Gz与噪声复合应激对大鼠学习记忆功能影响

【摘　要】目的: 探讨中等强度正加速度和噪声复合应激对大鼠学习记忆功能的影响. 方法: 雄性SD 大鼠32 只随机分为对照组、+ 6 GzP3 min 组、90 dB(A)P30 min 噪声组、+ 6 GzP3 min和90 dB(A)P30 min 噪声复合应激组4 组,每组8 只. 采用Y2型迷宫实验和避暗实验观察应激后不同时间大鼠学习记忆功能的变化. 结果: + Gz 组大鼠正确率在暴露后2 , 4 和6 d 较对照组均显著下降( P < 0. 01) ,反应时均显著延长( P < 0.01) . 复合应激组大鼠正确率在暴露后各时间点较对照组和噪声组均显著降低( P < 0. 01) ,反应时均显著延长( P < 0.01) ,而较+ Gz 组则均无显著变化;总时间和错误数在暴露后即刻较对照组显著增加( P < 0. 01) ,潜伏期在暴露后即刻显著缩短( P < 0. 05) ,在暴露后6 d 时仍显著缩短( P < 0. 05) . 结论: + 6 GzP3 min 和90 dB(A)P30 min 噪声复合应激可引起大鼠持续性学习记忆功能障碍.

【关键词】应激，正加速度，噪声，学习记忆，大鼠

0 　引言

**飞行特殊的工作环境,使战斗机飞行员不可避免地暴露于各种应激源,其中两种较为常见的航空应激源为正加速度( + Gz) 和噪声,已成为威胁飞行**的重要因素. 故探讨其复合应激作用对飞行人员工作能力的影响及其机制具有重要的现实意义. 我们以往的研究工作表明, 高G( + 10 GzP3 min) 和90dB (A)P30 min 噪声复合应激可引起大鼠持续性学习记忆功能障碍,其中以高G为主要影响因素[1 ] . 然而在实际飞行过程中,战斗机飞行员可以通过自身对飞行动作及飞机姿态的调整,得以部分地避免过高G值的产生,因此实际通常暴露于中等强度( + 6 Gz 左右) 的正加速度之下. 但有关中等G值的+ Gz 和噪声复合应激作用对大鼠学习记忆功能的影响报道较少. 本研究我们旨在探讨+ 6 GzP3 min 和90 dB (A)P30 min 噪声复合应激后大鼠学习记忆功能的变化规律.

1 　材料和方法

1. 1 　材料　雄性SD 大鼠32 只,体质量(165 ±10) g. 实验前先在实验环境下饲养1 wk ,使其适应实验环境,排除惊吓、环境等因素对大鼠学习和记忆的影响. 将大鼠随机分为对照组、噪声组、+ Gz 组和复合应激组4 组,每组8只.

1. 2 　方法

1. 2. 1 　加速度和噪声作用方式　采用动物离心机进行+ Gz 暴露,动物离心机的半径为2 m ,可模拟的正加速度范围为+ 1～ + 12 Gz ,由计算机进行加速度程序控制. 利用自制的有机玻璃盒(容积为15 cm ×5cm ×3 cm) 承载大鼠,并水平固定于离心机的转臂上,大鼠头部朝向离心机旋转轴心. 噪声由UZ23 型白噪声发生器(北京长城无线电厂) 产生. + Gz 组大鼠G值暴露水平为+ 6 Gz ,峰值作用时间为3 min ,加速度增长率为1 GPs. 噪声组大鼠噪声暴露水平为90 dB(A) ,频率1000 Hz ,作用时间为30 min. 复合应激组大鼠噪声作用条件同噪声组,从噪声作用的第27 分钟开始复合+ 6 Gz 暴露3 min ,加速度作用条件和+Gz 组相同. 对照组大鼠仅放置于有机玻璃盒中3min ,不进行+ Gz 和噪声暴露.1. 2. 2 　Y2型迷宫实验　Y2型迷宫即三等分辐射式迷路箱,由三个支臂和一个连接区组成,三臂相互间夹角为120°,每臂长40 cm ,宽15 cm ,底部铺以直径为5mm、间距为6 mm 的铜棒[2 ] . 各臂末端装有信号灯,信号灯打开指示该臂为**区,即该臂底部不通电.**区的方位按照A →C →B 变换,当某臂为**区时,另两臂和连接区均带有刺激电压. 实验在安静、光线较暗的环境中进行. 实验开始时,将大鼠放入迷宫的B 臂中,使其适应环境1 min ,然后通电,A 灯亮,经过5 s 的延时后,不亮灯的两臂及连接区开始通电,电击电压为40 V. 此时灯光仍持续60 s ,然后熄灯,即完成一次测试. 每次实验进行15 次测试,记录大鼠的正确率和反应时. 反应时为**臂亮灯开始到大鼠到达**臂所用时间. 分别记录不同应激后即刻、2 , 4 和6 d 的成绩.

1. 2. 3 　避暗实验　实验箱由明、暗两个箱子组成,箱底铺以铜网,暗箱通以40 V 交流电. 暗箱与明箱相连的壁中央有洞,大鼠可以自由通过[3 ] . 首先将大鼠放入明箱中,由于其钻洞及趋黑本性,则钻入暗箱中,大鼠因遭受电击而逃回明箱中,此即为一次学习. 以大鼠在明箱中停留时间超过5 min 为学会. 记录大鼠在应激后即刻及6 d 时学会用的总时间、潜伏期和错误数.

所有实验时间为每日上午8 :00～12 :00 ,在同一环境相似的条件下进行.

统计学处理: 所有数据以x ±s 表示,采用SPSS

10. 0 for windows 对Y2型迷宫实验结果进行重复测量方差分析,对避暗实验结果进行非参数秩和检验.

2 　结果

2. 1 　正确率和反应时的变化　+ Gz 组大鼠正确率在暴露后2 ,4 和6 d 时较对照组均显著降低( P <

0. 01) ,噪声组大鼠仅在暴露后即刻较对照组显著降低( P < 0. 05) ;复合应激组大鼠在暴露后各时间点较对照组和噪声组均显著降低( P < 0. 01) ,而与+ Gz 组相比则均无显著性差异(Fig 1) .

图1 　复合应激后大鼠正确率的变化

　　+ Gz 组大鼠反应时在暴露后2 ,4 和6 d 时较对照组均显著延长( P < 0. 01) ,而噪声组大鼠在暴露后各时间点较对照组均无显著变化;复合应激组大鼠反应时在暴露后各时间点较对照组和噪声组均显著延

长( P < 0. 01) ,而与+ Gz 组相比则均无显著性差异(Fig 2) .

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

图2 　复合应激后大鼠反应时的变化

2. 2 　总时间、潜伏期和错误数的变化　在暴露后即刻, + Gz 组和噪声组大鼠的总时间、潜伏期及错误数较对照组均无显著性差异,而复合应激组大鼠总时间和错误数均显著增加( P < 0. 01) ,潜伏期显著缩短( P < 0. 05) ;在暴露后6 d 时, + Gz 组和复合应激组大鼠潜伏期较对照组均显著缩短( P < 0. 05 ,Tab 1) .

表1 　应激后大鼠总时间、潜伏期、错误数的变化

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. 0a

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

aP < 0. 05 ,bP < 0. 01 vs control .

3 　讨论

随着新一代高性能战斗机的装备,飞行员已较以往任何时候都更加频繁的暴露于各种**的航空应激因素之下,其中*为常见且危害较大的就是正加速度和噪声. 其对飞行人员智力水平和工作能力的不利影响已逐渐引起航空医学工作者的高度重视. 本研究我们采用Y2型迷宫、避暗实验等行为学实验方法,观察了中等强度的正加速度和噪声复合应激后大鼠学习记忆功能的变化情况,发现+ 6 GzP3 min 和90dB (A)P30 min 噪声复合应激可引起大鼠持续性学习记忆功能障碍.正加速度对脑的影响一直受到国内外学者的普遍关注. 围绕高G值暴露后脑组织病理学变化开展了大量实验工作,观察了高G值后脑组织形态的变化,系统地揭示了高G暴露致脑损伤的性质、时程及其机制[4 ,5 ] . 在此基础上,又进一步探讨了正加速度对脑功能的影响[1 ,6 ] . 韦应波等[6 ] 采用Y2型迷宫、旷场分析实验和避暗实验等行为学试验方法,观察了不同强度和作用时间的+ Gz 暴露后,大鼠的记忆功能和行为学的变化情况,发现+ 10 GzP3 min 暴露可引起大鼠暂时性记忆保持功能障碍,但+ 6 GzP3 min 暴露后大鼠的记忆功能无明显变化. 本实验结果显示, +6 GzP3 min 组大鼠正确率在暴露后2 , 4 及6 d 均显著降低,反应时均显著延长,表明+ 6 GzP3 min 暴露可引起大鼠学习功能持续性降低. 以上结果提示,虽然学习功能与记忆功能是密切相关的两个脑功能,但是在+ Gz 暴露后,学习和记忆两个功能的变化可能存在某种差异,学习能力的改变较之记忆功能可能对缺血缺氧改变更敏感,即学习功能更易受到+ Gz 暴露的影响. 其原因可能是由于在学习过程中达到学会程度需要形成长期记忆,而长期记忆需要有新的蛋白质分子的合成,这可能与脑内某些长久性的功能和结构变化有关, + Gz 暴露导致的暂时性脑缺血缺氧变化抑制了大鼠的神经细胞的正常活动,从而可能使短期记忆向长期记忆的转化过程受阻,从而表现为大鼠学习能力的减退. 而经过训练达到学会程度的大鼠,已经形成了相应的长期记忆,即脑部相关脑区已经发生了某种结构变化,所以大鼠的记忆能力在其后的+Gz 暴露后得到了较好保持.

噪声暴露对人工作能力的影响,一直是公共卫生医学和职业医学的重要研究课题之一. 国内外学者曾采用多种行为学实验方法,研究了不同噪声暴露强度和暴露时间下人和动物学习记忆功能的变化,发现80～96 dB 的噪声暴露30 min 可引起人和动物学习记忆功能障碍[7 ,8 ] . 多数学者认为噪声主要影响学习能

力和短时记忆,而对长时性记忆没有影响或影响较小. 本实验结果表明,噪声组大鼠正确率仅在暴露后即刻显著降低,暴露后2 d 时已基本恢复,提示90 dB(A) 噪声暴露30 min 可引起大鼠暂时性学习记忆功能降低. 实验结果与以往的报道相一致[7 ,8 ] . 其机制可能为,在噪声作用下,噪声信息被投射到大脑皮层广泛区域,并使其超过正常兴奋程度,从而使电击造成的痛觉信息不能或减弱与控制产生回避反应的有关皮层建立暂时性联系,致使动物学习能力降低[9 ] .战斗机飞行员在飞行中常常暴露于正加速度和噪声等多种**环境因素之下,但有关正加速度和噪声复合应激对学习记忆的影响鲜有报道. 本实验结果表明,正加速度和噪声复合应激组大鼠在暴露后各时间点正确率均显著降低,反应时均显著延长,总时间和错误数显著增加,潜伏期显著缩短,提示+ 6 GzP30 min 和90 dB(A)P30 min 复合应激可以引起大鼠严重的持续性学习记忆功能障碍. 在正加速度和噪声同时作用下,两种应激因素具有一定的协同效应,复合应激较之单纯正加速度或噪声对大鼠学习记忆功能的影响在损害程度和持续时间上都有一定程度的加强.