多代連續(xù)飲用四種飲水大鼠肝腎功能和骨骼生長發(fā)育比較研究.pdf

1、水是人體最重要和最基本的營養(yǎng)素之一。隨著水污染的日益嚴重和經(jīng)濟的快速發(fā)展以及大眾消費觀念的改變，飲水質(zhì)量受到人們的高度重視，對飲用水的要求也越來越高。目前以純凈水、天然礦泉水和礦物質(zhì)水為主的各類瓶(桶)裝水在日常飲用水中的比例逐年增高。經(jīng)過反滲透、納濾、吸附等工藝深度加工處理的瓶(桶)裝水在有害污染物的含量上的確得到了控制，但對人體健康有重要影響的水中天然礦物質(zhì)含量也出現(xiàn)不同程度的下降。受研究過程中性別、水質(zhì)、飲食、實驗方法等因素的影響

2、，長期飲用較低礦物質(zhì)含量的水對健康有何利弊至今仍沒有統(tǒng)一定論。
　　 本團隊研究飲用軟水對健康的影響已有10余年，前期研究顯示，飲用純凈水的雌雄大鼠平均體重均持續(xù)顯著性高于飲用涼開水。長期飲用純凈水后，雌鼠血清中鎂含量顯著降低，尿中鎂含量雌雄均有下降趨勢，鉀、鈉濃度均有升高趨勢，鐵、鋅、銅元素含量顯著降低，鉻含量顯著升高。大鼠骨骼的生長發(fā)育指標中股骨長度、骨生物力學性能及骨密度純凈水和自來水無顯著差異。目前國內(nèi)外在飲用水的生物學

3、效應(yīng)方面主要集中在上世紀五六十年代的人群流行病學調(diào)查和基于單代動物的實驗研究，尚未見多代連續(xù)飲用不同飲水的相關(guān)生物學效應(yīng)研究和報道。因此，我們選擇自來水、天然水、礦物質(zhì)水、純凈水進行比較研究，建立多代連續(xù)飲用四種飲水的大鼠模型，從一般生長發(fā)育、肝腎功能、機體酸堿狀態(tài)、骨骼生長發(fā)育幾方面研究和探討多代連續(xù)飲用四種飲水與健康效應(yīng)的關(guān)系，為進一步深入研究奠定基礎(chǔ)。
　　 實驗方法：
　　 1.多代連續(xù)飲用四種飲水的動物模型

4、r>　　 FO代：斷乳SD雌鼠120只/雄鼠60只，均隨機分為自來水組(Tap water，T組)、天然水組(Natural water，N組)、礦物質(zhì)水組(Mineralized water，M組)、純凈水組(Purified water，P組)四組，每組30(雌性)/15(雄性)只。飲水至4月齡開始繁殖實驗，雌雄2:1比例交配，產(chǎn)生約20只受孕F0代雌鼠。雄鼠處死，孕鼠保留至生產(chǎn)F1代仔鼠。
　　 F1代：各組F1代雌仔鼠

5、30只，雄仔鼠15只。飲用與F0代相同飲水至4月齡，雌雄2:1比例交配，產(chǎn)生約20只受孕F1代雌鼠。雄鼠處死，孕鼠保留至生產(chǎn)F2代仔鼠。
　　 F2代：各組F2代雌仔鼠30只，雄仔鼠30只，與F1代相同飲水，采用飲水瓶給水，除飲水外其他條件完全相同，每日早上8點定時更換飲水和添加飼料。
　　 自來水源于重慶城市供水系統(tǒng)，天然水、礦物質(zhì)水、純凈水均采用市售相同批次的瓶裝飲用水。四種飲水經(jīng)檢測均符合相應(yīng)水質(zhì)標準。
　　

6、 2.取材和指標
　　 飼喂期間，①每日觀察各組動物的外觀和行為，包括動物的飲食情況、精神和活動狀況、毛發(fā)潤澤度及排泄物情況等。②每月稱量體重1次。③每月測定1次大鼠的24h飲水、攝食量。
　　 飼喂F2代大鼠至10月齡處死。采集腹主動脈血，一部分用血氣分析儀檢測機體酸堿狀態(tài)指標，另一部分分離血清，用自動生化分析儀檢測肝腎功能指標和用酶聯(lián)免疫試劑盒測定骨代謝指標。采血后立即剖取雄鼠心、肝、主動脈弓，將器官周圍的脂肪結(jié)締

7、組織去除，并將臟器表面血液吸干凈，用電子天平稱重，計算臟器系數(shù)，臟器系數(shù)以臟器重量(g)與體重(g)之比表示。同時雌鼠取右側(cè)股骨、脛骨和門齒，剔除肌肉和軟組織，用生理鹽水浸濕的紗布包裹后，再用錫箔紙包裹，置于-20℃低溫冰箱保存，實驗前24 h取出標本，放置室溫下解凍。股骨用于骨密度和生物力學檢測，脛骨和門齒檢測其中鈣、鎂、磷含量。
　　 3.統(tǒng)計學分析
　　 數(shù)據(jù)經(jīng)SPSS13.0統(tǒng)計軟件處理，實驗數(shù)據(jù)均以均數(shù)±標準差

8、(-x±s)的形式表示，組間均數(shù)差異的顯著性比較采用單因素方差分析。
　　 結(jié)果與討論
　　 1.生長發(fā)育
　　 1.1一般生長發(fā)育情況
　　 F2代大鼠觀察期內(nèi)一般生長發(fā)育情況均未見顯著性差異。提示大鼠在一般生長發(fā)育指標上無明顯差別。
　　 1.2雄鼠重要臟器系數(shù)
　　 雄鼠心、肝、主動脈弓臟器系數(shù)的組間差異均無統(tǒng)計學意義。提示長期飲用四種飲水對雄鼠心、肝、主動脈弓無明顯改變。
　

9、　 2.肝腎功能
　　 2.1肝臟蛋白合成能力以及營養(yǎng)狀況
　　 雌雄大鼠血清總蛋白(total protein，TP)、血清白蛋白(albumin，ALB)、血清球蛋白(globulin，GLB)、白球比(A/G)的組間差異均無統(tǒng)計學意義。與自來水組比較，雄鼠天然水組(P=0.006)和礦物質(zhì)水組(P=0.037)前白蛋白(Prealbumin，PA)含量明顯降低；雌鼠純凈水組PA含量明顯升高(P=0.030)。提示

10、雄鼠自來水組的營養(yǎng)狀況較天然水組和礦物質(zhì)水組好，雌鼠純凈水組營養(yǎng)狀況較其余三組好。
　　 2.2腎臟功能
　　 飲用四種水的雄鼠血清尿酸(Serum uric acid，UA)，雌鼠血清尿素(Urea)和尿酸組間差異均無統(tǒng)計學意義。雄鼠血清中尿素含量自來水組高于天然水組(P=0.015)和礦物質(zhì)水組(P=0.012)；血清中肌酐(Serum creatinine，SCR)含量自來水組低于天然水組(P=0.050)，純凈水

11、組低于天然水組(P=0.000)和礦物質(zhì)水組(P=0.004)；尿素肌酐比(U/C)自來水組高于天然水組(P=0.001)和礦物質(zhì)水組(P=0.002)，純凈水組高于天然水組(P=0.000)和礦物質(zhì)水組(P=0.000)。雌鼠SCR含量自來水組低于天然水組(P=0.033)和礦物質(zhì)水組(P=0.000)，純凈水組低于礦物質(zhì)水組(P=0.015)；U/C自來水組高于天然水組(P=0.002)、礦物質(zhì)水組(P=0.003)和純凈水組(P=

12、0.044)。提示天然水組雌雄大鼠和礦物質(zhì)水組雌鼠較自來水組的腎小球濾過功能低；礦物質(zhì)水組雌雄大鼠和天然水組雄鼠較純凈水組的腎小球濾過功能低。
　　 3.機體酸堿狀態(tài)
　　 飲用四種水的雌雄大鼠機體酸堿狀態(tài)指標[pH、PO2、PCO2、HCO3-act、HCO3-st、SO2%、TCO2、BE(B)、BE(ecf)]組間差異均無統(tǒng)計學意義。提示在觀察期內(nèi)飲用四種水均能維持機體酸堿平衡。
　　 4.骨礦物質(zhì)含量

13、r>　　 天然水組脛骨中鈣(calcium，Ca)含量較自來水組(P=0.001)和礦物質(zhì)水組(P=0.005)降低，牙齒中Ca含量較自來水組(P=0.044)和礦物質(zhì)水組(P=0.032)降低。純凈水組脛骨中Ca含量較自來水組(P=0.000)、天然水組(P=0.000)、礦物質(zhì)水組(P=0.000)均降低。天然水組脛骨(P=0.048)和牙齒(P=0.001)中鎂(magnesium，Mg)含量、純凈水牙齒中Mg含量(P=0.00

14、3)較自來水組均降低。脛骨和牙齒中磷含量各組間差異無統(tǒng)計學意義。提示水中鈣、鎂元素的含量對骨骼和牙齒的礦化有很大的影響，長期飲用低礦物質(zhì)含量的純凈水和天然水可使骨骼和牙齒中鈣鎂的沉積減少，含量下降。
　　 5.骨密度
　　 飲用四種水的雌鼠股骨骨密度(bone nuneral density，BMD)、骨礦物鹽含量(bonemineral content，BMC)和面積組間差異均無統(tǒng)計學意義。
　　 6.骨生物力

15、學性能
　　 與自來水組比較，大鼠股骨最大橈度天然水組(P=0.000)、礦物質(zhì)水組(P=0.000)、純凈水組(P=0.000)均有顯著降低；彈性橈度天然水組(P=0.001)、礦物質(zhì)水組(P=0.022)均有顯著降低；斷裂應(yīng)變天然水組(P=0.001)、礦物質(zhì)水組(P=0.002)均有顯著降低；楊氏模量天然水組明顯升高(P=0.010)。提示自來水組骨骼整體生物力學性能優(yōu)于其他三組，天然水組在維持骨骼材料的彈性上有一定優(yōu)勢。

16、
　　 7.骨代謝水平
　　 血清中骨鈣素(bone glutarny I protein，BGP)含量天然水組高于自來水組(P=0.005)、礦物質(zhì)水組(P=0.002)和純凈水組(P=0.025)。Ⅰ型前膠原羧基端前肽(Procollagen typeⅠ caboxyterminal propeptide，PICP)含量自來水組高于天然水組(P=0.000)和純凈水組(P=0.000)，礦物質(zhì)水組高于天然水組(P=0

17、.000)和純凈水組(P=0.000)。Ⅰ型膠原交聯(lián)羧基末端肽(Cross-linked-telopeptide of typeⅠ collagen，ICTP)含量天然水組低于自來水組(P=0.023)和P組(P=0.000)。骨堿性磷酸酶(bone alkaline phosphatase，BALP)含量各組間差異無統(tǒng)計學意義。提示飲用自來水后大鼠的成骨細胞活性、合成膠原速度以及骨正常礦化速度比天然水和純凈水快，天然水組對破骨細胞活性

18、的抑制作用強于自來水組和純凈水組。純凈水組成骨細胞活性低于天然水組，破骨細胞活性高于天然水組和自來水組，骨代謝動態(tài)平衡被打破的幾率較自來水組和天然水組大。
　　 8.四種飲水的水質(zhì)特征以及各項指標變化與水質(zhì)關(guān)系的分析
　　 自來水、天然水、礦物質(zhì)水、純凈水的總硬度(以CaCO3計)分別為200.3、69.6、2.3、0.8mg/L；TDS分別為229、87.2、10.9、1.2mg/L。四種水的化學耗氧量(Chemica

19、loxygen demand，COD)≤1.0mg/L，表明四種水在有機物水平方面沒有本質(zhì)區(qū)別，本研究中觀察到的生物學效應(yīng)改變主要歸結(jié)于水質(zhì)礦物元素水平上的差異。實驗觀察到四種水的鈣鎂元素含量以及鈣鎂濃度比值也存在差異，自來水鈣鎂比值為4.18:1，天然水鈣鎂比值為1.13:1，礦物質(zhì)水鈣鎂比值為0.05:1，純凈水鈣鎂比值為2:1。自來水中鋅含量高于其他三組。推測水中鈣、鎂、鋅等元素的含量和鈣鎂比例可能是引起幾種指標出現(xiàn)差異的主要原因

20、。
　　 結(jié)論
　　 1.四種水質(zhì)的優(yōu)缺點
　　 自來水在維持雌鼠腎小球濾過功能、提升成骨細胞活性、增加骨骼系統(tǒng)鈣鎂沉積、提高骨骼整體的生物力學性能和維持雄鼠肝臟蛋白合成能力繼而提升機體營養(yǎng)水平方面優(yōu)于其他三種飲水。但飲用自來水在抑制破骨細胞活性和維持骨骼材料彈性方面較飲用天然水略顯不足。
　　 天然水在維持骨骼材料彈性方面優(yōu)于自來水；在抑制破骨細胞活性方面優(yōu)于自來水和純凈水。但在肝臟蛋白合成能力、營養(yǎng)水

21、平、腎小球濾過功能上雌雄大鼠較自來水均顯著降低；雄鼠腎小球濾過功能較純凈水顯著降低；雌鼠的骨礦物質(zhì)含量、骨骼整體生物力學性能、成骨細胞活性較自來水均顯著降低；骨鈣含量較礦物質(zhì)水也有降低。
　　 大鼠在飲水適應(yīng)期出現(xiàn)飲用礦物質(zhì)水的雄鼠飲食量較純凈水組明顯減少，雌鼠攝食量較其余三組明顯增加。礦物質(zhì)水僅在較天然水的骨鈣含量和成骨細胞活性，較純凈水的成骨細胞活性方面略顯優(yōu)勢，其余各項指標均未發(fā)現(xiàn)有明顯優(yōu)劣勢。
　　 純凈水在維持

22、大鼠腎小球濾過功能優(yōu)于礦物質(zhì)水和天然水，在維持雌鼠肝臟蛋白合成能力繼而提升機體營養(yǎng)水平優(yōu)于其他三種飲水。但在骨骼生長發(fā)育的指標上均未發(fā)現(xiàn)有明顯優(yōu)勢。
　　 2.生物效應(yīng)
　　 肝臟蛋白合成能力和營養(yǎng)水平：雄鼠的自來水組優(yōu)于天然水組和礦物質(zhì)水組，雌鼠的純凈水組優(yōu)于其余三組。維持腎小球的濾過功能：自來水組和純凈水組優(yōu)于天然水組和礦物質(zhì)水組。骨礦物質(zhì)含量：自來水組優(yōu)于天然水組和純凈水組，礦物質(zhì)水組優(yōu)于天然水組。骨代謝水平：自來

23、水組和礦物質(zhì)水組的成骨細胞活性優(yōu)于天然水組和純凈水組，天然水組抑制破骨細胞活性的能力優(yōu)于其余三組。骨生物力學性能：自來水組整體性能優(yōu)于其余三組，但天然水組在維持骨骼自身的彈性上顯示出明顯優(yōu)勢。
　　 3.性別
　　 在肝臟蛋白合成能力和營養(yǎng)水平方面存在性別差異：雄鼠自來水組和雌鼠純凈水組營養(yǎng)狀況處于較好水平。
　　 創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)
　　 1.本實驗首次在雌性大鼠中發(fā)現(xiàn)，多代連續(xù)飲用礦物質(zhì)含量豐富的自來水與以天