【要害词】 模拟失重

Observation of morphology and calcium content of vestibular otoconia in rats in simulated weightlessness

　　【Abstract】 AIM: To observe the morphological changes of vestibular organs and to detect the calcium content of otoconia in rats after simulated weightlessness. METHODS: The changes of vestibular organs were investigated with scanning electron microscopy and in a model of simulated weightlessness by tailsuspension, and an Xray microanalysis was conducted. RESULTS: The vestibular otoconia became small, round and irregular in shape or with fissures and were loosely arranged in rats after 160day suspension in simulated weightlessness. The calcium content of otoconia markedly decreased（P<0.01）. CONCLUSION: Decreasing bone formation may be the main reason for the reducing calcium content in the otoconia. The headward distribution of blood volume may account for the morphological changes in the middle ear and inner ear.

　　【Keywords】 simulated weightlessness; otoconia; space motion sickness; Xray microanalysis

　　【摘要】 目的：模拟失重状态下观察大鼠前庭器官形态学改变和测量耳石中的钙含量. 方法：通过尾部悬吊法模拟失重状态制备试验模型，用扫描电子显微镜和X射线微区分析技术对其进行观察. 结果：尾部悬吊法模拟失重状态160 d后，实验大鼠前庭耳石变小、变圆、形态不规则或出现裂痕，同时，可见耳石结构松散，毫无规律，与正常大鼠不同；耳石中钙的含量也显著下降（P<0.01）. 结论：骨形成减少可能是引起耳石中钙含量减少的主要原因；而头部血流量的增多可能是中耳和内耳形态学改变的原因.

　　【要害词】 模拟失重; 耳石; 空晕病; X射线微区分析

　　0引言

　　空晕病是太空飞行时的常见问题，并且严重影响宇航员的太空工作能力，其机制目前尚不是很清楚［1］. 为研究空晕病的机制和前庭器官的改变，我们使用电子扫描显微镜和X线微量分析法来观察模拟失重状态下大鼠的前庭器官形态改变和测量大鼠耳石中钙含量.

　　1材料和方法

　　1.1材料

　　选用平均体质量为200 g的Wistar大鼠36只，随机分为实验组和对照组, 每组18只.

　　1.2方法

　　将实验组Wistar大鼠悬尾（头朝下成30°）处理160 d，模拟太空飞行时体液流动状态. 实验过程中，实验组大鼠的后肢全部与地面不接触，而前肢保持与地面接触且使其能够运动并进食. 实验组大鼠的体质量和食物的消耗量均受到监控. 对照组18只大鼠单独放置，其食物消耗与实验组大鼠相当. 所有实验动物都放置在24℃恒温, 人工控制动物室照明, 12 h明暗交替. 将大鼠用戊巴比妥钠麻醉（50 mg/kg）后，在解剖显微镜下进行解剖. 颞骨用20 g/L戊二醛固定. 观察中耳结构并将锤骨、蹬骨、砧骨、椭圆囊和球囊切片、脱水、包埋. 部分标本按照电子扫描显微镜观察的标准制备. 用日产日立S500电子扫描显微镜和Kevex公司生产的UX7000能量散射型X射线微区分析仪，对耳石形态和钙含量进行研究.

　　2结果

　　2.1扫描电子显微镜观察大鼠耳石呈白色水晶状. 经电子扫描显微镜检查发现，对照组大鼠椭圆囊和球囊的耳石为规则圆柱状（Fig 1A），表面光滑，两端呈圆锥状. 仅部分为多面体. 且所有均结构有序, 排列整洁. 在实验组，耳石形态不规则（Fig 1B）， 部分象球形，且与对照组不同，其耳石结构松散、无序、排列不整洁. 耳石中间出现小的耳石，耳石表面凹凸不平，可见小的球状物质、细微颗粒状物和裂缝.

　　2.2X射线微区分析对实验组和对照组大鼠椭圆囊、球囊和听小骨中耳石进行X射线微区分析仪检测. 通过钙峰光子数量和光子束强度分别计算出钙含量的相对值，进行团体t检验（方差不齐时用t′检验）. 结果发现大鼠模拟失重160 d后，前庭器椭圆囊和球囊以及听小骨中钙含量显著低于对照组（P<0.01，Tab 1）. 说明160 d模拟失重可引起大鼠前庭器椭圆囊和球囊形态改变，且引起前庭器椭圆囊和球囊以及听小骨中钙含量显著降低.表1尾部悬吊160 d后大鼠椭圆囊、球囊和听小骨中钙含量（略）

　　3讨论

　　太空实验进行较少且费用昂贵，这就促使人们建立一种地面失重模型. 其中一种方法是头低腿高卧床休息法. 结果发现，志愿者的生理改变和太空飞行后飞行员相似，出现肌肉组织减少，心血管和感觉神经适应性改变［2］. 卧床法一直是一种人体模拟失重状态的方法. 而将大鼠悬尾处理是一种损害性小且较悬背法优越的模拟失重状态的方法，实践证实这是一种很好的大鼠失重模型［3］.

　　宇航员在失重状态下将导致一系列生理改变，并将在其返回地球时出现严重的临床症状. 许多即刻和重要的改变是血脑屏障的改变，及骨骼和肌肉失重所导致的进行性心血管系统和骨骼肌系统改变［4］. 我们发现椭圆囊和球囊中耳石的形态发生改变，且耳石中钙含量下降. 太空飞行中骨组织丢失主要是由于骨形成减少所致. 失重状态下，骨化受抑，而股骨和软骨的已矿化组织去骨化明显. 去骨化在28 d的大鼠更为明显. 总之，尾部悬吊法处理后大鼠骨骼和骨髓中骨组织水平下降，骨和软骨的矿化受抑，而去骨化明显［5］.

　　钙离子在维持内耳的正常功能中起着很重要的作用. 佝偻病可引起耳蜗性耳聋，长时间失重致血容量重分布可能是引起耳石形态改变和钙含量降低的原因. 我们认为骨形成减少可能是耳石钙含量降低的主要原因. 头朝下所致血容量重分布可能是导致中耳和内耳形态改变的原因.

　　　【参考文献】

　　［1］ Edelmann E. Functionmorphological investigations of fish inner ear otoliths as basis forinterpretation of human space sickness［J］. Acta Astronaut，2002;50(4):261-266.

　　［2］ ElmannLarsen B, Schmitt D. Staying in bed to benefit ESAs astronauts and Europes citizens［J］. ESA Bull，2003;113:34-39.

　　［3］ 曹新生，杨连甲，吴兴裕，等. 21 d尾吊大鼠承重骨中骨形态发生蛋白、转化生长因子β含量的变化［J］. 航天医学与医学工程， 2003;16(4):269-271.

　　Cao XS, Yang LJ, Wu XY, et al. Changes of bone morphogenesis proteins and transforming growth factorbeta in hindlimb bones of 21 d tailsuspended rats［J］. Space Med Med Eng, 2003;16(4):269-271.

　　［4］ Hawkey A. The physical price of a ticket into space.［J］. J Br Interplanet Soc, 2003;56(56):152-159.

　　［5］ 付崇建,郁冰冰,杨连甲,等. 尾悬吊大鼠骨和骨髓中骨钙素的变化［J］. 航天医学与医学工程,2003; 16(4): 260-263.