137Cs-γ輻照對實驗紅鯽的組織病理學影響*

陶宏婷 廖小立 彭贊平 李登科 陳科潔 吳端生

(1.永州職業技術學院，永州 425100)(2. 湖南交通工程學院，衡陽 421001)(3. 岳陽市婦幼保健院，岳陽 414000)(4.南華大學衡陽醫學院，衡陽 421001)(5.南華大學實驗動物學部，衡陽 421001)

隨著核技術與核工業的發展，環境存在的核輻射風險也越來越加大，并受到人們的普遍關注，研究核輻射生物學效應有助于核輻射污染監測與防護[1-2]。核輻射中，137Cs(銫-137)發出的γ射線是一種主要的放射源，但是目前有關γ射線引起水生生物的生物學效應，特別是組織病理學數據卻非常有限。

實驗紅鯽是我國近年培育的本土實驗魚類，在魚類遺傳育種、基礎生物學、毒理學、安全性評價等方面有著重要的應用價值[3-4]。為推廣實驗紅鯽的應用，因此開展137Cs-γ輻照對實驗紅鯽的毒性效應的系列研究，本研究主要報道關于137Cs-γ輻照對實驗紅鯽的組織病理學的影響。

1 材料和方法

1.1 實驗動物

實驗紅鯽C1HD系，60尾，2年齡，平均體長116.2 mm，平均體質量35.3 g，由南華大學實驗動物學部培育并提供。

1.2 實驗材料

主要試劑：中性甲醛(10%)、梯度乙醇(60%、70%、80%、90%、100%)和二甲苯和鹽酸(1%)購自天津金玻化實驗設備銷售有限公司；石蠟和中性樹膠購自于上海懿洋儀器有限公司；蘇木素-伊紅(HE)購自福建飛凈生物科技有限公司。

主要儀器：HXFS-IA生物輻照儀購自中國核動力研究設計院；組織包埋機(BMJ-3)、輪轉切片機和全自動脫水機(TSJ-O)購自常州市中威電子儀器廠。光學顯微鏡(CX41)購自OLYMPUS。

1.3 137Cs-γ輻照

實驗分為1個正常組(Ⅰ組)，即不施加137Cs-γ輻照；4個不同劑量的輻照組(Ⅱ～Ⅴ組)，即按照前期實驗得到的137Cs-γ輻照實驗紅鯽的30 d半數致死濃度(LD50)設置不同劑量：Ⅱ組為1/16 LD50(1.94 Gy)；Ⅲ組為：1/8 LD50(3.88 Gy)；Ⅳ組為：1/4 LD50(7.76 Gy)；Ⅴ組為：1/2 LD50(15.53 Gy)。每組實驗魚12尾，137Cs-γ輻照后立即投放于事先準備好的水族箱，按常規方法飼養14 d后解剖取材。

用HXFS-IA生物輻照儀進行137Cs-γ一次性輻照，劑量率為47.79 cGy/min。具體操作是：將實驗紅鯽放置在輻射室內的金屬載物筒內，魚體距離輻射源頭150 mm，魚體照射面積約5 000 mm2。開啟輻照儀，金屬載物筒則自動旋轉，調節輻照時間，使輻照劑量達到設定值。

1.4 石蠟切片與鏡檢

以間氨基苯甲酸乙酯甲磺酸鹽(MS-222)麻醉方法處死實驗紅鯽，立即取出心臟、肝臟、腎臟、脾臟等組織，Bouin液固定，按常規方法進行石蠟切片，HE染色，光鏡下觀察及照相。

2 結果

2.1 心臟組織病理學變化

經137Cs-γ輻照14 d后，與正常心臟組織(圖1Ⅰ)相比，Ⅱ組的心肌纖維排列伴有輕度紊亂，心肌纖維結構也不是十分完整(圖1Ⅱ)；隨著輻射劑量的加大，心臟組織損傷也加重，如心肌纖維排列更加散亂，紊亂程度更加嚴重(圖1Ⅲ～圖1Ⅴ)。

圖1 不同劑量的137Cs-γ輻照后的實驗紅鯽心臟組織(石蠟切片，×400)Fig.1 Heart tissues of laboratory red carps after irradiation with different doses of 137Cs-γ (Paraffin section,×400)

2.2 肝臟組織病理學變化

經137Cs-γ輻照14 d后，相對正常的肝組織(圖2Ⅰ)而言，Ⅱ組的肝細胞依然緊密地排列在一起，但是有部分細胞出現細胞水腫(圖2Ⅱ)；Ⅲ組出現大量的細胞核固縮(圖2Ⅲ)；Ⅳ組，肝細胞出現中度水腫(圖2Ⅳ)；Ⅴ組，肝細胞水腫更加明顯，同時有一些肝細胞壞死及細胞核溶解(圖2Ⅴ)。

圖2 不同劑量的137Cs-γ輻照后的實驗紅鯽肝臟組織(石蠟切片,×400)Fig.2 Liver tissues of with different doses of 137Cs-γ (Paraffin section,×400)

2.3 脾臟組織病理學變化

經137Cs-γ 輻照14 d后，相對正常組織而言，Ⅱ組脾臟組織中淋巴細胞減少，網狀細胞和纖維組織增生(圖3Ⅱ)；隨著輻照劑量的增加，在其他輻照組中，淋巴細胞進一步減少，網狀細胞和纖維組織進一步增多(圖3Ⅲ～圖3Ⅴ)。

圖3 不同劑量的137Cs-γ輻照后的實驗紅鯽脾臟組織(石蠟切片，×400)Fig.3 Spleen tissues of laboratory red carps after irradiation with different doses of 137Cs-γ (Paraffin section,×400)

2.4 腎臟組織病理學變化

經137Cs-γ輻照14 d后，較正常腎臟組織，Ⅱ組實驗紅鯽腎小管中的上皮細胞水腫，體積增大，管腔變小(圖4Ⅱ)；隨著核輻照劑量的加大，在其他輻照組中，腎小管逐漸出現透明管型和細胞管型，繼而出現細胞壞死(圖4Ⅲ～圖4Ⅴ)。

圖4 不同劑量的137Cs-γ輻照后的實驗紅鯽腎臟組織(石蠟切片，×400)Fig.4 Kidney tissues of laboratory red carps after irradiation with different doses of 137Cs-γ (Paraffin section,×400)

3 討論

137Cs釋放出的γ射線穿透力很強，對生物有機體可造成不同程度的傷害[2]。關于γ射線的生物學效應，過去常用陸生動物為實驗動物，結果表明，輻射破壞細胞核DNA，可造成累及全身各組織臟器的綜合性損傷[5-9]。對于γ射線引起水生生物組織器官損傷的研究，可檢索到的文獻很少。僅就檢索到的文獻資料來看，如同陸生動物一樣，一定劑量的γ射線能引起水生生物器官組織出現不同程度的病理學改變[10-17]。例如：Chilmonczyk等[10]研究表明，用劑量范圍為10～50 Gy的60Co-γ射線照射虹鱒，可損傷虹鱒的淋巴器官；雷繼曉[11]以30 Gy的60Co-γ射線照射斑馬魚后，觀察胃腸道、肝臟和腎臟的組織學變化，結果發現，斑馬魚的部分肝細胞出現腫脹，可見少量炎性細胞浸潤，細胞質內出現小泡性脂滴，嚴重時表現為細胞核固縮，細胞破裂和溶解，細胞功能發生衰退和壞死，腎小管上皮細胞出現腫脹及境界不清，部分腎小管上皮細胞空泡樣變和脂滴，腎間質淤血并可見灶性炎細胞浸潤：Bukhari等[12]在3 mGy、30 mGy和300 mGy三個劑量水平研究了60Co-γ對羅非魚(Oreochromismossambicus)肝臟組織學的輻射效應，發現60Co-γ暴露導致羅非魚肝臟組織結構的若干改變，包括輕度血管充血，結構改變，細胞腫脹，空泡化和壞死的肝細胞，并且隨著60Co-γ劑量水平的增加，羅非魚肝臟加重病理上的改變。

本研究結果顯示，在1.94 ～15.53 Gy劑量范圍內，實驗紅鯽經過137Cs-γ輻照之后，其心、肝、脾及腎組織都出現了不同程度的損傷(圖1～圖4)。其中，肝臟組織和腎臟組織的損傷程度相對于心臟組織與脾臟組織更高，與雷繼曉[11]及Bukhari等[12]報道結果相似。推測原因是肝臟作為最重要的解毒器官，當機體受到137Cs-γ輻射損傷后，所產生的有害物質均集中到肝臟解毒，增加肝臟的代謝負擔，從而加重肝臟損傷。心臟是魚類重要的血液循環器官，當機體受到137Cs-γ輻射損傷時，其循環系統也會受到損傷。

關于核輻射導致組織損傷的機理，目前還不是十分清楚。根據 Gagnaire等[18]、Yasuda等[19]及Rhee等[20]研究表明，核輻射對某些水生生物發育與生殖的影響是因為核輻射損傷DNA，產生氧化應激，導致氧化損傷。正常組織輻射損傷的機理或是受到自由基、活性氧和促炎細胞因子/趨化因子的損害，誘導細胞凋亡所致[19-21]。

水生生態系統長期暴露于天然或人為的放射性核素中，一些魚類對放射性核素非常敏感。尋找到一種適合于核輻射測試或安全性評價的敏感的本土魚類或生物標志物非常重要。魚類常常被用于水環境化學污染或放射性風險評價[1,22-23]。除了反映遺傳毒性和生物化學的生物標志物外，魚的鰓和肝臟組織病理學也是一種重要的評估指標[12-16,24-25]。馮永富等[16]認為,斑馬魚的肝臟對環境中γ射線非常敏感，可以作為電離輻射潛在的生物標志物。

我國化學品環境管理推薦稀有鮈鯽等作為我國本土實驗魚類用于化學品安全性評價[26]，但尚未見推薦用于核輻射安全性評價的本土實驗魚類。實驗紅鯽是一種小型鯉科實驗魚，是典型的本土實驗魚類，它的自然種類廣泛分布在湖南、湖北等長江流域。實驗紅鯽1年齡便性成熟，2年齡體長約110 mm，可一次活體取血1～1.5 mL[3]。因為在歷史上的任何核事故中，從環境中都能檢測到超過1 Gy的輻射污染[12]，而實驗紅鯽LD50/30 d值為31.05 Gy[27]。所以，本研究設計在1.94～15.53 Gy的輻照劑量范圍進行。結果表明，在1.94 Gy137Cs-γ輻照劑量下，可以檢測到實驗紅鯽肝腎組織的病理學改變。結合實驗室前期的研究結果[27-29]，實驗紅鯽體型大小合適、取材方便且電離輻射敏感，故具有作為環境核輻射安全性評價實驗動物的應用優勢。