光照对发育期小鼠体重和学习记忆的影响

　　　　 作者：谢雯，孟凯，王兴会，刘思达，张莉

【摘要】 目的 研究不同强度光照对小鼠学习记忆和体重的影响，进一步揭示光污染对人体的危害。方法 50只20日龄小鼠随机分为200W光照组、100W光照组、60W光照组、40W光照组及对照组，每组10只。各组小鼠每日于不同光照强度持续照射8h，连续1周，通过监测体重、跳台实验和Morris水迷宫行为学实验方法，观察光污染对小鼠体重和学习记忆的影响。结果 200W组的小鼠体重增长率明显低于其他各组，其余4组之间体重增长率差异无统计学意义;光照处理各组与对照组相比，跳台实验潜伏期和错误次数以及Morris水迷宫潜伏期和穿越站台次数没有统计学差异。结论 短期高强度光照对小鼠的体重增长有抑制作用，短期光照对于小鼠的学习记忆没有影响。

【关键词】 光污染;体重;跳台实验;Morris水迷宫;学习记忆

　　ABSTRACT: Objective To study the effects of light on body weight， learning and memory of mice.Methods Fifty mice aged 20 days were randomly assigned to one of the five groups: 200W light group， 100W light group， 60W light group， 40W light group and normal control group， with 10 in each. They were exposed to different intensities of light 8 hours per day for 1 week. Then we monitored their body weight， examined the mean latency and inaccuracy number in stepdown test， and examined the mean latency using a Morris water maze to observe the effect of light pollution on the mices learning and memory.Results Compared with the other four groups， there were significant decelerations of body weight increase in 200W light group. No significant difference in body weight gain was found among the other four groups. The four lighttreatment groups had no significant differences from control group in the mean latency， inaccuracy number in stepdown test or the mean latency， or the mean crosses to the target in the Morris water maze.Conclusion Short time highintensity light can inhibit body weight increase in mice， but shorttime light has no effect on the learning and memory of mice.

　　KEY WORDS: light pollution; body weight; stepdown test; Morris water maze; learning and memory

　　现代生活已经离不开照明设备，但是越来越多的夜间灯饰在美化、点缀城市的同时，也正在成为一种新的污染源—光污染。在现代都市中，随着城市规模的不断扩大和城市的日益繁华，城市光污染也与日俱增，正在悄悄地威胁和危害着都市人的身体健康。国际上一般将光污染分成3类，即白亮污染、人工白昼和彩光污染。大量研究表明，光污染与人类近视和白内障的高发病率有关[1]。长期在光污染的环境下生活，不仅眼睛受到伤害，而且还会出现头昏心烦、情绪低落、身体乏力、食欲下降、恶心呕吐等类似神经衰弱的症状[1]。

　　本实验通过对生长期的小鼠进行不同强度的光照，观察光照对小鼠体重和学习记忆的影响，旨在为光污染的防治工作提供实验基础和依据。

　　1 材料与方法

　　1.1 实验动物及分组 SPF级健康昆明小鼠50只，20日龄，由西安交通大学医学院实验动物中心提供。小鼠在12/12h明/暗交替的环境中饲养，自由取食及饮水。动物随机分为5组：200W灯泡照射组、100W灯泡照射组、60W灯泡照射组、40W灯泡照射组及自然光对照组，每组10只，雌雄各半。

　　1.2 模拟光污染小鼠动物模型的建立 不同瓦数的白炽灯泡悬挂在距鼠笼50cm的高处，用布将小鼠笼和灯泡罩住。实验组小鼠每天8∶00时起给予条件光照，照射4h后关灯去除盖布，散热10min，继续光照4h，持续1周。对照组也至于相同实验条件，但仅接受正常自然光照。

　　1.3 实验器材 DT200小鼠跳台仪(成都泰盟科技有限公司);Morris水迷宫和Morris动物行为实验软件(成都泰盟科技有限公司);200W、100W、60W和40W白炽灯泡(飞利浦公司)。

　　1.4 检测指标

　　1.4.1 体重 实验前称量每只小鼠的体重，1周光照结束后再次称量小鼠体重，计算每只小鼠的体重增长率。

　　1.4.2 跳台实验 1周光照结束后进行跳台实验。实验室保持安静，维持实验室温度25℃。将小鼠放置于DT200小鼠跳台仪的120mm×120mm×180mm活动室内，各室底部为间距5mm的金属栅(可通电)，箱内一角装有一直径为45mm的绝缘平台(作为动物回避电击的安全台)，适应环境5min。正式实验室时，将小鼠放入活动室的金属栅上，通以0.25mA交流电流，小鼠受到电击后将寻找跳台以躲避电击，小鼠逃到安全台上，记时开始，至小鼠从安全台跳下时，停止记时，此段时间为潜伏期。同时检测小鼠5min内从安全台上跳下受到电击的次数为错误次数。

　　1.4.3 Morris水迷宫训练 跳台实验结束1d后进行Morris水迷宫训练。本实验所用Morris水迷宫是由圆形水池、平台和记录系统3部分组成。圆形水池直径100cm、高50cm，池壁上以4个等距离点将其分为4个象限。在某一象限中央放置一圆形白色站台，高34cm、直径8cm，站台位于水面下2cm。实验过程中站台位置固定不变，池中水温控制在(22±1)℃。摄像机头安装在水池正上方约1m处。小鼠运动轨迹及测试结果的显示和处理均采用成都泰盟科技有限公司开发的动物行为学软件。

　　动物的训练采取定向航行实验。5组动物均连续训练5d，每天训练4次。记录小鼠从入水至爬上站台(停留时间>3s)的时间，此为定位航行实验逃避潜伏期。每天4次训练逃避潜伏期的平均数作为当天的成绩进行统计分析。每次观察时间为60s，如果在60s内动物未能找到站台，则将其引导至站台，并在站台上停留10s，潜伏期记为60s。每两次训练间的最短时间间隔为10min。

　　1.4.4 记忆的检测 记忆的检测采用空间搜索实验。第6天撤除站台，检测小鼠在池中的游泳路线以及60s内穿越原站台所在位置的次数。

　　1.5 统计学分析 所有数据以均数±标准差

　　(±s)表示。各组间Morris水迷宫实验潜伏期的比较采用广义线性模型重复测量数据方差分析;各组间体重增长率、跳台实验潜伏期、错误次数及Morris水迷宫实验穿越站台次数的比较采用单因素方差分析(oneway ANOVA)，并进行Tukeys HSD检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

　　2 结 果

　　2.1 光照对小鼠体重变化的影响 结果显示，5组小鼠在光照前后的体重变化的差异有统计学意义[F(4，49)=6.37，P<0.001]。200W光照组与对照组和其他各组相比体重增长明显减缓，均有统计学差异(P<0.001)，而其余各组间的两两比较均无统计学差异(P>0.05，图1)。

　　2.2 光照对小鼠学习能力的影响

　　2.2.1 跳台实验 结果显示，5组小鼠跳台实验的潜伏期无统计学差异[F(4，43)=0.19，P=0.94]，各组间的两两比较均无统计学差异(P>0.05，表1)。5组小鼠跳台实验的错误次数无统计学差异[F(4，43)=0.90，P=0.47]，各组间的两两比较亦均无统计学差异(P>0.05，表1)。

　　2.2.2 Morris水迷宫实验 各组小数在训练中，随着训练时程的延长，寻找站台的潜伏期越来越短，整个曲线呈下降趋势，直至达到稳定水平(图2A)。各组小鼠定向航行实验中潜伏期的比较无统计学差异(P>0.05)。于Morris水迷宫实验开始后的第6天，检测各组小鼠的空间记忆能力，结果显示，5组小鼠穿越原站台的平均次数均无统计学差异(P=0.56，图2B)。表1 不同强度光照对小鼠跳台实验的潜伏期和5min内错误次数的影响

　　3 讨 论

　　光的本质是一种高频电磁波，是一种能量形式，具有电磁波的特性。电磁辐射危害生物体的机理主要是热效应、非热效应和积累效应等。热效应是指一定频率和功率的电磁波照射在生物体上时，引起局部温度升高。当上升温度超过机体的调温能力时，受照射组织内吸收的能量远大于机体散热，使组织或机体的温度升高，最终导致组织破坏和细胞死亡。非热效应是指人体的器官和组织都存在微弱的电磁场。它们是稳定和有序的，一旦受到外界电磁波的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场即将遭到破坏，人体正常循环机能会遭受破坏。累积效应是指热效应和非热效应作用于人体后，对人体的伤害尚未来得及自我修复之前再次受到电磁波辐射，其伤害程度就会发生累积，久之会成为永久性病态或危及生命。

　　热效应对人类危害的研究发现，妊娠期温度升高2℃超过24h就可以导致胎儿某些部位一定程度的畸形，如神经管和颅面缺陷。LI等[2]提出，孕妇用热水洗澡可能和流产的发生相关。

　　生物体在电磁脉冲作用下，可产生跨膜电压。跨膜电压的大小、持续时间及产生方式会直接影响细胞的各种生物学特性。磁场可影响神经细胞的静息电位和动作电位，使动作电位的频率增加，磁场还可使细胞对Ca2+的摄取减少[34]。50Hz磁场可引起小鼠完成八臂放射迷宫任务的能力降低，但其变化是短暂的和可恢复的[5]。暴露于60Hz磁场引起大鼠在完成水迷宫任务时游泳速度降低和记忆能力损伤，以及在十二臂放射迷宫测试中的空间记忆缺失。其机制可能与胆碱能系统有关;60Hz磁场暴露可引起大鼠额叶皮层和海马对胆碱的摄取减少，胆碱能神经元的功能降低，且发现该作用被中枢神经系统的内源性阿片所介导，并与暴露时间长短和磁场强度均相关[67]。磁场对记忆功能具有抑制和兴奋两方面的影响，其抑制记忆能力的作用与相对长时间暴露于磁场中有关，并和磁场强度有关。对于长期接触电磁波辐射的群体，即使功率很小、频率很低，也会诱发意想不到的病变。COS[8]最近的研究表明，夜间暴露于光污染中将使得乳腺癌的发病率增加。

　　本研究结果表明，200W光照组小鼠的体重增长率明显低于其他各组，而其他强度光照组与对照组相比均无统计学差异，说明200W光照对小鼠的生长发育有抑制性影响。功率较大的光污染影响生长发育，有可能是通过热效应、非热效应或两者的累积效应。本研究的跳台实验和Morris水迷宫实验结果显示，各组之间的潜伏期、错误次数和穿越站台次数没有统计学差异，故为期1周的光照处理对小鼠的学习记忆没有影响。这可能是由于光照周期短、光照强度过弱的原因。生长发育期的体重变化，是生长发育一个很好的指标。生长发育的程度对学习记忆也有一定影响，但本研究中，200W光照组体重增长明显小于其他各组，但学习记忆能力与其他各组无异。表明这种处理对生长发育造成影响，但还没有严重到影响学习记忆能力的程度。而有关光污染影响生长发育的机制和高强度、长时间光污染是否对学习记忆有影响，有待进一步研究。

参考文献

　[1]刘旭东. 光污染的危害及防治措施 [J]. 中国环境管理干部学院学报， 2006， 16(4):6062.

　　[2]LI DK， JANEVIC T， ODOULI R， et al. Hot tub use during pregnancy and the risk of miscarriage [J]. Am J Epidemiol， 2003， 158(10):931937.

　　[3]AYRAPETYAN SN， GRIGORIAN KV， AVANESIAN AS， et al. Magnetic fields alter electrical properties of solutions and their physiological effects [J]. Bioelectromagnetics， 1994， 15(2):133142.

　　[4]SONNIER H， KOLOMYTKIN OV， MARINO AA. Resting potential of excitable neuroblastoma cells in weak magnetic fields [J]. Cell Mol Life Sci， 2000， 57(3):514520.

　　[5]SIENKIEWICZ ZJ， HAYLOCK RG， BARTRUM R， et al. 50Hz magnetic field effects on the performance of a spatial learning task by mice [J]. Bioelectromagnetics， 1998， 19(8):486493.

　　[6]LAI H， CARINO MA， USHIJIMA I. Acute exposure to a 60 Hz magnetic field affects rats watermaze performance [J]. Bioelectromagnetics， 1998， 19(2):117122.

　　[7]LAI H. Spatial learning deficit in the rat after exposure to a 60 Hz magnetic field [J]. Bioelectromagnetics， 1996， 17(6):494496.

　　[8]COS S， MEDIAVILLA D， MARTINEZCAMPA C， et al. Exposure to lightatnight increases the growth of DMBAinduced mammary adenocarcinomas in rats [J]. Cancer Lett， 2006， 235(2):266271.