随着核能的利用以及氚核素在工农业, 医学和水文等方面的广泛应用, 氚生物效应研究日益为广大研究者所关注。环境中的氚主要以氚水形式存在, 可通过食物链、呼吸道和皮肤接触等途径进入机体, 特别是母体内的氚水可通过胎盘进入胚胎及胎儿脑组织中, 这种内照射对发育着的中枢神经系统的效应尤为令人关注。为探讨低水平氚宫内照射对仔代生长发育及反射行为的影响, 有关工作业已开展^[1], 但实际接触水平往往极低, 本研究采用给孕鼠一次性腹腔注入氚水的方法, 在极低剂量水平下, 探讨氚辐射对仔鼠生后生长发育、新生反射及行为可能造成的影响, 为评价极低水平下氚内照射对发育中的人脑的作用以及为核防护安全标准的制订提供必要的参考数据。

一 材料和方法 1 动物及照射条件

本实验选用8~10周龄的C57BL/6 J健康纯系小鼠, 经阴道涂片观察在动情期的雌鼠与雄鼠1:1合笼过夜, 次日凌晨查到阴栓为妊娠第0天。

氚水活度为3.7×10⁸Bq/ml, 由中国科学院上海原子核所提供, 经蒸馏水稀释成适当浓度, 用RSC-CBI型低本底液体闪烁计数仪标定。

妊娠第12.5天的孕鼠, 随机分为5组, 照射组采用一次性腹腔注入氚水的方式, 分别按体重及估算剂量注入相应量的氣水, 使受照组仔鼠在出生前分别受到累积吸收剂量为0.015、0.030、0.060和0.180Gy照射。氚累积吸收剂量估算方法见参考文献2。

孕鼠自然分娩、哺育仔鼠。生后第1天将各窝仔鼠随机减至最多8只, 将减下的仔鼠随机分给同剂量组但仔数小于8只的母鼠哺育, 并在生后第7天将不足4只仔鼠的窝舍弃。仔鼠生后22天时与母鼠分窝饲养。在整个饲养过程中室温在20℃、动物房通风且洁净的条件下进行, 动物给予充足饲料和饮水, 每天接受日光灯照射8小时。

2 检测指标及检测方法

(1) 生长发育  a)体重:0、0.015、0.030、0.060和0.180Gy剂量组窝数分别为5、5、6、5和6。所有的205只仔鼠在天龄0、1、7、11、14和21分别称重。b)张耳、开眼及视觉定向等指标检测方法参照文献3的方法。c)出牙:仔鼠有一颗门齿长出牙床突破牙龈即为达标。从生后第9天起开始观察。d)向亲性行为(趋性试验):用小过道连接的小笼, 干净且无异味。将母鼠放在一笼中, 受试仔鼠放在过道正中。在3分钟内仔鼠自然趋向母鼠发生的气味、并向母鼠一侧移动即为正常。从生后第14天起检测。

(2) 新生反射  表面翻正:指标检测参照文献3的方法。

(3) 行为  a)悬挂行为:将仔鼠四肢悬挂于直径为4.5mm的铁丝上, 铁丝距地面45cm, 松手后记录时间至仔鼠掉下时止。每只连续测3次, 取最长的一次所用时间为该鼠的四肢悬挂时间。测试在仔鼠第15天天龄。b)旷场行为:圆形铁盒改装而成。旷场直径45cm, 壁高50cm。距旷场中央60cm高处放置一40瓦白炽灯照明。旷场分为面积近似的25个小格, 洌试在暗环境下进行。将也后22天龄的仔鼠置于旷场中央的格中, 记录其走出中央格的潜伏期及2分钟内其双后肢走过的格子数。c)孔板探究:将一直径23.5cm的圆形木板置于一经改制的塑料桶中部, 板距桶底15cm, 距桶上缘40cm, 板上钻有9个间距大致相等直径为1.5cm的小孔。将第24天龄仔鼠置于孔板上, 记录其在2分钟内探孔的次数。

3 统计学方法

资料采用t检验的方法进行统计分析, 必要时用方差分析和近似法t′检验。对部分指标观察记录还采取了如下参数:

(1) 以窝数为单位的全部仔代达标的平均日龄(因数贷少, 仅列出结果而未做比较检验)。

(2) 仔代半数达标的平均日龄(AD₅₀)。

(3) 对照组仔代数达标时, 受照组仔鼠达标的百分率(PAC₅₀)。

二 结果 1 生长发育

表 1列出了仔鼠体重称量结果。在出生时称量结果表明, 各受照组与对照组相比虽呈下降趋势但经统计学检验并无显著性差异; 在第1及7天龄时, 各受照组体重与对照相比则显著降低(P＜0.01), 且在第11天龄时0.030Gy及以上剂量组仍保持这种情况, 仅0.180Gy受照组与对照组相比差异显著性为P＜0.05;至第14和21天龄时, 受照组低体重的状况已泊失, 在0.180Gy受照组反而表现出体重高于对照组的情况, 且这种差异具有统计学上的意义, P值分别为小于0.05及小于0.01。

表 2总结了仔鼠生理标志和感觉功能出现时间的检测结果。张耳和出牙二项指标, 在受照剂量0.180Gy时与对照组相比发育出现了显著的延迟; 开眼在0.060Gy及以下受照组, 与对照组相比亦发生发延缓的现象, 但在0.180Gy组却与对照无统计学差异; 向亲性行为和视觉定向二种感觉指标的发育受阻在0.015Gy剂量组即已出现, 且与对照组相比, 差鼻非常显著(P＜0.01)。

2 新生反射

表 3为仔鼠表面翻正反射出现时间的检测结果。0.015Gy及以上剂量组该反射出现的时间与对照组相比, 发育延迟具有非常显著的统计学意义(P＜0.0l)。

为使结果分析更加全面, 我们引入了AD₅₀和PAC₅₀两个参数统计方法。图 1和图 2分别为利用AD₅₀和PAC₅₀参数统计方法得出的生理标志指标和新生反射指标的结果。可见不同生物学终点对剂量的敏感性不尽一致, 以视觉定向和表面翻正为例, 0.015Gy即可使这二个指标受到显著的抑制作用。

3 行为

表 4是仔鼠行为测试结果。可见, 0.180Gy受照组与对照组相比, 悬挂时间、旷场潜伏期均呈现缩短现象; 探孔次数、旷场走格数呈增加趋势。上述改变具有统计学上的意义, 且在走格数指标的测试中显示, 0.060Gy即已呈现显著的增加。

三 讨论

体重的增长变化是较行为改变更敏感的指标^[4], 本实验结果支持这种观点。虽然仔鼠出生当天, 各实验组体重并无显著性差异, 但在生后第1至7天, 0.105Gy受照组即已表现出明显的具有统计学意义上的体重降低; 随着仔鼠不断长大, 至14和21天龄时, 受照组体重的増加已与对照组相匹, 且在0.180Gy组表现出了体重增加超出对照组的现象, 而这种差异具有统计学上的意义。生理标志和新生反射指标的选择是根据其对氚辐射的敏感情况^[1], 但在极低的氚β辐射剂量下, 各指标表现了很大的敏感差异性。有些指标如向亲行为、视觉定向和表面翻正, 在0.015Gy即发生发育延迟。杨志远等的研究提示, 0.0l2Gy宫内照射即可使仔代大鼠大脑皮质厚度显著减少, 脑锥体细胞缺失率13.2%, 上述结果支持本研究结果。周湘艳等^[8]的研究表明, 氖RBE值在小剂量、低剂量率下呈増大趋势; 王宏等的研究结果提示小鼠对宫内照射的敏感性高于大鼠^[3], 王樟龄等^[7]以大鼠为实验动物, 以γ辐射为参考辐射, 得氚RBE值在1.55-2.14范围, 结合我们前一段的研究^[1], 我们有理由认为, 氚宫内照射在极低剂量下即可导致小鼠脑发育和神经行为的异常改变。

四肢悬挂主要用于测试仔鼠四肢力量和协调性的发展。仔鼠四肢悬挂时间的缩短, 表明氣宫内照射对其神经运动机能产生了抑制作用。旷场和孔板探究分别用于测试动物情绪和对新奇环境的探索能力^[7], 本研究表明, 受照仔鼠在0.060Gy组即表现为中枢神经系统的兴奋状态, 0.180Gy组则呈探索能力増强状况。这与Norton报道受照仔代早期表现为兴奋性増加的观点一致^[8]。

氚对脑发育和神经行为效应的研究是氚生物效应研究中重要组成部分, 与聚变反应堆的开发这一重大课题密切联系, 亦与公众成员防止受氚放射性核素照射安全标准制订密不可分。完善这方面的研究内容, 特别是在人类资料有限的情况下, 进行大量动物实验以最终合理进行信息外推于人是急待解决的工作, 而结合脑神经生化, 神经内分泌、神经病理及高级行为活动的研究势在必行。

(吕慧敏同志在氚水稀释、标定、剂量估算和染毒等方面做了大量工作, 在此特致谢意。)