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为什么坐飞机以后会疲劳?免疫力监测来揭秘

点击次数:211 发布时间:2023-03-10

大家有没有这样的感觉,经历了长途的飞行之旅之后,觉得非常的疲劳,一吹冷风就很容易着凉?据德国波鸿鲁尔大学和法国波尔多大学的科研人员的研究,发现这一现象跟重力应力与人的免疫系统的相互作用息息相关。


什么是重力应力?

重力应力发生在太空飞行或某些物理活动,包括各种游乐设施、跳伞、 蹦极或翼装飞行等极限运动,在那里经历的重力加速度的变化可以达到很大的量级。这些变化包括身体所经历的体力的减少和增加,并可能引起生理过程的致病改变。


重力应力情况下,机体免疫细胞有什么变化?

免疫系统调节着人体机体的大多数功能,然而,目前系统性研究重力应力对人体细胞免疫反应的影响的实验项目仍然很匮乏。由于抛物线飞行被认为是研究重力变化对人体免疫系统短期影响的可行模型,科研人员通过分析发现,重力压力对人体的影响不仅仅是血液中的白细胞数量,免疫细胞的功能也发生了改变。


研究人群和伦理声明

本次排除了具有心血管疾病(包括高血压、冠心病、充血性心力衰竭、卒中等)和免疫疾病(包括糖尿病、哮喘或过敏等)等病史的志愿者,共入组20名健康志愿者,研究方案获得波鸿鲁尔大学(Ruhr-U niversita Bochum )伦理委员会的批准(注册号为5158-14),为了避免服用药物导致的相关免疫效应对实验的干扰,本次实验全称均避免使用任何药物,志愿者年龄及性别情况如下表


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抛物线飞行模型及实验方案

实验在一架空客A310飞机上进行,飞机舱内始终保持在压力830 mbar、光度 800 lux、温度 19 ~ 21˚ C、湿度 15%的条件;图为一次完整的抛物线飞行所受到的重力应力(图A),在起飞加速阶段和降加速度阶段均有1.8g的超重状态,时间各约20s,中间是匀加速阶段的恒定超重的20s时间段;像这样的抛物线飞行次数需要连续飞5次,5次为一组,一共6组,每组间隔5-8分钟的稳定飞行,在第一次抛物线动作(P0)起飞后30分钟左右和最后一次抛物线动作 (P180)完成后3小时左右,在飞机着陆前抽取入组志愿者的血液样本;作为对照, 在抛物线飞行前24 h (C0C180),在地面上的对应时间点进行采血,因此,将C0C180的时间段称为对照期,P0P180为抛物线飞行期 (B)


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检测方案

全血在采集后的4小时内进行处理,采用了DuraClone IM panel中的 DuraClone IM 表型基础方案、DuraClone IM B细胞方案、DuraClone IM T细胞亚群方案和 DuraClone IM 树突状细胞等方案(均来自Beckman Coulter )来评估免疫状态。具体方案如下图所示:


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节选有变化的指标

变化1

循环白细胞数量稳定,粒细胞增加,嗜酸性、噬碱性粒细胞减少


变化2

T细胞下降、CD4+CD8+亚群T细胞均下降


变化3

CD8+T下降,naïve CD8+TTEM CD8+TTCM CD8+T在重力应力作用下下降

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变化4

Total B细胞下降,naïve B细胞及记忆B细胞均下降



总结与讨论

重力压力不仅可以在太空飞行中体验到,还可以通过某些娱乐活动或极限运动等几种地球上的活动体验到。与普通压力一样,重力应力也可能会潜在地影响免疫机制。长期暴露于微重力环境的宇航员、培养的细胞,以及重力改变了的人类和小鼠实验模型,都确实证实了暴露于重力应力后免疫应答受损的情况。然而,重力应力如何影响免疫系统的机制目前尚不清楚。此外,需要考虑的是,抛物线飞行数据来自非常有限的个体,所有个体都是根据心理和生理的高适应性进行预选。

研究人员对18名志愿者的血液进行了分析,以了解经历了重力应力后循环白细胞亚群的变化。结果表明,粒细胞和中性粒细胞在抛物线动作时细胞数增加。相反,嗜碱性粒细胞和嗜酸性粒细胞,以及T细胞和B细胞(包括它们各自的亚群)的细胞数量减少。因此,我们的结果表明,重力应力对白细胞群体有不同的影响。

循环TB细胞数量的减少也许可以用细胞凋亡增加来解释,暴露于微重力的人T细胞系Jurkat细胞已证明了这一点。淋巴细胞数量减少的另一个原因可能是它们迁移到淋巴器官中去了,在大鼠中进行的研究表明,抛物线飞行期间CD4+CD8+脾脏T细胞数量会增加。而一项45天头朝下卧床休息的研究显示,激活的和记忆样组织B细胞减少了,抛物线飞行诱导的CD19+B细胞增加可归因于静息记忆B细胞的增加。数据显示,抛物线飞行后B细胞和B细胞亚群的减少,这表明抛物线飞行对B细胞产生的影响是不同的。

抛物线飞行是一个合适的模型,还可以考虑年龄和性别等其他人口统计学参数,评估重力变化是否会对男性和女性产生不同影响。

之前的研究表明,循环系统中naïve CD4+CD8+T细胞随着白天的进展而减少,而效应CD8+T细胞数量在白天达到峰值。研究者在实验设置中考虑了这种昼夜节律相关的变化,因而建立了控制期,即在抛物线飞行前一天的相应时间点抽血。

皮质醇水平的昼夜节律变化与循环白细胞数量的昼夜节律相关。例如,血液中的T细胞计数受皮质醇生成的昼夜节律变化的控制,皮质醇生成调节了T细胞上CXCR4的表达,导致T细胞按照CX CR4的配体CXCL12的梯度重新迁移到骨髓中。然而,并没有检测到由抛物线动作介导的皮质醇水平显著增加,这表明皮质醇不是白细胞数量发生变化的原因。

总之,研究表明,即使是短期暴露于重力应力之下,也会影响固有免疫系统和适应性免 疫系统的组成。因此,若重复暴露于重力应力之下,则有可能对免疫应答的有效性产生不良后果。


参考文献

Gravitational stress during parabolic flights induce changes in human leukocyte subsets PLOS ONE | doi.org/10.1371/journal.pone.0206272 November 14, 2018




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