59Fe标记的纳米颗粒物从大鼠肺部的渗透过程.pdf

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1、第九届全国气溶胶会议暨第三届海峡两岸气溶胶技术研讨舍 秘F e 标记的纳米颗粒物从大鼠肺部的渗透过程 梁峰1 ，2 李超3 赵金镯4 蒋蓉芳4 林俊1 5 tr 卫1 金婵1 2 宋伟民4 张桂林1 李燕1 l 冲国科学院上海应用物理研究所上海2 0 1 8 0 0 2 中国科学院研究生院上海2 0 1 8 0 0 3 苏州大学放射医学院和公共卫生学院苏州2 1 5 1 2 3 4 复旦大学公共卫生学院上海2 0 0 0 3 2 摘要，利用放射性同位索示踪技术研究超细颗粒物四氧化三铁模拟不溶性大气超细颗粒物对高血压模型大鼠的作 用，测定不同时间点血液及其他器官的放射性分布研究超细颗粒物在肺部的

2、清除规律和进入体内的代谢途径。实 验发现，无论是高血压动物还是正常动物，超细颗粒物能通过肺部进入血液，然后进入肝脏参与体内代谢，最后由肠道 排出体外。高血压实验组超细颗粒物通过肺部进入血液量明显高于正常组，但超细颗粒物在肺部的清除要慢于正常组， 且高血压组对超细颗粒物的排泄明显也要慢于正常组。上述结果表明；由于不溶性超细颗粒更易通过肺部进入体内 又比较难于排除出体外的原因，超细颗粒物对患有心血管疾病( 如高血压) 的病人比正常人群有着更大的危害，患有心 血管疾病的人群可能是大气颗粒物污染的易感人群。 关键词，高血压纳米颗粒物放射性同位素示踪 流行病学研究表明大气颗粒物污染对某些易感人群，如患有

3、呼吸道和心血管疾病的病人，更容 易产生负面的健康效应“。近几年研究发现，大气颗粒物对健康的影响可能主要由超细颗粒物( 动 力学直径0 1pm ) 所引起mq ，流行病学数据说明大气中超细颗粒能引起呼吸系统和心血管疾病 的发病率和死亡率的升高【5 1 。利用几种易感病理模型的啮齿目动物对超细颗粒物在肺部灌洗液的指 标、病理切片、血凝反应以及肺部穿透性作了系列的研究发现超细颗粒能够持续引起肺部炎症并影 响其他器官吼细胞体外研究发现超细颗粒物能引起氧化损伤相关的细胞反应和促炎症反应，并且 深入地对超细颗粒物引起的细胞信号和传导通路作了研究川。虽然不同的研究小组口删利用不同的技 术和对不同的实验动物研

4、究中发现不同的超细颗粒物直接从肺泡进入肺部微血管后进入体内的量有 所不同，但他们都得到了超细颗粒能通过肺部的气血屏障而直接进入血液这样一个结论。同样的实 验现象在人体实验中也有发现【1 0 I 。但仍然有些研究者对该假说提出质疑【I “。虽然对超细颗粒物从肺 部进入血液和到达其他器官已有一些报道【1 2 1 ，但对于超细颗粒物通过血液循环系统对直接患有心血 管疾病如高血压疾病分析其进入过程并未见报道。 放射性同位素示踪技术具有高灵敏度和高准确性等特性，是研究颗粒物在体内分布，代谢变化 的理想工具。虽然以前的研究工作也使用了该方法，但由于实验所用的标记物都标记在研究的超细 颗粒物表面上，放射性进

5、入血液的可靠度，由于受标记物稳定性和标记物的脱落情况而受到质疑”。 由于”F c 同位素能量高达1 0 9 9 k e V , 半衰期为4 5 6 天，实验过程中校正比较简单，使用剂量较小本 实验直接使用放射性同位素”F e 合成纳米级四氧化三铁颗粒，从而避免了放射性标记物脱落的问题。 同时，我们课题组在以前的研究过程中发现，汽车尾气污染严重的某隧道内不同位置的大气颗粒物 中铁成分主要以氧化铁和四氧化三铁等种态存在【1 3 】，本实验用纳米级四氧化三铁来模拟的不可溶大 气颗粒物中超细颗粒分析对高血压动物模型的毒理作用，其结果具有一定的环境学和毒理学意义。 1 实验材料和方法 ， 1 1 实验试

6、剂和仪器 5 9 F e c l 3 ，英国A m e r s h a m 公司出品；氯化铁、氯化亚铁、氨水、葡聚糖均为分析纯，放射性测量仪器 + 通讯作者：李燕 e m a i l ：l i y a n s i n a p c r l ；T e l ：0 2 1 5 9 5 5 4 9 0 9 第九届全国气溶胶会议暨第三届海峡两岸气溶胶技术研讨会 F H 4 6 3 自动定标器( 北京核仪器厂) 。 1 2 纳米级F e 3 0 4 制备 取”F e C l 37 4 M B q ，与F e e l 3 混合，以2 ：1 的摩尔比加入F e C l 3 滴加N H 4 0 H ，制得磁性氧化

7、铁； 用葡聚糖包埋，制成均匀的磁性氧化铁悬液，用蒸馏水透析，得到中性溶液。F 0 3 0 4 的质量浓度为 8 m 咖L ，放射性浓度为1 8 5 M B q m l 。颗粒经透射电镜测定平均粒径为3 6 n m ”7 o 1 3 实验动物 2 4 只雄性自发性高血压模型S H R 大鼠( 1 8 0 + 2 0 9 ) ，2 4 只S H R 大鼠的同系鼠雄性W i s t a r 大鼠作为对照组( 1 8 0 + 2 0 9 ) ，购于上海斯莱克实验动物有限责任公司。将S H R 大鼠随机分成6 组 每组4 只大鼠，其中养4 8 h 的一组在6 h 、1 2 h 、2 4 h 、3 2 h

8、 、4 8 h 收集代谢物( 粪便和尿液) 。W i s t a r 大鼠同S H R 大鼠分类进行实验，气管灌注2 0 0 u l8m g m l 的F e 3 0 4 颗粒物，各组实验大鼠在各时相 点处死后立即进行放射性测量。 2 实验结果 2 1 放射性标记各组织分布 图l 是各组织中放射性分布结果，比较图1 中a 、b 两结果发现，虽然各部分组织中随着时间的 变化，放射性强度有所变化，但可以看到，在灌注后的不同时间点肺部的放射性最强，而有部分在 血液和肝脏，而其他器官几乎没有，这证明我们的颗粒物成功灌注到肺部两不是通过其他的途径进 入体内。 毋 删 衄 靛 蓠 靶 球 删 豇 握 韶

9、霉 图h 各脏器中放射性强度：a ) 高血压对照组b ) 高血压组 F i gl ：R a d i o a c t i v i t yi nv a r i o u so r g a n s ：a ) c o n t T o lg r o u pb ) h y p e r t c n s i o ng r o u p 2 2 纳米级四氧化三铁颗粒在肺部短时清除过程 实验发现( 图l 所示) 高血压对照组W i s t a t 大鼠各时相点l O 分钟、3 0 分钟、1 小时、1 2 小时、 2 4 小时、4 8 小时肺部滞留率分别为9 6 9 - - t - _ 3 2 、8 7 0 + 0 7

10、 、8 7 3 - - + 3 O 、6 8 2 1 4 、6 6 I 0 7 第九届全国气溶胶会议暨第三届海峡两岸气溶肢技术研讨会 爨 豳1 圈 艇 嚣 罂 时间( 小时) 图2 ，放射性强度在肺部的变化 未蛳斡薯批梳g c0 f r a d i 。硎v i t y i n t e n s i o n i n p u l 肿n a r y 2 3 血液中放射性强度的变化趋势 实验结果( 图3 ) 所示正常组和高血压组动 物在l 小时内血液中放射性强度明显上升，随后 的1 2 小时内基本稳定在一个水平，而2 4 小时明 显出现下降，4 8 小时后又出现上升。实验发现， 虽然高血压实验组和正常组

11、，在随时间的变化趋 势比较接近，但放射性标记颗粒物进入高血压组 血液的量要明显的高于正常组，最高时达到3 8 2 和6 3 2 士1 2 ，4 8 h 时其在肺部清除率达到 3 7 8 1 2 。高血压实验组S I 皿大鼠在各时 相点的肺部滞留率则分别为9 8 4 o 4 、 9 4 6 4 - 1 5 、8 8 8 5 5 、8 5 2 0 9 、7 4 8 0 0 1 ，灌注后4 8 小时超细颗粒物在肺部 的清除率要低于正常组，只有2 5 2 0 0 1 。 灌注后1 2 小时内，正常组从肺部清除要明显 快于高血压组，1 2 小时后，正常组的清除速 率明显降低，而高血压组清除速率并 时间(

12、 小时) 图3 ：放射性强度在血液中的变化 4 _ o 1 1 ，而正常实验组的进入量最高时仅为1 7 2 F i g u r e 3 ：t h ec h a n g e o f n l i o a c t i v i t y i n t c n s i o n i n b l o o d o 9 3 。灌注后4 8 小时，血液中的放射性强度又回到原来各组l 小时的水平的趋势，但两组之间 仍有一定差异。 时间( 小时) 图4 ：放射性强度在肝脏中的变化 F i g u r e4 ：t h ec h a n g eo f r a d i o a c t i v i t yi n t c n s

13、i o ni nl i v e r 时间( 小时) 图5 ：放射性强度在粪便中的变化 F i g u r e5 ：t h ec h a n g eo f r a d i o a c t i v i t yi n t c a s i o ni nf e c e s 2 4 肝脏中放射性强度的变化趋势 实验结果表明( 图4 ) 高血压组肝脏中在1 2 小时后达到峰值( 1 9 5 O 5 6 ) ，随后渐趋下降， 而正常组在2 4 小时后达到峰值( O 7 14 - O 1 5 ) ，比较两组发现，高血压组肝脏对颗粒物吸收明显的 强于正常组，并且吸收效率要高于正常组。 2 5 排泄物中放射性的强度

14、 比较实验结果( 图5 ) 可以发现：正常组放射性标记物主要从粪便排出，而尿液相对较少，并 且发现正常组粪便排泄明显要比高血压组排泄快，但两者都在1 2 小时时间点出现一个排泄高峰。 3 讨论 5 8 第九届全国气溶胶会议暨第三届海峡两岸气溶胶技术研讨会 从总分布实验( 图1 ) 结果显示放射性标记超细颗粒物主要在肺部，小部分进入血液和肝脏，而 其他部位并没有特别明显的放射性。上述结果表明，放射性标记超细颗粒物在灌肺过程中并没有出 现从胃部等消化道进入血液，而是从肺部通过某种机制进入血液。 实验发现放射性标记颗粒物在肺部清除过程中。正常组明显要快于高血压组，而且对应的清除 量正常组明显的高于高

15、血压实验组，而相反在正常组血液中放射性的强度要低于高血压组但两 者在血液中随时间变化的趋势基本相同( 图2 、3 ) 。比较放射性在肺部和血液中变化发现，1 2 小时是 一个很明显的变化点，即。1 2 小时前无论是高血压组还是正常组，放射性在肺部的减少非常的快， 在血液中前l d , 时血液中上升很快，然后在1 2 小时前达到一个稳定的水平。W e s t 和H u l t g r e n 等1 1 4 , 1 5 认 为在高血压情况下，由于肺动脉的压力升高后易使肺部形成高水平的肺部积水，而肺部积水造成肺 部气血屏障的通透性增强，如大分子蛋白和细胞能透过相应的气血屏障，从肺泡腔进入血管。另一

16、方面，C h e n 等”】研究也发现，在肺部炎症情况下，超细粒子聚苯乙烯球( 5 6 A n m ) 比2 0 0 n m 的聚苯 乙烯球更易穿过肺部的气血屏障进入血液，其进入了血液中的量由原来正常情况下的1 9 6 + 0 6 7 增 加到4 7 3 _ + 0 3 l ，而2 0 0 n t o 聚苯乙烯球由原来正常情况下的2 1 9 + _ 0 7 7 增加到2 2 1 _ + 0 6 4 。我们发 现，纳米级氧化铁粒子在高血压模型大鼠血液中明显的高于正常组，可能和肺部动脉高血压造成肺 部积水而导致肺部气血屏障的通透性增强有关。j o h n l l 6 等气管灌注2 6 的氧化铁颗粒

17、后，发现肺部 明显的发生相关的炎症，在本实验中也伴有相关的炎症出现，而使肺部的超细颗粒物能从比较容易的 从肺部进入血液。同时实验中我们发现，肺部放射性减少速度在1 2 小时前正常组要明显的快于高血 压组，我们从粪便结果( 图5 ) 可以发现，在1 2 小时前，放射性通过粪便排泄量正常组要明显的高于 高血压组从而推测，虽然高血压组颗粒物更容易从肺部快速进入血液但由于其在粪便中排泄相对 较慢，造成肺部的减少量要慢于正常组。而1 2 小时，粪便的排泄量减少，从而造成肺部的放射性在 1 2 ：J 、时后变化没有在1 2 d 时前来的明显。 实验发现颗粒物在血液中随着时间变化在l 小时到1 2 小时明显

18、趋于一个稳定期。同时肝脏中放射 性强度变化结果发现，高血压组在1 2 d 时出现一个峰，而正常组则推迟到2 4 小时出现并且吸收量要 小于高血压组( 图3 、4 ) 。范我等I l7 I 研究发现，纳米氧化铁颗粒易被肝和脾脏所吸收，A r b a b 、R i c h a r d s o n 等【”9 J 研究发现，纳米氧化铁包被后，通过体内代谢能某些低分子蛋白形成复合物进入重新释放入 血液，导致肝和脾脏的放射性降低和血液放射性的增加。我们认为高血压组中肝脏对颗粒物的吸收 要明显的快于正常组，并且吸收的量要明显的大于正常组，从而对血液中放射性强度的变化有一定 的影响，但是在我们的研究中脾脏并未

19、见有明显的放射性，可能在本次实验中总体进入体内的颗粒 物相对于其他实验而言较低造成在脾脏中的蓄积作用并不是非常的明显。 实验发现正常组粪便中有较高的放射性强度，而尿液中几乎没有，我们认为：放射性5 9 F e 标记颗 粒物排泄过程主要通过肠道以粪便形式排出体外，而尿液途径排泄并不十分明显( 图5 ) ，这一点和 P o u l i q u e n 等 2 。J 报道的相一致。比较高血压组和正常组粪便排泄规律发现，正常组在肠道的排泄明显 快于高血压组的排泄，并且排泄量正常组明显要高于高血压组。 4 结论 实验结果发现高血压组和正常组动物超细颗粒物都能通过肺部进入血液，然后通过肝脏参与体 内代谢。

20、最后由肠道排出体外。但两者不同的是：高血压实验组超细颗粒物通过肺部进入血液量明显 高于正常组，但颗粒物在肺部的清除要慢于正常组，并且对颗粒物的排泄也要明显慢于正常组。上述 实验表明：因超细颗粒更易通过肺部进入体内但又比较难于排除出体外的原因，超细颗粒物对患有 心血管疾病( 如高血压) 的病人比正常人群有着更大的危害，心血管疾病的人群可能是大气颗粒物污染 的易感人群。 5 致谢 本实验得到复旦大学公共卫生学院与苏州大学放射医学和公共卫生学院范我教授和研究生的大 力支持，在此表示感谢。本论文受到国家自然科学基金委重大项目( 1 0 4 9 0 1 8 2 ) 和中国科学院知识创 第九届全国气溶胶会

21、议暨第三届海峡两岸气溶胶技术研讨会 新工程重要方向性项目( 三期) 的资助 参考文献： 【1 】P e t e r sA ，P e r zS ，D o r M gA ，e ta 1 A mJE p i d e m i o l ，1 9 9 9 ，1 5 0 ：1 0 9 4 - 1 0 9 8 【2 lS c h w a r t zJ E n v i r o nH e a l t hP e r s p e c t ，2 0 0 1 ，1 0 9 ：4 0 5 - 4 0 9 【3 l P e t e r s A ，W i c h m a o n H E ，T u c hT ，e t a l A

22、 mJ R e s p C f i t c a I e M e d ，1 9 9 7 ，1 5 5 ：1 3 7 6 - 1 3 8 3 【4 lO b e r d o r s t e rG ，O b e r d “o r s t e rE ，O b e r d o r s t e rJ E n v i r o nH e a l t hP e r s p e c t ，2 0 0 5 ，1 1 3 ：8 2 3 _ 8 3 9 ( 5 】S a m e tJ MD o m i n i c iF ，C u r r i a r oF C ，e ta 1 NE a g lJM e d ，2 0 0

23、0 , 3 4 3 ：1 7 4 2 - 1 7 4 9 【6 】C b e nJ i a n m i n T a nM i n g g u a n g , N e m m a rA e ta 1 T o x i c o l o g y ，2 0 0 6 ，2 2 2 ：1 9 5 - 2 0 1 7 】B r o w nDM ，W i l s o nMK M a c N e eWe ta 1 T o x i c o lA p p lP h a r m a c o l ，2 0 0 1 ，1 7 5 ：1 9 1 - 1 9 9 【8 】N e m m a r A V a n b l i l

24、l o d a l - L H o y l a a r t s M F e t a l A mJ R e a p C r i t C a r e M e d , 2 0 0 1 ，1 6 , 1 ：1 6 6 5 - - 1 6 6 8 【9 】9 K a iH e c k e LR a i n a rK i e f m a n n ，M a r f i n aD o r g e ra ta LA 2 P - L o n gC e l l u l a ra n dM o l e c u l a rP h y s i o l o g y , 2 0 0 4 , 2 8 7 ：8 6 7 - 8

25、7 8 【1 0 】N e m r n A ，H o e t ，V a n q u i c k e n b o m e B C i r u l a t i o n , 2 0 0 2 ，1 0 5 ：4 1 1 - 4 1 4 1 1 1J a m e sS B K i r b y L z ，W i l l i a m D B A mJ R p i r C r i t C a r e M e d ，2 0 0 2 ，1 6 6 ：1 2 4 0 1 2 4 7 【1 2 】O b e r d - o r s t e rG S h a r p Z ，A t u d o r e iv ，e t a

26、 l J T o x i c o l E n v i r o n H e a l t h ：P a r t A , 2 0 0 2 ，6 5 ：1 5 3 1 1 5 4 3 【1 3 】金婵， 邹杨张桂林，等高能物理与核物理, 2 0 0 5 , 2 9 ：8 9 - 9 2 1 4 】W e s tB J J A p p lP h y a l o l , 2 0 0 0 ，8 9 ：2 4 8 6 2 4 8 9 f 1 5 lH u l t g r e nH N ，G r e v e rR F , H a r t l e yL H C i r e u l a t i o n ，1 9 7

27、 1 , 4 4 ：7 5 9 7 7 0 1 6 】J o h nCL W i l l i a mD B A n d r e wJG e ta 1 A mJR e s p kC e l lM o lB i o l ，1 9 9 9 , 2 06 3 1 - 6 4 2 【1 7 】范我，杨凯，钱建华，等同位素，2 0 0 1 ，1 4 ：3 1 3 5 【1 8 lA r b a bA S ，W i l s o nL B ，A s h a r i ，P ，e ta l ，N M RB i o m e d ，2 0 0 5 ，1 8 ：3 8 3 3 8 9 【1 9 lR i c h a r

28、 d s o nD l t P u n k aP ，B i o c h i mB i o p h y sA c t a1 9 9 7 ，1 3 3 1 ：1 - 4 0 【2 0 】P o u l i q u a n D ，L e J o n eJ J ，P e r d r i s o tR ，e tt LM a g R e s o nh n a g 1 9 9 1 , 9 ：2 7 5 - 2 8 3 P e r m e a t i n gp r o c e s so fN a n o p a r t i c l e sL a b e l e db y5 9 F e i nR a tL u

29、n g L i a n gF e n 9 1 ，2 L iC h a 0 3 ，Z h a oJ i n z h o u 4 ，J i a n gR o n g f a n 9 4 ，L i nJ u n l ，L i uW c i l 舳C h a n l ，2 S o n gW e i m i n 9 3 ，Z h a n gG u i l i n 。，L iY a h l 1 S h a n g h a i l n s t i t u t e o f A p p l i e d P h y s i c s ，C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e

30、n c e s ，S h a h g I l a i ，2 0 1 8 0 0 ； 2 G r a d u a t eS c h o o lo f C h i n e s eA c a d e m yo f S c i e n c e s ，S h a n g h a i ，2 0 1 8 0 0 ； 3 S c h o o lo f R e d i a t i o nM e d i c i n ea n dP u b H cH e a l t h ，S u z h o uU n i v e r s i 吼S u z h o u 2 1 5 1 2 3 ； 4 S c h o o l o f

31、P u b l i c H e a l t l l , F u d a n U n i v e r s i t y , S h a h g l l a i ，2 0 0 0 3 2 A b s t r a c t , T h ei m p a c to fh y p e r t e m i o nS H Rr a t sc a u s e db ys i m u l a t e dp a r t i c l em a f t e r ( m n of e r r i co x i d e ) w i t hr a d i o a c t i v i t y i s o t o p et l e

32、 rt e c h n i q u e sw a sr e s e a r c h e d B ym e a s u r e dt h er a d i o a c t i v i t yi n t e m i t yi nd i f f e r e n tt i s S U e si nd i f f e r e n tt i m ep o i n t ， w eg o tt h er e g u l a rp a t t e r no f s c a v e n g i n gp m - t i c l e sf i o mp u l m o n a r ya n dt h em e t

33、a b o l i s mo f t h ep a r t i c l e si nar a t T h eu l t r a f i n e p a r t i c l e sc a r lt r a n s p e r tf r o mt h ep u l m o n a r yt ob l o o dt h e np a r t i c i p a t e dm e t a b o l i s ma n de x p e l l e do a to f n ”b o d yb yf e c e si n b o t hh y p e r t e n s i o nr a t sa n d

34、n o r m a lr a t s T h es p e e do fs c a v e n g i n gu l t r a f i n ep a r t i c l e si np u l m o n a r yi nh y p e r t e n s i o nr a t s i s s l o w e rt h a nt h a ti nn o l o l a lr a t s b u tt h er a d i o a c t i v i t yi n t a n s i t yi nb l o o di sh i g h e rt h a nt h en o r m a lo n

35、 e sa n de x p e l l e dt l “ o u g h f e c e si nh y p e r t c n s i n na n i m a l sa r el e s st h a nt h o s ei nn o r m a lr a t s I nc o n c l u s i o n , n mu l t m f i n ep a r t i c l e sa r em o r eh a r m f u lt o h y p e r t e n s i o np a t i e n t sb e c A m s et h ep a r t i c l e so

36、a ne a s i l yt r a n s p o r tf r o ml o n gt ob l o o da n d b eh a r d l ys c a v e n g e df r o mb o d y t h r o u g I lf e c e s , s ot h eh y p e r t e n s i o np a t i e n t sm a yb et h es e n s i t i v eg r o u pb ya kp a n i c l el l l a t t e L K e y w o r d s ：H y p e r t e n s i o n , N a n o m e t e r - p a r t i c l e s ，R a d i o a c t i v i t y i s o t o p e t r a c e r t e c h n i q u e s 1 6 0