137Cs-γ辐照对实验红鲫的组织病理学影响*

陶宏婷 廖小立 彭赞平 李登科 陈科洁 吴端生

(1.永州职业技术学院，永州 425100)(2. 湖南交通工程学院，衡阳 421001)(3. 岳阳市妇幼保健院，岳阳 414000)(4.南华大学衡阳医学院，衡阳 421001)(5.南华大学实验动物学部，衡阳 421001)

随着核技术与核工业的发展，环境存在的核辐射风险也越来越加大，并受到人们的普遍关注，研究核辐射生物学效应有助于核辐射污染监测与防护[1-2]。核辐射中，137Cs(铯-137)发出的γ射线是一种主要的放射源，但是目前有关γ射线引起水生生物的生物学效应，特别是组织病理学数据却非常有限。

实验红鲫是我国近年培育的本土实验鱼类，在鱼类遗传育种、基础生物学、毒理学、安全性评价等方面有着重要的应用价值[3-4]。为推广实验红鲫的应用，因此开展137Cs-γ辐照对实验红鲫的毒性效应的系列研究，本研究主要报道关于137Cs-γ辐照对实验红鲫的组织病理学的影响。

1 材料和方法

1.1 实验动物

实验红鲫C1HD系，60尾，2年龄，平均体长116.2 mm，平均体质量35.3 g，由南华大学实验动物学部培育并提供。

1.2 实验材料

主要试剂：中性甲醛(10%)、梯度乙醇(60%、70%、80%、90%、100%)和二甲苯和盐酸(1%)购自天津金玻化实验设备销售有限公司；石蜡和中性树胶购自于上海懿洋仪器有限公司；苏木素-伊红(HE)购自福建飞净生物科技有限公司。

主要仪器：HXFS-IA生物辐照仪购自中国核动力研究设计院；组织包埋机(BMJ-3)、轮转切片机和全自动脱水机(TSJ-O)购自常州市中威电子仪器厂。光学显微镜(CX41)购自OLYMPUS。

1.3 137Cs-γ辐照

实验分为1个正常组(Ⅰ组)，即不施加137Cs-γ辐照；4个不同剂量的辐照组(Ⅱ～Ⅴ组)，即按照前期实验得到的137Cs-γ辐照实验红鲫的30 d半数致死浓度(LD50)设置不同剂量：Ⅱ组为1/16 LD50(1.94 Gy)；Ⅲ组为：1/8 LD50(3.88 Gy)；Ⅳ组为：1/4 LD50(7.76 Gy)；Ⅴ组为：1/2 LD50(15.53 Gy)。每组实验鱼12尾，137Cs-γ辐照后立即投放于事先准备好的水族箱，按常规方法饲养14 d后解剖取材。

用HXFS-IA生物辐照仪进行137Cs-γ一次性辐照，剂量率为47.79 cGy/min。具体操作是：将实验红鲫放置在辐射室内的金属载物筒内，鱼体距离辐射源头150 mm，鱼体照射面积约5 000 mm2。开启辐照仪，金属载物筒则自动旋转，调节辐照时间，使辐照剂量达到设定值。

1.4 石蜡切片与镜检

以间氨基苯甲酸乙酯甲磺酸盐(MS-222)麻醉方法处死实验红鲫，立即取出心脏、肝脏、肾脏、脾脏等组织，Bouin液固定，按常规方法进行石蜡切片，HE染色，光镜下观察及照相。

2 结果

2.1 心脏组织病理学变化

经137Cs-γ辐照14 d后，与正常心脏组织(图1Ⅰ)相比，Ⅱ组的心肌纤维排列伴有轻度紊乱，心肌纤维结构也不是十分完整(图1Ⅱ)；随着辐射剂量的加大，心脏组织损伤也加重，如心肌纤维排列更加散乱，紊乱程度更加严重(图1Ⅲ～图1Ⅴ)。

图1 不同剂量的137Cs-γ辐照后的实验红鲫心脏组织(石蜡切片，×400)Fig.1 Heart tissues of laboratory red carps after irradiation with different doses of 137Cs-γ (Paraffin section,×400)

2.2 肝脏组织病理学变化

经137Cs-γ辐照14 d后，相对正常的肝组织(图2Ⅰ)而言，Ⅱ组的肝细胞依然紧密地排列在一起，但是有部分细胞出现细胞水肿(图2Ⅱ)；Ⅲ组出现大量的细胞核固缩(图2Ⅲ)；Ⅳ组，肝细胞出现中度水肿(图2Ⅳ)；Ⅴ组，肝细胞水肿更加明显，同时有一些肝细胞坏死及细胞核溶解(图2Ⅴ)。

图2 不同剂量的137Cs-γ辐照后的实验红鲫肝脏组织(石蜡切片,×400)Fig.2 Liver tissues of with different doses of 137Cs-γ (Paraffin section,×400)

2.3 脾脏组织病理学变化

经137Cs-γ 辐照14 d后，相对正常组织而言，Ⅱ组脾脏组织中淋巴细胞减少，网状细胞和纤维组织增生(图3Ⅱ)；随着辐照剂量的增加，在其他辐照组中，淋巴细胞进一步减少，网状细胞和纤维组织进一步增多(图3Ⅲ～图3Ⅴ)。

图3 不同剂量的137Cs-γ辐照后的实验红鲫脾脏组织(石蜡切片，×400)Fig.3 Spleen tissues of laboratory red carps after irradiation with different doses of 137Cs-γ (Paraffin section,×400)

2.4 肾脏组织病理学变化

经137Cs-γ辐照14 d后，较正常肾脏组织，Ⅱ组实验红鲫肾小管中的上皮细胞水肿，体积增大，管腔变小(图4Ⅱ)；随着核辐照剂量的加大，在其他辐照组中，肾小管逐渐出现透明管型和细胞管型，继而出现细胞坏死(图4Ⅲ～图4Ⅴ)。

图4 不同剂量的137Cs-γ辐照后的实验红鲫肾脏组织(石蜡切片，×400)Fig.4 Kidney tissues of laboratory red carps after irradiation with different doses of 137Cs-γ (Paraffin section,×400)

3 讨论

137Cs释放出的γ射线穿透力很强，对生物有机体可造成不同程度的伤害[2]。关于γ射线的生物学效应，过去常用陆生动物为实验动物，结果表明，辐射破坏细胞核DNA，可造成累及全身各组织脏器的综合性损伤[5-9]。对于γ射线引起水生生物组织器官损伤的研究，可检索到的文献很少。仅就检索到的文献资料来看，如同陆生动物一样，一定剂量的γ射线能引起水生生物器官组织出现不同程度的病理学改变[10-17]。例如：Chilmonczyk等[10]研究表明，用剂量范围为10～50 Gy的60Co-γ射线照射虹鳟，可损伤虹鳟的淋巴器官；雷继晓[11]以30 Gy的60Co-γ射线照射斑马鱼后，观察胃肠道、肝脏和肾脏的组织学变化，结果发现，斑马鱼的部分肝细胞出现肿胀，可见少量炎性细胞浸润，细胞质内出现小泡性脂滴，严重时表现为细胞核固缩，细胞破裂和溶解，细胞功能发生衰退和坏死，肾小管上皮细胞出现肿胀及境界不清，部分肾小管上皮细胞空泡样变和脂滴，肾间质淤血并可见灶性炎细胞浸润：Bukhari等[12]在3 mGy、30 mGy和300 mGy三个剂量水平研究了60Co-γ对罗非鱼(Oreochromismossambicus)肝脏组织学的辐射效应，发现60Co-γ暴露导致罗非鱼肝脏组织结构的若干改变，包括轻度血管充血，结构改变，细胞肿胀，空泡化和坏死的肝细胞，并且随着60Co-γ剂量水平的增加，罗非鱼肝脏加重病理上的改变。

本研究结果显示，在1.94 ～15.53 Gy剂量范围内，实验红鲫经过137Cs-γ辐照之后，其心、肝、脾及肾组织都出现了不同程度的损伤(图1～图4)。其中，肝脏组织和肾脏组织的损伤程度相对于心脏组织与脾脏组织更高，与雷继晓[11]及Bukhari等[12]报道结果相似。推测原因是肝脏作为最重要的解毒器官，当机体受到137Cs-γ辐射损伤后，所产生的有害物质均集中到肝脏解毒，增加肝脏的代谢负担，从而加重肝脏损伤。心脏是鱼类重要的血液循环器官，当机体受到137Cs-γ辐射损伤时，其循环系统也会受到损伤。

关于核辐射导致组织损伤的机理，目前还不是十分清楚。根据 Gagnaire等[18]、Yasuda等[19]及Rhee等[20]研究表明，核辐射对某些水生生物发育与生殖的影响是因为核辐射损伤DNA，产生氧化应激，导致氧化损伤。正常组织辐射损伤的机理或是受到自由基、活性氧和促炎细胞因子/趋化因子的损害，诱导细胞凋亡所致[19-21]。

水生生态系统长期暴露于天然或人为的放射性核素中，一些鱼类对放射性核素非常敏感。寻找到一种适合于核辐射测试或安全性评价的敏感的本土鱼类或生物标志物非常重要。鱼类常常被用于水环境化学污染或放射性风险评价[1,22-23]。除了反映遗传毒性和生物化学的生物标志物外，鱼的鳃和肝脏组织病理学也是一种重要的评估指标[12-16,24-25]。冯永富等[16]认为,斑马鱼的肝脏对环境中γ射线非常敏感，可以作为电离辐射潜在的生物标志物。

我国化学品环境管理推荐稀有鮈鲫等作为我国本土实验鱼类用于化学品安全性评价[26]，但尚未见推荐用于核辐射安全性评价的本土实验鱼类。实验红鲫是一种小型鲤科实验鱼，是典型的本土实验鱼类，它的自然种类广泛分布在湖南、湖北等长江流域。实验红鲫1年龄便性成熟，2年龄体长约110 mm，可一次活体取血1～1.5 mL[3]。因为在历史上的任何核事故中，从环境中都能检测到超过1 Gy的辐射污染[12]，而实验红鲫LD50/30 d值为31.05 Gy[27]。所以，本研究设计在1.94～15.53 Gy的辐照剂量范围进行。结果表明，在1.94 Gy137Cs-γ辐照剂量下，可以检测到实验红鲫肝肾组织的病理学改变。结合实验室前期的研究结果[27-29]，实验红鲫体型大小合适、取材方便且电离辐射敏感，故具有作为环境核辐射安全性评价实验动物的应用优势。