口服水溶性鈣補充劑促進大鼠生長發(fā)育研究

陳大力，郭雨萌，李敬民，李雯，王衛(wèi)平，孫春萌

(1.中國藥科大學(xué)藥學(xué)院，國家藥品監(jiān)督管理局藥物制劑及輔料研究與評價重點實驗室，中國藥科大學(xué)藥用輔料及仿創(chuàng)藥物研發(fā)評價中心，江蘇 南京 210009；2.云南萊德福科技有限公司，云南 昆明 650113)

鈣作為人體必需的常量元素之一，在機體組成和正常生命活動中發(fā)揮著不可或缺的作用，如骨骼牙齒的形成、神經(jīng)沖動的產(chǎn)生和傳遞、心臟節(jié)律的維持、激素的分泌、細胞信號傳導(dǎo)等[1-3]。為了維持正常生理活動，人體每天需要攝入足夠量的鈣元素，但是目前鈣缺乏已成為一個全球性的營養(yǎng)問題，針對鈣攝取不足或需要額外補鈣的人群，尤其針對兒童、中老年人、孕期及哺乳期女性群體，選擇合適的鈣補充劑是最直接有效的補鈣方式[4-6]。

隨著人口老齡化趨勢日趨明顯及鼓勵生育政策的不斷出臺，我國人民對鈣補充劑的需求日益增加，《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》中也明確提出開展“健康骨骼”專項行動。目前常用的鈣補充劑主要包括無機鈣、有機鈣和天然鈣等，其中以碳酸鈣為代表的無機鈣因含鈣量高、價格便宜等優(yōu)點被廣泛使用，如碳酸鈣咀嚼片、碳酸鈣D3片等[7-9]。但是固體鈣的攝取和吸收過程需要消耗胃酸，會對消化功能產(chǎn)生不良影響，甚至可能會引起堿中毒[10-12]。鑒于兒童、中老年人、孕期及哺乳期女性生理情況的特殊性，固體鈣補充劑引起的副作用更應(yīng)受到關(guān)注和重視。為解決固體鈣補充劑引起的副作用，我們利用酸化反應(yīng)將礦物鈣制成分子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的檸檬酸鈣和磷酸鈣的混合水溶性鈣補充劑，與固體鈣相比，該產(chǎn)品中鈣元素的吸收對胃酸的依賴度較低，可有效避免傳統(tǒng)固體鈣補鈣方式對消化功能產(chǎn)生的副作用。

本實驗以碳酸鈣為對照，研究了水溶性鈣補充劑對大鼠體重、身長、股骨長、骨密度、骨鈣含量等關(guān)鍵性生長發(fā)育指標(biāo)的影響，探討了水溶性鈣和固體鈣對大鼠生長發(fā)育的影響，為新型鈣補充劑的開發(fā)提供了策略和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑 水溶性鈣(云南萊德福科技有限公司，鈣含量為24.6%，批號:210312)；碳酸鈣(浙江省建德市正發(fā)藥業(yè)有限公司，鈣含量為39.4%，批號:D2010002)；硝酸(阿達瑪斯試劑，批號:P1718914)；鹽酸(阿達瑪斯試劑，批號:P1725043)；鈣單元素標(biāo)準溶液(國家有色金屬及電子材料分析測試中心，標(biāo)準值1 000 μg·mL-1，唯一標(biāo)識218015-1)；鈧單元素標(biāo)準溶液(國家有色金屬及電子材料分析測試中心，標(biāo)準值1 000 μg·mL-1，唯一標(biāo)識205009)。

1.2 儀器與設(shè)備 DHG-924385-Ⅲ電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司)；BAS124S電子天平(德國 Sartorius 公司)；MDS-6G微波萃取儀(上海新儀微波化學(xué)科技有限公司)；iCAP RQ電感耦合等離子質(zhì)譜儀(賽默飛世爾科技有限公司)；iNSiGHT VET DXA小動物雙能X射線骨密度分析儀(奧斯托醫(yī)療器械有限公司)。

1.3 實驗動物 SPF級健康4周齡SD斷乳大鼠，雌性，50只，體重55～75 g，由南京君科生物提供，動物生產(chǎn)許可證：SCXK(滬)2018-0006。大鼠飼養(yǎng)于中國藥科大學(xué)藥學(xué)動物實驗中心，實驗動物使用許可證號：SYXK(蘇)2021-0011，室溫22～25 ℃，相對濕度 50%～60%，正常晝夜交替，動物自由攝取實驗動物飼料，飲用去離子水以避免從飲用水中獲得鈣。所有動物實驗均符合動物倫理委員會標(biāo)準。

1.4 動物飼料 基礎(chǔ)動物飼料由北京科澳協(xié)力飼料有限公司提供，飼料配方為：10.0%酪蛋白、15.0%黃豆粉、54.0%小麥面粉、4.0%玉米油、2.0%纖維素、2.6%混合礦物鹽、1%混合維生素、0.2%氯化膽堿、0.2% DL-蛋氨酸、11.0%淀粉，調(diào)整鈣含量為0。

1.5 實驗方法

1.5.1 動物分組、劑量及周期設(shè)置 SD大鼠經(jīng)適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后，稱量體重，按體重隨機分為5組，每組10只。設(shè)置低、中、高劑量水溶性鈣組(鈣含量100、200、400 mg·kg-1)，同時設(shè)置高劑量碳酸鈣對照組(鈣含量400 mg·kg-1)和基礎(chǔ)飼料對照組(僅給予基礎(chǔ)飼料)。按照大鼠體重經(jīng)口灌胃給予受試物，隔日一次。所有組別實驗動物均自由飲食，飲用去離子水，以避免從飲用水中獲得鈣，實驗周期為7周。

1.5.2 觀察指標(biāo)

1.5.2.1 體重、身長 給藥前禁食12 h，測定各組大鼠體重、身長。實驗期間，每周測量體重、身長一次。

1.5.2.2 股骨干重、股骨長 給藥結(jié)束，處死大鼠，剝離出雙側(cè)股骨，剔除肌肉和筋膜后，隨機選取5根左側(cè)股骨于105 ℃烘箱中烘至恒重，稱量股骨干重，并用游標(biāo)卡尺測量長度。

1.5.2.3 骨鈣含量 將恒重的左側(cè)股骨置于消解罐中，加入適量王水，采用微波消解法對其進行消化。消解程序：900 W功率，150 ℃消解10 min，180 ℃消解5 min，210 ℃消解10 min。

然后以鈧元素作為內(nèi)標(biāo)，利用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)測定股骨的骨鈣含量(mg·g-1)。以標(biāo)準品鈣元素的濃度(X)為橫坐標(biāo)，相關(guān)信號強度(Y)為縱坐標(biāo)，進行線性回歸，得到標(biāo)準曲線，再根據(jù)響應(yīng)值計算所測樣品的鈣濃度。儀器檢測條件：冷卻氣流速為14 L·min-1；輔助氣流速為0.8 L·min-1；載氣流速為1.0 L·min-1；一級真空為2 mbar；二級真空為5×10-7mbar；渦輪轉(zhuǎn)速為999.9 Hz；泵速為40 r·min-1。

1.5.2.4 股骨密度 隨機選取5跟右側(cè)股骨，利用雙能X射線骨密度分析儀掃描測定整根股骨的骨密度值(g·cm-2)。

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析 結(jié)果用Mean±standard deviation(SD)表示，數(shù)據(jù)采用Student′s t-test進行組間差異分析，以P<0.05表示統(tǒng)計學(xué)具有顯著性差異。

2 實驗結(jié)果

2.1 水溶性鈣對大鼠體重、身長的影響 如表1所示，各組大鼠給藥前體重和身長均無顯著性差異。喂養(yǎng)7周后，對各組大鼠體重及身長數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果表明中劑量和高劑量水溶性鈣組的體重和身長均顯著高于基礎(chǔ)飼料組(P<0.05)，并且高劑量水溶性鈣組的體重和身長顯著高于高劑量碳酸鈣對照組(P<0.05)。

表1 水溶性鈣對大鼠體重及身長的影響(n=10)

2.2 水溶性鈣對大鼠骨骼發(fā)育的影響 大鼠股骨骨長及干重結(jié)果如表2所示，高劑量水溶性鈣組大鼠股骨長顯著高于基礎(chǔ)飼料組和高劑量碳酸鈣對照組(P<0.05)，低劑量和中劑量水溶性鈣組股骨長與基礎(chǔ)飼料組無顯著性區(qū)別(P>0.05)；低、中、高劑量水溶性鈣組的股骨干重均顯著高于基礎(chǔ)飼料組(P<0.05)，并且高劑量水溶性鈣組顯著高于高劑量碳酸鈣對照組(P<0.05)。

表2 水溶性鈣對大鼠股骨骨長及干重的影響(n=5)

鈣元素濃度(X)與相關(guān)信號強度(Y)的線性回歸方程為Y=1 884.507 7X+1 653 585.557 3，R2=0.999 3，大于0.999，表明鈣元素在0～2 000 ppb 范圍內(nèi)線性良好，符合定量分析要求。通過線性方程計算各組大鼠股骨的骨鈣含量，結(jié)果如表3所示，低、中、高劑量水溶性鈣組大鼠股骨的骨鈣含量均顯著高于基礎(chǔ)飼料組(P<0.05)，高劑量水溶性鈣與高劑量碳酸鈣對照組相比，骨鈣含量無顯著性區(qū)別(P>0.05)。

大鼠股骨的骨密度結(jié)果如表3所示，低、中、高劑量水溶性鈣組大鼠股骨的骨密度均顯著高于基礎(chǔ)飼料組(P<0.05)，高劑量水溶性鈣與高劑量碳酸鈣對照組相比，骨密度無顯著性區(qū)別(P>0.05)。

表3 水溶性鈣對大鼠股骨骨鈣含量及骨密度的影響(n=5)

3 討論與總結(jié)

選擇合適的鈣補充劑是維持人體正常鈣水平的有效措施之一， 但是不同鈣劑發(fā)揮作用的過程和機理有所不同[13-14]。碳酸鈣因具有含鈣量高、來源廣泛等優(yōu)勢，已成為目前最常用的鈣源之一，但是碳酸鈣水溶性差，溶解度低，在吸收過程中需要消耗胃酸，會干擾胃部酸性環(huán)境，對消化系統(tǒng)產(chǎn)生一定副作用，如消化不良、腹脹、腸胃脹氣、便秘等[10，15]。而水溶性鈣補充劑中鈣元素直接以水溶性鈣離子形式存在，對胃腸道安全性較高，是解決固體鈣缺陷的有效方式[16-17]。該研究設(shè)計了低、中、高3個劑量的水溶性鈣實驗組，并設(shè)置基礎(chǔ)飼料組和高劑量碳酸鈣組作為對照，通過對SD大鼠關(guān)鍵性生長發(fā)育指標(biāo)進行分析來探究水溶性鈣補充劑對大鼠生長發(fā)育情況的影響。

機體中的鈣大部分存在與骨骼和牙齒中，因此骨骼的生長發(fā)育情況是評價大鼠鈣吸收水平的重要指標(biāo)[18]。通過對大鼠股骨生長發(fā)育指標(biāo)進行分析，可以看出水溶性鈣補充劑具有增加骨密度的功能，表現(xiàn)為低、中、高劑量水溶性鈣組股骨的股骨的骨干重、骨鈣含量和骨密度指標(biāo)均顯著大于基礎(chǔ)飼料組(P<0.05)，且高劑量水溶性鈣組的股骨骨長顯著高于基礎(chǔ)飼料組(P<0.05)。此外，高劑量水溶性鈣組和高劑量碳酸鈣對照組大鼠股骨骨鈣含量及骨密度均無顯著性差異(P>0.05)，股骨長和股骨干重甚至顯著大于高劑量碳酸鈣對照組(P<0.05)，說明水溶性鈣補鈣效果可達到甚至優(yōu)于相同劑量的碳酸鈣水平。

實驗過程中觀察到高劑量碳酸鈣對照組大鼠狀態(tài)持續(xù)不佳，喂養(yǎng)7周后體重和身長均顯著低于同等劑量的水溶性鈣實驗組(P<0.05)，可能是由于碳酸鈣組大鼠胃酸消耗過多，對胃腸道產(chǎn)生了較大刺激性，使其消化系統(tǒng)受到了一定損傷，對大鼠健康狀態(tài)、正常攝食及相關(guān)營養(yǎng)成分的吸收產(chǎn)生不利影響。而水溶性鈣因不需要消耗胃酸，對大鼠健康狀況基本不會產(chǎn)生不利影響，攝食及營養(yǎng)成分攝取正常。體重及身長數(shù)據(jù)可初步說明固體鈣補充劑對大鼠健康狀態(tài)影響較大，長期高頻率服用對機體可能具有較大副作用，而水溶性鈣則具有較高的安全性。

綜合以上各項代謝指標(biāo)，說明水溶性鈣具有良好的補鈣效果，對骨密度的增加具有良好作用，安全性和相容性較高，是作為鈣補充劑的較佳選擇。