氚β 粒子照射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響及機(jī)制研究

王冰 周湘艷 崔鳳梅

1 日本國(guó)立研究開(kāi)發(fā)法人量子科學(xué)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)，放射線醫(yī)學(xué)研究所，千葉 263-8555；2 中國(guó)疾病預(yù)防控制中心輻射防護(hù)與核安全醫(yī)學(xué)所放射毒理研究室，北京 100088；3 蘇州大學(xué)蘇州醫(yī)學(xué)院放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院，放射醫(yī)學(xué)與輻射防護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘇州 215123

1 導(dǎo)言

電離輻射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響及其機(jī)制的研究是國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)（International Commission on Radiological Protection，ICRP）和聯(lián)合國(guó)原子輻射效應(yīng)科學(xué)委員會(huì)（United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation，UNSCEAR）的重要課題[1-4]。對(duì)原子彈爆炸幸存者進(jìn)行流行病學(xué)調(diào)查研究的結(jié)果是目前評(píng)價(jià)輻射對(duì)人類(lèi)腦發(fā)育和神經(jīng)行為危險(xiǎn)度的主要依據(jù)。然而，這些結(jié)果是基于對(duì)一次性短時(shí)間內(nèi)高劑量率輻射所產(chǎn)生的影響的總結(jié)，并不能代表在連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)低劑量率輻射情況下所產(chǎn)生的生物效應(yīng)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)的輻射敏感性會(huì)隨著其發(fā)育階段而變化，這就造成了在不同的輻射情況下所產(chǎn)生的輻射危險(xiǎn)度的不同。

伴隨著對(duì)氚的研究的深入和其廣泛應(yīng)用，特別是隨著核聚變產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，氚的環(huán)境排放量正在逐漸增加，因此，人類(lèi)受到低劑量氚β 粒子照射的機(jī)會(huì)也隨之增加?；陔暗纳镉绊懚贫ǖ娜梭w攝入氚核素的限量，也一直是ICRP 的重要課題[5-6]。環(huán)境中的氚主要以氚水的形式存在，其可以通過(guò)食物鏈、呼吸和皮膚接觸等途徑進(jìn)入機(jī)體。氚水可以通過(guò)胎盤(pán)屏障進(jìn)入胚胎和胎兒，氚水和有機(jī)氚化物還可以通過(guò)乳汁等進(jìn)入哺乳中的新生兒消化道，再經(jīng)吸收循環(huán)透過(guò)腦血屏障進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。由于氚β 粒子在體內(nèi)的照射一般是持續(xù)性的低劑量率輻射，ICRP 和UNSCEAR 目前所推薦的基于對(duì)一次性短時(shí)間內(nèi)高劑量率輻射所產(chǎn)生影響的致畸閾劑量值，并不適用于對(duì)氚輻射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)危險(xiǎn)度的準(zhǔn)確評(píng)估。因此，在受到公眾極大關(guān)注的同時(shí)，氚輻射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響及其機(jī)制的研究，也成為學(xué)術(shù)界亟待和必須解決的重要科研課題。

氚β 粒子致機(jī)體損傷的研究可以追溯到上世紀(jì)五十年代。截至上世紀(jì)九十年代初，中外研究人員在氚的體內(nèi)分布、代謝、轉(zhuǎn)移以及生物影響方面做了大量的研究工作。除了發(fā)表了大量的論著和綜述文章，還出版了很多專(zhuān)著和特輯[7-14]。盡管當(dāng)時(shí)這些研究成果使人們對(duì)氚輻射的危險(xiǎn)度有了較為廣泛和深入的了解，然而關(guān)于氚β 粒子射線在子宮內(nèi)照射對(duì)子代中樞神經(jīng)系統(tǒng)可能產(chǎn)生的生物效應(yīng)的研究，卻還處在起步階段。雖然前蘇聯(lián)、美國(guó)、加拿大和日本等國(guó)家在該領(lǐng)域的調(diào)查研究工作開(kāi)展的比較早，但是這些研究缺乏系統(tǒng)性，使用的照射劑量偏高，而且評(píng)估采用的生物學(xué)終點(diǎn)指標(biāo)也非常有限。

鑒于有關(guān)人類(lèi)的資料極為有限，利用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物來(lái)實(shí)施的研究工作成為本領(lǐng)域最重要的方法和手段。原衛(wèi)生部工業(yè)衛(wèi)生實(shí)驗(yàn)所周湘滟的氚生物效應(yīng)研究團(tuán)隊(duì)建立了當(dāng)時(shí)在世界上亦是為數(shù)不多的可以實(shí)施氚輻射影響研究的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)施，在對(duì)氚β 粒子輻射對(duì)子代中樞神經(jīng)系統(tǒng)危險(xiǎn)度研究方面，經(jīng)過(guò)努力追趕，做到了后來(lái)居上。她們自上世紀(jì)八十年代至今，從分子、細(xì)胞、器官到整體，從組織結(jié)構(gòu)、神經(jīng)生化、行為到學(xué)習(xí)記憶功能，全面評(píng)價(jià)了低劑量氚β 粒子連續(xù)輻射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的危險(xiǎn)度[7-13]。ICRP 在2021 年發(fā)布的148 號(hào)出版物《參考動(dòng)植物的輻射權(quán)重》中，引用了周湘滟團(tuán)隊(duì)的成果，以總結(jié)氚β 粒子的相對(duì)生物效能[15]。本文以周湘滟團(tuán)隊(duì)的研究工作為主線，概述了中國(guó)研究人員在低劑量氚輻射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響及其機(jī)制領(lǐng)域開(kāi)展的一系列系統(tǒng)的研究中所取得的重要成果。

哺乳類(lèi)動(dòng)物孕體的發(fā)育通?？梢苑譃? 個(gè)主要時(shí)期：植入前期、主要器官發(fā)生期和胎兒發(fā)育期。人類(lèi)的這3 個(gè)時(shí)期分別在受精后0～8 d、9～60 d 和60～270 d；小鼠的在受精后0～5 d、6～13 d 和14～19.5 d。腦從發(fā)生到發(fā)育成熟，跨越了后兩個(gè)時(shí)期直至出生后的一段時(shí)間。人類(lèi)在排卵受精后0～7 周時(shí)，產(chǎn)生大腦的兩類(lèi)主要細(xì)胞（神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞）的前體細(xì)胞，進(jìn)行活躍的有絲分裂；8～15 周時(shí)神經(jīng)元的數(shù)量迅速增加并遷移到功能區(qū)，最終失去遷移和增殖能力而成為多年生細(xì)胞；16～25 周時(shí)分化加速，其中突觸在第18 周開(kāi)始形成，前體細(xì)胞發(fā)育成特定的腦細(xì)胞；26 周及以后，腦結(jié)構(gòu)和細(xì)胞繼續(xù)形成和分化，大腦突觸發(fā)生，小腦生長(zhǎng)和發(fā)育顯著加速。在發(fā)生時(shí)間上，小鼠腦的形態(tài)形成始于第8～9 天的胚胎；第10 天時(shí)已具備5 個(gè)腦泡；第11～15 天時(shí)形成丘腦；第14 天時(shí)形成原始大腦皮層；第17～19 天時(shí)各種聯(lián)合纖維開(kāi)始形成。哺乳類(lèi)動(dòng)物在出生后，其腦部仍在繼續(xù)發(fā)育，直至發(fā)育為成熟個(gè)體。由此可見(jiàn)，哺乳類(lèi)動(dòng)物腦的發(fā)生、發(fā)育和成熟經(jīng)歷了主要器官發(fā)生期的后期、胎兒期和出生后的一段時(shí)期[1-2,13]。

電離輻射誘發(fā)孕體發(fā)育障礙或損傷屬于特殊的軀體效應(yīng)。不同于成年個(gè)體，發(fā)育著的孕體的組成細(xì)胞處于分化、增殖和遷移階段，具有固有的生物學(xué)特征：從受精著床到胎兒出生，各個(gè)器官和組織從發(fā)生到成熟是有條不紊地進(jìn)行的。在器官發(fā)生期，增殖、分化和遷移中的細(xì)胞對(duì)輻射的敏感性較高。由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的重要性，有關(guān)電離輻射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的效應(yīng)受到人們的高度重視。在對(duì)人類(lèi)受到宮內(nèi)照射后胎兒的生長(zhǎng)發(fā)育效應(yīng)的研究中，倍受關(guān)注的是輻射對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷。1969 年UNSCEAR 在向聯(lián)合國(guó)大會(huì)提交的報(bào)告中，就已經(jīng)將該方面的研究資料單獨(dú)予以評(píng)述[3]。電離輻射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響，是通過(guò)對(duì)其從形成到成熟過(guò)程中組織結(jié)構(gòu)化和功能化過(guò)程的擾亂或破壞實(shí)現(xiàn)的。這種效應(yīng)使得子代發(fā)育成為成年的復(fù)雜的形態(tài)學(xué)和生理學(xué)過(guò)程受到影響，從而產(chǎn)生不同性質(zhì)和不同程度的畸形，包括整體形態(tài)學(xué)和器官組織學(xué)上的缺陷（如小頭畸形和腦神經(jīng)元數(shù)量減少等）、神經(jīng)生化學(xué)的改變（如腦DNA 和神經(jīng)遞質(zhì)水平的紊亂）以及神經(jīng)行為和功能的改變（如腦電圖改變和學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)機(jī)能受阻等）。

在對(duì)日本因原子彈爆炸受到子宮內(nèi)照射后出生的兒童所進(jìn)行的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，有害效應(yīng)包括出生后低體重、頭圍減小和智商指數(shù)降低[1]。這些結(jié)果為人類(lèi)在胚胎和胎兒期受到電離輻射照射所產(chǎn)生的對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響提供了直接和有力的證據(jù)。ICRP 和UNSCEAR 基于人類(lèi)流行病學(xué)的這些資料，總結(jié)出人類(lèi)中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)輻射最敏感的時(shí)期為孕齡8～15 周，對(duì)組織和行為致畸的閾劑量為0.1 Gy 或以上[1,4]。UNSCEAR 在1986 年的數(shù)據(jù)表明，電離輻射對(duì)人類(lèi)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)影響（發(fā)育異常）的最可能的表現(xiàn)形式為智力遲鈍[3]。對(duì)受到照射的時(shí)期的分析結(jié)果表明，受精后0～8 周受到照射，與輻射有關(guān)的智力遲鈍的概率基本為0，在8～15 周受到照射，這一概率達(dá)到最大數(shù)值，在16～25 周受到照射，這一概率的數(shù)值下降[16]。 這個(gè)皮層神經(jīng)元的產(chǎn)生最活躍、向大腦皮層遷移的敏感階段（受精后8～15 周），正是輻射致嚴(yán)重智力遲鈍的危險(xiǎn)度最高的時(shí)期。假定智力影響的誘發(fā)與輻射劑量呈線性關(guān)系，在高峰敏感時(shí)每單位吸收劑量的誘發(fā)概率估計(jì)為0.4/1 Gy，在妊娠16～25 周時(shí)為0.1/1 Gy[16]。對(duì)處于發(fā)育階段的兒童腦組織進(jìn)行低劑量（1～2 Gy）照射可引起長(zhǎng)期的認(rèn)知和行為缺陷，嬰兒在出生后18 個(gè)月內(nèi)受到＞0.1 Gy 劑量的照射后，在成年時(shí)更易患認(rèn)知障礙[17]。我國(guó)學(xué)者就輻射對(duì)著床前胚胎發(fā)育的影響、輻射致胚胎和胎兒損害的危險(xiǎn)度估計(jì)也進(jìn)行了比較全面的總結(jié)[11,13]。

2 氚水暴露對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的影響

在周湘滟團(tuán)隊(duì)的研究中，他們利用懷孕小鼠和大鼠成功地建立了子宮內(nèi)照射的動(dòng)物模型，并將其應(yīng)用于對(duì)低劑量氚β 粒子輻射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)影響的研究[7-13]。在研究中他們選用了8～12 周齡C57BL/6J 小鼠和10 周齡Wistar 大鼠，交配次日早晨查到陰栓確定為妊娠第0 天。每只孕鼠單籠飼育，在室溫（22±1）℃下，給予充足的飼料和飲水，并在妊娠和哺乳期添加葵花籽和雞蛋等輔食。孕鼠自然分娩并哺育仔鼠。在仔鼠出生后第3 天，將各窩仔鼠隨機(jī)減至最多8 只，將減下的仔鼠隨機(jī)分給同劑量組但仔鼠數(shù)少于4 只的母鼠哺育。在仔鼠出生后第7 天，將不足4 只仔鼠的窩連同母鼠舍棄，處以安樂(lè)死。在仔鼠21 天齡時(shí)，與母鼠分窩飼養(yǎng)。在完成預(yù)定實(shí)驗(yàn)后，將仔鼠處以安樂(lè)死。

在ICRP 和UNSCEAR 的報(bào)告書(shū)中闡述的閾劑量，主要是基于對(duì)原子彈爆炸后急性照射的流行病學(xué)研究，輻射的種類(lèi)以γ 射線和中子為主，劑量是經(jīng)過(guò)當(dāng)量劑量換算后的γ 射線劑量[1,4]。與γ 射線一次急性照射相比，氚水體內(nèi)污染所造成的β 粒子射線照射的劑量，取決于氚水在體內(nèi)的生物半衰期和組織的含水量，呈現(xiàn)為指數(shù)下降式的連續(xù)照射的累積劑量。周湘滟團(tuán)隊(duì)的研究采用了向孕鼠腹腔內(nèi)單次注射氚水的方法來(lái)模擬事故時(shí)所導(dǎo)致的母體體內(nèi)氚水污染的狀況[7-13]。子代動(dòng)物在母體子宮內(nèi)受到吸收劑量為指數(shù)下降式的低劑量氚β 粒子照射。人類(lèi)中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)輻射的敏感期為妊娠第8～15 周，即中樞神經(jīng)系統(tǒng)器官發(fā)生后繼續(xù)分化時(shí)期，輻射造成的主要損傷為智力障礙。研究使用了C57BL/6J 小鼠和Wistar 大鼠，在相當(dāng)于人類(lèi)中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)輻射最敏感的妊娠第8～15 周期間開(kāi)始階段的時(shí)點(diǎn)，即在小鼠孕齡12.5 d 和大鼠孕齡13.0 d 時(shí)，采用單次腹腔內(nèi)注射的方法來(lái)模擬事故時(shí)所導(dǎo)致的母體全身體內(nèi)氚水污染的狀況。這個(gè)時(shí)期C57BL/6J 小鼠和Wistar 大鼠的腦細(xì)胞正處在高度分化、增殖和遷移最活躍的狀態(tài)，適于進(jìn)行從腦發(fā)生、發(fā)育到成熟階段的中樞神經(jīng)受輻射的損傷程度及相關(guān)機(jī)制的研究。在所開(kāi)展的一系列實(shí)驗(yàn)中，研究人員向?qū)φ战M動(dòng)物腹腔一次性注入蒸餾水，向照射組動(dòng)物分別投入 放 射 性 活 度為24.09×104、48.18×104、144.54×104Bq/g動(dòng)物體重的氚水。子代動(dòng)物在母體子宮內(nèi)受到吸收劑量為指數(shù)下降式的低劑量氚β 粒子照射。小鼠仔鼠在出生時(shí)受到的累積照射劑量分別是0.036、0.071、0.213 Gy，對(duì)照組是0 Gy；大鼠仔鼠在出生時(shí)受到的累積照射劑量分別是0.044、0.088、0.264 Gy（對(duì)于各個(gè)劑量的照射組，依劑量高低，以下分別簡(jiǎn)稱(chēng)為低、中和高劑量組），對(duì)照組是0 Gy。

在母鼠自然分娩后，對(duì)仔鼠的生長(zhǎng)發(fā)育、神經(jīng)行為學(xué)、腦組織病理學(xué)、腦組織神經(jīng)生物化學(xué)、初代培養(yǎng)大鼠大腦組織細(xì)胞電生理學(xué)和初代培養(yǎng)小鼠中腦細(xì)胞形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)的變化，使用了總計(jì)56 項(xiàng)生物學(xué)終點(diǎn)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，從多層次綜合地評(píng)估和探討了低劑量氚β 粒子子宮內(nèi)照射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響及其機(jī)制。

2.1 低劑量氚水β 粒子子宮內(nèi)照射對(duì)出生后仔鼠體重增長(zhǎng)和生理標(biāo)志完善的影響[18-21]

首先以體重增長(zhǎng)和生理標(biāo)志完善情況的生物學(xué)終點(diǎn)為衡量指標(biāo)，對(duì)仔鼠生長(zhǎng)發(fā)育的影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)。主要的指標(biāo)包括仔鼠從出生后到發(fā)育成熟期的體重的動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)以及仔鼠張耳、開(kāi)眼、出牙、睪丸下降和陰道張開(kāi)5 個(gè)生理標(biāo)志出現(xiàn)的平均天齡。結(jié)果顯示，氚水β 粒子子宮內(nèi)照射對(duì)仔鼠可以產(chǎn)生不同程度的影響。對(duì)于小鼠仔鼠，低、中、高劑量3 個(gè)照射組仔鼠的張耳和出牙時(shí)間均比對(duì)照組仔鼠顯著延遲。中劑量照射可以導(dǎo)致開(kāi)眼的平均達(dá)標(biāo)天齡顯著延遲。另一方面，與對(duì)照組比較，對(duì)于睪丸下降和陰道張開(kāi)，各實(shí)驗(yàn)組間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。即高劑量照射組仔鼠也未顯示產(chǎn)生差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的影響。對(duì)于大鼠仔鼠，與對(duì)照組相比，中、高劑量組仔鼠出牙標(biāo)志出現(xiàn)的平均天齡顯著延遲；而張耳和開(kāi)眼兩個(gè)生理標(biāo)志出現(xiàn)的平均天齡只在高劑量組仔鼠中顯著延遲。

受到低劑量照射即可使張耳和出牙的平均達(dá)標(biāo)天齡顯著延遲的結(jié)果，提示了在子宮內(nèi)受到低于0.10 Gy 的氚水β粒子照射劑量，即可導(dǎo)致評(píng)價(jià)生長(zhǎng)發(fā)育的生理學(xué)指標(biāo)的異常。

2.2 低劑量氚水β 粒子子宮內(nèi)照射對(duì)出生后仔鼠新生反射的影響[18-21]

以抓握反射、斷崖回避、空中翻正、平面翻正和負(fù)趨地性等生物學(xué)終點(diǎn)為檢測(cè)指標(biāo)，就氚水β 粒子輻射對(duì)仔鼠新生反射的影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，對(duì)于小鼠仔鼠，與對(duì)照組相比，受到低劑量照射的仔鼠抓握反射的出現(xiàn)時(shí)間顯著延緩；受到中、高劑量照射的仔鼠，其斷崖回避、空中翻正和平面翻正反射的出現(xiàn)時(shí)間也顯著延緩。另一方面，即便是受到高劑量照射的仔鼠，其負(fù)趨地性出現(xiàn)時(shí)間卻沒(méi)有出現(xiàn)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的變化。對(duì)于大鼠仔鼠，與對(duì)照組相比，受到中、高劑量照射的仔鼠的平面翻正和負(fù)趨地性反射的出現(xiàn)時(shí)間顯著延遲。

2.3 低劑量氚水β 粒子子宮內(nèi)照射對(duì)出生后仔鼠感覺(jué)功能的影響[18-21]

以聽(tīng)覺(jué)驚愕、痛覺(jué)反應(yīng)、趨母性試驗(yàn)和視覺(jué)定位等生物學(xué)終點(diǎn)為檢測(cè)指標(biāo)，就氚β 粒子輻射對(duì)仔鼠感覺(jué)功能的影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，對(duì)于小鼠仔鼠，與對(duì)照組相比，即便是受到低劑量照射，仔鼠也發(fā)生了聽(tīng)覺(jué)驚愕出現(xiàn)的天齡延緩、痛覺(jué)反應(yīng)潛伏期延長(zhǎng)和趨母性試驗(yàn)出現(xiàn)發(fā)育受阻；受到中、高劑量照射后，仔鼠的視覺(jué)定位出現(xiàn)的天齡延緩。對(duì)于大鼠仔鼠，與對(duì)照組相比，受到中、高劑量照射后，仔鼠的聽(tīng)覺(jué)驚愕出現(xiàn)的天齡顯著延緩。

2.4 低劑量氚水β 粒子子宮內(nèi)照射對(duì)出生后仔鼠運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)功能和活動(dòng)度的影響[22]

以轉(zhuǎn)體、足展開(kāi)、連續(xù)通道活動(dòng)轉(zhuǎn)彎和前肢懸掛等生物學(xué)終點(diǎn)為指標(biāo)，就氚水β 粒子輻射對(duì)仔鼠運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)功能和活動(dòng)度的影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，對(duì)于小鼠仔鼠，與對(duì)照組相比，即便是受到低劑量照射，仔鼠的轉(zhuǎn)體和15 d 足展開(kāi)均明顯推遲；受到中、高劑量照射后，仔鼠的30 d 足展開(kāi)仍然顯著延緩，28 天齡時(shí)的連續(xù)通道活動(dòng)轉(zhuǎn)彎數(shù)也顯著減少。受到高劑量照射的仔鼠，63 天齡時(shí)的連續(xù)通道活動(dòng)轉(zhuǎn)彎數(shù)依然顯著減少。對(duì)于大鼠仔鼠，與對(duì)照組相比，受到高劑量照射的仔鼠在14 天齡及16 天齡時(shí)，前肢懸掛時(shí)間顯著縮短；28 天齡仔鼠的連續(xù)通道活動(dòng)轉(zhuǎn)彎數(shù)在低劑量照射組已經(jīng)顯著減少。

2.5 低劑量氚水β 粒子子宮內(nèi)照射對(duì)出生后仔鼠神經(jīng)行為的影響[18]

在對(duì)仔鼠神經(jīng)行為影響的評(píng)價(jià)中，以曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中離開(kāi)曠場(chǎng)中央的潛伏期和仔鼠走格數(shù)這兩項(xiàng)指標(biāo)，以及以孔板探究實(shí)驗(yàn)中首次探孔時(shí)間和平均探孔數(shù)為生物學(xué)終點(diǎn)指標(biāo)，首先對(duì)神經(jīng)行為學(xué)中情緒和對(duì)新奇環(huán)境探索能力方面的影響進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果顯示，對(duì)于小鼠仔鼠，與對(duì)照組相比，中、高劑量受照組仔鼠在測(cè)試早期時(shí)的離開(kāi)曠場(chǎng)中央潛伏期和仔鼠走格數(shù)兩項(xiàng)指標(biāo)間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。具體表現(xiàn)為潛伏期的縮短和走格數(shù)的增加，而且上述改變呈現(xiàn)良好的劑量-效應(yīng)關(guān)系，這提示中樞神經(jīng)系統(tǒng)處于興奮狀態(tài)。另一方面，中、高劑量受照組仔鼠在測(cè)試晚期時(shí)的孔板探究實(shí)驗(yàn)中，表現(xiàn)為首次探孔時(shí)間顯著延長(zhǎng)，平均探孔次數(shù)明顯減少。這提示中樞神經(jīng)系統(tǒng)處于抑制狀態(tài)。由早期的興奮狀態(tài)轉(zhuǎn)為后期的抑制狀態(tài)，這都是神經(jīng)行為發(fā)生了異常的表現(xiàn)。

2.6 低劑量氚水β 粒子子宮內(nèi)照射對(duì)出生后仔鼠學(xué)習(xí)能力及記憶功能的影響[18,23-24]

對(duì)仔鼠學(xué)習(xí)能力及記憶功能的評(píng)價(jià)可揭示氚水β 粒子子宮內(nèi)照射對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)高級(jí)功能的影響。

研究結(jié)果顯示，對(duì)于小鼠仔鼠的電擊回避學(xué)習(xí)情況，與對(duì)照組相比，中、高劑量照射可以導(dǎo)致仔鼠在學(xué)習(xí)能力上的明顯差異，具體表現(xiàn)為初次和再次學(xué)習(xí)時(shí)出現(xiàn)高比例的失敗。在對(duì)已產(chǎn)生記憶的仔鼠記憶保持情況的檢測(cè)中，與對(duì)照組相比，中、高劑量照射組動(dòng)物記憶喪失比例增加的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。子代小鼠食物迷宮實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，低劑量照射組仔鼠首次獲食時(shí)間顯著縮短；中、高劑量照射組仔鼠的首次進(jìn)食時(shí)間和平均獲食時(shí)間也顯著縮短；平均錯(cuò)誤次數(shù)在照射組中呈現(xiàn)隨劑量增大逐漸增加的趨勢(shì)，與對(duì)照組相比，高劑量照射組仔鼠的平均錯(cuò)誤次數(shù)顯著增加，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。食物迷宮實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示受照仔鼠的中樞神經(jīng)系統(tǒng)處于興奮狀態(tài)。

在水迷宮實(shí)驗(yàn)中，與對(duì)照組相比，低、中、高各劑量照射組仔鼠的平均錯(cuò)誤次數(shù)都明顯增加；而各劑量組首次登岸時(shí)間和平均登岸時(shí)間兩項(xiàng)指標(biāo)間的差異并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；在Y 迷宮刺激回避反射實(shí)驗(yàn)中，低劑量照射組仔鼠的刺激單向回避反射的逃避時(shí)間顯著延長(zhǎng)，中、高劑量照射組仔鼠的回避反射的無(wú)誤率及陽(yáng)性率均比對(duì)照組顯著降低。低劑量照射組仔鼠條件反射的每日達(dá)標(biāo)率從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始到結(jié)束均與對(duì)照組的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而中、高劑量照射組仔鼠的初期達(dá)標(biāo)率顯著降低。經(jīng)學(xué)習(xí)后雖然有所改善，但達(dá)標(biāo)率達(dá)到最高值（中、高劑量照射組分別僅為50%和約42%）后反而在測(cè)定后期呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。

大鼠仔鼠Y 迷宮刺激回避反射實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，即使是低劑量照射組的仔鼠，其逃避時(shí)間也已明顯延長(zhǎng)；中、高劑量照射組的仔鼠，其逃避無(wú)誤率顯著降低；但所有受照仔鼠在最終測(cè)定時(shí)，其逃避無(wú)誤率的差異已無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。子代大鼠條件反射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與子代小鼠的結(jié)果基本一致。與對(duì)照組相比，低劑量照射組大鼠仔鼠的每日達(dá)標(biāo)率均無(wú)顯著變化；而中、高劑量照射組大鼠仔鼠的每日達(dá)標(biāo)率顯著降低，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。雖然其條件反射每日達(dá)標(biāo)率隨訓(xùn)練時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，但最高值也不超過(guò)50%。

2.7 低劑量氚水β 粒子子宮內(nèi)照射對(duì)仔鼠腦發(fā)育及腦細(xì)胞學(xué)的影響[25-29]

以腦體重量比、大腦和小腦皮質(zhì)厚度、大腦皮質(zhì)第五層錐體細(xì)胞和小腦浦氏細(xì)胞計(jì)數(shù)、大腦錐體細(xì)胞發(fā)育（初級(jí)、次級(jí)樹(shù)突數(shù)及樹(shù)突分枝比）和腦海馬各區(qū)錐體細(xì)胞計(jì)數(shù)等腦組織病理學(xué)終點(diǎn)為指標(biāo)，就氚β 粒子輻射對(duì)仔鼠腦發(fā)育及腦細(xì)胞學(xué)的影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

結(jié)果顯示，出生前照射對(duì)仔鼠腦重有著顯著的影響。中、高劑量照射組45 天 齡仔鼠的腦重與對(duì)照組相比顯著降低。腦體重量比的結(jié)果也表明，出生前氚水β 粒子照射會(huì)明顯降低仔鼠的腦體重量比，與對(duì)照組相比，中、高劑量照射組21 天齡仔鼠，以及高劑量照射組49 和66 天齡仔鼠的腦體重量比均明顯降低。對(duì)于大腦皮質(zhì)和小腦皮質(zhì)厚度，其減少程度與受到的照射劑量的增加呈正相關(guān)趨勢(shì)，但僅在高劑量照射組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。與對(duì)照組相比，低劑量照射組150 天齡雄性仔鼠的大腦錐體細(xì)胞數(shù)、小腦浦氏細(xì)胞數(shù)以及大腦錐體細(xì)胞初級(jí)樹(shù)突數(shù)、次級(jí)樹(shù)突數(shù)和樹(shù)突比值已顯著減少，且差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在小鼠仔鼠21 和66 天齡時(shí)，研究人員就氚水β 粒子照射對(duì)仔鼠海馬CA1、CA2、CA3 和CA4 區(qū)錐體細(xì)胞數(shù)的影響進(jìn)行了解析，結(jié)果表明，即使受到低劑量的照射，各天齡仔鼠的CA1 區(qū)錐體細(xì)胞數(shù)就已經(jīng)顯著減少；CA2 和CA4 區(qū)錐體細(xì)胞數(shù)的顯著減少只發(fā)生在高劑量組仔鼠低天齡時(shí)；而對(duì)CA3 區(qū)錐體細(xì)胞數(shù)的影響介于前述兩者之間。

大鼠實(shí)驗(yàn)得到了與上述小鼠實(shí)驗(yàn)相似的結(jié)果。以52 天齡仔鼠腦體重量比為例，與對(duì)照組相比，高劑量氚水β 粒子照射組仔鼠的腦體重量比顯著降低。氚水β 粒子照射對(duì)子代大鼠海馬錐體細(xì)胞的影響亦表現(xiàn)為海馬各個(gè)腦區(qū)對(duì)輻射敏感性的不同。其中以CA1 區(qū)最為敏感，與對(duì)照組相比，低劑量照射組仔鼠錐體細(xì)胞數(shù)已經(jīng)發(fā)生明顯的減少，細(xì)胞減少的程度隨受到照射的劑量的增加而加重。CA3 區(qū)錐體細(xì)胞數(shù)的顯著減少發(fā)生在中劑量照射組，CA4 區(qū)錐體細(xì)胞數(shù)的顯著減少只發(fā)生在高劑量照射組，而CA2 區(qū)錐體細(xì)胞數(shù)在各個(gè)照射組仔鼠中并沒(méi)有發(fā)生明顯的改變。在大鼠妊娠第10 天，經(jīng)腹腔單次注入放射性活度為370×104Bq/g 動(dòng)物體重的氚水，結(jié)果顯示，仔鼠腦內(nèi)與神經(jīng)細(xì)胞遷移相關(guān)的神經(jīng)細(xì)胞黏附分子的表達(dá)受到抑制，神經(jīng)細(xì)胞的遷移和分布發(fā)生異常。而與子宮內(nèi)氚水β 粒子照射的影響相比，子宮內(nèi)γ 射線照射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，需要較高的劑量才能誘發(fā)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的顯著變化。比如：用γ 射線照射妊娠11 d 的大鼠孕鼠，在劑量高于0.15 Gy 時(shí)，仔鼠海馬錐體細(xì)胞計(jì)數(shù)才出現(xiàn)顯著減少；1.0 Gy 時(shí)才可使20 天齡的大鼠仔鼠海馬下托等腦皮質(zhì)發(fā)生形態(tài)學(xué)的改變。

2.8 低劑量氚水β 粒子子宮內(nèi)照射對(duì)仔鼠腦神經(jīng)肽含量的影響[30]

在腦組織神經(jīng)生物化學(xué)方面，就輻射對(duì)雄性小鼠仔鼠腦垂體生長(zhǎng)抑素和下丘腦精氨酸加壓素兩種腦神經(jīng)肽的含量變化進(jìn)行了探討。結(jié)果顯示，氚水β 粒子子宮內(nèi)照射可以對(duì)腦垂體中生長(zhǎng)抑素的含量產(chǎn)生影響：隨著照射劑量的增加，生長(zhǎng)抑素的含量也在增加；與對(duì)照組相比，中、高劑量照射組則出現(xiàn)了顯著升高。而下丘腦中精氨酸加壓素含量的變化趨勢(shì)卻與此相反，即隨著照射劑量的增加，精氨酸加壓素的含量卻在減少；與對(duì)照組相比，高劑量照射組仔鼠下丘腦中精氨酸加壓素含量顯著降低。與此相比，γ 射線連續(xù)照射對(duì)小鼠仔鼠腦垂體生長(zhǎng)抑素含量的影響的閾劑量為0.1～0.2 Gy。

2.9 氚β 粒子照射對(duì)初代培養(yǎng)腦組織細(xì)胞形態(tài)學(xué)、電生理學(xué)和生物化學(xué)的影響[28-29,31-32]

這些研究在細(xì)胞和分子水平觀測(cè)了腦組織結(jié)構(gòu)；在神經(jīng)生化和行為功能方面，通過(guò)體外初代培養(yǎng)大鼠腦組織細(xì)胞和ICR 品系胎鼠中腦組織細(xì)胞的方法，探求病變發(fā)生的基礎(chǔ)。并以海馬神經(jīng)元計(jì)數(shù)和Ca2+電流幅度變化評(píng)價(jià)了氚輻射對(duì)腦海馬神經(jīng)元及其電生理學(xué)的影響；以中腦細(xì)胞p53 蛋白質(zhì)表達(dá)、細(xì)胞周期變化和細(xì)胞凋亡為指標(biāo)，觀察了氚輻射特別是有機(jī)氚化核苷酸對(duì)腦細(xì)胞形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)指標(biāo)的影響，探討了低劑量氚β 粒子子宮內(nèi)照射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)影響的機(jī)制。

2.9.1 子宮內(nèi)低劑量氚水β 粒子照射對(duì)大鼠仔鼠海馬神經(jīng)元的影響[28-29]

海馬是腦邊緣系統(tǒng)中最重要的結(jié)構(gòu)之一，經(jīng)過(guò)腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)接受來(lái)自外周的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、痛覺(jué)、本體感受性和內(nèi)感受性刺激所產(chǎn)生的感受性沖動(dòng)，是腦中情感行為和學(xué)習(xí)記憶等高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)的重要部位。這兩項(xiàng)研究利用體外初代細(xì)胞培養(yǎng)的方法，培養(yǎng)經(jīng)過(guò)酶解分散后的海馬神經(jīng)元，并對(duì)在子宮內(nèi)受到低劑量氚水β 粒子照射后出生的大鼠仔鼠的海馬神經(jīng)元的形態(tài)學(xué)和電生理學(xué)指標(biāo)進(jìn)行了觀測(cè)[28-29]。神經(jīng)元形態(tài)學(xué)指標(biāo)包括細(xì)胞體的大小、表面光潔度、邊緣清晰度、胞體暈光程度和折光性強(qiáng)度、神經(jīng)突觸和突觸分枝以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形成。與取材于對(duì)照組仔鼠的海馬神經(jīng)元形態(tài)學(xué)指標(biāo)相比，取材于中、高劑量照射組仔鼠的海馬神經(jīng)元數(shù)量顯著減少、生長(zhǎng)緩慢、胞體較?。煌嘶霈F(xiàn)早，呈現(xiàn)為細(xì)胞輪廓不清、界限模糊、胞漿顆粒增多，出現(xiàn)空泡、腫脹、斷裂、崩解和網(wǎng)絡(luò)稀疏。關(guān)于電生理學(xué)指標(biāo)的檢測(cè)，研究采用膜片鉗技術(shù)，通過(guò)細(xì)胞外液的河豚毒阻斷鈉電流，電極內(nèi)液中的氯化銫阻斷鉀電流以獲得理想的Ca2+電流；在膜片鉗放大器上，用全細(xì)胞記錄方式測(cè)定海馬神經(jīng)元最大Ca2+電流，比較Ca2+電流幅度；使用步幅遞增的去極化刺激的方法，誘發(fā)幅度不同的Ca2+電流而測(cè)繪出相應(yīng)的電流電壓曲線。結(jié)果顯示，Ca2+電流的衰減取決于神經(jīng)元的狀態(tài)，而與受照劑量和培養(yǎng)時(shí)間無(wú)關(guān)。與取材于對(duì)照組仔鼠的海馬神經(jīng)元相比，取材于高劑量照射組仔鼠的海馬神經(jīng)元Ca2+電流顯著下降。

2.9.2 氚β 粒子照射對(duì)體外初代培養(yǎng)的小鼠胎鼠中腦細(xì)胞在細(xì)胞及分子水平的影響[31-32]

利用體外初代細(xì)胞培養(yǎng)的方法，對(duì)經(jīng)過(guò)酶解分散后的小鼠胎鼠中腦細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，并在培養(yǎng)基中加入氚水，或氚化胸腺嘧啶、氚化尿嘧啶、氚化谷氨酸和氚化精氨酸等有機(jī)氚化物，并以X 射線為參考輻射，來(lái)檢測(cè)氚β 粒子照射對(duì)小鼠胎鼠中腦細(xì)胞的細(xì)胞形態(tài)學(xué)、細(xì)胞周期、細(xì)胞分化和增殖、p53 蛋白質(zhì)表達(dá)以及細(xì)胞凋亡的影響。結(jié)果顯示，氚β 粒子照射可以導(dǎo)致中腦細(xì)胞p53 蛋白質(zhì)高表達(dá)、細(xì)胞核凝集、DNA 梯狀斷裂、周期阻滯、細(xì)胞分化和增殖受阻，以及細(xì)胞凋亡。特別需要指出的是，以上述絕大多數(shù)生物學(xué)終點(diǎn)為評(píng)價(jià)指標(biāo)而獲得的氚β 粒子的相對(duì)生物效能值為4.6～8.7，以來(lái)自氚化胸腺嘧啶的為最高。兩種氚化物或者一種氚化物與X 射線的同時(shí)照射可以對(duì)細(xì)胞分化產(chǎn)生更大的抑制效應(yīng)。小鼠胎鼠中腦初代培養(yǎng)細(xì)胞對(duì)氚β 粒子比X 射線更為敏感，0.05 Gy 低劑量即可引起可檢測(cè)到的抑制效應(yīng)。

2.10 氚β 粒子照射對(duì)小鼠和大鼠發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)致畸的閾劑量[12,20-21]

在氚β 粒子照射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)影響的研究中，作為評(píng)價(jià)指標(biāo)所使用的56 項(xiàng)生物學(xué)終點(diǎn)的絕大多數(shù)（＞80%）所顯示的致畸的閾劑量值在0.092 Gy 以下。關(guān)于氚β 粒子生物影響閾劑量方面的研究，本專(zhuān)刊有文章另作詳盡的總結(jié)，在此不多贅述。

3 總結(jié)

3.1 氚β 粒子的子宮內(nèi)照射與原子彈爆炸的γ 射線等的子宮外照射的異同點(diǎn)

電離輻射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響及其機(jī)制的研究是ICRP 和UNSCEAR 重要的課題。輻射對(duì)胚胎和胎兒的致畸效應(yīng)屬于特殊軀體效應(yīng)。胎兒在主要器官發(fā)生期受到照射，會(huì)導(dǎo)致包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)在內(nèi)的各主要器官在結(jié)構(gòu)和功能方面的損傷。不同器官組織對(duì)輻射的敏感性存在著差異，而且不同器官組織對(duì)輻射最敏感的時(shí)期也存在著差異。因此輻射所致?lián)p傷的嚴(yán)重程度不僅與照射劑量相關(guān)，還與組織器官的發(fā)生階段相關(guān)。對(duì)原子彈爆炸幸存者開(kāi)展的流行病學(xué)研究的結(jié)果是該領(lǐng)域目前評(píng)價(jià)輻射危險(xiǎn)度的主要依據(jù)。但這些結(jié)果局限于對(duì)一次性短時(shí)間內(nèi)高劑量率輻射所產(chǎn)生的影響的調(diào)查，并不能準(zhǔn)確地反映出連續(xù)性長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)低劑量率輻射所致的生物效應(yīng)。特別是對(duì)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)這樣的輻射敏感性隨著發(fā)育階段而變化的機(jī)體系統(tǒng)，不同的照射情況會(huì)直接導(dǎo)致輻射危險(xiǎn)度的不同。

雖然胎兒體內(nèi)各個(gè)組織器官中的含水量存在著一定的差異，但氚水在腦組織中基本呈均勻分布。胎兒在主要器官發(fā)生期受到氚水β 粒子連續(xù)性長(zhǎng)時(shí)間照射的情況，與原子彈爆炸時(shí)胎兒受到γ 射線和中子粒子單次短時(shí)間照射的情況完全不同。對(duì)于氚水β 粒子照射，從主要器官發(fā)生期開(kāi)始一直到仔鼠出生（不包括通過(guò)哺乳的氚攝入以及離乳后仔鼠體內(nèi)殘留氚的衰變所產(chǎn)生的照射，也忽略氚衰變過(guò)程中生成的中微子可能產(chǎn)生的任何影響），一直受到氚水β 粒子照射，因此包括腦組織在內(nèi)的多種組織器官，都在對(duì)輻射最敏感的時(shí)候受到了照射；而在主要器官發(fā)生期時(shí)胎兒所受到的原子彈爆炸照射是一瞬間的，并且只有一部分組織器官在它們對(duì)輻射最敏感的時(shí)候受到了照射。另外，氚衰變所放出的β 粒子是低能量帶負(fù)電荷的電子，雖然氚水在細(xì)胞中均勻分布，但由于氚β 粒子的射程短，與低線性能量傳遞γ 射線的光子相比，其具有相對(duì)較高的線性能量傳遞值，在細(xì)胞內(nèi)的微劑量分布是不均一的。特別是以氚化胸腺嘧啶等形式存在的氚化核苷酸，其參與DNA 合成，可以導(dǎo)致細(xì)胞核局部劑量較高，進(jìn)而對(duì)處于增殖狀態(tài)的細(xì)胞產(chǎn)生更嚴(yán)重的損傷，可以產(chǎn)生比較高的相對(duì)生物效能。原子彈爆炸產(chǎn)生的中子粒子雖然是高線性能量傳遞輻射，但其對(duì)總劑量的貢獻(xiàn)度不高，而氚水照射所產(chǎn)生的劑量全部來(lái)自β 粒子。

3.2 氚β 粒子輻射與影響發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的指標(biāo)間的相關(guān)性

由于機(jī)體是由中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控的由分子、細(xì)胞、器官和組織所構(gòu)成的一個(gè)相互關(guān)聯(lián)、相互制約、高度復(fù)雜的綜合有機(jī)體，腦的學(xué)習(xí)和記憶功能在相當(dāng)程度上受制于如運(yùn)動(dòng)、心血管和內(nèi)分泌等諸多系統(tǒng)。在評(píng)價(jià)氚β 粒子輻射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響機(jī)制時(shí)，需要同時(shí)考慮來(lái)自氚輻射導(dǎo)致的其他系統(tǒng)影響所產(chǎn)生的相關(guān)作用。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和能力的代償性，決定了單一或少數(shù)幾個(gè)行為試驗(yàn)不足以揭示輻射對(duì)機(jī)體整個(gè)行為的影響，而必須采用一組行為實(shí)驗(yàn)進(jìn)行縱向追蹤觀察。周湘艷團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)利用輻射的行為致畸學(xué)試驗(yàn)方法，通過(guò)生長(zhǎng)發(fā)育、早期反射和感覺(jué)功能、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)功能和活動(dòng)度及學(xué)習(xí)記憶功能等多項(xiàng)指標(biāo)對(duì)出生前氚水照射產(chǎn)生的行為致畸進(jìn)行了較全面的研究。體重增長(zhǎng)的變化是較行為改變更靈敏的指標(biāo)，檢測(cè)在子宮內(nèi)受到氚β 粒子照射后出生的仔鼠體重和生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)的變化，是從生理學(xué)角度綜合全面地評(píng)價(jià)包括發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)在內(nèi)的全身各個(gè)系統(tǒng)的方法。研究結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，低劑量照射組仔鼠出生時(shí)的體重更低，體重增長(zhǎng)更慢；低劑量照射組張耳和出牙時(shí)間已經(jīng)顯著延遲；中、高劑量照射可以導(dǎo)致仔鼠開(kāi)眼、平面翻正和聽(tīng)覺(jué)驚愕的平均達(dá)標(biāo)天齡顯著延遲；高劑量照射造成前肢懸掛時(shí)間的縮短；而睪丸下降和陰道張開(kāi)在各實(shí)驗(yàn)組間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。有趣的是，低劑量γ 射線宮內(nèi)一次照射對(duì)仔鼠出生后生長(zhǎng)發(fā)育及行為產(chǎn)生顯著影響的最低劑量為0.106～0.518 Gy，即便是低劑量γ 射線宮內(nèi)持續(xù)照射（妊娠13～18 d），對(duì)小鼠生長(zhǎng)發(fā)育及反射行為影響的劑量也高達(dá)0.21～0.42 Gy。這些研究結(jié)果說(shuō)明，在出生前受到氚水照射，即便在低于誘發(fā)同樣效應(yīng)的γ 射線的最低劑量時(shí)，已經(jīng)可以觀察到氚水對(duì)機(jī)體不同的組織系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的抑制作用。事實(shí)上，條件反射的建立、運(yùn)動(dòng)行為的學(xué)習(xí)和記憶的鞏固與身體的諸多系統(tǒng)（如心血管系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)）都是密切相關(guān)的。體重和生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)，不僅可以間接甚至直接用于評(píng)價(jià)輻射致畸作用，而且還是被公認(rèn)的最靈敏的指標(biāo)。需要特別指出的是，盡管用于評(píng)價(jià)氚β 粒子影響的生物學(xué)終點(diǎn)指標(biāo)的敏感性存在著一定的差異，但由于研究在多層次多水平都采用了多項(xiàng)綜合指標(biāo)，而且所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中絕大多數(shù)指標(biāo)的變動(dòng)程度都呈現(xiàn)了良好的劑量-效應(yīng)的相關(guān)性，這為劑量-效應(yīng)關(guān)系的解析提供了有效的樣本數(shù)和統(tǒng)計(jì)學(xué)效力，保證了對(duì)致畸閾劑量值估算結(jié)果的高度信賴(lài)性。

對(duì)腦病理學(xué)改變的檢測(cè)是研究輻射對(duì)腦發(fā)育影響最經(jīng)典的方法，包括腦重，此外腦組織構(gòu)造（如皮質(zhì)厚度、細(xì)胞分布）、神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量和突觸等生物學(xué)終點(diǎn)都是常用的指標(biāo)。高衛(wèi)民和周湘艷[33]研究并總結(jié)發(fā)現(xiàn)，γ 和X 射線照射改變體外海馬組織的電生理特性的劑量至少需要幾個(gè)戈瑞。與仔鼠的體重改變情況一樣，外照射的研究結(jié)果提示，在小于0.5 Gy 劑量下的子宮內(nèi)照射未見(jiàn)腦重有明顯改變，而致腦皮層厚度改變的外照射劑量為1 Gy。對(duì)于成熟仔鼠，體重的差異已經(jīng)不再具有顯著性，中、高劑量組仔鼠全腦重均分別低于對(duì)照組，腦發(fā)育受阻的程度大于體重發(fā)育所受的阻礙。而大腦和小腦皮質(zhì)厚度變薄、錐體細(xì)胞數(shù)減少、初級(jí)和次級(jí)樹(shù)突數(shù)和比值明顯減少、海馬錐體細(xì)胞數(shù)減少以及腦神經(jīng)元細(xì)胞缺失的結(jié)果，從解剖學(xué)和生理學(xué)的病因?qū)W方面也強(qiáng)有力地支持神經(jīng)行為異常改變的劑量-效應(yīng)關(guān)系。子宮內(nèi)照射使腦神經(jīng)元細(xì)胞缺失和殘存神經(jīng)元細(xì)胞發(fā)育不良，直接影響錐體系和錐體外系傳導(dǎo)、神經(jīng)元的化學(xué)信息傳遞和大、小腦之間的聯(lián)系，造成軀體運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)功能障礙，導(dǎo)致腦神經(jīng)系統(tǒng)功能減退：新生鼠反射發(fā)育遲緩，成年鼠智力活動(dòng)失調(diào)和遲鈍。

動(dòng)物神經(jīng)行為學(xué)常用電擊回避和迷宮實(shí)驗(yàn)觀測(cè)動(dòng)物本能傾向、條件反射的建立、記憶鞏固過(guò)程和保持能力。通過(guò)檢測(cè)動(dòng)物初級(jí)和高級(jí)學(xué)習(xí)記憶功能的變化，評(píng)估輻射對(duì)學(xué)習(xí)和記憶功能以及智力影響的危險(xiǎn)度。比如電擊回避學(xué)習(xí)訓(xùn)練結(jié)果表明：低劑量照射的仔鼠對(duì)短期學(xué)習(xí)發(fā)生障礙，但經(jīng)過(guò)連續(xù)訓(xùn)練學(xué)習(xí)后可以恢復(fù)；而在對(duì)電擊回避記憶保持上，中、高劑量照射組的仔鼠存在長(zhǎng)期記憶障礙。這些結(jié)果提示了氚輻射損害了仔鼠記憶鞏固過(guò)程。周湘艷團(tuán)隊(duì)的研究以腦組織內(nèi)神經(jīng)活性物質(zhì)變化為指標(biāo)，從腦神經(jīng)生化學(xué)角度進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以直接用神經(jīng)行為的變化推論損傷的因果關(guān)系。比如可以通過(guò)生長(zhǎng)抑素和精氨酸加壓素神經(jīng)肽的改變解釋生長(zhǎng)發(fā)育和學(xué)習(xí)記憶的變化。生長(zhǎng)抑素的主要生理功能是抑制垂體前葉生長(zhǎng)激素的釋放，具有廣譜的抑制對(duì)象，包括消化系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)。精氨酸加壓素的主要生理功能是通過(guò)調(diào)節(jié)體液的滲透壓，調(diào)控運(yùn)動(dòng)和心血管系統(tǒng)。精氨酸加壓素還有鞏固記憶、間接改善注意力、學(xué)習(xí)和短期記憶的作用。高劑量照射組的仔鼠腦垂體生長(zhǎng)抑素含量的增高和下丘腦精氨酸加壓素含量的減少，也與生理學(xué)標(biāo)志完善的遲延和神經(jīng)行為障礙存在劑量相關(guān)性。同時(shí)，作為與光子輻射比較的重要研究，低劑量γ 射線宮內(nèi)持續(xù)照射（妊娠13～18 d）導(dǎo)致仔鼠腦組織生長(zhǎng)抑素降低的有效劑量為0.1～0.2 Gy，這一劑量與體重和生理指標(biāo)的影響結(jié)果也呈現(xiàn)出良好的相關(guān)性。

初代培養(yǎng)腦組織神經(jīng)元的方法為在基因表達(dá)、分子和細(xì)胞水平揭示氚輻射影響機(jī)制的研究提供了非常接近體內(nèi)情況的體外實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。王冰和周湘滟[26]首次把檢測(cè)神經(jīng)形態(tài)學(xué)和神經(jīng)電生理學(xué)的變化應(yīng)用于對(duì)低劑量輻射影響的研究。取自中、高劑量照射組動(dòng)物的海馬神經(jīng)元表現(xiàn)出生長(zhǎng)緩慢、胞體較小和早期退化的情況。神經(jīng)元生長(zhǎng)發(fā)育與增殖能力的抑制作用呈現(xiàn)出良好的劑量相關(guān)效應(yīng)。離子通道是神經(jīng)、肌肉和其他組織細(xì)胞膜興奮性的基礎(chǔ)，也是生物電活動(dòng)的基礎(chǔ)。Ca2+具有遞質(zhì)釋放、肌肉收縮和第二信使作用等極重要的生理功能。用膜片鉗技術(shù)記錄海馬神經(jīng)元Ca2+通道，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨氚水照射劑量的增加，Ca2+電流有下降趨勢(shì)，在高劑量照射組出現(xiàn)顯著性下降。Ca2+電流降低，與輻射導(dǎo)致的海馬神經(jīng)元功能受損密切相關(guān)，也可能對(duì)海馬神經(jīng)元突觸活動(dòng)產(chǎn)生影響，發(fā)生如突觸電位的改變、神經(jīng)遞質(zhì)釋放減少和神經(jīng)信息傳導(dǎo)的不良，從而導(dǎo)致神經(jīng)行為尤其是學(xué)習(xí)記憶功能的嚴(yán)重受損。另一方面，受到氚照射的腦細(xì)胞中p53 蛋白表達(dá)增高、細(xì)胞周期阻滯、DNA 斷片增多和細(xì)胞凋亡增加，也提示了中樞神經(jīng)細(xì)胞受到氚水β 粒子照射后，會(huì)發(fā)生p53 依賴(lài)性細(xì)胞凋亡。

3.3 氚β 粒子輻射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)影響的機(jī)制概括

氚β 粒子輻射致發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的機(jī)制，可以用輻射致神經(jīng)元等細(xì)胞，特別是干細(xì)胞的DNA 損傷、Ca2+電流幅度下降、p53 蛋白質(zhì)高表達(dá)、細(xì)胞周期阻滯和細(xì)胞凋亡的增加，阻礙了對(duì)細(xì)胞分化、遷移、增殖和細(xì)胞突出形成，導(dǎo)致了中樞神系統(tǒng)在組織發(fā)生學(xué)和神經(jīng)生物化學(xué)的變化，進(jìn)而產(chǎn)生神經(jīng)行為學(xué)的異常來(lái)合理地推理和解釋。3.4 氚β 粒子輻射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的致畸閾劑量值

本專(zhuān)刊有文章另作詳盡的總結(jié)，在此不多贅述。

4 展望

周湘滟團(tuán)隊(duì)的研究在世界上是第一次在同一系列實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，從分子、細(xì)胞、器官到整體，從組織結(jié)構(gòu)、神經(jīng)生化、行為到學(xué)習(xí)記憶功能，從動(dòng)物的個(gè)體到細(xì)胞的離體培養(yǎng)，綜合評(píng)價(jià)了低劑量氚β 粒子連續(xù)照射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的危險(xiǎn)度。這些基于多水平、多層次的研究所取得的科研成果，為中國(guó)研究人員在氚β 粒子輻射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)影響的研究領(lǐng)域奠定了一座光輝的里程碑。特別是所得出的氚β 粒子的致畸閾劑量值，低于ICRP 和UNSCEAR 所推薦的基于γ 射線劑量當(dāng)量所估算的數(shù)值。這些重要的研究成果為全面系統(tǒng)地評(píng)價(jià)氚β 粒子的危險(xiǎn)度，提供了最具可信度和權(quán)威性的科學(xué)依據(jù)。這些基于多生物學(xué)終點(diǎn)指標(biāo)和多水平、多層次的研究成果，還為今后在輻射對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)影響研究中方法學(xué)的恰當(dāng)選擇，如實(shí)驗(yàn)體系的建立、生物學(xué)終點(diǎn)的選擇、照射劑量組的設(shè)定、結(jié)果分析數(shù)學(xué)模型的采用以及多因素因果關(guān)系解析的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的應(yīng)用等，提供了重要信息。

關(guān)于氚生物學(xué)效應(yīng)的研究迄今已有將近70 年的歷史。氚輻射潛在的健康危害已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者和國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)的高度重視。雖然我國(guó)學(xué)者在氚β 粒子輻射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)影響及其機(jī)制研究方面取得了累累碩果，但他們沒(méi)有滿(mǎn)足于現(xiàn)狀，仍在繼往開(kāi)來(lái)、不斷創(chuàng)新。關(guān)于氚的相關(guān)研究的最新進(jìn)展，最近張蒙等[34]和李圣日等[35]綜述了氚的環(huán)境排放、吸收劑量估算和氚生物學(xué)效應(yīng)，特別是致癌效應(yīng)、致畸效應(yīng)和致突變效應(yīng)，為更深入地研究氚輻射危險(xiǎn)度提供了新的思路。另外，在有關(guān)氚水照射對(duì)空間學(xué)習(xí)記憶能力影響機(jī)制方面，又取得了喜人的新進(jìn)展[36]。例如，就氚水β 粒子照射對(duì)初代培養(yǎng)的大鼠新生仔鼠海馬細(xì)胞遷移相關(guān)因子表達(dá)的變化，特別是骨架蛋白、腦源性神經(jīng)細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)因子及絡(luò)絲蛋白的mRNA 的表達(dá)情況做了詳盡的調(diào)查研究。氚水β 粒子輻射通過(guò)引起神經(jīng)元細(xì)胞發(fā)生DNA 雙鏈斷裂，促進(jìn)其p53 基因表達(dá)，引發(fā)細(xì)胞凋亡及超氧陰離子釋放減少，最終導(dǎo)致神經(jīng)元增殖的抑制。

雖然氚被視為低毒核素，最大容許負(fù)荷為3.7×107Bq，然而越來(lái)越多的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，氚β 粒子子宮內(nèi)照射致中樞神經(jīng)系統(tǒng)畸形的閾劑量低于γ 射線。盡管這些結(jié)果不能直接外推到人類(lèi)，但是這些結(jié)果提示我們需要重新考慮有關(guān)氚的最大容許負(fù)荷問(wèn)題。隨著生命科學(xué)以及與其相關(guān)學(xué)科的技術(shù)進(jìn)步和方法創(chuàng)新，在輻射對(duì)發(fā)育中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響及其機(jī)制的研究領(lǐng)域，學(xué)者們必將利用更精準(zhǔn)可靠的實(shí)驗(yàn)體系和客觀合理的解析方法，在多水平、多層次深入地探討和不斷完善，并將基于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)所取得的成果客觀地外推于人類(lèi)，逐步制定合理的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，使核技術(shù)在保護(hù)人類(lèi)健康的同時(shí)造福人類(lèi)。

利益沖突 所有作者聲明無(wú)利益沖突

作者貢獻(xiàn)聲明 王冰、周湘艷負(fù)責(zé)文章中實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展、初稿的撰寫(xiě)；崔鳳梅負(fù)責(zé)文章的校對(duì)和修改