高功率微波對大鼠內(nèi)分泌相關(guān)器官的影響

高功率微波對大鼠內(nèi)分泌相關(guān)器官的影響

微波技術(shù)已經(jīng)開發(fā)越來越多。它在通信、醫(yī)療、工業(yè)、家庭和軍事領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，環(huán)境和人類健康等問題也引起了社會各界的關(guān)注。高功率微波系統(tǒng)是微波技術(shù)最新進展,但文獻中很少見到有關(guān)高功率微波(highpowermicrowave,HPM)所帶來的衛(wèi)生學問題的資料。內(nèi)分泌系統(tǒng)在維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定中發(fā)揮重要作用,下丘腦垂體腎上腺軸(hypothalamus-pituitary-adrenalaxis,HPA)在機體應(yīng)激反應(yīng)中擔任重要角色,對維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定有重要作用,其應(yīng)激不良或過度均對機體不利,但HPM對內(nèi)分泌器官的影響的報道很少見。為此,本研究擬從S波段HPM對內(nèi)分泌相關(guān)器官(下丘腦、垂體與腎上腺)的功能與結(jié)構(gòu)影響方面進行探討,以期為揭示HPM對內(nèi)分泌的影響提供實驗依據(jù),為臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。1材料和方法1.1兩組所引對照組的設(shè)計二級雄性Wistar大鼠130只,體重(200±20)g,隨機分為5組,其中一組為對照組。大鼠每組5只放入備制的塑料盒中,動物自由體位,在相對濕度為45%、溫度為18℃環(huán)境下采用S波段HPM輻照,平均功率密度輻照組4組分別為2、10、50和90mW/cm2,照射時間為5min。1.2acth、gh與cs的分離和測定動物分別于照后6h,1d,3d與7d活殺,下腔靜脈采血并分離血清,采用放射免疫法檢測血清中ACTH、GH與CS的變化(放免盒均購于北方生物技術(shù)公司)。1.3傳統(tǒng)甲醛提取動物分別于照后6h,1d,7d,14d,28d及3個月經(jīng)1%的戊巴比妥麻醉后活殺,取腎上腺、垂體與下丘腦,入10%的甲醛(福爾馬林)固定,石蠟包埋制片。分別采用HE、TB、Peace與Agnor染色法觀察腎上腺、垂體與下丘腦的病變特點、下丘腦中神經(jīng)元尼氏體、垂體中嗜堿細胞顆粒及垂體與腎上腺細胞嗜銀蛋白的變化。1.4固定戊二醛溶液于上述時間點活殺動物,取下丘腦、垂體及腎上腺組織入2.5%的戊二醛和1%的鋨酸固定,梯度乙醇和丙酮脫水,Epon812包埋。半薄切片定位后制作超薄切片,并用醋酸鈾和檸檬酸鉛雙重染色,應(yīng)用Philip-CM120透射電鏡進行超微結(jié)構(gòu)觀察。1.5嗜堿細胞的平均光密度和密度檢測Peace染色(腺垂體)與嗜銀蛋白染色(腎上腺與腺垂體)的切片于40倍視野下,每組隨機選取5個視野,應(yīng)用CMIAS-Ⅱ圖像分析儀檢測:①腺垂體嗜堿細胞顆粒的平均光密度和數(shù)密度;②腎上腺束狀帶和垂體遠側(cè)部細胞核內(nèi)Agnor面積/核面積及Agnor光密度/核面積。1.6統(tǒng)計處理方法文中數(shù)據(jù)均以均數(shù)±標準差(xˉ±s)(xˉ±s)表示,運用SAS軟件進行具有一個重復(fù)測量因素的兩因素方差分析。2結(jié)果2.1hpm分段影響體內(nèi)功能2.1.1兩組患者一般資料的顯著性差異由表1可見,10mW/cm2組與對照組相比,在6h時血清CS下降有顯著性差異(P<0.05);50mW/cm2組與對照組相比均下降,僅在1d時有顯著性(P<0.05);90mW/cm2組僅在6h時下降有顯著性(P<0.01)。表明腎上腺束狀帶功能在早期即有下降。2.1.2acth的顯著性由表2可見,10mW/cm2組血清ACTH基本呈上升趨勢,在7d時方具有顯著性(P<0.01);50和90mW/cm2組與對照組相比無明顯變化。2.1.3h和7d時由表3可見,50mW/cm2組血清GH在6h和7d時升高有顯著性(P<0.05);10和90mW/cm2組無明顯變化。表明腺垂體功能在一定程度上處于應(yīng)激狀態(tài)。2.2hpm輻射后，內(nèi)經(jīng)器官病理變化2.2.1細胞內(nèi)脂滴減少10~90mW/cm2的HPM輻照后與對照組(圖1)相比,束狀帶病變最為明顯,表現(xiàn)為細胞內(nèi)脂滴減少,細胞濁腫,血管擴張瘀血(圖2),以50mW/cm2病變最為明顯,3d內(nèi)病變呈進行性加重,7d后呈恢復(fù)趨勢,28d時仍未見完全恢復(fù)。嗜銀蛋白在50mW/cm2照射后3d時有顯著性下降(P<0.05),28d有恢復(fù),其定量分析結(jié)果見圖3。2.2.2嗜銀細胞顆粒及嗜銀蛋白的變化10~90mW/cm2的HPM輻照后腺垂體遠側(cè)部細胞變性、壞死出現(xiàn)灶性溶解,細胞數(shù)量減少,血竇瘀血。病變以50mW/cm27d時最為嚴重,14d時變性壞死好轉(zhuǎn),出現(xiàn)灶性炎細胞浸潤,28d時仍未見完全恢復(fù)。嗜堿細胞顆粒于50mW/cm23d時下降有顯著性(P<0.01),在1d、7d與14d時升高有顯著性(P<0.01),28d時基本恢復(fù)。嗜銀蛋白在50mW/cm2照后3d后升高有顯著性(P<0.01),28d時仍未恢復(fù)。定量分析結(jié)果見圖4與圖5。2.2.3胞漿血肉之病10~90mW/cm2的HPM輻照后其病變明顯,表現(xiàn)為神經(jīng)元皺縮,濃染,胞漿嗜酸性變,核濃染,核團與散在神經(jīng)元均有病變,血管亦有瘀血、水腫。病變在7d前均重,且有持續(xù)性,28d后仍存在,但未加重。輻照后下丘腦中神經(jīng)元尼氏體減少。2.3hpm輻射后，生殖器官的超微結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化2.3.1各組細胞染色質(zhì)濃集50mW/cm2組輻照后1d與7d線粒體空化,滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體擴張,核膜間隙增寬。10mW/cm2組1d細胞核染色質(zhì)濃集;血竇瘀血,基膜不整,細胞連接增寬。2.3.2垂桿10mW/cm2組輻照后1d時部分細胞見線粒體腫脹、滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張,核染色質(zhì)濃集(圖6)。2.3.3神經(jīng)元/膜孔結(jié)構(gòu)觀察10和50mW/cm2組輻照后1d與7d時神經(jīng)元皺縮,核膜濃染,線粒體空化,粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張,脂褐素亦增多,突觸前后膜結(jié)構(gòu)模糊(圖7)。3微波系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的相互作用機體面臨著復(fù)雜多變的內(nèi)外環(huán)境,內(nèi)分泌系統(tǒng)與神經(jīng)、免疫系統(tǒng)構(gòu)成一個非常復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),共同維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。微波作為一種環(huán)境因素首先就與這一網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)生相互作用,內(nèi)分泌系統(tǒng)是極其敏感的靶器官之一。另外,在相關(guān)研究中已發(fā)現(xiàn)微波對其他系統(tǒng)如心血管、生殖系統(tǒng)等的影響也有內(nèi)分泌系統(tǒng)的參與,這就更加重了其研究的迫切性。以往研究中以垂體腎上腺功能改變實驗報道較多,但多集中于連續(xù)波長時間(大于30min)照射,對高功率脈沖波研究較少,并且由于實驗條件不一,結(jié)論不一,不乏有矛盾之處。本實驗采用2~90mW/cm2S波段HPM輻照二級雄性Wistar大鼠130只,采用光鏡(HE、TB、Peace和Agnor染色)、電鏡和圖像分析技術(shù),定量研究HPA軸相關(guān)組織損傷的形態(tài)和超微結(jié)構(gòu)變化,發(fā)現(xiàn)S波段HPM輻照可引起HPA軸各器官功能與結(jié)構(gòu)均有不同程度改變,且此改變呈一定劑量效應(yīng)關(guān)系,此研究未見國內(nèi)外文獻報道。3.1腎束狀帶細胞早期被抑制后的反跳釋放HPA軸效應(yīng)的執(zhí)行者腎上腺,其功能多以血中皮質(zhì)醇或皮質(zhì)酮來反映。本實驗中放免檢測血清皮質(zhì)醇(CS)在早期(6h)即有下降,表明腎上腺束狀帶功能早期即受抑制,7d時方有恢復(fù)趨勢。但曹曉哲等的實驗(采用5.4GHz,脈寬為26ns的脈沖微波輻照大鼠2次,間隔5min,輻照持續(xù)時間共52ns,其功率密度不確定)結(jié)果表明CS升高,但反應(yīng)遲緩,14d時方有顯著性,作者認為可能是由于腎上腺束狀帶細胞早期被抑制后的反跳釋放。比較兩種實驗條件下,本實驗?zāi)I上腺功能受損更為嚴重。形態(tài)方面報道較少,在早期射頻實驗中見有腎上腺細胞肥大,而在本實驗中HE染色與電鏡均表明束狀帶細胞有變性或凋亡趨勢及間質(zhì)血管的瘀血,這與曹曉哲等報道一致。在本研究中進一步探討了束狀帶細胞的增殖活性(下降)和損傷后劑量效應(yīng)關(guān)系(存在一定的劑量效應(yīng)關(guān)系)。以上均從不同方面互相印證腎上腺束狀帶在早期即受損傷。至于其損傷機制,對連續(xù)微波照射研究中血清皮質(zhì)醇的變化大多反映機體有應(yīng)激代償?shù)绞Т鷥數(shù)倪^程,即隨照射強度或時間的延長皮質(zhì)醇由升高到下降,且一般為熱效應(yīng)。在本實驗與曹曉哲等的實驗中均未見動物體溫升高(本文數(shù)據(jù)未顯示),表明該實驗條件下效應(yīng)為非熱效應(yīng)。非熱效應(yīng)機制有多種,本實驗細胞損傷機制由電鏡觀察結(jié)果來看膜系統(tǒng)損傷可能起一定作用,其他損傷機制如自由基等是否參與尚需深入研究。3.2第4次:gh與gh細胞間的相互作用作為HPA軸效應(yīng)發(fā)揮的中介者垂體,分泌多種激素。本研究從血清垂體激素變化情況來看,垂體功能基本上處于應(yīng)激狀態(tài),ACTH反應(yīng)較慢,GH反應(yīng)較快。而曹曉哲等則發(fā)現(xiàn)GH于6h、7d及28d時明顯下降,提示腺垂體功能受到抑制。在連續(xù)波效應(yīng)研究中,有關(guān)實驗證實,GH有升高亦有降低,作者認為與實驗動物激素基礎(chǔ)水平及采樣時間點不同有關(guān)。形態(tài)方面,本實驗與曹曉哲等實驗中HE染色與電鏡均表明垂體細胞呈變性或凋亡趨勢。此與本實驗功能測定結(jié)果相悖。但由于腺垂體細胞種類繁多,其損傷細胞是否就是分泌ACTH與GH的細胞,在普通電鏡下難以確認,須采用其他方法進一步驗證。在Peace染色法結(jié)果中顯示嗜堿細胞顆粒在1,7d后均升高,這似乎與血清ACTH的變化一致,但嗜堿細胞種類亦有多種,須采用組織化學等方法以確認ACTH細胞的變化。嗜銀蛋白染色結(jié)果似乎表明垂體功能旺盛,但增殖活性高并不意味著功能增強?？傊贵w形態(tài)與功能方面存在許多矛盾之處,均需重復(fù)實驗或采用其他較準確的方法證明。3.3連續(xù)波效應(yīng)機制HPA軸中樞調(diào)控的重要部位——下丘腦,其核團較多,促垂體區(qū)主要分布在散在的小神經(jīng)元。光鏡表明神經(jīng)元呈變性或凋亡趨勢,尼氏體減少,電鏡亦支持此結(jié)論。但神經(jīng)元中分泌促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素(corticotropinreleasingfactor,CRF)細胞具體形態(tài)變化及功能改變均待證實。在電磁輻射對神經(jīng)元損傷機制中有實驗證實興奮性氨基酸參與,但微波中下丘腦處是否有此機制及其他機制有待深入研究。以上分別討論了HPA軸各器官的病變,作為一個整體,該軸正常情況下逐級調(diào)控,且在各級水平均有負反饋調(diào)控,以維持其功能適度發(fā)揮。