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现代高性能战斗机在机动飞行中所产生的正加速度(+Gz)具有高G值(>9 Gz)、快增长率(>6 G/s)、持续时间长并可反复出现等特点。随着高性能战斗机装备部队,职业飞行员重复高+Gz暴露后心脏的损伤现象受到人们的重视。1988-1992年美国空军飞行员在飞行中发生心肌梗死、心绞痛和心源性死亡每年约7.6件。高性能战斗机飞行员的肺动脉灌注不足、三尖瓣返流及肺动脉灌注不足伴三尖瓣返流的发生率为非飞行员的数倍。人体暴露于+Gz环境后,心律失常发生率高,并随+Gz负荷强度的增加而增多。发生类型从窦性心律不齐到室性心动过速、心跳暂停各种类型均有发生。虽然其中大多数是对+Gz应激环境的生理反应,不对飞行安全造成威胁。但某些类型的心律失常,如室性心动过速,阵发性室上性心动过速,阵发性房颤,房室传导阻滞等,常与心脏的异常有关,发生这些类型心律失常的飞行员应立即停止加速度训练,作进一步检查多能发现心脏病理性改变。缝隙连接是哺乳动物心肌细胞间普遍的存在着一种低阻的特殊通道,能保证心脏兴奋冲动的迅速传播和电活动的同步性,在心室肌主要由连接蛋白43(connexin43,Cx43)构成,它的分布及功能状态与心肌电传导方向、速度密切相关。缝隙连接蛋白Cx43分布的减少、紊乱、亚型改变及脱偶联等在临床疾病并发心律失常的发生机制中占有重要地位。本研究利用动物离心机模拟+Gz环境,观察了不同G值水平、持续1周的+Gz暴露后大鼠心室肌超微结构和Cx43蛋白表达及分布的改变,旨在阐明Cx43蛋白的改变在+Gz致心律失常的发生中起的作用,为进一步揭示+Gz对心脏的影响机制,发展新型防护措施提供理论依据。本研究采用第四军医大学实验动物研究中心提供的健康成年雄性SD大鼠,在动物离心机上进行+Gz暴露。取大鼠心室肌,采用透射电镜的方法观察了+Gz暴露后大鼠心室肌超微结构的改变;利用免疫组化和Western Blot的技术观察+Gz暴露后大鼠心室肌Cx43蛋白表达及分布的改变并分析其变化规律。本研究主要结果及发现如下:1. +Gz重复暴露后大鼠心室肌的形态学改变本实验观察了+Gz重复暴露对大鼠心室肌形态学的影响。结果表明,+6Gz、+10Gz重复暴露后大鼠心室肌HE染色与对照组相比,未见明显差别。本实验采用透射电镜的方法进一步观察了+Gz重复暴露对大鼠心室肌超微结构的影响。结果发现,+6Gz重复暴露后即刻大鼠心室肌纤维排列基本整齐;肌浆网轻度扩张,线粒体改变不明显;间质明显水肿,有少量炎性细胞漏出;毛细血管广泛的扩张。细胞连接松散,间距拉大,但结构尚能辨认清楚。+6Gz重复暴露后1天与暴露后即刻相比未见明显区别。+10Gz重复暴露后即刻大鼠心室肌细胞水肿,少量心室肌肌丝出现断裂;细胞核内异染色质增多、边集;肌浆网显著扩张;线粒体反应性增生肥大;间质水肿,有少量炎性细胞浸润,局部还可见到红细胞。部分闰盘连接完全破坏,细胞连接不清晰,结构难以辨认。+10Gz重复暴露后1天与暴露后即刻相比未见明显区别。结果提示:+6Gz/3min重复暴露1周可引起大鼠心室肌超微结构的轻微改变。而+10Gz/3min重复暴露1周可造成大鼠心室肌超微结构的明显改变。2. +Gz重复暴露后大鼠心室肌Cx43蛋白表达及分布的改变本实验采用免疫组化的方法观察了+Gz重复暴露对大鼠心室肌Cx43蛋白表达及分布的影响。结果发现,对照组的大鼠心室肌Cx43蛋白,分布高度规律,大部分位于与心肌纤维长轴垂直的心肌细胞纵向连接(端-端连接)处,即闰盘部位;少数位于与心肌纤维长轴平行的横向连接(侧-侧连接)处。+Gz暴露后大鼠心室肌Cx43蛋白分布紊乱,在细胞侧-侧连接处表达增加,细胞端-端连接处表达明显减少,纵横比例失衡。随着恢复时间的延长,Cx43蛋白的表达量逐渐恢复,细胞端-端连接处的阳性分布也逐渐增加;但在+Gz暴露后7天,Cx43蛋白表达和分布仍未恢复到对照组的水平。+10Gz/3min比+6Gz/3min暴露引起的心室肌Cx43蛋白的改变更明显。结果提示:+Gz重复暴露可引起大鼠Cx43分布方式明显紊乱,在心肌细胞侧-侧连接处的表达明显增加,在心肌细胞端-端连接处的表达减少。本实验通过Western Blot的方法观察了+Gz重复暴露对大鼠心室肌Cx43蛋白表达的影响。结果表明,+6Gz组与+10Gz组的Cx43蛋白表达量,在各时间点与相应的对照相比均明显减少(P<0.001),以暴露后即刻减少得最为明显,且随着时间的延长,表达逐渐恢复,但在暴露后7天,两组的Cx43表达量仍未恢复对照组水平。Cx43蛋白的上述改变在+10Gz组较+6Gz组更为显著。结果提示:+Gz重复暴露可引起大鼠心室肌缝隙连接蛋白Cx43表达量的一过性减少。综上所述,本研究利用电镜、免疫组化及Western Blot等方法,探讨了+Gz暴露对大鼠心室肌超微结构和Cx43蛋白表达及分布的影响,主要得出了如下结论:+6Gz/3min和+10Gz/3min重复暴露1周后,可引起大鼠心室肌细胞间超微结构的改变,Cx43蛋白的表达的一过性的减少,分布方式明显紊乱,而+10Gz/3min比+6Gz/3min暴露引起的超微结构和Cx43蛋白的改变更明显。这种改变可能在+Gz致心律失常的发生过程中起重要作用。