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吸入炭黑气溶胶对小鼠心血管系统的损害作用
[目的]探讨反复吸入纳米级炭黑气溶胶对小鼠心血管系统的损害作用及可能的作用机制.[方法]8周龄雄性C57BL/6小鼠分为对照组(n=24)、染毒组(n=12)和恢复组(n=12).染毒组小鼠全身暴露于30.16 mg/m3炭黑气溶胶中6h/d,连续染毒28d;恢复组于染毒28d后静养28d;对照组给予过滤空气.每天监测染毒柜内炭黑颗粒的浓度和粒径.末次染毒或恢复28d后的24h,每组取9只小鼠,麻醉后进行心电图测定;采血后测定血清心肌酶谱[肌酸激酶(CK)、同工酶(CK-MB)、乳酸脱氢酶(LDH)、谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)]和炎性细胞因子[白介素-1β(IL-1β)、白介素-6(IL-6)、白介素-8(IL-8)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)];取小鼠心脏,测定心脏组织中炎性细胞因子(IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α)和氧化应激指标[超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、丙二醛(MDA)].每组取3只小鼠进行心脏病理组织学检查.[结果]炭黑颗粒平均质量浓度为(30.16±3.52) mg/m3,粒径小于400 nm的颗粒物占82.53％,粒径小于800 nm的颗粒物占98.13％.小鼠吸入炭黑气溶胶7、14、21、28d及恢复期,染毒组和对照组小鼠体重差异无统计学意义.与对照组相比,染毒组及恢复组小鼠心电图S-T段抬高且PR间期延长(P＜0.05),其他心电图指标与对照组相比差异无统计学意义.与对照组相比,染毒组小鼠血清CK和CK-MB活性增加(P＜0.05),分别为对照组的1.42、1.24倍;而恢复组小鼠CK和CK-MB活性降至正常水平.染毒组小鼠血清中IL-6、IL-8和TNF-α水平高于对照组(P＜0.05),分别为1.79、1.89、1.70倍;而心脏组织匀浆中仅IL-6水平高于对照组(P＜0.05),为1.40倍.恢复组小鼠血清IL-6和IL-8水平均有所下降,但是仍高于对照组(P＜0.05),而心脏组织中IL-1β、IL-6、IL-8和TNF-α水平均未见改变.与对照组相比,染毒组小鼠心脏组织中SOD水平降低且MDA水平增加(P＜0.05),而恢复组小鼠SOD水平和MDA水平与对照组相比差异无统计学意义.病理组织学检查可见,对照组心肌纤维排列整齐;小鼠吸入炭黑气溶胶后,在心脏组织中未观察到黑色炭黑颗粒沉积,心肌纤维排列紊乱,并可见心肌细胞水肿及炎性细胞渗出;在恢复期,小鼠心脏组织中也可以见到少量的炎性细胞渗出.[结论]反复吸入30.16 mg/m3纳米级炭黑气溶胶可以造成小鼠心肌缺血性损伤,其机制可能与炭黑颗粒所致的炎性损伤和氧化应激有关.
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吸入炭黑气溶胶致小鼠肺和外周血的炎性改变及相关性分析
目的 研究反复吸入炭黑气溶胶致小鼠肺和外周血急性期反应蛋白、炎性细胞因子及免疫细胞的改变,并探讨吸入炭黑后肺和外周血炎性改变的相关性.方法 染毒组将小鼠全身暴露于15.16 mg/m3炭黑气溶胶中6 h/d,分别连续染毒7d和14 d;恢复组于染毒14 d后恢复14 d,而对照组给予空气.末次染毒24 h或恢复14 d后,收集血液、肺泡灌洗液、肺组织匀浆后进行急性期蛋白、炎性细胞因子及免疫细胞检测.解剖取肺进行病理组织学及超微结构观察.结果 与对照组相比,染毒7、14 d组肺组织匀浆、肺泡灌洗液及血清中CRP、SAA、IL-6、IL-8、TNF-α水平均显著高于对照组(P＜0.05),肺泡灌洗液及外周血中嗜酸性粒细胞百分比显著升高(P＜0.05),单核/巨噬细胞百分比显著降低(P＜0.05),且这些炎症变化在恢复期并未得到改善.相关分析结果显示,肺组织和外周血的炎性水平存在较好的相关性,且相关系数r=0.665以上.病理检查可见染毒及恢复组肺组织呈灰黑色,镜下支气管壁及肺泡壁结构紊乱、肺间隔增厚、炎性细胞浸润,肺泡腔和肺间隔可见黑色颗粒和巨噬细胞.电镜结果显示,染毒及恢复组巨噬细胞中可见较多溶酶体,且在溶酶体内存在电子密度与炭黑颗粒一致的黑色颗粒.结论 反复吸入15.16 mg/m3炭黑气溶胶造成小鼠肺组织炭黑颗粒沉积和炎性损伤以及循环系统炎症反应,炭黑吸入后小鼠外周血中炎性生物标志物的变化可以准确地反映肺组织的炎性改变.
