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目的 通过模拟飞行时的高载荷及失重环境,观察兔腰椎间盘内基质金属蛋白酶1,3 (mateix metalloproteinases-1,3,MMP-1,3)的表达以及椎间盘细胞凋亡的变化情况,探讨高载荷及失重环境对腰椎间盘的影响,为预防或降低飞行员发生腰椎间盘退变性疾病提供实验依据。方法对120只雄性新西兰大白兔随机分为四组,即对照组、失重组、高载荷组和混合组,各组再随机分为4周、8周和24周亚组。对照组不采取任何干预措施；失重组各兔采取头低脚高位尾部悬吊法处理；高载荷组各兔在7g正加速度(positive acceleration,+Gz)下重复暴露；混合组各兔接受失重组和混合组双重条件作用,所有兔在同样的饲养条件下实验,并每周进行称重。各组实验结束后,对兔进行腰椎MRI检查,观察L6-S1节段椎间盘退变情况并行Pfirrmann分级；处死后取L6-S1节段椎间盘组织行HE染色,并行Nishimura病理学分级,观察椎间盘细胞凋亡情况,计数椎间盘细胞总数；对所取L6-S1节段椎间盘组织行免疫组化染色以及末端标记法(terminal-deoxynucleoitidyl transferase mediated nick end labeling,TUNEL)细胞凋亡染色,检测椎间盘内MMP-1,3的阳性表达率以及软骨终板细胞和髓核细胞的凋亡率。各组内及各组间数据均采用方差分析,P<0.05为差异具有统计学意义。结果(1)体重情况：随暴露时间的延长,对照组兔体重逐渐增加,失重组和混合组兔体重逐渐下降,差异均具有统计学意义(P<0.05),高载荷组兔体重无明显变化。(2)影像学结果：各组兔经腰椎MRI检查后发现对照组和失重组兔均未见明显退变,高载荷组和混合组的部分兔中可见到腰椎间隙明显变窄,出现Modic改变,椎间盘内含水量降低等腰椎退变表现。根据Pfirrmann椎间盘退变分级标准,4周时：各组均为Ⅰ级；8周时：对照组、失重组为Ⅰ级,高载荷组和混合组为Ⅰ-Ⅱ级；24周时：对照组为Ⅰ级,失重组为Ⅰ-Ⅱ级,高载荷组和混合组为Ⅱ～Ⅳ级表现。(3)组织形态学结果：光学显微镜下可见退变的椎间盘病理可表现为髓核缺如,裂隙形成,出现细胞簇,有髓核细胞软骨化生、纤维化,纤维环内层扭曲等表现,根据Nishimura椎间盘退变分级标准,4周时：对照组、失重组为0级,高载荷组和混合组为0-1级；8周时：对照组为0级,失重组为0-1级,高载荷组和混合组表现为0-2级；24周时：对照组为0-1级；失重组为1-2级；高载荷组和混合组为1-3级表现。各组兔椎间盘在3个时段时均可见到细胞核边集浓聚,胞膜完整皱缩,软骨细胞与软骨陷窝分离表现的凋亡的椎间盘细胞；对照组椎间盘细胞总数前后无明显变化；失重组、高载荷组、混合组的细胞总数随暴露时间延长逐渐降低,差异具有统计学意义(P<0.05)；在4周时,失重组、高载荷组、混合组之间椎间盘细胞总数无明显差别,但与对照组比较差异具有统计学意义(P<0.05),在8周和24周时,各组间椎间盘细胞总数差异具有统计学意义(P<0.05),其中混合组细胞总数最少,高载荷组较失重组细胞总数更少。(4)分子生物学结果：经免疫组织化学染色后各组兔椎间盘内均可见MMP-1,3的表达,阳性细胞胞浆内有棕黄色或褐色颗粒,细胞核呈蓝染表现；对照组在3个时段时阳性细胞率无明显变化,失重组、高载荷组、混合组阳性细胞率随暴露时间延长逐渐升高且均高于对照组,其中混合组阳性细胞率最高,高载荷组次之,失重组较高载荷组低,差异均具有统计学意义(P<0.05)。经TUNEL法染色后各组兔椎间盘内均可见到凋亡的椎间盘细胞,细胞核呈棕黄色,周围有大量细胞核呈蓝染的非凋亡细胞；对照组在3个时段时凋亡率无明显改变,失重组、高载荷组和混合组细胞凋亡率随暴露时间的延长逐渐升高且较对照组均更高,其中混合组细胞凋亡率最高,高载荷组次之,失重组较高载荷组低,差异均具有统计学意义(P<0.05)。结论在高载荷及失重环境作用下可引起腰椎间盘的退变,二者可通过引起椎间盘内MMP-1,3的大量表达以及促进椎间盘细胞的过度凋亡而最终引起椎间盘的退变,且随着暴露时间的延长椎间盘退变愈发明显,其中在高载荷和失重环境的联合作用对腰椎间盘退变影响最大,而高载荷环境引起的退变又要强于失重环境对椎间盘的影响。