吸入高－低氧对动物学习记忆能力的影响
作者：崔晓利 徐波 王争 沈瑜 殷蔚伯
单位：崔晓利(300060 天津医科大学附属肿瘤医院放射治疗科);徐波、王争、沈瑜、殷蔚伯(中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤医院放射治疗科)
关键词：高-低氧；放射疗法；学习记忆能力
中华放射肿瘤学杂志990212 【摘要】 目的 探讨高-低氧(high concentration oxygen+low concentration oxygen,HO+LO)放射治疗临床应用的可行性。方法 跳台法检测昆明鼠吸入HO+LO后，学习及记忆能力的影响。结果 一次性吸入HO+LO后12，36小时检测未见异常；连续吸入HO+LO(每日1次，最长20天)后24，48小时检测未见异常。结论 呼吸HO+LO对小鼠学习、记忆能力无影响。HO+LO放射治疗具有临床应用的安全性和可行性。
The effect of high and low concentration oxygen inhalation on
, 百拇医药
learning and memory in mice
CUI Xiaoli*,XU Bo,WANG Zheng,et al.
*Department of Radiation Oncology, Cancer Hospital,Tianjin Medical University,Tianjin 300060
【Abstract】 Objective To study the influence of high and low concentration oxygen(HO+LO) inhalation on animal's learning and memory. Methods "Step-down test" was used to evaluate the influence on learning and memory in Kun Ming mice. Results There was no significant difference in the number of error between the trial group and the control group. Conclusions It is suggested that HO+LO radiotherapy be serving as an easy,safe and simple sensitizing approach.
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【Key words】 HO+LO；Radiotherapy Learing and memory
在常规放射治疗的射线范围内(低LET射线)，氧增强比为2.5～3[1] 。提示我们氧是最简单、最具实际意义的放射增敏剂。反之，降低受照体的氧含量，氧又是最简单、最具实际意义的放射防护剂。如何利用氧效应，在提高肿瘤控制率的同时不增加正常组织损伤是人们长期致力于研究的问题。
由于肿瘤血管结构及功能的异常 ，导致肿瘤中血流缓慢[2]。首都儿研所生理室刘飒等[3]用极谱法测量到在不同浓度氧环境下，肿瘤组织及正常组织内氧分压变化幅度和速度具有明显差异，见图1 。
从图1中可见吸入HO(95%O2 +5%CO2 )后，正常组织中氧分压快速上升，而肿瘤组织氧分压缓慢上升，第5分钟时，正常组织氧分压上升达最大程度，以后不再增加；此时立即改吸LO(10%O2 +5%CO2 +85%N2)，正常组织氧分压在第1分钟内迅速下降，而肿瘤组织反应缓慢，在吸LO的最初3分钟内，其氧分压仍维持在相对较高水平，从而出现这样一个时相：肿瘤组织中氧分压相对增高，正常组织中氧分压相对降低。在这一时相放射治疗肿瘤，既能最大限度地杀伤肿瘤，又能尽量减少正常组织的损伤。正是这种氧传输的时量差异，为临床高-低氧放射治疗肿瘤提供理论依据。
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B：呼吸空气状态；H：呼吸高氧状态；L：呼吸低氧状态
图1 小鼠不同呼吸状态下肿瘤组织及肌肉组织中氧分压变化状况
于洪等[4] 、徐波等[5]通过动物实验验证该方法对实验肿瘤放射治疗效果及正常组织辐射损伤的影响，结果显示：单纯HO或HO+LO都明显提高射线对实验肿瘤的杀伤，而对正常组织(皮肤)，HO+LO组皮肤损伤程度明显低于单纯HO组，与空气组接近。提示该方法具有放射增敏与防护的双重效应。为进一步研究其放射防护作用及验证该方法临床应用的可行性、安全性，而进行有关呼吸HO+LO对学习记忆影响的研究。
1 材料与方法
1.1 实验动物：远交系昆明鼠，雄性，18～20g。
1.1.1 实验1：A组吸入HO5分钟+LO3分钟，12小时后检测；B组吸入HO5分钟+LO3分钟，36小时后检测；C组为正常对照。
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1.1.2 实验2：A'组每天吸入HO5分钟+LO3分钟，连续20天，24小时后检测；B'组每天吸入HO5分钟+LO3分钟，连续10天，24小时后检测；C'组吸入HO5分钟+LO3分钟1天， 24小时后检测；D'组为正常对照。
1.2 实验方法：按参考文献[6] 介绍的跳台法进行检测。实验装置为一被动回避条件反射箱如图2。
图2 WX-Ⅱ型小鼠电刺激条件反射跳台装置示意图
箱底有铜栅，通以36V电流，每间置一橡皮垫作为动物回避电击的安全区。
(1)小鼠清醒状态，不固定，置于吸气盒内,经进气孔吸入HO5分钟+LO3分钟。
(2)小鼠放回笼中，自由饮水取食，12小时后(第2组24小时后)检测。
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(3)将小鼠放置在跳台的橡皮垫上，动物跳至铜栅上时受到电击，动物的正常反应是跳回橡皮垫上，如此训练5分钟并记录后3分钟的错误次数，作为学习能力检测，24小时后重做测验，记录3分钟内的错误次数，作为记忆能力检测。
(4)实验结果进行t检验。
2 结果
2.1 一次吸入HO+LO后不同时间对小鼠学习和记忆的影响，见表1。
2.2 连续吸入HO+LO不同次数对小鼠学习和记忆的影响，见表2。
表1 一次吸入不同浓度氧后对小鼠学习和记忆的影响 分组
学习情况
错误次数
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记忆情况
错误次数
A
1.3±0.9*
0.6±0.3*
B
1.3±0.7*
0.6±0.3*
C
1.2±0.8
0.8±0.6
注：*：与C组比较P>0.05
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表2 连续吸入不同浓度氧不同次数后对小鼠学习和记忆的影响 分组
学习情况
错误次数
记忆情况
错误次数
A'
1.3±0.7*
0.7±0.5*
B'
1.3±1.1*
0.8±0.6*
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C'
1.2±0.8*
0.8±0.6*
D'
1.1±0.5
1.0±0.4
注：*：与D'组比较P>0.05
小鼠在吸高氧期间，活动无明显减弱或增强。改吸低氧1分钟后，活动明显减弱，至2分钟时，70%～80%动物俯卧不动，腹式呼吸明显，呼吸频率增加，至3分钟，全部不动，呼吸方式及频率无明显改变。吸气完成后打开盒盖，动物立即恢复正常。在实验2发现动物连续吸气至第9天后出现活动改变及呼吸改变减轻，即习服现象(acclimatization)[7] 。12，24，36，48小时测验时，未发现异常，学习及记忆能力与对照组比较无差异。
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3 讨论
目前，有关非正常氧对人学习及记忆改变影响的资料大多数来源于航空医学(低氧)及潜水医学(高氧)。机体对氧的耐受能力取决于多种因素。不同个体之间，或同一个体在不同条件下，其氧耐力均有差别。氧耐力究竟与人体何种生理素质密切相关，现仍无结论。一般推想心血管调节机能良好者，耐力较强。习服和体育锻炼可提高氧耐力[8-10]。
跳台回避性反应(step down avoidance response)属一次性被动回避性条件反射方法，自60年代出现以来，愈来愈广泛地应用于学习和记忆药理学的研究。该方法优点如下：(1) 观察已知影响学习记忆功能的药物或筛选新药，所得结果与采用其它类型实验基本相似。(2)方法简便，一次性学习即可结束训练。(3)指标明确，便于观察记录。张均田等[6]和Valdman[10]比较了跳台法和避暗法的特点指出：对于记忆获得和记忆巩固的损害，跳台法更敏感，且可观察某干预措施对学习成绩的影响。跳台法精确可靠，简便易行，具有推广采用的价值。本实验采用这一成熟方法，发现连续吸入HO+LO20天，对小鼠学习和记忆无明显影响，其结果是可靠的，它为临床应用的可行性提供了实验依据。
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参考文献
[1] 沈瑜.氧效应.见:谷铣之，殷蔚伯，刘泰福，等主编.肿瘤放射治疗学.北京：北京医科大学中国协和医科大学联合出版社,1993.261-267.
[2] Vaupel P,Kallinowski F,Okunieff P.Blood flow,oxygen and nutrient supply and metabolic microenvironment of human tumor.Canc Res，1989，49 :6449-6465.
[3] 刘飒,魏东,张叔伦，等.胰激肽释放酶对氧向肿瘤组织传递的影响.见：李楚杰，主编.中国病理生理学会第六届微循环研讨会.广州：暨南大学出版社，1994.8.
[4] Yu Hong,Shen YU,Wang Zheng,et al.The effects of inhaling various concentration oxygen with and without drugs on experimental radiation response. Radiother Oncol ，1997，43 Suppl 2：87.
, 百拇医药
[5] Xu Bo,Wang Zheng,Cui Xiaoli,et al.Carbogen plus low concentration oxygen as radiosensitizers in a murine mammary carcinoma.Radiother Oncol,1997,43 Suppl 2:88.
[6] 张均田,斋藤洋.十二种化学药品破坏小鼠被动回避性行为—跳台试验和避暗 试验的作用的比较观察.药学学报,1986，21(1):12-19.
[7] 卢子和.高空环境生理学.见:李志刚,主编.航空医学.北京：人民军医出版社,1992.8.
[8] 马瑞山.高空缺氧.见:李志刚，主编.航空医学.北京：人民军医出版社,1992.34-65.
[9] 王恒星.氧中毒.见:龚锦涵，主编.潜水医学.北京：人民军医出版社,1985.288-309.
[10] Valdman A.Neuropeptides and emotional behavior.In:Yoshida H,eds. Advances in pharmacology and therapeutics.Oxford:Pergamon Press,1981.175.
(收稿：1998-05-12 修回：1998-06-11), 百拇医药
单位：崔晓利(300060 天津医科大学附属肿瘤医院放射治疗科);徐波、王争、沈瑜、殷蔚伯(中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤医院放射治疗科)
关键词：高-低氧；放射疗法；学习记忆能力
中华放射肿瘤学杂志990212 【摘要】 目的 探讨高-低氧(high concentration oxygen+low concentration oxygen,HO+LO)放射治疗临床应用的可行性。方法 跳台法检测昆明鼠吸入HO+LO后，学习及记忆能力的影响。结果 一次性吸入HO+LO后12，36小时检测未见异常；连续吸入HO+LO(每日1次，最长20天)后24，48小时检测未见异常。结论 呼吸HO+LO对小鼠学习、记忆能力无影响。HO+LO放射治疗具有临床应用的安全性和可行性。
The effect of high and low concentration oxygen inhalation on
, 百拇医药
learning and memory in mice
CUI Xiaoli*,XU Bo,WANG Zheng,et al.
*Department of Radiation Oncology, Cancer Hospital,Tianjin Medical University,Tianjin 300060
【Abstract】 Objective To study the influence of high and low concentration oxygen(HO+LO) inhalation on animal's learning and memory. Methods "Step-down test" was used to evaluate the influence on learning and memory in Kun Ming mice. Results There was no significant difference in the number of error between the trial group and the control group. Conclusions It is suggested that HO+LO radiotherapy be serving as an easy,safe and simple sensitizing approach.
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【Key words】 HO+LO；Radiotherapy Learing and memory
在常规放射治疗的射线范围内(低LET射线)，氧增强比为2.5～3[1] 。提示我们氧是最简单、最具实际意义的放射增敏剂。反之，降低受照体的氧含量，氧又是最简单、最具实际意义的放射防护剂。如何利用氧效应，在提高肿瘤控制率的同时不增加正常组织损伤是人们长期致力于研究的问题。
由于肿瘤血管结构及功能的异常 ，导致肿瘤中血流缓慢[2]。首都儿研所生理室刘飒等[3]用极谱法测量到在不同浓度氧环境下，肿瘤组织及正常组织内氧分压变化幅度和速度具有明显差异，见图1 。
从图1中可见吸入HO(95%O2 +5%CO2 )后，正常组织中氧分压快速上升，而肿瘤组织氧分压缓慢上升，第5分钟时，正常组织氧分压上升达最大程度，以后不再增加；此时立即改吸LO(10%O2 +5%CO2 +85%N2)，正常组织氧分压在第1分钟内迅速下降，而肿瘤组织反应缓慢，在吸LO的最初3分钟内，其氧分压仍维持在相对较高水平，从而出现这样一个时相：肿瘤组织中氧分压相对增高，正常组织中氧分压相对降低。在这一时相放射治疗肿瘤，既能最大限度地杀伤肿瘤，又能尽量减少正常组织的损伤。正是这种氧传输的时量差异，为临床高-低氧放射治疗肿瘤提供理论依据。
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B：呼吸空气状态；H：呼吸高氧状态；L：呼吸低氧状态
图1 小鼠不同呼吸状态下肿瘤组织及肌肉组织中氧分压变化状况
于洪等[4] 、徐波等[5]通过动物实验验证该方法对实验肿瘤放射治疗效果及正常组织辐射损伤的影响，结果显示：单纯HO或HO+LO都明显提高射线对实验肿瘤的杀伤，而对正常组织(皮肤)，HO+LO组皮肤损伤程度明显低于单纯HO组，与空气组接近。提示该方法具有放射增敏与防护的双重效应。为进一步研究其放射防护作用及验证该方法临床应用的可行性、安全性，而进行有关呼吸HO+LO对学习记忆影响的研究。
1 材料与方法
1.1 实验动物：远交系昆明鼠，雄性，18～20g。
1.1.1 实验1：A组吸入HO5分钟+LO3分钟，12小时后检测；B组吸入HO5分钟+LO3分钟，36小时后检测；C组为正常对照。
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1.1.2 实验2：A'组每天吸入HO5分钟+LO3分钟，连续20天，24小时后检测；B'组每天吸入HO5分钟+LO3分钟，连续10天，24小时后检测；C'组吸入HO5分钟+LO3分钟1天， 24小时后检测；D'组为正常对照。
1.2 实验方法：按参考文献[6] 介绍的跳台法进行检测。实验装置为一被动回避条件反射箱如图2。
图2 WX-Ⅱ型小鼠电刺激条件反射跳台装置示意图
箱底有铜栅，通以36V电流，每间置一橡皮垫作为动物回避电击的安全区。
(1)小鼠清醒状态，不固定，置于吸气盒内,经进气孔吸入HO5分钟+LO3分钟。
(2)小鼠放回笼中，自由饮水取食，12小时后(第2组24小时后)检测。
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(3)将小鼠放置在跳台的橡皮垫上，动物跳至铜栅上时受到电击，动物的正常反应是跳回橡皮垫上，如此训练5分钟并记录后3分钟的错误次数，作为学习能力检测，24小时后重做测验，记录3分钟内的错误次数，作为记忆能力检测。
(4)实验结果进行t检验。
2 结果
2.1 一次吸入HO+LO后不同时间对小鼠学习和记忆的影响，见表1。
2.2 连续吸入HO+LO不同次数对小鼠学习和记忆的影响，见表2。
表1 一次吸入不同浓度氧后对小鼠学习和记忆的影响 分组
学习情况
错误次数
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记忆情况
错误次数
A
1.3±0.9*
0.6±0.3*
B
1.3±0.7*
0.6±0.3*
C
1.2±0.8
0.8±0.6
注：*：与C组比较P>0.05
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表2 连续吸入不同浓度氧不同次数后对小鼠学习和记忆的影响 分组
学习情况
错误次数
记忆情况
错误次数
A'
1.3±0.7*
0.7±0.5*
B'
1.3±1.1*
0.8±0.6*
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C'
1.2±0.8*
0.8±0.6*
D'
1.1±0.5
1.0±0.4
注：*：与D'组比较P>0.05
小鼠在吸高氧期间，活动无明显减弱或增强。改吸低氧1分钟后，活动明显减弱，至2分钟时，70%～80%动物俯卧不动，腹式呼吸明显，呼吸频率增加，至3分钟，全部不动，呼吸方式及频率无明显改变。吸气完成后打开盒盖，动物立即恢复正常。在实验2发现动物连续吸气至第9天后出现活动改变及呼吸改变减轻，即习服现象(acclimatization)[7] 。12，24，36，48小时测验时，未发现异常，学习及记忆能力与对照组比较无差异。
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3 讨论
目前，有关非正常氧对人学习及记忆改变影响的资料大多数来源于航空医学(低氧)及潜水医学(高氧)。机体对氧的耐受能力取决于多种因素。不同个体之间，或同一个体在不同条件下，其氧耐力均有差别。氧耐力究竟与人体何种生理素质密切相关，现仍无结论。一般推想心血管调节机能良好者，耐力较强。习服和体育锻炼可提高氧耐力[8-10]。
跳台回避性反应(step down avoidance response)属一次性被动回避性条件反射方法，自60年代出现以来，愈来愈广泛地应用于学习和记忆药理学的研究。该方法优点如下：(1) 观察已知影响学习记忆功能的药物或筛选新药，所得结果与采用其它类型实验基本相似。(2)方法简便，一次性学习即可结束训练。(3)指标明确，便于观察记录。张均田等[6]和Valdman[10]比较了跳台法和避暗法的特点指出：对于记忆获得和记忆巩固的损害，跳台法更敏感，且可观察某干预措施对学习成绩的影响。跳台法精确可靠，简便易行，具有推广采用的价值。本实验采用这一成熟方法，发现连续吸入HO+LO20天，对小鼠学习和记忆无明显影响，其结果是可靠的，它为临床应用的可行性提供了实验依据。
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参考文献
[1] 沈瑜.氧效应.见:谷铣之，殷蔚伯，刘泰福，等主编.肿瘤放射治疗学.北京：北京医科大学中国协和医科大学联合出版社,1993.261-267.
[2] Vaupel P,Kallinowski F,Okunieff P.Blood flow,oxygen and nutrient supply and metabolic microenvironment of human tumor.Canc Res，1989，49 :6449-6465.
[3] 刘飒,魏东,张叔伦，等.胰激肽释放酶对氧向肿瘤组织传递的影响.见：李楚杰，主编.中国病理生理学会第六届微循环研讨会.广州：暨南大学出版社，1994.8.
[4] Yu Hong,Shen YU,Wang Zheng,et al.The effects of inhaling various concentration oxygen with and without drugs on experimental radiation response. Radiother Oncol ，1997，43 Suppl 2：87.
, 百拇医药
[5] Xu Bo,Wang Zheng,Cui Xiaoli,et al.Carbogen plus low concentration oxygen as radiosensitizers in a murine mammary carcinoma.Radiother Oncol,1997,43 Suppl 2:88.
[6] 张均田,斋藤洋.十二种化学药品破坏小鼠被动回避性行为—跳台试验和避暗 试验的作用的比较观察.药学学报,1986，21(1):12-19.
[7] 卢子和.高空环境生理学.见:李志刚,主编.航空医学.北京：人民军医出版社,1992.8.
[8] 马瑞山.高空缺氧.见:李志刚，主编.航空医学.北京：人民军医出版社,1992.34-65.
[9] 王恒星.氧中毒.见:龚锦涵，主编.潜水医学.北京：人民军医出版社,1985.288-309.
[10] Valdman A.Neuropeptides and emotional behavior.In:Yoshida H,eds. Advances in pharmacology and therapeutics.Oxford:Pergamon Press,1981.175.
(收稿：1998-05-12 修回：1998-06-11), 百拇医药