腰椎MRI检查时予以模拟重力状态诊断腰椎间盘突出症的效果

分析临床中针对腰椎间盘突出症诊断时,通过设计模拟的重力状态下,进行腰椎MRI检查的效果。方法:将正常人作为对照组,并由我院接收的腰椎间盘突出症患者纳为观察组,两组均40例。两组均行腰椎MRI检查,体位分别为常规仰卧位及负荷仰卧位,对比在在 L4-5 及 L5-S1 节段腰椎间盘高度、椎间盘突出程度、硬膜囊面积上,两组的效果。收治期间为2020年1月-2021年4月。结果:对照组中,与常规仰卧位相比,处于负荷仰卧位时,在 L4-5节段的椎间盘高度更低(P<0.05),而在在L5-S1节段的椎间盘高度无明显变化(P>0.05)。观察组中,在L4-5及L5-S1两种节段的椎间盘高度对比上,常规仰卧位与负荷仰卧位的高度均无明显变化(P>0.05)。同时,观察组中,与常规仰卧位相比,处于负荷仰卧位时,在 L4-5节段的椎间盘突出程度要更严重(P<0.05),而在L5-S1节段的椎间盘突出程度无明显变化(P>0.05)。对照组中,与常规仰卧位相比,处于负荷仰卧位时,在L4-5及L5-S1两种节段的硬膜囊面积无明显变化(P>0.05),而观察组中,与常规仰卧位相比,处于负荷仰卧位时,在L4-5及L5-S1两种节段的硬膜囊面积均较小(P<0.05)。结论:在MRI检查时,通过本院自行设计模拟的站立位时重力状态下,能够提供患者更多的诊断信息,从而方便临床对腰椎间盘突出症的诊断。

模拟微重力环境对皮肤干细胞增殖影响的研究

目的研究皮肤干细胞在模拟微重力(SMG)环境下的增殖能力与干性变化。方法以SD大鼠皮肤干细胞为模型,建立悬浮培养体系,对比SMG环境与正常重力(1G)环境下皮肤干细胞的增殖及干细胞标志物的表达差异。结果SMG环境显著影响悬浮培养环境下的皮肤干细胞球增殖速度,其增殖率较1G重力组约高12%。转录组测序结果显示SMG组1673个基因上调,1409个基因下调;Calcium signaling、cytokine-cytokine receptor interaction及PPAR pathway等重要信号通路在两个环境下表达差异显著。结论SMG环境可通过调节关键信号通路的表达,影响悬浮培养环境下皮肤干细胞的增殖行为,为SMG环境下进一步研究工作提供了实验依据。

miR-194-3p调控模拟微重力条件下致成骨细胞功能异常的实验研究

目的探讨模拟微重力环境下miR-194-3p对成骨细胞功能变化的调控作用,为极端力学环境下成骨细胞的力学响应机制提供理论基础。方法利用细胞旋转培养系统建立细胞水平微重力环境,分别采用MTT、RT-PCR、Western blot、荧光双染色法和茜素红染色法检测转染miR-194-3p抑制剂前后MC3T3-E1成骨细胞增殖、分化、凋亡和矿化的变化情况。结果模拟微重力环境下miR-194-3p表达上调,成骨细胞的增殖、分化和矿化均受到一定程度的抑制,同时促进了成骨细胞的凋亡。转染miR-194-3p抑制剂后,miR-194-3p表达显著下调,且能部分逆转由微重力导致的细胞成骨细胞增殖减弱、成骨分化标志物如ALP、OCN和COL-I基因和蛋白表达降低、骨矿化结节减少和成骨细胞凋亡数目增加的情况,说明miR-194-3p能有效改善微重力暴露下成骨细胞功能异常的情况。结论模拟微重力环境下miR-194-3p可能作为一种负调控因子,通过调控成骨细胞功能参与其力学响应的进程。

淫羊藿苷预防模拟微重力大鼠骨丢失及氧化应激的作用

目的研究淫羊藿苷是否能够预防模拟微重力引起的大鼠骨丢失及氧化应激并探讨其作用机制,为开发源自中草药的预防太空微重力环境骨丢失药物奠定基础。方法2月龄Wistar雄性大鼠30只,随机分为对照组(CON)、尾吊组(HLS)和淫羊藿苷组(ICA)3组,每组10只。HLS组和ICA组均建立尾吊模型,其中ICA组灌服50 mg/kg淫羊藿苷,CON组和HLS组只给予等体积蒸馏水。给药28 d后处死所有大鼠,左侧股骨和腰椎置于Mirco-CT扫描仪中进行骨微结构分析和三维重建;通过大鼠腹主动脉抽取动脉血,分离血清后用ELISA法测定PINP、CTX-1、OPG、RANKL、8-iso-PGF2α、8-OHdG等的含量;提取右侧胫骨总蛋白,Western blotting法分析BMP2、COL-1、OSX、Runx2的表达水平;TBA法检测血清中的MDA含量,WST-1法检测血清中的SOD活力。结果(1)Mirco-CT扫描分析结果:与CON组相比,HLS组的骨小梁分布稀疏,而ICA组明显优于HLS组,与CON组接近。骨小梁参数量化情况为:与CON组相比,HLS组的BMD、BS/TV、BV/TV、Tb.N及Tb.Th均降低(P<0.05),而Tb.Sp升高(P<0.05)。ICA组的BMD、BS/TV、BV/TV、Tb.N及Tb.Th均显著高于HLS组(P<0.05),而Tb.Sp显著降低(P<0.05)。第4腰椎骨小梁及其量化结果与股骨一致。(2)血清骨代谢指标的变化情况:HLS组的骨形成指标PINP和OPG均显著低于CON组(P<0.05),而骨吸收指标CTX-1和RANKL均高于CON组(P<0.05);ICA组PINP、OPG含量均显著高于HLS组(P<0.05),CTX-1、RANKL含量均显著低于HLS组(P<0.05),其中PINP、OPG和CTX-1含量与CON组水平相近。(3)胫骨骨组织中HLS组的骨形成蛋白BMP2、Runx2、COL-1和OSX表达水平均低于CON组。ICA组BMP2、Runx2、COL-1、OSX表达水平均高于HLS组,其中Runx2和OSX表达水平与CON组相近。(4)氧化与抗氧化指标检测结果:与CON组相比,HLS组血清中8-iso-PGF2α、8-OHdG、MDA含量升高(P<0.05),SOD酶活力降低(P<0.05)。与HLS组相比,ICA组血清中8-iso-PGF2α、8-OHdG、MDA含量降低(P<0.05),SOD酶活力升高(P<0.05)。结论模拟微重力环境会引起骨密度下降,最大载荷下降,骨微结构退化,而淫羊藿苷能促进骨形成,抑制骨吸收,减轻体内氧化程度,提升抗氧化能力从而有效预防大鼠产生氧化应激反应导致骨丢失。

胶原蛋白肽对模拟微重力条件下鼠T淋巴细胞功能的改善作用

目的:了解胶原蛋白肽对模拟微重力条件下培养的鼠T淋巴细胞功能的影响。方法:分离小鼠的脾细胞,采用旋转式细胞培养系统模拟微重力条件,采用有丝分裂源刀豆球蛋白A刺激T淋巴细胞,并分别加入不同浓度的胶原蛋白肽,检测淋巴细胞的增殖能力及培养上清中细胞因子的水平。结果:模拟微重力可以使脾脏T淋巴细胞的增殖能力受到抑制,产生细胞因子的水平下降,而胶原蛋白肽能促进模拟微重力条件下培养的淋巴细胞增殖及细胞因子分泌。结论:胶原蛋白肽可能通过调节淋巴细胞的增殖功能及细胞因子的分泌,减轻模拟微重力环境下对T淋巴细胞的抑制作用。

浅析火星低重力模拟试验平台设计

本文介绍了一种针对火星探测器着陆控制需求设计的主动跟随悬吊式低重力模拟试验平台,实现在大空间对飞行中的探测器模拟实施高精度的三维位置与拉力混合随动跟踪控制。为了解决行程长与精度高、惯量大与响应快等相互制约的问题,采用了由粗到精逐级驱动控制的方法,同时设计了并联驱动控制算法。

淫羊藿苷对模拟微重力环境大鼠骨丢失的防治作用

目的探讨淫羊藿苷对模拟微重力环境大鼠骨丢失的防治作用。方法取2月龄Wistar雄性大鼠30只,采用随机数字表法分为对照组、尾吊组、淫羊藿苷组,每组10只。尾吊组、淫羊藿苷组均建立尾吊模型,淫羊藿苷组给予淫羊藿苷50 mg/kg灌胃,对照组和尾吊组则给予等体积蒸馏水,每周称体质量1次。给药28 d后麻醉下腹主动脉采血处死大鼠,检测股骨骨密度并进行生物力学检测,观察并分析胫骨的HE染色结果,进行胫骨Mirco-CT检测,测定血清骨代谢生化指标。结果尾吊组和淫羊藿苷组大鼠体质量下降,但差异无统计学意义;淫羊藿苷组骨密度、骨生物力学参数较尾吊组均有所改善;淫羊藿苷组骨小梁形态、数量与厚度较尾吊组均有显著改善;淫羊藿苷组骨钙素(osteocalcin,OCN)水平较尾吊组明显增加,抗酒石酸酸性磷酸酶5b(tartrate-resistant acid phosphatase-5b,TRACP-5b)水平较尾吊组明显降低。结论淫羊藿苷对模拟微重力环境大鼠骨丢失具有良好的防治作用。

微重力模拟装置中悬吊弹簧局部模态动力学建模与试验研究

微重力模拟下的地面试验是验证隔振器能否在轨可靠工作的重要措施之一。通常采用悬吊法进行微重力模拟时,悬吊弹簧局部模态处的振动很容易引入隔振上平台。针对悬吊弹簧阻尼低,局部模态振动限制主动隔振控制性能的问题,采用PVC胶带与悬吊弹簧并联的方式提高弹簧阻尼;建立了微重力模拟装置中加胶带悬吊弹簧的连续动力学模型,对比研究纯悬吊弹簧模态振动和加胶带悬吊弹簧模态振动对隔振上平台的影响;搭建了地面试验验证系统并通过试验验证了悬吊弹簧动力学模型的准确性。试验结果表明,粘贴PVC胶带能够起到增加悬吊弹簧阻尼的效果,可以将弹簧的模态振动降低到1μg以下,从而减小模态振动对被动隔振的影响,并有效缓解模态振动对主动隔振控制性能的限制,这种状态能够更准确地反应在轨工作状态。

下肢微重力模拟外骨骼系统的研究

针对悬吊式微重力环境模拟系统无法补偿人体下肢重力负荷的不足,设计了用于补偿人体下肢重力负荷的外骨骼系统。外骨骼系统采用被动重力补偿方法实现对下肢的重力补偿,能够对重力补偿水平进行调节控制。根据重力补偿原理,采用刚度矩阵法,对重力补偿设计公式进行推导,建立弹簧参数与系统几何惯性参数之间的关系。研究分析重力补偿对人体下肢系统动力学性能的影响,最后利用ADAMS软件对下肢系统模型进行仿真,仿真结果验证了外骨骼系统重力补偿原理和设计公式的正确性以及在实际运用中的可行性和合理性。

一种无源被动式人体低重力模拟系统的力学性能仿真分析

针对未来登陆月球或火星的航天员在地面进行低重力模拟训练的需要,设计了一种采用被动重力平衡技术的人体低重力模拟外骨骼系统,利用弹簧平行四边形机构实现对人体重力的补偿。首先,基于势能守恒原理设计了躯干重力平衡外骨骼和下肢重力平衡外骨骼;然后,通过人体生物力学仿真软件对外骨骼系统进行了仿真分析,分别在月球环境和地面穿戴外骨骼环境下进行了搬运重物和步行运动,并对比了运动时的地面反作用力、肌肉力等数据。仿真结果表明:该人体低重力模拟系统可以使受训者的关节和肌肉感受到失去部分重力载荷,能够较为准确地模拟低重力环境下的运动效果,具有可行性。

聚集诱导发光探针对模拟微重力下线粒体膜电位的监测及探针-水凝胶三维成像体系的构建

空间特殊环境会引起宇航员机体损伤,机体生理指标的监测对损伤机制和保护手段的研究至关重要。人体长期处于微重力环境,会引起线粒体功能紊乱。线粒体膜电位是线粒体功能是否正常的重要参考指标,因此,快速、简便地监测模拟微重力环境下线粒体膜电位具有重要意义。该文利用线粒体靶向聚集诱导发光探针TPE-Ph-In实现了对细胞的免洗和长周期染色,以及在微重力环境下对线粒体膜电位的成像监测。此外,为克服长时间微重力环境下细胞贴壁不牢固的问题,利用水凝胶Matrigel包裹细胞进行培养,用TPE-Ph-In进行成像,构建了AIE探针-水凝胶3D成像体系。该文为探究细胞的微重力效应提供了新的研究方法与思路。

线粒体——空间微重力的细胞内感受器

航天飞行过程中的失重效应可引发航天员的机体损伤,这种损伤在航天员返回地球后亦需要较长的恢复时间,甚至发生不可逆损伤。线粒体是细胞内的重要细胞器,参与调节一系列重要的生理和生化过程。线粒体介导的代谢调节能够感应微重力应激,是微重力引发的细胞内早期反应,可推动细胞内代谢的适应以及应激所致损伤的发生。本文综述了微重力和模拟微重力效应对细胞线粒体的影响和相关机制的研究进展,为开发靶向线粒体的防护策略提供理论依据。

基于径向多项式密度Tesseroid体的大尺度重力场快速正演计算

在大尺度重力模拟中,为了考虑地球曲率的影响,通常将质量体沿经度、纬度及径向方向剖分为多个Tesseroid体,然后根据叠加原理将所有Tesseroid体重力效应之和近似为质量体的总重力场.在现有大多数方法中,总重力场的计算一般通过将各Tesseroid体的重力效应直接累加获得,尽管这种做法十分简单,但对于大尺度的复杂密度模型,其计算量十分巨大.为此,本文充分利用重力位、重力加速度及重力梯度张量核函数积分在经度方向的卷积特性,提出一种基于快速离散卷积算法和优化重力公式的高精度大尺度重力场模拟方法.该方法采用具有径向任意阶多项式密度的Tesseroid体来描述复杂密度分布,并以变密度Grombein优化公式为基础进行重力场正演模拟,从而有效克服经典球坐标系重力公式引起的极轴观测点奇异问题;同时联合Gauss-Legendre求积(GLQ)和水平方向的自适应网格剖分,实现重力积分的高精度计算,最后结合快速离散卷积算法获得质量体的重力效应.本文方法的加速策略通过如下途径实现:①假定经度方向的Tesseroid体具有相同尺寸,观测点位于同一高度且其采样间隔与Tesseroid体尺寸相等,由此建立与重力积分核对应的Toeplitz权系数矩阵,并利用Toeplitz对角线元素相等的特性,计算其第一列和第一行元素来复原完整矩阵,以此大大降低计算内存及计算时间;②利用基于FFT的离散卷积算法实现权系数矩阵与密度矩阵乘积的快速计算,从而进一步提高计算效率.数值算例表明,本文方法可实现近地表至卫星高度重力位、重力加速度及重力梯度张量的高精度计算,且其计算效率相较于直接累加法高出约3~4个数量级.该方法在WINTERC-G全球模型重力效应计算中的应用进一步证实了算法的可靠性和灵活性.本文快速算法是经典3D-GLQ方法的重要补充,对研究大尺度重力正反演问题、地形效应及地球内部结构等有重要意义.

模拟不同重力环境下步态运动的足底受力分析

目的探索不同重力环境下人体行走和跑步时的足底受力特性。方法 7名健康成年男性受试者在垂直体位的减重跑台上分别在正常重力(1G),模拟火星重力(1/3 G)和模拟月球重力(1/6 G)环境下进行3、7和10 km/h的行走和跑步活动。使用F-scan鞋垫式足底压力测量系统对运动过程中的步态时相参数、力学参数及步态平衡性等指标进行分析。结果相同速度下,步态周期中的支撑相时间随重力下降有明显减少(P<0.01),摆动相时间则有显著增加(P<0.01)。随着速度增加,支撑相时间明显缩短(P<0.01),而摆动相基本不受影响(P>0.05)。最大足底受力、平均足底受力和受力积分随着重力下降有明显减少。正常重力环境下,步行速度增加可引起最大足底受力、平均受力明显增加以及受力积分显著减少(P<0.05);但在低重力环境下,足底受力变化并不显著(P>0.05)。左右垂直冲量比在不同重力环境之间差异显著(P<0.05),但时相对称性则并无明显差异。结论低重力环境下,足底受力和支撑相时间等维持骨骼和肌肉结构功能的指标均显著低于正常重力环境,提示在将来设计太空飞行中防护措施和锻炼处方时需要充分考虑这一因素,以维持航天员正常的骨骼和肌肉功能。

回转器模拟微重力对白色念珠菌致病性的影响

目的观察回转器模拟微重力对白色念珠菌致病性的影响。方法回转器处理白色念珠菌SC5314,观察模拟微重力对菌株生长、小鼠的致死能力、小鼠肾脏和大脑的菌落形成、巨噬细胞破坏作用的影响。检测cAMP分子在回转模拟微重力过程中的作用及Gβ-Gα-AC-cAMP信号通路蛋白的基因表达情况。结果回转模拟微重力导致白色念珠菌生长显著加快;对小鼠的致死速度加快;诱导巨噬细胞凋亡的作用显著增强。模拟微重力导致菌株细胞cAMP的水平显著升高;外源性cAMP显著促进菌丝生成,增加其对小鼠的致死率;模拟微重力导致Gβ基因表达显著增加,而其它与cAMP产生的相关基因没有明显变化。结论回转器模拟微重力显著增加白色念珠菌致病性,可能是通过激活Gβ-Gα-AC-cAMP信号转导途径实现的。

空间环境与模拟微重力环境对高等植物试管苗的影响

在空间环境中,微重力是一个很重要的因素之一,但空间环境又不完全等同于微重力环境,它还同时存在宇宙辐射等其他因素。本文重点探索空间环境与模拟微重力环境对高等植物试管苗细胞亚显微结构的影响,以及同工酶变化和RAPD分子标记的初步结果。通过对高等植物的试管苗(月季、树莓、马铃薯、香石竹、人参果)分别进行的模拟微重力实验及空间飞行实验,发现模拟微重力条件与空间环境对植物试管苗的生长过程中细胞超微结构既有相同的作用,又有不同的作用。

红景天苷抑制模拟微重力诱导的肺微血管内皮细胞凋亡

目的研究红景天苷(Sa1)抑制模拟微重力诱导的肺微血管内皮细胞凋亡作用并探讨其可能的机制。方法采用回转器回转细胞模拟微重力效应,将传代培养的人肺微血管内皮细胞分为3组:对照组、回转组、回转+Sal预处理组,采用An-nexinV-FITC试剂盒对细胞染色,以流式细胞仪进行细胞凋亡检测,另通过Real-time PCR检测Bcl-2、Bax及Caspase-3基因表达情况,Western blot法检测PI3K、p-Akt与Caspase-3的蛋白表达情况。结果流式细胞仪定量结果表明回转72h后HPMEC的凋亡率显著高于同步对照组,Bcl-2基因表达降低,而Bax与Caspase-3基因表达升高,并且PI3K和p-Akt蛋白表达减低,Caspase-3蛋白表达升高;而Sal预处理后细胞凋亡率较回转组降低,Bcl-2基因表达升高,而Bax与Caspase-3基因表达下降,同时PI3K和p-Akt蛋白表达上升,Caspase-3蛋白表达下降。结论红景天苷可以抑制模拟微重力诱导的肺微血管内皮细胞凋亡,其机制可能为影响了PI3k/Akt通路。

模拟微重力环境下细菌生物学效应的初步研究

目的研究模拟微重力环境下细菌的生物学效应。方法应用回转器处理实验菌株(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽胞杆菌、鼠伤寒沙门氏菌),检测其生长曲线,抗生素敏感性,以及抗生素敏感性变化株与野生株间脂肪酸图谱的差别。结果模拟微重力条件下,细菌对数期提前、生长曲线形状改变。回转器处理30d后可检测到大肠杆菌抗生素敏感性突变株,并且突变株的数量与处理时间呈现正相关趋势;鼠伤寒沙门氏菌处理120d后,检测到氨苄西林和左氧沙星耐受株突变为敏感株;脂肪酸图谱分析显示,突变株与对照株相比脂肪酸的种类和含量存在一定差异。结论回转器模拟微重力条件下,细菌生物性状受到影响,抗生素敏感性的改变可能与细菌脂肪酸图谱的变化有关。

槲皮素对模拟微重力条件下体外培养大鼠心肌细胞骨架的影响

采用细胞免疫双荧光染色观察离体培养的大鼠心肌细胞微丝和微管分布 ,探讨模拟微重力条件下槲皮素对心肌细胞骨架分布的影响。结果表明 :模拟微重力条件下心肌细胞微丝、微管在近胞核区的分布增多 ;模拟微重力处理的同时加入槲皮素 ,则使近胞核处微丝、微管分布明显减少 ,微丝束的粗细与对照组无异。提示模拟微重力可显著影响心肌细胞微丝、微管的分布 ,槲皮素可对抗该效应而发挥其心肌细胞保护作用 [动物学报49(1) :98～ 10 3 ,2 0 0 3]。

随机定位模拟微重力促进人前破骨细胞增殖和分化

目的观察随机定位模拟微重力对人前破骨细胞FLG29.1增殖和分化的影响。方法 FLG29.1细胞分为正常对照组与随机定位处理组,分别培养72 h后收集细胞。采用细胞计数法检测细胞总数和活细胞数;流式细胞术检测细胞周期;Griess法检测培养基中NO(nitric oxide,NO)浓度;抗酒石酸盐酸性磷酸酶(TRAP)染色计算TRAP阳性细胞比例;对硝基苯磷酸(pNPP)法检测胞内TRAP活性。结果随机定位处理后,FLG29.1细胞增殖能力与活细胞比例均较对照组明显增加;细胞周期分布发生变化,处于G1期的细胞比例增加;培养基中NO浓度有增加趋势;在回转处理的同时添加诱导剂12-氧-十四烷酰佛波醋酸酯-13乙酸酯(TPA),发现TRAP阳性细胞数量增多;胞内TRAP活性较对照组明显增加。结论随机定位模拟微重力提高了FLG29.1细胞活力并促进其向破骨细胞分化。