过肠道进入血液循环,故检测体循环中D-乳酸水平,可反映肠道通透性变化及机械屏障损伤程度。DAO是存在于肠黏膜上层绒毛胞浆中具有高度活性的细胞内酶,其活性与肠黏膜绒毛高度及肠黏膜细胞的核酸和蛋白合成密切相关。DAO主要存在于小肠黏膜上层绒毛中,在其他组织中含量很少,其含量变化主要源自肠黏膜坏死细胞脱落,DAO释放增加,DAO通过肠道细胞间隙进入淋巴管、血管,使肠黏膜DAO活性降低,体循环中DAO含量升高,故检测外周血DAO活性亦可反映小肠黏膜上皮损伤程度,是评价肠道机械屏障较为理想的指标。

本实验中笔者观察到+Gz暴露后大鼠肠道充血,甚至出现散在出血点,小肠上皮细胞变性、坏死、脱落于肠腔,肠绒毛出现不同程度形态学改变,使细胞间紧密连接破坏,细胞间隙增大,肠道通透性增强,肠道机械屏障受损,肠道中D-乳酸及DAO通过受损肠壁释放入血,造成外周血中D-乳酸及DAO水平明显升高,实验中笔者还观察到随+Gz值的增大,血清D-乳酸及DAO水平也随之升高,说明机械屏障损伤程度与+Gz暴露值有关。肠道屏障受损,使肠道自我保护能力下降,同时肠道内各种细菌及毒素通过肠壁释放入血,造成机体内环境紊乱,从而引起消化系统乃至全身各系统疾病,影响飞行员飞行质量。

经分析,+Gz暴露造成肠黏膜机械屏障的损伤可能有以下几个原因:

①肠黏膜缺血、缺氧损伤。+Gz应激状态下机体血液重新分配,同时个体受到惯性离心力作用,导致组织及血液的移位,肠道血流减少,有效循环不足。此外,实验和临床研究都证明,体循环灌流恢复以后,胃肠道等内脏器官仍处于低灌流状态,即胃肠道是最早发生缺血,却又最晚得到恢复的器官。一系列的血流动力学改变加重肠黏膜缺血,引起肠上皮细胞内氧供量减少,氧耗量增加,当超过上皮细胞的代偿能力时,细胞内出现厌氧代谢、酸中毒,并激活黄嘌呤氧化酶产生过量氧自由基,损伤肠上皮细胞,破坏肠道黏膜。

②肠源性内毒素血症。杨加玲等研究证实,过度训练后的大鼠肠黏膜出现内毒素易位。同样,高水平的+Gz刺激下,肠道受到缺血、缺氧、感染等打击,肠黏膜通透性提高,肠道细菌大量繁殖,产生大量内毒素,穿透受损肠壁进入血液循环,形成肠源性内毒素血症。内毒素一方面可刺激单核-巨噬细胞系统,直接引起肠黏膜水肿、糜烂、溃疡和出血;另一方面,内毒素还是炎症级联反应最重要的触发剂,可引起肿瘤坏死因子、血小板活化因子及白介素等多种炎症介质和细胞因子释放,造成多种组织和器官损害,形成恶性循环,提高肠壁通透性,进一步促使肠源性内毒素血症的发生。

③肠黏膜营养障碍。肠黏膜营养障碍可影响肠道上皮细胞的增生,造成肠黏膜萎缩。研究证实,谷氨酰胺能明显改善肠道血流量及肠上皮黏液层的功能,并可增强肠道免疫。飞行员在应激状态下,对谷氨酰胺利用量增加,造成机体谷氨酰胺的相对缺乏,使肠道绒毛上皮脱落,绒毛高度降低,黏膜萎缩,隐窝变浅,毛细血管充血,肠黏膜通透性提高,机械屏障遭到破坏。

综上所述,笔者认为,+Gz暴露可破坏肠黏膜机械屏障,并且破坏程度与+Gz暴露值有关。针对+Gz暴露引起的肠道屏障功能障碍,飞行训练时飞行员可采取一定的预防性措施,比如给予一定营养支持,以增强肠道屏障功能,减轻飞行过程中加速度暴露对飞行员身体健康造成的损害。但对同一加速度刺激下,不同时间D-乳酸及DAO水平的变化尚不清楚,将在以后的研究中继续探索。