脉冲微波孕期辐照致仔鼠HUD及海马LTP的变化
作者：隋建峰 熊鹰 吴宗耀
单位：隋建峰 熊鹰(第三军医大学 生理学教研室)；吴宗耀(西南医院 康复理疗科,重庆 400038)
关键词：微波；胚胎；辐射损伤；海马锥体细胞；L TP
中国医学物理学杂志000216 摘要：目的： 探讨X波段脉冲波孕期照射致大鼠子代脑功能发育障碍的神经电生理机制。 方法:以功率密度5～20 mW/cm2的脉冲微波对孕鼠进行孕期慢性辐照,研究 成年子鼠海马神经元 单位放电(HUD)和海马突触传递长时程增强效应(LTP)的变化。结果:在10、20 mW/cm2功率组 ,仔鼠HUD 对奇异声刺激的增频反应受到抑制,仔鼠海马CA1区强直性LTP的强度及发生率降低 ,习得性LTP无变化; 5 mW/cm2剂量无上述作用. 该结果与前期行为学实验结果相一致。结论:HUD及LTP异常与微波导致的胎鼠脑功能发育障碍有联系 。
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中图分类号:Q681 文献标识码: A 文章编号:1005-202X(20 00)02-0103-03
Changes of HUD and LTP in offsprings of rats exposed
to pulse microwave during pregnancy
SUI Jian-feng WU Zong-yao XIONG Ying
(Department of Physiology)
(Department of Physics Medicine and Rehabilitation,Southwest Hospital, the Third Military Medical Col lege,ChongQing 400038,China)
, http://www.100md.com
Abstract:Purpose:To discuss the neuroelectrophys iological mechanisms of dama ge of brain function development in offsprings of rats exposed to X-band pulse microwave during pregnancy.Method:After chronic exposure of microwave wi th the power densities of (5 ～ 20) mW/cm2 during pregnancy,hippocampal unit disch arge (HUD) and long-term potentiation ( LTP)of hippocampal synaptic transmissi o n in matured offsprings were studied.Result:In groups radiated with 10 mW/cm2and 20 mW/cm2 densities,the frequency-increasing reaction of HUD to oddal audito ry stimuli in rat offsprings were prohibited,the intensity and inducing-rate of T etanic-dependent LTP were decreased,Learning-dependent LTP didn't change;5 mW /cm2 has not the effects mentioned aboveand. These findings correlated w ell with the former behaviral test results. Conclusions:There is relation between abnormality of HUD and LTP and impairment of brain function development of rat fetus induced by microwave radiation .
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Key words: microwave; embryo; radiation injuries ; hippocampal pyramidal cells; LTP
我们前期的工作表明，功率密度5～20 mW/c m2脉冲微波孕期辐照不表现出对胚胎的致畸 效应，但只要达到一定场强(>10 mW/cm2),对胎鼠后天的脑功能发育仍可造成一定影响， 表 现为仔鼠成年后学习记忆功能减退，5 mW/cm2无此作用。对内源性事件相关电位的研究表 明 其变化与行为学实验结果相一致。大量动物实验已经证明,海马与学习记忆关系密切[1 ,2] ,因此, 本研究采用电生理学方法对孕期受到上述剂量辐照大鼠其子代成鼠的海马神经元单 位放电(HUD)和海马突触传递长时程增强效应(LTP)的变化进行了在体研究，以探讨其与仔鼠 学习记忆发育障碍的联系。
1 材料与方法
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1.1 实验动物及孕鼠的获得
Wistar大鼠，体重(250±25)g，由本校实验动物所提供。黄昏时按雌雄2∶1合笼过 夜， 次日晨以查到阴道栓作为受孕标志，记为受孕第0天。按辐照剂量大小不同随机将受孕大鼠 分为5、10、20 mW/cm2组，于受孕第6～16天隔日辐照，时间均为20分钟/次，根据照射后 大 鼠的直肠温度变化已算得上述剂量对应的SAR值分别是0.12,-0.09,1.16 W/kg。另设假辐照 组作对照。
1.2 微波源及辐照方式
频率为X波段(8～12.5 kHz)的脉冲波源，辐照时动物置于反射系数近似零的尖壁微波暗室内 ，温度(25±1)℃，湿度(75±2)%，大鼠置于有机玻璃盒内，以角锥喇叭天线在远场区辐照 全身，功率密度由公式 S＝2.957 P/r2 计算，该公式已经成都 科技大学拟合校正。
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1.3 仔鼠HUD及在体LTP记录
各组孕鼠让其自然分娩，于出生三月后开始实验，HUD记录方法 是：实验前3天首先给大鼠以每日两次，每次30 min 的声刺激训练，方法如下：将大鼠置于暗箱内，箱底为可通电 铜栅，给以500和1000 Hz两种短声刺激，前者占85%，为F刺激(Frequ ent stimuli),后者占15%，为R刺激(rare stimuli)，R刺激随机分布于F刺激中，两种短声 的持续时间均为100 ms，间隔2 s，扬声器置于大鼠上方40 cm，，双耳给声。 选择1000 Hz 的R刺激为靶刺激，R刺激后立即给予足底电刺激，以提高大鼠对靶刺激的注意力。 足底刺 激为方波，波宽5 ms，频率64 Hz，持续1 s，强度以引起大鼠足底抖动为宜。第四天开始HU D记录。Ip 25%乌拉坦，5 mg/kg，给气管插管，固定大鼠于VDT-1型脑立体定位仪上(西安 光学仪器厂)行开颅术，将海马对应部位的顶骨剪除部分，剥离硬脑膜，待动物清醒后Ip 0.01%筒箭毒制动(1 mg/kg) ，行人工呼吸， 维持动物体 温37.5～38 ℃，玻璃微电极用GG-17玻璃毛胚(中科院上海脑研究所)自行拉制，内充3 Mol NaCl溶液，直流阻抗8～15 MΩ,由WK-2型微电极推进器(西北光学仪器厂)将其推至海马CA 1 区(P4.0,LR2.6,H2.5), 信号经微电极放大器(MEZ-7300，Nihon,Kohden，日本)、FJC-1型 直 流前置放大器(上海华山医疗用品厂) 输至双线示波器(SR76型，汕头电子仪器厂)监视，并 同步接至微机处理。处理软件为SYD4228型生理实验系统(重庆三军大外研所)。
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LTP记录方法是：大鼠麻醉、固定同上，手术过程无菌操作，硬脑膜保留， 首先进行强 直刺激诱导后的LTP记录。刺激电极为同心园电极，外径0.5 mm，推置于CA3区辐射层(P2.8, L3.6, H3),作刺激Schaffer侧支用，记录电极为金属绝缘电极，直径0.2 mm，阻抗<5kΩ ， 推置于CA1区锥体细胞层(P4.0,L2.6, H2.5)，以记录其突触反应。上述坐标参考有关文献并 加以校正[3]。信号经前置放大器输入Dantec-2000C 型神经肌电记录仪，进行记 录、分析和 打印，示波器同步监视。用电子刺激器和隔离器(南通电子总厂)输出0.5 Hz、波宽0.1 ms的 方波，强度调至引起突触反应和峰电位最大振幅的50%为宜，以此为测试刺激触发扫描,记录 其引起的群体峰电位(PS)和群体兴奋性突触后电位(fEPSP)，待电位反应平稳后施加条件刺 激， 其频率100 Hz，串长1 s，强度、波宽同测试刺激，15 min后用测试刺激进行30 min～ 1h的间断性检测， 每次结果均平均6次，比较强直刺激前后PS振幅、fEPSP频率的变化。如 果两者或其中之一增大超过30% 并持续 30 min以上，即可认为该部位产生了LTP，上述实验 完毕后缝合切口，进行穿梭箱记忆行为训练， 方法参考文献[4]。以主动回避反应 习得率连 续3天达到80%作为记忆获得标准，待其达标后再次进行LTP检测实验。再检测时不给强直刺 激，直接用检测刺激检测LTP，作为记忆行为诱导的习得性LTP。结果平均6 次后与行为训练 前对比，LTP判定标准同前。
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2 结果
2.1 各组仔鼠HUD及其对不同声刺激辩别反应的差异
对照组及5、10、20 mW/cm2辐射组每组8～10只仔鼠，各记录到稳定的放电单位数1 8～2 5个， 每个单位先连续观察和记录了5分钟的自发放电，然后在F声刺激下(不给R声)连续观 察记录5分钟的诱发放电，以平均放电频率改变15%为标准判定F声刺激期间各放电单位的变 化(兴奋或抑制)并统计各组的兴奋单位数(E)、抑制 单位数(I)和无反应单位数(N)及其各自 的百分比；随后进行R刺激实验。方法是在Ordall方案( 含15% R刺激,其余为F刺激)刺激下 连续观察5分钟的诱发放电,作为R刺激的诱发放电,与自身的纯F 刺激诱发放电作对照,以频 率改变15%作为标准判断兴奋或抑制的单位数，结果如下：
表1 各组HUD对F声刺激的反应
, 百拇医药 动物数
HUD数
E(%)
I(%)
N(%)
对 照 组
8
21
7(33.3%)
3(14.3%)
11(52.4%)
5 mW/cm2 组
, 百拇医药 8
19
5(26.3%)
2(10.5%)
12(63.2%)
10 mW/cm2组
10
24
6(25.0%)
5(20.8%)
13(54.2%)
20 mW/cm2组
, 百拇医药
9
25
7(28.0%)
6(24.0%)
12(48.0%)
E-兴奋单位数, I-抑制单位数, N-无反应单位数
表1 结果表明，其中一半左右的单位对F声刺激无反应，约 1/3的单位能被其兴奋，另有 少数单位被其所抑制。四组结果比较发现，对于非特异性的F声刺激，各组动物的反应无明 显差异。
图1 HUD对R或F刺激三种不同反应的实时直方图(A-兴奋；B-抑制；C-无反应)
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表2 各组HUD对R声刺激的反应
动物数
HUD数
E(%)
I(%)
N(%)
对 照 组
8
21
15(71.4%)
2 (9.5%)
4 (19.0%)
, http://www.100md.com 5 mW/cm2 组
8
19
13(68.4%)
1 (5.3%)
5 (26.3%)
10 mW/cm2组
10
24
7 (29.2%)**
3(12.5%)
14(58. 3%)**
, 百拇医药
20 mW/cm2组
9
25
8 (32.0%)**
2 (8.0%)
15(60.0%)**
E-兴奋单位数, I-抑制单位数, N -无反应单位数
**P<0.01 vs control and 5 mW/cm2.
表3 不同诱导下的LTP发生率及PS、fEPSP变化强 度在四组的差异 强直刺激诱导
, 百拇医药
记忆习得诱导
PS变化率(%)
fEPSP变化率(%)
LTP发生率(%)
PS变化率(%)
fEPSP变化率 (%)
LTP发生率(%)
对 照 组
76.4±15.8
83.4±13.6
9/11 (81.8%)
38.1±6.4
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41.6±9.7
8/9 (88.9%)
5 mW/ cm2
81.3±17.2
79.3±16.8
13/15(86.7%)
40.3±7.9
35.1±8. 6
12/13(92.3%)
10 mW/cm2
35.7±6.9**
, 百拇医药
32.7±7.4**
8/15 (53.3%)*
35.7 ±9.2
39.4±9.1
8/8 (100%)
20 mW/cm2
31.5±7.1**
36.1±6.2**
7/15 (46.7%)*
37. 9±8.6
, 百拇医药
32.5±7.4
6/7 (85.7%)
*P<0.05, **P<0.01 vs control and 5 mW/cm2
表2结果表明,对于新奇的R声刺激，四组动物的反应存 在明显差异:10 mW/cm2、20 mW/cm2组对 R 刺激的兴奋反应率明显低于对照组及5 mW/c m2组,与 表1结果对照也可发现:对照组及5 mW/cm2组对R刺激的兴奋反应率明显高于对F刺激的兴奋 反应率,而10 mW/cm2、20 mW/cm2组对 R 刺激的兴奋反应率与对F刺激的兴奋反应率 基本一致。
2.2 各组仔鼠LTP的差异
, 百拇医药
(1) 记忆行为训练前，经强直刺 激可以诱导多数大鼠的海马CA1区锥体细胞产生LTP ，表现 为 PS 振幅及fEPSP斜率明显升高，并持续30 min以上。检测结果表明后两组的LTP发生率及 发生LTP时的PS振幅和fEPSP斜率之变化率(即LTP效应强度)均明显低于对照组，而5 mW/cm 2组与对照组相比无显著差异(表3,图2)。
图2 强直刺激诱导的LTP(PS振幅升高 )
*P<0.05, **P<0.01 vs control and 5 mW/cm2
图3 记忆习得诱导的LTP (PS振幅升高)
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*P<0.05, **P<0.01 vs before Learning
(2) 记忆获得后，检测时即使不进行强直刺激的诱导，各组大鼠海马CA1区锥体细胞的P S振 幅和fEPSP斜率也出现明显升高并持续30 min以上，表明伴随记忆的获得该部位有习得性LTP 出现。 四组结果比较提示此种情况下发生的LTP强度小、发生率高，但在各组间无明显差异 (表3,图3)。
3 讨论
一些作者[5,6]研究发现,学习时海马神经元放电频率明显改变,在兔条件 性瞬膜反射建 立初期,海马单位放电活动增加尤为明显，这种“学习相关性发放”被认为代表了记忆痕迹 形成的初始过程, 是学习记忆活动的电生理标志。关于这方面的研究近几年的报道不多， 是否存在“认识神经元”仍有争议。 本实验HUD结果提示，大鼠海马CA1区神经元的电活动 确与认知过程有关，表现为当动物对某一事件(R声刺激) 主动注意时，其放电频率增加。有 作者认为这部分参与认知过程的海马神经元的电活动是内源性事件相关电位P300的主要起源 [7]。一般说来，对于非特异性的声刺激，海马神经元亦可被动地出现给声反应， 本实验也 发现一些CA1区放电单位在F声刺激过程频率同样出现变化,但数量只有1/3左右, 且这种对普 通声刺激的被动反应在四组动物之间没有显著差异。可能是这一反应虽然普遍但由于变化强 度不大，易在连续采样过程掩盖，因此有必要进一步进行观察。但观察奇异声刺激(R刺激) 的诱发放电则发现孕期受到功率密度10～20 mW/cm2脉冲波辐照的大鼠，其仔鼠的海马神 经元对R声刺激的放电反应与对照组相比出现下降，这可能是非热或微热效应导致某些发育 过程障碍的表现，与神经递质变化应有联系，值得深入探讨。功率5 mW/cm2的脉冲波辐照 则没有上述作用，上述结果基本符合前期的行为学及ERP实验结果。
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在学习记忆的神经机制研究中，突触的可塑性近年来备受注意[8,9]。 有研究 发现动物在训练前人为产生LTP可明显提高其建立条件反射的速度[10]， 而在训练 过程则出现与行为 反应相对应的突触效应增强现象，且LTP的分布与脑内信息贮存系统的分布相一致。Barnes [11]研究了不同龄大鼠在空间分辨学习过程海马LTP的差异，发现老年大鼠学习成 绩差，其L TP效应也远较年轻鼠差，而在同一组动物中学习成绩与LTP效应强度也显著相关。因此，LTP 可能是“长期信息贮存装置”这一假说深受重视。本实验于行为训练前在仔鼠海马记录的LT P发现，孕期受到10～20 mW/cm2脉冲波辐照的孕鼠，其仔鼠的LTP 发生率、效应强度均较 对照组为低，表明其LTP发生能力出现下降，而5 mW/cm2辐照组无此现象， 该结果与行为 学实验结论相符合。
实验还发现各组动物经行为训练获得记忆之后均同步产生了LTP，与强直电刺激诱导相 比， 该种情况下的LTP发生率高，强度偏小，对照组、处理组无显著差异 , 表明记忆行为 可广泛诱导出低强度的习得性LTP，LTP确与学习记忆关系密切。对于处理组动物，虽然从强 直刺激诱导过程看其LTP 产生能力有障碍，但只要获得与对照组一样的某种记忆行为， 则 其与行为伴随的习得性LTP无论在发生率、变化强度上均与对照组并无差异，只是对于处理 组动物讲，获得同等的记忆行为需要的训练时间更长而已，这一点已从行为训练过程得到证 实。
, 百拇医药
大量实验表明，在细胞信息传递过程，NMDA受体通道是学习记忆的关键物质，该受体还 和神经发育关系密切[12]。例如，在发育关键时期，给予NMDA受体阻断剂APV 可以 使单眼视 力剥夺小猫经常出现的另眼优势柱变化、视皮层神经元方位选择可逆性变化等出现明显障碍 ，因此，低场强脉冲波孕期辐照是否通过影响胎鼠脑内NMDA受体发育并导致其后天的功能及 代谢障碍？对此值得作进一步研究。
基金项目：国家自然科学基金资助项目(39600035)
作者简介：隋建峰( 1963年生)，男，山 东栖霞人，第三军医大学副教授，康复医学博士，从事微波生物学效应研究.
参考文献:
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, 百拇医药
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[5]扬伯仪,项子休,缪明,等.兔海马乙酰胆碱敏感神经元在瞬膜条件反射不同 阶段中的作用[J].生理学报,1987,39(3):211.
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收稿日期:1999-04-13, 百拇医药
单位：隋建峰 熊鹰(第三军医大学 生理学教研室)；吴宗耀(西南医院 康复理疗科,重庆 400038)
关键词：微波；胚胎；辐射损伤；海马锥体细胞；L TP
中国医学物理学杂志000216 摘要：目的： 探讨X波段脉冲波孕期照射致大鼠子代脑功能发育障碍的神经电生理机制。 方法:以功率密度5～20 mW/cm2的脉冲微波对孕鼠进行孕期慢性辐照,研究 成年子鼠海马神经元 单位放电(HUD)和海马突触传递长时程增强效应(LTP)的变化。结果:在10、20 mW/cm2功率组 ,仔鼠HUD 对奇异声刺激的增频反应受到抑制,仔鼠海马CA1区强直性LTP的强度及发生率降低 ,习得性LTP无变化; 5 mW/cm2剂量无上述作用. 该结果与前期行为学实验结果相一致。结论:HUD及LTP异常与微波导致的胎鼠脑功能发育障碍有联系 。
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中图分类号:Q681 文献标识码: A 文章编号:1005-202X(20 00)02-0103-03
Changes of HUD and LTP in offsprings of rats exposed
to pulse microwave during pregnancy
SUI Jian-feng WU Zong-yao XIONG Ying
(Department of Physiology)
(Department of Physics Medicine and Rehabilitation,Southwest Hospital, the Third Military Medical Col lege,ChongQing 400038,China)
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Abstract:Purpose:To discuss the neuroelectrophys iological mechanisms of dama ge of brain function development in offsprings of rats exposed to X-band pulse microwave during pregnancy.Method:After chronic exposure of microwave wi th the power densities of (5 ～ 20) mW/cm2 during pregnancy,hippocampal unit disch arge (HUD) and long-term potentiation ( LTP)of hippocampal synaptic transmissi o n in matured offsprings were studied.Result:In groups radiated with 10 mW/cm2and 20 mW/cm2 densities,the frequency-increasing reaction of HUD to oddal audito ry stimuli in rat offsprings were prohibited,the intensity and inducing-rate of T etanic-dependent LTP were decreased,Learning-dependent LTP didn't change;5 mW /cm2 has not the effects mentioned aboveand. These findings correlated w ell with the former behaviral test results. Conclusions:There is relation between abnormality of HUD and LTP and impairment of brain function development of rat fetus induced by microwave radiation .
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Key words: microwave; embryo; radiation injuries ; hippocampal pyramidal cells; LTP
我们前期的工作表明，功率密度5～20 mW/c m2脉冲微波孕期辐照不表现出对胚胎的致畸 效应，但只要达到一定场强(>10 mW/cm2),对胎鼠后天的脑功能发育仍可造成一定影响， 表 现为仔鼠成年后学习记忆功能减退，5 mW/cm2无此作用。对内源性事件相关电位的研究表 明 其变化与行为学实验结果相一致。大量动物实验已经证明,海马与学习记忆关系密切[1 ,2] ,因此, 本研究采用电生理学方法对孕期受到上述剂量辐照大鼠其子代成鼠的海马神经元单 位放电(HUD)和海马突触传递长时程增强效应(LTP)的变化进行了在体研究，以探讨其与仔鼠 学习记忆发育障碍的联系。
1 材料与方法
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1.1 实验动物及孕鼠的获得
Wistar大鼠，体重(250±25)g，由本校实验动物所提供。黄昏时按雌雄2∶1合笼过 夜， 次日晨以查到阴道栓作为受孕标志，记为受孕第0天。按辐照剂量大小不同随机将受孕大鼠 分为5、10、20 mW/cm2组，于受孕第6～16天隔日辐照，时间均为20分钟/次，根据照射后 大 鼠的直肠温度变化已算得上述剂量对应的SAR值分别是0.12,-0.09,1.16 W/kg。另设假辐照 组作对照。
1.2 微波源及辐照方式
频率为X波段(8～12.5 kHz)的脉冲波源，辐照时动物置于反射系数近似零的尖壁微波暗室内 ，温度(25±1)℃，湿度(75±2)%，大鼠置于有机玻璃盒内，以角锥喇叭天线在远场区辐照 全身，功率密度由公式 S＝2.957 P/r2 计算，该公式已经成都 科技大学拟合校正。
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1.3 仔鼠HUD及在体LTP记录
各组孕鼠让其自然分娩，于出生三月后开始实验，HUD记录方法 是：实验前3天首先给大鼠以每日两次，每次30 min 的声刺激训练，方法如下：将大鼠置于暗箱内，箱底为可通电 铜栅，给以500和1000 Hz两种短声刺激，前者占85%，为F刺激(Frequ ent stimuli),后者占15%，为R刺激(rare stimuli)，R刺激随机分布于F刺激中，两种短声 的持续时间均为100 ms，间隔2 s，扬声器置于大鼠上方40 cm，，双耳给声。 选择1000 Hz 的R刺激为靶刺激，R刺激后立即给予足底电刺激，以提高大鼠对靶刺激的注意力。 足底刺 激为方波，波宽5 ms，频率64 Hz，持续1 s，强度以引起大鼠足底抖动为宜。第四天开始HU D记录。Ip 25%乌拉坦，5 mg/kg，给气管插管，固定大鼠于VDT-1型脑立体定位仪上(西安 光学仪器厂)行开颅术，将海马对应部位的顶骨剪除部分，剥离硬脑膜，待动物清醒后Ip 0.01%筒箭毒制动(1 mg/kg) ，行人工呼吸， 维持动物体 温37.5～38 ℃，玻璃微电极用GG-17玻璃毛胚(中科院上海脑研究所)自行拉制，内充3 Mol NaCl溶液，直流阻抗8～15 MΩ,由WK-2型微电极推进器(西北光学仪器厂)将其推至海马CA 1 区(P4.0,LR2.6,H2.5), 信号经微电极放大器(MEZ-7300，Nihon,Kohden，日本)、FJC-1型 直 流前置放大器(上海华山医疗用品厂) 输至双线示波器(SR76型，汕头电子仪器厂)监视，并 同步接至微机处理。处理软件为SYD4228型生理实验系统(重庆三军大外研所)。
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LTP记录方法是：大鼠麻醉、固定同上，手术过程无菌操作，硬脑膜保留， 首先进行强 直刺激诱导后的LTP记录。刺激电极为同心园电极，外径0.5 mm，推置于CA3区辐射层(P2.8, L3.6, H3),作刺激Schaffer侧支用，记录电极为金属绝缘电极，直径0.2 mm，阻抗<5kΩ ， 推置于CA1区锥体细胞层(P4.0,L2.6, H2.5)，以记录其突触反应。上述坐标参考有关文献并 加以校正[3]。信号经前置放大器输入Dantec-2000C 型神经肌电记录仪，进行记 录、分析和 打印，示波器同步监视。用电子刺激器和隔离器(南通电子总厂)输出0.5 Hz、波宽0.1 ms的 方波，强度调至引起突触反应和峰电位最大振幅的50%为宜，以此为测试刺激触发扫描,记录 其引起的群体峰电位(PS)和群体兴奋性突触后电位(fEPSP)，待电位反应平稳后施加条件刺 激， 其频率100 Hz，串长1 s，强度、波宽同测试刺激，15 min后用测试刺激进行30 min～ 1h的间断性检测， 每次结果均平均6次，比较强直刺激前后PS振幅、fEPSP频率的变化。如 果两者或其中之一增大超过30% 并持续 30 min以上，即可认为该部位产生了LTP，上述实验 完毕后缝合切口，进行穿梭箱记忆行为训练， 方法参考文献[4]。以主动回避反应 习得率连 续3天达到80%作为记忆获得标准，待其达标后再次进行LTP检测实验。再检测时不给强直刺 激，直接用检测刺激检测LTP，作为记忆行为诱导的习得性LTP。结果平均6 次后与行为训练 前对比，LTP判定标准同前。
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2 结果
2.1 各组仔鼠HUD及其对不同声刺激辩别反应的差异
对照组及5、10、20 mW/cm2辐射组每组8～10只仔鼠，各记录到稳定的放电单位数1 8～2 5个， 每个单位先连续观察和记录了5分钟的自发放电，然后在F声刺激下(不给R声)连续观 察记录5分钟的诱发放电，以平均放电频率改变15%为标准判定F声刺激期间各放电单位的变 化(兴奋或抑制)并统计各组的兴奋单位数(E)、抑制 单位数(I)和无反应单位数(N)及其各自 的百分比；随后进行R刺激实验。方法是在Ordall方案( 含15% R刺激,其余为F刺激)刺激下 连续观察5分钟的诱发放电,作为R刺激的诱发放电,与自身的纯F 刺激诱发放电作对照,以频 率改变15%作为标准判断兴奋或抑制的单位数，结果如下：
表1 各组HUD对F声刺激的反应
, 百拇医药 动物数
HUD数
E(%)
I(%)
N(%)
对 照 组
8
21
7(33.3%)
3(14.3%)
11(52.4%)
5 mW/cm2 组
, 百拇医药 8
19
5(26.3%)
2(10.5%)
12(63.2%)
10 mW/cm2组
10
24
6(25.0%)
5(20.8%)
13(54.2%)
20 mW/cm2组
, 百拇医药
9
25
7(28.0%)
6(24.0%)
12(48.0%)
E-兴奋单位数, I-抑制单位数, N-无反应单位数
表1 结果表明，其中一半左右的单位对F声刺激无反应，约 1/3的单位能被其兴奋，另有 少数单位被其所抑制。四组结果比较发现，对于非特异性的F声刺激，各组动物的反应无明 显差异。
图1 HUD对R或F刺激三种不同反应的实时直方图(A-兴奋；B-抑制；C-无反应)
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表2 各组HUD对R声刺激的反应
动物数
HUD数
E(%)
I(%)
N(%)
对 照 组
8
21
15(71.4%)
2 (9.5%)
4 (19.0%)
, http://www.100md.com 5 mW/cm2 组
8
19
13(68.4%)
1 (5.3%)
5 (26.3%)
10 mW/cm2组
10
24
7 (29.2%)**
3(12.5%)
14(58. 3%)**
, 百拇医药
20 mW/cm2组
9
25
8 (32.0%)**
2 (8.0%)
15(60.0%)**
E-兴奋单位数, I-抑制单位数, N -无反应单位数
**P<0.01 vs control and 5 mW/cm2.
表3 不同诱导下的LTP发生率及PS、fEPSP变化强 度在四组的差异 强直刺激诱导
, 百拇医药
记忆习得诱导
PS变化率(%)
fEPSP变化率(%)
LTP发生率(%)
PS变化率(%)
fEPSP变化率 (%)
LTP发生率(%)
对 照 组
76.4±15.8
83.4±13.6
9/11 (81.8%)
38.1±6.4
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41.6±9.7
8/9 (88.9%)
5 mW/ cm2
81.3±17.2
79.3±16.8
13/15(86.7%)
40.3±7.9
35.1±8. 6
12/13(92.3%)
10 mW/cm2
35.7±6.9**
, 百拇医药
32.7±7.4**
8/15 (53.3%)*
35.7 ±9.2
39.4±9.1
8/8 (100%)
20 mW/cm2
31.5±7.1**
36.1±6.2**
7/15 (46.7%)*
37. 9±8.6
, 百拇医药
32.5±7.4
6/7 (85.7%)
*P<0.05, **P<0.01 vs control and 5 mW/cm2
表2结果表明,对于新奇的R声刺激，四组动物的反应存 在明显差异:10 mW/cm2、20 mW/cm2组对 R 刺激的兴奋反应率明显低于对照组及5 mW/c m2组,与 表1结果对照也可发现:对照组及5 mW/cm2组对R刺激的兴奋反应率明显高于对F刺激的兴奋 反应率,而10 mW/cm2、20 mW/cm2组对 R 刺激的兴奋反应率与对F刺激的兴奋反应率 基本一致。
2.2 各组仔鼠LTP的差异
, 百拇医药
(1) 记忆行为训练前，经强直刺 激可以诱导多数大鼠的海马CA1区锥体细胞产生LTP ，表现 为 PS 振幅及fEPSP斜率明显升高，并持续30 min以上。检测结果表明后两组的LTP发生率及 发生LTP时的PS振幅和fEPSP斜率之变化率(即LTP效应强度)均明显低于对照组，而5 mW/cm 2组与对照组相比无显著差异(表3,图2)。
图2 强直刺激诱导的LTP(PS振幅升高 )
*P<0.05, **P<0.01 vs control and 5 mW/cm2
图3 记忆习得诱导的LTP (PS振幅升高)
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*P<0.05, **P<0.01 vs before Learning
(2) 记忆获得后，检测时即使不进行强直刺激的诱导，各组大鼠海马CA1区锥体细胞的P S振 幅和fEPSP斜率也出现明显升高并持续30 min以上，表明伴随记忆的获得该部位有习得性LTP 出现。 四组结果比较提示此种情况下发生的LTP强度小、发生率高，但在各组间无明显差异 (表3,图3)。
3 讨论
一些作者[5,6]研究发现,学习时海马神经元放电频率明显改变,在兔条件 性瞬膜反射建 立初期,海马单位放电活动增加尤为明显，这种“学习相关性发放”被认为代表了记忆痕迹 形成的初始过程, 是学习记忆活动的电生理标志。关于这方面的研究近几年的报道不多， 是否存在“认识神经元”仍有争议。 本实验HUD结果提示，大鼠海马CA1区神经元的电活动 确与认知过程有关，表现为当动物对某一事件(R声刺激) 主动注意时，其放电频率增加。有 作者认为这部分参与认知过程的海马神经元的电活动是内源性事件相关电位P300的主要起源 [7]。一般说来，对于非特异性的声刺激，海马神经元亦可被动地出现给声反应， 本实验也 发现一些CA1区放电单位在F声刺激过程频率同样出现变化,但数量只有1/3左右, 且这种对普 通声刺激的被动反应在四组动物之间没有显著差异。可能是这一反应虽然普遍但由于变化强 度不大，易在连续采样过程掩盖，因此有必要进一步进行观察。但观察奇异声刺激(R刺激) 的诱发放电则发现孕期受到功率密度10～20 mW/cm2脉冲波辐照的大鼠，其仔鼠的海马神 经元对R声刺激的放电反应与对照组相比出现下降，这可能是非热或微热效应导致某些发育 过程障碍的表现，与神经递质变化应有联系，值得深入探讨。功率5 mW/cm2的脉冲波辐照 则没有上述作用，上述结果基本符合前期的行为学及ERP实验结果。
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在学习记忆的神经机制研究中，突触的可塑性近年来备受注意[8,9]。 有研究 发现动物在训练前人为产生LTP可明显提高其建立条件反射的速度[10]， 而在训练 过程则出现与行为 反应相对应的突触效应增强现象，且LTP的分布与脑内信息贮存系统的分布相一致。Barnes [11]研究了不同龄大鼠在空间分辨学习过程海马LTP的差异，发现老年大鼠学习成 绩差，其L TP效应也远较年轻鼠差，而在同一组动物中学习成绩与LTP效应强度也显著相关。因此，LTP 可能是“长期信息贮存装置”这一假说深受重视。本实验于行为训练前在仔鼠海马记录的LT P发现，孕期受到10～20 mW/cm2脉冲波辐照的孕鼠，其仔鼠的LTP 发生率、效应强度均较 对照组为低，表明其LTP发生能力出现下降，而5 mW/cm2辐照组无此现象， 该结果与行为 学实验结论相符合。
实验还发现各组动物经行为训练获得记忆之后均同步产生了LTP，与强直电刺激诱导相 比， 该种情况下的LTP发生率高，强度偏小，对照组、处理组无显著差异 , 表明记忆行为 可广泛诱导出低强度的习得性LTP，LTP确与学习记忆关系密切。对于处理组动物，虽然从强 直刺激诱导过程看其LTP 产生能力有障碍，但只要获得与对照组一样的某种记忆行为， 则 其与行为伴随的习得性LTP无论在发生率、变化强度上均与对照组并无差异，只是对于处理 组动物讲，获得同等的记忆行为需要的训练时间更长而已，这一点已从行为训练过程得到证 实。
, 百拇医药
大量实验表明，在细胞信息传递过程，NMDA受体通道是学习记忆的关键物质，该受体还 和神经发育关系密切[12]。例如，在发育关键时期，给予NMDA受体阻断剂APV 可以 使单眼视 力剥夺小猫经常出现的另眼优势柱变化、视皮层神经元方位选择可逆性变化等出现明显障碍 ，因此，低场强脉冲波孕期辐照是否通过影响胎鼠脑内NMDA受体发育并导致其后天的功能及 代谢障碍？对此值得作进一步研究。
基金项目：国家自然科学基金资助项目(39600035)
作者简介：隋建峰( 1963年生)，男，山 东栖霞人，第三军医大学副教授，康复医学博士，从事微波生物学效应研究.
参考文献:
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收稿日期:1999-04-13, 百拇医药