煤尘可吸入颗粒物对大鼠支气管肺组织致炎作用的研究

【摘 要】 目的 探讨可吸入颗粒物煤尘对支气管肺组织的相关致炎作用。方法 采集并分析矿井煤尘可吸入颗粒物，用其染毒活体大鼠，然后观察大鼠肺组织的病理变化，并测定大鼠肺泡灌洗液中的白细胞总数和分类计数及肺匀浆中丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）及细胞因子诱导的中性粒细胞趋化因子（CINC）。结果 矿井煤尘组的病理特点以炎症改变为主，并部分显示出过敏性特征。各项观察指标与对照组比较均有显著差异。结论 可吸入颗粒物矿井煤尘可能通过刺激体内炎性细胞募集、大量释放炎症因子，导致局部炎症反应的发生。

【关键词】：可吸入颗粒物；煤尘；气道炎症

在采煤巷道中飞扬着的煤尘严重污染空气，严重影响采煤工人身体健康，所以重视煤尘可吸入颗粒物对呼吸系统的影响具有现实意义。本研究通过采集并分析矿井煤尘可吸入颗粒物，建立活体大鼠的染毒模型，进一步探讨矿井煤尘可吸入颗粒物对大鼠支气管肺组织的影响。

1 材料与方法

1.1 实验动物及分组

健康雌性大鼠24只，体重200-230g，随机分为2组，每组14只。煤尘组和对照组均用鼠类全价颗粒饲料喂养，分笼饲养。

1.2 煤尘的采集、分析及悬液制备

采用MODEL-120A型大容量采样器和玻璃纤维滤膜采集煤尘，吸气流量15L/分，采样1小时。同时运用美国TSI空气动力学粒径谱仪（APS-3321）进行浓度和粒径分析，吸气流量5L/分，采样1小时。煤尘采集结束后取出玻璃纤维滤膜，剪成1cm2方块，将其置于蒸馏水中，然后经超声处理10分钟，去除滤膜后收集滤膜下层悬液，并低温冷冻干燥，于低温冰箱中保存备用。使用前用适量生理盐水制成悬液，超声震荡约15分钟，以便悬液充分混匀并灭菌[1]。

1.3 染毒与处理

于大鼠腹腔内注射戊巴比妥钠使其麻醉，煤尘组往气管内注入0.15ml/100g体重量的悬液，对照组注入等量的生理盐水。而后将大鼠直立、旋转，以便颗粒物尽量分布均匀，连续染毒3周（1次/2天）。待大鼠自由饮食22天后活杀取材。制作大鼠肺病理切片：每组随机选7只大鼠并取下左下肺，用4%的甲醛溶液固定后做常规病理切片留作观察；肺灌洗液及肺匀浆检测：每组另取7只大鼠，使其麻醉后予气管插管，然后注入37℃ 预温生理盐水4ml灌洗肺部，重复4次，收集5-9ml灌洗液，并按1500r/min速度离心10min，弃上清液后取细胞沉淀做成悬液，统计白细胞总数及分类；另取左肺组织1g剪碎，将其置10ml离心管中，用4℃生理盐水配置成10%匀浆。指标检测：提取匀浆上清液，分别用邻苯三酚自氧化法测定超氧化物歧化酶、直接法测定谷胱甘肽过氧化物酶活性、改良八木国夫法测定丙二醛含量及ELISA法测定细胞因子诱导的中性粒细胞趋化因子含量[2]。

1.4 统计学处理

运用SPSS 17.0版统计软件分析结果，用 表示检测数据，运用计量资料t检验，p

2 结果

2.1 煤尘可吸入颗粒物

煤尘浓度为370μg/m3，可吸入颗粒物粒径分布规律显示各粒径范围内的颗粒物数量基本相当的特点，也呈现出随粒径逐渐变小而颗粒物数量渐多的趋势（见表1）。

2.2 组织病理学改变

对照组显示肺组织的结构清晰，肺泡间隔无明显变化，大鼠细支气管腔内未见明显渗出物。煤尘组大鼠肺泡及间质内见有黑色颗粒物散在分布，肺泡和肺泡间隔可见大量巨噬细胞聚集，肺泡间隔明显增厚，细支气管管腔部位明显变窄，黏膜下层的小血管充血水肿，上皮层杯状细胞明显增多，肺泡内和细支气管周围见较多中性粒细胞及淋巴细胞浸润。煤尘组少许大鼠的气道黏膜下层见散在的嗜酸性粒细胞浸润。

2.3 灌洗液白细胞计数和分类比较

煤尘染毒后的大鼠BALF中白细胞总数及各细胞分类计数均显著高于对照组（见表2）。

2.4 各检测指标的变化情况

煤尘组SOD、GSH-Px、MDA、CINC含量与对照组比较有显著差异（见表3）。

3 讨论

本研究结果表明，坑道中煤尘可吸入颗粒物浓度比较高，而且呈现出随着粒径渐变小而颗粒物数量渐多的增长趋势，粗颗粒物的数量少于细颗粒物数量。煤尘组的大鼠气道炎症反应显著，且为非特异性的改变，但少许大鼠的气道黏膜下层可见散在的嗜酸性粒细胞。

在大鼠吸入煤尘颗粒物后，颗粒物作用于肺泡巨噬细胞，使巨噬细胞最初反应性的增多，并吞噬大量的煤尘颗粒物，颗粒物刺激诱导释放一些如细胞因子诱导的中性粒细胞趋化因子（CINC）等一系列前炎性因子使炎性细胞逐渐渗出，浸润肺部组织。除此，煤尘颗粒物还可致肺部气道上皮和血管内皮相关黏附分子例如细胞间黏附分子（ICAM）-1、白细胞内皮细胞黏附分子（ELAM）-1的表达进行性增加，进而促进一系列炎性细胞由血管向肺部迁移、聚集，使气道的局部炎症反应性加强[3]。但由于煤尘中有机成份相对复杂，可能有尘螨等致敏物，所以煤尘组大鼠的气道炎症显示出部分过敏性特征。

SOD、GSH-Px是体内重要的抗氧化酶类，MDA含量高低反映出体内自由基损伤的严重程度，本次研究结果显示煤尘组的SOD和GSH-Px含量低于对照组，而MDA含量明显的高于对照组，表明煤尘进入大鼠体内能导致机体脂质过氧化反应增强，使其体内氧化和抗氧化失衡。据相关文献报道，可吸入颗粒物进入体内后能增强活性氧产生信号通路，动态增强氧化刺激敏感的核转录因子-κ B（NF-κB） 的激活，并与多种炎症细胞因子、ICAM-1等黏附分子的启动子和增强子中的κ B序列位点结合，诱导其mRNA的高表达，促成组织炎症反应发生[4，5]。本实验研究结果也证实了氧化应激是颗粒物刺激、诱导肺部支气管上皮细胞和肺泡巨噬细胞产生炎性细胞、细胞因子的途径之一。

参考文献

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