饮用淡化海水对大鼠肝脏合成及代谢功能的影响
孔建, 段链, 张少平, 治洪, 张明     
中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所
摘要: 目的 观察饮用淡化海水对大鼠胆红素代谢、胆汁淤积指标及肝脏合成功能的变化情况, 推测饮用淡化海水是否会对大鼠肝功能产生影响。方法 通过对饮用淡化海水的大鼠进行为期1年的实验, 选取临床常用、重要的胆红素代谢及胆汁淤积指标总胆红素(TBIL)、碱性磷酸酶(ALP)及肝脏合成功能指标血清白蛋白(ALB)、胆碱酯酶(CHE), 分别在饮用90、180和365 d 3个不同时间点采集血液样品, 通过全自动生化分析仪对上述指标进行测定分析。结果 受试大鼠在实验起始(0 d)时各组ALP活性均处于高水平状态, 90 d时, 血中ALP活性水平均出现急剧下降, 此后随着时间延长各组大鼠血中ALP变化不明显。饮用淡化海水90和365 d的雌性大鼠血中ALP活性水平明显低于对照组(P <0.05)。各组大鼠血中TBIL含量与对照组相比无明显差异。在受试365 d时, 饮用淡化海水组雌、雄性大鼠血中ALB含量及CHE活性均明显低于对照组(P <0.05), 而在其他各时间点中仅雄性大鼠饮用淡化海水180 d时, 其血中ALB含量低于对照组, 有统计学差异(P <0.05)。结论 饮用淡化海水组雌性大鼠血中ALP变化可能与饮用淡化海水组雌性大鼠体内雌激素的变化具有相关性, 且与骨骼代谢机制相关联。可以认为长期饮用淡化海水可能会引起大鼠血中CHE活性的降低而对大鼠体内TBIL无明显影响。
关键词: 淡化海水     总胆红素(TBIL)     碱性磷酸酶(ALP)     血清白蛋白(ALB)     胆碱酯酶(CHE)    
Effect of Drinking Desalinated Seawater on Liver Synthetic Function and Bilirubin Metabolism in Rats
KONG Jian, DUAN Lian, ZHANG Shaoping, ZHI Hong, ZHANG Ming     
Abstract: Objectives To observe the effect of drinking desalinated seawater on liver synthetic function and bilirubin metabolism in rats. Methods Important liver function indexes, such as serum albumin (ALB), cholinesterase (CHE), alkaline phosphatase (ALP) and total bilirubin (TBIL) of Wistar rats drinking tap water (control group) or desalinated seawater (test group) for 0, 90, 180 and 365 d, were analyzed by automatic biochemical analyzer. Results The activity of ALP in rats drinking desalinated seawater at the start (0 d) was high, and it was dropped sharply at the 90th day of the experiment (P <0.05), and no obvious change of ALP was observed in the later time. No obvious difference of TBIL was found between the control group and the test group. Serum ALB and the activity of CHE of female rats drinking desalinated seawater for one year was lower than the control group (P<0.05). Serum ALB of male rats drinking desalinated seawater for 180 d was lower than the control group (P<0.05). Conclusions The influence of drinking desalinated seawater on the activity of ALP in female rats might be related to the change of estrogen, which might be associated with the mechanism of bone metabolism. It could be considered that the activity of serum CHE of rats drinking desalinated seawater for a long time might be reduced, and no influence on TBIL of rats.
Key words: desalinated seawater     albumin (ALB)     cholinesterase (CHE)     alkaline phosphatase (ALP)     total bilirubin (TBIL)    

海水经过淡化系统处理后脱盐淡化效果非常明显,使导致海水不能饮用的主要化学指标均已降致允许范围,同时其他化学指标以及毒理学指标等含量也均符合生活饮用水卫生指标[1-2]。但目前在对淡化海水的卫生学评价工作中仍认为淡化水作为饮用水长期使用,可能还是存在一定的健康影响[3-4]。主要是淡化水的制水工艺与地面水为原水的制水工艺有很大差别,因此以现有的地面水为水源的饮用水卫生标准对其进行评价,可能不足以支撑对淡化海水进行健康风险评估的全面工作[5]

肝脏的解毒、代谢、免疫防御等功能在体内发挥重要作用。血清白蛋白(albumin, ALB)及胆碱酯酶(cholinesterase, CHE)是反映肝脏合成功能的重要指标。而血清中碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, ALP)及总胆红素(total bilirubin, TBIL)均是肝脏胆红素代谢及胆汁淤积的重要指标,可以反映出肝脏的功能状态。因此本研究通过对饮用淡化海水的大鼠进行为期1年的研究,在不同时间点测定大鼠血中ALB、CHE、ALP及TBIL,观察饮用淡化海水是否会对受试大鼠肝合成及代谢功能的产生影响,为淡化海水的健康效应鉴定及进一步的毒理学评估提供理论依据。为进一步的健康风险评估工作提供理论基础及数据支持

1 材料与方法 1.1 材料

1.1.1 实验动物

清洁级Wistar大鼠120只,雌雄各半,体重200 ± 10 g(中国人民解放军军事医学科学院实验动物中心提供,许可证号:SCXK(军)2012-0004;饲养于中国疾病预防控制中心清洁级动物房内,动物房使用许可证号SYXK(京)2009-0032)。

1.1.2 主要试剂与仪器

淡化海水采自某海岛淡化水厂出厂水;7180型全自动生化分析仪(日本日立公司);TBIL、ALP、CHE、ALB检测试剂盒购自德国德赛诊断系统(上海)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 水样采集

采自某海岛淡化海水厂。淡化水的处理工艺及消毒工艺如下:海水提取—海水预处理(氯化消毒)—海水清水池—反渗透海水淡化装置—产品水后处理—产品水池(氯化消毒)—供水泵—自来水管网。

1.2.2 水样检测与评价

按照《生活饮用水标准检验方法》(GB/T 5750-2006)[6],对出厂水水样进行采集和检测,检测指标主要包括感官性状和一般化学指标及毒理指标,共93项。评价标准按照《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)[7]进行评价。

1.2.3 动物分组与染毒

实验大鼠按体重随机分为2组,雌雄各半。受试组饮用经淡化处理的海水,对照组饮用市政自来水。均饲以正常饲料,自由摄食饮水,室温22℃~25℃,日夜光照比为1:1。

1.2.4 一般状态指标观察及血液样品采集与测定

实验开始前一天(设为第0天)及实验进行到第90、180和365天时进行样品采集。每一次样品采集时间点的前一天,对受试动物的体重、外观等一般状态指标进行观察记录。同时受试动物禁食、给水过夜,第2天上午眼底后静脉丛采集全血3~5 mL,置于非抗凝采血管中,待血液凝固后离心得血清,取0.5 mL血清样品用自动生化分析仪进行血液生化指标测定。

1.2.5 统计分析

数据以x±s表示,采用LSD比较组间差异,检验水准α=0.05,双侧检验。

2 结果 2.1 淡化水样检测结果

对出厂水的20项感官性状和一般化学指标的检测结果表明,出厂淡化水的感官性状良好,感官性状和一般化学指标均合格。其中,臭和味、肉眼可见物、铝、铜、锌、挥发性酚类、氨氮、硫化物均未检出,色度<5。其余11项一般化学指标的检测结果见表 1,所有指标符合饮用水卫生标准要求。

表 1 淡化海水中部分感官性状和一般化学指标的检测结果
指标 浑浊度/NTU pH 铁/(mg/L) 溶解性总固体/(mg/L) 总硬度(以CaCO3计)/(mg/L) 耗氧量/(mg/L) 锰/(mg/L) 氯化物/(mg/L) 硫酸盐/(mg/L) 钠/(mg/L) 阴离子合成洗涤剂/(mg/L)
限值 ≤1 6.5~8.5 ≤0.3 ≤1000 ≤450 ≤3 ≤0.1 ≤250 ≤250 ≤200 ≤0.3
淡化水 0.18 6.94 <0.01 186 13 0.83 <0.005 115 2.15 69 <0.10

2.2 受试验动物一般状态指标观察记结果

各时间点观察受试大鼠,各组大鼠均外观良好,饮食饮水量及行为状态正常。各组大鼠体重变化记录如表 2,饮用淡化海水组大鼠体重变化情况与对照组相比无差异。

表 2 受试大鼠体重变化比较
g
时间/d 空白对照组 饮用淡化海水组
雌性 雄性 雌性 雄性
0 207.60 ± 15.40 209.30 ± 17.60 198.70 ± 19.90 202.90 ± 18.10
90 287.00 ± 38.43 450.28 ± 34.47 304.13 ± 50.54 498.27 ± 49.91
180 329.17 ± 57.48 552.66 ± 59.67 391.67 ± 74.78 531.33 ± 55.27
365 435.00 ± 83.44 632.50 ± 70.89 531.65 ± 41.06 644.00 ± 55.16

2.3 饮用淡化海水对大鼠血液中碱性磷酸酶(ALP)及总胆红素(TBIL)的影响

受试大鼠在实验起始(0 d)时各组ALP活性均处于高水平状态,在90 d时,血中ALP活性水平均出现急剧下降,此后随着时间延长、月龄的延长,各组大鼠血中ALP变化不明显。而与同时间点对照组相比,饮用淡化海水90和365 d的雌性大鼠血中ALP活性水平明显低于对照组(P<0.05)。其他时间点各受试组ALP与对照组无明显差异(表 3表 4)。

表 3 各组大鼠血中ALP活性水平的比较(x±sn=30)
U/L
采血时间点/d 雌性 雄性
空白对照组 淡化海水组 空白对照组 淡化海水组
0 237.00 ± 36.76 223.33 ± 11.68 294.67 ± 78.36 337.33 ± 48.18
90 100.00 ± 10.74 50.50 ± 13.03a 82.80 ± 29.74 87.00 ± 23.17
180 54.00 ± 12.89 60.80 ± 12.99 81.66 ± 11.54 72.30 ± 11.23
365 52.00 ± 13.21 40.21 ± 10.21 a 68.05 ± 16.39 64.20 ± 14.04
  注:a组间比较,即与饮用淡化海水组与对照组比较P<0.05

表 4 各组大鼠血中TBIL活性水平的比较(x±sn=30)
μmol/L
采血时间点/d 雌性 雄性
空白对照组 淡化海水组 空白对照组 淡化海水组
0 0.4 ± 0.10 0.3 ± 0.20 0.53 ± 0.49 0.73 ± 0.25
90 1.36 ± 0.60 1.08 ± 0.59 1.08 ± 0.36 1.04 ± 0.38
180 1.98 ± 0.66 2.46 ± 0.86 2.03 ± 0.53 2.31 ± 0.79
365 1.21 ± 0.72 1.18 ± 0.44 0.84 ± 0.50 0.78 ± 0.33

TBIL测定结果可见,在实验起始(0 d)各组大鼠TBIL含量均较低,此后随着时间的延长,均呈现逐渐升高又降低的趋势,且各组趋势一致。而饮用淡化海水组雌、雄性大鼠,在各时间点与对照组相比均无统计学差异。

2.4 饮用淡化海水对大鼠血液中血清白蛋白及胆碱酯酶的影响(表 5表 6)
表 5 各组大鼠血中ALB含量的比较(x±sn=30)
g/L
采血时间点/d 雌性 雄性
空白对照组 淡化海水组 空白对照组 淡化海水组
0 15.53 ± 2.40 14.93 ± 1.02 19.17 ± 2.23 17.77 ± 2.22
90 35.44 ± 2.67 34.27 ± 6.84 30.01 ± 2.14 29.22 ± 4.31
180 26.79 ± 3.61 25.09 ± 2.94 29.35 ± 4.97 22.45 ± 2.86a
365 37.24 ± 5.42 23.94 ± 3.20a 34.70 ± 3.39 25.46 ± 2.51a
注:a组间比较,即与饮用淡化海水组与对照组比较P<0.05

表 6 各组大鼠血中CHE活性水平的比较(x±sn=30)
U/L
采血时间点/d 雌性 雄性
空白对照组 淡化海水组 空白对照组 淡化海水组
0 143.41 ± 14.19 131.33 ± 2.52 143.67 ± 41.53 152.33 ± 28.50
90 891.70 ± 186.34 804.50 ± 355.73 182.40 ± 44.02 171.10 ± 52.53
180 669.70 ± 244.27 791.10 ± 178.44 171.90 ± 51.92 152.60 ± 31.91
365 917.25 ± 267.76 671.95 ± 150.01 a 221.85 ± 68.98 177.90 ± 35.19 a
注:a组间比较,即与饮用淡化海水组与对照组比较P<0.05

对ALB及CHE测定结果可见,随着时间的延长,各组大鼠ALB及CHE的变化趋势相似。在受试365 d时,饮用淡化海水组雌、雄性大鼠血中ALB含量及CHE活性均明显低于对照组(P<0.05)。而在其他各时间点中仅雄性大鼠饮用淡化海水180 d时,其血中ALB含量低于对照组,有统计学差异(P<0.05),而CHE活性虽然也低于对照组,但无统计学意义。

3 讨论

ALP是在碱性环境中能水解磷酸酯产生磷酸的一组具有酶活性的膜蛋白,广泛存在于人体成骨细胞、肝细胞、白细胞、肾、脾、胎盘、前列腺和小肠粘膜等组织的细胞膜上[8],正常成人的ALP主要来自肝脏和骨骼[9]。在正常生理情况下,骨骼生长,妊娠,脂肪餐后等,血清ALP活性可增加。病理状况下,ALP主要用于骨骼、肝胆系统等疾病的诊断和鉴别。在出现肝脏病变或胆汁淤积时,肝细胞过多产生ALP会使血清ALP明显升高[10]。在排除其他脏器疾病和妊娠等非特异性的影响后,血清ALP活力是评价骨形成和转换的最常用指标之一[11]。本研究中,在实验初始(0 d)各组大鼠处于幼年骨骼发育期,因此其ALP活性明显高于后期,且随着月龄的增长,雄性大鼠血中ALP活性呈降低趋势,但各时间点雄性大鼠血中ALP活性均高于同组雌性大鼠。但所有指标均处于大鼠正常生理指标范围内[12],因此可以认为本研究中所得到的ALP结果均与骨代谢密切相关。且本研究结果与其他研究ALP活性与骨代谢相关性的人群实验结果相吻合[11, 13]。而在本实验中,对照组雌性大鼠血中ALP活性也呈现逐步下降的趋势,但饮用淡化海水组雌性大鼠血中ALP出现先下降后轻微升高,然后又下降的现象,从而导致90和365 d两个时间点与对照相比有明显差异(P<0.05),这可能与成年期雌性大鼠体内雌激素水平有关。有研究表明,雌激素可以降低血液中ALP活性[14]。实验研究已证实雌激素可降低骨吸收,但雌激素对骨形成的作用至今尚未达成共识[15],雌激素对成骨细胞标志物ALP的影响目前研究结果还不一致[16-18],因此本研究中饮用淡化海水组雌性大鼠血中ALP活性所出现的波动现象,其机制有待进一步研究,但目前可以认为,此现象与饮用淡化海水组雌性大鼠体内雌激素的变化可能具有相关性,且与骨骼代谢机制相关联。

TBIL是体内血红素的降解产物,70%~80%的胆红素来自血红蛋白。研究表明生理浓度胆红素具有抗氧化性质[19],是内源性水溶性抗氧化剂,TBIL抗氧化作用占机体总抗氧化能力的30%[20],而高浓度胆红素具有促氧化作用,可能使体内代谢紊乱加重[21]。本研究中各时间点饮用淡化海水组大鼠血中TBIL含量与对照组相比均无明显差异,可以认为饮用淡化海水对大鼠体内TBIL无明显影响。

ALB及CHE是反映肝脏合成功能的重要指标。长期白蛋白、胆碱脂酶降低,可以说明正常肝细胞逐渐减少,肝细胞合成蛋白、凝血因子功能差,肝脏储备功能减退,预后不良[22]。而两者呈现很好的正相关[23],CHE在反映肝细胞受损时更为敏感[24]。本实验的结果中,饮用淡化海水180 d的雄性大鼠ALB也低于对照组(P<0.05)。在白蛋白降低时测定CHE活力才能真实反应出肝细胞是否存在损伤[25]。由CHE测定结果可见,饮用淡化海水180 d的雄性大鼠CHE活性也低于对照组,但无统计学差异。而在受试365 d时,饮用淡化海水组雌、雄大鼠CHE与ALB均明显低于对照组(P<0.05)。提示长期饮用淡化海水可能会引起大鼠血中CHE活性的降低。但CHE仅是体现肝脏合成功能的指标之一,且海水淡化工艺复杂,需联合其他各项指标,并综合考虑海水淡化的工艺流程,从反映肝实质损害、胆红素代谢及胆汁淤积、肝纤维化及凝血功能等几个角度进行评价,才能最终判断其是否对肝功能产生影响。

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