2018, Vol. 44扩展功能
文章信息
- 毛勇, 刘浩, 吴向阳, 高秉仁
- MAO Yong, LIU Hao, WU Xiangyang, GAO Bingren
- 极低频电磁场暴露对SD大鼠肝、肾和脾脏功能及形态的影响
- Effects of extremely low frequency electromagnetic fields exposure on function and morphology of liver, kidney and spleen of SD rats
- 吉林大学学报(医学版), 2018, 44(06): 1120-1123
- Journal of Jilin University (Medicine Edition), 2018, 44(06): 1120-1123
- 10.13481/j.1671-587x.20180602
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文章历史
- 收稿日期: 2018-03-15
2. 河南省开封市中心医院心胸外科, 河南 开封 475000
2. Department of Cardiothoracic Surgery, Central Hospital, Kaifeng City, Henan Province, Kaifeng 475000, China
极低频电磁场(extremely low frequency electromagnetic fields，ELF-EMF)是一种频率为0~300 Hz的电磁场，普遍存在于人们的日常生活中[1]。流行病学研究[2-3]显示：长期暴露于ELF-EMF会增加肿瘤和神经退行性病变的患病率，增加流产的危险性以及导致免疫损伤。动物实验[4-6]表明：ELF-EMF可引起实验动物心脏组织结构损伤和肺组织损伤，增加氧化应激反应。
磁场根据强度分为超强磁场(>5T)、强磁场(1~5T)、中强磁场(1mT~1T)和弱磁场(＜1mT)[7]。不同强度电磁场对人及动物的损伤有很大差异，0.1 T ELF-EMF可由高压输电线、变压器以及各类家用电器产生，但关于0.1T ELF-EMF对于实验动物损伤的研究比较有限，其可能带来的影响有以下几个方面：①影响实验动物的血液黏度和凝血过程；②影响实验动物的昼夜节律[8-10]。目前国内外缺乏关于0.1T ELF-EMF对于动物肝、肾和脾等脏器功能影响的研究。本研究通过动物实验观察0.1T ELF-EMF对SD大鼠肝、肾和脾脏功能的影响，进一步阐明辐射损伤的作用机制。
1 材料与方法 1.1 实验动物、主要试剂和仪器本研究经兰州大学第二医院伦理委员会批准，所有操作均严格遵守美国国立卫生研究院关于动物饲养的相关细则。20只SPF级SD大鼠购自兰州大学医学动物实验中心，雄性，7~8周龄，生产许可证号：SCXK(甘)2013-0002，使用许可证号：SYSK(甘)2013-0003，体质量270~280 g；保持环境清洁，采用专用饲料喂养，饮食饮水不限。苏木素染液和伊红染液为北京索莱宝科技有限公司产品，无水乙醇为烟台市双双化工有限公司产品，10%中性缓冲甲醛为浙江金华同和生物科技有限公司产品。显微照相系统为德国LEICA公司产品，低温高速离心机为德国Heraeus公司产品，全自动生化分析仪为日本Hitachi公司产品，加热石蜡包埋系统为德国LEICA公司产品。
1.2 实验动物分组和处理方法将20只SPF级雄性SD大鼠按照随机数字表法分为对照组和暴露组，每组10只。将大鼠在实验室中适应性饲养2周，暴露组大鼠每日暴露于极低频正弦交变磁场，对照组大鼠不进行ELF-EMF暴露。暴露组大鼠每天暴露8 h(上午9时~下午17时)，连续暴露30 d。本实验采用兰州大学核科学与技术学院设计和制作的双极磁场。该磁场由1对极间垂直距离为70 mm、匝数相同(均为160匝)的铜线圈相对放置串联而成，每个螺线管线圈内径440 mm、高70 mm，经调压变压器调制后加至线圈两端，线圈内的电流用交流电压电流表显示。磁场装置运行期间磁场环境均匀稳定，电磁场频率固定为50 Hz，磁感应强度为0~0.5 T连续可调。本研究的暴露磁感强度调为0.1 T，频率固定为50 Hz，暴露时间为每天上午9时~下午17时。
1.3 2组大鼠血液生化指标检测暴露30 d后对2组大鼠血液进行生化检测，采用腹主动脉采血方法收集血液标本，并对血液标本进行编号，所采集的血液于低速离心机中3 000 r·min-1离心10 min，收集血清标本。血清生化检测指标包括丙氨酸氨基转移酶(alanine aminotransferase，ALT)、天门冬氨酸氨基转移酶(aspartate aminotransferase，AST)、尿素氮(urea nitrogen，UN)和肌酐(creatinine，Cr)水平。
1.4 HE染色实验终点处死大鼠，留取大鼠肝脏、肾脏和脾脏并制备成石蜡切片。采用北京索莱宝科技有限公司的HE染色试剂盒并按试剂盒说明书对肝脏、肾脏和脾脏进行石蜡切片染色，染色后的照片置于德国LEICA显微镜下观察并照相。
1.5 统计学分析采用SPSS19.0统计软件进行统计学分析。2组大鼠血清ALT、AST、UN和Cr水平以x±s表示，组间均数比较采用t检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。
2 结果 2.1 2组大鼠血清ALT、AST、UN和Cr水平经过30 d(0.1 T、50 Hz)ELF-EMF暴露后，与对照组比较，暴露组大鼠血清ALT、AST、UN和Cr水平升高，差异有统计学意义(P＜0.05)。见表 1。
| (n=10, x±s) | ||||
| Group | ALT[λB/(U·L-1)] | AST[λB/(U·L-1)] | UN[cB/(mmol·L-1)] | Cr[cB/(μmol·L-1)] |
| Control | 35.56±2.19 | 92.70±6.22 | 7.34±0.35 | 30.61±3.55 |
| Exposure | 43.20±4.05* | 107.90±9.80* | 8.03±0.70* | 35.46±3.92* |
| * P＜0.05 compared with control group. | ||||
对照组大鼠肝脏组织可见中央静脉及周围肝细胞形态正常，胞质丰富，肝细胞之间可见肝血窦。暴露组大鼠暴露于ELF-EMF 30 d后，光镜下肝脏组织可见中央静脉及肝血窦扩张充血，部分肝细胞核固缩、深染、坏死，肝小叶结构不清。见图 1(插页一)。
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| A：Control group；B：Exposure group. 图 1 2组大鼠肝脏组织形态表现(HE，×200) Figure 1 Morphology of liver tissue of rats in two groups(HE, ×200) |
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对照组大鼠肾皮质部肾小球及周围肾小管形态正常。暴露组大鼠暴露于ELF-EMF 30 d后，光镜下肾脏组织可见肾小球及间质毛细血管扩张充血，肾小管无明显改变。见图 2(插页一)。
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| A：Control group；B：Exposure group. 图 2 2组大鼠肾脏组织形态表现(HE，×200) Figure 2 Morphology of kidney tissue of rats in two groups(HE, ×200) |
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对照组可见正常脾索及脾血窦。暴露组SD大鼠暴露于ELF-EMF30 d后，光镜下脾脏组织可见脾血窦高度扩张充血，脾索变窄，部分区域消失。见图 3(插页一)。
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| A：Control group；B: Exposure group. 图 3 2组大鼠脾脏组织形态表现(HE，×200) Figure 3 Morphology of spleen tissue of rats in two groups(HE, ×200) |
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本研究结果显示：0.1 T ELF-EMF暴露影响SD大鼠肝、肾和脾功能及结构。ELF-EMF暴露对于实验动物的损伤与以下机制有关：①增加氧化应激反应(包括DNA氧化损伤和脂质过氧化等)，产生活性氧簇(包括过氧离子、过氧化物、氧自由基等)，持续的ELF-EMF暴露引起活性氧簇水平增加，导致细胞内线粒体和内质网的破坏，引起各脏器结构的损伤；②影响酶活性和ATP合成引起细胞凋亡；③影响免疫系统[11-13]。
大鼠血清ALT、AST、UN和Cr水平升高以及组织切片中部分肝细胞坏死可能与持续ELF-EMF暴露引起的氧化应激反应造成细胞损伤和坏死有关，部分国内外研究也得出了相似的结果，耿读艳等[14]将小鼠暴露于50 Hz、40~48 μT电磁场24周结果显示：暴露组小鼠ALT、AST和UN水平升高，组间比较差异有统计学意义；暴露组小鼠电镜下肝细胞内线粒体大部分嵴和膜融合，粗面内质网可见脱颗粒现象，游离核糖体数量轻度减少, 电镜下肾小球基底膜增厚; Hashish等[15]将小鼠暴露于50 Hz、1.4 mTELF-EMF 30 d后，暴露组小鼠血清中γ-谷氨酰转移酶、谷胱甘肽-S-转移酶水平明显升高，与对照组比较差异有统计学意义。Yokus等[6]指出ELF-EMF暴露可引起脂质过氧化，从而产生大量的超氧阴离子自由基，且暴露后体内丙二醛、8-羟基脱氧鸟苷等氧化应激产物增加，体内产生大量骨髓来源的巨噬细胞和前体细胞，引起细胞损伤与坏死[16]。本研究结果显示：暴露组大鼠组织切片中中央静脉、肾小球及间质毛细血管以及脾血窦均表现出扩张与充血，可能与氧化应激反应引起内皮细胞损伤、细胞凋亡以及免疫反应有关。王少霞[4]将大鼠暴露于400 μT、50 Hz的电磁场60d后检测其心脏组织学特征发现：大鼠心脏组织血管扩张、充血，超微结构观察发现血浆蛋白漏出，管腔内淤血，内皮细胞凋亡或坏死。免疫系统是机体识别外来因素、最早做出响应的防御系统。郝帅等[17]将小鼠暴露于0.5 mT、50 Hz的电磁场30d后发现：ELF-EMF对小鼠血清趋化因子单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)和嗜酸性粒细胞趋化因子1(EOTAXIN-1)有刺激作用。ELF-EMF暴露引起的血管充血、水肿可能与氧化应激反应引起的管腔内淤血、内皮细胞凋亡和坏死有关，也可能与刺激免疫反应、引起趋化因子聚集有关[18]，这需要之后更多的研究进一步验证。
本实验探讨了0.1 TELF-EMF对SD大鼠肝、肾和脾等脏器血清指标及组织学的影响，本课题组将在此基础上进行深入研究，如不同的暴露磁感应强度、不同的作用时间对大鼠肝、肾和脾脏等功能的影响，从分子水平进一步探讨ELF-EMF对SD大鼠损伤的作用机制。
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