紅、藍單色LED光源對小鼠學習記憶能力的影響

張曉梅, 姚亮, 常曉丹

(1. 河北省保定市第二中心醫院凌云分院 兒科, 河北 保定, 072761;2. 河北省保定市婦幼保健院 普兒科, 河北 保定, 071000;3. 河北省保定市第二中心醫院 新生兒科, 河北 保定, 072750)

紅、藍單色LED光源對小鼠學習記憶能力的影響

張曉梅1, 姚亮2, 常曉丹3

(1. 河北省保定市第二中心醫院凌云分院 兒科, 河北 保定, 072761;2. 河北省保定市婦幼保健院 普兒科, 河北 保定, 071000;3. 河北省保定市第二中心醫院 新生兒科, 河北 保定, 072750)

目的 探討紅、藍單色LED光源對小鼠學習記憶能力的影響。方法 將50只小鼠分成5組，每組10只，分別為空白對照組、紅光照射5 min組、紅光照射10 min組、藍光照射5 min組、藍光照射10 min組。對照組不照射，其他4組則每日照射2次。9周后進行跳臺試驗來評價其學習和記憶能力。檢測小鼠腦組織，觀察一氧化氮(NO)、一氧化氮合酶(NOS)、乙酰膽堿酯酶(AchE)變化。結果 5 min錯誤次數中以空白對照組最高，空白對照組和其他4組比較，差異均有統計學意義(P<0.01)。3 min錯誤次數中以空白對照組最高，空白對照組和其他4組比較，差異均有統計學意義(P<0.01)。空白對照組NO、NOS水平均顯著低于藍光組和紅光組，而AchE則顯著高于藍光組和紅光組(P<0.05)。結論 藍、紅光均能提高小鼠記憶學習能力，但紅光照射5 min對小鼠學習能力提高更顯著。

藍光; 紅光; LED光源; 小鼠; 學習記憶能力

研究[1]證實，紅光能產生酶促反應，促使線粒體過氧化氫酶、超氧化物歧化酶等活性提高，促使細胞新陳代謝增快，且有白細胞吞噬作用。藍光則能抑制體內松果體褪黑素分泌，能改善視覺，降低體內膽紅素。兩種光源均是臨床上兒科常見的物理治療方法。本研究探討不同單色LED光源對小鼠學習記憶能力的影響，現報告如下。

1 材料與方法

1.1 動物

將50只小鼠分成5組，每組10只，分別為空白對照組、紅光照射5 min組、紅光照射10 min組、藍光照射5 min組、藍光照射10 min組。均為雄性，平均體質量為(150±20)g, 由山東濱州醫學院實驗動物中心提供，合格證編號為SDBZ(滬)2012-0123, 均正常飲食，均在24℃下喂養，光照和黑暗交替進行飼養，飼養2 d以適應試驗環境。

1.2 藥品和試劑

LED均由佛山水之影科技有限公司提供，一氧化氮(NO)、一氧化氮合酶(NOS)、乙酰膽堿酯酶(AchE)等試劑盒均購自南京建設生物科技有限公司提供，批號為20100406、20120408、20120104。

1.3 主要儀器

紫外分光光度計、生理壓力傳感器、DT-2000跳臺試驗儀(由四川泰神科技有限公司提供)。

1.4 模型制備

觀察每組小鼠形態有無異常，每日觀察小鼠活動、飲食、哺乳等情況。空白對照組僅正常喂養，紅光照射5 min組、紅光照射10 min組、藍光照射5 min組、藍光照射10 min組均照射相對應LED光源，并持續每組對應時間。9周后進行跳臺試驗，觀察在學習和記憶能力變化情況。跳臺試驗過程為將小鼠放入跳臺儀中適應3 min, 跳臺儀通電，電壓為30 mV, 小鼠受電刺激后其正常是跳上安全島避免傷害，訓練5 min。記錄每組小鼠5 min內跳臺受電擊次數，即5 min錯誤刺激，以此作為學習成績。24 h后重復跳臺試驗，記錄3 min錯誤次數，作為記憶成績。

末次試驗后將小鼠脫臼處死，取腦，用生理鹽水沖洗腦中殘血，拭干，秤取腦組織，剪碎后置于超聲波中勻漿液匯總，加入9倍預冷生理鹽水溶液中，取10%水相組織勻漿待檢。用硝酸還原酶法檢測NO濃度，用比色法檢測NOS濃度，用比色法檢測AchE濃度，操作均按照試驗盒說明書進行。

1.5 統計學處理

應用SPSS15.0統計軟件進行統計學處理。計量資料結果采用均數±標準差表示，兩組樣本對應數據采用獨立樣本t檢驗，計數資料采用χ2檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 各組小鼠跳臺試驗學習能力比較

5 min錯誤次數中以空白對照組最高，其次為藍光5 min、10 min組，紅光組5 min、10 min最低。空白對照組和其他4組比較，差異有統計學意義(P<0.01)。藍光5 min組較紅光5 min組的5 min錯誤次數高，差異有統計學意義(P<0.05); 藍光照射10 min組較紅光5 min組的5 min錯誤次數高，差異有統計學意義(P<0.05); 紅光照射5 min組較紅光照射10 min組的5 min錯誤次數低，差異有統計學意義(P<0.05), 見表1。

表1 各組小鼠跳臺試驗學習能力比較

與空白對照組比較, **P<0.01;

與紅光照射5 min組比較, #P<0.05。

2.2 各組小鼠跳臺試驗記憶能力比較

3 min錯誤次數中以空白對照組最高，藍光組和紅光組相近。空白對照組和其他4組比較，差異有統計學意義(P<0.01)，見表2。

表2 各組小鼠跳臺試驗記憶能力比較

與空白對照組比較, **P<0.01。

2.3 各組小鼠在NO、NOS、AchE指標比較

空白對照組NO、NOS水平均顯著低于藍光組和紅光組，而AchE則顯著高于藍光組和紅光組(P<0.05); 藍光5 min組、紅光5 min組較藍光10 min組、紅光10 min組NO、NOS低，AchE高，但差異無統計學意義(P>0.05), 見表3。

表3 各組小鼠在NO、NOS、AchE指標比較

與空白對照組比較, *P<0.05。

3 討 論

光照療法是臨床上常用的一種物理治療手段，通過發光裝置產生不同波長和強度的光線，從而發揮刺激自主神經，調節血液循環和內分泌，調控生理周期等作用，且該方法操作簡單，不良反應低[2]。LED作為目前應用最廣泛的固體冷光源，具有耗能小，熱輻射低，無污染、安全性高，范圍廣等優勢，且能根據需要改變波長和強度。

應用不同單色LED光源照射小鼠后在學習記憶能力上均有不同程度改變，其中在學習能力上紅光顯著，而在記憶能力上則藍光和紅光相近，紅光照射5 min略有優勢。分析原因為紅光能提高線粒體活性，促進細胞新陳代謝，提高機體免疫力，有助于組織修復，且能增加紅細胞數目，能提高機體耐力和抗疲勞能力[3]。結合相關報道[4-7], 有學習記憶能力改變，其作用機制可能和以下方面有關：①光照后有促進神經回路作用，加速大腦發育過程，特別是海馬內神經細胞發育，能影響AchE、ChAT等活性，從而提高學習記憶能力; ②LED紅光能促進神經膠質元纖維酸性蛋白分泌，能加快神經細胞增殖、分化和遷移; ③光吸收后能產生高效率的光化學生物反應即酶促反應，能被線粒體吸收，促進多種酶活性，增加糖原和蛋白質合成，促進細胞新陳代謝，提高腦細胞增殖作用，故能改善學習和記憶能力; ④藍光能通過改變膽紅素在體內代謝途徑，降低體內未結合膽紅素濃度，能保證腦組織正常發育，能提高和未結合膽紅素吸收光線后通過氧化異構化產生膽綠色，經膽汁和尿液排出。

NO是一個高度化學活性氣體分子，中樞神經系統中NO能調節血流量，參與學習記憶。AchE是進行和維持高級神經系統功能重要介質，是促進學習記憶遞質。研究[8-13]稱，中樞膽堿能遞質系統和學習記憶關系密切, NOS是一氧化氮合成的限速酶，是參與調節NO生成重要環節。結果顯示，藍光和紅光照射后能促進NO、NOS水平提高，降低AchE活性，故在促進小鼠學習記憶上有明顯作用。

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Effects of red and blue monochromatic LED light sources on learning and memory ability of mice

ZHANG Xiaomei1, YAO Liang2, CHANG Xiaodan3

(1.DepartmentofPediatrics,LingyunBranchofBaodingSecondCentralHospital,Baoding,Hebei, 072761; 2.DepartmentofGeneralPediatrics,BaodingMaternalandChildHealthCareHospital,Baoding,Hebei, 071000; 3.DepartmentofNeonatology,BaodingSecondCentralHospital,Baoding,Hebei, 072750)

Objective To explore the effects of red and blue monochromatic LED light sources on the learning and memory ability of mice. Methods Fifty mice were divided into blank control group, red light irradiation for 5 min group, red light irradiation for 10 min group, blue light irradiation for 5 min group, Blue light irradiation for 10 min group, 10 mice in each group. The control group was not irradiated, and the other four groups were irradiated 2 times per day. After 9 weeks, jump table test was used to evaluate the learning and memory ability of mice. Nitric oxide (NO), nitric oxide synthase (NOS) and acetylcholinesterase (AchE) changes were observed in brain tissue of mice. Results In the test for mistakes within 5 min, the blank control group was the highest, and there were significant differences between the blank control group and the other four groups (P<0.01). In the test for mistakes within 3 min, the blank control group was the highest, and there were significant differences between the blank control group and the other four groups (P<0.01). In the blank control group, the NO and NOS levels were significantly lower than those in the red light group and blue light group, and the AchE was significantly higher than the red light group and blue light group (P<0.01). Conclusion Both blue and red light can improve the learning and memory ability of mice, but red light irradiation for 5 minutes is more effective in improving the learning ability of mice.

blue light; red light; LED light source; mice; learning and memory ability

2016-11-05

河北省保定市衛生局課題項目(14ZF076)

R 454.2

A

1672-2353(2017)01-028-03

10.7619/jcmp.201701008