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伴随现代科学技术与社会经济的发展,大量的电子、电力设备应运而生,人们在充分享受其方便的同时,也面临着这些设备所产生的电磁场对人体健康影响的问题。特别是电压越来越高的超高压输电线、输变电设备以及大量的电器设备产生的工频磁场对人体的影响,其作用机理尚不明确。在人体的各个器官与组织中,神经系统与血液系统受磁场的影响最明显,而神经系统在机体内起主导与调节作用,因此,非常有必要研究电磁场对生物体神经系统的生物学效应。
本文从细胞水平上研究了低强度的工频磁场对小鼠大脑皮层神经元离子通道电生理特性的影响。实验首先采用强度为1 mT、频率为50 Hz的工频磁场对大脑皮层神经元进行照射,然后采用全细胞记录模式的电压钳膜片钳技术记录其钠、钾离子通道特性的变化。通过分析照射前后离子通道特性的变化,得到以下结论:经过1 mT的工频磁场照射后的大脑皮层神经元离子通道特性发生了变化,主要包括神经元离子通道的电流、激活和失活过程等变化;工频磁场对钠离子通道、瞬时外向钾离子通道以及延迟整流钾离子通道的影响具有时间依赖性和电压依赖性。经过1mT的工频磁场照射(照射时间为15分钟和30分钟)后神经元钠离子通道电流较对照组分别增大14.78%和20.81%,同时照射后的神经元钠离子通道激活与失活过程较对照组均有所提前,从而影响到细胞的去极化过程与动作电位的传递;而照射后的神经元钾离子通道电流较对照组明显减小,减小比例从33.80%到61.42%不等,同时照射后的神经元钾离子通道激活过程较对照组有所滞后,失活过程有所提前,从而影响到动作电位的产生与传递过程。钠、钾离子通道特性的变化,最终导致大脑皮层神经元的生理功能发生变化,甚至影响生物体的其他组织的生理功能。
本文应用膜片钳技术从离子通道角度上研究工频磁场对大脑皮层神经元的影响,相比采用统计学方法,消除了因个体差异、环境变化等因素造成的误差,使结论更具说服力,为进一步研究电磁场的生物学效应提供了一种新的方法。