电磁脉冲对大鼠心肌闰盘连接改变的空间分布研究

【摘要】 目的 探讨电磁脉冲(EMP)导致心肌闰盘(ID)改变在心脏各部位分布的规律性，为制定电磁脉冲的卫生标准及其防护措施提供理论依据。方法 采用EMP模拟发生器，辐射参数为场强200 kV/m、脉冲次数200次、脉冲间隔2 s，雌性SD大鼠36只随机分为6组，每组6只。采用硝酸镧示踪法和透射电子显微镜观察心肌ID结构的改变。结果 正常对照组大鼠心肌肌膜完整，肌小节清楚，肌丝排列整齐，细胞连接结构完整，ID连接紧密未见镧颗粒沉积。辐照组于照射后ID出现不同程度的间隙增宽，右心房组和右心室组心肌ID间隙增宽不明显，间隙中可见少量镧颗粒沉积；左心房组和左心室心肌ID间隙增宽最明显，间隙中充满着大量的镧颗粒，尤以左心室肌最为显著；室间隔组心肌ID增宽较不明显，ID间隙中可见部分镧颗粒。结论 EMP辐照诱导心肌ID间隙增宽，且在心脏中分布不均一，以左心室肌ID间隙增宽最为明显。

【关键词】

电磁脉冲；心肌；闰盘；硝酸镧；大鼠

Effect the change of EMP on the spatial distribution of the link-structure of rat’s myocardial intercalated disks

LI Xiao-juan,REN Dong-qing,JIN Juan,et al.Department of Millitary Preventive Medicine,Faculty of Military Preventive Medicine,Fourth Military Medical University,Xi’an 710032,China

【Abstract】 Objective To explore the law and mechanism of intercalated disks(ID)caused by electromagnetic pulse(EMP)radiation,so as to provide theory basis for working out sanitary standard and its protective measure to medicine.Methods EMP was provided by the EMP simulator of our department,the parameter was as following:200 field intensity；200 pulse；2 s pulse interval.The research objects were 36 female SD Rats,they were randomly divided into six groups,every group had six rats.The lanthanum nitrate tracer method and the transmission electron microscope(TEM)were used to observe the structural change of ID.Results In control group,there were no obvious changes under TEM in cardiac mnscle of the rats after exposure to EMP.Right atrium group and right ventricle group,there were a few of lanthanum nitrates in cardiac muscle of the rats.The changes in ID of left atrium group and left ventricle group,were more obviously after the exposure,there were a lot of lanthanum nitrate,but left ventricle group was most significant.There were no obvious changes in interventricular septum of rats’heart,there were a few of lanthanum nitrate in septal.Conclusion After EMP exposure the broadening of myocardial intercalated disks was widen,especially the changes in ID of left artrium were obvious.

【Key words】

Electromagnetic pulse；Myocardial;Intercalated disks；lanthanum nitrate；Rat

随着网络、通讯、广播电视、工业电器设备、家用电器的普及和这些设备功率及频率的日益增多，它们所发出的电磁辐射强度也日益增高，因而已经成为一种新的环境污染，直接影响人类的生活环境和身体健康。王琦等^[1]研究发现，电磁脉冲照射后可造成、海马、边缘区组织中的神经元、神经胶质细胞线粒体肿胀、溶酶体增多、核染色质边集等现象。任东青^[2]等研究表明心血管系统也对电磁脉冲辐射非常敏感，以往实验表明照射后心肌ID间隙会增宽。为进一步证实闰盘形态发生这种改变，以及有无规律性，本实验拟采用EMP辐照大鼠，观察辐照前后大鼠心肌ID间隙增宽的变化，旨在探讨EMP作用机制。

1 材料与方法

1．1 仪器和试剂 EMP发生器(绵阳九院、东南大学和第四军医大学)，JEM-1000EX透射显微镜(日本电子光学公司),戊巴比妥钠(上海化学试剂分装厂)，多聚甲醛(上海太平洋化工集团公司)，硝酸镧(上海太平洋化工集团公司)。

1．2 EMP辐射 将各辐射组的大鼠放在GTEM小室内接受场强为200 kV/m、脉冲次数为200次、脉冲间隔2 s辐射，于照后12 h取材待用。将对照组也放置于GTEM小室内与辐照组同一位置，但不接受辐射。

1．3 动物分组 雌性SD大鼠36只，体质量（200±10）g，第四军医大学实验动物中心提供。随机分为6组，每组均为6只，其中1组为正常对照组，其余5组为不同空间组。

1．4 电镜标本制备 照后12 h大鼠，采用1%戊巴比妥钠(500 mg/kg)腹腔麻醉后，开胸迅速摘取心脏，分离左心房肌、左心室肌、右心房肌、右心室肌、室间隔，用双面刀片切成大小为1 mm×1 mm×1 mm的小块，投入1%的硝酸镧液中，4℃过夜，1%锇酸处理组织，在50%~100%丙酮中梯度脱水，环氧树脂浸透、包埋、聚合，光镜显微镜下进行组织块修整，超薄切片，厚10~20 nm，铜网捞片，在JEM-1000EX透射电镜下观察。

1．5 心肌ID间隙增宽程度分级 电镜观察心肌ID及细胞器损伤情况，重点观察各组ID间隙改变，如在间隙中有镧颗粒呈线形或波浪状沉积，即认为增宽阳性，根据镧颗粒在间隙中分布，将间隙增宽程度分为5级，判断标准为：-：ID间隙无增宽，未见镧颗粒沉积；+：ID间隙部分增宽，少部分间隙有镧颗粒沉积；++：ID间隙增宽，全程三分之一有镧颗粒沉积；+++：ID间隙增宽，全程三分之二有镧颗粒沉积；++++：ID间隙增宽，全程可见大量镧颗粒沉积。

2 结果

2．1 EMP对心肌ID间隙增宽程度的影响 结果见图1~6和表1。正常对照组大鼠心肌ID间隙中无镧颗粒沉积、间隙无增宽即为阴性(图1)；右心房组和右心室组ID间隙增宽不明显，其增宽程度为“+”间隙中可见不规则曲线条形镧颗粒沉积，线条不连续(图2和图3)；室间隔组部分间隙中可见连续状曲线条形镧颗粒沉积，ID全程三分之一有镧颗粒沉积，其增宽程度为“++”(图4)；左心房组心肌ID间隙增宽明显，间隙中均可见大量镧颗粒沉积呈不规则粗线状，其增宽程度为“+++~++++”(图5)；左心室组心肌ID间隙增宽最明显，间隙中均充盈着镧颗粒且呈不规则粗线状沉积，ID全程间隙均有大量镧颗粒沉积，其增宽程度为“++++”(图6)。

2．2 EMP对心肌超微结构的改变 正常对照组大鼠心肌肌膜完整，肌小节清楚，肌丝排列整齐，细胞连接结构完整，线粒体完整，ID连接紧密。EMP辐照后，右心房组和右心室组心肌肌膜仅有轻微变化，部分线粒体空泡化，肌丝排列尚可，部分肌丝崩解，部分区域横小管内可见镧颗粒沉积。室间隔组细胞器损伤较轻，偶见线粒体空泡化，肌丝部分断裂，部分肌浆网水肿、扩张。左心房组和左心室组心肌肌膜改变最明显，可见大量的线粒体空泡化，肌丝断裂，细胞器损伤明显。

3 讨论

国内外流行病学和动物实验证明，心脏是电磁辐射损伤的靶器官之一，它对心血管系统的效应有直接或间接作用，其结果各异^[2]。心血管损伤表现为血管张力降低，心电图（ECG）有心率改变、S-T段降低、T波低平等心肌缺血表现；可影响心肌收缩功能，并干扰细胞信号转导系统等^[3]。邓桦等^[4]以离体培养的心肌细胞为对象，应用多种检测手段对EMP辐照心肌细胞的损伤效应和机制进行探讨，结果表明照后心肌细胞膜出现数量不等、大小不一的电穿孔，心肌细胞形态异常、结构破坏、搏动减慢，细胞活力下降，细胞凋亡和坏死率增加。王保义等^[5]也研究发现，脉冲辐射对人体的影响最重要的是作用于人体细胞，心肌细胞即成为电磁脉冲辐射的关键部位。

研究表明受脉冲电磁场作用后心肌ID增宽与其在空间的分布有密切的关系，右心房和右心室的心肌ID间隙增宽不明显，细胞器损伤较轻，心肌肌膜改变不明显，偶见线粒体空泡化，部分肌丝断裂，缝管连接处可见少量堆积成块的镧颗粒，细胞器损伤不明显。照后室间隔的肌丝排列尚可，心肌ID增宽较不明显，可见少量镧颗粒沉积，偶见线粒体空泡化，肌浆网局部扩张。左心房和左心室的心肌ID间隙增宽最明显，细胞器损伤最严重，心肌肌膜改变明显，可见大量线粒体空泡化，肌丝断裂，缝管连接处可见大量堆积成块的镧颗粒，细胞器损伤明显，但以左心室肌ID间隙增宽最为显著。由此看来心肌ID间隙增宽由小到大依次为右心房<右心室<室间隔<左心房<左心室。在本实验条件下，EMP辐照可诱导心肌ID间隙增宽，心肌ID间隙的变化具有空间分布变化的规律。

心肌细胞通过ID相互连接，构成一个复杂的三维立体网状结构，使心肌形成一个整体^[6]，心肌细胞膜的特化结构-ID肩负着电连接和机械连接的双重生理作用^[7]，是心肌兴奋与收缩的重要结构^[8]。ID有3种特殊的连接:缝隙连接相当于电连接，形成胞浆的连续性，直接传递离子和小于1 KD的分子,使细胞内代谢产物、第二信使(cAMP、Ca²⁺、IP3等)及其他参与细胞生长分化的调节性物质在细胞之间流通；桥粒和粘着小带是细胞之间的机械连接^[9]。可见，ID对组织和器官的调节功能十分重要。张萍等^[10]采用大鼠腹主动脉缩窄模型对压力超负荷时心肌ID中的粘着膜，桥粒和间隙连接的改变进行了观察，发现在超负荷压力作用下大鼠的心肌ID的粘着膜、桥粒、间隙连接结构模糊,连接间隙增宽；cadherin(钙粘蛋白)、Cx43(间隙连接蛋白43)等在心肌细胞表面呈无序分布，同时也证实了心肌ID是心肌细胞损伤的敏感部位。有研究表明^[11]心脏各部位心肌细胞间ID的立体构筑是不同的，心室肌、心房肌和蒲肯野纤维间的ID在数量及形态上均有着明显的差异,而且心室肌内、中、外三层心肌细胞间的ID也差异有统计学意义。张雷等^[12]已报道了心脏各部位心肌细胞间ID的立体结构不同,这些报道都与本实验的结果相符。徐振平等^[13]探讨人Cx43的时空表达规律时发现 Cx43 分布密度随年龄增长而降低，且具有腔室差异性，胎儿和新生儿心房的Cx43密度小于心室，而成人心房的Cx43密度则高于心室，这与本实验结果受照后腔室ID间隙增宽不同并左右部位也存在差异可能有一定关联，有关其分子机制还需要进一步探讨。总之，电磁脉冲照后诱导心肌ID间隙随心脏部位不同而呈空间分布特征性表现，尤以左心室肌最为明显。

参考文献

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