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目的:
本研究通过动物实验,观察氟中毒大鼠尿氟排泄情况、牙齿的变化和全身骨骼X线改变以及VC、VE不同剂量单独干预和联合干预对氟中毒大鼠尿氟排泄、氟斑牙和骨骼X线改变的影响。探讨机体在高氟状态下的氟排泄情况、牙齿和骨骼改变及VC、VE在此过程中的干预作用。
观察氟中毒大鼠肝、肾、脑组织抗氧化酶类及脂质过氧化物的变化以及VC、VE不同剂量单独干预和联合干预对高氟状态下大鼠抗氧化酶活性及脂质过氧化物的影响,以期探讨过量氟引起肝、肾、脑组织损伤的机制。
观察氟中毒大鼠肝、肾、脑组织形态学和超微结构的改变,探讨VC、VE不同剂量单独干预和联合干预对氟中毒大鼠肝、肾、脑组织形态学和超微结构的保护作用,以期为有效干预、防治地方性氟中毒提供组织形态学依据。
观察氟中毒大鼠肝、肾、脑细胞凋亡发生情况以及细胞凋亡调控蛋白bcl-2、p53、bax和c-myc以及bcl-2mRNA在氟中毒大鼠肝、肾和脑组织中的表达情况,探讨VC、VE不同剂量单独干预和联合干预对氟中毒大鼠肝、肾和脑细胞凋亡及其相关蛋白和bcl-2mRNA表达所起的主要作用,为阐明氟对肝、肾、脑损伤的机制提供依据。
方法:
动物分组与处理:将体质量为80~120g Wistar大鼠120只,雌雄各半,随机将其分为9组,A.正常对照组:不做任何处理,饮用纯净水;B.染氟组:自由饮用含氟化钠(NaF)150 mg /L的高氟水;C.VC+染氟组:在染氟基础上分别灌胃给予VC①C1组(VC低剂量干预组),VC50 mg·kg-1·d-1 ②C2组(VC中剂量干预组),VC100 mg·kg-1·d-1③C3组(VC高剂量干预组),VC150 mg·kg-1·d-1;D.VE+染氟组,在染氟基础上分别灌胃给予VE①D1组(VE低剂量干预组),VE25 mg·kg-1·d-1 ②D2组(VE中剂量干预组),VE50 mg·kg-1·d-1③D3组(VE高剂量干预组),VE75 mg·kg-1·d-1;E.VC+VE+染氟组(VC、VE联合干预组):在染氟基础上同时灌胃给予VC100 mg·kg-1·d-1和VE50 mg·kg-1·d-1。每组大鼠均饲基础饲料,自由摄食,实验共进行9月(38.5周)。实验结束后处死大鼠取肝、肾、脑,测各项指标。
分别于实验第5周、第10周和第15周收集24h尿液,采用氟离子选择性电极法测定尿氟含量。处死动物前一天,用瑞士产Swissray最新一代直接数字化X线机对大鼠全身骨骼进行X线拍片。
用黄嘌呤氧化酶法测定肝、肾、脑组织超氧化物歧化酶(SOD)活力、用比色法测定谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活力、用可见光分光光度法测定过氧化氢酶(CAT)活性;用硫代巴比妥酸法(TBA)测定脂质过氧化物丙二醛(MDA)含量。
用光学显微镜和透射电子显微镜观察各组大鼠肝、肾、脑组织形态学和超微结构的变化。
采用DNA琼脂糖凝胶电泳检测肝、肾和脑细胞凋亡,采用免疫组化检测技术观察肝、肾和脑组织p53、c-myc、bcl-2和bax蛋白的表达以及采用原位杂交技术检测肝、肾和脑bcl-2mRNA的表达。
统计分析:应用SPSS13.0 for windows 统计软件对实验数据进行整理汇总,多个样本均数的比较用单向方差分析,两两比较用SNK(q)检验,双指标相关分析用Pearson相关分析,数据用表示,检验水准α=0.05。用Microsoft Excel 2003软件绘制统计图。
结果:
24小时尿氟含量在染毒第15周>第10周>第5周(P<0.05),说明随着染氟时间的延长大鼠尿氟的排除量逐渐升高。干预VC、VE均可使大鼠尿氟含量显著升高。干预VC、VE不同剂量组之间尿氟含量有所不同,即VC、VE低剂量干预组尿氟含量显著高于中、高剂量干预组。VC、VE联合干预组在染氟的不同时间均显著高于其余组(P<0.05)。除正常对照组以外,其他组均出现不同程度的氟斑牙征象,染氟组氟斑牙出现时间最早且程度最严重。106例实验大鼠中共有18例(17%)(正常对照组和部分VC、VE干预组)表现出正常骨骼X线征象,骨结构完全正常;其余88例(100%)大鼠均出现不同程度、分型的氟骨症X线征象,其中硬化型占第一位,疏松型次之,混合型第三位,染氟组大鼠中混合型氟骨症最多,其次为疏松型,再次为硬化型,且有11例大鼠均表现为重度氟骨症;VC、VE各干预组有6例大鼠表现出正常骨骼X线征象,其余大鼠均出现不同程度的氟骨症,各干预组氟骨症均以硬化型改变为主,VC不同剂量干预组中疏松型和混合型改变占第二位;VE不同剂量干预组和VC、VE联合干预组中疏松型占第二位,但无1例混合型氟骨症,各干预组氟骨症在程度上以轻度~中度为主。
抗氧化酶活性测定结果表明,染氟组大鼠肝、肾、脑组织MDA含量显著增加,肝和脑组织SOD、GSH-Px和CAT活性以及肾组织GSH-Px活性均显著降低(P<0.05),而肾组织SOD、CAT活性无明显变化;VC、VE可不同程度地增强SOD、GSH-Px和CAT活性,降低MDA水平;VC、VE联合干预可明显拮抗氟诱导的脂质过氧化作用,显著增强大鼠肝组织SOD、GSH-Px和CAT活性;VC低剂量干预对肾脏SOD和CAT以及脑GSH-Px和CAT具有明显的保护作用;VE高剂量干预显著增加脑组织SOD活性。
氟中毒大鼠肝、肾、脑出现明显的组织形态学改变。
电泳图谱分析结果表明,肝、肾、脑染氟组以及肝和肾VE干预高剂量组电泳分析均可见典型凋亡特征性“阶梯状”DNA降解片段,即DNA梯形带,标志着凋亡的发生,其余组均未见明显的DNA特征性梯形带,与对照组相比无明显变化。
免疫组化法结果表明,与正常对照组相比,染氟组肝细胞bcl-2蛋白表达下调,而bax、p53和c-myc蛋白表达明显上调。
染氟的同时补充VC和/或VE对肝肾脑细胞凋亡相关蛋白表达均有显著影响。
结论:
干预VC、VE均可使大鼠尿氟含量显著升高,其中VC和VE干预剂量低(分别为50 mg·kg-1·d-1和25 mg·kg-1·d-1)时效果最为明显。长期过量氟摄入导致大鼠严重的氟斑牙和氟骨症的发生。VC、VE可使氟斑牙和氟骨症症状减轻即对氟中毒大鼠骨骼损害有一定的拮抗作用,VE单独干预和VC、VE联合干预效果较VC单独干预明显。
过量氟引起的肝、肾、脑损伤中氧化应激起重要作用。VC、VE在一定剂量范围内可有效拮抗过量氟导致的脂质过氧化作用,对氟中毒大鼠肝、肾、脑组织有明显的保护作用。
光、电镜结果表明,过量氟引起大鼠肝、肾、脑组织不同程度的组织形态学和超微结构的损害,肝细胞显示凋亡的组织形态学和超微结构特征,同时肾细胞也具有凋亡的特征性超微结构。高氟染毒对大鼠肝脏的损害最为严重,其次为肾脏,再次为大脑。这可能与机体各器官组织对过量氟损害的敏感性不同有关。VC、VE的干预对过量氟引起的大鼠各组织损害以及肝、肾细胞凋亡有不同程度的拮抗作用,其中联合干预效果最为明显,表明干预的效果与干预剂量、单独或联合干预和氟中毒损害的靶器官有关。
过量氟导致肝、肾和脑细胞凋亡以及bcl-2、p53、bax和c-myc蛋白及bcl-2mRNA表达的显著变化,说明bcl-2、p53、bax和c-myc等调控蛋白及bcl-2mRNA参与氟中毒大鼠肝、肾、脑细胞凋亡的发生与发展过程。肝、肾、脑细胞中bcl-2蛋白以及bcl-2mRNA表达一致性下调,p53和bax蛋白表达一致性上调,c-myc蛋白表达却无明显规律,肝细胞中表达上调,肾细胞中表达下调,而脑细胞中其表达无明显变化,表明bcl-2基因有明显的促凋亡作用,p53和bax有抑制凋亡的作用,c-myc却表现出双重作用。染氟同时干预VC、VE可拮抗肝、肾、脑细胞凋亡,对过量氟引起的大鼠肝、肾、脑细胞毒性有明显的保护作用。VC和VE单独和联合干预以及不同剂量干预的影响程度间存在一定的差异。其可能原因可从维生素的剂量-效应,不同基因的表达水平及其对氟化钠和VC、VE作用的敏感程度,氟的毒性作用和对机体造成的脂质过氧化作用和维生素对其拮抗作用的靶器官等多个角度考虑。