微波輻射致海馬損傷的MRI特征與行為認(rèn)知和Ach代謝關(guān)聯(lián)性研究.pdf

1、目的和意義：近年來隨著電子設(shè)備在軍事、通訊、醫(yī)療等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，微波等電磁技術(shù)也隨之滲透到生活的各個(gè)領(lǐng)域，與此同時(shí)人類健康也不可避免地受到其輻射的影響。微波能夠穿透人體組織，其能量被組織吸收后可引起一系列生物效應(yīng)，其中中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等為主要靶部位，尤其以中樞神經(jīng)系統(tǒng)最為敏感，其損傷不僅見于高功率微波輻射情況下，也發(fā)生在日常手機(jī)使用等低強(qiáng)度慢性輻射中，特別是長期受到微波輻射可導(dǎo)致學(xué)習(xí)記憶能力下降，甚至造成海馬腦區(qū)結(jié)構(gòu)

2、改變以及海馬內(nèi)乙酰膽堿（Ach）等神經(jīng)遞質(zhì)的代謝變化，從而對(duì)認(rèn)知功能造成影響。然而，現(xiàn)有的微波損傷及其機(jī)制研究大多采用病理學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的方法從組織和分子水平加以闡明，迄今未見應(yīng)用影像學(xué)研究的報(bào)道。
　　磁共振成像技術(shù)由于其無創(chuàng)、組織成像分辨力高、尤其對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)具有良好的成像效果，從誕生伊始就受到了高度的重視，成像技術(shù)發(fā)展也十分迅速。目前已經(jīng)從傳統(tǒng)的大腦結(jié)構(gòu)成像發(fā)展到腦功能成像，不僅能夠?qū)Υ竽X組織結(jié)構(gòu)成像，還可詳細(xì)

3、提供物質(zhì)代謝以及認(rèn)知活動(dòng)等腦功能活動(dòng)的影像學(xué)信息。然而如何將磁共振成像技術(shù)應(yīng)用于微波輻射生物效應(yīng)及其機(jī)制的研究（尤其損傷機(jī)制同磁共振成像相結(jié)合的研究）迄今仍屬空白，導(dǎo)致難以甚至無法將微觀的組織生化信息同宏觀的組織形態(tài)結(jié)構(gòu)及其變化聯(lián)系起來；同時(shí)，現(xiàn)有的微波致海馬損傷的研究結(jié)果亦缺乏臨床影像學(xué)的直接證據(jù)與支持，其中微波致海馬損傷的分子機(jī)制更需進(jìn)一步闡明。
　　綜上，將磁共振成像技術(shù)應(yīng)用于微波輻射生物效應(yīng)及其機(jī)制的研究已成為當(dāng)前電磁輻射

4、損傷研究領(lǐng)域和醫(yī)學(xué)影像學(xué)研究領(lǐng)域共同關(guān)注和亟待解決的重要課題之一。本研究擬通過對(duì)比性觀察磁共振成像技術(shù)獲取的微波輻射后大鼠海馬影像學(xué)表征參數(shù)與行為認(rèn)知能力損傷以及海馬腦區(qū)病理結(jié)構(gòu)、乙酰膽堿代謝改變之間的關(guān)聯(lián)性，探討將磁共振成像技術(shù)應(yīng)用于微波輻射致腦損傷效應(yīng)研究的可行性，為微波輻射致腦損傷的分子機(jī)制提供直觀的臨床影像學(xué)依據(jù)，并期望藉此為微波輻射損傷的臨床診斷方法提供新思路。
　　材料與方法：
　?。?）實(shí)驗(yàn)動(dòng)物采用二級(jí)雄性Wi

5、star大鼠87只，體重200±20g,由軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。隨機(jī)分為微波輻射組（45只）和假輻射組（42只）。
　?。?）輻照條件采用軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院自建高功率微波輻射模擬源，中心頻率2856MHz，平均功率密度30mW/cm2，將微波輻照組動(dòng)物置于有機(jī)玻璃盒內(nèi)，全身均勻輻照，輻照時(shí)間15min，對(duì)照組置于相同的有機(jī)玻璃盒內(nèi)15min，行同等條件偽輻照。
　?。?）生理功能檢測采用Morris水迷宮（MWM）檢測

6、大鼠行為認(rèn)知能力，觀察時(shí)間點(diǎn)分別于輻照后6h、1d、2d、3d、7d、14d、28d。
　?。?）病理學(xué)觀測分別于輻射后6h、3d、7d、14d、28d每個(gè)時(shí)間點(diǎn)斷頭處死大鼠，斷頭后取出大腦，分離海馬組織，常規(guī)制作石蠟切片，HE染色后在光學(xué)顯微鏡下觀察海馬組織結(jié)構(gòu)變化并拍照，于輻射后3d、14d取海馬CA3、CA4區(qū)組織制作超薄切片，在透射電鏡下觀察海馬組織超微結(jié)構(gòu)改變并拍照。
　?。?）磁共振成像應(yīng)用首都醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)與

7、測試中心的高場強(qiáng)小動(dòng)物活體磁共振成像系統(tǒng)(7.0T/300MHz，德國Bruker公司)，分別于照前1d，輻射后6h、3d、7d、14d四個(gè)時(shí)間點(diǎn)行磁共振掃描。掃描方式選取擴(kuò)散加權(quán)成像（DWI）、動(dòng)脈自旋標(biāo)記（ASL）、磁共振波譜（MRS）成像。
　?。?）乙酰膽堿（Ach）、乙酰膽堿酯酶（AchE）和膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶（ChAT）檢測分別于微波輻射后6h、3d、7d、14d、28d剝離海馬組織，-80℃低溫凍存，采用ELISA實(shí)驗(yàn)檢

8、測大鼠海馬組織ChAT、AchE及Ach的含量變化，采用生化比色法試劑盒及紫外光分光光度計(jì)檢測ChAT和AchE的酶活性。
　?。?）大鼠海馬磁共振影像學(xué)特征性參數(shù)與行為認(rèn)知及Ach代謝相關(guān)性分析采用spss18.0軟件，將微波輻射后大鼠海馬磁共振特征參數(shù)與行為認(rèn)知改變以及Ach代謝相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，以闡明其相關(guān)系數(shù)和顯著性。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
　　（1）大鼠行為認(rèn)知能力改變 Morris水迷宮（MW

9、M）定位航行實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，微波輻射后大鼠平均逃避潛伏期（AEL）較對(duì)照組呈延長趨勢，其中輻射后1d-3d差別顯著。
　?。?）組織學(xué)病理變化與對(duì)照組相比，30mW/cm2功率密度微波輻射后，海馬神經(jīng)元變性、壞死，主要表現(xiàn)為核固縮，錐體細(xì)胞胞體皺縮，血管周間隙略增寬，偶見毛細(xì)血管充血，海馬CA3和CA4區(qū)均可見上述病變，上述改變?cè)谳椛浜?h即可觀察到，3d和7d較為明顯，其中尤以3d最為多見和嚴(yán)重，14d減輕，28d明顯恢復(fù)。

10、>　?。?）超微結(jié)構(gòu)變化與對(duì)照組相比，30mW/cm2功率密度微波輻射后，部分海馬神經(jīng)元核染色質(zhì)凝聚、邊集，核型不整，核膜邊界不清，凋亡發(fā)生；線粒體腫脹、空化、嵴斷裂或減少，甚至消失，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴(kuò)張，同時(shí)可見突觸雙層膜部分融合、結(jié)構(gòu)模糊，血管周間隙及細(xì)胞間連接增寬，內(nèi)皮細(xì)胞核形不整，染色質(zhì)凝聚、邊集。
　?。?）擴(kuò)散加權(quán)成像（DWI）所見微波輻照后3d右側(cè)頂葉腦區(qū)及海馬CA4區(qū)的表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC值）顯著增加，照后3d、7d及14d

11、右側(cè)海馬CA4區(qū)ADC值均顯著升高；照后14d左側(cè)海馬CA4區(qū)ADC值顯著升高。
　　（5）動(dòng)脈自旋標(biāo)記（ASL）成像所見微波輻照后7d左側(cè)海馬CA1區(qū)血流灌注（CBF）顯著減少；14d時(shí)右側(cè)海馬CA3區(qū)血流灌注顯著減少；左側(cè)海馬CA4區(qū)血流灌注先于6h時(shí)顯著減少、后于3d時(shí)顯著增加、繼之于7d、14d呈逐漸恢復(fù)的趨勢；然 CA2區(qū)血流灌注未見顯著性改變。
　?。?）磁共振波譜（MRS）所見神經(jīng)遞質(zhì) N-乙酰天門冬氨酸（NA

12、A）與肌酸（Cr）的比值（NAA/Cr），在照后3d、7d及14d于左側(cè)海馬均顯著升高并呈逐漸升高趨勢；右側(cè)無顯著性差異。谷氨酸類化合物（Glx）與Cr的比值（Glx/Cr），在照后3d、14d于左側(cè)海馬顯著升高；右側(cè)無顯著性差異。肌醇（Ins）與Cr比值（Ins/Cr），在照后3d、7d于右側(cè)海馬顯著降低，但14d時(shí)于左側(cè)海馬顯著升高?？偰憠A（Cho）與Cr的比值（Cho/Cr），在照后3d于右側(cè)海馬顯著降低，但14d時(shí)于左側(cè)海馬顯著

13、升高。
　?。?）海馬ChAT、AchE及Ach含量變化微波輻照后6h和3d海馬ChAT、AchE及Ach含量均顯著升高，7d均未見明顯變化，14d僅見ChAT含量顯著下降。
　?。?）海馬AchE和ChAT的活性變化微波輻照后6h~7d，大鼠海馬組織ChAT活性下降，以輻照后3d較為顯著。微波輻照后6h~28d，大鼠海馬組織AchE活性均未見明顯改變。
　?。?）海馬磁共振影像學(xué)特征性參數(shù)與行為認(rèn)知及Ach代謝相關(guān)性

14、分析海馬磁共振影像學(xué)參數(shù)NAA含量與行為認(rèn)知能力參數(shù)AEL顯著相關(guān)， ADC、FA、ASL及MRS其他磁共振參數(shù)與Ach代謝相關(guān)指標(biāo)均可見顯著相關(guān)性。
　　結(jié)論：本研究初步發(fā)現(xiàn)，微波輻射致海馬損傷的磁共振影像學(xué)特征參數(shù)與行為認(rèn)知、組織病理及Ach代謝方面多個(gè)指標(biāo)具有良好的關(guān)聯(lián)性。其關(guān)聯(lián)性具體表現(xiàn)在以下五個(gè)方面：
　　一、微波輻射后大鼠海馬 MRI特征性參數(shù)變化同認(rèn)知功能障礙以及組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的時(shí)相具有高度的一致性；

15、　　二、MRI所檢測到的微波輻射后大鼠海馬病變參數(shù)同病理學(xué)觀測的海馬病變基本一致；
　　三、MRI所檢測到的微波輻射后大鼠海馬代謝復(fù)合物的改變同海馬內(nèi) Ach及其關(guān)鍵酶改變的時(shí)相具有一致性；
　　四、微波輻射后大鼠MRI三種成像技術(shù)所檢測的MRI特征性參數(shù)改變與具有認(rèn)知功能障礙疾病的磁共振結(jié)果具有相似性；
　　五、微波輻射后大鼠MRI三種成像技術(shù)所檢測的多個(gè)MRI特征性參數(shù)與行為認(rèn)知及Ach代謝具有顯著相關(guān)性。