电磁脉冲(Electromagnetic pulse,EMP)是脉冲式电磁波,可由核爆炸或非核条件下(如模拟发生器)产生,也可来源于自然环境中雷电或日常生活中。EMP具有场强高、脉冲短、频带宽等特点。由于电子时代的到来,电磁脉冲现已成为影响人类健康的重要物理因素之一,其生物学效应也日益为人们所关注。国内外对电磁辐射的生物学效应非常重视,每年都有大量关于电磁辐射生物效应的研究文章出现,其中有关电磁辐射对心血管系统研究资料国内外均有所报道,但EMP对心血管系统效应研究报道较少。我室研究表明EMP辐照可以对动物的神经、免疫、心血管、内分泌等系统,如血脑屏障通透性、脑电图、学习记忆能力、自由基及其代谢产物的活性等产生一定的影响;对心血管系统研究表明有心率减慢、血压双相性改变、心肌肌浆网扩张、闰盘间隙异常等。本实验选用SD大鼠为研究对象,以心肌闰盘为重点,深入地研究EMP辐照对心肌闰盘连接的影响及其量效关系和规律,并探讨可能作用机制。目的:研究EMP辐照对大鼠心肌闰盘连接形态和功能的影响及其分子机制,从而揭示EMP损伤规律,为制定EMP的卫生标准以及在医学上的应用提供理论和实验依据。方法:应用EMP模拟发生器,辐照参数为脉冲间隔2s、脉冲半宽340ns、场强分别为50、100、200和400 kV/m,脉冲数分别为5、50、100、200和400次,以SD大鼠和培养乳鼠心肌细胞为研究对象。于照后时间即刻、6、12、24、36和48h,用镧示踪法进行电镜观察法、电阻率、红外光谱和SLDT等检测技术,从整体、离体细胞和分子水平,从闰盘连接结构和功能等角度,深入研究了不同参数的EMP辐照对心肌闰盘连接的作用特点及其规律,并观察了白藜芦醇的防护作用。1.以场强200 kV/m,200次EMP辐照SD大鼠,辐照后12h采用硝酸镧示踪法和透射电镜法观察心肌闰盘结构的改变。2.以脉冲次数为200次不同场强EMP辐照SD大鼠,辐照后12h采用硝酸镧示踪法和透射电镜法分别观察心肌闰盘结构的改变。3.以场强为200 kV/m不同脉冲次数EMP辐照SD大鼠,辐照后12h采用硝酸镧示踪法和透射电镜法分别观察心肌闰盘结构的改变。4.以场强200 kV/m,脉冲200次EMP辐照SD大鼠,辐照后即刻、6、12、24、36和48h采用硝酸镧示踪法和透射电镜法分别观察心肌闰盘结构的改变。5.以场强200 kV/m,200次EMP辐照SD大鼠,辐照后12h采用硝酸镧示踪法和透射电镜法分别观察心肌各部位闰盘结构的改变。6.以200次场强分别为50、100、200、400 kV/m EMP辐照SD大鼠心肌细胞,辐照后检测细胞红外光谱,观察EMP辐照对心肌细胞的损伤作用。7.以场强200 kV/m,脉冲200次EMP辐照SD大鼠心肌细胞,照后即刻、6、12、24、36和48h采用电阻仪测量心肌细胞间的电阻率。8.用划痕标记染色法(SLDT),在倒置荧光显微镜下观察受EMP辐照后LY经过GJ情况及白藜芦醇和1-庚醇干预后GJ通信改变情况。结果:1.正常对照组大鼠心肌肌膜完整,肌小节清楚,肌丝排列整齐,闰盘连接结构完整,闰盘连接紧密未见镧颗粒沉积。在200 kV/m, 200次脉冲辐照下,闰盘间隙中可见线型或波浪型黑色硝酸镧颗粒沉积。2.与正常对照组相比,随着场强的增高EMP辐照组闰盘间隙逐渐增宽,场强为50 kV∕m组和100 kV∕m组心肌闰盘间隙增宽不明显,间隙中可见少量镧颗粒沉积;场强为200 kV∕m组心肌闰盘间隙增宽明显,间隙中可见大量镧颗粒沉积;场强为400kV∕m组心肌闰盘间隙增宽最明显,有向外弥散的趋势,间隙中可见成块状的镧颗粒沉积。3.在5～400次脉冲的EMP辐照后,大鼠心肌闰盘间隙增宽,在脉冲次数为5次时的心肌闰盘间隙增宽不明显,间隙中出现少量镧颗粒;脉冲次数为50次时的心肌闰盘间隙较明显,间隙中可见部分镧颗粒沉积;脉冲次数为100次、200次时的心肌闰盘间隙增宽明显,间隙中出现大量镧颗粒;但脉冲次数为400次时的心肌闰盘间隙增宽程度较200次时减小,间隙中镧颗粒也减少。4. EMP辐照后即刻和6 h心肌ID间隙增宽不明显,仅见其间隙有少量镧颗粒;照后12 h心肌ID间隙增宽最明显,ID间隙中充满着大量镧颗粒;照后24 h较照后12 h明显好转,照后48 h已基本恢复正常。5. EMP辐照后12h心脏各部位心肌ID出现不同程度的间隙增宽,右心房和右心室心肌ID间隙增宽不明显,其间隙中见少量镧颗粒沉积;室间隔组心肌ID增宽较不明显,ID间隙中仅见部分镧颗粒;左心房心肌ID间隙增宽明显,间隙中可见大量的镧颗粒沉积;左心室心肌ID间隙增宽最明显,间隙全程充满大量的镧颗粒。6. EMP辐照后,心肌细胞红外光谱各个范围吸收峰值均高于正常对照组。7. EMP辐照后在0h～36h各时间点与对照组相比心肌细胞间的电阻率均显著降低(P<0.05),在48h时接近正常并有升高的趋势。8.心肌细胞培养后具有细胞缝隙连接的通讯功能,LY荧光传递达到划痕附近第4列以外的细胞,EMP照后心肌细胞间的细胞缝隙连接通讯功能降低,荧光仅传递到第2列;白藜芦醇组心肌细胞荧光传至划痕附近第3列的细胞。结论:1.硝酸镧示踪法能够较好地反映EMP辐照引起心肌闰盘连接的改变。2.场强为50～400kV∕m范围内,脉冲次数为200次的EMP辐照可诱导心肌闰盘间隙增宽,且随场强的增大而逐渐增宽。3.场强为200kV∕m EMP照后心肌闰盘的增宽在5～200次脉冲范围内,随脉冲次数的增多而逐渐增宽,但在400次脉冲时,增宽幅度却降低,表明200次脉冲可能是心肌闰盘增宽的脉冲峰值。4. 200kV∕m ,200次脉冲的EMP辐照后0～48h期间,EMP诱导心肌ID间隙于0～24h内明显增宽,尤其是12h、24h时最为明显,以左心室肌ID间隙增宽最为明显,48h时已恢复正常。5. 200kV∕m ,200次脉冲的EMP辐照可引起心肌细胞内蛋白质酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ、脱氧核糖核酸、脂类分子构象改变,心肌细胞间的电阻率下降,心肌细胞间的GJ通透性降低;白藜芦醇对受照心肌细胞的GJ有一定的防护作用。