高功率微波对大鼠内分泌相关器官的影响

高功率微波对大鼠内分泌相关器官的影响

微波技术已经开发越来越多。它在通信、医疗、工业、家庭和军事领域得到了广泛应用。然而，环境和人类健康等问题也引起了社会各界的关注。高功率微波系统是微波技术最新进展,但文献中很少见到有关高功率微波(highpowermicrowave,HPM)所带来的卫生学问题的资料。内分泌系统在维持机体内环境稳定中发挥重要作用,下丘脑垂体肾上腺轴(hypothalamus-pituitary-adrenalaxis,HPA)在机体应激反应中担任重要角色,对维持内环境稳定有重要作用,其应激不良或过度均对机体不利,但HPM对内分泌器官的影响的报道很少见。为此,本研究拟从S波段HPM对内分泌相关器官(下丘脑、垂体与肾上腺)的功能与结构影响方面进行探讨,以期为揭示HPM对内分泌的影响提供实验依据,为临床应用奠定基础。1材料和方法1.1两组所引对照组的设计二级雄性Wistar大鼠130只,体重(200±20)g,随机分为5组,其中一组为对照组。大鼠每组5只放入备制的塑料盒中,动物自由体位,在相对湿度为45%、温度为18℃环境下采用S波段HPM辐照,平均功率密度辐照组4组分别为2、10、50和90mW/cm2,照射时间为5min。1.2acth、gh与cs的分离和测定动物分别于照后6h,1d,3d与7d活杀,下腔静脉采血并分离血清,采用放射免疫法检测血清中ACTH、GH与CS的变化(放免盒均购于北方生物技术公司)。1.3传统甲醛提取动物分别于照后6h,1d,7d,14d,28d及3个月经1%的戊巴比妥麻醉后活杀,取肾上腺、垂体与下丘脑,入10%的甲醛(福尔马林)固定,石蜡包埋制片。分别采用HE、TB、Peace与Agnor染色法观察肾上腺、垂体与下丘脑的病变特点、下丘脑中神经元尼氏体、垂体中嗜碱细胞颗粒及垂体与肾上腺细胞嗜银蛋白的变化。1.4固定戊二醛溶液于上述时间点活杀动物,取下丘脑、垂体及肾上腺组织入2.5%的戊二醛和1%的锇酸固定,梯度乙醇和丙酮脱水,Epon812包埋。半薄切片定位后制作超薄切片,并用醋酸铀和柠檬酸铅双重染色,应用Philip-CM120透射电镜进行超微结构观察。1.5嗜碱细胞的平均光密度和密度检测Peace染色(腺垂体)与嗜银蛋白染色(肾上腺与腺垂体)的切片于40倍视野下,每组随机选取5个视野,应用CMIAS-Ⅱ图像分析仪检测:①腺垂体嗜碱细胞颗粒的平均光密度和数密度;②肾上腺束状带和垂体远侧部细胞核内Agnor面积/核面积及Agnor光密度/核面积。1.6统计处理方法文中数据均以均数±标准差(x¯±s)(x¯±s)表示,运用SAS软件进行具有一个重复测量因素的两因素方差分析。2结果2.1hpm分段影响体内功能2.1.1两组患者一般资料的显著性差异由表1可见,10mW/cm2组与对照组相比,在6h时血清CS下降有显著性差异(P<0.05);50mW/cm2组与对照组相比均下降,仅在1d时有显著性(P<0.05);90mW/cm2组仅在6h时下降有显著性(P<0.01)。表明肾上腺束状带功能在早期即有下降。2.1.2acth的显著性由表2可见,10mW/cm2组血清ACTH基本呈上升趋势,在7d时方具有显著性(P<0.01);50和90mW/cm2组与对照组相比无明显变化。2.1.3h和7d时由表3可见,50mW/cm2组血清GH在6h和7d时升高有显著性(P<0.05);10和90mW/cm2组无明显变化。表明腺垂体功能在一定程度上处于应激状态。2.2hpm辐射后，内经器官病理变化2.2.1细胞内脂滴减少10~90mW/cm2的HPM辐照后与对照组(图1)相比,束状带病变最为明显,表现为细胞内脂滴减少,细胞浊肿,血管扩张瘀血(图2),以50mW/cm2病变最为明显,3d内病变呈进行性加重,7d后呈恢复趋势,28d时仍未见完全恢复。嗜银蛋白在50mW/cm2照射后3d时有显著性下降(P<0.05),28d有恢复,其定量分析结果见图3。2.2.2嗜银细胞颗粒及嗜银蛋白的变化10~90mW/cm2的HPM辐照后腺垂体远侧部细胞变性、坏死出现灶性溶解,细胞数量减少,血窦瘀血。病变以50mW/cm27d时最为严重,14d时变性坏死好转,出现灶性炎细胞浸润,28d时仍未见完全恢复。嗜碱细胞颗粒于50mW/cm23d时下降有显著性(P<0.01),在1d、7d与14d时升高有显著性(P<0.01),28d时基本恢复。嗜银蛋白在50mW/cm2照后3d后升高有显著性(P<0.01),28d时仍未恢复。定量分析结果见图4与图5。2.2.3胞浆血肉之病10~90mW/cm2的HPM辐照后其病变明显,表现为神经元皱缩,浓染,胞浆嗜酸性变,核浓染,核团与散在神经元均有病变,血管亦有瘀血、水肿。病变在7d前均重,且有持续性,28d后仍存在,但未加重。辐照后下丘脑中神经元尼氏体减少。2.3hpm辐射后，生殖器官的超微结构发生了变化2.3.1各组细胞染色质浓集50mW/cm2组辐照后1d与7d线粒体空化,滑面内质网与高尔基体扩张,核膜间隙增宽。10mW/cm2组1d细胞核染色质浓集;血窦瘀血,基膜不整,细胞连接增宽。2.3.2垂杆10mW/cm2组辐照后1d时部分细胞见线粒体肿胀、滑面内质网扩张,核染色质浓集(图6)。2.3.3神经元/膜孔结构观察10和50mW/cm2组辐照后1d与7d时神经元皱缩,核膜浓染,线粒体空化,粗面内质网扩张,脂褐素亦增多,突触前后膜结构模糊(图7)。3微波系统与其他系统的相互作用机体面临着复杂多变的内外环境,内分泌系统与神经、免疫系统构成一个非常复杂的网络,共同维持机体内环境稳定。微波作为一种环境因素首先就与这一网络系统发生相互作用,内分泌系统是极其敏感的靶器官之一。另外,在相关研究中已发现微波对其他系统如心血管、生殖系统等的影响也有内分泌系统的参与,这就更加重了其研究的迫切性。以往研究中以垂体肾上腺功能改变实验报道较多,但多集中于连续波长时间(大于30min)照射,对高功率脉冲波研究较少,并且由于实验条件不一,结论不一,不乏有矛盾之处。本实验采用2~90mW/cm2S波段HPM辐照二级雄性Wistar大鼠130只,采用光镜(HE、TB、Peace和Agnor染色)、电镜和图像分析技术,定量研究HPA轴相关组织损伤的形态和超微结构变化,发现S波段HPM辐照可引起HPA轴各器官功能与结构均有不同程度改变,且此改变呈一定剂量效应关系,此研究未见国内外文献报道。3.1肾束状带细胞早期被抑制后的反跳释放HPA轴效应的执行者肾上腺,其功能多以血中皮质醇或皮质酮来反映。本实验中放免检测血清皮质醇(CS)在早期(6h)即有下降,表明肾上腺束状带功能早期即受抑制,7d时方有恢复趋势。但曹晓哲等的实验(采用5.4GHz,脉宽为26ns的脉冲微波辐照大鼠2次,间隔5min,辐照持续时间共52ns,其功率密度不确定)结果表明CS升高,但反应迟缓,14d时方有显著性,作者认为可能是由于肾上腺束状带细胞早期被抑制后的反跳释放。比较两种实验条件下,本实验肾上腺功能受损更为严重。形态方面报道较少,在早期射频实验中见有肾上腺细胞肥大,而在本实验中HE染色与电镜均表明束状带细胞有变性或凋亡趋势及间质血管的瘀血,这与曹晓哲等报道一致。在本研究中进一步探讨了束状带细胞的增殖活性(下降)和损伤后剂量效应关系(存在一定的剂量效应关系)。以上均从不同方面互相印证肾上腺束状带在早期即受损伤。至于其损伤机制,对连续微波照射研究中血清皮质醇的变化大多反映机体有应激代偿到失代偿的过程,即随照射强度或时间的延长皮质醇由升高到下降,且一般为热效应。在本实验与曹晓哲等的实验中均未见动物体温升高(本文数据未显示),表明该实验条件下效应为非热效应。非热效应机制有多种,本实验细胞损伤机制由电镜观察结果来看膜系统损伤可能起一定作用,其他损伤机制如自由基等是否参与尚需深入研究。3.2第4次:gh与gh细胞间的相互作用作为HPA轴效应发挥的中介者垂体,分泌多种激素。本研究从血清垂体激素变化情况来看,垂体功能基本上处于应激状态,ACTH反应较慢,GH反应较快。而曹晓哲等则发现GH于6h、7d及28d时明显下降,提示腺垂体功能受到抑制。在连续波效应研究中,有关实验证实,GH有升高亦有降低,作者认为与实验动物激素基础水平及采样时间点不同有关。形态方面,本实验与曹晓哲等实验中HE染色与电镜均表明垂体细胞呈变性或凋亡趋势。此与本实验功能测定结果相悖。但由于腺垂体细胞种类繁多,其损伤细胞是否就是分泌ACTH与GH的细胞,在普通电镜下难以确认,须采用其他方法进一步验证。在Peace染色法结果中显示嗜碱细胞颗粒在1,7d后均升高,这似乎与血清ACTH的变化一致,但嗜碱细胞种类亦有多种,须采用组织化学等方法以确认ACTH细胞的变化。嗜银蛋白染色结果似乎表明垂体功能旺盛,但增殖活性高并不意味着功能增强。总之垂体形态与功能方面存在许多矛盾之处,均需重复实验或采用其他较准确的方法证明。3.3连续波效应机制HPA轴中枢调控的重要部位——下丘脑,其核团较多,促垂体区主要分布在散在的小神经元。光镜表明神经元呈变性或凋亡趋势,尼氏体减少,电镜亦支持此结论。但神经元中分泌促肾上腺皮质激素释放激素(corticotropinreleasingfactor,CRF)细胞具体形态变化及功能改变均待证实。在电磁辐射对神经元损伤机制中有实验证实兴奋性氨基酸参与,但微波中下丘脑处是否有此机制及其他机制有待深入研究。以上分别讨论了HPA轴各器官的病变,作为一个整体,该轴正常情况下逐级调控,且在各级水平均有负反馈调控,以维持其功能适度发挥。