反复作用是什么?

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“反复作用(repetitive stress)”一词最初是由Waddington提出的,指的是生物体受到重复的刺激,由于刺激具有相似的性质,最终可能引起组织发生形态学变化的过程[1]。

随着对反复作用研究的深入,越来越多的发现其可能与肿瘤的发生和发展密切相关。有研究表明,反复作用是肿瘤发生、发展过程中的重要环节,甚至能够诱导细胞癌变,从而引发肿瘤[2-3]。 那么,什么是反复作用的机制呢?目前的研究主要集中在以下三个方面:

① DNA修复: 人体细胞的DNA在复制过程中可能发生错误,导致基因突变或染色体畸变。这些改变可能会致癌。当细胞遇到损伤的分子或其他致癌物时,会激活细胞内的修复系统来修复这些有害物所引起的DNA断裂。但是,如果DNA损伤过于严重或者修复系统自身出现故障,细胞便会启动抗增殖程序,通过凋亡的方式清除受损的细胞。反复作用可以通过影响DNA的合成以及修复过程来干扰细胞正常的生长循环,进而诱发肿瘤;

② 细胞周期调控: 细胞周期是指细胞从一次分裂结束直到下一次分裂开始所经历的过程。这一过程一般被分为G1期(DNA合成前期)、S期(DNA合成期)、G2期(DNA合成后期)和M期(有丝分裂期)。在细胞周期的各个时期,都有具体的蛋白因子参与调控,并形成细胞周期调控网络。一旦这个网络的某一节点出现问题,就可能引起细胞周期紊乱,从而导致肿瘤发生。例如,DNA损伤后需要修复的过程中就涉及多个因子的调控,其中有任何一个环节出问题,都会导致修复进程发生障碍,继而引发肿瘤;

③ 基因突变: Gene mutation is another possible mechanism of RSI. 有些基因可能本身便具有致瘤性,如遗传性的结直肠癌家族性腺瘤性息肉病(FAP)与 APC基因突变有关。而其他的一些基因,如在结肠癌中异常表达的 SNP at position 529 in the β-catenin gene可能是结肠癌发生的潜在危险因素。基因组芯片技术已应用于研究反复作用在基因水平上的影响,一些差异显示基因可能参与了RSI的过程。微阵列技术还能检测不同条件下差异表达基因的序列,为深入研究提供了新的手段[4]。

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反复作用是在施加破坏力过程中施加作用力,即反复施加破坏力的作用。反复作用时,其应力变化或应变变化都是循环的。通常分为反复加载和波加载两种方式。

许多工程结构、机械零部件、岩石及海底矿床等,在使用过程中均受到这种反复荷载的作用。如房屋和桥梁的结构,受到车辆行驶或人走动时所产生的反复荷载作用;铁轨和机车车辆、各类机械的零件,除受到工作荷载作用外,还受到运转过程中交变应力等反复荷载的作用。在河水或海水中工作的结构和构件,还受到水的反复冲击作用。在风力或地震区工作的结构和工程构筑物,由于风力或地震力的振动,在构件内产生交变应力,是更典型的反复荷载作用。

对材料进行反复加载试验可以确定材料的疲劳极限和疲劳曲线,从而用理沦的方法或用模型结构试验对构件在承受反复荷载时的疲劳破坏作出分析和预计,以使所设计的构件在预知的反复荷载作用下能保证使用期限内的安全。

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