慢性鋁過(guò)負(fù)荷大鼠外周組織金屬離子的含量變化

郭遠(yuǎn)新 何 琴 余麗娟 雷文娟 王健峰 胡馨月 楊俊卿 (重慶醫(yī)科大學(xué)藥理教研室，重慶 40006)

金屬鋁對(duì)于人體正常生理功能的意義至今不清楚，鋁在中樞神經(jīng)系統(tǒng)過(guò)量蓄積所造成的神經(jīng)毒性作用已被廣泛接受，而目前關(guān)于鋁蓄積對(duì)外周組織的損傷作用卻研究較少〔1〕。研究顯示，鋁在外周組織的異常蓄積同樣可引發(fā)毒性作用，可導(dǎo)致肝、腎功能失調(diào)，心血管疾病以及骨質(zhì)疏松等〔2〕。我們前期研究發(fā)現(xiàn)，鋁負(fù)荷可導(dǎo)致大鼠腦組織中金屬離子鋁升高的同時(shí)，腦組織錳、銅、鋅、鐵含量也明顯上升，而金屬離子錳、銅、鋅、鐵，是人體組織器官正常生理功能必不可少的微量元素，其含量的變化，如增多或減少，也常常導(dǎo)致一些疾病的發(fā)生〔3，4〕。鋁中樞神經(jīng)毒性作用可能與這些金屬含量升高有關(guān)〔5〕。慢性鋁負(fù)荷對(duì)機(jī)體各個(gè)臟器、組織均可能產(chǎn)生影響，其對(duì)外周組織錳、銅、鋅、鐵含量的影響如何未見(jiàn)報(bào)道，本實(shí)驗(yàn)擬觀察鋁負(fù)荷所致大鼠外周組織金屬離子鋁、錳、銅、鋅、鐵含量的變化，為闡明鋁外周組織毒性的可能機(jī)制提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物 清潔級(jí)雄性SD大鼠10只，體重220～250 g，動(dòng)物許可證：SCXK(渝)2007-0001由重慶醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。

1.2 主要儀器與試劑 Plasma 400等離子體原子發(fā)射光譜檢測(cè)器(美國(guó)PE公司)六水三氯化鋁(AlCl3·6H2O)與D-葡萄糖酸鈉均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.3 方法

1.3.1 動(dòng)物分組和建模 大鼠在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下飼養(yǎng)3 d以適應(yīng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。參照本室造模方法〔5〕，將大鼠隨機(jī)分為2組，每組5只，即正常對(duì)照組(灌胃給予與等體積的葡萄糖酸鈉)，慢性鋁過(guò)負(fù)荷模型組(17.9 g AlCl3·6H2O及9.9 g D-葡萄糖酸鈉溶于雙蒸水中，待溶液澄清，使用0.1 mol/L NaOH滴定溶液pH 5.0左右，使用雙蒸水定容至100 ml，配置成終濃度為Al+3200 mg/kg的葡萄糖酸鋁溶液)，連續(xù)20 w，每周連續(xù) 5 d，1次/d，灌胃體積為1 ml/100 g。與動(dòng)物相關(guān)的所有實(shí)驗(yàn)操作，均獲得重慶醫(yī)科大學(xué)道德與倫理委員的許可和指導(dǎo)。

1.3.2 金屬離子測(cè)定 停止給予鋁負(fù)荷后第2天，斷頸法處死各組大鼠，收集血液并離心，吸取上層血漿于4℃冰箱保存。分離心、肝、脾、肺、腎等組織并稱重，雙蒸水中勻漿，加入25%C8H21NO溶液，80℃消化至溶液澄清，雙蒸水補(bǔ)容至10 ml。使用一次性塑料試管避免金屬離子干擾。鋁、錳、鐵、鋅、銅等金屬離子含量測(cè)定用Plasma 400等離子體原子發(fā)射光譜檢測(cè)器，內(nèi)標(biāo)法測(cè)定，鋁、錳、鐵、鋅和銅測(cè)定波長(zhǎng)為 309.3、257.6、238.2、206.2和224.7 nm。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS12.0軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均以s表示，組間比較用Dunnett t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 慢性鋁過(guò)負(fù)荷大鼠心組織金屬離子含量變化 正常心組織鐵含量最高，其次依次為鋅、銅、鋁，最低為錳。與正常對(duì)照組比較，模型組大鼠心組織中鋁含量明顯升高，增加為44.2%;鐵含量明顯升高，增加25.5%;鋅含量升高幅度最大，增加153.0%;錳含量有升高的趨勢(shì)，但是不具有顯著性;銅水平變化不大。見(jiàn)表1。

表1 鋁負(fù)荷大鼠心組織Al、Mn、Fe、Zn和Cu含量變化(s，n=5，μg/g)

表1 鋁負(fù)荷大鼠心組織Al、Mn、Fe、Zn和Cu含量變化(s，n=5，μg/g)

與正常對(duì)照組比較：1)P＜0.05

組別 鋁 錳 鐵 鋅 銅正常對(duì)照組 2.17±0.04 0.39±0.02 74.37±3.77 16.35±1.45 4.57±0.25模型組 3.13±1.151) 0.41±0.03 93.33±8.431)41.37±12.891)4.48±0.14

2.2 慢性鋁過(guò)負(fù)荷大鼠肝組織金屬離子含量變化 正常肝組織鐵含量最高，其次依次為鋅、銅、錳，最低為鋁。與正常對(duì)照組比較，模型組大鼠肝組織中鋁含量明顯升高，增加為23.5%;銅含量明顯升高，增加16.9%;錳含量明顯升高，增加6.4%;鐵含量升高幅度最大，增加35.4%;鋅水平變化不大(表2)。

2.3 慢性鋁過(guò)負(fù)荷大鼠脾組織金屬離子含量變化 正常脾組織鐵含量最高，其次依次為鋅、鋁、銅，最低為錳。與正常對(duì)照組性比，模型組大鼠脾組織中鋁含量升高幅度最大，增加為141.8%;鐵含量明顯升高，增加76.0%;鋅含量明顯升高，增加62.0%;銅含量明顯升高，增加7.7%;錳含量明顯升高，增加45.4%(表3)。

表2 鋁負(fù)荷大鼠肝組織Al、Mn、Fe、Zn和Cu含量變化(s，n=5，μg/g)

表2 鋁負(fù)荷大鼠肝組織Al、Mn、Fe、Zn和Cu含量變化(s，n=5，μg/g)

與正常對(duì)照組比較：1)P ＜0.05，2)P ＜0.01，下表同

組別 鋁 錳 鐵 鋅 銅正常對(duì)照組2.08±0.15 2.47±0.16 171.38±30.95 28.63±1.71 3.12±0.15模型組 2.57±0.281)2.63±0.111)232.12±30.151) 29.13±2.07 3.65±0.092)

表3 鋁負(fù)荷大鼠脾組織Al、Mn、Fe、Zn和Cu含量變化(s，n=5，μg/g)

表3 鋁負(fù)荷大鼠脾組織Al、Mn、Fe、Zn和Cu含量變化(s，n=5，μg/g)

組別 鋁 錳 鐵 鋅 銅正常對(duì)照組 3.49±0.61 0.33±0.01 904.11±239.67 21.11±6.9 1.16±0.03模型組 8.44±1.592) 0.48±0.111) 1 591.56±209.141) 34.21±3.652) 1.25±0.051)

2.4 慢性鋁過(guò)負(fù)荷大鼠肺組織金屬離子含量變化 正常肺組織鐵含量最高，其次依次為鋅、鋁、銅，最低為錳。與正常對(duì)照組性比，模型組大鼠肺組織中鋁含量明顯升高，增加為75.1%;鐵含量明顯降低，下降13.9%;鋅含量明顯降低，下降42.3%;錳含量明顯升降低，下降24.3%;銅水平變化不大(表4)。

2.5 慢性鋁過(guò)負(fù)荷大鼠腎組織金屬離子含量變化 正常腎組織鐵含量最高，其次依次為鋅、鋁、銅，最低為錳。與正常對(duì)照組性比，模型組大鼠腎組織中鋁含量明顯升高，增加為75.1%;鐵含量升高幅度最大，增加為113.8%;鋅含量明顯升高，增加88.8%;銅含量明顯降低，下降34.1%;錳含量明顯降低，下降32.6%(表5)。

表4 鋁負(fù)荷大鼠肺組織Al、Mn、Fe、Zn和Cu含量變化(s，n=5，μg/g)

表4 鋁負(fù)荷大鼠肺組織Al、Mn、Fe、Zn和Cu含量變化(s，n=5，μg/g)

與正常對(duì)照組比較：1)P＜0.05，下表同

正常對(duì)照組2.4±0.56 0.37±0.03 137.92±10.29 39.87±1.821.43±0.08模型組 4.21±2.011)0.28±0.031)118.72±3.141)22.98±9.441)1.38±0.08

表5 鋁負(fù)荷大鼠腎組織Al、Mn、Fe、Zn和Cu含量變化(s，n=5，μg/g)

表5 鋁負(fù)荷大鼠腎組織Al、Mn、Fe、Zn和Cu含量變化(s，n=5，μg/g)

組別 鋁 錳 鐵 鋅 銅正常對(duì)照組2.25±0.51 0.98±0.1 57.53±12.27 13.19±5.53 6.99±0.6模型組 3.59±0.741)0.66±0.181)123.04±47.951)24.91±9.691)4.6±1.111)

2.6 慢性鋁過(guò)負(fù)荷大鼠血漿金屬離子含量變化 正常血漿中鐵含量最高，其次依次為鋅、鋁、銅，最低為錳。與正常對(duì)照組性比，模型組大鼠血漿中鋁含量有升高的趨勢(shì)，但是不具有顯著性;鐵含量降低幅度最大，下降34.0%;鋅含量明顯降低，下降23.0%;錳含量明顯降低，下降25.0%;銅含量明顯降低，下降10.0%(表6)。

表6 鋁負(fù)荷血漿Al、Mn、Fe、Zn和Cu含量變化(s，n=5，μg/g)

表6 鋁負(fù)荷血漿Al、Mn、Fe、Zn和Cu含量變化(s，n=5，μg/g)

正常對(duì)照組0.98±0.17 0.04±0.01 1.85±0.44 1.13±0.17 0.4±0.02模型組 1.02±0.37 0.03±0.011)1.22±0.051)0.87±0.041)0.36±0.011)

3 討論

本研究顯示，正常對(duì)照組大鼠血液及主要外周組織均有鋁的蓄積，且心肝脾肺腎的鋁水平相近，由于鋁在機(jī)體的生理功能至今仍不明確，因此，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，鋁在機(jī)體蓄積主要是造成機(jī)體的毒性反應(yīng)。已有研究表明，長(zhǎng)期暴露于高水平鋁環(huán)境下，多個(gè)組織器官可出現(xiàn)損傷，如從事鋁職業(yè)工人易罹患肺病、其心肌酶譜也出現(xiàn)異常;長(zhǎng)期接受低劑量鋁透析液的患者，可出現(xiàn)骨軟化、腎功能失調(diào)、透析性腦病、肝膽功能障礙等〔1，2〕。與我們的結(jié)果相似，研究結(jié)果提示〔6，7〕，鋁過(guò)負(fù)荷可以導(dǎo)致不同組織器官、不同程度的蓄積，而可能導(dǎo)致組織器官不同程度的損害，但是需要進(jìn)一步研究。另一方面，鋁過(guò)負(fù)荷大鼠血漿鋁水平增加不顯著，這可能是因?yàn)殚L(zhǎng)期鋁負(fù)荷后，鋁離子隨血液循環(huán)蓄積于外周組織和中樞，大量鋁離子進(jìn)入組織器官內(nèi)蓄積，從而使得外周血液血循環(huán)中鋁離子含量并不明顯增加。

鋁毒性的確切發(fā)生機(jī)制至今尚未明了，有回顧性分析發(fā)現(xiàn)，鋁毒性的機(jī)制可能是通過(guò)促進(jìn)活性氧簇的產(chǎn)生，激發(fā)氧化應(yīng)激，導(dǎo)致組織器官的損傷〔8〕。但鋁作為非過(guò)渡金屬，不單獨(dú)導(dǎo)致氧化-還原反應(yīng)。金屬離子錳、銅、鋅、鐵等為酶的輔助因子，在電子傳遞中扮演著重要角色。研究表明，體內(nèi)鋁競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合轉(zhuǎn)鐵蛋白后，大量游離鐵被置換，大幅度增加的鐵加速了Fenton與Haber-Weiss反應(yīng)進(jìn)程，進(jìn)而產(chǎn)生了大量活性氧自由基，它們通過(guò)特異的連鎖式應(yīng)，攻擊線粒體膜磷脂，造成其形態(tài)與生化功能的損傷，加速細(xì)胞凋亡與組織壞死，因而，有學(xué)者認(rèn)為金屬離子錳、銅、鋅、鐵的增加或減少，可能是鋁致機(jī)體氧化應(yīng)激損傷的直接原因〔4，8〕。

鐵是人體內(nèi)含量最多的微量元素，鐵缺乏可造成機(jī)體貧血、免疫功能下降。而鐵負(fù)荷可增加人群罹患肝、腎及心血管系統(tǒng)疾病的風(fēng)險(xiǎn)〔9〕。我們的研究發(fā)現(xiàn)，與空白對(duì)照組相比，鋁過(guò)負(fù)荷可引起鐵離子含量在大鼠心、肝、脾、腎臟組織明顯上升，腎臟升高的幅度＞脾臟＞肝臟和心臟;而在肺臟與血漿中明顯下降，血漿下降幅度＞肺臟。研究提示，腎臟、脾臟、肝臟和心臟組織的鐵負(fù)荷狀態(tài)可能部分介導(dǎo)鋁的毒性作用〔9，10〕。

銅是機(jī)體氧化-還原反應(yīng)中高效的催化劑，體內(nèi)銅負(fù)荷的發(fā)生可引發(fā)銅代謝障礙性疾病(Wilson病)，銅缺乏亦可引起Menkes病。我們的研究發(fā)現(xiàn)，與空白對(duì)照組相比，鋁過(guò)負(fù)荷可引起銅離子含量在大鼠肝、脾臟組織明顯上升，肝臟升高的幅度＞脾臟;在腎臟與血清中明顯下降，腎臟下降幅度＞血漿;而在心與肺臟中無(wú)顯著變化。研究提示，肝臟和脾臟組織的銅負(fù)荷狀態(tài)可能介導(dǎo)鋁的毒性作用〔11，12〕。

鋅是人體內(nèi)生物作用最廣泛的金屬離子，鋅含量的高低可直接影響金屬硫蛋白(MTs)與Zn-SOD的數(shù)量與活性，二者可在體內(nèi)對(duì)抗多種原因引發(fā)的氧化應(yīng)激并防止細(xì)胞死亡〔4〕。我們的研究發(fā)現(xiàn)，與空白對(duì)照組相比，鋁過(guò)負(fù)荷可引起鋅離子含量在大鼠心、脾、腎臟組織明顯上升，心臟升高的幅度＞腎臟＞脾臟;在肺臟與血漿中明顯下降，肺臟下降幅度＞血漿;而在肝臟中無(wú)顯著變化。研究提示，心臟、腎臟和脾臟組織的鋅負(fù)荷狀態(tài)，可能介導(dǎo)鋁的毒性作用〔13，14〕。

錳是具有特異性蓄積的微量元素，它能選擇性地分布于富含線粒體的細(xì)胞中，所以當(dāng)體內(nèi)錳含量變化異常時(shí)，它可直接損害線粒體的能量轉(zhuǎn)換與電子傳遞功能，最終導(dǎo)致細(xì)胞損傷〔15〕。本研究與本他研究提示，脾臟與肝臟組織的錳負(fù)荷狀態(tài)，以及腎臟與肺臟的錳缺乏可能介導(dǎo)鋁的毒性作用〔16，17〕。

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