不同波长 UVR-B相干作用诱导白内障的生物学效应

李亚萍 李光宇 齐丽莉 郝继龙 孙大军

(吉林大学第二医院眼科医院,吉林 长春 130041)

在最近的 10年里,臭氧层的臭氧浓度减少,使得太阳对地球表面的紫外线(ultraviolet radiation,UVR)辐射量增加〔1〕。老年性白内障是人类致盲的主要因素。近年来流行病学和实验研究表明,UVR-B辐射与老年性白内障的发生密切相关。目前为止,单一波长 UVR-B辐射诱导的白内障特点已有很多报道〔2,3〕。人类每天同时接受不同波长的 UVR-B照射,但不同波长 UVR-B相干作用引起的白内障尚未见报道。本实验旨在探讨不同波长 UVR-B相干作用引起的白内障特点和生物学效应。

1 资料与方法

1.1 实验动物与设备 所有 albino Sprague-Dawley母大鼠购自(M＆B Denmark),保存在可调温动物室,动物室每天 12 h灯光照明(平均照明度是 5 lx),12 h黑暗;动物在此种环境中适应 14 d,直到 6周龄用于实验。所有大鼠都按 ARVO的眼、视光学研究条例进行饲养和实验操作。所有动物右眼活体暴露于 UVR-B,1 w以后处死进行光散射测定。辐射光来自于 350 W的高压银汞灯,直射出的辐射线首先经过水冷却,然后经过两个单色器(λmax=300 nm with 10.1 nm full width at half maximum[FWHM];λmax=310 nm with 13.5 nm FWHM),最后辐射光照在角膜上〔4〕。在角膜水平,辐射光被热电器(model 7101;Oriel,Stratford,CT)测量。美国国家计量局建立热电器测量标准。光散射测量 L光分布仪表测量光散射强度〔5〕,此仪表用标准暗箱照明。光线与水平面成 45°角穿透被测物,光聚焦在光电二极管上。如果物体有光散射,这部分光将聚焦在光电二极管上,并发出信号。脂质感光乳剂 diazepam(Diazemuls;KabiVitrum,Stockholm,Sweden)被用于作为光散射计算标准。因此,光散射的强度单位是tEDC(transformed equivalent diazepam concentration,tEDC)〔5〕。

1.2 方法

1.2.1 实验过程 每只大鼠以 95mg/kg ketamine和14mg/kg xylazine混合腹腔注射麻醉〔6〕,5 min后,1%散瞳剂 tropicamide 1滴滴双眼。5 min后,固定动物右眼上下眼睑,右眼暴露于UVR-B 70 min。 1w后以过量的 CO2致死大鼠,剜出双眼,取出晶体置于平衡盐溶液中(BSS;Alcon,Ft.Worth,TX)。在显微镜下去除睫状体,测量每个晶体光散射 3次,并照相。

1.2.2 实验设计 40只 6周龄albino Sprague-Dawley母大鼠,随机分成 2组。一组中的每只大鼠右眼活体暴露于 UVR-B-300nm,剂量 8k J/m2,时间 70min。另一组中的每只大鼠右眼活体暴露于 UVR-B-300 nm,剂量 4 kJ/m2,时间 35 min;然后同一只眼再暴露于 UVR-B-310 nm,剂量 42 kJ/m2,时间 35 min。每只大鼠左眼没有光暴露。每只眼光散射测定 3次。

1.3 统计学方法 采用Wilcoxon秩和检验。

2 结 果

晶体光散射强度见图1。两组比较光散射强度具有明显差异。UVR-B-300 nm,剂量 8 kJ/m2,时间 70 min组的 UVR-B生物学效应较另外一组小(t=2.56,t(approx.)32;0.975=2.04)。

图1 两组晶体光散射强度比较

3 讨 论

大气中臭氧层厚度与太阳光中 UVR-B的辐射强度密切相关。在最近的 10年里,臭氧层的臭氧浓度减少〔7,8〕。臭氧层每减少 1%,将会导致世界上每年增加 100 000～150 000例白内障患者。UVR-B的眼辐射取决于它的波长、强度、暴露时间和暴露方式。单一波段 UVR-B的生物学效应和白内障特点已经很清楚,但不同波段 UVR-B相干作用引起的生物学效应并不为人们所知。可事实上,人类每天同时接受不同波长的UVR-B照射。所以研究不同波段 UVR-B相干作用,对预防白内障具有重要意义。

很多学者已经指出 300 nm波长左右的 UVR-B是最易产生白内障的波段〔2,3〕。因为晶体在这一波段上有最大的敏感性,所以本研究选择同一只眼联合暴露于UVR-B-300 nm(剂量4 k J/m2,时 间 35 min)和 UVR-B-310 nm(剂 量42.012 39k J/m2,时间 35 min)下。因为 UVR-B-310nm的生物学效率是低的,UVR-B-310 nm在剂量 42 kJ/m2与 UVR-B-300nm 4 kJ/m2的剂量,暴露时间同是 35 min时的生物学效率在计算上是相当的〔2〕。这样,在计算上与另一组的 UVR-B 300nm(剂量8 kJ/m2,暴露时间 70 min)的生物学效率才能相近。这是本研究采用如此实验设计的原因。

但实验结果显示,两组UVR-B暴露后生物学效应有明显差异。联合UVR-B-300 nm和UVR-B-310 nm暴露的生物学效应要强,但两组数值较接近。本结果与本实验的生物学效率理论设计较接近。即 UVR-B-300 nm波段的生物学效应强。在相同的暴露时间下,UVR-B-310 nm暴露强度是 UVR-B-300 nm的10倍时,生物学效应才与UVR-B-300 nm接近。本研究还有待于进一步大样本的研究。

1 Sliney DH.UV radiation ocular exposure dosimetry〔J〕.J Photochem Photobiol B,1995;31:69-77.

2 Merriam J,Lofgren S,Michael R,et al.An action spectrum for UV-B radiation in the rat lens〔J〕.Invest Ophtalmol Vis Sci,2000;41:2642-7.

3 Soderberg PG,Philipson BT.Unscheduled DNAsynthesisin lensepithelium after in vivo exposureto UV radiation in the 300nm wavelength region〔J〕.Acta Opthalmol(Copenh),1986;64:162-8.

4 Soderberg PG.Experimental cataract induced by ultraviolet radia-tion〔J〕.Acta Ophthalmol(Copenh),1990;68:1-77.

5 Soderberg PG,Chen E.An objective and rapid method for the determination of light dissemination in the lens〔J〕.Acta Ophthalmol(Copenh),1990;68:44-52.

6 Wixson SK,White WJ,Hughes HC.Acomparisonofpentobarbital,fentanyldroperidol,ketamine-diazepam anesthesia in adult malerats〔J〕.Lab Anim Sci,1987;37:726-30.

7 Mc Kenzie R.Increased summertime UV radiation in New Zealand in response to ozone loss〔J〕.Sciece,1999;285:1709-11.

8 Madronich S.Changes in biologically active ultraviolet radiation reaching the Earth′s surface〔J〕.J Photochem Photobiol B,1988;46:5-19.