次声作用后鼠脑超微结构与血脑屏障改变
作者：费舟 章翔 王小峰 刘先珍 陈景藻 贾克勇
单位：费舟、章翔、王小峰、刘先珍 710032 西安，第四军医大学西京医院神经外科,陈景藻、贾克勇 理疗科
关键词：次声*；脑损伤；血脑屏障
中华物理医学与康复杂志990302 【摘 要】 目的 探讨次声作用后脑超微结构与血脑屏障(blood-brain barrier, BBB)通透性改变及意义。方法 40只SD大鼠随机分为正常对照、次声作用 1次、7次及14次四组。采用本校研制的次声压力仓。次声作用组用8 Hz、120 dB的次声按规定次数，每次作用 2 h。硝酸镧心脏灌注法固定鼠脑，透射电镜下观察脑超微结构与BBB改变。结果 随次声作用次数增加,脑超微结构损害愈重; BBB改变,次声作用 1次与 7次组相似，均有紧密连接开放，血管基膜外以至组织间隙内存在硝酸镧颗粒；至14次组愈加严重，可见大量硝酸镧颗粒经BBB进入组织间隙，与 1、7次两组比较差异有显著性(P<0.05)。结论 次声作用可直接破坏脑超微结构与BBB；在相同强度的次声作用下，作用次数的多少与BBB及脑损害程度直接相关。
, 百拇医药
【中图号】 R454.3
Changes of cerebral utrastructure and blood-brain
barrier permeability after infrasound damage
FEI Zhou, ZHANG Xiang , WANG Xiaofeng,et al.
Department of Neurosurgery ,Xijing Hospital,Fourth Military Medical Umiversity,Xi′an 710032 710032
【Abstract】 Objective To study the changes and significance of cerebral ultrastructure and blood-brain barrier(BBB) permeability after infrasound damage to the rats so as to probe into the mechanism of infrasonic biologic effects.Methods 40 SD rats were randomized into four groups control, infrasound damage 1 time, 7 times and 14 times,8 Hz,120 dB infrasound was applied to infrasonic damage groups for 2 h once according to the planned schedule. Lanthanum nitrate blending liquid was used for the brain fixation through heart. Under electronic microscope the changes of cerebral ultrastructure and BBB permeability were observed.Results With increase in the times of infrasonic damage, cerebral ultrastructure became more aggravated. 1 and 7 time group shared the same changes of BBB permeability in which close junction opened and Lanthanum nitrate particles passed BBB into the brain tissue. Compared with that of 1 and 7 time group,14 time group had more radical changes in which a great deal of Lanthanum nitrate particles exist ed in the brain tissue(P<0.05).Conclusion Infrasound can directly damage the function and structure of cerebral ultrastructure and BBB.In the same degree, the extent of brain damage was closely related to the times of infrasonic injury. It is suggested that infrasound plays a pivotal role in brain damage through increasing BBB permeability and brain injury.
, 百拇医药
【Key words】 Infrasound* Brain injury Blood-brain barrier
次声是频率低于 20 Hz的声波。近年来，次声作为工业、交通及住宅环境等污染因素已逐渐引起人们的关注[1]。因此，研究次声的生物学效应机理具有重大的意义。次声作用机体最为首要的是引起脑的损害。新近研究表明,工作记忆功能与额叶背外侧脑皮层直接相关[2]。我们设想次声作用后中枢神经系统的功能紊乱，尤其是思维及记忆功能障碍[3,4]，是否与次声影响了额叶背外侧脑皮层神经细胞及血脑屏障(BBB)的功能、结构有关，这是本研究拟探讨的关键问题。
1 材 料 与 方 法
1.1 实验动物分组与模型制作
上海产雄性成年SD大鼠40只，体质量 (200±15 ) g，随机分为正常对照、次声作用1次、7次及14次组。每组各10只。采用本校研制的次声压力仓。实验用8 Hz、120 dB的次声，除对照组每日按规定次数在次声压力仓内停留 2 h而无次声作用外，其余各组按规定次数每日在次声压力仓内作用 2 h。
, 百拇医药
1.2 脑超微结构与 BBB研究
采用硝酸镧心脏灌注法，各实验组在上述工作完成后，将质量浓度为1%的戊巴比妥钠按20 mg/kg腹腔内注射麻醉，迅速开胸用质量浓度为3%的硝酸镧、二甲砷酸钠和戊二醛混合液灌注心脏;灌注成功后,开颅在额叶背外侧取 1 cm3脑皮层组织,经外固定、脱水、漂洗、包埋及修块后，制成10 nm的超薄电镜切片，在透射电镜下观察。
1.3 统计学处理
BBB通透性改变采用非参数秩合检验。
2 结 果
2.1 正常对照组
神经细胞胞膜完整，胞核清楚，细胞器形态、结构、数目正常。硝酸镧颗粒均匀附着于毛细血管内壁，紧密连接无开放，血管外无硝酸镧颗粒 (图1)。
, 百拇医药
图1 正常对照组BBB改变，硝酸镧颗粒均匀附着于毛细血管
内壁(箭头所示)TEM×10 000
2.2 次声作用1次组
细胞结构基本完整，部分核膜模糊，胞浆空泡化不明显，有含有硝酸镧颗粒的脂褐素出现，线粒体数目减少，部分形态不规则，线粒体嵴模糊。 BBB紧密连接开放，血管基膜外以至组织间隙内可见硝酸镧颗粒，与正常对照组比较差异有显者性(P<0.05)(图2)。
图2 次声作用1次组BBB通透性改变，硝酸镧颗粒位于血管腔内及血管
周组织间隙内(箭头所示)TEM×12 000
2.3 次声作用7次组
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胞核变形，胞浆轻度溶解，空泡化，线粒体肿胀明显，线粒体嵴部分溶解、消失，高尔基体扩张，部分外膜不完整，数量减少。BBB改变与正常对照组比较差异有显著性(P<0.05)；与次声作用 1次组比较差异无显著性(P>0.05)(图3)。
图3 次声作用7次组BBB通透性改变，硝酸镧颗粒位于血管腔内及血管
周组织间隙内(箭头所示)TEM×12 000
2.4 次声作用14次组
胞膜破裂，胞核部分溶解，胞质空泡化明显，高尔基氏体扩张，囊性变，线粒体肿胀、溶解、结构破坏，数量明显减少，脂褐数增加。可见大量硝酸镧颗粒经 BBB进入组织间隙，与 1、7次两组比较差异有显著性(P<0.05)(图4)。
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图4 次声作用14次组BBB通透性改变，大量硝酸镧颗粒
经BBB进入组织间隙(箭头所示)TEM×10 000
3 讨 论
次声作用可引起中枢神经系统功能紊乱并导致结构损伤，出现计算能力下降、头晕或呕吐等症状。严重影响生活及工作。研究表明，5～10 Hz、130 dB的次声作用15 min，受试者出现精神紧张、头晕、头痛、嗜睡及疲倦等症状，严重者导致中枢神经兴奋性降低[5]。据报道，次声可损害脑的边缘叶、下丘脑等皮层下结构，出现间脑 -下丘脑综合症[6]。
BBB的结构和功能对维持中枢神经系统内稳定起着重要作用。BBB主要由脑毛细血管内皮细胞层、基膜层与胶质膜三层结构组成[7]。近年研究表明，颅脑损伤后早期BBB受损，通透性增高，导致脑水肿的发生是直接影响伤情发展极为重要的环节之一[8]。因此，以一定强度的次声作为致伤因素，探讨其作用后脑超微结构于BBB通透性改变及其规律具有重要意义。
, 百拇医药
本研究观察了次声作用后大鼠不同时期脑超微结构与 BBB通透性的变化情况。正常状况下相对分子质量为10 nm的硝酸镧颗粒不能通过 BBB。本实验观察到对照组无硝酸镧颗粒通过 BBB；次声作用 1次与 7次组 BBB改变相似，均有紧密连接开放，血管基膜外以至组织间隙内存在硝酸镧颗粒；至14次组 BBB改变愈加严重，可见大量硝酸镧颗粒经 BBB进入组织间隙，与次声作用 1次及7次两组比较差异有显著性(P<0.05)。而且，随次声作用次数增加,脑超微结构损害愈重。首先表明次声作用可直接破坏脑超微结构及BBB结构与功能；此外，也提示在相同强度的次声的作用下，作用次数的多少与脑超微结构和 BBB改变程度直接相关。有研究证实脑水肿的形成与 BBB通透性改变有直接和一致性关系[9]。因此，推测由于次声造成脑超微结构损害及 BBB通透性改变，近而引起血管源性脑水肿，是次声导致脑损害的关键因素之一。次声作用引起的学习记忆功能障碍与其导致的额叶背外侧脑皮层 BBB结构及功能改变有关。
*自由词
, http://www.100md.com
本课题为国家自然科学基金资助项目(No.39870673)
参 考 文 献
1 Kuralesin NA.Hygienic and biomedical aspects of the effects of infrasound.Med Tr Prom Ekol,1997,(5):8-14.
2 Owen AM.The functional organization of working memory processes within human lateral frontal cortex: the contribution of functional neuroimaging. European J Neuroscience,1997,9:1329-1339.
3 王斌,陈景藻.次声对小鼠学习记忆能力的影响及防护.航空军医, 1997,25:142-144.
, 百拇医药
4 王斌,陈景藻.不同声强8 Hz次声对小鼠学习能力的影响.第四军医大学学报,1997,18:442-443.
5 Landstrom Ulf. Laboratory and field studies on infrasound and its effects on humans. J Low Frequeqency Noise and Vibration,1987,6:29-34.
6 Izmerov Nf, Suvorov GA, Kuralesin NA, et al. Infrasound:bodys effects and hygienic regulation. Vestn Ross Akad Med Nauk ,1997,(7):39-46.
7 Bradbury MW. The blood-brain barrier transport across the cerebral endothelium.Cir Res,1985,57:213-222.
, http://www.100md.com
8 Luer MS,Phoney DH,Hughes M, et al. New pharmacologic strategies for acute neuronal injury,Pharmalotherapy.1996,16:830-848.
9 Shibura M, Suzuki Y, Takayasu M, et al. The effects of an intracellular calcium antagonist HA 1077 on delayed cerebral vasospasm in dogs. Acta Neurochir,1988, 90:53-61.
(收稿 1999-01-04 修回 1999-05-20), http://www.100md.com
单位：费舟、章翔、王小峰、刘先珍 710032 西安，第四军医大学西京医院神经外科,陈景藻、贾克勇 理疗科
关键词：次声*；脑损伤；血脑屏障
中华物理医学与康复杂志990302 【摘 要】 目的 探讨次声作用后脑超微结构与血脑屏障(blood-brain barrier, BBB)通透性改变及意义。方法 40只SD大鼠随机分为正常对照、次声作用 1次、7次及14次四组。采用本校研制的次声压力仓。次声作用组用8 Hz、120 dB的次声按规定次数，每次作用 2 h。硝酸镧心脏灌注法固定鼠脑，透射电镜下观察脑超微结构与BBB改变。结果 随次声作用次数增加,脑超微结构损害愈重; BBB改变,次声作用 1次与 7次组相似，均有紧密连接开放，血管基膜外以至组织间隙内存在硝酸镧颗粒；至14次组愈加严重，可见大量硝酸镧颗粒经BBB进入组织间隙，与 1、7次两组比较差异有显著性(P<0.05)。结论 次声作用可直接破坏脑超微结构与BBB；在相同强度的次声作用下，作用次数的多少与BBB及脑损害程度直接相关。
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【中图号】 R454.3
Changes of cerebral utrastructure and blood-brain
barrier permeability after infrasound damage
FEI Zhou, ZHANG Xiang , WANG Xiaofeng,et al.
Department of Neurosurgery ,Xijing Hospital,Fourth Military Medical Umiversity,Xi′an 710032 710032
【Abstract】 Objective To study the changes and significance of cerebral ultrastructure and blood-brain barrier(BBB) permeability after infrasound damage to the rats so as to probe into the mechanism of infrasonic biologic effects.Methods 40 SD rats were randomized into four groups control, infrasound damage 1 time, 7 times and 14 times,8 Hz,120 dB infrasound was applied to infrasonic damage groups for 2 h once according to the planned schedule. Lanthanum nitrate blending liquid was used for the brain fixation through heart. Under electronic microscope the changes of cerebral ultrastructure and BBB permeability were observed.Results With increase in the times of infrasonic damage, cerebral ultrastructure became more aggravated. 1 and 7 time group shared the same changes of BBB permeability in which close junction opened and Lanthanum nitrate particles passed BBB into the brain tissue. Compared with that of 1 and 7 time group,14 time group had more radical changes in which a great deal of Lanthanum nitrate particles exist ed in the brain tissue(P<0.05).Conclusion Infrasound can directly damage the function and structure of cerebral ultrastructure and BBB.In the same degree, the extent of brain damage was closely related to the times of infrasonic injury. It is suggested that infrasound plays a pivotal role in brain damage through increasing BBB permeability and brain injury.
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【Key words】 Infrasound* Brain injury Blood-brain barrier
次声是频率低于 20 Hz的声波。近年来，次声作为工业、交通及住宅环境等污染因素已逐渐引起人们的关注[1]。因此，研究次声的生物学效应机理具有重大的意义。次声作用机体最为首要的是引起脑的损害。新近研究表明,工作记忆功能与额叶背外侧脑皮层直接相关[2]。我们设想次声作用后中枢神经系统的功能紊乱，尤其是思维及记忆功能障碍[3,4]，是否与次声影响了额叶背外侧脑皮层神经细胞及血脑屏障(BBB)的功能、结构有关，这是本研究拟探讨的关键问题。
1 材 料 与 方 法
1.1 实验动物分组与模型制作
上海产雄性成年SD大鼠40只，体质量 (200±15 ) g，随机分为正常对照、次声作用1次、7次及14次组。每组各10只。采用本校研制的次声压力仓。实验用8 Hz、120 dB的次声，除对照组每日按规定次数在次声压力仓内停留 2 h而无次声作用外，其余各组按规定次数每日在次声压力仓内作用 2 h。
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1.2 脑超微结构与 BBB研究
采用硝酸镧心脏灌注法，各实验组在上述工作完成后，将质量浓度为1%的戊巴比妥钠按20 mg/kg腹腔内注射麻醉，迅速开胸用质量浓度为3%的硝酸镧、二甲砷酸钠和戊二醛混合液灌注心脏;灌注成功后,开颅在额叶背外侧取 1 cm3脑皮层组织,经外固定、脱水、漂洗、包埋及修块后，制成10 nm的超薄电镜切片，在透射电镜下观察。
1.3 统计学处理
BBB通透性改变采用非参数秩合检验。
2 结 果
2.1 正常对照组
神经细胞胞膜完整，胞核清楚，细胞器形态、结构、数目正常。硝酸镧颗粒均匀附着于毛细血管内壁，紧密连接无开放，血管外无硝酸镧颗粒 (图1)。
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图1 正常对照组BBB改变，硝酸镧颗粒均匀附着于毛细血管
内壁(箭头所示)TEM×10 000
2.2 次声作用1次组
细胞结构基本完整，部分核膜模糊，胞浆空泡化不明显，有含有硝酸镧颗粒的脂褐素出现，线粒体数目减少，部分形态不规则，线粒体嵴模糊。 BBB紧密连接开放，血管基膜外以至组织间隙内可见硝酸镧颗粒，与正常对照组比较差异有显者性(P<0.05)(图2)。
图2 次声作用1次组BBB通透性改变，硝酸镧颗粒位于血管腔内及血管
周组织间隙内(箭头所示)TEM×12 000
2.3 次声作用7次组
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胞核变形，胞浆轻度溶解，空泡化，线粒体肿胀明显，线粒体嵴部分溶解、消失，高尔基体扩张，部分外膜不完整，数量减少。BBB改变与正常对照组比较差异有显著性(P<0.05)；与次声作用 1次组比较差异无显著性(P>0.05)(图3)。
图3 次声作用7次组BBB通透性改变，硝酸镧颗粒位于血管腔内及血管
周组织间隙内(箭头所示)TEM×12 000
2.4 次声作用14次组
胞膜破裂，胞核部分溶解，胞质空泡化明显，高尔基氏体扩张，囊性变，线粒体肿胀、溶解、结构破坏，数量明显减少，脂褐数增加。可见大量硝酸镧颗粒经 BBB进入组织间隙，与 1、7次两组比较差异有显著性(P<0.05)(图4)。
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图4 次声作用14次组BBB通透性改变，大量硝酸镧颗粒
经BBB进入组织间隙(箭头所示)TEM×10 000
3 讨 论
次声作用可引起中枢神经系统功能紊乱并导致结构损伤，出现计算能力下降、头晕或呕吐等症状。严重影响生活及工作。研究表明，5～10 Hz、130 dB的次声作用15 min，受试者出现精神紧张、头晕、头痛、嗜睡及疲倦等症状，严重者导致中枢神经兴奋性降低[5]。据报道，次声可损害脑的边缘叶、下丘脑等皮层下结构，出现间脑 -下丘脑综合症[6]。
BBB的结构和功能对维持中枢神经系统内稳定起着重要作用。BBB主要由脑毛细血管内皮细胞层、基膜层与胶质膜三层结构组成[7]。近年研究表明，颅脑损伤后早期BBB受损，通透性增高，导致脑水肿的发生是直接影响伤情发展极为重要的环节之一[8]。因此，以一定强度的次声作为致伤因素，探讨其作用后脑超微结构于BBB通透性改变及其规律具有重要意义。
, 百拇医药
本研究观察了次声作用后大鼠不同时期脑超微结构与 BBB通透性的变化情况。正常状况下相对分子质量为10 nm的硝酸镧颗粒不能通过 BBB。本实验观察到对照组无硝酸镧颗粒通过 BBB；次声作用 1次与 7次组 BBB改变相似，均有紧密连接开放，血管基膜外以至组织间隙内存在硝酸镧颗粒；至14次组 BBB改变愈加严重，可见大量硝酸镧颗粒经 BBB进入组织间隙，与次声作用 1次及7次两组比较差异有显著性(P<0.05)。而且，随次声作用次数增加,脑超微结构损害愈重。首先表明次声作用可直接破坏脑超微结构及BBB结构与功能；此外，也提示在相同强度的次声的作用下，作用次数的多少与脑超微结构和 BBB改变程度直接相关。有研究证实脑水肿的形成与 BBB通透性改变有直接和一致性关系[9]。因此，推测由于次声造成脑超微结构损害及 BBB通透性改变，近而引起血管源性脑水肿，是次声导致脑损害的关键因素之一。次声作用引起的学习记忆功能障碍与其导致的额叶背外侧脑皮层 BBB结构及功能改变有关。
*自由词
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本课题为国家自然科学基金资助项目(No.39870673)
参 考 文 献
1 Kuralesin NA.Hygienic and biomedical aspects of the effects of infrasound.Med Tr Prom Ekol,1997,(5):8-14.
2 Owen AM.The functional organization of working memory processes within human lateral frontal cortex: the contribution of functional neuroimaging. European J Neuroscience,1997,9:1329-1339.
3 王斌,陈景藻.次声对小鼠学习记忆能力的影响及防护.航空军医, 1997,25:142-144.
, 百拇医药
4 王斌,陈景藻.不同声强8 Hz次声对小鼠学习能力的影响.第四军医大学学报,1997,18:442-443.
5 Landstrom Ulf. Laboratory and field studies on infrasound and its effects on humans. J Low Frequeqency Noise and Vibration,1987,6:29-34.
6 Izmerov Nf, Suvorov GA, Kuralesin NA, et al. Infrasound:bodys effects and hygienic regulation. Vestn Ross Akad Med Nauk ,1997,(7):39-46.
7 Bradbury MW. The blood-brain barrier transport across the cerebral endothelium.Cir Res,1985,57:213-222.
, http://www.100md.com
8 Luer MS,Phoney DH,Hughes M, et al. New pharmacologic strategies for acute neuronal injury,Pharmalotherapy.1996,16:830-848.
9 Shibura M, Suzuki Y, Takayasu M, et al. The effects of an intracellular calcium antagonist HA 1077 on delayed cerebral vasospasm in dogs. Acta Neurochir,1988, 90:53-61.
(收稿 1999-01-04 修回 1999-05-20), http://www.100md.com