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目的：纳米ZnO是一种新型的功能性纳米材料,在医药、橡胶、胶粘剂、涂料、导电材料等领域得到广泛应用。由于纳米材料具有特殊的理化性质,预示其生物学效应与一般材料可能有所不同,因此,对纳米材料的生物安全性进行评价十分必要。为评价纳米ZnO的生物安全性,本研究采用支气管注入法染毒,分别观察纳米及微米ZnO颗粒所致大鼠机体损伤程度的差异,为全面评价纳米ZnO颗粒物的毒理学作用提供基础资料。
方法：将56只雄性Wistar大鼠按体重随机分成7个组,采用支气管注入法一次性染毒,6个实验组分别注入2、10、50 mg/ml的纳米ZnO或微米ZnO颗粒悬液,按2ml/Kg体重进行染毒,对照组注入等体积的生理盐水,12天后处死动物。观察染毒前后大鼠体重变化；进行支气管肺泡灌洗,计数肺泡灌洗液(BALF)中细胞总数及分类计数：测定BALF及肺匀浆中其乳酸脱氧酶(LDH)、酸性磷酸酶(ACP)、碱性磷酸酶(AKP)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、总蛋白(TP)含量；测定血清中LDH、ACP、AKP、GSH-Px、谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)、血肌酐(Cr)、尿素氮(BUN)含量；光镜下观察肺组织病理学变化。
主要结论：
(1)染毒后100mg/Kg纳米ZnO组体重低于对照组或相同剂量的微米组(P<0.05或P<0.01)。说明该剂量可对大鼠整体健康状况造成影响。
(2)与对照组比较,100mg/Kg、20mg/Kg纳米及微米ZnO组BALF白细胞总数增加,细胞分类可见纳米及微米ZnO各实验组粒细胞比例增加,巨噬细胞比例降低(P<0.01);与同剂量的微米组比较,100mg/Kg、20mg/Kg纳米ZnO组白细胞总数增加,20mg/Kg、4mg/Kg纳米ZnO组粒细胞比例增加,巨噬细胞比例降低(P<0.05或P<0.01)。说明纳米及微米ZnO染毒可引起大鼠肺组织明显的炎症反应,相同剂量下,纳米ZnO导致肺组织的炎症反应较微米ZnO严重。
(3)与对照组比较,100mg/Kg、20mg/Kg纳米及微米ZnO组BALF中总蛋白、LDH、ACP、AKP增加,GSH-Px降低,(P<0.05或P<0.01);与20mg/Kg、4mg/Kg纳米ZnO组比较,100mg/Kg纳米ZnO组BALF中LDH、ACP、AKP增加,GSH-Px降低,与4mg/Kg纳米ZnO组比较,20mg/Kg纳米ZnO组BALF中LDH增加,GSH-P降低(P<0.05或/P<0.01);100mg/Kg纳米ZnO组BALF中LDH、ACP、AKP均高于同剂量的微米ZnO组,BALF中GSH-Px低于同剂量的微米ZnO组。20mg/Kg纳米ZnO组BALF中LDH高于同剂量的微米ZnO组,BALF中GSH-Px低于同剂量的微米ZnO组(P<0.05或P<0.01)。说明100mg/Kg、20mg/Kg纳米及微米ZnO染毒可能导致大鼠肺泡壁毛细血管的损伤、肺泡结构的破坏、并引起呼吸道、肺泡腔炎性细胞浸润及由此而产生的氧化损伤。相同剂量下,纳米ZnO导致呼吸道、肺泡腔炎性细胞浸润的程度及氧化损伤程度较微米ZnO严重。
(4)与对照组比较,100mg/Kg、20mg/Kg纳米ZnO组及100mg/Kg微米ZnO组肺匀浆中GSH-Px降低,100mg/Kg纳米ZnO组肺匀浆中LDH增加(P<0.01)：与20mg/Kg、4mg/Kg纳米ZnO组比较,100mg/Kg纳米ZnO组肺匀浆中LDH增加,GSH-Px降低,同时20mg/Kg纳米ZnO组肺匀浆中GSH-Px低于4mg/Kg纳米ZnO组(P<0.05或P<0.01);相同剂量间比较,100mg/Kg、20mg/Kg纳米ZnO组肺匀浆中GSH-Px低于同剂量的微米组(P<0.05或P<0.01)。说明100mg/Kg、20mg/Kg纳米及微米ZnO染毒可导致大鼠呼吸道、肺泡腔内、肺间质及其它肺组织细胞的炎性改变及由此而产生的氧化损伤。相同剂量下,纳米ZnO导致上述生物材料炎性细胞浸润的程度及氧化损伤程度较微米ZnO严重。
(5)与对照组比较,100mg/Kg纳米及微米ZnO组血清中ALT、AST或AST增加,(P<0.05或P<0.01);与20mg/Kg、4mg/Kg纳米ZnO组比较,100mg/Kg纳米ZnO组血清中ALT、AST增加(P<0.05或P<0.01);100mg/Kg纳米ZnO组血清中AST高于相同剂量的微米组(P<0.01)。表明100mg/Kg纳米ZnO和微米ZnO可导致大鼠肝功能受损,纳米ZnO对肝功能的损伤较微米ZnO更为严重,本研究条件下,两种粒径ZnO染毒未观察到对大鼠肾功能的影响。
(6)肺组织病理学观察发现,纳米及微米ZnO均可导致肺组织多发性炎症、坏死及肺实变,100mg/Kg、20mg/Kg纳米ZnO组病变最严重。与同剂量微米组比较,纳米组肺部损伤程度更为严重。
综上所述,纳米ZnO和微米ZnO染毒均可导致大鼠肺组织、肝功能受损及全身性的损伤。在相同剂量条件下,纳米ZnO对机体的损伤作用较微米ZnO严重。