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（ 2003-05-22 14:42:38 ） 稿件來源： 科學時報
“神舟”系列飛船的發射成功，意味著中國人很快將實現載人航太的夢想。除了飛船技術的突破，如何保障航太員的健康也早已成為我國科學家關注的課題。日前，記者從航太醫學工程研究所細胞與分子生物學實驗室了解到，該實驗室的科學家們在保障航太員在軌飛行期間的安全和醫學防護方面獲得了一批重要成果。
微重力效應影響航太員身體健康
生物在長期的進化過程中，形成了與地球重力環境相適應的生理結構與功能特徵，但進入太空後，由於地球重力作用幾乎完全消失，生物有機體處於一種失重狀態。人類４０多年的航太實踐表明，微重力環境對航太員的健康、安全和工作能力會産生重要影響，中長期航太飛行可導致航太員出現多種生理、病理現象，主要表現為心血管功能障礙、骨丟失、免疫功能下降、肌肉萎縮、內分泌機能紊亂、工作能力下降等。
航太員心血管方面的保護是該實驗室的重要研究內容。研究負責人李瑩輝博士告訴記者，儘管航太員都經過一系列嚴格的心血管功能檢查，不存在任何心臟疾病，但在航太飛行中仍有很多人在靜息或出艙活動時出現室性、房性、結性期前收縮、房室分離或ＳＴ－Ｔ變化等心臟功能障礙；心肌細胞出現線粒體腫脹、嵴斷裂、ＡＴＰ酶活性下降等心肌的退行性變化，嚴重影響人體健康和工作效率，因而成為中長期載人航太飛行的一大障礙，也是迫切需要解決的航太醫學問題。
從細胞分子水準找辦法
近年來，科學家們已經從空間飛行效應的現象觀察深入到這些變化的機理研究，從宏觀的整體組織水準深入到微觀的細胞分子水準，以期通過研究空間環境因素導致人體生理、病理變化的內在發生機理，提出和制定針對性強的有效對抗防護措施。李瑩輝博士領導的課題組利用空間實時飛行、地面模擬等研究模型，在細胞分子學水準探索微重力因素對細胞的影響及其藥物防護作用。
李瑩輝博士介紹説，由於空間實驗機會難得，樣品數量有限，實驗費用高昂，開展地面模擬研究就成為航太醫學研究的必備手段。回轉器是目前國際公認的進行微重力細胞學效應研究的重要手段，大量空間實驗結果也證明了其有效性。因此他們建立了回轉器模擬失重動態心肌細胞培養模型，使具有正常搏動功能的心肌細胞在體外條件下連續培養１２６天；在建立該實驗模型的基礎上，針對微重力條件下的心肌收縮功能下降，重點研究了模擬微重力效應對心肌細胞一氧化氮途徑和細胞骨架系統的影響。
探索心肌功能受損的機理
據介紹，一氧化氮是有機體內一種重要的“信使”分子，廣泛參與細胞內信號的轉導過程，一氧化氮的濃度是心肌收縮和舒張的重要調控因子。實驗室研究人員通過檢測心肌細胞培養體系中的一氧化氮濃度，發現模擬微重力條件下心肌細胞一氧化氮的合成顯著加強。而心肌細胞中有兩種酶可以合成一氧化氮，一種是組成型一氧化氮合酶，另外一種是誘導型一氧化氮合酶。前者合成基礎水準的一氧化氮，為維持正常的心肌收縮所必需；而後者可合成高水準的一氧化氮，抑制心肌收縮，且對心肌細胞有一定的毒副作用。李瑩輝博士説，由於發現模擬微重力條件下後者表達上調，他們推測，通過這種途徑，心肌細胞合成了大量的一氧化氮，過高濃度的一氧化氮可能是導致失重條件下心肌細胞收縮功能下降的重要原因。進一步的實驗表明，模擬微重力條件通過一種通用的細胞內信號分子——蛋白激酶Ｃ使心肌細胞一氧化氮途徑上調。這一成果發表在《中國科學》上，為解釋模擬微重力影響心肌細胞收縮功能的機制提供了一個新的角度。另外，也為闡明心衰、高血壓等心臟疾病的發生機制提供了重要線索。
近期的《動物學報》則刊登了實驗室關於細胞骨架分佈變化的研究結果。研究人員分別利用抗微管蛋白的單克隆抗體和微絲蛋白的熒光探針，對心肌細胞內的微管和微絲骨架進行了免疫雙熒光染色。這組在鐳射共聚焦顯微鏡下拍攝的照片用綠色和紅色的線條顯示細胞內微管和微絲形成的網路。實驗室研究人員熊江輝碩士告訴記者：“染成紅色平行分佈的微絲，以及染成綠色形成緊密網路的微管，特別是在微管網絡中心的一個細胞核‘空洞’，讓人體會到一種生命與自然的美感。”實驗結果表明，模擬微重力條件下心肌細胞的微管微絲分佈發生了顯著的變化：微絲和微管集中分佈于近細胞核的區域，而靠近細胞膜處的分佈很少；同時微管和微絲排列的有序性下降，有一定的彌散性趨勢。
他們還發現一種中藥單體槲皮素能改善心肌細胞功能、增強心肌收縮力，較有效地對抗模擬失重對心肌細胞收縮功能的影響。熊江輝介紹説，槲皮素是一種天然的黃酮類化合物，存在於銀杏等許多植物體內，具有明確的抗腫瘤、抗血小板聚集、抗氧化作用，並影響多種酶的活性。研究表明，槲皮素可顯著抑制模擬微重力效應引起的一氧化氮合成增加和微絲、微管重排，更加證實了一氧化氮和細胞骨架系統的變化是模擬微重力下心肌收縮功能下降的原因之一。
專家認為，如果這些結果通過空間實驗得到證實，將為制定針對中長期空間飛行條件下心臟功能下降的防護措施提供科學依據。據透露，早在１９９９年，李瑩輝博士領導的課題組就通過與歐空局的合作，在ＰＨＯＴＯＮ－１２返回式衛星上成功進行了空間成骨細胞搭載飛行實驗，研究了空間飛行對成骨細胞的影響，並初步篩選出能有效提高成骨細胞功能、對抗空間骨丟失的藥物，對其防護機理的深入研究仍在進行中。目前他們正在建立具有我國自主智慧財産權的一系列可用於航太飛行器的細胞實驗與檢測平臺，為進一步探索微重力條件對多種細胞如心肌細胞、成骨細胞、免疫細胞的影響奠定基礎。他們最新研製的一種小型細胞自動培養與記錄實驗裝置引起了歐空局航太專家的興趣，正在通過國際合作，利用失重飛機拋物線飛行提供的短期失重、超重條件，研究重力變化對多種細胞的影響。 (記者 肖潔) |
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