長(zhǎng)期飲用純凈水對(duì)鉛蓄積性及毒性影響的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著人們生活水平的提高，消耗高能和精制食物逐漸增加，飲食中礦物質(zhì)含量不斷下降；而飲用軟水在全世界也越來(lái)越多。長(zhǎng)期飲用礦物質(zhì)較低的軟水對(duì)健康有無(wú)負(fù)面影響，各家觀點(diǎn)不一，爭(zhēng)論熱烈。其中主要存在兩種觀點(diǎn)，一方認(rèn)為：人體礦物質(zhì)僅5％來(lái)源于飲水，絕大部分可以從食物補(bǔ)充。飲水的意義僅在補(bǔ)充水分。另一方則認(rèn)為：水中礦物元素生物利用率較食物高，在食物礦物質(zhì)元素?cái)z入不足的情況下，飲水中礦物質(zhì)元素的貢獻(xiàn)是非常有意義的；同時(shí)飲用軟水能加速機(jī)體固有礦物質(zhì)的排出

2、，增加機(jī)體對(duì)環(huán)境毒物的吸收，所以長(zhǎng)期飲用純凈水可能會(huì)誘發(fā)疾病。但是，上述觀點(diǎn)都缺乏系統(tǒng)、科學(xué)的研究依據(jù)。因此，系統(tǒng)研究長(zhǎng)期飲用純凈水后大鼠的生物學(xué)效應(yīng)，對(duì)指導(dǎo)科學(xué)飲水、維護(hù)人們的生命和健康具有重要意義。 有報(bào)道顯示水的適當(dāng)硬度對(duì)于防止從胃中吸收有毒金屬具有顯著影響。水中缺鈣，特別是當(dāng)食物中鈣較低時(shí)，小鼠從水中攝取的鉛將增加；高鈣飲食也能減少重金屬的吸收及毒性，比如飲食飲水中鈣濃度的增加則可以減少動(dòng)物對(duì)水中有毒重金屬鎘的吸收。經(jīng)檢

3、索至今未見(jiàn)飲用純凈水是否對(duì)鉛的吸收、蓄積性及毒性產(chǎn)生影響的研究。于是我們選擇純凈水作為軟水的代表，以經(jīng)典重金屬毒物-鉛為觀察對(duì)象，構(gòu)建飲用長(zhǎng)期純凈水時(shí)慢性鉛中毒的動(dòng)物，探討長(zhǎng)期飲用純凈水是否能增加鉛的吸收，是否能增加鉛在生物體內(nèi)的蓄積，從而引起鉛的生物學(xué)效應(yīng)是否能發(fā)生改變，期望為評(píng)價(jià)純凈水的安全性提供參考。 方法： 1、動(dòng)物模型 清潔級(jí)雄性斷乳SD大鼠104只，隨機(jī)分為8組(每組13只，各組平均體重?zé)o顯著性差異)

4、，各組飲水分別為自來(lái)水、純凈水、自來(lái)水含鉛(醋酸鉛)50mg/L、純凈水含鉛50mg/L、自來(lái)水含鉛200mg/L、純凈水含鉛200mg/L、自來(lái)水含鉛800mg/L、純凈水含鉛800mg/L。食物及環(huán)境等因素均一致。 自來(lái)水經(jīng)陶瓷芯過(guò)濾，其鎂12.7mg/L，溶解性總固體(TDS)175mg/L，電導(dǎo)率350μS/cm，化學(xué)耗氧量(COD)低于檢測(cè)限，鉛5.7μg/L。純凈水經(jīng)檢測(cè)符合飲用瓶裝純凈水國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB17324-9

5、8)，其鎂0.015mg/L，TDS1.16mg/L，電導(dǎo)率2.28μS/cm，COD低于檢測(cè)限，鉛未檢出。 2、實(shí)驗(yàn)觀察指標(biāo) ①觀察大鼠一般生長(zhǎng)情況，每周稱(chēng)量體重，記錄大鼠的飲食、飲水量及自主活動(dòng)。②于第4、6、8、10、24、28周尾靜脈采全血?jiǎng)討B(tài)監(jiān)測(cè)血鉛。③在12、24周時(shí)對(duì)大鼠進(jìn)行Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)中的定向航行、空間探索和可視平臺(tái)實(shí)驗(yàn)。④在28周時(shí)處死大鼠取材，采用微波消解及原子吸收分光-石墨爐法測(cè)定血鉛及腦

6、、心臟、肝臟、腎臟、骨等組織的鉛含量。⑤采用RT-PCR法檢測(cè)海馬NMDA受體NR1、NR2A和NR2B亞基mRNA的表達(dá)。⑥表面熒光法檢測(cè)血液鋅原卟啉(ZPP)。⑦放射免疫法檢測(cè)血清甲狀旁腺素(PTH)和骨鈣素(OC)。⑧化學(xué)法檢測(cè)血鈣、鎂，微波消解及原子吸收分光-石墨爐法測(cè)定骨鈣、鎂。⑨ELIsA檢測(cè)肝臟、腎臟金屬硫蛋白(MT)。 結(jié)果及討論： 第一部分：長(zhǎng)期飲用純凈水時(shí)慢性鉛中毒模型的建立 (一)大鼠一般生

7、長(zhǎng)狀況 整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，大鼠飲食飲水狀況正常，體重持續(xù)增加。大鼠生長(zhǎng)情況良好，且各組大鼠自主活動(dòng)正常，神經(jīng)行為未見(jiàn)明顯改變，同等染毒劑量不同飲水組間，體重差異無(wú)明顯變化。 (二)血液中鉛含量的變化 各染鉛組大鼠的血鉛均高于100μg/L(即1991年美國(guó)國(guó)家疾病控制中心(CDC)制定的兒童鉛中毒診斷標(biāo)準(zhǔn))，其中高劑量組的血鉛超過(guò)了1000μg/L，超過(guò)到了重度鉛中毒標(biāo)準(zhǔn)(即美國(guó)CDC的Ⅳ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)450μg/L～700

8、μg/L)。隨著染毒劑量的增加和染毒時(shí)間的延長(zhǎng)，大鼠的血鉛逐漸增加。但在同等染毒劑量下不同飲水方式之間，血鉛未見(jiàn)明顯差異。 (三)血液中鈣、鎂的含量的變化 飲用純凈水對(duì)大鼠血鈣，血鎂的含量無(wú)顯著影響。 (四)血液鋅原卟啉的變化 ZPP是反映鉛血液毒性的早期效應(yīng)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示ZPP的含量隨染毒劑量升高而升高，并且在同等染毒劑量下飲用純凈水的大鼠其ZPP均高于飲用自來(lái)水的大鼠(在低劑量染毒組、不同飲水方式

9、間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P＜0.05)。 血鉛及ZPP的升高說(shuō)明成功建立了大鼠慢性鉛中毒的模型。 第二部分：長(zhǎng)期飲用純凈水對(duì)鉛在機(jī)體組織中蓄積的影晌 (一)心臟、肝臟、腎臟、腦，骨鉛含量的比較 同等染毒劑量下飲用純凈水的大鼠其上述組織中鉛含量均大于飲用自來(lái)水的大鼠。其中，在不同飲水方式的對(duì)照組(未染鉛的自來(lái)水組與純凈水組)及低中高三個(gè)劑量組中，心臟、腎臟鉛含量比較均顯示出有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的差異(P＜0.05)；在

10、對(duì)照組和低中劑量組，肝臟鉛含量的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)；骨骼鉛含量具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的組別為低中高三個(gè)劑量組(P＜0.05)；腦鉛含量在對(duì)照組和高劑量組中出現(xiàn)明顯差異(P＜0.05)。值得注意的是腎臟、肝臟、心臟、腦組織中，在兩個(gè)對(duì)照組中其鉛含量也有差異(p＜0.05)，這就提示在日常的環(huán)境暴露情況下，長(zhǎng)期飲用純凈水也可能會(huì)增加鉛在體內(nèi)的蓄積。 (二)骨骼鈣鎂含量及相關(guān)激素(骨鈣素和甲狀旁腺素)水平的比較 鉛暴露

11、能夠降低血清骨鈣素，升高血清甲狀旁腺素，并且長(zhǎng)期飲用純凈水能夠增加這種趨勢(shì)。雖然各組動(dòng)物血鈣，血鎂之間未呈現(xiàn)顯著差異，但是骨鈣的含量隨鉛染毒劑量的增高而降低，同等染毒劑量下飲用純凈水的大鼠其骨鈣均低于飲用自來(lái)水的大鼠，并且在對(duì)照、中、高劑量染毒組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。骨鎂的變化也呈類(lèi)似趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明長(zhǎng)期飲用純凈水能干擾大鼠骨骼的鈣鎂代謝。 (三)肝臟、腎臟金屬硫蛋白的比較 金屬硫蛋白是具有很強(qiáng)重金屬結(jié)合

12、能力的蛋白質(zhì)，可以加速重金屬?gòu)捏w內(nèi)排除，在重金屬解毒中具有重要地位。我們發(fā)現(xiàn)隨鉛染毒劑量的增高，肝臟、腎臟金屬硫蛋白的含量也隨之增高；并且發(fā)現(xiàn)同等染毒劑量下飲用純凈水的大鼠肝臟中金屬硫蛋白的含量高于飲用自來(lái)水的大鼠。這與飲用純凈水組的大鼠其肝臟鉛含量高于引用自來(lái)水組的大鼠相一致，提示長(zhǎng)期飲用純凈水能引起肝鉛蓄積增加，從而刺激肝臟產(chǎn)生更多的MT進(jìn)行解毒。飲用純凈水導(dǎo)致腎臟MT下降，可能與腎臟中較大鉛負(fù)荷耗竭M(jìn)T，并且腎臟不及肝臟具有較強(qiáng)的

13、再生與合成蛋白質(zhì)的能力所致。 第三部分：長(zhǎng)期飲用純凈水時(shí)鉛對(duì)大鼠學(xué)習(xí)記憶能力的影響 在染毒12周、24周時(shí)對(duì)大鼠進(jìn)行了兩次水迷宮實(shí)驗(yàn)，并檢測(cè)了大鼠海馬NMDA受體NR1亞基、NR2A亞基、NR2B亞基mRNA的表達(dá)情況。發(fā)現(xiàn)在24周水迷宮實(shí)驗(yàn)中，體現(xiàn)大鼠學(xué)習(xí)能力的定向航行實(shí)驗(yàn)顯示在低鉛(50mg/L)及中鉛劑量(200mg/L)暴露下，飲用純凈水的大鼠其逃逸潛伏期長(zhǎng)于飲用自來(lái)水的大鼠(p＜0.05)。逐日分析顯示，差異主

14、要發(fā)生在1～2d，此后的3～5d差異消失。此結(jié)果提示在相對(duì)較低的鉛暴露下，飲用純凈水能加重鉛所致大鼠學(xué)習(xí)記憶能力的下降。 NR1、NR2A亞基在兩種飲水情況下均呈現(xiàn)隨著染毒劑量的增高，其mRNA表達(dá)逐漸降低的趨勢(shì)，說(shuō)明兩種飲水中的鉛都導(dǎo)致了腦組織中NMDA受體表達(dá)的降低，并且在同等鉛染毒劑量下，飲用純凈水的大鼠腦組織NR1、NR2A亞基mRNA的表達(dá)均低于飲用自來(lái)水的大鼠，其中NR2A在兩個(gè)低鉛劑量組之間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p

15、＜0.05)。NR2B亞基mRNA的表達(dá)在低、中劑量時(shí)有增高的趨勢(shì)，在高劑量時(shí)mRNA的表達(dá)降低，考慮為低劑量鉛的刺激效應(yīng)；并且在同等鉛染毒劑量下，飲用純凈水的大鼠腦組織NR2B亞基mRNA的表達(dá)均低于飲用自來(lái)水的大鼠。 結(jié)合NMDA受體亞基mRNA的表達(dá)情況和水迷宮實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，我們推測(cè)純凈水能夠加重鉛所致的NMDA受體NR1、NR2A、NR2B表達(dá)下降可能是其影響大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力的機(jī)制之一。 結(jié)論與展望： 綜

16、上所述，我們發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期飲用純凈水能增加鉛在大鼠實(shí)質(zhì)性組織中的蓄積，加重鉛對(duì)造血系統(tǒng)的毒性；干擾骨骼鈣鎂代謝；降低NMDA受體NR1、NR2A、NR2B亞基mRNA的表達(dá)，同時(shí)遲滯其空間學(xué)習(xí)記憶能力，在低劑量鉛暴露下上述效應(yīng)更為明顯。 由于時(shí)間的限制，我們的研究還有不完善的地方，比如NMDA受體在蛋白質(zhì)水平上的驗(yàn)證工作(免疫組化和WesternBlot)等。建議今后開(kāi)展在鉛吸收中起重要作用的DMT1在mRNA及蛋白質(zhì)水平的改變，以及