孕期超声辐照对仔鼠的影响

姜小凡，张凤娟，巴馨悦，韩 柳，李玲玲，孙丹丹

(吉林医药学院临床医学部，吉林 吉林 132013)

超声波是一种可在弹性介质中传播且频率高于人类听觉上限(20 kHz)的声波。超声检查在临床实践及医学研究中被大规模、高频次地使用，同时也是孕期首选的影像学检查方法。超声波所携带的能量在与生物各器官相互作用获取其声学信息的同时，也会通过热效应、声流效应、机械效应、空化效应等机制，对生物本身产生影响，即超声生物效应[1]。各组织、器官对于超声照射的敏感性不同，胚胎时期的敏感性更高且远期危害更大。本文对超声辐照对胚胎及仔鼠的影响及相关机制总结如下。

1 超声辐照对仔鼠生长发育和行为习惯的影响

1.1 生长发育

人们早期认为超声对胎儿不产生任何影响。1988年，Moore等[2]在临床回顾性研究中发现，孕期超声辐照可以导致人类胎儿出现低出生体重和生长发育迟缓的现象。此后，更多学者把目光放在超声的安全性上。Suresh等[3]发现妊娠期14～16 d的母鼠暴露于诊断剂量的超声30 min后，仔鼠体长和重量明显下降，即长时间的超声辐照可以延缓仔鼠的生长发育。

1.2 神经行为及学习记忆能力

超声辐照可以影响仔鼠的神经行为和学习记忆能力。在早、中、晚孕期单次超声(3.0 MHz,MI=1.6,TIS=1.8)照射30 min或重复辐照20 min以上，对仔鼠进行Morris水迷宫测试，结果显示其学习记忆能力下降[4]。Devi等[5]对妊娠14.5 d的孕鼠分别进行10、20、30 min的超声辐照(3.5 MHz,ISATA=40 mW/cm2)，发现3组仔鼠的表现活动和探究活动减少，学习能力降低，且随时间的延长降低程度明显升高。

1.3 超声辐照影响仔鼠生长发育及学习能力的机制

1.3.1神经细胞的损伤

王艺晓等[6]研究显示超声辐照后(1.5～5.5 MHz,MI=0.8,TIB=0.8)子代生长发育的延迟，可能与神经组织的损伤有关。刘艳等[7]在电镜下观察到孕期辐照(3～5 MHz)20 min，仔鼠的生长发育迟缓，部分神经细胞内线粒体肿胀，粗面内质网扩张，核周隙亦肿胀。

1.3.2神经递质的变化

海马区是学习记忆的关键脑区，丰富的胆碱能纤维和胆碱敏感细胞及其受体分布在海马-边缘系统。贾美群[8]发现辐照(2.2 MHz,输出功率1 W,声强0.08 W/cm2)20 min以上仔鼠的海马区乙酰胆碱酯酶含量升高，分解乙酰胆碱增多，使胆碱能神经兴奋减弱，从而导致仔鼠学习记忆能力降低。王辽菊等[9]发现中、高声强的超声辐照(3.5 MHz,声强为4 W/cm2和8 W/cm2)可以增加乙酰胆碱酶的活性，减少乙酰胆碱的含量，减弱海马区神经突触之间信息传递的活性，从而损伤仔鼠的神经系统。Suresh等[10]研究表明仔鼠海马背侧的神经元密度降低，单胺类物质分泌减少，可能是导致仔鼠学习记忆能力下降的原因。

1.3.3神经突触结构的破坏

Li等[11]发现高强度的超声辐照(3.5 MHz,ISPTA=106 mW/cm2,MI=1.4,TIB=1.0)会使海马区的受体(NR1、NR2B)表达减少，脑源性神经营养因子BDNF分泌减少，神经突触的结构破坏，从而使仔鼠的学习记忆能力降低。

2 超声辐照对仔鼠各组织器官的影响

2.1 神经组织

多项研究表明超声通过引起孕鼠胚胎和胎鼠的组织损伤，从而影响其功能，特别是神经组织。

超声辐照(4～8 MHz,TI=0.2,MI=1.0)孕晚期的母鼠10 min后，胎鼠大脑皮层的神经细胞开始出现凋亡的现象[12]。程颜苓等[13]辐照(3.5 MHz,MI=1.7,TIB=0.9)孕晚期母鼠20 min以上，胎鼠脑组织凋亡明显增多。电镜下显示胎鼠脑神经元体积缩小，胞浆内有大量空泡，细胞核呈高电子密度，染色体向核膜靠拢聚集成块状或环状。胎鼠海马区中c-fos基因呈现两次表达高峰，与神经细胞的凋亡或坏死机制是否有关尚待研究[14]。朱海燕等[15]进一步探究了凋亡率与孕期，以及凋亡的神经细胞与可复性辐照时间的关系，发现辐射后孕晚期的凋亡率高；而孕早期神经细胞代谢活性高，受损后更容易修复。

细胞凋亡是生物体内的自然现象，但过度的神经凋亡会导致神经的退行性变[16]。曹敏丽等[17]用3D超声(5.5 MHz,TIB=0.5,MI=0.9)辐照孕鼠30min后，胎鼠海马神经元细胞开始出现间隙，随照射时间的延长间隙增宽明显，超声辐照对组织的作用不断积累，最终导致神经元的损伤。

超声辐照除诱导细胞凋亡外，还会影响胎鼠大脑皮层神经细胞的迁移和血脑屏障的通透性[18-19]。另有研究表明孕早期长时间的医用超声辐照，会造成仔鼠中枢听觉传导通路的发育障碍[20]。

2.2 其他组织

孕期进行超声辐照还影响仔鼠的心肌、血液、小肠上皮、肾小管上皮、骨和软骨等其他组织的生长。

2.2.1心肌细胞和小肠上皮细胞

贾化平等[21]发现孕中期母鼠超声(3.0 MHz,MI=1.6,TIS=1.8)辐照20 min以上，胎鼠的小肠上皮细胞凋亡增多，电镜下出现凋亡的超微结构改变，但影响轻微。辐照30 min以上可导致胎鼠的心肌细胞发生凋亡，在幼仔时期消失，即中孕期长时间照射引起胎鼠心肌细胞大量的凋亡在后期可以恢复[22]。

2.2.2肾小管上皮细胞

长时间超声辐照后胎鼠肾脏重量减少[3]，肾小管上皮细胞凋亡增多，电镜检查发现细胞内染色质浓缩边集、线粒体肿胀等超微结构变化[23]。

3 超声诱导细胞凋亡的信号蛋白

孕期超声辐照会导致仔鼠不同部位的细胞发生凋亡，目前超声辐照诱导仔鼠细胞凋亡的机制并不明确。许多研究人员通过测定细胞凋亡信号通路上的蛋白发现，有些基因在长时间的超声照射下会发生异常表达，促使细胞发生凋亡[24]。

3.1 P53蛋白

超声长时间辐照(3.0 MHz,MI=1.6,TI=1.8)早孕期孕鼠，胚胎组织内的细胞核中P53蛋白表达增强[25]。赵晶等[26]发现单次或者重复超声辐照(3.0 MHz,MI=1.6,TI=1.8)晚孕期孕鼠20 min以上，凋亡的神经细胞内P53蛋白表达上调。

3.2 Bcl-2家族蛋白、胱天蛋白酶

细胞凋亡的两条信号通路分别为线粒体介导和受体介导，它们之间相互交叉，Bcl-2家族蛋白和胱天蛋白酶在其中起着关键的作用[27]。实时三维超声辐照(2.4～5.9 MHz,MI=1.0,TIS=0.2)可引起小鼠大脑神经细胞凋亡增加，促凋亡基因胱天蛋白酶-3、胱天蛋白酶-9表达的蛋白含量增加，并随时间的延长增加明显[28]。长时间的超声辐照(3.0 MHz,MI=1.6,TIS=1.8)会导致胎鼠肾脏中抑凋亡基因Bcl-2表达降低[29]。

王艺晓等[30]发现超声(1.5～5.5 MHz,MI=0.8,TIB=0.8)辐照20、30 min组海马组织中线粒体介导的促凋亡基因Bax、Cyt-c、胱天蛋白酶-9、胱天蛋白酶-3表达量出现上调，而Bcl-2表达呈下调趋势。辐照10 min组与对照组无明显的差异。说明实时三维超声长时间辐照会通过线粒体途径，激活海马区的神经细胞凋亡通路。

虽然部分研究已经证实超声辐照孕早期的胎鼠产生的损伤能在胎儿期修复，但大量研究并没有进行随访观察。超声对于各组织的影响是否能在短期自行修复以及需要多长时间，还需要进一步的研究。很多实验在超声辐照24 h内取出胎鼠，一些非即刻反应物质因没有足够长的时间发生变化，导致结果不准确。由于孕鼠子宫呈带状，超声仪器辐照胎鼠部位、范围的不同，可能对实验结果产生影响。超声引起胎鼠各组织细胞的凋亡机制，学习行为减退是否仅由于神经细胞凋亡或者胆碱能系统的紊乱引起的，还有很多问题的原因目前尚未明确。

人类的胚胎各个器官组织的细胞迁移和凋亡时间与胎鼠不同，但上述研究结果仍然提示我们，孕期进行超声相关检查或治疗时应避免高声强、长时间照射，以减少超声可能对胚胎产生的不良影响。