目前, 随着微波技术的广泛应用, 电磁辐射污染已经成为人类生活环境第四大污染, 受其影响的人数逐年增加。因此电磁辐射的生物学效应也日益为人们所关注, ,有关的危害机制、安全防护标准的制定等均需足够的生物学研究资料。笔者力图用微波(m icrow ave)连续辐照大鼠, 对甲状腺和血清T3、T4的动态观察, 探讨微波强度与剂量致大鼠甲状腺形态、功能改变及其敏感指标, 从而为制订亚急性职业性微波病诊断标准提供依据。
1 材料与方法 1.1 辐照模型将大鼠置于反射系数近似零的微波暗室辐照, 辐照环境温度及湿度由空调机、吸湿机等调节, 温度为(25 ±1)℃, 湿度80%±5%, 辐照时将大鼠放置于不影响其活动、散热、换气的多孔有机玻璃辐照盒内。辐照峰值功率分别为高剂量(65w/cm2)、低剂量(5w/cm2), 每组辐照时间固定为20m in/d, 连续2周。
1.2 实验动物与分组二级清洁级雄性8周龄SD大鼠54只, 体重150~200g, 由第三军医大学实验动物中心提供。随机分为9组, 每组6只, 分别为对照一组6只, 高剂量(65w/cm2)4组24只, 低剂量(5w/cm2)4组24只。于辐照的1d、7d、14d和辐照后第4天取材。
1.3 微波辐照对大鼠体温的影响用热电偶点温计(精确度±0.1℃)测定在大鼠微波辐照前、后即刻肛温, 计算各组大鼠比吸收率(specific absorp tion ra te, SAR)值, 计算公式如下:
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式中C:组织比热K ca l/kg℃, C取0.83kca l/kg℃; △ T:大鼠在微波辐照前后肛温变化值, 摄氏度(℃); t:微波辐照大鼠的时间, 秒(Sec.); SAR:比吸收率, W/kg。
1.4 血清T3、T4测定动物分别于辐照1d、7d、14 d和辐照后第4天采血。动物先经腹腔内注射20%戊巴比妥钠(30 mg/ kg)麻醉后, 暴露腹腔, 穿刺腹主静脉采血。分离血清-20℃冷藏待用。用放射免疫法在FT630放射免疫测定仪上进行统一测定。
1.5 病理观察将每组动物甲状腺取出, 10%中性福尔马林固定, 常规脱水, 石蜡包埋切片, HE染色, 光镜观察并照相。
1.6 统计分析实验数据采用Microsoft Excel软件进行t检验, 取P < 0.05为显著差异, 实验结果用均数±标准差表示。
2 结果 2.1 微波辐照对肛温和比吸收率的影响对照假性辐照组20m in后大鼠辐照前后肛温无明显改变(P >0.05);5W和65W组微波辐照后大鼠肛温明显升高(P < 0.01), 其中65W组比5W组升温更明显(P < 0.01), 表明微波辐照产生了明显的热效应(表 1)。
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表 1 微波辐照后大鼠肛温和SAR变化(n=6, x±s) |
通过常规病理切片、HE染色, 光镜观察。
假辐照组大鼠甲状腺滤泡形状规则, 滤泡上皮细胞染色均匀, 结构未见异常, 外周部分成熟大滤泡内的胶质有少量排空(图 1)。
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图 1 |
高剂量(65w/cm2)组:辐照1d, 滤泡内粘液湖被滤泡上皮吞噬明显增加, 滤泡和滤泡上皮有轻度增生(图 2); 辐照7d, 小滤泡轻度增生, 发育中滤泡比例增加, 滤泡间质有轻度充血(图 3); 辐照14d, 小滤泡大量增生, 滤泡间质也出现增生, 发育中滤泡比例进一步增加, 还有大量滤泡上皮未形成滤泡结构, 间质充血明显(图 4); 辐照后第4天, 多数未成熟的滤泡发育成熟, 充血基本消失(图 5)。
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图 2 |
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图 3 |
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图 4 |
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图 5 |
低剂量(5w/cm2)组:辐照1d (图 6)、7d (图 7), 甲状腺滤泡和滤泡上皮无明显病理改变; 辐照14d, 外周少数区域成熟滤泡吞噬增加, 中心滤泡也有增生, 间质有充血(图 8); 辐照后第4d, 外周成熟滤泡吞噬功能显著增加(图 9)。
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图 6 |
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图 7 |
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图 8 |
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图 9 |
高剂量(65w/cm2)组:辐照1d, 血清T4显著性增加(P < 0.05);辐照7d, T4浓度恢复正常; 辐照14d, 血清T4显著性下降(P < 0.01);辐照后第4天, 血清T4浓度又恢复正常水平。血清T3浓度随辐照时间增加而逐渐下降, 于辐照14d致最低点(P < 0.05), 辐照后第4天T3浓度有所恢复, 但仍低于正常(表 2)。
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表 2 65w/cm2辐照大鼠血液中T3、T4的浓度变化(x ±s) |
低剂量(5w/cm2)组:辐照1d、7d、14d, T4浓度无显著变化; 辐照后第4天, 血清T4浓度显著性增加(P < 0.01)。血清T3浓度随辐照时间增加而逐渐下降, 但与正常比较均无显著性差异(表 3)。
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表 3 5w/cm2辐照大鼠血液中T3、T4的浓度变化(x ±s) |
微波是一种频率在300MH z300GH z的电磁波, 它作为一种非电离辐射的物理因素, 与人们生活工作密切相关, 随着通讯、广播、电视、工业电器设备及家用微波电器的普及, 和这些设备功率及频率的日益增高, 微波辐射已经成为有损人类健康的物理因素之一, 因此联合国人类环境会议将电磁辐射列为必须控制的公害之一。
国内外流行病学调查和实验研究已经证实, 微波辐射可通过热效应和非热效应对生物体损伤, 而且效应广泛:主要是神经、内分泌、造血、免疫、生殖系统及晶状体的损伤, 超强度微波辐射甚至可致死亡。
本实验结果显示, 当高剂量(65w/cm2)辐照大鼠后, 甲状腺的腺泡上皮细胞吞噬功能增强, 血清T 4应激性增高(P < 0.05);但随着辐照时间延长, 甲状腺出现器质性损伤, 在连续辐照7d后, 血清T4浓度虽然没有变化, 但当时甲状腺功能可能是下降的, 因为T4半衰期是7d, 辐照7d血清T4浓度受到辐照1d血清T4应激性增高的影响, 这在甲状腺HE染色上的病理改变可以应证; 在连续辐照14d, 血清T4、T3浓度下降到最低(P < 0.05), 其病理改变也最重; 当连续辐照2周后第4天, 我们在甲状腺形态和血清T4、T3浓度上都观察到恢复。低剂量(5w/cm2)辐照大鼠后, 甲状腺病理改变不明显, 但血清T4、T3浓度都有下降趋势, 当停止辐照后血清T4浓度显著性增高, 推测可能是低剂量辐照抑制了腺垂体TSH的释放, 从而在功能上抑制了甲状腺释放激素的功能, 停止辐照后, 对TSH释放的抑制解除, 从而促进甲状腺激素的大量释放。甲状腺作为人体最大的内分泌腺与机体的能量代谢密切相关, 甲状腺激素中主要发挥作用的T3可通过核受体-T3 R调控核呼吸因子、线粒体转录因子等因子的表达, 从而调控编码呼吸链上重要酶的线粒体基因转录; 也可直接通过与线粒体基因上的P43蛋白结合, 调控线粒体基因的转录, 最终影响细胞ATP的生成和细胞的生理功能。中枢神经、免疫等系统对电磁辐射作用比较敏感, 已被人群流行病调查和动物实验所证实, 但是否与电磁辐射对甲状腺激素分泌影响有关, 须待进一步研究。
总之, 在本实验条件下, 微波辐照可引起大鼠甲状腺和血清甲状腺激素的改变, 高剂量可随辐照时间的增加出现累积损伤效应, 低剂量在功能上对甲状腺激素释放有抑制作用。所以, 甲状腺是电磁辐射损伤的靶器官, 我们可以通过对血清T4、T3浓度的检测, 间接反映甲状腺、机体的损伤情况。
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