目的:探讨模拟微重力环境下人HaCaT细胞的热损伤效应。方法:取人HaCaT细胞，采用随机数字表法分为模拟微重力热损伤(SMGTI)组、正常重力热损伤(NGTI)组和正常重力假伤(NGFI)组。NGFI组和NGTI组细胞于培养瓶中常规培养，SMGTI组细胞应用旋转细胞培养系统模拟微重力培养。将SMGTI组和NGTI组细胞置于45 ℃热水中10 min制作热损伤模型，NGFI组细胞置于37 ℃温水中10 min致假伤。伤后12 h，倒置相差电子显微镜下观察3组细胞形态。伤后2、6、12 h，取3组单细胞悬液，流式细胞仪检测细胞周期，实时荧光定量反转录PCR检测热休克蛋白70(HSP70)与基质金属蛋白酶9(MMP-9)及半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(caspase-3)mRNA表达量，实验重复3次。伤后2、6、12 h，取3组细胞培养上清液，酶联免疫吸附测定法检测肝素结合性表皮生长因子(HB-EGF)浓度，实验重复3次。各组各时间点样本数均为3。对数据行析因设计方差分析、单因素方差分析、LSD检验、Kruskal-Wallis H检验和Mann-Whitney U检验。 结果:(1)伤后12 h，NGFI组细胞形态规则，细胞间排列规则，未见细胞碎片。NGTI组细胞形态较规则，细胞碎片较少，细胞间排列较NGFI组紧密。SMGTI组不规则形态细胞较多，大小不一，可见死亡细胞碎片。(2)NGTI组伤后2 h G1期细胞百分比较NGFI组和SMGTI组明显升高( P<0.05)，伤后6、12 h较NGFI组和SMGTI组明显降低( P<0.05)。NGTI组伤后2 h的G2/M期细胞百分比较SMGTI组明显降低( P<0.05)，NGTI组伤后6、12 h G2/M期细胞百分比较NGFI组和SMGTI组明显升高( P<0.05)。NGTI组伤后2、6、12 h S期细胞百分比较SMGTI组明显升高( P<0.05)，NGTI组伤后2、6 h S期细胞百分比较NGFI组明显降低( P<0.05)。(3)伤后2、6 h，NGTI组细胞HSP70 mRNA表达量为2.50±0.30、3.99±0.35，较NGFI组明显升高(1.14±0.15、0.82±0.27， P<0.05)，较SMGTI组明显升高(1.17±0.53、1.65±0.59， P<0.05)。伤后2、6、12 h，SMGTI组细胞MMP-9 mRNA表达量较NGTI组明显升高( Z＝-2.319、-2.882、-2.908， P<0.05)。伤后各时间点，NGTI组细胞caspase-3 mRNA表达量与NGFI组、SMGTI组相近( P>0.05)。(4)伤后2、6、12 h，NGTI组细胞培养上清液中HB-EGF浓度较NGFI组明显降低( P<0.01)。伤后2、6 h，SMGTI组细胞培养上清液中HB-EGF浓度较NGTI组明显升高( P<0.01)。 结论:模拟微重力条件下热损伤人HaCaT细胞的增殖、分泌功能以及创伤修复相关蛋白表达呈现复杂、多元的变化，这为进一步研究失重条件下损伤修复提供了理论基础。

2021年，我国载人航天工程进入空间站建造期，并将全面迈入空间站时代。未来十年，载人航天任务将更加密集，成为常规性任务。确保航天员的安全是一切工作的前提，而医疗救援是最为根本的保障。我国从"神舟五号"到"神舟十二号"载人航天飞行都取得了圆满成功，无严重意外事故发生；历次任务中，医疗救护队均进行了充分准备，组织了训练、演练和实战，保障了航天员的安全。但航天员意外伤害的风险永远不能轻视 [1,2]。在过去60余年国际载人飞行中，载人航天故障、事故和安全问题时有发生 [3]。并且，长期失重引起的心血管系统功能及结构变化、骨骼和肌肉系统废用性改变等均增加了返回时意外损伤的风险。在载人航天医疗救援任务中，着陆场的医学救援是最为重要内容和环节。着陆场的医学救援主要包括：返回舱前救治（以下简称舱前救治）、载体内救治、载体医疗后送、后方支持医院（以下简称后支医院）交接共4个阶段。舱前救治在危及生命伤情的抢救时极为重要，舱前阶段是提高救治成功率的关键时机。舱前环境多为沙漠戈壁，风沙大、冬天气温低、夏天气温高、夜间照明差，医疗条件较差，在携带有限医疗装备的条件下，如何开展舱前救治，目前尚无统一规范。在航天员救治过程中，一方面需要尽量减少舱前救治时间，将航天员尽快后送至条件相对好的医疗救护载体，另一方面又要抓住舱前阶段的抢救关键时机，救援队面临不少困惑：比如，哪些伤病情必须在舱前救治？哪些可以舱前暂不处理，需尽快送至后送载体内再行处理？舱前能够进行哪些医疗操作？等等。在此背景下，战略支援部队特色医学中心以神舟十二任务医疗队为主体组织国内相关专家成立了工作小组以及共识专家委员会，经过反复讨论修订，最后投票，形成了针对空间站任务神舟飞船返回舱舱前医学救援的首个专家共识。

目的 探讨废用条件引起的骨陷窝-小管系统(lacunar-canalicular system,LCS)结构改变对力学刺激作用下骨细胞流体动力学微环境的影响.方法 首先,以轴向加载的小鼠胫骨为对象,建立"整骨-单个骨细胞LCS"多尺度模型.然后,将整骨多孔弹性有限元模型计算得到的压力梯度等结果 作为单个骨细胞LCS模型的边界条件,以计算骨细胞周围的流速和剪切应力.最后,采用实验设计(design of experiment,DOE)方法 确定LCS结构参数(陷窝体积、陷窝形状与小管直径)对LCS内骨细胞流体动力学微环境的独立及交互影响.结果 当陷窝体积、陷窝形状与小管直径分别从正常变为废用条件时,流速分别增加了 5.3%、39.3%和 37.0%.DOE结果 显示,陷窝形状与小管直径对流速和剪切应力具有显著影响(P<0.05),且贡献比为 0.38∶0.62,而陷窝体积以及各参数交互作用影响不显著.结论 废用条件致陷窝形状和小管直径的改变是影响力学刺激作用下LCS内骨细胞流体动力学微环境的主要因素.通过合理的运动方式有望防治太空失重等带来的废用性骨丢失.

航空航天活动过程中特殊力学环境导致的生理变化一直是力学生物学研究的重要组成部分.本文综述了2023年度空间失重环境力学生物学研究进展,主要聚焦失重的生物学效应,包括在细胞、模式动物和人体水平在空间真实环境和地面模拟失重条件下得到的研究结果,以期助力航空航天力学生物学的发展研究,并为航天员或地面相关人群的健康防护或对抗措施研究提供帮助.

研究大肠埃希菌在模拟失重条件下连续传代培养14d后生物学性状的变化.利用Gravite重力控制系统模拟失重条件连续传代培养大肠埃希菌14 d,对菌株的生长速率、形态学、生化代谢、生物膜、环境压力耐受性以及耐药性进行测定,评估模拟失重对大肠埃希菌生物学性状的影响.模拟失重可致大肠埃希菌生长速率增快、体积变小、生化代谢改变、环境压力耐受性及耐药性增加;而相应条件下的生物膜变化无统计学意义.模拟失重可引起大肠埃希菌相关的生物学性状发生变化.

目的 通过全基因组甲基化捕获测序技术,在尾悬吊模拟失重条件下,筛选小鼠肝脏和结肠DNA甲基化的差异性位点和区域,探讨失重对基因甲基化的具体影响.方法 实验采用6只8周龄的雄性C57BL/6J品系小鼠,随机分为尾吊组和对照组,每组3只,进行为期42 d的尾悬吊模拟失重实验.实验结束后,从肝脏和结肠组织中提取DNA,并利用全基因组甲基化捕获测序技术进行分析.结果 肝脏组织的DNA分析显示,共发现7 517个差异甲基化位点和997个差异甲基化区域,涉及4 892个基因.结肠组织的DNA分析显示,共筛选出70 340个差异甲基化位点和12 004个差异甲基化区域,影响12 877个基因.基因本体论(GO)、京都基因和基因组数据库(KEGG)生物路径分析结果表明,这些差异甲基化基因主要参与了蛋白质结合、细胞粘附、细胞活化以及多种代谢途径.结论 本研究通过高通量测序技术成功鉴定了模拟失重条件下小鼠肝脏和结肠的差异甲基化位点和区域,这些发现有助于深入理解在太空长期驻留对生物体基因甲基化的影响,为太空飞行相关疾病的筛选、早期诊断和治疗提供新的研究思路.

新鲜食用菌含水量高,组织脆弱,采后品质易发生劣变.荷叶离褶伞是近年来新兴的一种食药用真菌,味道鲜美且富含营养和药用价值,受到消费者喜爱,但目前关于荷叶离褶伞的保鲜研究较少.本研究以新鲜荷叶离褶伞为试材,探究温度、包装方式以及不同保鲜处理对荷叶离褶伞贮藏品质的影响,旨在确定较适合荷叶离褶伞的贮藏保鲜条件.结果表明,0.75 μL/L 1-MCP处理结合不打孔PE袋和托盘包装于 4℃条件下储藏是荷叶离褶伞较为适宜的保鲜条件,在该条件下,荷叶离褶伞的亮度值 L*、硬度、弹性、内聚性、可溶性固形物含量最高,失重率和褐变程度最小,荷叶离褶伞保持了较好的品质,试验结果为荷叶离褶伞保鲜提供了理论参考.

目的 观察强骨抗萎膏对尾吊大鼠骨细胞凋亡和内质网应激的影响,探讨强骨抗萎膏防治模拟失重状态下骨丢失的机制.方法 60 只SD大鼠分为对照组、模拟失重组、强骨抗萎膏组、阿仑膦酸钠组,骨疏康颗粒组,每组 12 只.采用尾部悬吊模拟失重状态,尾吊 28 d;对照组和模拟失重组给予每日等体积生理盐水灌胃,其它 3 组复制模型,分别每日给予中药强骨抗萎膏 2.4 g/kg,阿仑膦酸钠 0.007 g/kg,骨疏康颗粒 0.26 g/kg灌胃.持续给药 4 周后处死大鼠,TUNEL法检测骨细胞凋亡情况;Western blot法检测葡萄糖调节蛋白 78(GRP78)和线粒体融合蛋白 2(MFN2)表达,RT-PCR和Western blot检测骨组织中蛋白激酶R样内质网激酶(PERK),肌醇依赖性激酶 1α(IRE1α)、活化转录因子 6(ATF6)及C/EBP同源蛋白(CHOP)的基因和蛋白表达.结果 TUNEL结果显示模拟失重组骨细胞凋亡较对照组增加,强骨抗萎膏可抑制骨细胞凋亡.与对照组大鼠比较,模拟失重组PERK基因表达量明显增高(P＜0.05),强骨抗萎膏组较模拟失重组PERK基因表达量下降(P＜0.05);与对照组比较,模拟失重组的GRP78、PERK、CHOP和ATF6 蛋白含量明显增高(P＜0.05),MFN2 蛋白表达降低(P＜0.05),强骨抗萎膏组较模拟失重组GRP78、PERK、CHOP和ATF6 蛋白含量均明显降低(P＜0.05),MFN2 表达量升高.结论 强骨抗萎膏可以改善模拟失重大鼠骨细胞凋亡,通过抑制骨组织内质网应激相关因子GRP78、PERK、ATF6 和CHOP,上调MFN2 表达,从而改善失重条件下的骨丢失.

目的 建立多指标融合的手部抓握疲劳度预测模型,评估舱外手套外骨骼样机的助力效果.方法 采用BP神经网络算法建立手部疲劳度预测模型.通过等距抓握疲劳实验确定手部疲劳度的影响因素,确定BP神经网络的输入变量分别为圆柱直径、抓握力、抓握持续时间和肌电均方根值;通过实验和主观疲劳度量表获得每组变量对应的疲劳度数据,建立基于BP神经网络算法多源融合的疲劳度评估模型;建立疲劳度和助力效果关系模型,通过对疲劳度缓解程度评估外骨骼样机的助力效果.结果 模型预测值与目标值的相关性r = 0.974,并有效预测了不同样机的助力效果.结论 结合抓握强度、抓握对象参数和人体肌电建立预测手部疲劳度的BP神经网络模型,可用来评估舱外手套外骨骼和其他手部助力装置的助力效果.

进行长期空间飞行的航天员处于失重环境,所受力学激励小于正常值,会面临骨密度减小和骨丢失的问题.为了探究失重环境下股骨密度和质量的变化趋势,本文建立了人体股骨的三维模型,进行了卧床条件下基于有限元的人体股骨重建的仿真分析.通过对比卧床实验数据与仿真数据,验证了人体股骨有限元模型与重建参数的有效性.继而进行人体股骨在空间失重条件下的重建仿真,建立关于时间的骨重建速率函数.增大载荷大小和增加载荷循环都能减少骨丢失,仿真结果表明增大载荷大小更能有效减少骨丢失.对股骨骨量恢复的重建速率作出讨论,结果表明骨量恢复的重建速率小于骨丢失的重建速率.本文为航天员阻力锻炼方法及后期恢复训练提供了理论依据,航天员在空间飞行期间可以通过增大阻力锻炼强度减少骨量丢失.