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编号:10246910
毫米波辐射对子鼠学习记忆功能和脑内单胺递质的影响
http://www.100md.com 《中华物理医学与康复杂志》 1999年第1期
     作者:赵志刚 孔宪伟 李国华 薛金河 吴芬芳 许苏丹

    单位:116021 大连,解放军第210医院肿瘤科

    关键词:毫米波*;辐射;电磁学;学习;小鼠

    New Page 1

    【摘 要】 目的 确定毫米波导致胚胎损伤阈值及导致子鼠学习记忆功能降低机理,验证毫米波有无频率特异性。方法 用37.4~60 GHz、功率密度1~8 mW/cm2的毫米波,在小鼠怀孕6~15 d时进行2 h/d辐射,用电迷宫对子鼠进行学习记忆功能测试,用高效液相色谱电化学检测(HPLC-ECD)对子鼠脑单胺递质进行测定。结果 37.4、42.2 GHz和53、60 GHz毫米波导致子鼠学习记忆功能降低、脑中多巴胺(DA)含量下降的最小功率密度分别为5和3 mW/cm2,随功率密度增加,辐射导致胎仔损伤程度加重。毫米波未使孕鼠辐射区皮肤温度明显升高。结论 37.4、42.2 GHz和53、60 GHz毫米波导致胚胎损伤阈值分别为3~5 mW/cm2和1~3 mW/cm2,其导致子鼠学习记忆功能降低与使子鼠脑中DA含量下降密切相关,此效应由毫米波非热效应所致,未见毫米波的频率特异性。
, 百拇医药
    【中图号】 R312

    Effects of millimeter wave irradiation with different frequency

    at different power density on the posterities of mice

    ZHAO Zhigang,KONG Xianwei,LI Guohua,et al.Department Oncology,210th Hospital

    of PLA,Dalian 116021.

    【Abstract】 Objective To determine the threshold of fetuses injury induced by millimeter wave irradiation and to clarify the mechanism of lowering learning capacity and memory of the adult offspring,and to verify whether millimeter wave has frequency-specific effect.Methods Two-month old BALB/c mice were separately irradiated by millimeter wave with frequencies of 37.4~60 GHz at power densities of 1~8 mW/cm2 for 2 h daily from 6th to 15th day of gestation.The test of learning capacity and memory of the adult offspring was employed on Y-type electric maze.The contents of monoamine transmitter in the brain of the fetuses at term,adult offspring were measured by using HPLC-ECD.Results Millemeter wave irradiation at frequency of 37.4,42.2 GHz and 53,60 GHz,with minimum power density of 5 and 3 mW/cm2,lowered learning and memory ability of adult offspring and reduced the content of dopamine in their brains.As the power density increased,the injury of fetuses became more severe.Millimeter wave irradiation did not significantly increase the regional skin temperature of pregnant mice.Conclusion The thresholds of fetus injury induced by millimeter wave irradiation at frequency of 37.4,42.2 GHz and 53,60 GHz are 3~5 mW/cm2 and 1~3 mW/cm2 separately.The mechanism that millimeter wave irradiation lowered learning ability and memory of the adult offspring is closely related to decrease of dopamine in the brain.There is an athermal effect of millimeter wave.There is no frequency-specific effect.
, 百拇医药
    【Key words】 Millimelor wave* Radiation Electromagnetics Learning Mice

    现代电磁生物学界研究热点之一是毫米波是否存在谐振样生物学效应,前苏联学者证实毫米波具有非热生物学效应[1],但也有相反的报道[2]。我们通过对成年子鼠学习记忆功能测试及与学习记忆密切相关指标单胺递质含量的测定,观察毫米波对胎仔损伤效应的异同,为制定毫米波安全卫生标准及指导临床应用提供实验依据。

    1 材料和方法

    1.1 动物及分组

    选择BALB/c小鼠,孕鼠获得及妊娠天数确定见文献[3],共获孕鼠240只,按频率不同随机均分为4个大组,每个大组按功率密度不同随机均分为10个小组,即足孕胚胎及成年子鼠0、1、3、5、8 mW/cm2组,每组6只。
, 百拇医药
    1.2 辐射方法

    选择37.4、42.2、53、60 GHz毫米波源,固态连续波。固定孕鼠,使喇叭口对准其背部,在鼠怀孕6~15 d时分别接受2 h/d的0~8 mW/cm2辐射,详细方法见文献[4]。

    1.3 指标测定

    用Y型电迷宫对成年子鼠进行学习记忆成绩测试[5];用HPLC-ECD[6]对足孕胚胎及成年子鼠脑中单胺递质及其代谢产物进行测量。

    1.4 温度测量

    用M3900数字式测温仪(±0.01 ℃)对孕鼠在辐射前后测量其肛温及背部辐射区皮肤中心点的温度。

    1.5 统计学处理
, 百拇医药
    用国际通用SAS软件对数据进行析因分析。

    2 结果

    孕鼠吸收毫米波电磁剂量平均比吸收率(SARa)列于表1。由表2,3可见,37.4、42.2 GHz和53、60 GHz毫米波导致子鼠学习记忆功能降低及脑内多巴胺(DA)含量下降的最小功率密度分别为5 mW/cm2和3 mW/cm2,随功率密度增加,辐射导致子鼠达标时所需训练及错误次数递增、脑内DA含量递减。辐射组孕鼠无论在辐射前后所测肛温及背部皮肤温度与对照组比较无显著性差异。

    表1 孕鼠吸收毫米波SARa结果(n=240,W/kg)

    频率(GHz)

    功率密度(mW/cm2)
, 百拇医药
    0

    1

    3

    5

    8

    37.4

    0

    0.42

    1.26

    2.10

    3.36

    42.2

    0

    0.44
, 百拇医药
    1.32

    2.20

    3.52

    53

    0

    0.46

    1.38

    2.30

    3.68

    60

    0

    0.48

    1.44
, 百拇医药
    2.40

    3.84

    表2 毫米波对成年子鼠学习记忆功能影响(n=102,t0101.gif (85 bytes)±s)

    频率(GHz)

    功率密度

    (mW/cm2)

    学 习 成 绩

    记忆成绩

    训练次数

, 百拇医药     错误次数

    训练次数

    错误次数

    形成条件

    反射次数

    0

    61.00±9.72

    30.83±5.78

    6.17±2.23

    2.83±1.47

    12.83±2.56

    37.4

, http://www.100md.com     1

    57.50±12.03

    28.50±7.31

    6.67±2.58

    2.67±1.97

    12.50±2.59

    3

    63.50±10.73

    33.50±6.09

    7.33±4.32

    3.17±1.72

    10.33±3.98
, 百拇医药
    5

    75.50±10.08

    48.67±7.61* * △

    10.33±3.67*

    5.17±1.72

    9.33±3.50

    8

    79.33±13.46*

    54.50±9.67* *

    11.33±3.56*
, 百拇医药
    6.17±2.23*

    10.33±4.18

    42.2

    1

    63.17±10.72

    33.50±6.89

    4.83±2.23

    2.67±2.25

    12.67±2.58

    3

    63.50±9.35

    32.50±6.83
, 百拇医药
    6.67±3.14

    4.17±2.23

    10.67±1.75

    5

    75.33±11.66*

    46.50±8.04* △

    9.33±2.50

    5.67±2.73*

    11.67±3.14

    8

    83.50±11.91* △
, 百拇医药
    53.50±7.77* *

    10.33±3.50*

    6.33±2.34*

    8.83±2.32

    53

    1

    59.83±12.11

    35.17±8.31

    7.17±2.48

    3.17±1.94

    12.17±3.06
, http://www.100md.com
    3

    76.00±12.13

    43.17±7.03* △

    9.17±2.23*

    6.00±2.90* △

    11.17±3.31

    5

    79.17±13.93*

    50.17±9.54* *

    10.50±2.59*
, 百拇医药
    6.17±3.06*

    11.83±2.93

    8

    105.17±16.88* * △ △

    69.17±12.12* * △ △

    14.67±3.33* * △

    8.17±2.71* *

    7.83±3.06* △

    60

    1
, 百拇医药
    62.83±9.28

    33.17±7.03

    6.83±1.84

    3.17±1.47

    12.83±2.48

    3

    77.17±12.95*

    48.17±7.68* △

    10.50±2.81* △

    5.17±1.47

    11.17±2.14
, http://www.100md.com
    5

    81.17±14.46*

    51.83±8.09* *

    11.17±4.71*

    6.17±2.04*

    9.83±2.56

    8

    110.17±18.61* * △ △

    65.67±6.31* * △

    16.83±2.14* * △ △
, 百拇医药
    9.17±2.04* * △

    8.33±2.81*

    注:与对照组相比*P<0.05,* *P<0.01;与上一组辐射组比△P<0.05,△ △ P<0.01

    表3 毫米波对仔鼠脑单胺递质的影响

    (n=204,t0101.gif (85 bytes)±s,Pmol/mg)

    频率

    (GHz)

    功率密度
, 百拇医药
    (mW/cm2)

    DOPACDA

    成年子鼠足孕胚胎成年子鼠

    成年子鼠

    足孕胚胎

    成年子鼠

    0

    1.56±0.14

    4.96±0.41

    29.45±3.48

    37.4

    1
, 百拇医药
    1.58±0.16

    5.12±0.42

    31.50±3.12

    3

    1.49±0.17

    4.83±0.61

    27.58±3.28

    5

    1.39±0.15

    3.96±0.72*△

    24.14±4.43*
, http://www.100md.com
    8

    1.35±0.17*

    3.77±0.85*

    20.97±6.77*

    42.2

    1

    1.59±0.19

    4.85±0.45

    28.93±3.79

    3

    1.46±0.21

, http://www.100md.com     4.79±0.45

    27.84±4.65

    5

    1.33±0.12**

    3.85±0.66*△

    23.51±2.83*

    8

    1.30±0.17*

    3.76±0.61*

    22.46±3.61*
, http://www.100md.com
    53

    1

    1.50±0.17

    4.80±0.53

    28.12±4.16

    3

    1.40±0.09

    3.94±0.62*△

    24.19±2.94*

    5

    1.29±0.13*

, http://www.100md.com     3.64±0.53**

    20.71±3.16**△

    8

    1.04±0.14**△

    2.43±0.78**△△

    17.71±2.92**

    60

    1

    1.4±0.16

    4.77±0.39

    27.66±3.82
, 百拇医药
    3

    1.40±0.10

    3.87±0.37*△

    23.64±2.99*

    5

    1.37±0.13

    3.79±0.38*

    21.49±2.09*

    8

    1.10±0.12**△

    2.38±0.54**△△
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    18.37±1.96**

    注:与对照组相比*P<0.05,* *P<0.01;与上一组辐射组比△P<0.05,△ △P<0.01

    3 讨论

    动物的学习记忆功能是对辐射敏感的指标,实验证明[3]在脑的形态结构发生明显改变之前,动物的学习记忆功能已发生变化。对37.4、42.2 GHz毫米波而言,3 mW/cm2辐射未导致子鼠学习记忆功能及脑内单胺递质发生明显变化,因此37.4、42.2 GHz毫米波导致胚胎损伤的阈值为3~5 mW/cm2,同理53、60 GHz毫米波导致胚胎损伤的阈值为1~3 mW/cm2,故频率较高的毫米波对胚胎的损伤效应比较低频率毫米波更强。Nawrot等[7]证明2.45 GHz微波致胚胎损伤阈值为30 mW/cm2,远远高于我们所测值,故在制定毫米波卫生学标准时,应该较分米波或厘米波更严格。
, 百拇医药
    随功率密度增加,毫米波可导致子鼠学习记忆功能损伤效应加强,导致子鼠脑内DA量更低。因此,毫米波辐射在导致胚胎损伤效应上存在剂量效应关系。因为中枢神经系统中单胺递质与动物学习记忆功能密切相关[8],因此毫米波辐射导致成年子鼠学习记忆功能降低与其脑中DA含量的降低相关。

    Bush等[2]采用控温和未控温手段,观察DNA、RNA及蛋白质的合成和细胞超微结构的变化,结果否定了毫米波的频率特异性,认为毫米波无非热效应。本实验发现孕鼠辐射前后肛温及皮肤温度无明显升高,故所观察到的效应可归属于非热生物学效应,这与Betzky[1]的观点一致。本实验发现四种频率的毫米波在相应功率密度阈值之上的辐射均可导致胎仔的损伤效应,因此认为孕鼠对这四种频率的毫米波所产生的反应无频率特异性。

    (致谢:感谢西安电子科技大学电磁工程系牛中奇教授帮助计算SARa值!)
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    参考文献

    1 Betzky OV.Use of low-intensity electromagnetic millimeter waves in medicine.Millimetrovie Volni v Biologii i Meditcine,1992,1:5-8.

    2 Bush LG,Hill DW,Riazi A,et al.Effects of millimeter wave radiation on monolayer cell cultures:Ⅲ a search for frequency-specific athermal biological effects on protein synthesis.Bioelectromagnetics,1981,2:151-154.

    3 赵志刚,郭鹞,吴芬芳.毫米波辐射对足孕胚胎、成年子鼠和孕鼠脑形态结构的影响.中华理疗杂志,1997,20:39-41.
, http://www.100md.com
    4 赵志刚,郭鹞.用足孕期畸形学指标评价毫米波辐射对小鼠植入后期胚胎生长发育的影响.中国病理生理杂志,1997,13:298-301.

    5 赵志刚,郭鹞.用生后精神生理学指标分析毫米波辐射对小鼠植入后胚胎生长发育的影响.中国病理生理杂志,1997,13:356-359.

    6 赵志刚,郭鹞,吴芬芳.毫米波辐射孕鼠对足孕胚胎和成年子鼠脑胆碱能M受体等的影响.中华理疗杂志,1997,20:195-198.

    7 Nawrot PS,McRee DI,Galvin MJ.Teratogenic,biochemical,and histological studies with mice prenatally exposed to 2.45 GHz microwave radiation.Radiat Res,1985,102:35-42.

    8 张长城,周毓生,张光辉.海马内注射6OHDA对大鼠条件回避行为习得和保持的影响.生理学报,1992,44:442447.

    收稿 1998-01-05

    修回 1998-08-30, http://www.100md.com