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顶天为立地 

 

航空航天生理学教研室  余志斌

 

 在空间生命科学研究领域,特别是航天医学研究领域,有一个永恒的研究主题为:“Life in space for life on earth”。也就是说,通过基础与应用研究,为中长期载人航天提供医学健康保障(顶天),同时,将航天医学研究中所取得的成果服务于人类医学的发展(立地)。我们在凝练学科学术研究发展方向时,始终贯彻这一理念,瞄准国际前沿,基于本教研室多年的研究基础与仪器设备条件,最终确立当前一段时间内的学科学术发展方向。

 那么,本研究领域的国际前沿在何处呢?

 失重和/或模拟失重可导致机体发生心血管功能失调、骨骼肌萎缩、骨质丧失与平衡机能失调等等诸多改变,其中,心血管功能失调是载人航天活动中首先遇到的机体不良反应,也是迄今尚未完全解决的一个重要问题。如女航天员Piper则是一个典型的实例:20069月亚特兰蒂斯(Atlantis)号航天飞机航天飞行12天后,返回地面的航天员Piper参加了为她举行的欢迎与新闻发布会,Piper在讲话过程,因立位耐力不良突然发生晕厥,平卧稍稍休息后,她再次站到讲台前,但是,她面色苍白,本想说句俏皮话,话未讲完,又发生第二次晕厥。航天飞行引起的航天员心血管功能失调,主要表现为立位耐力不良,即人在航天飞行返回地面站立时,不能保持血压稳定而发生晕厥前征兆,甚至晕厥。这一关键性问题之所以一直未解决,主要是对其发生机理尚未完全阐明。

 为了防止或减轻航天飞行对机体产生的不良影响,各载人航天国家采用了有氧与无氧运动、药物、营养、口服盐水与穿抗荷服等多项对抗措施,但均不具备全面的对抗效果。目前,人工重力性对抗措施已成为关注的焦点,但对其实施的最佳方案与防护机理尚待探明。

 因此,我们教研室从上世纪80年代初就开始进行立位耐力不良机理的探寻研究工作。在14项国家自然科学基金、4项国家教育部人才基金与15项军队863、军队重点与面上项目的资助下,建立了改进的大、小鼠尾部悬吊地面模拟失重模型。本室的大鼠尾部悬吊模型应激轻、悬吊120天无尾部损伤[Zhang LF, Yu ZB, Ma J, Mao QW. Aviat Space Environ Med. 2001;72(6):567-75][Yu ZB, Gao F, Feng HZH, Jin JP. Am J Physiol Cell Physiol. 2007;292(3):C1192-203],为开展长期模拟失重研究奠定了基础。该模型为国际公认的地面模拟失重的动物模型,此模型的创建者,美国学者Morey-Holton博士统计,至2005年底,我国共发表研究论文93篇,我们教研室发表研究论文占其中的40%。通过近30年的系统研究,我们从心脏与血管两方面部分阐明了立为耐力不良的发生机理。在心脏方面1)发现模拟失重大鼠心肌收缩性能降低及其变化的时间过程;2)阐明心肌收缩性能降低机理涉及两个环节:收缩蛋白调节功能改变 [Yu ZB, Zhang LF, Jin JP. J Biol Chem. 2001;276(19):15753-60];肌浆网钙转运功能改变 [Yu ZB, Jin JP. Arch Biochem Biophys. 2007; 461:138-145]3)cTnI-ND转基因小鼠模型,证明心肌细胞收缩功能改变与模拟失重大鼠类似[Barbato JC, Jin JP. J Biol Chem. 2005;280(8):6602-9]。在血管方面发现1)模拟失重大鼠脑与后身血管发生区域性差异重塑[Zhang LF. Invited review: J Appl Physiol. 2001;91(6):2415-30]2)脑与后身血管局部RASNOS表达水平改变[Ma J, Kahwaji CI, Ni Z, Vaziri ND, Purdy RE. J Appl Physiol. 2003;94(1):83-92][Bao J-X, Zhang L-F, Ma J.007 78(9):852-858.]3)脑动脉平滑肌细胞电压依赖性钾离子(Kv)通道功能降低,大电导钙激活钾离子(BKCa)CaL通道功能增强[Fu ZJ, Xie MJ, Zhang LF, Cheng HW, Ma J. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2004;287(4):H1505-15][Xie MJ, Zhang LF, Ma J, Cheng HW. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2005;289(3):H1265-76][Xue JH, Zhang LF, Ma J, Xie MJ. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2007;293(1):H691-701]。另外,初步证明人工重力具有较全面的对抗效果,不同系统所需1G人工重力对抗的作用时间不同[Sun B, Zhang LF, et al. J Appl Physiol. 2004;97(3):1022-31]

 对于已经适应1G重力环境的成年人与动物,失重或模拟失重带来的是不利影响,为保障长期飞行航天员的健康与工作能力,我们必须进行系统而深入的研究。对于细胞、发育的器官与胚胎的发育,微重力环境可能是必须的、有利的环境因素。众所周知,无论是卵生动物,还是胎生动物,其胚胎均在水环境中发育,由于水的浮力作用,其实质是对发育中的胚胎形成一个微重力环境。因此,基于这一事实,航天生理学的研究可为地面的医学服务。

 综上所述,我们凝练的学科学术发展方向为:

 1.中长期模拟失重对心血管系统不利影响机理与对抗措施研究;

 2.微重力环境在心肌与血管发育中的作用、机理及其临床应用。

 预期目标是:制定新一代对抗措施——最适间断人工重力方案;功能性心肌组织修复损伤心脏。

 最后,我汇报一点体会:

 学科方向,

 犹如太空中见到的第一缕曙光,

 给我们惊喜,

 引领我们前行。

 谢谢大家!

                                         200873

 
 
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