随着电子技术在军事和民用领域的广泛应用, 接触电磁辐射的职业暴露人群越来越多。流行病学资料显示, 接触电磁辐射的人群容易产生神经衰弱、失眠、学习记忆能力下降等中枢神经系统症状, 但其发生的确切机制至今仍未完全阐明^[1]。近年来, 电磁辐射对中枢神经系统学习记忆功能的影响成为国内外神经科学领域的研究热点之一, 但这些研究大都集中于海马脑区, 而对小脑学习记忆功能的影响却鲜见有文献报道。神经科学研究表明, 运动性学习记忆功能是完成各种复杂的程序性任务和活动所必需的能力, 小脑是运动性学习记忆的主要功能脑区^{[2, 3]}, 本实验以家兔为研究对象, 探讨电磁辐射对运动性学习记忆功能和小脑组织形态结构的损伤特点, 为明确电磁辐射的致伤效应、阐明致伤机制奠定基础。

1 材料与方法 1.1 实验动物及分组

二级成年日本大耳白家兔, 雌雄各半, 体质量(2.46±0.32)kg。将已经建立牢固瞬膜条件反射的家兔随机分为对照组和电磁辐射组, 辐射组又设定辐射后0、3、24和72h等四个时相点, 每个时相点6只家兔。

1.2 建立瞬膜条件反射

参照文献[4]所述方法, 对家兔进行瞬膜条件反射训练:采用1000Hz的正弦波纯音作为条件刺激, 以80dB持续作用800ms; 采用压强为80g/cm²的束状气流作为非条件刺激, 距离家兔左眼(或右眼)角膜10cm持续作用200ms。实验时, 先将家兔头部固定, 于实验箱内静置1~ 2min, 待家兔情绪安定后方可进行。先给予条件刺激, 当条件刺激作用600ms时, 施加非条件刺激, 并与条件刺激同时结束, 此为1次实验过程。以9次条件和非条件刺激共同作用加1次单独条件刺激为1组, 每天训练10组, 共计100次。单次训练间隔时间为5s, 每组间隔时间为30s。在单独给予条件刺激时, 如果家兔出现眼睑半闭或全闭现象即为阳性反应。连续训练7d后检测家兔瞬膜条件反射的形成情况, 选择瞬膜反射阳性率≥80%的家兔作为实验对象。

1.3 电磁辐射处理

将家兔头部固定, 置于反射系数为零的辐射暗室内, 以平均功率密度为90mW/cm²的S波段电磁波进行全身均匀辐射30min。暗室环境温度稳定于(20±2)℃, 相对湿度稳定于(60±10)%。

1.4 肛温测定

辐射前和辐射后即刻用热电偶点温计测定动物肛温, 比吸收率(specific absorption rate, SAR)值。计算公式^[5]如下:

式中:C:组织比热, 取0.83(kcal/kg℃); △T:家兔在辐射前后的肛温变化值(℃); t:辐射时间(s)。

1.5 病理观察

电磁辐射后各时相点将家兔断头取小脑, 用10﹪甲醛固定, 常规脱水, 石蜡包埋切片, HE染色, 用LEICA DMIRB光学显微镜观察、照相。

1.6 统计学处理

数据采用Spss13.0软件进行统计分析, 结果用均数±标准差表示, 取P < 0.05表示显著性差异。

2 结果 2.1 电磁辐射对肛温和比吸收率的影响

对照组家兔在电磁辐射前后肛温没有显著变化, 而辐射组家兔在电磁辐射后肛温较辐射前平均升高2.98℃, 其SAR值为5.75kcal/kg(表 1)。

2.2 电磁辐射对运动性学习记忆能力的影响

家兔给予90 mW/cm²电磁辐射30min后0h瞬膜条件反射阳性率显著下降, 3h后基本恢复至正常水平。表明90mW/cm²电磁辐射能够导致家兔运动性学习记忆功能障碍(表 2)

2.3 电磁辐射对小脑组织形态学的影响

对照组家兔小脑皮层分界清楚, 细胞排列整齐紧密, 胞体形态正常; 电磁辐射后3h, 家兔小脑部分蒲肯野氏细胞轻度萎缩; 辐射后24h蒲氏细胞萎缩加重, 出现空泡化; 辐射后72h蒲氏细胞严重萎缩变形, 空泡化加剧, 颗粒细胞排列紊乱(图 1)。总的看来, 电磁辐射后家兔小脑皮层以蒲肯野氏细胞萎缩变形、颗粒细胞排列紊乱等特点为主, 有较明显的时效关系。

3 讨论

小脑不仅是维持机体平衡的重要器官, 也是运动性学习记忆的主要功能脑区^{[6, 7]}。运动性学习记忆是对复杂的程序性活动进行学习并形成记忆的过程, 它有别于海马脑区的学习记忆, 在日常生活和军事活动中都具有十分重要的意义^[8]。研究显示, 中枢神经系统是电磁辐射最为敏感的靶器官, 急性电磁辐射可致大脑海马脑区学习记忆功能障碍^[9]。我们据此推测, 电磁辐射也将对小脑的运动性学习记忆功能产生影响。

瞬膜条件反射是反映小脑运动性学习记忆能力的经典模型, 该反射的基本原理是采用条件刺激(声音)和非条件刺激(气流或电流)同时作用于家兔, 使其产生眼睑闭合(即瞬膜)动作。经过一段时间的训练后, 单独给予声音刺激, 可使家兔出现瞬膜动作, 这一现象称为瞬膜条件反射。该条件反射在小脑中的神经信号传导通路为:条件刺激(声音)通过颗粒细胞发出的平行纤维将神经信号传递到蒲肯野细胞的突触后膜上, 非条件刺激(气流或电流)通过下橄榄体发出的爬行纤维将神经信号传递到蒲肯野细胞的突触后膜上, 蒲肯野细胞通过其树突所形成的突触联系将来自两类神经纤维的信号加以整合处理并形成记忆, 最终通过其轴突发出运动指令支配瞬膜动作^[10]。

电磁辐射的生物学效应以机体温度升高是否超过1℃区分为热效应和非热效应, 电磁辐射对学习记忆能力的损害以热效应为主^[11]。本次实验结果显示, 家兔给予电磁辐射后可出现明显的瞬膜条件反射障碍, 辐射结束后3h部分恢复, 至24h后完全恢复正常。通过肛温检测发现, 家兔给予电磁辐射后肛温明显升高2.98℃, 其SAR值为5.75kcal/kg, 说明家兔吸收了大量电磁辐射的能量并导致机体产生了明显的热效应。我们认为, 电磁辐射导致的机体热效应是电磁辐射致伤的始动因素, 由于电磁辐射引起机体产生明显热效应, 从而导致小脑组织形态结构损伤和运动性学习记忆功能障碍。

本实验的结果表明, 电磁辐射的损伤效应是多方面的, 其对中枢神经系统的损伤除了造成海马脑区学习记忆功能障碍外, 也将损害小脑的运动性学习记忆功能, 其损伤机制有待于进一步研究。