人类对外层空间的探索以及太空资源的开发和利用带来航天活动的蓬勃发展。近年来,我国的航天事业取得了长足的进步。但航天事业的发展离不开航天医学的支持。航天器围绕地球旋转时,处于失重状态。但由于受到残余大气阻力、航天器自旋等因素影响,其内部表现为微重力环境。微重力环境对已适应地球重力影响的哺乳动物生物机能的影响,会阻碍人类的空间探索,因此已成为空间生命科学与空间细胞生物科学的研究热点。失重对生物机体的研究,最好将生物体置于宇宙空间飞行真实失重环境中进行。但由于航天飞行的载荷量低,空间狭小,成本高,大量的相关研究工作基本为地面模拟失重状态下进行。模拟失重的大鼠动物模型一般采用尾悬吊法。实验大鼠尾部悬于笼顶30°,前肢踏于笼底,可自由活动。此模型可以较理想地模拟失重条件下体液移动和制动的效果,是一种较好的失重模拟方法,几十年的航天实践及模拟失重研究证实,空间飞行会导致心血管功能障碍、骨质丢失、肌肉萎缩、免疫能下降、内分泌功能紊乱及空间运动病等多种生理和病理变化,研究也取得了很大的成果。但是对消化系统失重生理病理学的研究却十分局限,迄今国内外尚未见有关失重和模拟失重环境下肠道黏膜屏障的研究报道。胃肠道除作为消化吸收的器官,完成食物的消化、营养物质的吸收及废物的排泄外,由于肠道内存在众多的化学物质和大量的微生物,为避免这些外来物质对机体的损害,胃肠道还有一套完整的防御体系,即胃肠道的粘膜屏障功能。该屏障由粘膜机械屏障、免疫屏障、生物屏障和化学屏障四个层次构成。肠黏膜上皮细胞及其紧密连接是粘膜机械屏障的重要组成部分,它的完整性是黏膜屏障的基础。在肠道免疫中sIgA扮演着重要角色,它主要由肠粘膜固有层中的IgA浆细胞产生,当发生肠粘膜上皮受损时,势必影响到sIgA的分泌,削弱机体的免疫屏障功能。肠道淋巴样系统由具有分化功能并能产生局部免疫的淋巴细胞亚群所组成,参与免疫调节。任何原因造成免疫功能受损,均可引起肠粘膜免疫屏障功能减弱。本研究依据目前航天医学的现状而设立课题,进行模拟失重动物实验,观察微重力环境对肠黏膜机械及免疫屏障的的影响。研究方法:(1)选用清洁级成年健康雄性Wistar大鼠,适应饲养1周后进行实验。依照陈杰等设计的尾悬吊法(tail-suspension)建立模拟失重大鼠模型。各时相点实验结束时,腹腔注射戊巴比妥钠(45 mg/kg)将实验及对照动物麻醉,无菌操作,剖腹取材。(2)实验一:Wistar大鼠,随机分为5组:模拟失重1w组、模拟失重2w组、模拟失重3w组、模拟失重4w组以及地面对照组。酶法检测血中D-乳酸的变化水平,鲎试剂法测定门静脉内毒素水平,透射电镜观察回肠黏膜的超微结构变化。(3)实验二:Wistar大鼠,随机分为模拟失重组和对照组,分别设1 d、2 d、4 d、及7 d共4个时相点,用双抗体夹心ABC-ELISA法测定TNF-α的水平,免疫组织化学法检测肠道黏膜NF-κB表达,TUNEL法检测肠黏膜上皮细胞凋亡。(4)实验三:Wistar大鼠,随机分为模拟失重组和对照组,1 d、2 d、4 d、及7 d不同的时相点,免疫组织化学法检测肠黏膜sIgA的表达,TUNEL法原位检测肠黏膜下淋巴细胞的凋亡,免疫组织化学法检测肠黏膜CD4细胞数量的变化。(5)实验四:在模拟失重下,分6h,12h,24h,48h,96h不同时相点,应用免疫组化检测大鼠黏膜上皮Hsp70的表达。结果:(1)模拟失重对大鼠的肠壁超微结构破坏明显,表现为微绒毛排列紊乱脱落,外观极不平整,细胞间隙明显增宽,细胞桥粒连接模糊。线粒体内质网肿胀、空泡变性。以1W组明显。模拟失重1w组大鼠的血乳酸水平明显增高,然后逐渐下降。模拟失重4w组的血乳酸水平接近对照组水平。模拟失重1w组大鼠的门静脉血内毒素的水平明显增高,然后略有下降。3w、4w组的内毒素水平仍处高水平。(2)模拟失重状态下,血浆TNF-α的水平从第2d开始升高,4d最高,7d恢复到正常水平。1d组肠道黏膜NF-κB表达阳性率较对照组开始升高,2d、4d、7d阳性率明显高于对照组,7d模拟失重组的阳性表达仍在高水平。黏膜上皮细胞的凋亡1d明显增加,以后开始减慢,但7d后仍高于对照组。(3)模拟失重1d、2d组大鼠肠道黏膜sIgA分泌明显下降,4d开始明显上调、7d组sIgA的分泌量增多,但仍未恢复正常水平。模拟失重1d、2d组肠道黏膜的淋巴细胞凋亡明显,模拟失重4d、7d组凋亡率明显下降,逐渐恢复正常水平。模拟失重1d组肠道黏膜CD4细胞的数量明显下降,模拟失重2d、4d开始逐渐上升、7d组CD4细胞的数量接近正常水平。(4)模拟失重大鼠从6h开始肠黏膜高度表达Hsp70,24h达到高峰,48h略有下降,96h仍处在高表达的水平。结论:(1)血D-乳酸和门静脉内毒素浓度的增高,提示模拟失重造成了大鼠肠道黏膜通透性的增加。(2)模拟失重造成了肠黏膜超微结构的改变和黏膜上皮细胞的凋亡增加,这可能是黏膜通透性改变的基础。(3)模拟失重引起大鼠肠道黏膜NF-κB应激活化和血浆TNF-α的增高,提示炎性反应在失重状态下的肠道黏膜损害中起到一定作用。(4)模拟失重造成了大鼠肠道黏膜sIgA的分泌减少,淋巴细胞的凋亡增加,CD4细胞数量的减少,显示肠道黏膜的免疫屏障功能降低。(5)模拟失重是一种能诱导大鼠肠道黏膜Hsp70快速表达的典型应激原。