温室土壤有机提取物靶器官毒性研究
翟庆峰1, 刘春兰2, 邢杰1, 邵丽军1, 任有勋1, 闫绍妹1, 邱玉刚1     
1. 山东省潍坊医学院公共卫生学院;
2. 山东省潍坊市奎文区卫生局卫生监督大队
摘要: 目的 探寻温室土壤中有机提取物(extractable organic matter,EOM)毒性作用的主要靶器官。方法 提取某温室土壤中的EOM,将40只昆明雄性小鼠随机分为对照(DMSO)组、EOM低剂量组(0. 5 g/mL)、中剂量组(1. 5 g/mL)和高剂量组(3. 0 g/mL),每组10只。对小鼠进行EOM灌胃染毒,染毒容量为10 mL/kg,每天1次,连续染毒4周。最后计算小鼠染毒前后体重净增值,心、肝、脾、肺、肾、脑的脏器系数,并检测这些组织和血清中的超氧化物歧化酶(SOD)活力与丙二醛(MDA)含量。结果 EOM对小鼠染毒前后体重净增值和各组织脏器系数未有明显影响。与对照组相比,EOM低剂量组的肝、肾和脾组织SOD活性有所升高,高剂量组显著降低,且EOM各剂量组间肝、肾、脾、脑及血清中MDA含量皆具有统计学差异。结论 温室土壤中EOM可诱导肝、肾、脾、脑和血清等靶器官产生脂质过氧化损伤作用。
关键词: 温室土壤     有机污染物     靶器官毒性     脂质过氧化损伤    
Toxicity Induced by the Extractable Organic Matter (EOM) from Greenhouse Soil on Target Organs
Zhai Qingfeng1, Liu Chunlan2, Xing Jie1, Shao Lijun1, Ren Youxun1, Yan Shaomei1, Qiu Yugang1     
Abstract: Objectives To investigate the toxicity induced by the EOM from greenhouse soil on target organs. Methods EOM extracted from greenhouse soil was fed to mice via gavage at doses of 0, 5, 15, 30 g soil dry weight/(kg. bw) individually per day for 4 weeks. DMSO was used as a negative control. Body weight increment and organ coefficient of heart, liver, spleen, lung, kidney and brain were calculated, the activity of superoxide dismutase (SOD) and the content of malondialdehyde (MDA) in those organs and serum were detected. Results There were no significant differences between EOM exposure groups and the control group for body weight increment and organ coefficient. SOD activity and MDA content in liver, spleen, kidney, brain and serum of exposure groups were significantly different from the control group and in a dose-dependent manner with the concentration of EOM. Conclusions Lipid peroxidation in liver, spleen, kidney, brain and serum were induced by the EOM extracted from greenhouse soil.
Key words: greenhouse soil     extractable organic matter     target organs toxicity     lipid peroxidation    

蔬菜生产基地,特别是冬暖式蔬菜大棚通常位于市郊或城乡结合部,有的直接处于城市污染源的“射程”范围内,汽车尾气、工业“三废”以及生活垃圾等固体废弃物的大量排放,加上生产过程中化肥、农药、地膜等农用化学品的广泛使用,致使许多蔬菜生产基地的环境污染问题日益严峻,对生态环境和人体的健康安全构成极大的威胁[1]。为评价温室大棚这一特殊种植环境下的温室土壤有机提取物对人类健康造成危害的可能性及危害程度,本文就其对动物靶器官毒性进行了毒理学研究与评价。

1 材料与方法 1.1 样品采集及有机物提取

采用梅花形布点法采集蔬菜大棚(6年棚龄,种植西红柿)土壤样品,弃杂物,风干,研磨,过50目筛备用。称取土壤样品50.0 g,用索氏提取器提取有机物,提取液为1:1丙酮/石油醚混合液,温度为80℃,提取8 h。提取液经旋转蒸发仪浓缩干燥后,用二甲基亚枫(DMSO)定容于10 mL作为原液备用,相当于5.0 g土壤干重/mL DMSO。染毒时用植物油稀释到指定浓度。

1.2 动物分组、染毒

选择10周龄的昆明种系清洁级雄性小鼠40只,体重15 ~ 20 g,随机分为4组:对照组用DMSO和植物油的混合液(DMSO:植物油= 6:4) 染毒; EOM低剂量组、中剂量组和高剂量组,染毒液分别为0.5 g、1.5 g和3.0 g土壤干重/mL,染毒方式为每日灌胃1次,10 mL液体/(kg·d),相当于染毒剂量分别为5 g、15 g和30 g土壤干重/(kg小鼠体重·天),连续染毒4周。

1.3 中毒症状及体重的变化

观察连续给予有机提取物后机体产生的毒性反应及其严重程度。称量小鼠染毒前后体重,计算体重净增值。

1.4 脏器系数

小鼠摘眼球取血后,分离血清,并迅速剥离心、肝、脾、肺、肾、脑,用滤纸吸干并称重。计算脏器系数,以脏器重量(g)/100 g动物体重(g)来表示。

1.5 心、肝、脾、肺、肾、脑组织和血清中超氧化物歧化酶(SOD)活力与丙二醛(MDA)含量测定

心、肝、脾、肺、肾、脑组织冰浴中用9倍体积的生理盐水匀浆,3 000 rpm离心后取上清液,采用考马斯亮蓝法进行蛋白定量,测定各组织匀浆和血清中SOD活力和MDA含量,测定所用的试剂盒均由南京建成生物工程研究所提供。

1.6 统计学方法

实验数据均以x ± s进行表示。采用SPSS 13.0软件进行统计分析。多组间比较采用方差齐性检验和单因素方差分析。组间两两比较:方差齐时,采用SNK检验; 方差不齐时,采用Games-Howell检验。P < 0.05表明差异有统计学意义。

2 结果 2.1 中毒症状和体重变化

在各实验组间未观察到小鼠精神、活动、饮食量及体态的明显差异。经方差分析发现,染毒前后体重净增值在EOM各剂量组间具有统计学差异(F = 3.31,P = 0.03),组间比较发现15 g/mL剂量组显著低于对照组(P < 0.05),然而体重净增值与EOM剂量并不具有相关关系(r = -0.81,P = 0.19)。

表 1 有机提取物对雄性小鼠体重的影响(n = 10,x ± s)

2.2 脏器系数

小鼠染毒后各脏器系数在不同EOM剂量组间差异皆无统计学意义(P > 0.05)。

表 2 有机提取物对小鼠各脏器系数的影响(n = 10,x ± s)

2.3 EOM对各组织和血清中SOD活力的影响

结果如表 3所示,经方差分析发现,EOM各剂量组肝、肾、脾中SOD活力皆具有统计学差异(肝F = 21.99,P = 0.00;肾F = 14.50,P = 0.00;脾F = 4.26,P = 0.01)。各组织中低剂量组SOD活性较对照组有所升高,但不具有统计学意义,肝、肾、脾中高剂量组显著低于对照组,并且SOD活力与EOM剂量之间存在明显的剂量效应关系(肝r = -0.97,P = 0.031;肾r =-0.95,P = 0.047;脾r = -0.95,P = 0.049)。

表 3 EOM对小鼠各器官和血清中SOD活力的影响(n = 10,x ± s)

2.4 EOM对各组织和血清中MDA含量的影响[2]

经方差分析发现,EOM各剂量组肝、肾、脾、脑及血清中MDA含量皆具有统计学差异(肝F = 91.55,P = 0.00;肾F = 34.41,P = 0.00;脾F = 188.81,P = 0.00;脑F = 67.01,P = 0.00;血清F = 61.50,P = 0.00)。并且肝、肾、脾和血清中MDA含量与EOM剂量之间存在明显的剂量效应关系(肝r = 0.98,P = 0.02;肾r = 0.96,P = 0.04;脾r = 0.95,P = 0.045;血清r = 0.96,P = 0.03)

表 4 EOM对小鼠各器官和血清中MDA含量的影响(n = 8,x ± s)

3 讨论

近年来环境普遍受到污染,由于温室蔬菜生产过程中化肥、农药、地膜等化学品的广泛使用,使得温室土壤中的有机污染物污染优为严重。研究发现,农田土壤样品中除检出胺类、烷烃类外,还检测出苯类、醇类、多环芳烃等有机毒物[3-4]。然而,有机污染物为数众多,对每一种污染物都制订标准是很难做到的,因此选用适宜的毒理学试验反映各种污染物联合毒性、预测远期危害是切实可行的重要手段。

实验动物体重增长情况反映的是动物中毒后综合整体变化。本研究发现染毒前后小鼠体重增重量随着EOM剂量的升高有降低的趋势,但是其相关关系并不具有统计学意义,表明EOM对小鼠的生长发育具有一定的影响,但其剂量—效应关系并不明显。同时,各实验组小鼠染毒后活动、摄水、摄食均无明显改变,提示本试验中即使高剂量的有机提取物,亦未对小鼠造成明显的急性毒性作用。

脏器系数可反映该脏器的肿大或缩小,能较好地反映化学毒物对该脏器的综合毒害作用,是寻找毒物作用靶器官的重要线索。本试验中,我们未观察到不同EOM剂量组间的差异变化,分析原因可能是由于染毒剂量较小或者时间较短,尚不至于引起组织脏器产生形态学上的变异。

SOD是生物体内氧自由基清除系统的首要防线,细胞内氧自由基水平增加时,可诱导SOD的生物合成及增加其活性。所以,SOD活力的高低间接反映了氧自由基的生成量和机体清除氧自由基的能力[5-6]。本研究发现,与对照组相比,肝、肾、脾等组织中低剂量组SOD活性有所升高,高剂量组则显著降低,结果提示低剂量EOM可一定程度的诱导激活SOD的活力,增加机体的抗氧自由基损伤能力,而随着EOM剂量的增加,机体抗氧化系统失衡,SOD活力则呈消耗性降低。

MDA即血浆中脂质过氧化物的代谢产物,它的含量可反映机体内脂质过氧化的程度,间接地反映出机体细胞受氧自由基攻击的严重程度。研究发现,EOM各剂量组肝、肾、脾、脑及血清中MDA含量皆具有统计学差异,进一步表明EOM可诱导脂质过氧化损伤作用。国内学者李鹏[7]及高红霞[8-9]曾经分别对嘉陵江重庆主城区段水体EOM和污灌土壤及蔬菜中的EOM对肝肾组织的氧化损伤作用进行了评价,研究结果均证实EOM可诱导脂质过氧化损伤作用。但李鹏研究结果为高剂量嘉陵江水中EOM可诱导SOD活力升高,MDA增加; 高红霞的研究则发现,污灌区土壤EOM高剂量组肾脏和肝组织中MDA含量及T-SOD活力较对照区均显著降低。这些结果同本研究结果部分相同,分析可能原因是研究对象不同,一个是水中EOM,一个是污灌土壤EOM,而本研究是温室土壤中EOM,并且三者的作用剂量也不一致造成的。

综合上述研究,认为EOM脂质过氧化损伤的靶器官主要是肝、肾、脾、脑和血清,虽然脑和血清中的SOD活性并未显著降低,分析可能是机体抗氧化防御体系包括酶促与非酶促两个系统[6],而在EOM所诱导的脑和血清的机体防御系统中,SOD防御系统可能居于较次要地位,亦或相比于以上组织,脑和血液系统可能不是有机污染物最主要的蓄积和代谢靶器官。通过本次试验表明,温室土壤中EOM可诱导肝、肾、脾、脑和血清等靶器官产生脂质过氧化损伤作用。

参考文献
[1] 刘仲苓. 无公害蔬菜生产基地土壤及蔬菜产品有机污染物的遗传毒性研究[D]. 天津医科大学, 2004. http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-11904-2004104941.htm
[2] 赵玉红. 不同剂量百草枯中毒致小鼠肝、肺、肾损伤特点研究[D]. 中国人民解放军军事医学科学院, 2007. http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-90106-2007121312.htm
[3] 高红霞, 刘英莉, 阎红, 等. 污灌土壤中有机污染物的成分分析及对小鼠的脂质过氧化作用[J]. 环境与健康杂志, 2008, 25(05): 408–410. doi: 10.3969/j.issn.1001-5914.2008.05.011
[4] 刘英莉, 高红霞, 阎红, 等. 某地不同灌溉用水土壤中有机污染物的成分分析[J]. 现代预防医学, 2010, 37(18): 3428–3430.
[5] 张悦, 袁丽杰. 蜂胶黄酮对小鼠脑SOD、GSH -Px、MDA的影响[J]. 现代生物医学进展, 2006, 6(10): 62–63.
[6] 王立辉. 丙烯酸甲酯对小鼠肺组织炎性损伤及脂质过氧化损伤的实验研究[D]. 兰州大学, 2010. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10730-2010129566.htm
[7] 李鹏. 重庆主城区嘉陵江有机污染物致大鼠靶器官毒性研究[D]. 第三军医大学, 2006. http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-90025-2006140718.htm
[8] 高红霞, 刘英莉, 阎红, 等. 污灌土壤中有机污染物对小鼠肝肾组织的氧化损伤[J]. 环境与职业医学, 2010, 26(01): 34–35.
[9] 高红霞, 刘英莉, 阎红, 等. 某污灌区蔬菜有机提取物对小鼠肝肾组织的氧化损伤作用[J]. 环境与健康杂志, 2009, 26(07): 621–622.

中国疾病预防控制中心主办。
0
翟庆峰, 刘春兰, 邢杰, 邵丽军, 任有勋, 闫绍妹, 邱玉刚
Zhai Qingfeng, Liu Chunlan, Xing Jie, Shao Lijun, Ren Youxun, Yan Shaomei, Qiu Yugang
温室土壤有机提取物靶器官毒性研究
Toxicity Induced by the Extractable Organic Matter (EOM) from Greenhouse Soil on Target Organs
环境卫生学杂志, 2012, 2(1): 1-4
Journal of Environmental Hygiene, 2012, 2(1): 1-4

相关文章

工作空间