He-Ne激光照射礦物質水對微循環及血細胞聚集、黏附等的影響

關 弘

（包頭醫學院職業技術學院，內蒙古 包頭 014030）

血小板、白細胞等的黏附、聚集影響微循環的血流速度，是血管內皮細胞損傷乃至形成血栓的主要因之一，在主動脈粥樣硬化的各個階段也均起到重要的作用。由于血管內皮細胞具有明顯的電磁特征，He-Ne激光照射礦物質水具有改變電導率的作用[1]，本實驗目的旨在探討He-Ne激光照射礦物質水對血小板、白細胞等黏附、聚集的影響及對細胞膜表面電光學特性的作用。

1 材料與方法

1.1 實驗動物及儀器

He-Ne激光照射裝置為本科室自制，為一個玻璃桶形容器，厚0.5cm，直徑20cm，高35cm，裝礦泉水30cm深，置于實驗臺上，照射距離15cm。MRL-671氦氖激光照射儀置于玻璃桶形容器上方，MRL-671氦氖激光照射儀（長春市新產業光電技術有限公司生產）：激光功率23.0MW，光斑直徑5.2cm，波長為632.8nm。將礦泉水置于此容器內，He-Ne激光過夜照射12h[2]。3周齡Wistar 大白鼠20只，由包頭醫學院動物飼養中心提供，體質量212～235g，分實驗組和對照組兩組飼養，每組10只，兩組均用相同方法喂養30d。實驗組飲用He-Ne激光照射礦物質水，對照組飲用水是未經He-Ne激光照射的礦物質水，每只動物的飲水量均為40～50mL/d。

1.2 實驗方法

3周齡Wistar 大白鼠20只，由包頭醫學院動物飼養中心提供，體質量212～235g，分實驗組和對照組兩組飼養，每組10只，兩組均用相同方法喂養30d。實驗組飲用He-Ne激光照射礦物質水，對照組飲用水是未經He-Ne激光照射的礦物質水，每只動物的飲水量均為40-50ml/ d。Wistar大白鼠用20%烏拉坦肌內注射麻醉，隨后由尾靜脈注入內毒素1mg/ kg使致炎癥刺激，引起白細胞黏附和血管內皮損傷模型。采用olympusIMT- 2型倒置顯微鏡以20X、40X 物鏡觀察小腸系膜微血管[3]，通過連接在顯微鏡上的CCD彩色攝錄象儀記錄細靜脈內白細胞貼壁流動和滲出等狀態及血流速度，再在回放的錄像中選取直徑為￠40μm 的細靜脈，在靜態圖像上測定血管腔內100μm長度中的白細胞貼壁黏附和游出的數[2,3]，以及血小板、紅細胞的黏附、聚集和血管內皮損傷。另取靜脈血10μL加入0.4mL的紅細胞懸液，采用北京六一儀器廠生產的WD-9408A 細胞電泳儀，以及olympusHB-2型生物顯微鏡（物鏡為10X、20X）、顯微攝像儀、監視儀和視頻刻度尺，按常規方法測量紅細胞電泳。

1.3 數據處理

實驗結果均經統計學處理，用t-test作顯著性檢驗。

2 結 果

2.1 白細胞黏附

實驗組中白細胞黏附顯著比對照組少，下降率達60 %，P＜0.01，差異顯著，見表1 。

表1 細靜脈內白細胞黏附數量（個/ 4000μm2*）

2.2 白細胞滲出

實驗組的白細胞滲出數比對照組顯著地少，下降率超過70%，P＜0.01，差異顯著，見表2。

表2 細靜脈外白細胞滲出數量（個/ 100μm*）

2.3 血流速度

實驗組的血流速度明顯比對照組快，上升率達7%，P＜0.05，差異明顯，見表3。

表3 細靜脈血流速度（mm/ s）

2.4 紅細胞電泳率

實驗組的紅細胞電泳率明顯比對照組高，上升率達17%，P＜0.05，差異明顯，見表4。

表4 紅細胞電泳率（μm/ S）

2.5 其他結果

血小板黏附、聚集，紅細胞黏附、聚集，血管內皮間隙增大和血管出血等現象，實驗組都小于對照組，下降率為10%～20%不等，均有差異，見表5。

表5 細靜脈內血小板黏附、聚集與血管損傷（%）

3 討 論

3.1 He-Ne激光照射處理的礦物質水能夠減輕內毒素對大鼠造成的炎癥刺激，并抑制由此而引起的白細胞等的黏附、聚集和白細胞滲出及血流速度的減慢，減輕血管內皮間隙變大和血管出血等異常，在一定程度上起到了對抗內毒素的作用。

3.2 He-Ne激光照射礦物質水能夠促進細胞質膜表面活性物質的表達（如促進帶有負電荷基團的唾液酸的表達等），以及能夠極化細胞膜面上的束縛水（如致使水偶極子的平均定向與膜面法線平行等），從而影響細胞膜面的電學特性。

3.3 He-Ne激光照射礦物質水能夠提高紅細胞的電泳率，說明了此水能夠增大紅細胞表面負電荷密度。細胞電泳率的大小反映細胞表面所帶負電荷密度的高低，說明實驗組紅細胞的表面負電荷密度明顯大于對照組，而且差異明顯。推及白細胞與血小板等，它們的表面負電荷密度亦應高于其對照組，致使血細胞之間以及血細胞與內皮細胞之間的同性靜電斥力獲得提高，導致白細胞等黏附、聚集的減少。這種細胞表面電動力學活性的升高，是此水能夠影響細胞黏附能力的因素之一。細胞黏附是一個復雜過程，影響因素是多方面的，主要有：①細胞質膜的表面活性物質及其性質。②細胞膜界面上水偶極子的分布形態。③細胞表面的電動力學活性。④細胞周邊環境介質的特性。這四個因素又是互相關聯的，例如:表面電動力學活性與表面活性物質相關，也與水偶子分布形態和環境介質特性相關[4]；而表面活性物質既與表面電動力學活性相關，也與環境介質相關，等等。細胞黏附的影響力，是諸因素的綜合影響力。討論細胞黏附時，例如白細胞黏附，人們首先認為白細胞的黏附作用主要取決于白細胞與內皮細胞表面黏附受體功能。這就是大家所熟知的“細胞表面黏附分子介導的細胞黏附”。反映了上述“因素①”中的黏附分子所起的作用。上述的“四因素”相關。但本文討論借助細胞間的物理化學作用力（綜合影響力）的細胞黏附時，則是著重于細胞黏附過程涉及細胞間的靜電和水化等非特異性的相互作用。細胞表面是層質膜，質膜是復雜的結構體系和多功能體系。在哺乳動物其主要成份是蛋白多糖、糖氨聚糖、糖蛋白和唾液酸等表面活性物質。這些表面活性物質存在各種帶負電荷的基團（例如，唾液酸的羧基- CCOH ，等等），致使大多數細胞表面帶負電荷，呈凈負電性，電荷面密度平均為-5×106C/m2[5,6]。細胞表面負電荷主要取決于表面活性物質及其性質。質膜表面還有一層束縛水，以水偶極子形態分布在膜界面上，對于維系膜的完整性至關重要，并參與膜表面的物質滲透、吸附和結合等過程[6]。水偶極子分布形態能夠影響細胞表面負電荷的面密度。質膜表面的負靜脈特性在細胞黏附過程中起著重要的調節作用。而且，這個表面負電荷還受到環境介質的pH、離子濃度、粘度和介電常數等因素的影響；也受到束縛水層水偶極子分布形態（水作為偶極子的極化層組織排列）的影響。

3.3.1 正常情況

正常情況下，機體系統處于相對穩定狀態，機體內環境相對穩定，細胞質膜相對穩定，細胞周邊環境介質的PH、離子強度、粘度和介電常數等相對穩定，細胞膜界面上的水偶極子的分布形態相對穩定，導致細胞表面負電荷相對穩定。因此，正常情況下細胞之間的物理作用力相對穩定，于此也就是細胞之間的靜電斥力相對穩定。所以正黨情況下，白細胞等不容易黏附、聚集。此外，正常情況下，血管內皮細胞能夠通過其相對穩定的表面負電荷，釋放各種活性物質，如ATP酶、ADP酶、t- PA和血栓調節蛋白（TM）以及組織因子途徑抑制物（TF2PI）等物質，防止血小板的黏附、聚集，具有抗栓特性[7]。因此正常情況下細胞之間的生化作用力相對穩定，于此也就是細胞之間的化學作用力相對穩定。所以正常情況下，白細胞等不容易黏附、聚集。顯見，正常情況下，細胞表面負電荷能夠產生相對穩定的物理化學作用力，使得白細胞等的細胞表面電動力學活性相對穩定，它們也就不容易黏附、聚集。但是，當機體受到外來干擾，細胞受損后，這種相對穩定的正常情況則遭到破壞，事情就發生改變。最終導致細胞表面負電荷面密度的改變（降低），影響到白細胞等變得容易黏附、聚集。

3.3.2 失衡情況

機體失去平衡后則出現不正常，例如發生炎癥。由尾靜脈注入內毒素，對大白鼠來說是一種外來干擾，會引發炎癥刺激，破壞原來相對穩定的正常，使機體失衡，細胞受損，膜面狀態改變。在炎癥過程中出現的情況如下[6-8]：①細胞質膜表面活性物質發生變化，導致細胞表面負電荷面密度降低；②細胞膜界面上水偶極子層的分布形態發生變化，致使水偶極子平均定向與膜面法線不平行；③細胞周邊環境介質的特性發生變化，例如：PH減少，粘度增大等；④血管內皮細胞表面黏附分子的表達發生變化，例如促進內皮細胞表達選擇素P和E，ICAM-1、ICAM-2等；⑤白細胞表面黏附分子的表達發生變化，如促進白細胞表達整合素和ICAM-1等；⑥當血管內皮細胞受損，內皮細胞脫落，導致脫落面處的內皮下組織暴露。內皮下組織富含膠原蛋白，幾乎不帶負電荷，使該處喪失了抗栓特性；⑦另外，內毒素能使內皮細胞釋放組織因子，PAI和內皮素增高，而NO形成減少，促進血細胞黏附、聚集以及凝血。因此炎癥過程中導致白細胞容易黏附、聚集，推及其它血細胞亦然。這就是細胞黏附能力學方面的原因，本實驗的結果也說明了這一點。

3.3.3 He-Ne激光照射處礦物質水的作用

本實驗中，實驗組與對照組的明顯差異（見實驗結果），說明了He-Ne激光照射處理的礦物質水所起的作用，分析如下：①He-Ne激光照射礦物質水能提高細胞之間的物理作用力—靜電斥力。He-Ne激光照射處理的礦物質水具有降低電導率作用[1]。雖是較弱，但對于主要是“弱相互作用”的生命體，則能產生顯著的作用。在He-Ne激光照射處理的礦物質水的“時效”期內，飲用He-Ne激光照射處理的礦物質水的“實驗組”大白鼠便隨之也降低了體內物質的電導率。這個降低使體內細胞電荷分布結構發生變化。結果之一，是能夠增大細胞表面負電荷面密度，對血細胞以及內皮細胞應更為明顯（見表4中紅細胞電泳率的明顯差異），導致白細胞等應能提高其表面電動力活性，增大其靜電斥力，致使白細胞的黏附數量顯著減少，釋放更多的表面活性物質，如ATP酶ADP 酶t-AP和血栓調節蛋白（TM）以及組織因子途徑抑制物（TFPI）等物質[7]，抑制內皮細胞的生化吸附力，防止血小板的黏附、聚集，提高抗栓能力。He-Ne激光礦物質水也應能抑制白細胞及紅細胞表面黏附分子的表達，進而抑制其生化吸附力，減少它們的黏附、聚集。即是說，此水能夠通過抑制細胞的生化吸附力，從化學作用力方面抑制血細胞的黏附、聚集，提高血流速度（表3），防止血栓形成，維系血液的正常流動性。③此水能夠減輕內毒素對內皮細胞的損傷，見表5。然而，對照組所使用的礦泉水卻沒有這些功能和作用，故能獲得實驗結果的顯著性差異。上述實驗說明，此水能夠提高細胞表面電動力學活性以及細胞表面生化活性的主要機理之一。此水的這個作用效果，導致血細胞的黏附、聚集明顯減少，且能從而產生如下直接結果[7]。①由于白細胞黏附作用在動脈粥樣硬化的各個階段均起重要作用。因此白細胞黏附的降低可預防動脈粥樣硬化。②由于全血粘度主要取決于紅細胞。因此減少紅細胞聚集可改善血液粘度、維護血流通暢。③由于白細胞、紅細胞和血小板參與血栓的形成。因此減少他們的黏附、聚集有助于防止血栓形成。④由于黏附在血管表面的白細胞能釋放超氧自由基，因此減輕白細胞黏附有助于減少體內自由基的產生；另外，減輕白細胞黏附的主要原因之一是細胞表面負電荷密度的增加，因而又能增強歧化自由基的能力，起到抗氧化的作用[8]。

4 結 論

根據上述實驗結果和推論，可初步總結如下:①紅細胞電泳率的提高，說明He-Ne激光照射處理的礦物質水具有降低電導率作用，改變體內電荷分布的作用，改變感應細胞表面負電荷的功能和作用。②細胞表面負電荷的增大，說明He-Ne激光照射礦物質水具有提高細胞表面電動力學活性和生化活性的功能和作用。③上述功能和作用的機理主要是He-Ne激光照射處理的礦物質水具有降低電導率作用，改變體內電荷分布的作用。改變感應細胞表面負電荷的功能和作用。因此，He-Ne激光照射的礦物質水是一種功能水，值得進一步深入研究。

[1]賈文英,馬彥民.弱激光血療對紅細胞影響的實驗研究[J].激光雜志,2004,25(1): 15.

[2]劉育英,越秀梅.不同刺激因素引起血管內白細胞粘附的研究[J].中國應用生理學雜志,2001,17(3):296 -298.

[3]田牛,劉育英,李向紅,等.微循環的臨床與基礎[J].北京:原子能出版社,1996:142.

[4]黃卡瑪,李穎,劉寧,等.近年來弱電磁場(波)生物效應機理研究的進展[J].中國醫學物理學雜志,2000,17(1):39.

[5]邱冠英,彭銀祥.生物物理學[M].武漢:武漢大學出版社,2000:228.

[6]趙南明,周海夢.生物物理學[M].北京:高等教育出版社,2000;170-176.

[7]王振義,李家增,阮長耿.血栓與止血基礎理論與臨床[M].北京:上?？茖W技術出版社,1996:375-–400.

[8]龔非力.基礎免疫學[M].武漢:湖北科學技術出版社,1998;39.