静磁场脑损伤效应及以DAT为靶点的机制研究

发布时间：2020-08-24 13:00

【摘要】：目的和意义随着科学技术的进步,磁场广泛应用于交通运输(高铁、磁悬浮)、医疗卫生、国防军事、移动通讯等领域,其健康危害也越来越受到关注。中强静磁场是磁场频率为0,强度在1mT~1T范围内的磁场,磁场对神经、血液、内分泌、免疫和生殖等系统等均可产生损伤效应,其中神经系统是对磁场最为敏感的系统之一。当前,对磁场生物效应的研究多大集中于工频磁场范围内,少见关于中强静磁场脑损伤效应的研究报道,且磁场脑损伤效应的机制远未阐明,故对中强静磁场脑损伤效应及其机制进行深入研究,并阐明中强静磁场暴露的强度效应和时间效应关系,具有重要的理论价值和实际意义。流行病学调查显示磁场暴露可致使人员焦虑、抑郁的发病率升高,引起情绪的改变。脑内DA能系统与情绪调控密切相关,研究表明DA神经环路中的腹侧被盖区-边缘叶环路主要参与对奖赏、情绪和记忆的调控。DAT属于Na~+/Cl~-共转运家族蛋白,具有重摄取突触间隙DA的功能,基于磁场的物理本质,推测磁场可通过影响Na~+的运动进而影响DAT的功能。本研究将通过对中强静磁场暴露后大鼠行为学、脑电图、脑葡萄糖代谢和脑组织病理变化等检测来明确中强静磁场脑损伤效应及其强度效应和时间效应关系,进而以DAT为切入点通过动物和细胞实验对中强静磁场暴露后引起DA能系统变化进行研究,并结合磁场对含磁性原子葡萄糖代谢关键酶的影响研究,探讨磁场脑损伤效应的机制。材料和方法1.中强静磁场脑损伤效应的研究:Wistar雄性大鼠97只,随机分为对照组(C组)、低强度组(50mT、L组)、中强度组(100mT、M组)和高强度组(200mT、H组),分别于暴露前、暴露第1、5、10、15d以及暴露终止后7、15d,采用糖水试验、旷场实验、PET、脑电生理、病理学观察等方法检测大鼠行为学、脑区葡萄糖代谢、脑电和海马、纹状体病理学改变,研究不同强度静磁场暴露的脑损伤效应,并探讨中强静磁场致脑损伤的强度效应和时间效应关系。2.以DAT为靶点的脑损伤机制研究:采用免疫印迹、ELISA、免疫组织化学等方法检测全脑组织DA含量以及DR2、DAT、HK1和PFK1的表达和海马、纹状体区域DR2和DAT的表达。选用MN9D细胞以200mT静磁场暴露,暴露时间15、30和60min,分别于暴露后30、60min、6、12、24和48h应用MTT法、ELISA法、免疫印迹等方法检测细胞增殖活力、细胞内外DA含量、DAT、DR2、HK1、PFK1的表达。实验结果1.中强静磁场暴露可致大鼠行为学及生理和病理改变1.1中强静磁场暴露致使大鼠自发行为和探索能力降低:200mT静磁场暴露第10d开始,H组大鼠运动总路程、中央路程、周边路程、爬壁站立次数明显减少,暴露终止后15d,H组大鼠各项指标与C组比较,无明显差异。1.2中强静磁场暴露致大鼠出现抑郁症状:200mT静磁场暴露30d,H组大鼠糖水偏爱指数明显降低,暴露终止后7d,H组大鼠糖水偏爱指数与C比较无明显差异。1.3中强静磁场暴露可致大鼠脑区葡萄糖代谢改变:H组大鼠暴露1h,各脑区葡萄糖代谢增强,暴露第5d,各脑区葡萄糖代谢减弱,其中顶叶、海马和纹状体区域与暴露前比显著减弱。M组和L组大鼠脑区葡萄糖代谢变化也呈先增高后降低再增高的趋势,无统计学差异。1.4中强静磁场暴露可致大鼠脑电发生改变:中强静磁场暴露第5d开始,三个暴露组大鼠脑电δ波增多,出现了更多的高幅慢波,M组和H组更为显著。暴露第15d,M组和H组大鼠β波和θ波相对功率值显著降低,暴露第10、15d,H组δ波相对功率值功率显著升高,重心频率F各组均降低,其中H组降低最为显著。1.5中强静磁场暴露可致大鼠海马、纹状体组织病理学改变:中强静磁场暴露第15d,各暴露组海马和纹状体均出现不同程度的神经元核固缩深染,细胞水肿,血管周间隙轻度增宽,且呈强度依赖性。2.中强静磁场暴露致DA能系统和脑区葡萄糖代谢关键酶的改变2.1中强静磁场暴露可致脑组织和MN9D细胞DA含量改变:大鼠脑组织DA含量变化:暴露第10d,H组明显增加,暴露第15d,M组和H组显著增加。细胞内DA含量变化:暴露终止后30min,15min组显著增加,60min组显著降低;暴露终止后60min,60min组显著降低。细胞外液DA含量变化:暴露终止后30和60min,15min组显著降低,60min组显著升高。2.2中强静磁场暴露致脑组织和MN9D细胞DAT和DR2表达发生改变:(1)免疫印迹结果示中强静磁场暴露第15d,M和H组大鼠脑组织DAT表达显著升高。暴露第5d,H组大鼠脑组织DR2表达显著降低;暴露第10d,M和H组显著降低;暴露第15d,各暴露组均显著降低。(2)免疫组化结果示中强静磁场暴露第5、10和15d,H组纹状体DAT表达显著升高。暴露第10d,M组和H组纹状DR2表达显著降低,暴露第15d,各暴露组DR2表达均显著降低。暴露第10d,M组和H组海马DAT表达显著升高,暴露第15d,各暴露组DAT表达均显著升高。暴露第15d,各暴露组组大鼠海马DR2表达均显著降低。(3)200mT静磁场暴露MN9D细胞,暴露终止后60min,15min组和60min组DAT表达显著升高。2.3中强静磁场暴露可致脑组织和MN9D细胞HK1和PFK1表达发生改变:(1)中强静磁场暴露第5和10d,H组大鼠脑组织HK1表达显著降低;暴露第15d,各暴露组HK1表达均显著降低。暴露第5d、10d,M组和H组大鼠脑组织PKF1表达显著降低;暴露第15d,各暴露组PFK1表达均显著降低。(2)200mT静磁场暴露MN9D细胞:暴露终止后30和60min,30min组和60min组HK1和PFK1表达均显著降低。结论1.中强静磁场暴露可致大鼠脑损伤,表现磁场暴露后为大鼠出现焦虑、抑郁,脑区葡萄糖代谢先升高后降低;脑电异常表现为兴奋性降低;海马、纹状体发生病理改变,上述改变具有强度和时间依赖性,强度越大改变越显著,葡萄糖代谢改变最早出现,其后脑电出现异常,继而发生病理变化和行为学改变,暴露终止后一定时间可恢复。2.中强静磁场暴露可使脑组织及多巴胺能神经元DAT、DR2表达改变,进而致DA含量改变,使DA能系统功能异常,为中强静磁场暴露致抑郁发生的机制之一;此外,中强静磁场暴露可使脑组织及多巴胺能神经元HK1和PFK1表达减少,引起葡萄糖代谢变化,上述改变为中强静磁场暴露致脑损伤机制之一。
【学位授予单位】：军事科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R594
【图文】：

传导冷却,路程,大鼠

d 磁力线分布图图 1-1 传导冷却强磁场超导磁体系统鼠空间自发探索活动检测实验仪器设备旷场实验敞箱（50cm×50cm×30cm）上海吉量有限公司公司，中国实验步骤（1）分别于暴露前、暴露第 1d、5d、10d、15d 和暴露结束后第 7d、15 H 组大鼠进行检测。（2）将大鼠置于旷场正中心，用摄像系统记录大鼠 5min 的运动变化情扫描结果，SuperMaze 软件分析记录的指标分别为大鼠的运动总路程、平度、活动时间、中央路程、边上路程和爬壁站立次数。（3）每只动物实验结束后，用 70%酒精喷洒旷场底部，并用卫生纸擦干便，以免前一只动物遗留的味道造成对本实验的影响。

实验箱,大鼠,路程

d 磁力线分布图图 1-1 传导冷却强磁场超导磁体系统2.3 大鼠空间自发探索活动检测2.3.1 实验仪器设备旷场实验敞箱（50cm×50cm×30cm）上海吉量有限公司公司，中国2.3.2 实验步骤（1）分别于暴露前、暴露第 1d、5d、10d、15d 和暴露结束后第 7d、15d 对 C组和 H 组大鼠进行检测。（2）将大鼠置于旷场正中心，用摄像系统记录大鼠 5min 的运动变化情况，根据扫描结果，SuperMaze 软件分析记录的指标分别为大鼠的运动总路程、平均运动速度、活动时间、中央路程、边上路程和爬壁站立次数。（3）每只动物实验结束后，用 70%酒精喷洒旷场底部，并用卫生纸擦干，清理粪便，以免前一只动物遗留的味道造成对本实验的影响。

核磁,葡萄糖代谢,放射性活度,军事科学院

军事科学院硕士学位论文（4）根据给予大鼠体内18F-FDG 剂量、大鼠体重、目标脑区放射性活度值，计算该区域的 SUV 值。SUV=目标区域放射性活度(mBq/ml)/注射放射性活度（mBq）/体重（g）。（5）H 组大鼠脑区葡萄糖代谢检测重复实验：选取 H 组大鼠 5 只，于暴露前、暴露 1d、5d、15d 检测各脑区葡萄糖代谢变化，检测操作流程同上。图 1-3 PET 检测大鼠脑区葡萄糖代谢

【参考文献】