不同溫度下短時間磁場處理對大鼠血清的影響

王焱冰 劉炳君 劉 纓,2

(1 北京中醫藥大學生命科學學院，北京，102488; 2 中國科學院生物物理研究所腦與認知國家重點實驗室，北京，100101)

血液檢測是臨床診斷和科研中常用的分析方法，血液標本在進行采集、儲存、送檢、分離等環節對血液質量、生化檢驗的結果以及血液樣品的使用產生影響[1-4]。在動物實驗中血液的檢測優選現取現測，但在實驗動物數量較多時，經驗不足的實驗者常會忽略待測血液的放置時間及溫度對檢測結果的影響[5-7]，導致不同程度的血液質量或指標的改變[8]。此外，現有的血液保存方法往往采用低溫冷藏，能相對減少血液在儲藏過程中的“儲存損傷”[9]。但也有研究表明，低溫保存會隨著時間的延長，造成血液質量指標如2,3-二磷酸甘油酸(2,3-diphosphoglycerate，2,3-DPG)等下降[10]。因此，正確的血液保存是血液檢測和制品質量保證的關鍵。

中醫的“天人合一”理論[11]認為，正常狀態下，人與自然界即外在環境保持著平衡統一的整體關系，而這種整體關系的溝通是通過“氣”的相互作用達成的。人體之氣與自然界之氣交相呼應，互相影響。磁場是一種能量場，可以看作是中醫描述的“氣”的一種，對生物體產生影響[12]。隨著現代科技的發展及檢測方式的多樣化，人們對磁場的認識日益清晰，衡量磁場的參數及性能指標也逐步完善，磁場的運用方向也隨之拓展[13]。

近年來，有研究指出磁場強度的改變對血液的血紅蛋白、血小板等多種生理指標產生影響[14-16]。Lin等[17]檢測了24 h靜態強磁場對冷凍紅細胞存活率的影響，結果顯示0.2 T組和0.4 T組冷凍紅細胞相對存活率分別提高5.7%和9.1%，其中，0.4 T靜磁場24 h處理可降低紅細胞膜流動性、提高紅細胞膜穩定性。磁場也能夠影響組織和血液中氧化應激水平[18-19]，王勤友等[19]發現中心磁場強度為40 mT的H型強場磁化杯每天處理12 h能使紅細胞超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase，SOD)在第7、14、21、28、35天時明顯降低，可能通過減弱氧化損傷保護紅細胞；Terpilovskii等[20]發現弱磁場(<5 μT)可損害紅細胞的功能狀態；丁海敏[21]發現亞磁場暴露48 h使小鼠血清中SOD活力顯著低于地磁組；本實驗室前期研究發現亞磁場能直接促進體外銅鋅超氧化物歧化酶(CuZn-SOD)蛋白的聚集，進而加速其失活[22]。此外，Ciorba和Morariu[23]發現亞磁場(<500 nT)導致室溫下儲存72 h血液中谷草轉氨酶(Glutamic-oxaloacetic Transaminase，GOT)和谷丙轉氨酶(Glutamic-pyruvic Transaminase，GPT)活性明顯下降。

磁場確實會對血液質量產生影響，因此在本實驗中，我們以4種不同的磁場強度對不同保存溫度下大鼠血液進行短時間(2 h)的體外暴露處理，并對血清中GOT、GPT、SOD、2,3-DPG進行檢測，系統分析短時間磁場處理對不同溫度下血液質量變化的影響，探索針對不同檢測指標血樣的磁場輔助保存技術。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 動物 32只無特定病原體(Specific Pathogen Free，SPF)級雄性SD(Sprague Dawly)大鼠(北京斯貝福生物技術有限公司，許可證號：SYXK2014-32)，體質量(220±20) g，6～8周齡。實驗室和動物房由中國科學院生物物理研究所提供,室溫(24±1)℃，濕度(50±1)%，12 h明暗交替環境，標準飼料喂養。所有實驗程序遵循中華人民共和國科技部頒布的《關于善待實驗動物的指導性意見》,均經中國科學院生物物理研究所動物福利與研究倫理委員會審批(倫理審批號:4-2021090804-3074)。

1.1.2 試劑與儀器 GOT試劑盒(南京建成科技有限公司，貨號：C009-2-1)，GPT試劑盒(南京建成科技有限公司，貨號：C009-2-2)，SOD測定試劑盒(南京建成科技有限公司，貨號：A001-3-2)，2,3-DPG酶聯免疫試劑盒(上海江萊生物科技有限公司，貨號：JL40950)，三溴乙醇(南京愛貝生物科技有限公司，型號：M2940)；坡莫合金磁屏蔽罐[24]、塑料對照罐(直徑×高度，20 cm×10 cm)，釹鐵硼永磁體(直徑×厚度50 mm×5 mm)(以上由中國科學院生物物理研究所自制)，中科院生物物理所北京磁共振成像中心磁共振成像儀(西門子股份公司，德國，型號：Prisma fit 3.0T)，CCG-1000感應式交變磁強計(中國計量科學研究院自制)，手持式高斯計(長沙天恒測控技術有限公司，型號：TD8620)，冷凍離心機(Sigma公司，德國，貨號：3K18)。

1.2 方法

1.2.1 分組與模型制備 分別以塑料對照罐、坡莫合金磁屏蔽罐構建地磁場、亞磁場環境，以2塊釹鐵硼永磁體相夾6 mm培養皿構建強磁場環境，以磁共振成像中心磁共振成像儀構建超強磁場環境。見圖1。大鼠經7 d適應性飼養后，對其進行腹腔注射阿佛丁麻醉，腹主動脈取血[25]。每只鼠血樣等分為8份，隨機分為室溫組(25 ℃)和低溫冷藏組(0～4 ℃)，每個溫度組分別設置地磁場組、亞磁場組[26]、強磁場組、超強磁場組[27]4組，每組8只。

圖1 磁場處理設備

1.2.2 干預方法 首先對磁場強度進行檢測，使用中國計量科學研究院提供的CCG-1000感應式交變磁強計分別測量坡莫合金磁屏蔽罐、塑料對照罐的磁場強度，使用TD8620高斯計測量釹鐵硼永磁體強度。在磁場環境中分別測定培養皿中心點，皿沿方形邊中心正西點，正東點、正南點，正北點的磁場強度，計算出磁場環境磁場強度總量。將全血樣品按不同溫度和磁場條件處理2 h。將血樣用冷凍離心機(1 000×g)4 ℃離心10 min，取上層血清，用于后續生化指標的檢測。

1.2.3 檢測指標與方法 使用GOT試劑盒、GPT試劑盒、SOD測定試劑盒、2,3-DPG酶聯免疫試劑盒對血清進行檢測，檢測過程嚴格按照試劑盒的操作流程進行。

2 結果

2.1 磁場強度檢測 經檢測，在實驗時塑料對照罐模擬的地磁場強度為(49.4±0.7)μT(表1)、坡莫合金磁屏蔽罐模擬的亞磁場強度為(3.0±0.2)μT(表1)、釹鐵硼永磁體模擬的強磁場強度為(126.6±20.5) mT(表2)以及超強磁場強度由磁共振成像儀設定為1.7 T。

表1 坡莫合金磁屏蔽罐及塑料對照罐不同位置磁場強度總量和各方向分量分布情況(μT)

表2 強磁場釹鐵硼永磁體磁場分布情況

2.2 室溫下不同磁場強度短時間處理對血液的影響 室溫下，不同磁場條件對血液指標的影響不同。如圖2A所示，2 h處理后不同磁場處理組的GOT活力均低于地磁場組，亞磁場組和強磁場組的GOT活力分別降至73%±0.5%和83%±0.4%，超強磁場組GOT顯著下降，活力均值僅為地磁場組的58%±0.1%(P<0.01)。如圖2B所示，GPT對亞磁場處理的響應則呈現升高趨勢，2 h處理后亞磁場組GPT活力升至111%±0.1%，而強磁場和超強磁場組的GPT分別降至80%±0.1%和91%±0.1%。如圖2C、2D所示，SOD和2,3-DPG指標經磁場處理后分別呈現下降和上升趨勢，亞磁、強磁、超強磁場組SOD分別為地磁場組的100%±0.4%、96%±1%、98%±0.3%，2,3-DPG指標則分別為111%±0.1%、109%±0.3%、107%±0.03%。但相較GOT和GPT而言，變化幅度更低，各組間比較差異均無統計學意義(均P>0.05)。

2.3 低溫下不同磁場強度短時間處理對血液的影響 低溫4 ℃條件下，不同磁場條件對血液指標的影響不同。如圖2A所示，與低溫下的地磁場組相比，2 h處理后亞磁場組的GOT活性提升為122%±0.4%，強磁場和超強磁場組的GOT活力均有降低趨勢，降為其89%±0.1%和81%±0.2%。各磁場組GPT活性在低溫下都有下降趨勢，但不顯著(圖2B)。如圖2C所示，低溫下各個磁場組2 h處理后SOD均沒有明顯變化。如圖2D所示，低溫下超強磁場2 h處理后的2,3-DPG與低溫下其他各磁場組相比均顯著降低(超強磁場組/地磁場組=75%±0.2%，超強磁場組/亞磁場組=68%±1.6%，超強磁場組/強磁場組=68%±0.3%，P<0.001),而亞磁場和強磁場使2,3-DPG活性有升高的趨勢(亞磁場組/地磁場組=108%±0.3%，強磁場組/地磁場組=110%±0.4%)。

2.4 不同溫度下各磁場強度短時間處理對血液的影響 如圖2A所示，在低溫環境下各磁場的GOT活力均顯著低于室溫下的地磁場組；低溫環境下亞磁場、超強磁場組GOT活力相較室溫下同磁場環境有下降趨勢；強磁場組GOT活力相對于室溫下強磁場組顯著下降(P<0.01)。如圖2B所示，低溫環境下亞磁場組2 h處理使GPT活力明顯低于室溫下的亞磁場組(P<0.05)；地磁場和超強磁場作用下GPT活力相對于室溫條件下相同磁場環境活力均有下降趨勢。如圖2C所示，低溫下各磁場2 h處理后SOD相對于室溫環境均沒有明顯變化。如圖2D所示，低溫下超強磁場組的2,3-DPG活力顯著低于室溫下的各磁場。另外，相對于室溫地磁場、亞磁場和強磁場組來說，低溫下同磁場環境中血液的2,3-DPG活力出現了升高的趨勢。

圖2 不同磁場處理2 h對室溫或低溫環境下血清GOT、GPT、SOD、2,3-DPG水平的影響

3 討論

磁場是一種存在于我們生存環境中的一種特殊的場，與地球上的各種生命活動息息相關。按照古人的觀點，世界的本原是精氣，《管子·內業》中提出：“凡物之精，此則為生。下生五谷，上為列星。”指出了精氣是萬事萬物生機的本原，精氣彌散而運動。在我們的世界中，這種無形之氣與有形實體之間時刻都進行各種形式的交換，奠定了萬物之間的聯系性和統一性。《黃帝內經·靈樞·歲露論》提出：“人與天地相參也，與日月相應也。”磁場作為一種自然之氣，不斷地與我們相互作用、相互影響。隨著科技的發展，磁場的認識及應用也逐漸廣泛，開始以輔助手段應用于疾病治療及抗氧保鮮。血液的儲存與檢測對于臨床及實驗應用意義重大，且已有研究探索了不同磁場條件對于血液的影響，但由于不同實驗室構建磁場強度、檢測指標不同且磁場種類有限難以對血液儲存檢測提供系統性意見。本文針對血液儲存造成的檢測結果不準確和低溫保存的血液制品的“儲存損傷”問題，設置不同的磁場梯度及溫度環境，針對GOT、GPT、SOD、2,3-DPG 4個指標，探索短時間不同強度磁場處理對血液的影響。

GOT和GPT是科研和臨床的血液檢測中經常出現的2個指標，另外它們也是肝功能檢查時的重要指標。SOD作為一種機體內的抗氧化酶，具有很強的催化超氧陰離子自由基(O2-)發生歧化反應的功能，在維持血液的動態平衡中起著重要作用。實驗發現，相對于地磁場來說，低溫和磁場處理對血清酶活指標GOT、GPT和SOD呈現不同的影響，其中，GOT變化最顯著，SOD水平則相對穩定。在室溫環境下，超強磁場能顯著降低血清GOT的活性，亞磁場和強磁場使其活性呈現下降趨勢，而在低溫條件下，相對于地磁場，亞磁場可挽回這種低溫儲存損傷。對于GPT而言，強磁場及超強磁場都對GPT活力有降低趨勢。此外，室溫下亞磁場使GPT有升高趨勢，這與Ciorba和Morariu[23]的結果不同，推測與亞磁場構建方法有關，相較于前者使用的線圈補償法，本文使用的金屬屏蔽法對同時減弱環境中的交變磁場更有效。不同溫度、磁場處理2 h對SOD均沒有顯著影響，與先前的報道結果不同[21]，我們推測與暴露時間短有關，說明SOD在短時間內受環境影響較小。2,3-DPG是紅細胞糖代謝的產物和調節血紅蛋白對氧親和力的重要因素，也是體現紅細胞釋氧能力的一個重要指標[28]。值得注意的是，低溫環境下超強磁場能夠使血清中2,3-DPG活力明顯下降。血清2,3-DPG的降低意味著紅細胞代謝功能和(或)輸氧的損傷，其效應是否也涉及代謝和氧合相關蛋白的變化還有待進一步驗證[29]。

血液儲存與檢測對臨床醫療及實驗檢測有重要意義，因此，需要開發一種盡可能減少血液儲存損傷的輔助儲存方法。實驗發現，短時間亞磁場將保護體外血液蛋白酶活性，同時，血樣運輸中應避免強磁場、超強磁場對樣品的影響。本文為揭示磁場效應機制以及臨床和科研中血樣的保存技術開發提供了必要的基礎依據和線索，具有一定的理論意義和應用價值。

致謝：感謝中國科學院生物物理研究所腦與認知國家重點實驗室赫榮喬課題組及北京磁共振成像中心為本文實驗中提供的磁場條件，以及赫榮喬、卓彥研究員對本實驗的幫助；感謝中國人民解放軍總醫院汪德清教授對本文的幫助和指導。