不同温度下短时间磁场处理对大鼠血清的影响

王焱冰 刘炳君 刘 缨,2

(1 北京中医药大学生命科学学院，北京，102488; 2 中国科学院生物物理研究所脑与认知国家重点实验室，北京，100101)

血液检测是临床诊断和科研中常用的分析方法，血液标本在进行采集、储存、送检、分离等环节对血液质量、生化检验的结果以及血液样品的使用产生影响[1-4]。在动物实验中血液的检测优选现取现测，但在实验动物数量较多时，经验不足的实验者常会忽略待测血液的放置时间及温度对检测结果的影响[5-7]，导致不同程度的血液质量或指标的改变[8]。此外，现有的血液保存方法往往采用低温冷藏，能相对减少血液在储藏过程中的“储存损伤”[9]。但也有研究表明，低温保存会随着时间的延长，造成血液质量指标如2,3-二磷酸甘油酸(2,3-diphosphoglycerate，2,3-DPG)等下降[10]。因此，正确的血液保存是血液检测和制品质量保证的关键。

中医的“天人合一”理论[11]认为，正常状态下，人与自然界即外在环境保持着平衡统一的整体关系，而这种整体关系的沟通是通过“气”的相互作用达成的。人体之气与自然界之气交相呼应，互相影响。磁场是一种能量场，可以看作是中医描述的“气”的一种，对生物体产生影响[12]。随着现代科技的发展及检测方式的多样化，人们对磁场的认识日益清晰，衡量磁场的参数及性能指标也逐步完善，磁场的运用方向也随之拓展[13]。

近年来，有研究指出磁场强度的改变对血液的血红蛋白、血小板等多种生理指标产生影响[14-16]。Lin等[17]检测了24 h静态强磁场对冷冻红细胞存活率的影响，结果显示0.2 T组和0.4 T组冷冻红细胞相对存活率分别提高5.7%和9.1%，其中，0.4 T静磁场24 h处理可降低红细胞膜流动性、提高红细胞膜稳定性。磁场也能够影响组织和血液中氧化应激水平[18-19]，王勤友等[19]发现中心磁场强度为40 mT的H型强场磁化杯每天处理12 h能使红细胞超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase，SOD)在第7、14、21、28、35天时明显降低，可能通过减弱氧化损伤保护红细胞；
Terpilovskii等[20]发现弱磁场(<5 μT)可损害红细胞的功能状态；
丁海敏[21]发现亚磁场暴露48 h使小鼠血清中SOD活力显著低于地磁组；
本实验室前期研究发现亚磁场能直接促进体外铜锌超氧化物歧化酶(CuZn-SOD)蛋白的聚集，进而加速其失活[22]。此外，Ciorba和Morariu[23]发现亚磁场(<500 nT)导致室温下储存72 h血液中谷草转氨酶(Glutamic-oxaloacetic Transaminase，GOT)和谷丙转氨酶(Glutamic-pyruvic Transaminase，GPT)活性明显下降。

磁场确实会对血液质量产生影响，因此在本实验中，我们以4种不同的磁场强度对不同保存温度下大鼠血液进行短时间(2 h)的体外暴露处理，并对血清中GOT、GPT、SOD、2,3-DPG进行检测，系统分析短时间磁场处理对不同温度下血液质量变化的影响，探索针对不同检测指标血样的磁场辅助保存技术。

1.1 材料

1.1.1 动物 32只无特定病原体(Specific Pathogen Free，SPF)级雄性SD(Sprague Dawly)大鼠(北京斯贝福生物技术有限公司，许可证号：SYXK2014-32)，体质量(220±20) g，6～8周龄。实验室和动物房由中国科学院生物物理研究所提供,室温(24±1)℃，湿度(50±1)%，12 h明暗交替环境，标准饲料喂养。所有实验程序遵循中华人民共和国科技部颁布的《关于善待实验动物的指导性意见》,均经中国科学院生物物理研究所动物福利与研究伦理委员会审批(伦理审批号:4-2021090804-3074)。

1.1.2 试剂与仪器 GOT试剂盒(南京建成科技有限公司，货号：C009-2-1)，GPT试剂盒(南京建成科技有限公司，货号：C009-2-2)，SOD测定试剂盒(南京建成科技有限公司，货号：A001-3-2)，2,3-DPG酶联免疫试剂盒(上海江莱生物科技有限公司，货号：JL40950)，三溴乙醇(南京爱贝生物科技有限公司，型号：M2940)；
坡莫合金磁屏蔽罐[24]、塑料对照罐(直径×高度，20 cm×10 cm)，钕铁硼永磁体(直径×厚度50 mm×5 mm)(以上由中国科学院生物物理研究所自制)，中科院生物物理所北京磁共振成像中心磁共振成像仪(西门子股份公司，德国，型号：Prisma fit 3.0T)，CCG-1000感应式交变磁强计(中国计量科学研究院自制)，手持式高斯计(长沙天恒测控技术有限公司，型号：TD8620)，冷冻离心机(Sigma公司，德国，货号：3K18)。

1.2 方法

1.2.1 分组与模型制备 分别以塑料对照罐、坡莫合金磁屏蔽罐构建地磁场、亚磁场环境，以2块钕铁硼永磁体相夹6 mm培养皿构建强磁场环境，以磁共振成像中心磁共振成像仪构建超强磁场环境。见图1。大鼠经7 d适应性饲养后，对其进行腹腔注射阿佛丁麻醉，腹主动脉取血[25]。每只鼠血样等分为8份，随机分为室温组(25 ℃)和低温冷藏组(0～4 ℃)，每个温度组分别设置地磁场组、亚磁场组[26]、强磁场组、超强磁场组[27]4组，每组8只。

图1 磁场处理设备

1.2.2 干预方法 首先对磁场强度进行检测，使用中国计量科学研究院提供的CCG-1000感应式交变磁强计分别测量坡莫合金磁屏蔽罐、塑料对照罐的磁场强度，使用TD8620高斯计测量钕铁硼永磁体强度。在磁场环境中分别测定培养皿中心点，皿沿方形边中心正西点，正东点、正南点，正北点的磁场强度，计算出磁场环境磁场强度总量。将全血样品按不同温度和磁场条件处理2 h。将血样用冷冻离心机(1 000×g)4 ℃离心10 min，取上层血清，用于后续生化指标的检测。

1.2.3 检测指标与方法 使用GOT试剂盒、GPT试剂盒、SOD测定试剂盒、2,3-DPG酶联免疫试剂盒对血清进行检测，检测过程严格按照试剂盒的操作流程进行。

2.1 磁场强度检测 经检测，在实验时塑料对照罐模拟的地磁场强度为(49.4±0.7)μT(表1)、坡莫合金磁屏蔽罐模拟的亚磁场强度为(3.0±0.2)μT(表1)、钕铁硼永磁体模拟的强磁场强度为(126.6±20.5) mT(表2)以及超强磁场强度由磁共振成像仪设定为1.7 T。

表1 坡莫合金磁屏蔽罐及塑料对照罐不同位置磁场强度总量和各方向分量分布情况(μT)

表2 强磁场钕铁硼永磁体磁场分布情况

2.2 室温下不同磁场强度短时间处理对血液的影响 室温下，不同磁场条件对血液指标的影响不同。如图2A所示，2 h处理后不同磁场处理组的GOT活力均低于地磁场组，亚磁场组和强磁场组的GOT活力分别降至73%±0.5%和83%±0.4%，超强磁场组GOT显著下降，活力均值仅为地磁场组的58%±0.1%(P<0.01)。如图2B所示，GPT对亚磁场处理的响应则呈现升高趋势，2 h处理后亚磁场组GPT活力升至111%±0.1%，而强磁场和超强磁场组的GPT分别降至80%±0.1%和91%±0.1%。如图2C、2D所示，SOD和2,3-DPG指标经磁场处理后分别呈现下降和上升趋势，亚磁、强磁、超强磁场组SOD分别为地磁场组的100%±0.4%、96%±1%、98%±0.3%，2,3-DPG指标则分别为111%±0.1%、109%±0.3%、107%±0.03%。但相较GOT和GPT而言，变化幅度更低，各组间比较差异均无统计学意义(均P>0.05)。

2.3 低温下不同磁场强度短时间处理对血液的影响 低温4 ℃条件下，不同磁场条件对血液指标的影响不同。如图2A所示，与低温下的地磁场组相比，2 h处理后亚磁场组的GOT活性提升为122%±0.4%，强磁场和超强磁场组的GOT活力均有降低趋势，降为其89%±0.1%和81%±0.2%。各磁场组GPT活性在低温下都有下降趋势，但不显著(图2B)。如图2C所示，低温下各个磁场组2 h处理后SOD均没有明显变化。如图2D所示，低温下超强磁场2 h处理后的2,3-DPG与低温下其他各磁场组相比均显著降低(超强磁场组/地磁场组=75%±0.2%，超强磁场组/亚磁场组=68%±1.6%，超强磁场组/强磁场组=68%±0.3%，P<0.001),而亚磁场和强磁场使2,3-DPG活性有升高的趋势(亚磁场组/地磁场组=108%±0.3%，强磁场组/地磁场组=110%±0.4%)。

2.4 不同温度下各磁场强度短时间处理对血液的影响 如图2A所示，在低温环境下各磁场的GOT活力均显著低于室温下的地磁场组；
低温环境下亚磁场、超强磁场组GOT活力相较室温下同磁场环境有下降趋势；
强磁场组GOT活力相对于室温下强磁场组显著下降(P<0.01)。如图2B所示，低温环境下亚磁场组2 h处理使GPT活力明显低于室温下的亚磁场组(P<0.05)；
地磁场和超强磁场作用下GPT活力相对于室温条件下相同磁场环境活力均有下降趋势。如图2C所示，低温下各磁场2 h处理后SOD相对于室温环境均没有明显变化。如图2D所示，低温下超强磁场组的2,3-DPG活力显著低于室温下的各磁场。另外，相对于室温地磁场、亚磁场和强磁场组来说，低温下同磁场环境中血液的2,3-DPG活力出现了升高的趋势。

图2 不同磁场处理2 h对室温或低温环境下血清GOT、GPT、SOD、2,3-DPG水平的影响

磁场是一种存在于我们生存环境中的一种特殊的场，与地球上的各种生命活动息息相关。按照古人的观点，世界的本原是精气，《管子·内业》中提出：“凡物之精，此则为生。下生五谷，上为列星。”指出了精气是万事万物生机的本原，精气弥散而运动。在我们的世界中，这种无形之气与有形实体之间时刻都进行各种形式的交换，奠定了万物之间的联系性和统一性。《黄帝内经·灵枢·岁露论》提出：“人与天地相参也，与日月相应也。”磁场作为一种自然之气，不断地与我们相互作用、相互影响。随着科技的发展，磁场的认识及应用也逐渐广泛，开始以辅助手段应用于疾病治疗及抗氧保鲜。血液的储存与检测对于临床及实验应用意义重大，且已有研究探索了不同磁场条件对于血液的影响，但由于不同实验室构建磁场强度、检测指标不同且磁场种类有限难以对血液储存检测提供系统性意见。本文针对血液储存造成的检测结果不准确和低温保存的血液制品的“储存损伤”问题，设置不同的磁场梯度及温度环境，针对GOT、GPT、SOD、2,3-DPG 4个指标，探索短时间不同强度磁场处理对血液的影响。

GOT和GPT是科研和临床的血液检测中经常出现的2个指标，另外它们也是肝功能检查时的重要指标。SOD作为一种机体内的抗氧化酶，具有很强的催化超氧阴离子自由基(O2-)发生歧化反应的功能，在维持血液的动态平衡中起着重要作用。实验发现，相对于地磁场来说，低温和磁场处理对血清酶活指标GOT、GPT和SOD呈现不同的影响，其中，GOT变化最显著，SOD水平则相对稳定。在室温环境下，超强磁场能显著降低血清GOT的活性，亚磁场和强磁场使其活性呈现下降趋势，而在低温条件下，相对于地磁场，亚磁场可挽回这种低温储存损伤。对于GPT而言，强磁场及超强磁场都对GPT活力有降低趋势。此外，室温下亚磁场使GPT有升高趋势，这与Ciorba和Morariu[23]的结果不同，推测与亚磁场构建方法有关，相较于前者使用的线圈补偿法，本文使用的金属屏蔽法对同时减弱环境中的交变磁场更有效。不同温度、磁场处理2 h对SOD均没有显著影响，与先前的报道结果不同[21]，我们推测与暴露时间短有关，说明SOD在短时间内受环境影响较小。2,3-DPG是红细胞糖代谢的产物和调节血红蛋白对氧亲和力的重要因素，也是体现红细胞释氧能力的一个重要指标[28]。值得注意的是，低温环境下超强磁场能够使血清中2,3-DPG活力明显下降。血清2,3-DPG的降低意味着红细胞代谢功能和(或)输氧的损伤，其效应是否也涉及代谢和氧合相关蛋白的变化还有待进一步验证[29]。

血液储存与检测对临床医疗及实验检测有重要意义，因此，需要开发一种尽可能减少血液储存损伤的辅助储存方法。实验发现，短时间亚磁场将保护体外血液蛋白酶活性，同时，血样运输中应避免强磁场、超强磁场对样品的影响。本文为揭示磁场效应机制以及临床和科研中血样的保存技术开发提供了必要的基础依据和线索，具有一定的理论意义和应用价值。

致谢：感谢中国科学院生物物理研究所脑与认知国家重点实验室赫荣乔课题组及北京磁共振成像中心为本文实验中提供的磁场条件，以及赫荣乔、卓彦研究员对本实验的帮助；
感谢中国人民解放军总医院汪德清教授对本文的帮助和指导。

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