高壓輸電線電磁輻射對大鼠影響的研究

1、高壓輸電線電磁輻射對大鼠影響的研究【摘要】 目的 研究高壓輸電線的電磁輻射對大鼠的影響。方法 將大鼠用高壓輸電線電磁輻射的模擬系統(tǒng)輻照400天后，檢測脾臟細(xì)胞STAT3蛋白磷酸化水平，測定其心電、腦電和肌電，觀測肺、腎和雄性大鼠睪丸的顯微結(jié)構(gòu)，并測定血液生化及血常規(guī)指標(biāo)和血紅蛋白結(jié)構(gòu)等。結(jié)果 大鼠脾臟細(xì)胞STAT3蛋白磷酸化水平明顯升高；血液谷丙轉(zhuǎn)氨酶含量、白細(xì)胞數(shù)目顯著增加；血紅蛋白的紅外光譜圖部分吸收峰位置和峰強度改變；心電圖心動周期延長、心率變短等以及肌肉復(fù)合電位的波幅大量降低；肺、腎和雄性大鼠睪丸的組織結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常。結(jié)論 高壓輸電線電磁輻射對大鼠細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、血液系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)和生殖系

2、統(tǒng)等都有不同程度的影響。 【關(guān)鍵詞】 高壓輸電線；電磁輻射；大鼠 Influence of electromagnetic irradiation for high-voltage transmission lines on rats【Abstract】 Objective To study the effect of exposure to electromagnetic irradiation(EMF) for high-voltage transmission lines(HVTL) on rats.Methods Rats were exposed to EMF imitated fo

3、r HVTL. Electrocardiogram and electroencephalogram were measured. The organic structure of lung and spermary were observed and phosphorylations of STAT3 were detected in spleen cells. Meanwhile the biochemical indexes of blood were determined. Results The expression of phosphor-stat3 was significant

4、ly increased. The content of alanine aminotransferase and number of white cells were remarkably improved. And the intension of peak in FTIR of haematoglobin was changed. The organic structure of lung and spermary were abnormal. Conclusion The EMF of HVTL could bring the intensifying effect on cell s

5、ignal transduction, blood system and productive system of rats, respectively.【Key words】 high-voltage transmission lines; electromagnetic irradiation; rats隨著國家工業(yè)化程度的發(fā)展，高壓輸電線和各種電視臺、電臺等輻射的大量低頻電磁波，使人們不同程度的受這種電磁輻射的影響。這些電磁輻射攜帶有極高的電磁能量和具有強大的電磁力，它會對周圍的人和動物產(chǎn)生強烈的相互作用，改變生物的電磁特性，影響生物的生理健康和生物功能。高壓輸電線電磁輻射對人體影響的程

6、度和產(chǎn)生 的生物效應(yīng)是一個長期爭論的話題13。我們通過測試對活體動物的宏觀生物特性及微觀生物結(jié)構(gòu)在高壓輸電線照射后的變化來研究高壓輸電線電磁輻射對大鼠的影響，以探索高壓輸電線電磁輻射的生物效應(yīng)及其作用機制。1 材料與方法1.1 高壓輸電線輻射系統(tǒng) 我們測試了高壓輸電線電磁場在距離地面1.62.3m的場強分布大約是35004000v/m和0.10.01高斯左右，據(jù)此在實驗室建立了高壓輸電線路電磁輻射的模擬系統(tǒng)，電場為37004000v/m，磁場為0.10.08高斯。1.2 動物分組與飼養(yǎng) 取32只Wistar大鼠（購自四川大學(xué)醫(yī)學(xué)院實驗動物中心，1214周齡，雌雄各半，分開飼養(yǎng)），隨機分為兩組，

7、實驗組（雌雄大鼠各8只）經(jīng)電磁輻射模擬系統(tǒng)照射,對照組未被照射,同條件飼養(yǎng)400天。1.3 STAT3的磷酸化 大鼠經(jīng)頸椎脫臼處死后，速取脾臟，勻漿制成細(xì)胞懸液，取4106個細(xì)胞懸浮于PBS溶液中，分為兩組，一組加入適當(dāng)劑量IL-2進行刺激, 另一組未加入IL-2。每管中加入含有蛋白酶抑制劑的細(xì)胞裂解液，離心收集上清，上清加入上樣孔，進行8%SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS-PAGE），用槽式轉(zhuǎn)膜儀將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到硝酸纖維素膜上, 該膜用含5%BSA的TBST封閉液，然后加入抗酪氨酸磷酸化的單克隆抗體與膜蛋白結(jié)合，TBST洗膜，先后加入生物素化羊抗鼠IgG和辣根酶標(biāo)記鏈親合素結(jié)合，洗膜后用DA

8、B顯色。圖像經(jīng)Smartview 2002生物電泳圖像分析軟件進行處理分析。1.4 心電圖、血液生化及血常規(guī)指標(biāo)和血液中血紅蛋白結(jié)構(gòu)的測定 大鼠用烏拉坦腹腔麻醉后,取大鼠仰位,將針電極分別刺入其四肢皮下, 用心電圖機記錄標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)的心電圖，測定大鼠心率、各波振幅和各波間期等參數(shù)。連續(xù)測量5次，求出平均值, 數(shù)據(jù)以(xs)表示，心電圖值均數(shù)采用t檢驗統(tǒng)計分析。大鼠從股動脈處取血，不加抗凝劑，靜置30min，離心取血清；加肝素抗凝后取全血測試白細(xì)胞數(shù)、紅細(xì)胞數(shù)及血紅蛋白含量；用全自動生化儀對肝、腎功能的部分生化指標(biāo)進行血清測定; 大鼠血液經(jīng)肝素鈉抗凝, 裂解大鼠RBC, 離心，保留血紅蛋白上清液，調(diào)

9、節(jié)血紅蛋白溶液pH接近中性；往血紅蛋白上清液內(nèi)加中性鹽硫酸胺，至出現(xiàn)硫酸胺結(jié)晶止，再用鹽析法，提純出濃度較高的血紅蛋白, 進行紅外吸收光譜的測定。1.5 肺、腎組織和大鼠睪丸的顯微結(jié)構(gòu)觀測 取肺組織、腎臟組織以10冷甲醛固定，經(jīng)水洗、梯度酒精脫水、石蠟包埋，切片，HE染色，光鏡進行形態(tài)學(xué)觀察；同時取出睪丸，一部分樣品經(jīng)甲醛固定，石蠟包埋, 染色后光鏡觀察；另一部分經(jīng)戊二醛、四氧化鋨再固定，丙酮逐級脫水并包埋，作半薄切片光學(xué)定位，超薄切片醋酸鈾及枸椽酸鉛雙重染色，顯微鏡觀察對照組和輻照組的初級次級精母細(xì)胞。1.6 肌肉組織肌電圖的檢測 1.7 大鼠腦電圖的測量和大鼠記憶能力的測試 大鼠用烏拉坦腹

10、腔麻醉后，在耳部、兩眼連線的中點和兩耳連線的中點分別插入針電極，記錄腦電圖形態(tài)，并計算腦電圖各波頻率所占的相對百分比。并剝離大鼠腦組織，取出其額葉以冷甲醛固定，石蠟切片，采用多次掃描疊加平均，測量大鼠額葉細(xì)胞的透射光譜。同時用水迷宮跟蹤分析系統(tǒng)測試大鼠學(xué)習(xí)記憶能力，在迷宮水池中加入牛奶至乳白色，使大鼠不易憑視覺發(fā)現(xiàn)站臺（目標(biāo)）。實驗之前連續(xù)訓(xùn)練3天，每天2次，訓(xùn)練方法為讓大鼠在站臺站立2min，然后引導(dǎo)尋找站臺1次，最后自由尋找站臺2min；實驗時，將大鼠從站臺所在象限之外的任一象限邊緣1/2弧度處頭朝池壁放入池中，記錄從入池到找到站臺所需時間參數(shù)。2 結(jié)果2.1本實驗檢測了有無IL-2刺激時

11、實驗組與對照組細(xì)胞內(nèi)STAT3蛋白磷酸化水平 如圖1所示。結(jié)果表明，無IL-2刺激時，兩者細(xì)胞磷酸化STAT3無明顯差異。 經(jīng)IL-2誘導(dǎo)后，實驗組和對照組細(xì)胞p-STAT3均有增加，但實驗組細(xì)胞p-STAT3增加速率高于對照組細(xì)胞，兩者p-STAT3含量差異有顯著性（P0.05）。我們還檢測到IL2刺激時實驗組和對照組脾臟細(xì)胞總蛋白的紅外光譜圖有一定差異, 實驗組出現(xiàn)新的吸收峰,并且主要吸收峰的強度增強。2.2 實驗測得的大鼠心電圖各個心電指標(biāo) 如表1所示。實驗組大鼠與對照組大鼠相比較心動周期延長（P0.01），心率變短（P0.01），T波峰峰值加大（P0.05），T波時程延長（P0.05）

12、，P波時程延長（P0.05），QRS時程變化不大（P0.05），QRS峰值變化不大（P0.05），QT間期變化不大（P0.05），PR周期變化不大（P0.05），P波峰值變化不大（P0.05）。同時，實驗組的大多數(shù)生化和血常規(guī)指標(biāo)較對照組都有不同程度的升高，結(jié)果如表2所示。其中ALT(谷丙轉(zhuǎn)氨酶)含量升高較為明顯（P0.05）；實驗組的白細(xì)胞數(shù)顯著多于對照組的(P0.01)。我們還檢測到血紅蛋白的紅外光譜圖中部分吸收峰位置有所改變，8個明顯的峰值中有4個峰值發(fā)生了頻率的紅移，1個峰值發(fā)生了頻率的藍移，其余保持不變。在32003500 cm-1范圍內(nèi),實驗組新增加5個峰值，并且實驗組吸收峰強度明

13、顯減少(如圖2所示)。表1 高壓輸電線電磁輻射對大鼠心電參數(shù)的影響 (略) 注：?P0.05，P0.01表2 高壓輸電線電磁輻射對大鼠生化及血常規(guī)指標(biāo)的影響 (略) 注：ALT（谷丙轉(zhuǎn)氨酶）、AST（谷草轉(zhuǎn)氨酶）、TP（總蛋白）、ALB（白蛋白）、TB（總膽紅素）、DB（直接膽紅素）、IB（間接膽紅素）、CLO（球蛋白）、A/C（白球比）、BUN（尿素氮），*P0.05；P0.012.3 肺、腎組織和大鼠睪丸的顯微結(jié)構(gòu)觀測 得知，實驗組大鼠（25）肺組織嚴(yán)重的異常（如圖3），肺膜表面能見35mm灰白結(jié)晶，高出表面, 截面灰白，質(zhì)地中等，均勻。切片觀察發(fā)現(xiàn)細(xì)支氣管腔內(nèi)見多量的炎性滲出和一些細(xì)菌團

14、; 大部分肺泡腔水腫、出血以及炎細(xì)胞滲出，以中性細(xì)胞居多?？梢姸嘣钚孕∧撃[形成，肺泡隔毛細(xì)血管擴張充血明顯，伴有炎細(xì)胞侵入; 部分區(qū)域肺組織結(jié)構(gòu)大部分消失，在細(xì)支氣管周圍可見大量異型淋巴細(xì)胞彌漫浸潤，取代大量正常肺組織細(xì)胞; 這些異型淋巴細(xì)胞易見凋亡或壞死。同時發(fā)現(xiàn)腎組織細(xì)胞數(shù)無明顯增加，腎小球、腎間質(zhì)未見明顯差異，腎小球結(jié)構(gòu)清晰，但部分實驗組大鼠腎小球體積略增大，部分腎小管上皮細(xì)胞水變性，少數(shù)腎小管內(nèi)可見蛋白管型，間質(zhì)小細(xì)胞充血等。另外，我們還檢測到實驗組大鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞內(nèi)小血管充血，生精細(xì)胞略減少；電鏡下可見部分實驗組大鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞存在線粒體腫脹及染色體邊集現(xiàn)象，有少量精母細(xì)胞及精子細(xì)胞

15、內(nèi)線粒體腫脹、嵴變短或消失; 但是，對照組精母細(xì)胞的細(xì)胞器和細(xì)胞核的形態(tài)結(jié)構(gòu)基本正常、線粒體及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰可見（如圖4和5所示）。紅外光譜檢測得出實驗組肺組織譜圖出現(xiàn)新的吸收峰且吸收強度明顯減弱; 腎臟組織紅外吸收峰峰位值沒有移動，但是峰強度發(fā)生改變; 同時還測出大鼠卵巢和睪丸的紅外吸收光譜的吸收峰位置和峰強度都有一定改變。2.4 所測得的大鼠肌肉復(fù)合電位（CMAP）的結(jié)果 見表3。我們可以看出實驗組大鼠CMAP潛伏期較對照組大鼠差異沒有顯著性，但是其波幅卻較對照組大鼠顯著性降低（P0.05）。這表明高壓電磁場可能誘發(fā)神經(jīng)組織產(chǎn)生電活動，使神經(jīng)元去極化和復(fù)極化的程度減少，從而降低神經(jīng)電傳導(dǎo)的

16、能力，使神經(jīng)興奮性明顯減低。表3 高壓電磁場對大鼠肌電的影響(略) 注：?P0.052.5 大鼠Morris水迷宮成績測試結(jié)果 我們檢測到實驗組和對照組大鼠腦電圖的、和頻段相對功率值差別不是很明顯; 腦組織的紅外吸收譜顯示實驗組在2345.40cm1附近存在一個新的強吸收峰。水迷宮測試結(jié)果顯示實驗組大鼠找到目標(biāo)的學(xué)習(xí)記憶時間大于對照組（P0. 05）（如表4），表明大鼠在高壓輸電線電磁輻射后，學(xué)習(xí)記憶能力顯著降低。表4 大鼠Morris水迷宮成績測試結(jié)果（略）3 討論高壓輸電線電磁輻射對周圍的人和動物產(chǎn)生的影響及其生物效應(yīng)一直以來引起人們廣泛的關(guān)注。近十多年來相關(guān)研究得到一些結(jié)果，但整體看來并

17、沒有進行過比較系統(tǒng)的研究和測試。基于上述情況，我們研究了生物系統(tǒng)微觀結(jié)構(gòu)的改變，生物組織電磁特性的變化和由它所產(chǎn)生的生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)等問題，來探索高壓輸電線電磁輻射對人和動物的影響及其可能的作用機制。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高壓輸電線電磁輻射通過活化STAT3的磷酸化過程, 從而對JAK-STAT細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑產(chǎn)生影響; 結(jié)合脾臟細(xì)胞總蛋白紅外光譜的改變可推測出，高壓輸電線電磁輻射引起與JAK-STAT途徑相關(guān)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的改變, 進一步影響了STAT3的磷酸化過程。同時,我們得出長時間高壓電磁環(huán)境使大鼠心電圖中P波時程顯著延長, 這表明高壓輸電線電磁輻射使興奮由竇房結(jié)沿特殊傳導(dǎo)系統(tǒng)(結(jié)間束、房室結(jié)、希氏束、左右束支及浦肯野氏纖維) 傳到兩側(cè)心室肌的過程中,其傳導(dǎo)速度變慢; 同時對大鼠心房肌細(xì)胞產(chǎn)生了一定的影響，使T波持續(xù)時間延長