飲水砷暴露大鼠血砷、尿砷和組織砷含量測(cè)定分析

高 怡， 仇玉蘭， 田鳳潔， 卿 艷， 周楠楠， 張世鑫， 裴秋玲 (山西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)生毒理學(xué)教研室，太原 030001;通訊作者，Tel:0351－4135173，E-mail:pqlpei@x263.net)

飲水砷暴露大鼠血砷、尿砷和組織砷含量測(cè)定分析

高 怡， 仇玉蘭， 田鳳潔， 卿 艷， 周楠楠， 張世鑫， 裴秋玲*(山西醫(yī)科大學(xué)衛(wèi)生毒理學(xué)教研室，太原 030001;*通訊作者，Tel:0351－4135173，E-mail:pqlpei@x263.net)

目的 探討飲水砷暴露大鼠血砷、尿砷和各臟器組織中砷含量的分布。 方法 將32只健康Wistar大鼠隨機(jī)分為4組，分別為對(duì)照(自來(lái)水)組和低(50 μg/L)、中(150 μg/L)、高(450 μg/L)濃度亞砷酸鈉染毒組，每組8只，雌雄各半。采用自由飲水方式進(jìn)行染毒，每只大鼠每日飲水消耗量約37 ml，連續(xù)染毒4周后，取尿樣測(cè)定尿砷;并處死大鼠測(cè)定血砷及肝、腎、肺、心、脾、腦組織重量、臟器系數(shù)及砷含量。 結(jié)果 與對(duì)照組比較，第2周時(shí)低濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠體重較高，第4周時(shí)中、高濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠體重較低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。低、中濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠肝臟臟器系數(shù)高于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。各組大鼠腎、肺、心、脾、腦的臟器系數(shù)間比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。與對(duì)照組比較，高、中、低濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠血、尿、脾、腎組織和高、中濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠心、肝、肺、腦組織砷含量較高，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。且隨著染砷濃度的增加，血砷、尿砷和各臟器組織中的砷含量均呈上升趨勢(shì)。相同濃度亞砷酸鈉染毒組不同臟器中的砷含量不同，脾組織中砷含量最高，腦組織中最低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。血砷，尿砷與各臟器組織中砷含量均顯著相關(guān)(P＜0.05)。 結(jié)論 飲水砷暴露大鼠體內(nèi)各臟器組織中均有砷蓄積，但分布并不均勻;血砷和尿砷含量均可一定程度反映砷在體內(nèi)的負(fù)荷情況。

血砷; 尿砷; 臟器; 環(huán)境毒理學(xué)

由砷污染地下水源而引發(fā)的慢性砷中毒在許多國(guó)家和地區(qū)都有報(bào)道，其中以東南亞地區(qū)的孟加拉國(guó)、印度以及我國(guó)病情最重［1］，慢性砷中毒已成為當(dāng)今一個(gè)世界關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題。大量研究已經(jīng)證實(shí)，飲水型高砷暴露與心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、糖尿病以及多組織器官惡性腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)［2，3］，而低水平砷(＜200 μg/L)暴露對(duì)機(jī)體損傷效應(yīng)如何，目前仍有待闡明。本試驗(yàn)通過(guò)觀察飲水砷暴露大鼠體內(nèi)各臟器組織中砷的分布特征以及其與血砷和尿砷的相關(guān)性，旨在為進(jìn)一步探討低砷暴露對(duì)機(jī)體的損傷效應(yīng)及其損傷機(jī)制研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑 AF-610A型原子熒光光譜儀(北京瑞利分析儀器公司)，DB型不銹鋼電熱板(常州市國(guó)立實(shí)驗(yàn)設(shè)備研究所)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用全部玻璃器皿在使用前均以10%硝酸浸泡24 h，再用去離子水洗凈、烘干，備用。亞砷酸鈉、硫脲、硼氫化鉀、硝酸、高氯酸(均為分析純，天津化學(xué)試劑三廠)，鹽酸(優(yōu)級(jí)純，北京北化精細(xì)化學(xué)品有限責(zé)任公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 選擇健康成年Wistar大鼠32只，體重180－220 g，雌雄各半，由山西醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。依據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和相關(guān)文獻(xiàn)［4］，將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物隨機(jī)分為4組，分別為對(duì)照(自來(lái)水)組和低(50 μg/L)、中(150 μg/L)、高(450 μg/L)濃度亞砷酸鈉染毒組，每組8只，雌雄各半。采用自由飲水方式進(jìn)行染毒，每日飲水量約190 ml/kg，連續(xù)染毒4周。

1.3 臟器系數(shù)的計(jì)算 每周對(duì)動(dòng)物稱(chēng)重1次。染毒結(jié)束后，處死大鼠，取出肝、腎、肺、心、脾及腦組織，稱(chēng)重，并計(jì)算臟器系數(shù)(臟器系數(shù)=臟器重量/體重×100%)。

1.4 砷含量的測(cè)定 稱(chēng)取肝、腎、肺、心、脾、腦各0.1 g，加入1 ml生理鹽水制成勻漿。每種臟器各取0.2 ml勻漿，加入硝酸∶高氯酸(體積比為3∶1)混合酸1 ml;取肝素抗凝全血0.5 ml，混合酸1 ml;取尿樣約 1 ml，加入硝酸 0.25 ml、過(guò)氧化氫溶液0.5 ml，在電熱板上加熱消化至無(wú)色結(jié)晶。用去離子水溶解后轉(zhuǎn)移入比色管中，利用氫化物發(fā)生－原子熒光光譜法測(cè)定各臟器組織中的砷含量。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 應(yīng)用SPSS11.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。多組間比較采用方差齊性檢驗(yàn)和單因素方差分析(one way ANOVA)。進(jìn)一步進(jìn)行組間兩兩比較，若方差齊時(shí)，采用SNK檢驗(yàn)(Student-Newman-Keuls法);若方差不齊時(shí)，采用 Games-Howell檢驗(yàn)，并進(jìn)行相關(guān)分析。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 體重的變化 與對(duì)照組比較，第2周時(shí)低濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠體重較高，第4周時(shí)中、高濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠體重較低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05，見(jiàn)表1)。

表1亞砷酸鈉染毒對(duì)大鼠體重的影響(n=8，±s，g)Tab 1Effect of arsenic on body weight of rats(n=8，±s，g)

表1亞砷酸鈉染毒對(duì)大鼠體重的影響(n=8，±s，g)Tab 1Effect of arsenic on body weight of rats(n=8，±s，g)

與0 μg/L(對(duì)照)組比較，*P ＜0.05

濃度 第0周 第2周 第4周0 μg/L 198.63 ±9.87 251.25 ±7.42 293.13 ±9.93 50 μg/L 198.88 ±9.31 268.00 ±12.93* 293.88 ±11.28 150 μg/L 198.00 ±8.11 257.50 ±11.53 281.63 ±6.07*450 μg/L 198.00 ±7.93 255.63 ±6.16 278.38 ±10.46*

2.2 臟器系數(shù)的變化 低、中濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠肝臟臟器系數(shù)高于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05，見(jiàn)表2)。各組大鼠腎、肺、心、脾、腦的臟器系數(shù)間比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2亞砷酸鈉染毒對(duì)大鼠肝、腎、肺、心、脾、腦臟器系數(shù)的影響(n=8，±s)Tab 2Effect of arsenic on organ coefficients of rats(n=8，±s)

表2亞砷酸鈉染毒對(duì)大鼠肝、腎、肺、心、脾、腦臟器系數(shù)的影響(n=8，±s)Tab 2Effect of arsenic on organ coefficients of rats(n=8，±s)

與0 μg/L(對(duì)照)組比較，*P ＜0.05

濃度 0 μg/L 50 μg/L 150 μg/L 450 μg/L心 質(zhì)量/g 0.95 ±0.06 0.98 ±0.12 0.87 ±0.11 0.89 ±0.07臟器系數(shù)/% 0.33 ±0.02 0.34 ±0.04 0.31 ±0.04 0.32 ±0.03肝 質(zhì)量/g 9.84 ±0.53 10.85 ±0.38* 10.67 ±0.27* 9.04 ±0.46*臟器系數(shù)/% 3.35 ±0.12 3.70 ±0.11* 3.79 ±0.08* 3.25 ±0.17脾 質(zhì)量/g 0.67 ±0.04 0.69 ±0.15 0.74 ±0.57 0.75 ±0.17臟器系數(shù)/% 0.23 ±0.02 0.24 ±0.05 0.27 ±0.06 0.25 ±0.04肺 質(zhì)量/g 1.69 ±0.19 1.64 ±0.09 1.73 ±0.26 1.56 ±0.12臟器系數(shù)/% 0.58 ±0.05 0.56 ±0.03 0.62 ±0.08 0.56 ±0.04腎 質(zhì)量/g 2.13 ±0.19 2.21 ±0.12 2.15 ±0.11 2.05 ±0.13臟器系數(shù)/% 0.73 ±0.04 0.75 ±0.04 0.76 ±0.02 0.74 ±0.03腦 質(zhì)量/g 2.05 ±0.19 1.85 ±0.07 1.95 ±0.28 1.86 ±0.58臟器系數(shù)/% 0.70 ±0.06 0.63 ±0.04 0.69 ±0.10 0.67 ±0.21

2.3 血砷、尿砷以及各臟器組織中砷含量的變化

與對(duì)照組比較，高、中、低濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠血、尿、脾、腎組織和高、中濃度亞砷酸鈉染毒組大鼠心、肝、肺、腦組織砷含量較高，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05，見(jiàn)表3)。且隨著染砷濃度的增加，血砷、尿砷和各臟器組織中的砷含量均呈上升趨勢(shì)。相同濃度亞砷酸鈉染毒組不同臟器中的砷含量不同，脾組織中砷含量最高，腦組織中砷含量最低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

表3亞砷酸鈉染毒對(duì)大鼠血、尿、肝、腎、肺、心、脾、腦組織中砷含量的影響(n=8，±s)Tab 3Effect of arsenic on arsenic contents in blood，urine and organs of rats(n=8，±s)

表3亞砷酸鈉染毒對(duì)大鼠血、尿、肝、腎、肺、心、脾、腦組織中砷含量的影響(n=8，±s)Tab 3Effect of arsenic on arsenic contents in blood，urine and organs of rats(n=8，±s)

與0 μg/L(對(duì)照)組比較，*P＜0.05;相同濃度脾與腦組織中砷含量比較，均P＜0.05

濃度 血/(mg/L) 尿/(mg/L) 心/(μg/g) 肝/(μg/g) 脾/(μg/g) 肺/(μg/g) 腎/(μg/g) 腦/(μg/g)0 μg/L 0.06 ±0.01 0.14 ±0.08 1.27 ±0.22 4.31 ±1.014.68 ±0.86 0.37 ±0.10 1.37 ±0.38 0.15 ±0.03 50 μg/L 0.41 ±0.08* 2.05 ±0.43* 4.63 ±0.46 6.38 ±2.09 11.40 ±2.78* 1.08 ±0.31 3.45 ±0.35* 0.35 ±0.13 150 μg/L 0.96 ±0.14* 4.85 ±0.88*10.33 ±2.91* 8.53 ±2.33*20.51 ±5.97* 5.45 ±2.71* 5.65 ±0.11* 2.03 ±0.61*450 μg/L 2.13 ±0.21*10.28 ±1.76*18.50 ±5.57* 9.45 ±1.95*31.75 ±5.56* 8.55 ±2.56* 9.33 ±1.57* 3.38 ±0.88*

2.4 血砷、尿砷和各臟器組織中砷含量?jī)蓛芍g的相關(guān)性 血砷和各臟器組織中砷含量以及尿砷和各臟器組織中砷含量間的相關(guān)關(guān)系均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05，見(jiàn)表 4)。

表4 血砷、尿砷和各臟器組織中砷含量?jī)蓛芍g的相關(guān)關(guān)系 (r值)Tab 4 Correlation of arsenic contents in blood，urine and organs of rats (r value)

3 討論

砷已被國(guó)際癌癥組織確定為人類(lèi)致癌物。因此，WHO和世界各國(guó)將飲用水中砷對(duì)健康的影響視為重要的衛(wèi)生問(wèn)題［5］。美國(guó)環(huán)保局(EPA)已于2001－01公布了新飲水砷的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)建議值為10 μg/L［6］，旨在通過(guò)改水降砷措施達(dá)到保護(hù)人群健康，有效預(yù)防控制癌癥、心臟病和糖尿病等砷相關(guān)疾病發(fā)生的目的。而同時(shí)又有調(diào)查發(fā)現(xiàn)，飲用水中砷含量在10－50 μg/L時(shí)仍會(huì)使膀胱癌的患病危險(xiǎn)增加［7］。另外，低水平砷(＜200 μg/L)暴露還與周?chē)窠?jīng)損傷、心腦血管疾病和糖尿病等疾病發(fā)生有關(guān)［8］?；谝陨显颍蜕楸┞杜c健康效應(yīng)及致癌的相關(guān)性引起研究者的廣泛關(guān)注，并認(rèn)為是目前亟待解決的突出問(wèn)題。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)建立飲水型低砷暴露大鼠模型，觀察低砷暴露對(duì)大鼠的一般毒性效應(yīng)，并闡明大鼠體內(nèi)各臟器組織中砷的分布特征及其與血砷和尿砷的相關(guān)性。

3.1 飲水型砷暴露對(duì)大鼠體重的影響 體重是動(dòng)物毒性實(shí)驗(yàn)中反映機(jī)體毒性效應(yīng)的一個(gè)重要綜合性指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，低濃度組大鼠在染毒第2周末時(shí)體重高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。這可能與低水平砷可以刺激機(jī)體代謝增加，促進(jìn)機(jī)體蛋白質(zhì)合成有關(guān)。有資料表明，在家禽飼料日糧中添加0.01% －0.02%有機(jī)砷制劑時(shí)，可促進(jìn)家禽生長(zhǎng)，提高飼料效率［9］。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果還顯示，隨著染毒時(shí)間的延長(zhǎng)，砷對(duì)大鼠體重呈現(xiàn)抑制趨勢(shì)，第4周末時(shí)中、高濃度組體重低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

3.2 飲水型砷暴露對(duì)大鼠臟器系數(shù)的影響 臟器系數(shù)是反映臟器受損的一個(gè)靈敏、有效的指標(biāo)，可為進(jìn)一步進(jìn)行生物化學(xué)和病理組織學(xué)檢測(cè)以及尋找毒物作用靶器官提供重要線索。有研究表明，慢性砷暴露可導(dǎo)致不同程度的肝損傷、肝纖維化、肝硬化，甚至誘導(dǎo)肝癌的發(fā)生［10］。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，染毒結(jié)束后，50，150 μg/L亞砷酸鈉暴露大鼠肝臟臟器系數(shù)高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。提示低水平砷暴露可使肝臟出現(xiàn)代償性增生。本實(shí)驗(yàn)未顯示出 50，150，450 μg/L砷暴露對(duì)大鼠腎、肺、心、脾、腦臟器系數(shù)有顯著影響。

3.3 飲水型砷暴露對(duì)大鼠血砷和尿砷的影響 本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨染砷濃度增加，血砷和尿砷均呈上升趨勢(shì)，且血砷、尿砷和各臟器組織中砷含量?jī)蓛芍g均呈正相關(guān)，提示血砷和尿砷含量均可一定程度反映砷在體內(nèi)的負(fù)荷情況。

3.4 飲水型砷暴露對(duì)大鼠各臟器組織中砷含量的影響 本次實(shí)驗(yàn)測(cè)定了6種臟器組織，結(jié)果顯示，砷主要蓄積在脾臟、肝臟和腎臟中。脾臟是機(jī)體最重要的免疫器官，提示脾可能是砷毒作用的主要靶器官之一，這與楊瑞瑛等［12］的研究結(jié)果一致。有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，砷可在大鼠肝組織中蓄積，且慢性砷暴露大鼠肝組織中砷含量與暴露濃度呈正相關(guān)［11］。毒物在組織器官的蓄積是導(dǎo)致?lián)p害的物質(zhì)基礎(chǔ)，由實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)，50，150 μg/L亞砷酸鈉暴露大鼠肝臟出現(xiàn)代償性增生，提示低砷暴露對(duì)肝臟具有一定毒性作用。

以往有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，砷可以通過(guò)血腦屏障進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)，慢性砷暴露豚鼠和大鼠腦中砷含量與砷暴露濃度呈正相關(guān)［13］。有報(bào)道稱(chēng)，即使砷在飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)濃度范圍內(nèi)，也能影響體內(nèi)氧化還原平衡，增高腦脂質(zhì)過(guò)氧化水平，降低谷胱甘肽(GSH)濃度和抗氧化酶活力，使腦組織受到自由基損害，引起神經(jīng)細(xì)胞異常凋亡［13］。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，低砷暴露大鼠腦組織中有一定含量砷蓄積，因此，砷對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的影響不容忽視。造成各臟器組織中砷分布不均的原因可能與各臟器與砷的親和力不同有關(guān)，或與臟器本身的代謝情況有關(guān)。

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Detection of arsenic contents in blood，urine and organs of rats exposed to arsenic through drinking water

GAO Yi，QIU Yu-lan，TIAN Feng-jie，QING Yan，ZHOU Nan-nan，ZHANG Shi-xin，PEI Qiu-ling*(Dept of Toxicology，Shanxi Medical University，Taiyuan 030001，China;*Corresponding author，Tel:0351－4135173，E-mail:pqlpei@x263.net)

ObjectiveTo investigate the contents of arsenic in blood，urine，liver，kidney，lung，heart，spleen，and brain of rats after exposure to arsenic.MethodsThirty-two healthy Wistar rats were randomly divided into four groups.The rats were exposed to arsenic through drinking water at doses of 0(control group)，50，150，450 μg/L for four weeks，respectively.The water consumption per day per rat was about 37 ml.Rats were sacrificed after four weeks.The weight of liver，kidney，lung，heart，spleen and brain were recorded，organ coefficients were calculated and contents of arsenic in blood，urine and organs were detected.ResultsCompared with control group，the body weight in low dose group was higher at the end of 2 weeks(P＜0.05)，and the body weight in middle and high dose groups was lower at the end of 4 weeks(P＜0.05).The liver organ coefficient in low and middle dose groups were significantly higher than that in control group(P＜0.05)，but there was no significant difference in organ coefficients of kidney，lung，heart，spleen and brain among 4 groups.The levels of arsenic in blood，urine，spleen and kidney were significantly higher in three arsenic groups than in control group.Arsenic levels in heart，liver，lung and brain were higher in middle and high-dose groups than that in control group(P＜0.05).Arsenic contents in blood，urine，liver，kidney，lung，heart，spleen and brain increased in a dose-dependant manner.The arsenic level was significantly different among different organs in the same group，and it was the highest in spleen and the lowest in brain(P＜0.05).The arsenic contents in blood and urine were significantly correlated with the contents of arsenic in liver，kidney，lung，heart，spleen，brain(P＜0.05).ConclusionArsenic can accumulate in certain important organs of rats after exposure to arsenic，but the distribution of arsenic in various organs is different.Both blood arsenic and urine arsenic can reflect the burden of body in rats to some extent.

blood arsenic;urine arsenic;organs;environment toxicity

R994.6

A

1007 －6611(2011)01 －0033 －04

10.3969/J.ISSN.1007 －6611.2011.01.009

山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目(2006031087－11);山西醫(yī)科大學(xué)青年基金資助項(xiàng)目(200615);山西高?？萍佳芯块_(kāi)發(fā)項(xiàng)目(200713009)

高怡，女，1977－09生，碩士，講師.

2010－11－11］