不同參數電磁輻射對血腦屏障通透性的影響.pdf

1、研究背景：
　　隨著環(huán)境污染加重，人口老齡化加劇，中樞神經系統(tǒng)（Central Nervous System, CNS）疾病發(fā)病率日漸上升，嚴重危害人類健康。這些CNS疾病的臨床治療都面臨一個共同的瓶頸——血腦屏障（Blood-Brain Barrier，BBB）。BBB主要由內皮細胞間緊密連接（Tight Junction, TJ）構成，對循環(huán)血液中的物質具有嚴格選擇透過機制，從而保證 CNS的正常功能。然而 BBB在阻止異物入

2、侵腦組織的同時，也阻止了大部分治療藥物進入腦病變區(qū)域。如何安全有效地開放 BBB，一直是研究者關注的焦點。
　　本實驗室前期研究發(fā)現，電磁輻射（Electromagnetic Radiation, EMR），尤其是電磁脈沖（Electromagnetic Pulse, EMP），可導致BBB通透性的可逆性增加。但EMP誘導BBB通透性增加的最佳物理參數尚不清楚。此外，其他參數EMR是否也具有該效應？其效應規(guī)律如何？亦不清楚。為解決

3、上述問題，本研究以 SD大鼠為實驗對象，研究了不同參數EMR，如EMP、超寬譜電磁脈沖（Ultra-Wide Band Electromagnetic Pulse, UWB-EMP）和射頻輻射（Radiofrequency Radiation, RFR）對BBB通透性的影響。
　　研究目的：
　　探討不同參數EMR（EMP、UWB-EMP、RFR）對BBB通透性的影響，為EMR開放BBB的臨床應用提供初步理論和實驗依據。

4、r>　　第一部分 EMP對BBB通透性的影響
　　材料與方法：
　　1輻照源：SPG200-EMP輻照源，輻照腔內為均勻的電磁場，場強350kV/m。脈寬可調為50ns或7ns。脈沖次數可設置為0~6000次。重復頻率1Hz。
　　2動物分組及輻照參數：健康成年雄性SD大鼠108只，隨機分為輻照組（84只）和假輻照組（24只）。輻照參數具體如下：
　　2.1不同脈沖次數EMP對BBB通透性影響：場強350kV/m

5、、脈寬50ns，脈沖次數分別為100、200、400、800、1600次，于全身輻照后3h取材。
　　2.2不同脈寬EMP對BBB通透性影響：場強350kV/m、脈沖次數200次，脈寬分別為7、50ns，于全身輻照后3h取材。
　　3檢測方法：以內源性白蛋白和外源性伊文思藍（Evans Blue, EB）為血管通透性示蹤劑，分別應用免疫組化和EB熒光顯微鏡觀察等方法檢測輻照后BBB通透性。
　　研究結果：
　　1

6、、不同脈沖次數EMP對BBB通透性的影響：場強為350kV/m、脈寬為50ns時，經脈沖次數為100、200、400、800、1600次EMP輻照后3h，大鼠腦額葉皮層部分微血管周圍出現不同程度白蛋白免疫陽性產物（P＜0.05）；其中200次EMP輻照后，周邊出現免疫陽性染色的血管數最多、陽性范圍最大，100和400次輻照組次之，800和1600次EMP輻照組則與假輻照組相比無統(tǒng)計學差異（P＞0.05）。EB熒光結果與白蛋白免疫組化結果

7、基本一致。說明：200次EMP輻照后，BBB通透性增加最明顯；脈沖次數超過400次后，EMP可能未引起明顯的通透性增加。
　　2、不同脈寬 EMP對BBB通透性的影響：場強為350kV/m，脈沖次數為200次時，經脈寬7ns或50ns的EMP輻照后3h，大鼠腦額葉皮層部分微血管周圍出現白蛋白免疫陽性產物（P＜0.05），呈散在分布；脈寬為50ns時，白蛋白免疫陽性范圍更大。說明隨著脈寬的增寬，BBB通透性逐漸增加。EB熒光顯色結果

8、則顯示，在該輻照條件下，僅脈寬為50ns時，BBB通透性顯著增加（P＜0.05）。
　　第二部分 UWB-EMP對BBB通透性的影響
　　材料與方法：
　　1、輻照源：UWB-EMP輻照源，由脈沖發(fā)生器和喇叭天線構成。距離喇叭口不同位置處場強不同，據此可選擇輻照場強。脈寬不可調，在1ns之內。脈沖次數可根據實驗需要設置。重復頻率10Hz。
　　2、動物分組及輻照參數：成年雄性SD大鼠180只，隨機分為輻照組（13

9、2只）、陽性對照組（12只）和假輻照組（36只）。輻照組具體參數如下：
　　2.1不同場強UWB-EMP對BBB通透性影響：脈沖次數20000次，場強分為50、200、400kV/m，全身輻照后3h取材；
　　2.2 UWB-EMP對BBB通透性影響的時效規(guī)律：場強400kV/m、脈沖次數20000次，全身輻照，根據輻照后取材時間分為0.5、3、6、24h組。
　　3、檢測方法：以內源性白蛋白、血清S100β蛋白和外源

10、性EB為血管通透性示蹤劑，分別采用免疫組化、酶聯(lián)免疫吸附測定（Enzyme Linked Immunosorbent Assay, ELISA）和 EB熒光顯微鏡觀察法檢測輻照后 BBB通透性；采用免疫印跡法（Western Blotting, WB）、免疫熒光染色法分析TJ相關蛋白ZO-1的表達水平和分布。
　　研究結果：
　　1、不同場強UWB-EMP對BBB通透性的影響：脈沖次數20000次時，經場強為50、200、4

11、00kV/m的 UWB-EMP輻照后3h，大鼠腦額葉皮層出現散在分布的白蛋白免疫陽性染色；場強為400kV/m時，白蛋白滲出最多（P＜0.001），其他組與假輻照組相比無統(tǒng)計學差異。EB熒光結果與白蛋白免疫組化染色結果一致。說明脈沖次數為20000次、場強為400kV/m時，UWB-EMP可顯著增加BBB通透性。
　　2、UWB-EMP對BBB通透性影響的時效規(guī)律：場強為400kV/m、脈沖次數為20000次時，UWB-EMP輻照

12、后0.5h，大鼠腦額葉皮層白蛋白滲出開始增多；輻照后3h—6h白蛋白滲出最多（P＜0.05）；輻照后24h組，白蛋白染色結果與假輻照組基本相同（P＞0.05）。EB熒光結果與白蛋白免疫組化染色結果一致。血清S100β蛋白 ELISA檢測結果顯示，UWB-EMP輻照后6h血清 S100β含量顯著增多（P＜0.05）。以上結果說明：UWB-EMP輻照后0.5h，BBB通透性即開始增加，于輻照后3-6h之間達到最大，輻照后24h基本恢復正常。

13、
　　3、UWB-EMP輻照后，TJ相關蛋白Zonula Occludens1（ZO-1）檢測結果：400kV/m、20000次UWB-EMP輻照大鼠后，WB法檢測發(fā)現，輻照后3h和6h腦額葉皮層ZO-1蛋白水平明顯降低（P＜0.05）。免疫熒光染色結果顯示，輻照后3h，ZO-1免疫熒光強度減弱，而分布方式依然為連續(xù)性分布，各組ZO-1蛋白分布無明顯差異（P＞0.05）。以上結果提示UWB-EMP可能通過降低ZO-1的表達暫時、可

14、逆地增加BBB通透性。
　　第三部分 RFR對BBB通透性的影響
　　材料與方法：
　　1、輻照源：RFR輻照源，頻率1840MHz，輸出功率可調，輻照時間可調。
　　2、動物分組及輻照參數：健康成年雄性SD大鼠36只，隨機分為輻照組（18只）和假輻照組（18只）。輻照參數：頻率1840MHz，比吸收率（Specific Absorption Rate, SAR）2W/kg，每天輻照1h，連續(xù)輻照7d，輻照結束后

15、即刻取材。
　　3、檢測方法：以內源性白蛋白和外源性硝酸鑭為血管通透性示蹤劑，分別采用免疫組化和透射電鏡法觀察輻照后BBB通透性；采用WB分析TJ相關蛋白ZO-1表達水平。
　　研究結果：
　　經1840MHz、2W/kg RFR連續(xù)輻照7d后，大鼠腦額葉皮層白蛋白免疫陽性染色明顯增多。硝酸鑭示蹤法顯示，輻照后大鼠腦皮層部分微血管基底膜處有鑭顆粒沉積，周圍腦實質內有少量鑭顆粒滲入。WB法檢測ZO-1表達水平發(fā)現，RFR

16、輻照后ZO-1表達水平明顯下降（P＜0.001），提示TJ損傷可能是RFR輻照后大鼠BBB通透性改變的原因之一。
　　研究結論：
　　1、當場強350kV/m、脈寬50ns、脈沖次數200次時，EMP誘導BBB開放的效應最明顯。
　　2、當場強400kV/m、脈沖次數20000次時，UWB-EMP致BBB開放效應最明顯，且為短暫、可逆的開放；UWB-EMP可能通過降低ZO-1表達，誘導BBB通透性改變。
　　3、