2007, Vol. 23
随着电磁波技术广泛应用于通讯、交通、医疗、军事等许多领域，人类生活环境也日益严重地受到电磁辐射的污染，因此，电磁波的生物学效应也逐渐为人们所关注。研究表明，电磁辐射具有明显的中枢神经损伤效应[1]，海马是哺乳动物参与学习记忆等高级神经活动的主要区域。本研究通过模拟手机及其基站辐射强度的低功率微波长时间连续照射大鼠，观察微波辐照与海马脑片长时程增强(Long-term Potentiation,LTP)的关系，以期从神经生理变化来观察低功率微波对动物海马的损伤效应。
1 材料与方法 1.1 主要仪器常规细胞外电生理记录装置(其中记忆示波器和微电极放大器购自日本光电公司)；自制半浸式脑片浴槽；微电极控制仪(Sutter P-97P-2000，美国Sutter公司)；电刺激和隔离器、微操纵器(MMP1-AL，华中科技大学仪博生命科学仪器公司)；示波器照相机(JS751，华南师范学院机械厂)。
1.2 动物及分组健康4周龄清洁级Wister大鼠30只，雌雄比1：1，体重60～90g(国科学院上海动物研究中心)，合格证号为SCXK(沪)2003-0003)。电磁波照射前先进行1周环境适应。动物随机分成3组，即2个暴露组和1个对照组，每组10只，雌雄各半。2个暴露组大鼠在功率密度分别为0.5和1.0mW/cm2的1?800?MHz连续电磁下场照射；同时对照组进行虚拟暴露，每天照射12 h，连续21 d。暴露期间，动物自由饮水和进食，温度、湿度、背景噪声等环境条件稳定，实验室射频场(RF-EMF)背景值频宽范围(1?800±500)MHz，功率密度为30～70 W/cm2。当暴露室微波发生器开或关产生实验要求照射强度时，虚拟暴露室内上述频宽范围功率密度仍然保持在30～70 W/cm2。实验于9～11周进行测试。
1.3 暴露系统参照德国电信公司为德国国家环境与健康研究中心(GSF)毒理所提供的标准欧洲数字式GSM移动通信暴露室自制。整个暴露装置由2个独立的暴露室(70 cm×60 cm×220cm)组成。通信天线置于每个暴露室顶部。惠普公司生产的8614A信号发生装置(0.8～2.4GHz)连接一个放大器(SCD Amplificateur Lineaire，1.3～2.6GHz)，产生1 800MHz射频场。为了消除电磁波的反射和折射，暴露室内壁附有微波吸收材料。暴露箱(60 cm×40 cm×20 cm)由有机玻璃制成。使用美国Narda7620型微波辐射测试仪和惠普8592C型频谱分析仪分定期测试暴露参数。
1.4 方法 1.4.1 脑片制备与孵育脑片制备方法参照文献[2]方法。制片后迅速其移到浴槽尼龙网上，并为脑片提供环境以进行孵育。脑片孵育1 h后开始电生理记录。
1.4.2 脑片群锋电位的记录与测量刺激电极置于来自CA3区的锥体细胞的Schafer侧枝上，记录电极置于CA1区的放射层。诱发群锋电位通常可见2个波形向下的负电位，前一个幅度小，为Schafer侧枝的兴奋，称为突触前排放(Presynaptic Volley,PV)；后一个幅度较大，系经突触传递诱发的锥体细胞群体的细胞外电位，即突触后群锋电位(Population Spike,PS)。记录时，先行测试刺激以观察电位是否稳定，待其稳定15?min后，再行条件刺激。
1.4.3 海马脑片LTP现象的诱发和计算在记录脑片群锋电位的基础上，脑片接受条件刺激后，电位的斜率增加超过20%，持续30 h以上，认为诱发长时程增强。海马脑片LTP的计算方法是取条件刺激前的10个单个测试刺激诱发反应的平均值作为参照值，其后的诱发电位幅度和参照值比较，以变化的百分率表示。
1.5 统计分析采用SPSS 11.5统计软件进行方差分析；分别对各组大鼠高频刺激前PS幅度、潜伏期和斜率，高频刺激后幅度、潜伏期和斜率以及斜率变化百分率进行统计分析。
2 结 果 2.1 高频刺激前后PS幅度和潜伏期的变化对照组、0.5和1.0 mW/cm2组高频刺激前PS峰幅度或潜代期比较差异无统计学意义(P＞0.05)；高频刺激后PS峰幅度或潜伏期比较差异也无统计学意义(P＞0.05)。
2.2 高频刺激前后PS斜率变化(表 1) 。由于影响电位幅度的因素较多，用斜率可排除这些影响因素；电位幅度大小容易受反馈性活动的影响，负反馈作用可使幅度下降。因此，高频刺激前后对PS斜率进行比较，对照组、0.5组和1.0mW/cm2组PS斜率比较差异无统计学意义(P＞0.05)。
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表 1 各组高频刺激前后斜率变化( x ± s, %) |
高频刺激前和后PS 斜率或幅度变化比较, 差异无统计学意义( P > 0105) 。但是, 可看出斜率或幅度的变化范围很大。如110mW/ cm2 暴露组PS 斜率的95% CI = 181 5 ~1591 4, 其PS 幅度的95%CI= 51 9~ 14013。
2.3 高频刺激前后LTP的发生率(表 2) 。（略）对照组、0.5和1.0mW/cm2组LTP发生率比较，差异无统计学意义(P＞0.05)。
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表 2 不同组别LTP发生率比较 |
3 讨 论
动物的学习和记忆能力与海马的关。目前，海马脑片离体实验己经广泛用于学习记忆细胞机制的研究。许多学者从不同方面对突触LTP与学习记忆的关系进行了大量的研究，其结果大致可概括为，一些影响LTP的因素确实对学习研究过程产生明显的影响，但也有某些学习过程不受影响；一些影响学习过程的因素也影响LTP形成。诱导海马脑区的LTP形成可提高学习记忆活动，学习过程中伴有海马脑区LTP的形成[3, 4]。本课题在前期通过单细胞凝胶电泳对海马检测的研究表明，电磁辐射引起大鼠海马DNA的损伤[5]。
低强度射频电磁波暴露对诱导海马脑片LTP的实验结表明，高频刺激前后PS幅度或潜伏期比较，各组间差异无统计学意义。采用PS下降支的斜率变化来表示电位改变有以下特点：电位幅度大小容易受反馈性活动的影响，负反馈作用可使幅度下降，影响电位幅度的因素较多，用斜率可排除这些因素。因此，本实验对高频刺激前后的PS斜率进行了比较，发现各组间高频刺激前后PS斜率差异无统计学意义，且高频刺激前后PS斜率或幅度变化的百分率之间差异也无统计学意义。但是，可看出斜率或幅度的变化范围很大，高频率激后LTP的发生率比较，各组间差异无统计学意义。
海马脑片实验对射频场效应的研究具有重要意义，如果Tattersall[6]的实验结果发生在体内研究，动物的学习和记忆能力将受到影响。必须强调，人类的海马深埋在大脑中，移动电话发射时，能量吸收非常低。总之，在本实验条件下，未发现电磁波对大鼠海马脑片突触传递长时程增强的形成有影响，其效应意义尚需进一步研究。
| [1] | Orbach AS, Abgrall S, Bravo CA. Recent data from the lit erature on the biological and pathologic eff ect s of elect rom agnet ic radiat ion, radio w aves and st ray current[J]. Pathos Boil, 1999, 47 : 1085–1093. |
| [2] | 罗峻, 胡志安, 黎海蒂, 等. 海马脑片LT P 中钙变化的激光共聚焦扫描技术测定方法[J]. 第三军医大学学报, 2003, 25(2) : 263–265. |
| [3] | Kandel ER, S chwartz JH, Jessell TM. Principles of neural science[M].New York: McGraw Hill Companies, 2000: 722-733. |
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| [5] | 武慧欣, 吴锡南, 刘苹, 等. 1800 MHz 电磁波辐射对大鼠海马细胞DNA 的损伤作用[J]. 环境与健康杂志, 2006, 23(5) : 413–415. |
| [6] | Tatt ersll J E H, Sott T R, Wood S J, et al. Th e ef fect s of low intensity radio frequen cy electromganet ic fields on electrical activity in rat hippocampal slices[J]. Brain Res, 2001, 904 : 43–53. DOI:10.1016/S0006-8993(01)02434-9 |