【摘要】 　 目的　研究茶堿對(duì)微波所致小鼠記憶障礙的影響。　

方法 �、賹⑿∈蟀� 0 ,5 ,10 ,25,50 mW/ cm2微波輻射劑量分組后分別接受輻射20 min ,并記錄動(dòng)物輻射前后的肛溫。采用被動(dòng)回避避暗實(shí)驗(yàn),記錄小鼠完成訓(xùn)練所需次數(shù)以及24 h后測(cè)試潛伏期作為評(píng)價(jià)其學(xué)習(xí)記憶的指標(biāo)。② 在假微波輻射或50mW/cm2微波輻射前30 min腹腔注射生理鹽水或茶堿,再測(cè)試小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力。　

結(jié)果�、倥c對(duì)照組比較,50 mW/ cm2微波輻射小鼠可引起動(dòng)物記憶獲得以及記憶保持障礙,同時(shí)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(xué)習(xí)記憶能力明顯好于生理鹽水+ 50 mW/ cm2組( P < 0101) �！�

結(jié)論　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示: ①微波熱效應(yīng)是引起認(rèn)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(nèi)源性腺苷介導(dǎo)微波的損傷效應(yīng)。

【關(guān)鍵詞】 　 茶堿;微波;避暗實(shí)驗(yàn);記憶障礙

　 微波輻射可損害人類和動(dòng)物的認(rèn)知能力。急性或長(zhǎng)期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均表明微波能夠破壞動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶等腦的高級(jí)活動(dòng)[1]。一般認(rèn)為 ,微波輻射所產(chǎn)生的熱是微波效應(yīng)的主要因素[2]。當(dāng)腦組織吸收微波能量后,由于局部加熱使腦組織代謝活動(dòng)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(chǎn)物 ,是一種重要的應(yīng)激信使和內(nèi)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)物質(zhì)。多種病理因素如缺血、高溫、缺氧、電刺激等均會(huì)刺激腦內(nèi)腺苷大量釋放。這些因素可導(dǎo)致機(jī)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(yīng)不足。從微波熱效應(yīng)角度出發(fā) ,我們推測(cè)微波輻射有可能也會(huì)激活體內(nèi)腺苷代謝通路而導(dǎo)致機(jī)體功能障礙。為此 ,本實(shí)驗(yàn)擬首先采用避暗實(shí)驗(yàn)考察微波所誘發(fā)的小鼠學(xué)習(xí)記憶障礙 ,并研究腺苷受體的非特異拮抗劑(茶堿) 對(duì)微波輻射效應(yīng)的影響 ,以評(píng)價(jià)體內(nèi)腺苷代謝通路在微波所致動(dòng)物記憶障礙中的可能作用。

材料與方法

一、 動(dòng)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(shí)將小鼠置于有機(jī)輻射盒內(nèi),以上端方形號(hào)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(nèi)連續(xù)可調(diào)。假輻射組小鼠作同樣處理 ,但不激活微波源。

21 小鼠被動(dòng)回避避暗實(shí)驗(yàn):檢測(cè)設(shè)備為兩個(gè)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(jié)構(gòu) ,接通電流可對(duì)進(jìn)入的動(dòng)物施以電擊。訓(xùn)練時(shí)將小鼠放在明室內(nèi)。當(dāng)小鼠進(jìn)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(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn) ,直到小鼠在明室停留的時(shí)間超過60s ,記錄小鼠完成訓(xùn)練所需次數(shù)。24 h后進(jìn)行記憶保持測(cè)試 ,將小鼠再次置于明室內(nèi) ,記錄小鼠身體全部進(jìn)入暗室所需的潛伏期 ,潛伏期終止時(shí)間定為 300 s。31 分組及實(shí)驗(yàn)處理:小鼠隨機(jī)分為11組 ,每組10 只 ,分組如下: ① 微波輻射組:動(dòng)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(shí)間為20 min[5],使用電子溫度計(jì)記錄動(dòng)物輻射前后肛溫。0mW/cm2組即為假微波輻射組 ( sham exposuregroup) ,作為對(duì)照組。輻射結(jié)束立即開始行為學(xué)實(shí)驗(yàn)。② 茶堿干預(yù)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(dòng)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(jì)學(xué)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以 Š x ±s 形式表示。采用 SPSS 統(tǒng)計(jì)軟件 ,以 Kruskal2Wallis 非參數(shù)單因素方差分析對(duì)不同組數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn) , P < 0105 提示具有顯著差異, P < 0101 提示具有非常顯著差異。

結(jié) 果

一、 微波對(duì)小鼠的記憶能力的影響

避暗實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練時(shí) ,小鼠每進(jìn)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(qiáng)。訓(xùn)練前的微波輻射可導(dǎo)致小鼠避暗實(shí)驗(yàn)記憶獲得能力的下降(表 1) ,與假微波輻射組完成訓(xùn)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(xùn)練的次數(shù)雖高于假輻射組 ,但無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。50 mW/ cm2微波輻射后 ,小鼠完成訓(xùn)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(shí)驗(yàn)完成后 ,次日測(cè)試其從明室進(jìn)入暗室的潛伏期。潛伏期越長(zhǎng) ,表明其記憶保持能力越強(qiáng)。Kruskal2Wallis 單向方差分析檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn) ,微波輻射可依賴性地?fù)p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(jì)學(xué)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(shí)驗(yàn)訓(xùn)練時(shí)采用反復(fù)訓(xùn)練方法 ,微波輻射后動(dòng)物雖然完成訓(xùn)練的次數(shù)不同 ,但是都達(dá)到了同樣的標(biāo)準(zhǔn) ,60 s內(nèi)不再進(jìn)入暗室 ,因此潛伏期的長(zhǎng)短能夠體現(xiàn)動(dòng)物記憶鞏固能力的差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明較高劑量的微波輻射對(duì)動(dòng)物記憶獲得與鞏固兩個(gè)過程均有破壞作用。　

輻射結(jié)束后采用電子溫度計(jì)測(cè)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(duì)照、5mW/ cm2、10 mW/cm2組體溫?zé)o變化(表2) ,說明高劑量的微波輻射不僅損害動(dòng)物記憶 ,同時(shí)也引起動(dòng)物體溫升高�！�

 二、 茶堿對(duì)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(shí)驗(yàn)中選用茶堿劑量分別為1215mg/kg與25 mg/ kg[6]。動(dòng)物給藥后30 min時(shí),以50 mW/ cm2的平均功率密度微波輻射 ,然后進(jìn)行避暗實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。與“假微波輻射+生理鹽水組”小鼠完成訓(xùn)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(xùn)練次數(shù)顯著增加( P < 0101) 。“微波輻射+茶堿組”小鼠訓(xùn)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(xùn)練 ,即茶堿可以阻斷微波對(duì)記憶獲得的損害效應(yīng)。

在記憶保持能力方面 ,從小鼠次日的記憶保持實(shí)驗(yàn)成績(jī)可以看出(表 3) ,“微波輻射+生理鹽水組”潛伏期成績(jī)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(jī)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(jì)學(xué)差異 ,但是“微波輻射+ 25 mg/kg茶堿組”潛伏期成績(jī)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(duì)動(dòng)物認(rèn)知的損害

由于神經(jīng)系統(tǒng)的特殊敏感性 ,微波對(duì)腦高級(jí)活動(dòng)的損害引起了公眾以及科研人員的廣泛關(guān)注。本實(shí)驗(yàn)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(shí) ,核心溫度上升達(dá)2℃以上 ,而沒有明顯改變動(dòng)物體溫的低劑量微波則未對(duì)動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶能力產(chǎn)生顯著影響。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Mickley等[5]的結(jié)論相似 ,支持微波熱效應(yīng)是導(dǎo)致動(dòng)物認(rèn)知障礙主要的因素 ,即當(dāng)動(dòng)物吸收微波輻射的能量超過自身體溫調(diào)節(jié)能力后,可產(chǎn)生有害的組織加熱反應(yīng),從而導(dǎo)致動(dòng)物行為的改變[7]。值得一提的是近年來有一些研究認(rèn)為 ,在極低劑量的微波輻射下,動(dòng)物的某些涉及到辨別、知覺等復(fù)雜的行為表現(xiàn)發(fā)生了改變 ,強(qiáng)調(diào)微波損傷的“非熱效應(yīng)”[8],然而這些實(shí)驗(yàn)由于難以得到很好的重復(fù)驗(yàn)證 ,缺乏足夠的說服力。美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)發(fā)布的白皮書中也認(rèn)為 ,腦吸收微波能量后輻射導(dǎo)致的組織加熱 ,幾乎可以解釋所有已知微波所致的動(dòng)物行為變化的研究結(jié)果[9 ]。

二、 腺苷在微波效應(yīng)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(jīng)元代謝 ,在供能物質(zhì)一定的情況下,可導(dǎo)致ATP消耗增加 ,神經(jīng)元處于相對(duì)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(chǎn)物2腺苷濃度極大的變化[11 ]。在組織能量供應(yīng)不足時(shí) ,作為一種普遍性的代謝應(yīng)激信使 ,腺苷分泌能力通常會(huì)大為增強(qiáng)。微波輻射所引起的組織加熱可能也會(huì)刺激腺苷的大量釋放 ,以降低腦的代謝活動(dòng) ,從而平衡能量供求關(guān)系。過度釋放的腺苷可激活腺苷受體A1、A2(A2A和A2B )以及A3 ,調(diào)節(jié)腦學(xué)習(xí)記憶等認(rèn)知活動(dòng) ,因此腺苷可能參與了微波所致認(rèn)知障礙效應(yīng)。為了驗(yàn)證該假說 ,本研究在對(duì)動(dòng)物微波輻射之前使用低劑量茶堿進(jìn)行干預(yù) ,結(jié)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(jī)顯著提高,顯示茶堿可以阻斷微波對(duì)記憶獲得的損害。雖然“微波輻射+ 25mg/kg茶堿組”動(dòng)物與“微波輻射+生理鹽水組”動(dòng)物之間潛伏期的比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,但是25mg/kg 茶堿可較大幅度地提高微波輻射后動(dòng)物記憶保持成績(jī) ,以至與假微波輻射組之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。與已有研究[6]一致的是 ,本實(shí)驗(yàn)中使用的茶堿劑量對(duì)于小鼠避暗實(shí)驗(yàn)獲得與保持沒有影響。目前認(rèn)為低劑量茶堿最主要的效應(yīng)是阻斷腺苷受體[12],因此這些結(jié)果提示微波輻射可能會(huì)激活腺苷代謝系統(tǒng) ,而腺苷則可能通過腺苷受體調(diào)節(jié)神經(jīng)元活性 ,從而影響動(dòng)物的學(xué)習(xí)記憶活動(dòng)。腺苷對(duì)學(xué)習(xí)記憶活動(dòng)的調(diào)控通常有兩條相對(duì)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(jīng)元活性[13],調(diào)節(jié)動(dòng)物的喚醒狀態(tài) ,維持動(dòng)物的注意力 ,而警戒性和喚醒對(duì)于動(dòng)物認(rèn)知任務(wù)的完成是至關(guān)重要的。另一條為直接途徑 ,腺苷可調(diào)節(jié)海馬等區(qū)域突觸的可塑性[14],而后者則被認(rèn)為是學(xué)習(xí)記憶的物質(zhì)基礎(chǔ)。由于記憶獲得需要?jiǎng)游镒⒁獾谋３峙c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(diào)制腦不同區(qū)域神經(jīng)元的活性 ,參與微波所致的動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶障礙。值得強(qiáng)調(diào)的是 ,我們發(fā)現(xiàn)茶堿并沒有完全阻斷微波對(duì)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(yīng)與學(xué)習(xí)記憶機(jī)制都十分復(fù)雜 ,根據(jù)微波頻率、輻射強(qiáng)度和輻射方法的不同,所影響到腦的區(qū)域與認(rèn)知活動(dòng)都會(huì)有很大變化 ,因此腺苷參與的變化過程需要進(jìn)一步深入研究。