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《中国医科大学》 2007年
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纳米级与微米级二氧化硅粉体对大鼠急性肺毒性的比较研究

王静  
【摘要】: 前言 纳米材料是指粒径为1nm-100nm的纳米粉,直径为1nm-100nm的纳米线,厚度为1nm-100nm的纳米薄膜,并且出现纳米效应的材料。随着纳米科技的发展,纳米材料被广泛应用于众多领域,因而人们今后将会有更多机会接触纳米材料。由于纳米结构具有的特殊效应,纳米粒子有可能进入生物体内微米级颗粒材料所不能抵达的区域,并且同样质量浓度下,纳米颗粒将比微米颗粒的数量多且活性高,与细胞发生反应的机会更大,将对机体产生比普通颗粒污染物更大的影响,因此纳米材料的安全性评价不容忽视。有研究表明纳米粒子可通过呼吸道进入肺组织,并可在动物的呼吸道各段和肺泡内沉积,引发肺组织的炎症反应,对肺巨噬细胞造成直接和间接损害,能诱导肺肉芽肿生成和间质纤维化,高剂量长期染尘甚至能诱导动物肿瘤形成。 纳米粒子的肺毒性研究目前尚处于初步的阶段,实验数据较少,研究结论重现性差。并且现有研究大多集中在无毒或毒性较小的宏观材料转变为纳米材料后出现毒性或毒性增强,而高毒性颗粒—二氧化硅转变为纳米级后其急性肺毒性研究较少。本研究选取了二氧化硅纳米及其微米级粉体作为实验材料,从支气管肺泡灌洗液中细胞和标志酶活性及组织病理学等几方面,比较吸入纳米二氧化硅及其微米粉体对大鼠急性肺毒性的影响,并探讨其作用机制。 材料与方法 一、动物分组及染尘 健康雄性Wistar大鼠150只,体重180-220g,适应性喂养1w,按体重随机分为5组:空白对照组、纳米SiO_2、微米SiO_2分别设100、300mg/m~3剂量组,每组30只动物。有机玻璃染尘柜体积为100L,静式呼吸道吸入染毒2h,于1次染尘后,在6h、12h、24h、48h、72h各个时点,分别从各剂量组中随机选取6只实验动物进行实验。 二、观察指标及检测方法 1、支气管肺泡灌洗液中细胞成分检测 (1)细胞总数计数:红细胞计数法。 (2)细胞分类计数:吉姆萨染色,镜检。 2、支气管肺泡灌洗液中生化成分检测 (1)蛋白含量测定:考马斯亮兰比色法测定。 (2) LDH活性测定:2,4-二硝基苯肼比色法测定。 (3) AKP活性测定:氨基安替比林比色法测定。 以上试剂盒均由南京建成生物工程研究所提供。 3、肺脏组织病理学检测 肺脏经10%多聚甲醛固定,石蜡包埋,切片厚度5um,常规苏木素-伊红(HE)染色,光学显微镜下观察。 4、数据处理 用SPSS13.0统计软件对各项指标的实验数据进行处理,所有结果用均值(?)±s表示,正态分布的数据采用方差分析进行统计处理;非正态分布的数据采用秩和检验进行统计分析,P<0.05作为显著性水平。 实验结果 1、染尘后大鼠BALF中细胞成分的变化 染尘后6h nm-SiO_2100、300mg/m~3组BALF中细胞总数(TCS)均显著高于对照组(P<0.05);6h、24h nm-SiO_2100mg/m~3组BALF中TCS均显著高于等剂量微米SiO_2染尘组(P<0.05);24h nm-SiO_2300mg/m~3组BALF中TCS显著低于nm-SiO_2100mg/m~3组(P<0.05)。染尘后12h nm-SiO_2300mg/m~3组、24h nm-SiO_2100mg/m~3组、72hμm-SiO_2100mg/m~3、nm-SiO_2100、300mg/m~3组BALF中巨噬细胞(MP)比例均明显低于对照组(P<0.05);12h nm-SiO_2300 mg/m~3组、72hnm-SiO_2100、300mg/m~3组BALF中MP比例均显著低于等剂量微米SiO_2染尘组(P<0.05);12h nm-SiO_2300mg/m~3组BALF中MP比例明显低于nm-SiO_2100mg/m~3组(P<0.05)。染尘后6h、24h、48h nm-SiO_2100、300mg/m~3组和12h各实验组BALF中中性粒细胞(NP)比例均显著高于对照组(P<0.05);6h nm-SiO_2100mg/m~3组BALF中NP比例显著高于等剂量微米SiO_2染尘组(P<0.05);12hnm-SiO_2300mg/m~3组BALF中NP比例显著低于等剂量微米SiO_2染尘组(P<0.05);12hμm-SiO_2300mg/m~3组BALF中NP比例显著高于μm-SiO_2100mg/m~3组(P<0.05)。染尘后12h、72h nm-SiO_2300mg/m~3组,24h、72h nm-SiO_2100mg/m~3组BALF中淋巴细胞(Lvm)比例均明显高于对照组(P<0.05);12h、72hnm-SiO_2300mg/m~3组,72h nm-SiO_2100mg/m~3组BALF中Lym比例均显著高于等剂量微米SiO_2染尘组(P<0.05);12h nm-SiO_2300mg/m~3组BALF中Lym比例明显高于nm-SiO_2100mg/m~3组(P<0.01)。 2、染尘后BALF中总蛋白含量的变化 染尘后6h、12h、48h nm-SiO_2300mg/m~3组,12hμm-SiO_2100、300mg/m~3组,48h nm-SiO_2100mg/m~3组,24h各实验组BALF中总蛋白(TPr)含量均明显高于对照组(P<0.05);6h nm-SiO_2300mg/m~3组BALF中TPr含量显著高于其相应低剂量组(P<0.05);48h nm-SiO_2100、300mg/m~3组BALF中TPr含量均显著高于等剂量微米SiO_2染尘组(P<0.05)。 3、染尘后BALF中LDH活力的变化 染尘后6h、24h nm-SiO_2300mg/m~3组,24h、72h nm-SiO_2100mg/m~3组BALF中LDH活力均显著高于对照组(P<0.05);72h nm-SiO_2100mg/m~3组BALF中LDH活力显著高于等剂量微米SiO_2染尘组及nm-SiO_2300mg/m~3组(P<0.05)。 4、染尘后BALF中AKP活力的变化 染尘后6h、24h nm-SiO_2300mg/m~3组,24h nm-SiO_2100mg/m~3组BALF中AKP活力均显著高于对照组(P<0.05);6h、24h nm-SiO_2300mg/m~3组BALF中AKP活力均显著高于等剂量微米SiO_2染尘组(P<0.05)。 5、肺组织病理形态学观察 对照组大鼠肺组织结构基本正常,肺泡间隔较薄,毛细血管周围未见炎性细胞渗出,支气管分支旁有一定淋巴细胞,但此为啮齿类动物肺的正常组织形态结构。微米级SiO_2组可见部分肺泡间隔不同程度增生增厚,部分肺泡间隔不同程度淤血并可见淡伊红色水肿液;气管及支气管周围有大量炎细胞浸润;且300mg/m~3组较100mg/m~3组严重。纳米级SiO_2组除见上述改变外,肺组织内部分肺泡结构排列紊乱或肺实变;毛细血管管腔淤血,周围大量炎细胞聚集;部分支气管内有大量红细胞、炎细胞及脱落的黏膜上皮聚集,其周围有大量炎细胞聚集;肺泡腔及增厚的肺泡间隔内可见大量粒细胞和巨噬细胞等炎细胞浸润,但剂量-效应关系不明显。纳米级SiO_2组肺间质性炎症反应较微米级SiO_2组重。 结论 在本实验条件下,纳米SiO_2与微米SiO_2粉体均对肺脏存在急性损害作用,纳米SiO_2与微米SiO_2两者所致的急性肺毒性存在差异: 1、纳米SiO_2与微米SiO_2粉体均可在染尘后6小时引起BALF中细胞总数明显升高,在6、24小时100mg/m~3剂量水平上纳米SiO_2致细胞总数升高程度高于微米SiO_2。 2、纳米SiO_2粉体引起以中性粒细胞和淋巴细胞介导的急性炎症反应,而微米SiO_2几乎无此作用。 3、纳米SiO_2与微米SiO_2粉体均可引起BALF中蛋白含量的升高,在48小时纳米SiO_2组总蛋白含量升高程度高于微米SiO_2。 4、纳米SiO_2粉体在染尘后24、72小时100mg/m~3;6、24小时300mg/m~3剂量水平上引起BALF中LDH活力明显增高,与同剂量微米组比较有升高趋势。而微米SiO_2染尘组变化无显著性。 5、纳米SiO_2粉体在6、24小时300mg/m~3剂量水平上可引起BALF中AKP活力升高,且明显高于微米SiO_2组;而微米SiO_2组无明显变化。 6、纳米SiO_2可引起部分肺组织病理改变,病变程度较微米SiO_2重。
【学位授予单位】:中国医科大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:R114

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