常规放射检查对人类精子影响的初步研究

盛慧强赵佳骏洪 艳*

（1．浙江省计划生育科学技术研究所，浙江杭州 310012；2．浙江省医学科学院，浙江杭州 310013）

常规放射检查对人类精子影响的初步研究

盛慧强1赵佳骏2洪 艳2*

（1．浙江省计划生育科学技术研究所，浙江杭州 310012；2．浙江省医学科学院，浙江杭州 310013）

目的初步探讨男性受到低剂量电离辐射后的生殖安全性。方法将21份新鲜精液标本每份精液分成3组（对照组、1mGy组、50mGy组），1mGy组、50mGy组的精液样本分别接受1mGy（相当于普通X线片的剂量）和50mGy（相当于CT检查的剂量）的X线照射。照射后分别对3组精液样本的精子活力、精子存活率、精子运动特征及精子DNA完整性等指标进行检测和比较。结果各组间精子活力、精子存活率、精子运动特征参数、精子DNA完整性经配对t检验比较不同组别指标间的差异没有统计学意义（均P＞0.05）。结论常规放射学检查对男性成熟的精子是相对安全的，但对男性生精功能、精子的受精功能以及子代的安全性还需进一步深入研究。

电离辐射；精子；DNA损伤

随着不孕不育症发病率的增长，电离辐射对人类生殖功能的影响也成为近年研究热点之一。大多数的研究结果显示，电离辐射会导致男性生殖系统的损伤，主要表现在睾丸组织结构与功能、精子浓度、精子活力、精子形态、精子运动特征、精子染色体畸变以及DNA损伤等多个方面［1－5］。然而，这些结果大多基于对放疗患者或是实验动物的大剂量电离辐射研究，对于低剂量电离辐射（LDR）对人体的生物学效应仍不明确，尚未发现LDR对人类精子影响的报道。本研究通过观察常规放射检查剂量对人类新鲜精液的精子活力、精子存活率、精子运动特征及精子DNA完整性等指标的影响，初步探讨男性受到低剂量X射线照射后的生殖安全性。

1 材料与方法

1.1 标本来源 选择2013年1～12月至浙江省人类精子库进行首次精液筛查的供精志愿者，共21例，年龄22～25岁，平均（23.8±1.6）岁，全部为在校学生，未婚。所有研究对象外生殖器检查均无异常，双侧睾丸体积均≥12mL，均签署知情同意书，愿意将其标本用于本次研究。

1.2 采集与分组 所有研究对象均通过手淫法采集精液于一次性无菌容器内，置37℃恒温培养箱液化。液化完全后将每份标本分装成3份，接受不同剂量的X线照射，其中2份样本分别接受1mGy和50mGy的X线照射，另1份样本不接受照射，作为阴性对照。

1.3 方法 目前常用的医疗X线检查大致可分为普通X线平片和CT检查，检查时的照射剂量随检查部位与受检者不同波动较大。除了对睾丸部位的直接照射外，对其他部位进行X线检查时，睾丸精子接受的是散射线辐射，其剂量远远低于实际照射剂量。在研究中使用接受该检查可能受到的剂量高值，分别以1mGy和50mGy代表普通X线平片和CT的照射剂量。使用500mA医用X线机在放射剂量仪监测下进行多点曝光试验，分别在照射距离1m、管电压100kV、管电流100mA、曝光时间0.2秒以及照射距离0.5m、管电压100kV、管电流300mA、曝光时间0.8秒的条件下获得1mGy和50mGy的照射剂量。

1.4 精液的检查 根据《世界卫生组织人类精液检查与处理实验室手册》第五版介绍的方法，在相差显微镜下检测精子活力；使用伊红－苯胺黑染色法检测精子存活率；使用美国Hamilton公司生产的计算机辅助精子分析仪（CASA）进行精子运动特征参数分析；精子DNA完整性检测使用基于吖啶橙染色的精子核完整性染色试剂盒，通过流式细胞仪进行检测。

1.5 统计学处理 所有数据以（¯x±s）表示，采用t检验。利用SPSS 16.0统计软件包进行分析。

2 结 果

2.1 精子活力和存活率 经照射处理后对精子的各项指标进行检测，检测过程随机选择3管样本的检测顺序，以排除检查时间对精子指标的影响。各组间的精子活力与存活率没有统计学差异（P＞0.05），详见表1。

2.2 精子运动特征 表示精子运动特征的参数有：VAP（平均路径速率）、VCL（曲线速率）、VSL（直线速率）、ALH（精子头侧摆幅度）、LIN（直线性）、STR（前向性）、BCF（鞭打频率）等，本研究中三组精子运动特征两两比较差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表1不同照射剂量下精子活力和存活率的比较

表2 不同照射剂量下精子运动特征参数的比较（±s）

表2 不同照射剂量下精子运动特征参数的比较（±s）

组 别nVAP（μm／s）VCL（μm／s）VSL（μm／s）ALH（μm）LIN（%）STR（%）BCF（Hz）对照组2146.01±9.1966.80±13.5136.71±8.033.52±1.0456.81±4.9779.81±3.8319.12±3.00 1mGy组2147.33±7.5468.18±11.8137.73±6.673.48±0.5556.71±5.7179.33±5.4718.61±2.49 50mGy组2146.31±8.0367.31±12.9737.21±7.013.37±0.6056.91±5.6679.52±4.9519.34±2.69

2.3 精子DNA完整性 精子的DNA完整性主要参数有DNA碎片指数（DFI）和精子高DNA可染性（HDS），基于流式细胞术的精子染色质结构分析（SCSA）被认为是检测精子DNA完整性的金标准。本研究中，使用SCSA检测的三组精致DNA完整性比较差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表3 不同照射剂量下精子DNA 完整性的比较

3 讨 论

联合国原子辐射效应科学委员会（UNSCEAR）指出LDR是指剂量在0.2Gy以内的低线性能量传输（LET）辐射或剂量在0.05Gy以内、剂量率在0.05mGy／min以内的辐射。在医疗照射中，除了用于治疗肿瘤的放射疗法以外，一般出于诊断目的的放射学检查（如透视、平片、CT等）剂量均属于LDR的范畴。然而前期大部分的研究都聚焦于大剂量电离辐射对人体的影响，LDR对人体的影响目前仍无定论。深入研究LDR对人类的生物学效应对于现行的辐射防护法规和标准是否合理、有无必要增加或减少辐射防护条件、如何正确对待日常生活中所受到的电离辐射等一系列问题都至关重要。在人类的生殖领域，LDR生物学效应的研究显得尤为重要。

在大剂量电离辐射对精子的影响研究中，睾丸组织结构与功能、精子浓度、精子活力、精子形态、精子运动特征、精子染色体以及DNA等发生改变已有报道［1－5］，在低剂量条件下是否同样存在这些指标的改变仍有待于更多研究。本研究对象为人类离体的新鲜精液标本，一般情况下可以代表已经分化发育成熟的精子，所以在活体照射下可能发生的睾丸组织损伤、精子浓度以及形态的改变，在离体标本中不能观察到，因此，结合文献报道以及辐射损伤的机制，作者遴选了精子活力、精子存活率、精子运动特征以及精子DNA完整性作为本研究观察的指标。

精子活力是描述精子运动能力的参数，尤其是前向运动精子（PR）是精液质量很重要的指标，与临床妊娠率相关［6］；通过计算机辅助精子分析（CASA）得到的精子运动特征参数也是描述精子运动能力的一个指标，其结果具有高度的精确性并能提供精子动力学参数的量化数据，与体内、体外受精率及受孕所需时间显著相关［7］。精子的运动受多种因素影响，精子尾部结构异常、精液的黏稠度、pH值、渗透压、温度、精浆中的无机离子、病原微生物、细胞因子、抗精子抗体、与运动相关的蛋白酶以及其他理化因素都可能影响精子的运动能力。电离辐射产生的自由基可通过对精子细胞膜过氧化损害及改变细胞膜的流动性使精子活动能力丧失，也可使精子线粒体内外膜上的不饱和脂肪酸发生脂质过氧化反应，导致膜的脂层排列松散，内膜嵴减少，ATP合成减少，进而影响精子的运动能力［8］。本研究结果显示，在1mGy和50mGy的X线照射下，精子的活力与对照组相比均没有发生明显的下降，各组的运动特征参数也没有发生明显的变化，这可能是照射的剂量尚不足以引起上述机制所致的改变。有研究显示，小鼠在接受0.5 Gy以上剂量的电离辐射后，与精子活力相关的蛋白如热休克蛋白－2（HSP70－2），磷脂酶C（PLC），谷胱甘肽过氧化酶（GPX4），β－微蛋白（β－tubulin）及甘油醛－3－磷酸脱氢酶（GAPDHS）等差异表达［9］。在离体标本中可能观察不到这种现象，因为各级生精细胞合成蛋白质的程度不尽相同，到晚期精子细胞阶段已几乎没有蛋白质合成。

精子存活率是指活精子占所有精子数的比例，可以通过伊红－苯胺黑染色法或低渗膨胀试验检测精子膜的完整性来评价，本研究使用伊红－苯胺黑染色法，具有背景清晰、易于辨别及玻片长期保存的优点。电离辐射可以直接损伤精子细胞导致精子死亡，也可诱导生精细胞的凋亡［10］，这些死亡的精子的膜完整性将受到破坏，从而改变精子存活率检测的结果。本研究结果提示，实验剂量的X线照射对离体成熟精子的膜完整性没有显著影响。

精子DNA是遗传信息的载体，其完整性对种族的繁衍具有重要意义，如果男性精液含有高百分比的精子DNA碎片，意味着自然繁殖潜力低下［11］。有研究表明在辅助生殖技术中，精子DNA的损伤程度与临床妊娠率呈负相关［12－13］，并且与妊娠后的自然流产有关［14］，还可以影响受精卵的分裂以及胚胎的发育［15］；有学者在一项基于动物性实验的研究中，认为DNA损伤可能对子代产生长期影响，如异常增长、过早衰老、异常行为、间质肿瘤等［16］。精子DNA的损伤与多种因素相关，如老龄化、吸烟、空气污染、禁欲时间延长、睾丸异常变暖及其他多种理化因素等［17］。电离辐射引起主要生物学效应的细胞内靶目标为DNA，能够引起各种DNA损伤，包括DNA－蛋白质交联、DNA－DNA交联、碱基损伤和单链断裂与双链断裂等［18］，其中核DNA双链断裂被认为是电离辐射引起细胞程序性死亡的最主要原因，由此可见在评估电离辐射对生殖健康的影响中，精子DNA完整性的检测具有非常重要的意义。基于流式细胞术的精子染色质结构分析（SCSA）被认为是检测精子DNA完整性的金标准，可以得出DNA碎片指数（DFI）和精子高DNA可染性（HDS）两个指标，本研究中，各组精子的DFI与HDS两指标比较差异无统计学意义。

综上所述，在不超过50mGy的低剂量X线照射条件下未发生损伤效应，可以认为常规的放射学检查（X线平片、CT等）对男性离体成熟的精子是相对安全的。对这个“安全”的理解可以分为两个方面：一方面是仅仅针对成熟精子而言，从生精细胞的发育、增殖、减数分裂、变态到成熟包含了很多复杂的生理过程，每个过程都有其独有的特点和复杂性，而且各个阶段对电离辐射的敏感性不同，不能一概而论；另一方面是相对的安全，受限于研究对象和研究条件，作者只研究了低剂量X射线对人类新鲜精液的精子活力、精子存活率、精子运动特征参数以及精子DNA完整性的影响，尚未涉及睾丸的生精功能、精子的受精功能及子代的出生缺陷以及癌症风险等方面。所以，要想评估LDR对人类的生殖安全性，仍需进行大量系统深入的研究。

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*为通讯作者，Email：hongy1008＠163.com