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炭黑是一种疏松、质轻而极细的黑色粉末状物质,有较高的稳定性和惰性,常用于制造墨水等,其粒径小,比表面积大的特点亦被广泛应用于科学研究。炭黑颗粒也是大气细颗粒物的核心部分,以往大量实验证明,污染空气中的纳米级颗粒会对机体造成损伤,以呼吸系统疾病最多见、最明显,亦可累及其他各大系统,促进癌症发生。近期研究表明,中枢神经系统是纳米级颗粒毒性作用的潜在靶器官。目的:研究纳米炭黑对大鼠腰段脊髓的损伤作用及炎症相关因子IL-1β、IL-6、TNF-α及IL-10蛋白表达的影响。方法:32只健康雄性SD大鼠随机分为4组(n=8):(1)对照(Control,C)组:常规饲养90天;(2)染毒(Carbon black inhalation,CB)组:染毒90天;(3)染毒恢复(Recovery,R)组:染毒90天,恢复14天;(4)恢复对照(Recovery control,RC)组:常规饲养104天。由HRH-DAG768粉末分散系统进行动式吸入式染毒造模,每天吸入含纳米级炭黑颗粒的污染空气6h,炭黑浓度为30mg/m~3,染毒90天。制模过程中,每4天记录一次体重,并观察动物一般情况。制模结束后,腹主动脉取血,大鼠俯卧位取腰段脊髓组织,HE染色观察脊髓组织病理学改变,应用免疫组织化学法和Western blot检测炎症相关因子IL-1β、IL-6、TNF-ɑ及IL-10的表达。结果:1模型制备过程中,实验大鼠全部存活。与相应的对照组相比,模型组体重增长速度降低,自21天有统计学意义(P<0.05)。2白细胞计数及分类2.1白细胞总数:与对照组相比,染毒组白细胞计数明显增高(P<0.05);与染毒组相比,染毒恢复组白细胞计数降低,但无统计学意义(P>0.05)。2.2白细胞分类计数:与对照组相比,染毒组淋巴细胞百分比、嗜碱性粒细胞计数明显降低(P<0.05);单核细胞计数及百分比、中性粒细胞计数及百分比均明显升高(P<0.05)。与染毒组相比,染毒恢复组淋巴细胞百分比明显升高(P<0.05);单核细胞百分比、中性粒细胞计数均明显降低(P<0.05);嗜酸性粒细胞计数明显降低(P<0.05);嗜碱性粒细胞计数无变化。3 HE染色在腰髓前角灰质,与对照组相比,染毒组神经元数量无明显变化,胶质细胞数量明显增多,可见卫星现象。与染毒组相比,染毒恢复组胶质细胞进一步增多,神经元尼氏小体消散。在腰髓后角灰质,与对照组相比,染毒组神经元皱缩,数量无明显变化;胶质细胞数量明显增多。与染毒组相比,染毒恢复组胶质细胞进一步增多。4 Western blot4.1 IL-1β:与对照组相比,染毒组IL-1β蛋白表达明显增加(P<0.05);与染毒组相比,染毒恢复组IL-1β蛋白表达进一步增加(P<0.05)恢复对照与对照组相比,无显著差异(P<0.05)。4.2 IL-6、TNF-ɑ及IL-10在各组的变化趋势与IL-1β相同。5免疫组织化学分析5.1 IL-1β在腰髓前角灰质,与对照组相比,染毒组神经元与胶质细胞IL-1β阳性染色明显加深,神经纤维染色明显加深,积分光密度明显增高(P<0.05)。与染毒组相比,染毒恢复组神经元与胶质细胞IL-1β阳性染色进一步加深,以神经元胞浆染色加深为主,神经纤维染色进一步加深,积分光密度明显增高(P<0.05)。在腰髓后角灰质,与对照组相比,染毒组神经纤维IL-1β阳性染色明显加深,神经元与胶质细胞染色有所加深,积分光密度明显增高(P<0.05)。与染毒组相比,染毒恢复组神经元与胶质细胞IL-1β阳性染色进一步加深,神经纤维染色进一步加深,积分光密度明显增高(P<0.05)。5.2 IL-6在腰髓前角灰质,与对照组相比,染毒组神经元与胶质细胞IL-6阳性染色明显加深,神经纤维染色明显加深,积分光密度明显增高(P<0.05)。与染毒组相比,染毒恢复组神经元与胶质细胞IL-6阳性染色进一步加深,以神经元胞浆染色加深为主,神经纤维染色进一步加深,积分光密度明显增高(P<0.05)。在腰髓后角灰质,与对照组相比,染毒组神经纤维IL-6阳性染色明显加深,神经元与胶质细胞染色有所加深,积分光密度明显增高(P<0.05)。与染毒组相比,染毒恢复组神经元与胶质细胞IL-6阳性染色进一步加深,神经纤维染色进一步加深,积分光密度明显增高(P<0.05)。5.3 TNF-ɑ在腰髓前角灰质,与对照组相比,染毒组神经元与胶质细胞TNF-ɑ阳性染色明显加深,神经纤维染色明显加深,积分光密度明显增高(P<0.05)。与染毒组相比,染毒恢复组神经元与胶质细胞TNF-ɑ阳性染色进一步加深,神经纤维染色进一步加深,积分光密度明显增高(P<0.05)。在腰髓后角灰质,与对照组相比,染毒组神经纤维TNF-ɑ染色明显加深,神经元与胶质细胞染色有所加深,积分光密度明显增高(P<0.05)。与染毒组相比,染毒恢复组神经元与胶质细胞TNF-ɑ阳性染色进一步加深,以神经元胞浆染色加深为主,神经纤维染色进一步加深,积分光密度明显增高(P<0.05)。5.4 IL-10在腰髓前角灰质,与对照组相比,染毒组神经元与胶质细胞IL-10阳性染色明显加深,神经纤维染色明显加深,积分光密度明显增高(P<0.05)。与染毒组相比,染毒恢复组神经元与胶质细胞IL-10阳性染色进一步加深,神经纤维染色进一步加深,积分光密度明显增高(P<0.05)。在腰髓后角灰质,与对照组相比,染毒组神经纤维IL-10阳性染色明显加深,神经元与胶质细胞染色有所加深,积分光密度明显增高(P<0.05)。与染毒组相比,染毒恢复组神经元与胶质细胞IL-10阳性染色进一步加深,以神经元胞浆染色加深为主,神经纤维染色进一步加深,积分光密度明显增高(P<0.05)。结论:大鼠吸入纳米炭黑后,从21天开始体重明显低于对照组;可引起全身炎症反应;腰髓前、后角灰质促炎症因子IL-1β、IL-6和TNF-ɑ均明显增多,抗炎因子IL-10也明显增多,致腰髓损伤。在不给予治疗的情况下,脱离染毒环境后,炭黑对大鼠腰髓的炎症损伤作用持续存在。