結果?、倥c對照組比較,50 mW/ cm2微波輻射小鼠可引起動物記憶獲得以及記憶保持障礙,同時也引起小鼠體溫升高(P < 0101或P< 0105) 。②茶堿+ 50 mW/cm2微波輻射組的小鼠其學習記憶能力明顯好于生理鹽水+ 50 mW/ cm2組( P < 0101) 。　

結論　 實驗結果提示: ①微波熱效應是引起認知障礙的主要因素。② 茶堿可改善微波誘發(fā)的小鼠記憶障礙,提示內源性腺苷介導微波的損傷效應。

【關鍵詞】 　 茶堿;微波;避暗實驗;記憶障礙

　 微波輻射可損害人類和動物的認知能力。急性或長期動物實驗均表明微波能夠破壞動物學習記憶等腦的**活動[1]。一般認為 ,微波輻射所產生的熱是微波效應的主要因素[2]。當腦組織吸收微波能量后,由于局部加熱使腦組織代謝活動加速 ,干擾腦組織的正常能量代謝[3]。腺苷作為腺苷三磷酸(adenosine t rip hosp hate , A TP) 的代謝產物 ,是一種重要的應激信使和內穩(wěn)態(tài)調節(jié)物質。多種病理因素如缺血、高溫、缺氧、電刺激等均會刺激腦內腺苷大量釋放。這些因素可導致機體能量需求增加或能量代謝底物缺乏[4],從而使組織能量供應不足。從微波熱效應角度出發(fā) ,我們推測微波輻射有可能也會激活體內腺苷代謝通路而導致機體功能障礙。為此 ,本實驗擬首先采用避暗實驗考察微波所誘發(fā)的小鼠學習記憶障礙 ,并研究腺苷受體的非特異拮抗劑(茶堿) 對微波輻射效應的影響 ,以評價體內腺苷代謝通路在微波所致動物記憶障礙中的可能作用。

材料與方法

一、 動物及試劑

雄性昆明小鼠,體重 20～24 g ,共 120 只。茶堿( t heop hylline) ,臨用前用生理鹽水配置成所需濃度。

二、 方法

11 微波源及輻射方式:頻率為 2860 MHz 的脈沖微波源。輻射時將小鼠置于有機輻射盒內,以上端方形號角喇叭輻射全身。微波輻射的平均功率密度在5mW/cm2～100mW/cm2范圍內連續(xù)可調。假輻射組小鼠作同樣處理 ,但不激活微波源。

21 小鼠被動回避避暗實驗:檢測設備為兩個相通的等大的明室和暗室(20 cm×10 cm×10cm) ,明室用7 W的燈泡照明 ,暗室底為鐵柵欄結構 ,接通電流可對進入的動物施以電擊。訓練時將小鼠放在明室內。當小鼠進入暗室后通以電流刺激 ,電刺激后立即取出小鼠放回明室進行下一次實驗 ,直到小鼠在明室停留的時間超過60s ,記錄小鼠完成訓練所需次數(shù)。24 h后進行記憶保持測試 ,將小鼠再次置于明室內 ,記錄小鼠身體全部進入暗室所需的潛伏期 ,潛伏期終止時間定為 300 s。31 分組及實驗處理:小鼠隨機分為11組 ,每組10 只 ,分組如下: ① 微波輻射組:動物按微波輻射劑量大小分為0、5、10、25和50 mW/cm2共5組。輻射持續(xù)時間為20 min[5],使用電子溫度計記錄動物輻射前后肛溫。0mW/cm2組即為假微波輻射組 ( sham exposuregroup) ,作為對照組。輻射結束立即開始行為學實驗。② 茶堿干預組:輻射方法同前 ,輻射劑量為50mW/cm2,于輻射前 30 min 腹腔注射茶堿。動物分 6 組 ,分別為 “假微波輻射+生理鹽水組”、“假微波輻射+1215 mg/kg茶堿組”、“假微波輻射+25 mg/ kg茶堿組”、“微波輻射+生理鹽水組”、“微波輻射+1215 mg/kg茶堿組”、“微波輻射+25 mg/ kg茶堿組” 。

三、 統(tǒng)計學處理

實驗數(shù)據(jù)以 ? x ±s 形式表示。采用 SPSS 統(tǒng)計軟件 ,以 Kruskal2Wallis 非參數(shù)單因素方差分析對不同組數(shù)據(jù)進行顯著性檢驗 , P < 0105 提示具有顯著差異, P < 0101 提示具有非常顯著差異。

結 果

一、 微波對小鼠的記憶能力的影響

避暗實驗訓練時 ,小鼠每進入一次暗室便施以一次電擊。小鼠建立情景與恐懼之間的聯(lián)系越快 ,受到的電擊次數(shù)就越少 ,反映其記憶獲得能力越強。訓練前的微波輻射可導致小鼠避暗實驗記憶獲得能力的下降(表 1) ,與假微波輻射組完成訓練所需次數(shù)相比 5 mW/cm2、10 mW/cm2微波輻射后小鼠的行為無顯著變化( P > 0105) 。25 mW/ cm2組小鼠完成訓練的次數(shù)雖高于假輻射組 ,但無統(tǒng)計學差異。50 mW/ cm2微波輻射后 ,小鼠完成訓練所需次數(shù)與假微波輻射組相比明顯增加( P < 0101) 。小鼠避暗實驗完成后 ,次日測試其從明室進入暗室的潛伏期。潛伏期越長 ,表明其記憶保持能力越強。Kruskal2Wallis 單向方差分析檢驗發(fā)現(xiàn) ,微波輻射可依賴性地損害小鼠的記憶保持能力(表1)。與假微波輻射組相比 , 從接受輻射劑量25 mW/ cm2開始 ,小鼠的潛伏期出現(xiàn)了一定程度的下降 ,但是統(tǒng)計學上差異并不顯著 ,而50 mW/ cm2微波輻射則明顯地降低了小鼠記憶保持的潛伏期( P < 0101) 。本實驗訓練時采用反復訓練方法 ,微波輻射后動物雖然完成訓練的次數(shù)不同 ,但是都達到了同樣的標準 ,60 s內不再進入暗室 ,因此潛伏期的長短能夠體現(xiàn)動物記憶鞏固能力的差異。實驗結果表明較高劑量的微波輻射對動物記憶獲得與鞏固兩個過程均有破壞作用。　

輻射結束后采用電子溫度計測定小鼠肛溫。50 mW/cm2組小鼠肛溫出現(xiàn)明顯升高 ,25 mW/ cm2組有輕微升高 ,而對照、5mW/ cm2、10 mW/cm2組體溫無變化(表2) ,說明高劑量的微波輻射不僅損害動物記憶 ,同時也引起動物體溫升高。　

 二、 茶堿對微波所致的小鼠記憶損害的影響

茶堿是腺苷受體A1和A2的非特異的拮抗劑。本實驗中選用茶堿劑量分別為1215mg/kg與25 mg/ kg[6]。動物給藥后30 min時,以50 mW/ cm2的平均功率密度微波輻射 ,然后進行避暗實驗訓練。與“假微波輻射+生理鹽水組”小鼠完成訓練次數(shù)相比,“假微波輻射+茶堿組”小鼠行為無變化 ,而微波輻射組小鼠所需的訓練次數(shù)顯著增加( P < 0101) 。“微波輻射+茶堿組”小鼠訓練次數(shù)與假輻射組相比無明顯變化 ,與“微波輻射組+生理鹽水組”相比則顯著性減少( P < 0101) (表 3) ,提示給予茶堿后 ,微波輻射不再損害小鼠的獲得性訓練 ,即茶堿可以阻斷微波對記憶獲得的損害效應。

在記憶保持能力方面 ,從小鼠次日的記憶保持實驗成績可以看出(表 3) ,“微波輻射+生理鹽水組”潛伏期成績與“假微波輻射+生理鹽水組”相比顯著下降( P < 0101) ,“微波輻射+25 mg/kg茶堿組”潛伏期成績與“微波輻射+生理鹽水組”相比有較大提高 ,雖然兩者之間無統(tǒng)計學差異 ,但是“微波輻射+ 25 mg/kg茶堿組”潛伏期成績不僅與“假微波輻射 + 25 mg/ kg 茶堿組” 相比無明顯差異 ,甚至與“假微波輻射+生理鹽水組”相比差異也不顯著 ,提示茶堿可減輕微波所致記憶保持障礙。

討 論

一、 微波對動物認知的損害

由于神經系統(tǒng)的特殊敏感性 ,微波對腦**活動的損害引起了公眾以及科研人員的廣泛關注。本實驗發(fā)現(xiàn) ,高劑量微波輻射后 ,小鼠記憶能力出現(xiàn)障礙的同時 ,核心溫度上升達2℃以上 ,而沒有明顯改變動物體溫的低劑量微波則未對動物學習記憶能力產生顯著影響。本實驗結果與Mickley等[5]的結論相似 ,支持微波熱效應是導致動物認知障礙主要的因素 ,即當動物吸收微波輻射的能量超過自身體溫調節(jié)能力后,可產生有害的組織加熱反應,從而導致動物行為的改變[7]。值得一提的是近年來有一些研究認為 ,在極低劑量的微波輻射下,動物的某些涉及到辨別、知覺等復雜的行為表現(xiàn)發(fā)生了改變 ,強調微波損傷的“非熱效應”[8],然而這些實驗由于難以得到很好的重復驗證 ,缺乏足夠的說服力。美國電氣和電子工程師協(xié)會發(fā)布的白皮書中也認為 ,腦吸收微波能量后輻射導致的組織加熱 ,幾乎可以解釋所有已知微波所致的動物行為變化的研究結果[9 ]。

二、 腺苷在微波效應中發(fā)揮的作用

腦吸收微波的能量后 ,局部加熱可加快神經元代謝 ,在供能物質一定的情況下,可導致ATP消耗增加 ,神經元處于相對缺能狀態(tài)[10]。在腺苷酸激酶和5’2核苷酸酶的作用下,A TP 的微弱變化就可引起胞外其代謝產物2腺苷濃度極大的變化[11 ]。在組織能量供應不足時 ,作為一種普遍性的代謝應激信使 ,腺苷分泌能力通常會大為增強。微波輻射所引起的組織加熱可能也會刺激腺苷的大量釋放 ,以降低腦的代謝活動 ,從而平衡能量供求關系。過度釋放的腺苷可激活腺苷受體A1、A2(A2A和A2B )以及A3 ,調節(jié)腦學習記憶等認知活動 ,因此腺苷可能參與了微波所致認知障礙效應。為了驗證該假說 ,本研究在對動物微波輻射之前使用低劑量茶堿進行干預 ,結果發(fā)現(xiàn)與輻射組相比,“微波輻射+茶堿組”小鼠記憶獲得成績顯著提高,顯示茶堿可以阻斷微波對記憶獲得的損害。雖然“微波輻射+ 25mg/kg茶堿組”動物與“微波輻射+生理鹽水組”動物之間潛伏期的比較無統(tǒng)計學差異,但是25mg/kg 茶堿可較大幅度地提高微波輻射后動物記憶保持成績 ,以至與假微波輻射組之間無統(tǒng)計學差異。與已有研究[6]一致的是 ,本實驗中使用的茶堿劑量對于小鼠避暗實驗獲得與保持沒有影響。目前認為低劑量茶堿*主要的效應是阻斷腺苷受體[12],因此這些結果提示微波輻射可能會激活腺苷代謝系統(tǒng) ,而腺苷則可能通過腺苷受體調節(jié)神經元活性 ,從而影響動物的學習記憶活動。腺苷對學習記憶活動的調控通常有兩條相對比較重要的路徑:一為間接途徑 ,通過A1受體,抑制中腦和前腦膽堿能神經元活性[13],調節(jié)動物的喚醒狀態(tài) ,維持動物的注意力 ,而警戒性和喚醒對于動物認知任務的完成是至關重要的。另一條為直接途徑 ,腺苷可調節(jié)海馬等區(qū)域突觸的可塑性[14],而后者則被認為是學習記憶的物質基礎。由于記憶獲得需要動物注意的保持與適度的警覺 ,而記憶的鞏固則依賴于海馬等區(qū)域的可塑性[15 ,16],因此腺苷可能通過調制腦不同區(qū)域神經元的活性 ,參與微波所致的動物學習記憶障礙。值得強調的是 ,我們發(fā)現(xiàn)茶堿并沒有完全阻斷微波對記憶鞏固的損害 ,這表明腺苷代謝通路可能是微波作用途徑之一。由于微波效應與學習記憶機制都十分復雜 ,根據(jù)微波頻率、輻射強度和輻射方法的不同,所影響到腦的區(qū)域與認知活動都會有很大變化 ,因此腺苷參與的變化過程需要進一步深入研究。