中国公共卫生  2010, Vol. 26 Issue (3): 381-382   PDF    
引用本文
肖忠新, 牛丕业, 李慧, 李变兰, 张淑华, 高艾, 田琳. 锰对大鼠空间学习记忆影响[J]. 中国公共卫生, 2010, 26(3): 381-382.
XIAO Zhong-xin, NIU Pi-ye, LI Hui,et al. Effect of manganese on spatial learning and memory ability in rats[J]. Chinese Journal of Public Health, 2010, 26(3): 381-382.
锰对大鼠空间学习记忆影响
肖忠新1, 牛丕业1, 李慧2, 李变兰1, 张淑华1, 高艾1, 田琳1     
1. 首都医科大学公共卫生与家庭医学学院劳动卫生与环境卫生学系, 北京100069;
2. 首都医科大学基础医学院组织胚胎与解剖学系
收稿日期: 2009-07-23.
基金项目: 国家自然科学基金(30700657);北京市优秀人才培养资助计划(20071D0501800250)
作者简介: 肖忠新(1968- ),男,湖南武冈人,实验师,大学,研究方向:神经毒理学。
通讯作者: 牛丕业
摘要: 目的 探讨锰染毒大鼠空间学习记忆变化的规律。方法 50只雄性大鼠适应性喂养1周后,随机分为5组,即生理盐水组(A组),Mn2+ 2.5,5,10,20 mg/kg(B、C、D、E组)。腹腔注射生理盐水或MnCl2溶液0.5 mL/d,共30 d。染毒结束后,采用Morris水迷宫试验测定大鼠潜伏期、总路程和穿台次数的变化。结果 经多组比较的单因素方差分析,潜伏期、总路程、穿台次数各组均数间差异有统计学意义(F=7.813,P=0.000;F=8.190,P=0.000;F=3.461,P=0.000);与A组比较,B、C、D和E组潜伏期延长,差异有统计学意义(P<0.05);与B组比较,D和E组潜伏期延长,差异有统计学意义(P<0.05)。与A组比较,C、D和E组总路程延长,差异有统计学意义(P<0.01);与B组比较,C、D和E组总路程延长,差异有统计学意义(P<0.01)。与A组比较,B、C、D、E 4组穿台次数减少,差异有统计学意义(P<0.05)。结论 锰染毒可以引起大鼠空间学习记忆障碍。
关键词: 锰     学习记忆     Morris水迷宫    
Effect of manganese on spatial learning and memory ability in rats
XIAO Zhong-xin1, NIU Pi-ye1, LI Hui2,et al    
Department of Occupational Health and Environmental Medicine, School of Public Health and Family Medicine, Capital Medical University, Beijing 100069, China
Abstract: Objective To study the effect of manganese(Mn)on long-term spatial learning and memory capability in rats.Methods Fifty male Sprague Dawley rats were randomly assigned to five groups:normal saline(Group A), Mn2+ 2.5mg/kg(Group B),Mn2+ 5mg/kg(Group C),Mn2+ P> 10mg/kg(Group D),and Mn2+ 20mg/kg(Group E).Each experimental group consisted of 10 animals.Morris water maze was used to examine the meanlatency,path length,and the number of plat form area crossing of the rats.Results In Morris water mazetest,significant increases were found in meanla tency,path length,and the number of plat form area crossing in the groups(F=7.813,P=0.000;F=81190,P=0.000;F=31461,P=0.000).Significant increases were found in the meanlatency of groups B,C,D and E compared with that of group A(P<0.05).There was an obvious increase in the pathlength in the groups C,D and E compared with group A (P<0.01).Compared with group B,there were significant increases in the meanlatency in group D and E(P<0.05)and in the number of plat form area crossing in the groups C,D and E(P<0.01).Conclusion Manganese can affect spatial learning and memory ability in rats.
Key words: manganese     learning memory     Morris water maze    

锰(Manganese,Mn)是常见的生产性毒物和环境污染物,锰及其化合物广泛应用于工业生产。有研究表明,锰可以导致动物和人体的神经行为改变〔1〕,但锰影响机体的学习记忆能力的规律与机制尚不清楚。本研究通过Morris水迷宫实验,观察锰对大鼠空间学习记忆能力的影响,探讨环境污染物锰对大鼠学习记忆能力影响的规律。

1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 实验动物及分组

健康清洁级SD雄性大鼠50只,2月龄,体重180~240 g,实验室适应性喂养1周后,单纯随机分为5组,A组(生理盐水组)、Mn2+215,5,10,20 mg/kg (B、C、 D、E组)每组10只。饲以普通饲料,自由饮水和进食,每周定时称体重1次,调整锰(Mn2+)浓度。动物实验符合国家《实验动物管理条例》,并经首都医科大学动物伦理委员会许可。

1.1.2 主要仪器

试剂DMS-2型Morris水迷宫系统(中国医学科学院药物研究所);ICPS-7000型电感耦合等离子体原子发射光谱仪(日本岛津公司);SC404-2-4型电热板(江苏省台东市电器厂)。MnCl2·4H2O (分析纯,北京朝阳区中联化工试剂厂);乙醚(分析纯,北京北化精细化学品有限责任公司);硝酸(HNO3,优级纯,北京现代东方精细化学品有限公司);高氯酸(HClO4,优级纯,上海金鹿化工有限公司);锰标准储备液(1 000μg/mL,国家标准物质研究中心)。

1.2 方法 1.2.1 染毒及处理

Mn2+为MnCl2溶液,高压灭菌后B、C、 D、E组每日Mn2+按大鼠体重2.5,5,10,20 mg/kg腹腔注射 0.5 mL,连续染毒30 d,A组给予相应体积的生理盐水。每天观察大鼠的一般情况,每周称重大鼠并根据体重重新调整溶液的浓度。整个染毒期间,5组动物同居一室,2只/笼,动物室以自然节律采光,温度20~23℃,湿度50%~55%。染锰结束后,Morris水迷宫检测大鼠学习记忆能力。然后断头取脑,检测大脑锰含量。

1.2.2 Morris水迷宫行为学测定〔2〕

根据Morris实验方法,适当调整。Morris水迷宫(直径120 cm,高50cm),内侧池壁上标明4个入水点,由此将其等分为4个象限;于第三象限中心放置一可移动圆柱形隐藏平台(有机玻璃站台,直径为9 cm,高27 cm),整个实验期间其位置保持不变,平台低于水面 2 cm;水温保持在(22 ±1)℃。染毒结束后,训练4 d,每天分别从第一象限将大鼠面向池壁放入水中,第3 d开始实验记录大鼠2 min内找到平台所需要的时间(即逃避潜伏期)、活动的总路程及穿台次数。

1.2.3 脑锰测定的方法

采用湿式消化法:用电子天平称取大鼠脑组织0110~0115 g于高脚烧杯中(于冰上操作),放数粒玻璃珠,加10 mL混合酸(硝酸:高氯酸=4:1),消化放冷后定容至3 mL,同时做空白对照。用ICPS-7000型电感耦合等离子体原子发射光谱仪检测锰的浓度。

1.3 统计分析

应用SPSS 11.5软件和Excel软件进行数据处理及绘图。计量资料以€x±s表示,组间比较采用最小显著差法(LSD)、单因素方差分析(ANOVA)。

2 结 果 2.1 大鼠大脑锰含量

脑锰含量测定,A~E组分别为(1.82 ±0.60),(2.49 ±0.40),(2.43 ±0.33),(2.86 ±0.29),(4.15 ±0.40) mg/(g·脑湿重)。经多组比较的单因素方差分析,与A组比较,B、C、D和E组脑锰含量均升高,差异有统计学意义(P < 0.01)。

2.2 不同组别大鼠Morris水迷宫轨迹观察

在Morris水迷宫实验中,大鼠的运动轨迹在生理盐水组(A)以直线式和趋向式为主;而在低剂量染锰组(B组)主要以趋向式为主;在C组以边缘式为主,而且运动轨迹开始复杂;随着染毒剂量的增高,D组和E组大鼠的运动轨迹呈现边缘式和随机式,穿台的次数明显减少。

2.3 不同组别大鼠水迷宫实验潜伏期、总路程和穿台次数比较(表 1)

经多组比较的单因素方差分析,潜伏期、总路程、穿台次数各组均数间差异有统计学意义(F=7.813,P=0.000;F= 8.190,P=0.000;F=3.461,P=0.000)。5组数据再进行 LSD两两比较,与A组比较,B、C、D和E组潜伏期延长,差异有统计学意义(P < 0.05);与B组比较,D和E组潜伏期延长,差异有统计学意义(P < 0.05);C组、D组和E组潜伏期差异无统计学意义(P > 0.05)。与A组比较,C、D和E组总路程延长,差异有统计学意义(P < 0.01);与B组比较,C、D和E组总路程延长,差异有统计学意义(P < 0.01)。与A组比较,B、C、D、E 4组穿台次数减少,差异有统计学意义(P < 0.05);B、C、D和E组比较,穿台次数差异无统计学意义(P > 0.05)。

表 1 不同组别大鼠水迷宫实验比较(x±s)
3 讨 论

本实验结果显示,在给予大鼠腹腔注射不同剂量锰溶液后,大脑锰含量明显增高。随锰剂量的增加,大鼠的学习记忆障碍越来越明显,提示长期腹腔注射锰可使其在脑内蓄积,当含量达到一定程度时就可能影响学习记忆功能。

锰对线粒体具有特殊亲和力〔3, 4〕,过量的锰抑制了线粒体内三羧酸循环、氧化磷酸化〔5〕,引起神经细胞的损害〔6, 7〕,影响了突触传导功能,引起神经行为的改变。脑内锰的蓄积可破坏中枢神经系统内乙酰胆碱与多巴胺、去甲肾上腺素、5 -羟色胺等神经递质之间相对动态平衡状态,从而影响神经元之间突触的传递〔8〕,导致中枢神经传导功能障碍。锰可使细胞内的超氧化物歧化酶(SOD)和GSH-Px活性降低〔9〕,抗氧化物质维生素C、维生素E和GSH含量降低〔10〕,引起神经细胞变性、黑质纹状体多巴胺能神经元变性坏死,引起多巴胺神经递质失调,最终导致学习记忆和神经行为改变。

参考文献
〔1〕 Crittenden PL, Filipov NM.Manganese-induced potentiation of invitro proinflammatory cytokine production by activated microglial cells is associated with persistent activation of p38 MAPK[J].Toxicology In Vitro, 2008, 22(1):18-27.
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〔3〕 Stepens A, Logina I, Liguts V, et al.A Parkinsonian syndrome in methcathinone users and the role of manganese[J].N Engl J Med, 2008, 358(10):1009-1017.
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〔9〕 Chen CJ, Liao SL.Oxidative stress involves in astrocytic alterations induced by manganese[J].Exp Neurol, 2002, 175(1):216-225.
〔10〕 Erikson KM, Dorman DC, Lash LH, et al.Duration of airborne-manganese exposure in rhesus monkeys is associated with brain regional changes in biomarkers of neurotoxicity[J].Neurotoxicology, 2008, 29(3):377-385.