实用预防医学 2008年8月 第15卷 第4期 Practical Preventive Medicine， Aug. 2008， Vol 15， No.4 

不同剂量的电磁辐射对家兔小脑运动性学习记忆功能的影响

刘  勇，黄蔚初，程绪浩，苏静静，唐功臣，刘延秋，王酞金，车吉泊

【摘要】 

目的： 观察不同剂量的电磁辐射对家兔小脑运动性学习记忆功能的影响。

方法： 选择建立牢固瞬膜条件反射的家兔24只，随机分为对照组、电磁辐射Ⅰ组（给予平均功率密度90 mW/cm2的电磁辐射30min，选择辐射后0、3、24和72h为观察时相点）和电磁辐射Ⅱ组（给予平均功率密度5 mW/cm2的电磁辐射60min、连续7d，选择第1、3、5和7d辐射后的0h为观察时相点），测定辐射前和辐射后即刻家兔的肛温并计算比吸收率值；检测辐射后各观察时相点家兔瞬膜条件反射的变化。结果 90mW/cm2电磁辐射后即刻家兔肛温显著升高2.96℃.SAR值为5.71Kcal/kg；瞬膜条件反射在辐射后Oh显著降低，3h后基本恢复至正常水平；5 mW/cm2电磁辐射后即刻家兔肛温仅升高1.17℃，SAR值为1.13 Kcal/kg；瞬膜条件反射在各观察时相点没有显著变化。

结论： 90mW/cm2电磁辐射30min能使家兔机体产生明显热效应，并损害小脑的运动性学习记忆功能；5mW/cm2电磁辐射60min能使家兔机体产生一定程度的热效应，但连续辐射7d对小脑的运动性学习记忆功能没有产生明显损害。

【关键词】电磁辐射；小脑；运动性学习；家兔    

【中图分类号】R122.4    

【文献标识码】A

【文章编号】1006-3110（2008）04-1018-03

Effects of Electromagnitic Irradiation on Cerebellar Motor Learning of Rabbits

LIU Yong, HUANG Wei-chu, CHENG Xu-hao, et al.（Center for Disease Control and Prevention of Jinan Military Region, Jinan 250014, Shandong, China）

Abstract： 

Objective  To investigate the effects of electromagnitic irradiation on cerebellar motor learning of rabbits.  

Methods  To train rabbits for seven days to form eye blink conditioning, and then these rabbits were randomly divided into control group, electromagnitic irradiation groups Ⅰ and Ⅱ. Rabbits of group Ⅰ accepted 90 mW/cm2 electromagnitic irradiation for 30 minutes（detecting time was the points of 0, 3, 24 and 72 hours after irradiation）, and rabbits of group Ⅱ accepted 5mW/cm2 electromagnitic irradiation for 60 minutes everyday on 7 successive days（detecting time was the points of 1, 3, 5and 7 irradiation days）. Rectal temperature and eye blink conditioning of rabbits in every group was detected immediately after irradiation, and specific absorption rate（SAR）value was calculated.  

Results  Rectal temperature of rabbits in groupⅠ increased 2.96℃after irradiation, SAR value was 5.71 Kcal/kg, and eye blink conditioning decreased significantly after irradiation. Rectal temperature of rabbits in group Ⅱ increased 1.17℃after irradiation, SAR value was 1.13 Kcal/kg, and eye blink conditioning did not decrease significantly after irradiation. 

Conclusions  After 90 mW/cm2 electromagnitic irradiation for 30 minutes, rabbit's body occurred heating effect obviously, and rabbit cerebellar motor learning injured significant1y. After 5mW/cm2 electromagnitic irradiation for 60 minutes on 7 successive days, rabbit’s body occurred heating effect, but rabbit’s cerebellar motor learning showed no significant change.  

Key words： Electromagnitic irradiation；Cerebellum；Motor learning；Rabbit    

随着电子技术在军事和民用领域的广泛应用，接触电磁辐射的职业暴露人群越来越多。流行病学资料显示，接触电磁辐射的人群容易产生神经衰弱、失眠、学习记忆能力下降等中枢神经系统症状，但其发生的确切机制至今仍未完全阐明[1]。近年来，电磁辐射对中枢神经系统学习记忆功能的影响成为国内外神经科学领域的研究热点之一，但这些研究人都集中于海马脑区，而对小脑学习记忆功能的影响却鲜见有文献报道。神经科学研究表明，运动性学习记忆功能是完成各种复杂的程序性任务和活动所必需的能力，小脑是运动性学习记忆的主要功能脑区[2,3]，本实验以家兔为研究对象，探讨电磁辐射对运动性学习记忆功能的损伤特点，为明确电磁辐射的致伤效应、阐明致伤机制奠定基础。

1材料与方法

1.1  实验动物及分组  

二级日本大耳白家兔24只，雌雄各半，体质量（2.33 ± 0.21）kg。将已经建立牢固瞬膜条件反射的家兔随机分为对照组、电磁辐射Ⅰ组和电磁辐射Ⅱ组，每组8只家兔。辐射Ⅰ组选择辐射后0、3、24和72 h为观察时相点，辐射Ⅱ组选择第1、3、5和7d辐射后的0h为观察时相点。

1.2  建立瞬膜条件反射  

参照文献[4]所述方法，对家兔进行瞬膜条件反射训练：采用1 000Hz的正弦波纯音作为条件刺激，以80 dB持续作用800 ms；采用压强为80g/cm2的束状气流作为非条件刺激，距离家兔左眼（或右眼）角膜10cm持续作用200ms。实验时，先将家兔头部固定，于实验箱内静置1-2min，待家兔情绪安定后方可进行。先给予条件刺激，当条件刺激作用600ms时，施加非条件刺激，并与条件刺激同时结束，此为1次实验过程。以9次条件和非条件刺激共同作用加1次单独条件刺激为1组，每天训练10组，共计100次。单次训练间隔时间为5s，每组间隔时间为30 s。在单独给予条件刺激时，如果家兔出现眼睑半闭或全闭现象即为阳性反应。连续训练7d后检测家兔瞬膜条件反射的形成情况，选择瞬膜反射阳性率≥80%的家兔作为实验对象。

1.3  电磁辐射处理  

将家兔固定在专用丙烯酸甲酷有机玻璃辐射盒中，置于反射系数为零的辐射暗室内，辐射Ⅰ组以平均功率密度为90mW/cm2的S波段电磁波进行全身均匀辐射30min；辐射Ⅱ组以平均功率密度为5mW/cm2的脉冲电磁波进行全身均匀辐射60 min、连续7d。暗室环境温度稳定于（20 ± 2）℃，相对湿度稳定于（60 ± 10）%。

1.4  肛温测定  

辐射前和辐射后即刻用热电偶点温计测定动物肛温，计算比吸收率（specific absorption rate， SAR）值。计算公式[5]如下：      

SAR=4186C△T/ t

    公式中：C：组织比热，取0.83 （Kcal/ kg ℃）；△T：家兔在辐射前后的肛温变化值（℃）；t：辐射时间（s）。

1.5  统计学处理  

实验结果用均数 ± 标准差（x ± s）表示，数据采用SPSS13.0软件进行统计分析，设定P< 0.05表示差异有统计学意义。

2   结果

 2.1   电磁辐射对家兔肛温和比吸收率的影响  

电磁辐射Ⅰ组家兔的肛温在辐射后平均升高2.96℃，其SAR值为5.71Kcal/kg；电磁辐射Ⅱ组家兔的肛温在辐射后平均升高1.17℃，其SAR值为1.13 Kcal/kg，见表1。表明电磁辐射Ⅰ组家兔接受90mW/cm2电磁辐射30min后机体产生了明显的热效应，而电磁辐射Ⅱ组家兔接受5mW/cm2电磁辐射60min后机体产生了一定程度的热效应。

2.2  电磁辐射对家兔运动性学习记忆功能的影响  

电磁辐射Ⅰ组家兔的瞬膜条件反射在辐射后0 h显著降低（P< 0.05），其余各时相结果与对照组相比差异没有统计学意义，见表2。表明90 mW/cm2电磁辐射30 min对家兔小脑的运动性学习记忆功能具有明显的损伤效应。

电磁辐射Ⅱ组家兔的瞬膜条件反射在各观察时相的结果与对照组相比差异均没有统计学意义，见表3。表明5mW/cm2电磁辐射60min、连续7d，家兔小脑的运动性学习记忆功能没有受到明显的损害。

3  讨论

研究表明，电磁辐射具有广泛的生物学效应[6,7]。中枢神经系统已被证实是电磁辐射最为敏感的靶器官，急性电磁辐射可致大脑海马脑区结构和功能损伤[8,9]。学习记忆功能障碍被公认为是电磁辐射对中枢神经系统最重要的损伤效应之一[10,11]。但这些研究大都集中于海马脑区，而对小脑学习记忆功能的影响却鲜见有文献报道。学习记忆功能是中枢神经系统的高级生命活动，因此，全而地研究电磁辐射对中枢神经系统学习记忆功能的损伤效应具有非常重要的现实意义。研究显示，电磁辐射可致大脑海马脑区学习记忆功能障碍[12]。因此我们推测，电磁辐射也将对小脑的运动性学习记忆功能产生影响。 

神经科学的研究已证实，小脑不仅是维持机体平衡的重要器官，也是运动性学习记忆的主要功能脑区[ 13,14]。运动性学习记忆是对复杂的程序性活动进行学习并形成记忆的过程，它有别于海马脑区的学习记忆，在日常生活和军事活动中都具有十分重要的意义[15]。瞬膜条件反射是反映小脑运动性学习记忆能力的经典模型，该反射的基本原理是采用条件刺激（声音）和非条件刺激（气流或电流）同时作用于家兔，使其产生眼睑闭合（即瞬膜）动作。经过一段时间的训练后，单独给予声音刺激，可使家兔出现瞬膜动作，这一现象称为瞬膜条件反射。该条件反射在小脑中的神经信号传导通路为：条件刺激（声音）通过颗粒细胞发出的平行纤维将神经信号传递到蒲肯野细胞的突触后膜上，非条件刺激（气流或电流）通过下橄榄体发出的爬行纤维将神经信号传递到蒲肯野细胞的突触后膜上，蒲肯野细胞通过其树突所形成的突触联系将来自两类神经纤维的信号加以整合处理并形成记忆，最终通过其轴突发出运动指令支配瞬膜动作[16]。

电磁辐射的生物学效应以机体温度升高是否超过1℃区分为热效应和非热效应，电磁辐射对学习记忆能力的损害以热效应为主[17]。本次研究结果显示，家兔给予90mW/cm2电磁辐射30min后可出现明显的瞬膜条件反射障碍。通过肛温检测发现，家兔给予电磁辐射后肛温明显升高2.96℃，其SAR值为5.71 Kcal/kg，表明家兔吸收了大量的电磁辐射并导致机体产生了明显的热效应。我们认为，电磁辐射导致的机体热效应是电磁辐射致伤的始动因素，由于电磁辐射引起机体产生了明显的热效应，从而导致小脑运动性学习记忆功能障碍，其损伤机制有待进一步研究。

环境电磁辐射对人体的影响日益引起人们的重视。对于低剂量电磁辐射对中枢神经系统的损伤效应，日前的研究还存在不同的结果[18-20]。本研究所选用的5mW/cm2为模拟雷达操作等职业环境中的电磁辐射强度，结果显示，5mW/cm2电磁辐射60min可使家兔机体产生一定程度的热效应，但连续辐射7d对家兔的瞬膜条件反射没有明显影响。我们认为，短期接触电磁辐射的职业环境可能不会对小脑的运动性学习记忆功能产生明显损害。

综上所述，本研究的结果表明，急性电磁辐射的损伤效应是多方面的，其对中枢神经系统的损伤除了造成海马脑区学习记忆功能障碍外，也将损害小脑的运动性学习记忆功能。短期接触低剂量的电磁辐射不会对小脑的运动性学习记忆功能产生明显影响。

[参考文献]

[1] Andrei GP, Joanne D, Bruce ES, et al. Effects of high power microwave pulses on synaptic transmission and long term potentiation in hippocampus[J]. Bioelectromagnetics, 2003, 24（3）：174-181，

[2] Koekkoek SK, Yamaguchi K, Milojkovic BA, et al. Deletion of FMRI in Purkinje cells enhances parallel fiber LTD, enlarges spines, and attenuates cerebellar eyelid conditioning in Fragile X syndrome [J].Neuron, 2005, 47（3）.339-352.

[3] Koekkoek SK, Hulscher HC, Dortland BR, et al. Cerebellar LTD and learning-dependent timing of conditioned eyelid responses[J]. Science, 2003, 301（2）：1736-1739.

[4]刘勇，王登高，余争平，等，家兔瞬膜条件反射简易模型的建立方法[J]. 第二军医大学学报2004, 26（4）： 354-355.

[5]苏镇涛, 杨国山, 电磁辐射剂量学研究进展[R]. 中国辐射卫生 2003, 12（3）：189-192.

[6]潘敏鸿, 彭瑞云, 高亚兵, 等. 高功率微波辐射对大鼠心肌超微结构和表达的影响[J]. 中华物理医学与康复杂志2005,  27（8）：460-463.

[7]王爽, 黄晓峰, 王春梅, 等. 高功率微波辐照对大鼠血睾屏障通透性的影响[J]. 中华放射医学与防护杂志2006, 26（2）：186-188.

[8]杨瑞, 彭瑞云, 高亚兵, 等. 高功率微波辐射对大鼠海马的损伤效应[J]. 中华劳动卫生职业病杂志2004,    22（3）：211-214.

[9]杨学森, 龚茜芬, 张广斌, 等. 微波辐射对大鼠学习记忆和海马神经元的影响[J]. 解剖学研究2004, 26（2）：91-94.

[10]徐志伟, 侯冰, 李云峰, 等. 高功率微波辐射对小鼠学习记忆能力的影响[J]. 中华放射医学与防护杂志2007, 27（6）：605-606.

[11]Cobb BE, Jauchem JR, Adair ER, et al. Radial arm maze performance of rats following repeated low level microwave radiation exposure[J]. Bioelectromagnetics,  2004, 25（1）：49-57.

[12]赵梅兰, 马强, 曹晓哲, 等. 电磁脉冲对大鼠学习记忆能力和长时程增强的影响[J]. 中华物理医学与康复杂志2001, 23（1）：69-71.

[13] Kishimoto Y, Kano M. Endogenous cannabinoid signaling through theCB1 receptor is essential for cerebellum-dependent discrete motorlearning [J]. J Neurosci. 2006， 26（34）： 8829-8837.

[14] Welsh JP， Yamaguchi H， Zeng XH，et al. Normal motor learning during pharmacological prevention of Purkinje cell long-term depression[ J]，Proc Natl Acad Sci USA, 2005, 102（47）:17166-17171，

[15] Hideyuki O, Tomoo H, Evan B. Learning and memory [R], Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 97 （23）:12403-12404.

[16] David JE. Neuroscience:From molecules to memory in the cerebellum[J]. Science, 2003, 301（19）： 1682-1685.

[17] Wang BM, Lai H. Acute exposure to pulsed 2450-MHz microwaves affects water-maze performance of rats[J]. Bioelect romagnetics, 2000, 21（1）：52-56.

[18]张彦文, 张广斌, 田伟, 等.都市环境电磁辐射对青少年神经行为的影响[J]. 中国公共卫生2004, 20 （12）：1442-1443 .

[19]邓朝晖, 汪峰, 余晓东, 等. 环境电磁辐射对大鼠海马神经细胞黏附分子表达的影响[J]. 第二军医大学学报2006, 28（12）：1317-1319.

[20]张彦文, 张广斌, 田伟, 等. 都市环境电磁辐射对青少年脑电图的影响[J]. 疾病控制杂志2004, 8（4）： 332-335.

                                          （收稿日期：2008-02-19）

作者单位：济南军区联勤部疾病预防控制中心（山东 济南 250014）

作者简介：刘勇（1974- ），男，博士，主治医师，主要从事电磁辐射生物效应研究工作。