極低頻電磁場暴露對SD大鼠肝、腎和脾臟功能及形態的影響

毛 勇，劉 浩，吳向陽，高秉仁

(1.蘭州大學第二醫院心臟外科， 甘肅 蘭州 730000；2.河南省開封市中心醫院心胸外科， 河南 開封 475000)

極低頻電磁場(extremely low frequency electromagnetic fields，ELF-EMF)是一種頻率為0～300 Hz 的電磁場，普遍存在于人們的日常生活中[1]。流行病學研究[2-3]顯示：長期暴露于ELF-EMF會增加腫瘤和神經退行性病變的患病率，增加流產的危險性以及導致免疫損傷。動物實驗[4-6]表明：ELF-EMF可引起實驗動物心臟組織結構損傷和肺組織損傷，增加氧化應激反應。

磁場根據強度分為超強磁場(>5 T)、強磁場(1～5 T)、中強磁場(1 mT～1 T)和弱磁場(<1 mT)[7]。不同強度電磁場對人及動物的損傷有很大差異，0.1 T ELF-EMF可由高壓輸電線、變壓器以及各類家用電器產生，但關于0.1 T ELF-EMF對于實驗動物損傷的研究比較有限，其可能帶來的影響有以下幾個方面：①影響實驗動物的血液黏度和凝血過程；②影響實驗動物的晝夜節律[8-10]。目前國內外缺乏關于0.1 T ELF-EMF對于動物肝、腎和脾等臟器功能影響的研究。本研究通過動物實驗觀察0.1 T ELF-EMF對SD大鼠肝、腎和脾臟功能的影響，進一步闡明輻射損傷的作用機制。

1 材料與方法

1.1 實驗動物、主要試劑和儀器 本研究經蘭州大學第二醫院倫理委員會批準，所有操作均嚴格遵守美國國立衛生研究院關于動物飼養的相關細則。20只SPF級SD大鼠購自蘭州大學醫學動物實驗中心，雄性，7～8周齡，生產許可證號：SCXK(甘)2013-0002，使用許可證號：SYSK(甘)2013-0003，體質量 270～280 g；保持環境清潔，采用專用飼料喂養，飲食飲水不限。蘇木素染液和伊紅染液為北京索萊寶科技有限公司產品，無水乙醇為煙臺市雙雙化工有限公司產品，10%中性緩沖甲醛為浙江金華同和生物科技有限公司產品。顯微照相系統為德國LEICA 公司產品，低溫高速離心機為德國Heraeus公司產品，全自動生化分析儀為日本Hitachi公司產品，加熱石蠟包埋系統為德國LEICA 公司產品。

1.2 實驗動物分組和處理方法 將20只SPF級雄性SD大鼠按照隨機數字表法分為對照組和暴露組，每組10只。將大鼠在實驗室中適應性飼養2周，暴露組大鼠每日暴露于極低頻正弦交變磁場，對照組大鼠不進行ELF-EMF暴露。暴露組大鼠每天暴露8 h(上午9時～下午17時)，連續暴露30 d。本實驗采用蘭州大學核科學與技術學院設計和制作的雙極磁場。該磁場由1對極間垂直距離為70 mm、匝數相同(均為 160 匝)的銅線圈相對放置串聯而成，每個螺線管線圈內徑 440 mm、高 70 mm，經調壓變壓器調制后加至線圈兩端，線圈內的電流用交流電壓電流表顯示。磁場裝置運行期間磁場環境均勻穩定，電磁場頻率固定為50 Hz，磁感應強度為0～0.5 T連續可調。本研究的暴露磁感強度調為0.1 T，頻率固定為50 Hz，暴露時間為每天上午9時～下午17時。

1.3 2組大鼠血液生化指標檢測 暴露30 d后對2組大鼠血液進行生化檢測，采用腹主動脈采血方法收集血液標本，并對血液標本進行編號， 所采集的血液于低速離心機中3 000 r·min-1離心10 min，收集血清標本。血清生化檢測指標包括丙氨酸氨基轉移酶(alanine aminotransferase，ALT)、天門冬氨酸氨基轉移酶(aspartate aminotransferase，AST)、尿素氮(urea nitrogen，UN)和肌酐(creatinine，Cr)水平。

1.4 HE染色 實驗終點處死大鼠，留取大鼠肝臟、腎臟和脾臟并制備成石蠟切片。采用北京索萊寶科技有限公司的HE 染色試劑盒并按試劑盒說明書對肝臟、腎臟和脾臟進行石蠟切片染色，染色后的照片置于德國LEICA顯微鏡下觀察并照相。

2 結 果

2.1 2組大鼠血清ALT、AST、UN和Cr水平 經過30 d(0.1 T、50 Hz)ELF-EMF暴露后，與對照組比較，暴露組大鼠血清ALT、AST、UN和Cr水平升高，差異有統計學意義(P<0.05)。見表1。

表1 2組大鼠血清ALT、AST、UN和Cr水平

GroupALT[λB/(U·L-1)]AST[λB/(U·L-1)]UN[cB/(mmol·L-1)] Cr[cB/(μmol·L-1)]Control 35.56±2.1992.70±6.227.34±0.3530.61±3.55Exposure 43.20±4.05*107.90±9.80*8.03±0.70*35.46±3.92*

*P<0.05 compared with control group.

2.2 2組大鼠肝臟組織形態表現 對照組大鼠肝臟組織可見中央靜脈及周圍肝細胞形態正常，胞質豐富，肝細胞之間可見肝血竇。暴露組大鼠暴露于ELF-EMF 30 d后，光鏡下肝臟組織可見中央靜脈及肝血竇擴張充血，部分肝細胞核固縮、深染、壞死，肝小葉結構不清。見圖1(插頁一)。

2.3 2組大鼠腎臟組織形態表現 對照組大鼠腎皮質部腎小球及周圍腎小管形態正常。暴露組大鼠暴露于ELF-EMF 30 d后，光鏡下腎臟組織可見腎小球及間質毛細血管擴張充血，腎小管無明顯改變。見圖2(插頁一)。

2.4 2組大鼠脾臟組織形態表現 對照組可見正常脾索及脾血竇。暴露組SD大鼠暴露于ELF-EMF 30 d后，光鏡下脾臟組織可見脾血竇高度擴張充血，脾索變窄，部分區域消失。見圖3(插頁一)。

3 討 論

本研究結果顯示：0.1 T ELF-EMF暴露影響SD大鼠肝、腎和脾功能及結構。ELF-EMF暴露對于實驗動物的損傷與以下機制有關： ①增加氧化應激反應(包括DNA氧化損傷和脂質過氧化等)，產生活性氧簇(包括過氧離子、過氧化物、氧自由基等)，持續的ELF-EMF暴露引起活性氧簇水平增加，導致細胞內線粒體和內質網的破壞，引起各臟器結構的損傷；② 影響酶活性和ATP合成引起細胞凋亡；③影響免疫系統[11-13]。

大鼠血清ALT、AST、UN和Cr水平升高以及組織切片中部分肝細胞壞死可能與持續ELF-EMF暴露引起的氧化應激反應造成細胞損傷和壞死有關，部分國內外研究也得出了相似的結果，耿讀艷等[14]將小鼠暴露于50 Hz、40～48 μT電磁場24周結果顯示：暴露組小鼠ALT、AST和UN水平升高，組間比較差異有統計學意義；暴露組小鼠電鏡下肝細胞內線粒體大部分嵴和膜融合，粗面內質網可見脫顆粒現象，游離核糖體數量輕度減少,電鏡下腎小球基底膜增厚;Hashish等[15]將小鼠暴露于50 Hz、1.4 mT ELF-EMF 30 d后，暴露組小鼠血清中γ-谷氨酰轉移酶、谷胱甘肽-S-轉移酶水平明顯升高，與對照組比較差異有統計學意義。Yokus等[6]指出ELF-EMF暴露可引起脂質過氧化，從而產生大量的超氧陰離子自由基，且暴露后體內丙二醛、8-羥基脫氧鳥苷等氧化應激產物增加，體內產生大量骨髓來源的巨噬細胞和前體細胞，引起細胞損傷與壞死[16]。本研究結果顯示：暴露組大鼠組織切片中中央靜脈、腎小球及間質毛細血管以及脾血竇均表現出擴張與充血，可能與氧化應激反應引起內皮細胞損傷、細胞凋亡以及免疫反應有關。王少霞[4]將大鼠暴露于400 μT、50 Hz 的電磁場60 d后檢測其心臟組織學特征發現：大鼠心臟組織血管擴張、充血，超微結構觀察發現血漿蛋白漏出，管腔內淤血，內皮細胞凋亡或壞死。免疫系統是機體識別外來因素、最早做出響應的防御系統。郝帥等[17]將小鼠暴露于0.5 mT、50 Hz 的電磁場30 d后發現：ELF-EMF對小鼠血清趨化因子單核細胞趨化蛋白1(MCP-1) 和嗜酸性粒細胞趨化因子1(EOTAXIN-1)有刺激作用。ELF-EMF暴露引起的血管充血、水腫可能與氧化應激反應引起的管腔內淤血、內皮細胞凋亡和壞死有關，也可能與刺激免疫反應、引起趨化因子聚集有關[18]，這需要之后更多的研究進一步驗證。

本實驗探討了0.1 T ELF-EMF對SD大鼠肝、腎和脾等臟器血清指標及組織學的影響，本課題組將在此基礎上進行深入研究，如不同的暴露磁感應強度、不同的作用時間對大鼠肝、腎和脾臟等功能的影響，從分子水平進一步探討ELF-EMF對SD大鼠損傷的作用機制。