活性氧化镁降氟饮水的细胞遗传毒性研究
作者：于德奎 刘凤贞 张淑兰 吕严 韩树清
单位：天津医科大学环境卫生学教研室，300070
关键词：
卫生毒理学杂志000213 长期饮用高氟水可导致人体氟中毒。氟的细胞遗传毒性虽有不同的研究结论，但多数研究证实氟具有细胞遗传毒性。流行病学资料表明高氟地区水及其他环境中Ca、Mg含量多较低，人体内Ca、Mg也常处于较低水平[1]。临床及实验资料证实Mg对氟的一般毒性有一定的拮抗作用，但对氟的细胞遗传毒性的影响尚需进一步研究[2]。本研究探讨了以活性氧化镁进行饮水降氟后，水中残留不同量的镁时对氟的细胞遗传毒的影响，为推广活性氧化镁降氟提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 活性氧化镁降氟水(简称降氟水) 用自制的活性氧化镁降氟剂使含氟5.0 mg/L的水样降到含氟<1.0 mg/L，并使降氟后水样中镁残留量分别控制为300、150和70 mg/L供试。
, http://www.100md.com
1.2 氟镁混合水样 取城市自来水(含氟0.5 mg/L左右)按F-100 mg/L加入NaF；按mg2+300 mg/L加入MgCl2，混匀后供实验动物饮用和其他实验用。
1.3 小鼠骨髓嗜多染红细胞(PCE)微核试验 动物为天津医科大学实验动物中心提供的昆明杂系小鼠，体重15 g左右。随机分组，每组30只，雌雄各半。分别设活性氧化镁降氟水3个组、高氟饮水组、氟镁混合水组和自来水对照组。自由进食饮水，于3个月和6个月后取部分动物处死，取股骨骨髓制片，Giemsa染色，镜检PCE微核率。以统计学t双侧检验，P<0.01为阳性。
1.4 蚕豆根尖细胞微核试验 试验用的松滋青皮豆由华中师大生物系提供。经浸种、催芽、染毒恢复培养、染色制片，镜检观察计数微核率。统计处理采用u检验，显著性水平达P<0.01为阳性。
1.5 Ames试验 菌种TA98、TA100由中国医学科学院劳动卫生研究所提供，生物学特性测试合格后，平板掺入法检测。MR>2并有剂量反应关系为阳性。
, 百拇医药
2 结果
2.1 小鼠骨髓PCE微核试验 饮水3个月及6个月小鼠骨髓PCE微核率列于表1、表2。
由表1可见小鼠饮含氟100 mg/L的水3个月可致骨髓PCE微核率达8.7‰(P<0.01)呈阳性，而降氟水镁残留在70～350 mg/L范围之内饮用3个月微核率无明显升高(P>0.05)。在饮水中同时存在高氟和高镁饮用3个月微核率亦为阴性。表2显示了饮水6个月的结果。饮用高氟水随饮水时间延长微核率更进一步升高达9.8‰，而降氟水组及水中同时存在镁及氟组仍为阴性结果。说明采用活性氧化镁降氟后水中虽有一定镁残留，长期饮用无染色体断裂效应。水中同时加高氟和高镁长期饮用亦无染色体断裂效应，也提示镁对氟毒性可能有拮抗作用。
表1 3个月饮水试验小鼠骨髓PCE微核率 组别
动物数
, http://www.100md.com
浓度(mg/L)
检测
细胞数
微核
细胞数
微核率
(‰)
Mg2+
F-
降氟水
5
350
<1
, 百拇医药
5 600
17
3.06
4
150
<1
7 400
23
3.11
5
70
<1
6 200
, 百拇医药
14
2.26
氟+镁水
5
300
100
7 000
21
3.00
高氟水
6
—
100
, http://www.100md.com 6 000
52
8.67**
自来水
6
24
0.52
6 000
14
2.33
与自来水对照组比较，**P<0.01表2 6个月饮水试验小鼠骨髓PCE微核率 组别
动物数
, http://www.100md.com
浓度(mg/L)
检测
细胞数
微核
细胞数
微核率
(‰)
Mg2+
F-
降氟水
7
350
<1
, http://www.100md.com
13 200
59
4.47
7
150
<1
14 000
52
3.71
7
70
<1
7 000
, http://www.100md.com
20
2.86
氟+镁水
7
300
100
11 300
23
2.04
高氟水
6
—
100
, http://www.100md.com
16 000
157
9.81**
自来水
7
24
0.52
11 000
29
2.64
与自来水对照组比较，**P<0.012.2 蚕豆根尖细胞微核试验
2.2.1 水中氟对蚕豆根尖微核率的影响 以不同浓度的氟溶液染毒检测蚕豆根尖细胞微核率，结果见表3。显示蚕豆根尖所能耐受的氟最高浓度为<1 000 kg/L。氟浓度250～500 mg/L时蚕豆根尖细胞微核率显著高于对照组(P<0.001)，呈阳性结果，说明水中氟在该浓度下可造成蚕豆根尖细胞微核率升高。
, 百拇医药
表3 不同浓度氟溶液的蚕豆根尖细胞微核率 氟浓度
(mg/L)
检测
细胞数
微核
细胞数
微核率
(‰)
1 000
豆种根尖染毒后全部死亡
500
2 900
, 百拇医药 29
10.0**
250
5 350
43
8.04**
125
3 400
11
3.24
62.5
3 240
7
, http://www.100md.com
2.16
蒸馏水
3 000
4
1.33
与蒸馏水组比较，**P<0.012.2.2 降氟水镁残留量对蚕豆根尖细胞微核率的影响 表4显示降氟水氟含量降至1 mg/L以下、镁残留350 mg/L以下时，对蚕豆根尖细胞微核率与对照组比差异无显著性。
表4 降氟水与CP混合染毒蚕豆根尖细胞微核率 染毒液浓度(mg/L)
检测
细胞数
微核
, 百拇医药
细胞数
微核率
(‰)
Mg2+
CP
350
1.5
30 000
226
7.53**##
150
1.5
30 000
, 百拇医药
231
7.70**##
70
1.5
29 000
274
9.45**##
CP组
1.5
23 000
315
13.69##
, 百拇医药
蒸馏水组
14 000
21
1.50
与CP组比较，**P<0.01，与蒸馏水组比较，##P<0.012.2.3 降氟水对环磷酰胺(CP)遗传毒性的影响 在不同镁残留的降氟水中加入一定量的CP对蚕豆根尖染毒，结果见表4。可见水中一定量的镁(70～350 mg/L)残留时，3个组的微核率显著低于CP组。表明镁对CP的细胞毒性具有一定的拮抗或降低毒作用。降氟水中镁残留在70～350 mg/L范围，虽然各组没有出现拮抗的剂量作用，但与蒸馏水组相比，微核率仍然显著增高(P<0.01)。
2.3 Ames试验结果 以含不同镁残留的降氟水进行Ames试验观察其致突变作用，结果见表5，显示活性氧化镁降氟
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表5 降氟水Ames试验结果(
±s) 残留Mg2+加入量(μg/皿)
TA98
TA100
35.0
21.0±4.0
139.3±20.3
15.0
23.3±4.7
95.7±24.9
7.5
, 百拇医药
19.7±2.1
127.7±19.1
自发回变
25.3±6.4
141.7±11.0
后，饮水中镁残留70～350 mg/L，在无S9代谢活化条件下，镁没有基因回复突变作用(其MR值均<2)。
3 讨论
3.1 氟化物对人体许多系统和功能具有危害作用，其细胞遗传毒性作用虽有不同见解，但自80年代以来多数报道认为氟具有细胞遗传毒效应[1，3，4]。本研究证实氟对温血动物(小鼠)和植物细胞染色体是一种断裂剂，具有一定的远期危害，这与许多报道结果相一致。
, 百拇医药
3.2 高氟地区降低饮水中氟是防治地方性氟病的一项重要措施。本研究证实活性氧化镁有良好的降氟作用，且降氟后水中有一定量的镁残留。有研究[5]证实高氟地区饮水中Ca2+、Mg2+含量与氟骨症发病率呈负相关。儿童头发中镁含量明显低于正常饮水区。Marier[6]提出增加镁摄入可缓解氟中毒作用。临床治疗氟中毒多采用含钙、镁为主的复合盐类如蛇纹石等收到良好效果。因此以活性氧化镁降氟一方面可使饮水中氟降至<1.0 mg/L，又可给机体补充一定量的镁。
本研究证实在降氟水中含有一定量镁残留(70～350 mg/L)的水样，用体内或体外不同检测系统检验，对细胞染色体和基因均未显示有不良作用。说明长期饮用活性氧化镁降氟的饮水，从细胞遗传毒理学角度是安全的可行的一种防治措施，具有推广价值。
3.3 随着镁的生物学作用研究的日益深入，镁与氟的相互关系已为国内外一些学者所关注。本次研究证实饮水中的镁对植物和温血动物(小鼠)细胞染色体可能具有保护作用，对氟和环磷酰胺的染色体断裂效应有一定缓解或拮抗作用，但作用机制尚待进一步研究。本研究结果可能对地氟病防治有一定的启示。
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本课题为卫生部立项课题(94-2-227)
参考文献
[1] 魏赞道.氟与疾病和健康研究进展.中国地方病学杂志，1995，14：49-52.
[2] 井玲，王简学.氟与其他元素在生物学上的相互作用.地方病译丛，1988，3：7-12.
[3] 钱晓芳，王庆彪.氟化钠诱致小鼠精子形态改变的光镜及扫描电镜观察.氟研究通讯，1991，6：34.
[4] 高红.氟对细胞及遗传的毒性.国外医学地理学分册，1990，11：149-151.
[5] 姜熙罗，周余来，卜凤泉，等.饮水型氟中毒病人血、发、指甲、尿中氟及有关元素的测定.中国地方病防治杂志，1991，6：358-360.
[6] 钱立群，徐锦华，钱大伟，等.饮水高氟区少年儿童发中镁、铜含量测定.中国地方病学杂志，1991，10：329-330.
(收稿日期：1998-11-28), 百拇医药
单位：天津医科大学环境卫生学教研室，300070
关键词：
卫生毒理学杂志000213 长期饮用高氟水可导致人体氟中毒。氟的细胞遗传毒性虽有不同的研究结论，但多数研究证实氟具有细胞遗传毒性。流行病学资料表明高氟地区水及其他环境中Ca、Mg含量多较低，人体内Ca、Mg也常处于较低水平[1]。临床及实验资料证实Mg对氟的一般毒性有一定的拮抗作用，但对氟的细胞遗传毒性的影响尚需进一步研究[2]。本研究探讨了以活性氧化镁进行饮水降氟后，水中残留不同量的镁时对氟的细胞遗传毒的影响，为推广活性氧化镁降氟提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 活性氧化镁降氟水(简称降氟水) 用自制的活性氧化镁降氟剂使含氟5.0 mg/L的水样降到含氟<1.0 mg/L，并使降氟后水样中镁残留量分别控制为300、150和70 mg/L供试。
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1.2 氟镁混合水样 取城市自来水(含氟0.5 mg/L左右)按F-100 mg/L加入NaF；按mg2+300 mg/L加入MgCl2，混匀后供实验动物饮用和其他实验用。
1.3 小鼠骨髓嗜多染红细胞(PCE)微核试验 动物为天津医科大学实验动物中心提供的昆明杂系小鼠，体重15 g左右。随机分组，每组30只，雌雄各半。分别设活性氧化镁降氟水3个组、高氟饮水组、氟镁混合水组和自来水对照组。自由进食饮水，于3个月和6个月后取部分动物处死，取股骨骨髓制片，Giemsa染色，镜检PCE微核率。以统计学t双侧检验，P<0.01为阳性。
1.4 蚕豆根尖细胞微核试验 试验用的松滋青皮豆由华中师大生物系提供。经浸种、催芽、染毒恢复培养、染色制片，镜检观察计数微核率。统计处理采用u检验，显著性水平达P<0.01为阳性。
1.5 Ames试验 菌种TA98、TA100由中国医学科学院劳动卫生研究所提供，生物学特性测试合格后，平板掺入法检测。MR>2并有剂量反应关系为阳性。
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2 结果
2.1 小鼠骨髓PCE微核试验 饮水3个月及6个月小鼠骨髓PCE微核率列于表1、表2。
由表1可见小鼠饮含氟100 mg/L的水3个月可致骨髓PCE微核率达8.7‰(P<0.01)呈阳性，而降氟水镁残留在70～350 mg/L范围之内饮用3个月微核率无明显升高(P>0.05)。在饮水中同时存在高氟和高镁饮用3个月微核率亦为阴性。表2显示了饮水6个月的结果。饮用高氟水随饮水时间延长微核率更进一步升高达9.8‰，而降氟水组及水中同时存在镁及氟组仍为阴性结果。说明采用活性氧化镁降氟后水中虽有一定镁残留，长期饮用无染色体断裂效应。水中同时加高氟和高镁长期饮用亦无染色体断裂效应，也提示镁对氟毒性可能有拮抗作用。
表1 3个月饮水试验小鼠骨髓PCE微核率 组别
动物数
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浓度(mg/L)
检测
细胞数
微核
细胞数
微核率
(‰)
Mg2+
F-
降氟水
5
350
<1
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5 600
17
3.06
4
150
<1
7 400
23
3.11
5
70
<1
6 200
, 百拇医药
14
2.26
氟+镁水
5
300
100
7 000
21
3.00
高氟水
6
—
100
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52
8.67**
自来水
6
24
0.52
6 000
14
2.33
与自来水对照组比较，**P<0.01表2 6个月饮水试验小鼠骨髓PCE微核率 组别
动物数
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浓度(mg/L)
检测
细胞数
微核
细胞数
微核率
(‰)
Mg2+
F-
降氟水
7
350
<1
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13 200
59
4.47
7
150
<1
14 000
52
3.71
7
70
<1
7 000
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2.86
氟+镁水
7
300
100
11 300
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2.04
高氟水
6
—
100
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16 000
157
9.81**
自来水
7
24
0.52
11 000
29
2.64
与自来水对照组比较，**P<0.012.2 蚕豆根尖细胞微核试验
2.2.1 水中氟对蚕豆根尖微核率的影响 以不同浓度的氟溶液染毒检测蚕豆根尖细胞微核率，结果见表3。显示蚕豆根尖所能耐受的氟最高浓度为<1 000 kg/L。氟浓度250～500 mg/L时蚕豆根尖细胞微核率显著高于对照组(P<0.001)，呈阳性结果，说明水中氟在该浓度下可造成蚕豆根尖细胞微核率升高。
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表3 不同浓度氟溶液的蚕豆根尖细胞微核率 氟浓度
(mg/L)
检测
细胞数
微核
细胞数
微核率
(‰)
1 000
豆种根尖染毒后全部死亡
500
2 900
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10.0**
250
5 350
43
8.04**
125
3 400
11
3.24
62.5
3 240
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2.16
蒸馏水
3 000
4
1.33
与蒸馏水组比较，**P<0.012.2.2 降氟水镁残留量对蚕豆根尖细胞微核率的影响 表4显示降氟水氟含量降至1 mg/L以下、镁残留350 mg/L以下时，对蚕豆根尖细胞微核率与对照组比差异无显著性。
表4 降氟水与CP混合染毒蚕豆根尖细胞微核率 染毒液浓度(mg/L)
检测
细胞数
微核
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细胞数
微核率
(‰)
Mg2+
CP
350
1.5
30 000
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274
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CP组
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23 000
315
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蒸馏水组
14 000
21
1.50
与CP组比较，**P<0.01，与蒸馏水组比较，##P<0.012.2.3 降氟水对环磷酰胺(CP)遗传毒性的影响 在不同镁残留的降氟水中加入一定量的CP对蚕豆根尖染毒，结果见表4。可见水中一定量的镁(70～350 mg/L)残留时，3个组的微核率显著低于CP组。表明镁对CP的细胞毒性具有一定的拮抗或降低毒作用。降氟水中镁残留在70～350 mg/L范围，虽然各组没有出现拮抗的剂量作用，但与蒸馏水组相比，微核率仍然显著增高(P<0.01)。
2.3 Ames试验结果 以含不同镁残留的降氟水进行Ames试验观察其致突变作用，结果见表5，显示活性氧化镁降氟
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表5 降氟水Ames试验结果(
±s) 残留Mg2+加入量(μg/皿)TA98
TA100
35.0
21.0±4.0
139.3±20.3
15.0
23.3±4.7
95.7±24.9
7.5
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19.7±2.1
127.7±19.1
自发回变
25.3±6.4
141.7±11.0
后，饮水中镁残留70～350 mg/L，在无S9代谢活化条件下，镁没有基因回复突变作用(其MR值均<2)。
3 讨论
3.1 氟化物对人体许多系统和功能具有危害作用，其细胞遗传毒性作用虽有不同见解，但自80年代以来多数报道认为氟具有细胞遗传毒效应[1，3，4]。本研究证实氟对温血动物(小鼠)和植物细胞染色体是一种断裂剂，具有一定的远期危害，这与许多报道结果相一致。
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3.2 高氟地区降低饮水中氟是防治地方性氟病的一项重要措施。本研究证实活性氧化镁有良好的降氟作用，且降氟后水中有一定量的镁残留。有研究[5]证实高氟地区饮水中Ca2+、Mg2+含量与氟骨症发病率呈负相关。儿童头发中镁含量明显低于正常饮水区。Marier[6]提出增加镁摄入可缓解氟中毒作用。临床治疗氟中毒多采用含钙、镁为主的复合盐类如蛇纹石等收到良好效果。因此以活性氧化镁降氟一方面可使饮水中氟降至<1.0 mg/L，又可给机体补充一定量的镁。
本研究证实在降氟水中含有一定量镁残留(70～350 mg/L)的水样，用体内或体外不同检测系统检验，对细胞染色体和基因均未显示有不良作用。说明长期饮用活性氧化镁降氟的饮水，从细胞遗传毒理学角度是安全的可行的一种防治措施，具有推广价值。
3.3 随着镁的生物学作用研究的日益深入，镁与氟的相互关系已为国内外一些学者所关注。本次研究证实饮水中的镁对植物和温血动物(小鼠)细胞染色体可能具有保护作用，对氟和环磷酰胺的染色体断裂效应有一定缓解或拮抗作用，但作用机制尚待进一步研究。本研究结果可能对地氟病防治有一定的启示。
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本课题为卫生部立项课题(94-2-227)
参考文献
[1] 魏赞道.氟与疾病和健康研究进展.中国地方病学杂志，1995，14：49-52.
[2] 井玲，王简学.氟与其他元素在生物学上的相互作用.地方病译丛，1988，3：7-12.
[3] 钱晓芳，王庆彪.氟化钠诱致小鼠精子形态改变的光镜及扫描电镜观察.氟研究通讯，1991，6：34.
[4] 高红.氟对细胞及遗传的毒性.国外医学地理学分册，1990，11：149-151.
[5] 姜熙罗，周余来，卜凤泉，等.饮水型氟中毒病人血、发、指甲、尿中氟及有关元素的测定.中国地方病防治杂志，1991，6：358-360.
[6] 钱立群，徐锦华，钱大伟，等.饮水高氟区少年儿童发中镁、铜含量测定.中国地方病学杂志，1991，10：329-330.
(收稿日期：1998-11-28), 百拇医药