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1、2 0 1 0 年4 月第4 8 卷第1 0 期 基础研究 煤工尘肺大鼠模型对认知功能及脑细胞超微结构影响研究 水雯t 牛小媛吕敏丽 ( 山西医科大学第一医院神经内科，山西太原0 3 0 0 0 1 ) 【摘要】目的通过建立煤工尘肺w i s t a r 大鼠模型，探讨煤工尘肺导致慢性缺氧对认知功能及脑细胞超微结构的影响。方法 将2 0 只w i s t a r 大鼠随机分为尘肺组和对照组，尘肺组灌入煤尘生理盐水悬液l m L ，对照组灌人生理盐水悬l m L ，建立尘肺 模型8 周后，通过M o r r i s 水迷宫实验检测其学习和记忆能力，并在实验结束后取肺组织和脑组织做H E 染色病理
2、切片，观 察肺组织和脑组织结构的变化。结果水迷宫实验中尘肺组大鼠学习记忆能力下降，神经元破坏。结论尘肺可导致大鼠 认知功能下降；尘肺可致大鼠神经元超微结构改变。 【关键词】尘肺；慢性缺氧；认知功能；脑细胞超微结构 【中图分类号】R 1 3 5 2【文献标识码】A【文章编号】1 6 7 3 9 7 0 1 ( 2 0 1 0 ) 1 0 1 l - 0 2 煤工尘肺( c o a lw o r k e r I sp n e u m o e o n i o s i s ，c w P ) 是指煤矿各 工种丁人长期吸人生产环境中的粉尘，所引起肺部尘肺病变的 总称。尘肺患者由于长期吸人生产性粉尘，损坏了
3、呼吸道黏膜， 破坏了其防御功能，减弱了气管对异物的消除能力，肺部广泛纤 维化，间质病变，肺泡通气换气功能障碍，使肺功能受损，导致低 氧血症”1 。低氧血症会导致多器官的损害，尤其是氧需求量较大 的中枢神经系统。缺氧引起记忆功能障碍已得到多方面临床的 证实，但是还没有尘肺引起认知障碍方面的研究。 1 材料与方法 1 1 材料 动物：2 0 只w i s t a r 雄性大鼠，体重( 1 9 0 2 0 ) g ，由河北医 科大学动物中心提供；( 主) M o r r i s 水迷宫( 山西医科大学公共卫生 学院) ；煤尘颗粒( 晋煤集团生产的无烟煤颗粒) ；光学显微 镜( N I K O NE
4、C L I P S EE 6 0 0 ，山西医科大学寄生虫教研室) ；计 算机及显微图像分析系统( B 1 2 0 0 0 ，成都泰盟科技有限公司) 。 1 2 方法 1 2 1 动物分组与模型的建立适应性饲养一周后，2 0 只w i s t a r 大鼠随机分为尘肺组( C W P 组) 和对照组。用1 0 水合氯醛 ( 3 0 0 m g k g ) 腹腔麻醉，然后行气管插管，将颗粒直径 5 斗m 的煤 粉尘配成5 0 9 L 的生理盐水悬液，灌入煤尘生理盐水悬液1 m L ， 对照组灌入l m L 生理盐水然后继续饲养。 1 2 2M o r r i s 水迷宫实验8 周后应用M o r
5、 r i s 水迷宫系统测定 大鼠学习记忆能力。定位航行实验( p l a c en a v i g a t i o n ) ：实验前 一天预先将大鼠置于水迷宫中自由游泳3 0 m i n ，让其适应水迷宫 环境。在学习过程中，大鼠连续训练4 d ，每天分上、下午两个时 段，每个时段训练2 次，间隔为6 0 m i n 。每次实验大鼠在4 个不同 象限中将头朝池壁放入水池，每天次序不同。任其游泳，直至找 到平台。6 0 s 内寻找到隐藏在水面下平台的时间( 逃避潜伏期， e ，c a p el a t e n c y ) 被记录下来，并允许大鼠在平台上停留l O s 以达 到强化记忆效果，如果
6、大鼠在6 0 s 内未到达平台，逃避潜伏期以 6 0 s 2 录并由实验者用杆子将其引至平台停留3 0 s 。每次实验 后立即用毛巾将大鼠抹干。此项反映大鼠的学习能力。空间探 + 山西医科大学神经病学在读硕士 索实验( s p a f i Mp r o b e ) ：实验第5 天进行空间探索实验，撤除平 台，将大鼠任意选一个入水点放入水中，记录其在2 m i n 中内的 游泳轨迹，分别计算其跨越目标象限内的游泳时间占整个游泳 时间的百分率、跨越平台次数，此项反映大鼠的空间记忆能力。 1 2 3 形态学实验检测实验结束时处死大鼠，取肺组织和脑 组织做H E 染色病理切片，观察肺组织和脑组织结构的
7、变化。 1 3 统计学处理 所有数据应用统计软件S P S S l 3 0 进行统计学分析。 2 结果 2 1 M o r r i s 水迷宫测试 2 1 1 M o r r i s 水迷宫学习成绩( 定位航行实验) C W P 组的逃避 潜伏期明显长于对照组( P O 0 5 ) 。见表l 。 表1 两组平均逃避潜伏期比较( i s ，n = 1 0 ，S ) 第1 天第2 天第3 天第4 天 FP 正常组2 4 1 0 士1 0 7 81 8 2 2 9 1 61 6 5 4 l O 1 31 4 6 3 9 7 38 1 4 O 0 5 C W P 组4 4 2 1 1 0 6 53 7
8、 0 9 4 12 4 0 3 1 1 6 02 0 5 4 1 2 0 91 0 2 5 0 0 5 P O 0 5 0 0 5 O 0 5 0 0 5 2 1 2M o r r i s 水迷宫记忆成绩C W P 组的穿越平台次数( 2 6 1 3 2 ) 次，较对照组显著减少【( 5 1 2 1 0 ) 次，P O 0 1 】；C W P 组在 跨越目标象限时问占整个游泳的时问百分率( 2 5 4 6 1 9 6 ) 也 较对照组显著减少 ( 3 5 2 4 2 7 3 ) ，P O 0 1 1 ，见表2 。 表2 两组大鼠记忆能力测定( i s i n = 1 0J 穿越平台次数跨越目标
9、象限时间占整个游泳时间的百分比( ) 2 2 形态学实验结果 肺组织病理形态学染尘8 周可见炎细胞浸润增加，吞噬 了煤尘的肺泡巨噬细胞增加及煤尘聚集形成的煤斑或结节增 多，病灶肺气肿明显，可见少量肺纤维化形成，见图封三l ，2 。 脑组织病理形态学观察：光镜下染尘8 周可见胶质细胞吞噬神 经元，神经元坏死、减少，筛网状软化灶，见图封三3 ，4 。 ( 下转第1 4 页) C H I N AM O D E R ND O C T O R 中国现代医生11 万方数据 基础研究 组织的血管生成。( 窆) V E G F 作用于内皮细胞表面的受体，同时上 调C O X 一2 的表达，促进血管生成。 M
10、M P 一2 与C O X 一2 在膀胱移行细胞癌中的表达呈正相关 ( r = - O 4 8 ，P 0 0 1 ) ，其可能原因是C O X 一2 通过上调肿瘤组织中 M M F 一2 的表达促进肿瘤血管的生成。日前M M P 一2 与C O X 一2 在 肿瘤中作用相关性研究较少，动物实验证实，在结、直肠癌中特 异性C O X 一2 抑制剂r o f e c o x i b ( 罗非考昔) 可使M M P - 2 的蛋白水 平下降，提示M M P - 2 有可能是C O X 一2 促进肿瘤发生、发展的途 径之一啕。 同时有研究显示C O X 一2 ，M M P 一2 与V E G F 在促
11、血管形成方 面具有协同作用：C O X 一2 、M M P 一2 能通过上调V E G F 的表达从而 促进血管的生成，V E G F 通过增加C O X 一2 信使核糖核酸形成和 延长C O X Z m R N A 活性时间从而促进其表达1 。国外学者将转 染C O X 一2 基因的结肠癌细胞株和人脐静脉内皮细胞株联合培 养，结肠癌细胞在高表达C O X 一2 的同时，促进V E G F 、b E G F 、 p D G F 等均明显上调。在内皮细胞中，C O X 一2 的代谢产物P G E 2 作为重要的促进血管新生的因子可能直接参与了促进m 管内 皮细胞M M P 一2 及V E G F
12、 的高表达，从而促进了肿瘤组织相关 的血管新生，即C O X 一2 P G E 2 M M P 一2 N E G F 途径可能参与肿瘤 的血管新生m 。本实验研究结果显示，C O X 一2 、M M P 一2 、V E G F 在大 部分B T C C 组织中呈不同程度的阳性表达，且i 者之间具有明显 相关性，为上述研究结果m 7 】圭黾供了支持。 综上所述，我们认为联合C O X 一2 、M M P 一2 和V E G F 有望成 为膀胱移行细胞癌新的检测指标。免疫组织化学s P 法简便、快 速、直观，有利于临床推广使用，高清晰度彩色医学图文分析系 ( 上接第1 1 页) 2 0 1 0 年
13、4 月第4 8 卷第1 0 期 统具有客观、快速的优点，综合利用这些技术方法分析染色光密 度值，对容易出现转移、恶化的高危患者及早综合治疗，有利于 提高患者的生存率。 【参考文献】 【1 】B h u v a r a h a m u r t h yV ，K i i s t i a n s e n G O J o h a n n s e nM ，e la 1 i ns i t ug e n e e x p r e s s i o n a n dl o c a l i z a t i o no f m e t a l l o p r o t e i n a s e s M M P l ，M M P
14、 2 ， M M P 3 M M I X ) ，a n dt h e i r i n h i b i t o r sT I M P la n dT I M P 2i nh u m a n r e n a lc e l lc a r c i n o m a J O n e o lR e p ，2 0 0 6 ，1 5 ( 5 ) ：1 3 7 9 1 3 8 4 1 2 1 M a n d a lM ，M a n d a lA ，D a sS ，e ta 1 C l i n i c a li m p l i c a t i o n so fm a t r i x m e t a l l o p
15、r o t t e i n t t * s j M o lC e UB i o e h e m ，2 0 0 3 ，2 5 2 ( 1 - 2 ) ：3 0 5 3 2 9 1 3 1M a l e m u dC J M a t r i xm e t a l l o p m t e i n a s e s ( M M P s ) i nh e a t ha n d d j s e a s e ： a no v e r v i e w I J l F m n tB i o s e i ，2 0 0 6 ，1 1 ( 1 ) ：1 6 9 6 1 7 0 1 1 4 1 D a r n t o n
16、S J ，H a r d i eL I ，M u cR S ，e ta 1 T i s s u ei n h i b i t o r o f m e t a l l o p m t e i n a s e 3 g e n e i s m e t h y l a t e d i nt h e d e v e l o p m e n t o f e s o p h a g e a la d e n o c a r e i n o m a ：l o s so fe x p r e s s i o nc o r r e l a t e s w i t h p o o r p r o g n o s i
17、 s J I n tJC a n c e r ，2 0 0 5 ，11 5 ( 3 ) ：3 5 1 3 5 8 5 1W a i l a r dM J ，P e r m i n g t o nC J ，V e e r a k u m a r a s i v a mA ，e ta 1 C o m p r e h e n s i v e p r o f i l i n ga n dl o e a h s a t i o no f t h em a t r i xm e t a U o p m t e i n a s e s i nu r o t h e l i a l c a r c i n o
18、 m a J B rJC a n c e r ，2 0 0 6 ，9 4 ( 4 ) ：5 6 9 - 5 7 7 6 1C l a f f e yK P R o b i n s o nG S R e & a l l a t i o no fV E G F P Fe x p r e s s i o ni n t u m o rc e l l s ：c o n s e q u e n c e sf o rt u m o rg r o w t ha n dm e t a s t a s i s J JC a n c e r M e t a , t a s i sR e s ，1 9 9 6 ，1
19、5 ：1 6 5 7 1F o l k m a nJ A n 西喇e s j si nc 口2 t l c e l e ，v a s c u l a r ，r h e u m a t o i d a n do t h e r d i s e a s e J N a tM e d ，1 9 9 5 ，1 ( 1 ) ：2 7 3 1 ( 收稿E l 期：2 0 1 0 一O l 一0 6 ) 3 讨论 煤工尘肺是职业病的常见病，严重危害劳动者的健康，由于 长期吸人生产性粉尘，损坏了呼吸道黏膜，破坏了其防御功能， 减弱了气管对异物的消除能力，肺部广泛纤维化，临床上常出现 低氧血症，使机体处于一种慢
20、性持续性缺氧状态1 2 , 3 1 。 缺氧引起记忆功能障碍已得到多方面临床的证实。这种尘 肺引起的慢性持续性缺氧状态会引起中枢系统的损害导致认知 功能的损害。目前，M o r r i s 水迷宫实验是检验大鼠学习记忆最为 经典的方法。水迷宫实验结果显示，在定位航行实验中尘肺组 大鼠学习能力明显高于对照组；空间探索实验中，尘肺组较对照 组大鼠记忆能力下降，差异均有统计学意义，说明两组大鼠都有 空问学习能力，但尘肺可致大鼠学习记忆功能障碍。肺组织超微 结构町见炎性细胞的浸润使组织破坏，脑组织切片观察可见胶 质细胞吞噬神经元，神经元坏死、减少，筛网状软化灶，可见尘肺 组大鼠肺功能受损导致的慢性缺氧
21、致脑细胞的损害。神经元是 学习记忆的基础，神经细胞结构功能的损害会影响学习记忆功 能。提示煤工尘肺可引起脑细胞受损，从而影响其认知功能。 本实验通过对大鼠尘肺模型的建立，从行为方法学和细胞 形态学方面探讨尘肺对大鼠认知功能的影响从而町知尘肺导致 的慢性持续性缺氧可诱发大鼠认知功能障碍阮S l 。本研究为煤尘 1 4 中目现代医生C H I N AM O D E R ND O C T O R 诱发认知功能障碍提供了相关的实验依据，同时提示应足够重 视尘肺引起的并发症及认识尘肺防治的必要性。 【参考文献】 【1 金泰虞职业卫生与职业医学【M 第5 版北京：人民卫生出版社， 2 0 0 3 ：2 5
22、 5 【2 】刘顺银煤工尘肺4 3 4 例死因分析明中国煤炭工业医学杂志，2 f g ) 5 ， 8 ( 1 ) ：3 1 3 2 【3 周红，马忠森，王红丽，等T G F p1 和T G F BP d 在煤丁尘肺大鼠模型 肺组织t I I 的表达 J 】吉林大学学报( 医学版) ，2 0 0 3 ，2 ( 9 1 ) ：1 5 2 1 5 4 【4 S e r g i u D ，J e a n n e t t eG E ，R o nD K ，e ta 1 Q u a n t i f i c a t i o no fs w i m p a l l e r n si nt h eM o m sw
23、 a t e rm a z e j B e h a v i o rR e s e a r c hM e l h t M s ，2 0 0 0 ， 3 2 ( 2 ) ：1 3 4 f 5 1 5P e n gB ，L jS W ，K a n gH ，e ta 1 C o g n i t i v ea n de m o t i o n a li m p a i r m e n l i n o b s t r u c t i v es l e e pa p n e as y n d r o m e J C h i nM e dS e i ，2 0 0 4 19 ( 4 ) ：2 6 2 2 6 5
24、 【6 J ：l A dB ，L a v i e E f f to fs l e e pa p n e ao f fc o g n i t i o na n dm o o d J I n l R e vP s y c h i a t r y ，2 0 0 5 ，1 7 ( 4 ) ：2 7 7 2 8 2 ( 收稿日期：2 0 0 9 1 1 - 1 6 ) 万方数据 黉辫 熟鎏蕊 j “ 、 - ： 日2 女性& 目多十女g m e 目3 g E 常镕镕( x4 0 】f 自女1 1 目4 自# g t ，# g i 减( 目5 * n # 目月女( 自i6 4 * )目6a 性* 疽* 目
25、月女( n 女6 4 i 自女1 1 ) 回，固 阿 目7目8 日7 ，8 肺“ i 镕，* 布f $ 啤”目自口目& 牵H 月目T * m ( 自女6 9 目10 目9 1D & 目* * $ # # S 镕# # ；三 自自H $ ，罟B * * m ( 自女6 9 】 目1 1e 女，女，2 3 ；，g4 0 d ，H C G 目n ，# d “ # P M m 自体目# 嘲目* 目日m 一口# g 自 # 自目# 目”o * 搏 m 自Z7 0 m 目1 2 自 ，女，3 8 ；，* # 4 8 d H C G # 目# “ * # “ 超 谚* - * m # 镕& E e 性自块，# 十0 E 目T m 镕# Ef m 自Z7 0 万方数据