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《第三军医大学》 2007年
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铅暴露对骨骼形成的影响及其机理研究

胡雪琴  
【摘要】: 铅是一种严重危害人类健康的重金属元素,它可广泛作用于神经、造血、消化、泌尿和生殖系统。因此,铅污染已经受到国际社会的广泛关注。婴幼儿、儿童和青少年体内的铅负荷过重将直接影响其体格和智力发育。钙在体内的生物利用率与骨骼的发育有着直接的关系,那么铅对骨骼形成的影响是否与铅影响钙的生物利用率有关呢?鉴于一方面铅影响机体的生长发育,体内的铅75-90%沉积在骨骼,另一方面钙作为与骨骼发育密切相关的的矿物质,其在体内也主要分布于(大约99%)骨骼内,因此,探讨铅与钙的相互作用及其对骨骼形成的作用机理是一个十分重要而又有趣的课题。 本项目采用人群研究、动物实验和细胞实验验相结合的方法进行。首先通过整群随机抽样的方法,研究重庆市2~7岁儿童体内的铅暴露情况,进而观察体内铅负荷过重儿童体内钙、磷和OC的水平、形体发育及缺钙体征(如佝偻病等)的发生情况;其次设计铅染毒大鼠的不同钙摄入,观察大鼠生长发育,检测骨骼中铅和钙的含量,比较大鼠股骨的显微结构,同时以~(45)CaCl_2示踪研究铅对钙吸收的影响,测定铅作用下大鼠OC、PTH及PTHr1表达的变化,以初步探讨铅对钙吸收利用、骨骼形成的影响及其机理;细胞实验则采用原代OB和骨肉瘤细胞UMR106进一步阐释铅对钙及骨骼发育作用的分子学机制:铅对OB和UMR106细胞形态和生物标志物、OC及其调控因子的表达以及可能参与其中的MAPK(ERK1/2)信号转导途径的影响。 本研究的主要实验结果如下: 1.非工业区儿童身高平均为106.11cm,体重为18.63kg;而工业区儿童的身高为103.74cm、体重为17.57kg。非工业区儿童体内血铅含量(65.29μg/L)明显低于工业区儿童(75.29μg/L);与之相似的是,工业区儿童发铅含量也明显高于非工业区儿童,但血钙含量则刚好与儿童体内铅水平相反。工业区儿童血磷水平较非工业区高,但正常范围[Ca]×[P]值(≥3.5)儿童比例明显低于非工业区。工业区和非工业区间儿童体内血清OC含量差异明显,非工业区儿童体内OC为11.22μg/L,而工业区儿童21.20μg/L。工业区和非工业区相同年龄及性别之间儿童OC含量有显著性差异,但区内儿童年龄及性别之间OC水平相似。统计分析表明,工业区和非工业区儿童体内铅暴露差异与儿童生长发育相关,提示铅可能通过抑制骨骼钙沉积和骨钙素的分泌影响儿童的生长发育。 2.铅染毒40d后,大鼠体重、身长和尾长的增长呈现如下变化:低钙铅处理组<铅处理组<高钙铅处理组<对照组。对照组大鼠增长显著,明显大于高钙铅处理组(p<0.05),铅处理和低钙铅处理组增长量则依次低于高钙铅处理组(p<0.05)。其中尤以雄性大鼠的变化明显。表明铅染毒抑制了大鼠的生长发育。 3.不同处理的大鼠股骨发育有着显著的差异:与对照组和高钙铅处理组相比,低钙铅处理组的股骨短小,可轻易折断。其股骨长度及干体直径比较如下:铅处理组>低钙铅处理组,但不如对照组和高钙铅处理组。对照组和高钙铅处理组股骨外形未见明显差异;低钙铅处理组和铅处理组骨干厚度明显小于对照和高钙铅处理组,且低钙铅处理组最小(p<0.01),对照组稍大于高钙铅处理组,但差异无统计学意义(p>0.05);低钙铅处理组中骨小梁数目少且散在,骨小梁间的初级骨髓腔大而形状不规则。对照组中骨小梁数目多并相互连接,初级骨髓腔被骨小梁分开并具一定形状。铅处理组股骨骨小梁数较对照组和高钙铅处理组少,有部分连接在一起,但比低钙铅处理组骨小梁多。高倍镜下可明显看出,铅处理和低钙铅处理组密质骨没有对照和高钙铅处理组致密。表明铅处理影响了大鼠软骨内成骨作用,抑制大鼠骨骼的正常发育,而补充钙有助于减轻铅对骨骼的抑制作用。 4.铅处理组的大鼠粪便中~(45)Ca~(2+)远远大于对照组(P<0.01),提示染铅组大鼠体内~(45)Ca~(2+)摄入远低于对照组。各组大鼠骨钙含量比较结果为:对照组>高钙铅处理组>铅处理组>低钙铅处理组,而大鼠骨骼中铅含量结果则与之相反,雌雄均呈类似趋势。铅处理组和低钙铅处理组雄性大鼠骨铅水平相近,其余组间骨钙和骨铅差异显著(p<0.05),统计分析发现二者呈直线负相关。激光共聚焦扫描电镜观察Fluo-3/AM分子探针标记的成骨细胞内Ca~(2+)荧光时发现,胞内游离Ca~(2+)浓度在铅作用下升高。证实铅对体内外钙的吸收均有着显著的抑制作用。 5.大鼠血液OC值在对照组中最大,其次为高钙铅处理组,铅处理组列第三,均高于低钙铅处理组,组间差异明显。雌雄类似,但雄性中尤其明显。与之相反的是,大鼠血液PTH含量则表现为低钙铅处理组中最高,其次为铅处理组、高钙铅处理组和对照组。除雄性大鼠铅处理和高钙铅处理组外,其余大鼠各组间PTH含量差异极显著。统计分析结果显示,大鼠OC和PTH之间并不存在直线负相关;但作散点图分析发现,OC和PTH之间存在负相关的趋势。PTHr1在低钙铅处理组中高表达,而在对照组中低表达,高钙铅处理组表达量高于对照组但低于铅处理组。OC的表达趋势与PTHr1相反,对照组和高钙铅处理组中OC高表达,低钙铅处理组中表达量极少,铅处理组表达则稍多于低钙铅处理组。结果表明铅影响了大鼠体内骨相关蛋白及其受体的表达。 6.大鼠股骨OB及UMR106细胞电镜超微结构显示,铅使两类细胞结构不同程度改变,尤其是线粒体和粗面型内质网的结构变化较大,但对于细胞膜系统的损伤则仅在高浓度时出现。结果表明铅损伤了成骨细胞的结构。 7.铅使UMR106细胞贴壁性下降,OB的形态发生改变。OB和UMR106细胞ALP、CollagenⅠ随铅浓度的增加而表达减少,提示铅影响了成骨细胞的形态及标志物的表达;铅降低了成骨细胞OC的分泌,并使OC的调节因子如bFGF、cbfa1/osf2、c-fos和c-jun的表达减少;铅明显促进p-ERK1/2的表达,ERK1/2途径的特异性阻断剂PD98059可使铅对UMR106的这种作用减弱或消失,但对于总ERK1/2的表达并无影响。表明MAPK(ERK1/2)信号转导转导途径可能参与了铅对成骨细胞毒性作用的调控。 综上所述,铅抑制了骨骼的正常生长发育,低钙处理加剧了其作用,而适量的钙补充有利于减轻铅对于骨骼生长的抑制作用。铅对于骨骼生长发育的毒性与铅干扰机体钙的吸收和利用,以及与铅对OC表达的直接或间接影响相关,其中可能有ERK1/2信号转导途径的参与。
【学位授予单位】:第三军医大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:R114

【引证文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周娅蕾;低强度脉冲电磁场对体外培养大鼠骨髓间充质干细胞的影响[D];第四军医大学;2007年
2 肖童;儿童功能性便秘肛门直肠测压研究[D];第四军医大学;2009年
3 肖佩芳;CREB在儿童急性白血病中的表达及其意义[D];苏州大学;2006年
4 曹琴;东莞市工业区外来人口语言态度研究[D];暨南大学;2006年
5 姚骏;苏州工业园区建设项目立项前职业卫生行政干预模式研究[D];苏州大学;2009年
6 夏多;康桥工业区产业布局及发展战略研究[D];复旦大学;2008年
7 柯勇;淫羊藿苷对成骨细胞BMP-2表达影响的实验研究[D];湖北中医学院;2008年
8 胡晓丽;成骨细胞在多发性骨髓瘤骨病中的作用[D];苏州大学;2008年
9 颜春鲁;左归丸加减方对大鼠骨髓间充质干细胞增殖和骨向分化影响的实验研究[D];兰州大学;2008年
10 糜丽;成骨细胞对变化的流体剪应力的响应[D];重庆大学;2008年
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