电磁脉冲对猴、犬及兔眼组织的辐射损伤

　　【摘 要】 目的 探讨高场强电磁脉冲(EMP)对动物眼组织的辐射损伤及机制。 方法 采用场强为6×104 V.m的EMP重复辐射猴、犬、兔各10次，并于辐射后不同时间点观察其角膜、晶状体及视网膜的病理改变。 结果 根据光镜观察结果，发现上述各组动物经EMP辐射后的损伤程度为:猴>犬>兔，提示EMP的辐射损伤效应具有种属差异。实验动物视觉系统各部分对EMP辐射的损伤敏感程度依次为:晶状体>角膜>视网膜。经EMP辐射后，猴、兔晶状体易发生后囊混浊，而犬晶状体易发生前囊混浊，主要的病理改变包括晶状体水肿、空泡形成及白内障发生等。上述3种实验动物角膜及视网膜的病理损伤基本一致。 结论 高场强EMP辐射可引起猴、犬、兔等实验动物的视觉系统损伤，其中以晶状体对EMP辐射最为敏感，可诱发白内障形成。

　　【关键词】 电磁脉冲;晶状体;角膜;视网膜;猴;犬;兔

　　A Comparative Study of the Effect of Electromagnetic Pulse on Eyes of Monkey，Dog and Rabbit WANG Linbo，HUANG Yanlong，ZU Ling，et al.Department of Ophthalmodogy，the Tenth People's Hospital of Zhengzhou，Zhengzhou 450052，China 【Abstract】 Objective To study the effect of electromagnetic pulse(EMP)on optical system of monkeys，dogs and rabbits.Methods Monkeys，dogs and rabbits were irradiated with6×104V.m of EMP for10times，and the pathological changes in cornea，lens and retina were ob-served at different times after irradiation.Results The sensitivity to EMP injury was as follows:monkey>dog>rabbit，lens>cornea>retina.Posterior capsular opacity and anterior capsular opacity were easily mduced in monkeys and rabbits eyes and in dogs eyes，respectively.The main pathological changes were edema in lens and cataract formation.The pathological changes were similar in cornea and retina of the3kinds of animals.Conclusion High power EMP may cause optical system injury in monkeys，dogs and rabbits.Lens is the most sensitive to EMP injury，and may contribute the mechanisms of cataract.

　　【Key words】 Electromagnetic pulse;Lens;Cornea;Retina;Monkey;Dog;Rabbit

　　目前关于高场强电磁脉冲(electromagnetic pulse，EMP)对视觉系统辐射损伤的报道甚少，本研究采用高场强EMP辐射成年恒河猴、家犬及青紫蓝兔，进行1年的动态观察，研究EMP对上述3种动物视觉系统的影响，为探讨EMP致眼组织辐射损伤的作用机制提供实验依据。

　　1 材料与方法

　　1.1 实验动物 选取健康成年恒河猴、家犬、青紫蓝兔各6只，猴龄2～3岁，体重4.5～8.5kg，雌雄各半，实验组5只、对照组1只;犬龄0.8～1.0岁，体重12～18kg，雌雄各半，实验组4只，对照组2只;兔龄0.2～0.3岁，体重2.0～2.5kg，雌雄各半，实验组5只，对照组1只。所有动物于EMP辐射前均单笼饲养1个月，饲养期间自由饮水、定时喂料。

　　1.2 EMP辐射条件 高场强EMP辐射的频谱范围较广(0～1×109 Hz)，能在瞬间释放出巨大能量，辐射场强为6×10 4 V.m，前沿20ns，脉宽30μs，是一种覆盖大部分无线电频段的电磁波。当进行EMP辐射时，将各实验组动物分别置于辐射源上、下两极板之间的中央区域内，猴取横卧位(处于约束状态)，犬取站立位，兔则被置入一特制木质笼内。每只动物均重复辐射10次，每次辐射时间为20ns，间隔时间为25s，全部辐射于5min内一次性完成。各对照组动物也同样被置入辐射源的相同区域内持续达5min，但不给予任何EMP辐射。 1.3 病理学观察 动物死亡或处死后取眼组织标本用中性福尔马林液(10%)固定，并制成石蜡切片，行HE染色、病理学光镜观察及照相等。

　　2 结果

　　2.1 对照组眼组织病理观察 各对照组动物(猴、犬及兔)均在饲养365d后处死，其角膜、晶状体及视网膜部位均未发现明显病理改变。

　　2.2 实验组动物晶状体的病理变化 实验组5只恒河猴经EMP辐射后30d，1只死亡，发现其晶状体囊变薄，上皮细胞由柱状变为扁平状，细胞核由圆形变为椭圆形且深染、固缩;其他4只分别于辐射后136d、202d、265d死亡和365d处死，均可观察到晶状体囊明显增厚，多数晶状体上皮细胞增生，由单层增生至2～3层，大部分晶状体纤维排列紊乱，着色不均，晶状体后囊可见多处大小不等、形态各异的空泡及液泡，白内障已形成。实验组4只犬，其中3只分别于辐射结束后45h、6.5d及27d死亡，可发现其晶状体囊变薄，上皮细胞由柱状变为扁平状，胞核深染，可见核固缩;另一只365d处死，可见晶状体囊多处增厚，晶状体纤维排列紊乱，着色不均，并

　　有少数上皮细胞发生空泡变性，晶状体前囊水肿，有大小不 等的空泡，白内障已形成。5只实验兔在EMP辐射结束后42d、131d、137d、和139d各死亡1只，另1只于365d处死，均可观察到晶状体囊出现程度不一的增厚，上皮细胞有一定程度的增生，晶状体后囊发生局灶性水肿，有大小不等的空泡，白内障已形成;另有部分晶状体纤维排列紊乱，着色不均。 2.3 实验组角膜及视网膜的病理变化 实验组动物经EMP辐射后，可发现其角膜上皮细胞排列不规则，细胞核浓缩、深染，并有程度不一的变性，局灶性基质发生水肿、解离，部分内皮细胞发生空泡变性。视网膜病变较轻微，仅可观察到血管扩张、瘀血等，内、外核层细胞排列紊乱，内核层细胞数量减少，外核层有局部水肿增厚现象。总体说来，各实验组动物经高场强EMP辐射后，其角膜病变损伤程度轻于晶状体病变，重于视网膜病变。

　　3 讨论

　　高场强EMP能在瞬间释放出巨大的辐射能量，它具有广泛的频谱，是一种覆盖大部分无线电频段的电磁波。高场强EMP的生物学损伤效应广泛，超高场强的EMP辐射甚至能引起生物体死亡1] 。动物晶状体由透明蛋白纤维构成，无血管分布，含水量较高，孤立存在于房水之中，是电磁辐射的主要敏感靶器官之一[2] ，本实验结果也证实了这一点。通过利用高场强EMP辐射上述3种动物后，发现对其视觉系统(如角膜、晶状体及视网膜组织)均有一定程度的损伤，尤其是晶状体最为敏感。在遭EMP辐射42d后，3种实验动物均患了白内障，主要病变为晶状体囊发生一定程度增厚，上皮细胞伴有不同程度增生，细胞核由扁平状变为圆形，同时还发现晶状体纤维排列紊乱，着色不均;在晶状体前、后囊组织中均可见大小不等、形态各异的空泡及液泡形成。而在经EMP辐射后30d以内死亡的猴、犬晶状体与上述病理变化不同，其晶状体囊不但不增厚反而变薄，晶状体上皮细胞数目减少，胞核深染，并可见核固缩，未发生增生，晶状体纤维排列规则，未见空泡形成及白内障发生。这是因为晶状体从受到损伤到形成早期白内障需要一段过程，一般认为该过程最短也需要45d以上(从EMP辐射结束后算起)。机体经EMP辐射后，最初可抑制晶状体上皮细胞分裂及DNA合成，这种抑制作用在EMP辐射结束2周后逐渐减弱，在第4周时这种抑制作用基本消失;随后晶状体上皮细胞增殖活性明显增强，细胞DNA合成及细胞分裂逐渐趋于活跃。另外，有研究表明EMP辐射可直接导致晶状体上皮细胞异常分裂，而这种异常分裂可能是导致发生晶状体白内障的重要原因之一。3种实验动物经EMP辐射后，角膜损伤均较晶状体为轻，而视网膜病变较角膜为轻。即猴、犬及兔视觉系统各部分对EMP辐射的敏感性依次为:晶状体>角膜>视网膜。晶状体上皮细胞是晶状体最重要的组成部分之一，为其发育、增殖、分化及损伤修复等提供物质保障及能量供给[3] 。高场强EMP辐射可损害晶状体上皮细胞的正常结构及细胞间的紧密连接，干扰细胞的正常分裂及DNA合成，使其正常生理功能受到破坏(如晶状体内、外水分交换失衡等)，致使晶状体内水分潴留，引起晶状体纤维水肿、排列紊乱，最初是晶状体局部出现混浊，随后逐渐扩大、融合加剧，最终引发白内障。猴、犬、兔经高场强EMP辐射后，其晶状体发生混浊的部位不同，如猴、兔等实验动物易发生晶状体后囊混浊，犬则易发生晶状体前囊混浊。

　　分析比较晶状体经EMP辐射后的损伤程度(如晶状体囊厚度的变化、上皮细胞增生程度、晶状体水肿范围、空泡数量多少及晶状体纤维排列紊乱程度、范围等)，可以得出上述3种实验动物对EMP辐射的敏感程度，即猴>犬>兔，提示高场强EMP辐射的损伤效应对各种动物具有种属差异。在上述3种实验动物中，属于灵长类的猴最接近于人类，通过研究EMP辐射对猴眼的损伤情况，可间接探讨EMP辐射对人眼辐射损伤的作用机制。目前关于EMP辐射的损伤机制尚未完全阐明，有学者认为EMP辐射损伤可能是通过非热效应来实现的4，5] ，如通过改变细胞分子结构，使细胞内各种生化反应速度失调，引发细胞膜通透性增加，从而影响细胞正常的生理功能，导致各种病理反应发生，给机体各组织、器官带来损害。关于EMP辐射的确切损伤机制还有待进一步深入研究，我们也将继续进行此方面的探索。

　　参考文献

　　1 王德文，主编.现代军事病理学.北京:军事医学科学出版社，2002.611-619.

　　2 姜涛，王德文，张建，等.高功率微波对兔眼晶状体上皮细胞P21WAF1 及Cyclin E表达的影响.中华物理医学与康复杂志，2004，26(6):324-327.

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