当前位置: 首页 > 期刊 > 《卫生研究》 > 1999年第2期
编号:10260715
砷、氟、硒联合对大鼠全胚胎的发育毒性研究*
http://www.100md.com 《卫生研究》 1999年第2期
     作者:李 勇 孙棉龄 吴德生 陈 星 李 竹

    单位:北京医科大学中国妇婴保健中心,北京 100083

    关键词:硒;氟;砷;胚胎;发育毒性;全胚胎培养

    摘要 用体外全胚胎培养摘要 用体外全胚胎培养(whole embryo culture,WEC)探讨硒、氟和砷三者以不同配比浓度对旋转培养48h的大鼠胚胎所产生的联合作用。3×3×3析因分析结果表明硒、氟、砷联合对发育呈协同毒性作用;随着三种化学物剂量的配比变化,发育毒性效应亦不同,7个低剂量联合组的协同作用主要表现为致畸性,而高剂量联合组〔(2.0μg硒+10.0μg氟+1.0μg砷)/ml培养基〕的协同作用以致死性为主。结果还提示卵黄囊胎盘结构与功能紊乱是硒、氟、砷联合致畸的重要机制之一。

    中图分类号 R994.6 Q344.5
, 百拇医药
    The toxicity of combination of selenium,fluoride and arsenic on rat embryos

    Li Yong,Sun Mianling, Wu Desheng, Chen Xing, et al.

    National Center for Material and Infant Health,Beijing Medical University,Beijing 100083,China

    Whole embryo rotated culture technique was used to investigate the toxicity of combination of selenium,fluoride and arsenic on rat embryos at day 9.5 of gestation.The result of factorial analysis (3×3×3)showed that the main effect of combinafion of selenium, fluoride and arsenic on the developmental toxicity was synergistic.The mixtures with different level of these three chemicals in combination could result in different developmental toxicity.The low level combinations mainly caused teratogenic effect,and the high level combinations(selenium 2.0μg+ fluoride 10μg+arsenic 1.0μg/ml culture media)caused lethal effect. The results suggested that the disorders of yolk-sac placenta in structure and function were one of teratogenic mechanisms for the combination of selenium,fluoride and arsenic.
, 百拇医药
    Key words:selenium; fluoride, arsenic, embryo, whole embryo culture, developmental toxicity

    现实生活中,人类和动物生存环境的本身即是由多种环境因素构成。环境化学物亦同时对机体产生联合作用的生物学效应。因此,研究环境化学物的联合作用是现代毒理学中的一项主要内容。但从目前公开发表的论文和出版的书籍来看,无论是(体内/体外)三致实验还是一般急性、亚慢性、慢性及代谢实验研究均是以研究两种化学物对机体的联合作用为主,其中研究较多的是拮抗作用,本实验在研究硒、氟、砷单独和硒+氟、硒+砷和砷+氟的基础上[1~3],应用全胚胎培养体外模型初探了硒、氟、砷三种化学物的体外联合发育毒性,并且3×3×3析因分析方法初评了三种环境化学物联合作用的类型。

    1 材料和方法

    1.1 材料
, 百拇医药
    1.1.1 实验动物 SD大鼠,在昼/夜循环为10/14h、室温(24±3)℃和相对湿度为60%70%的环境条件下,自由饮水、进食。选择健康未生育雌鼠210~260g、雄鼠250~300g于18∶00时按1∶1合笼,次日8∶00时检查阴栓,查见阴栓日定为妊娠0天,妊娠第9天15∶00时定为妊娠第9.5天。

    1.1.2 试剂和仪器 亚硒酸钠、氟化钠(为国产分析纯,下简称硒、氟)、三氟化二砷(日本产分析纯,下简称砷)、自制同源血清培养基和Hanks液等。主要仪器有旋转培养箱、混合供气装置、解剖镜、光镜、电镜、离心机和超净工作台等。

    1.2 方法

    1.2.1 全胚胎培养(WEC) 脱颈处死孕9.5天大鼠。剖腹,取出胚胎,解剖镜下剥离蜕膜和Reichert's膜,选择体节数为2±1的胚胎移入已加受试物和培养基的培养瓶中,在37.5℃条件下旋转培养,转速为35r/min。分别于培养开始时、16h和26h时充入经过滤除菌的混合气体2min,混合气体O2∶CO2∶N2比例依次为5∶5∶90;20∶5∶75和40∶5∶55。培养48h后收获胚胎和卵黄囊胎盘(YSP),活体检测后,部分样品用甲醛和戊二醛固定,并按常规方法制成石蜡切片和电镜超薄切片后镜检。
, http://www.100md.com
    1.2.2 实验分组 硒+氟+砷的剂量分别是(μg/ml):0+0+0、 0.5+2.5+0.5、 0.5+10.0+0.5、 0.5+2.5+1.0、 0.5+10.0+1.0、 2.0+2.5+0.5、 2.0+10.0+0.5、 2.0+2.5+1.0、 2.0+10.0+1.0,各浓度均用三蒸水配制,随立刻离心血清一起加入各培养瓶中。

    1.2.3 统计分析 采用SAS软件系统中的方差分析、3×3×3析因分析、卡方检验等方法,在微机上处理并打印结果。

    2 结果

    2.1 硒、氟、砷联合对胚胎生长发育的影响

    不同浓度硒、氟、砷联合染毒后对体外培养48小时大鼠胚胎生长发育的影响见表1、表2。

    从表1、表2可见,硒、氟、砷三种化学物共存时,体外培养大鼠胚胎生长发育的YSP直径、颅臀长、头长和体节数均存在交互作用。
, 百拇医药
    表1 硒、氟、砷联合对体外培养胚胎生长发育的影响(n=12)

    硒+氟+砷 (μg/ml)

    YSP直径

    (mm)

    颅臀长

    (mm)

    头长

    (mm)

    体节数

    (个)

    0.0+0.0+0.0

    4.98
, 百拇医药
    3.96

    1.98

    28.0

    0.5+2.5+0.5

    4.67

    3.60

    1.50(1)

    26.7

    0.5+10.0+0.5

    4.41(1)

    3.38(1)

    1.34(1)
, 百拇医药
    24.1(1)

    0.5+2.5+1.0

    4.39(1)

    3.37(1)

    1.32(1)

    24.6(1)

    0.5+10.0+1.0

    3.18(1)

    2.32(1)

    1.14(1)
, 百拇医药
    20.1(1)

    2.0+2.5+0.5

    3.46(1)

    2.40(1)

    1.22(1)

    19.4(1)

    2.0+10.0+0.5

    2.78(1)

    1.90(1)

    0.98(1)
, 百拇医药
    16.2(1)

    2.0+2.5+1.0

    2.67(1)

    1.84(1)

    0.91(1)

    14.1(1)

    2.0+10.0+1.0

    2.31(1)

    1.17(1)

    0.62(1)
, 百拇医药
    12.7(1)

    注:(1)与对照组比较,P<0.05表2 硒、氟、砷对胚胎生长发育联合作用的析因分析(3×3×3)

    化学物

    YSP直径

    颅臀长

    头长

    体节数

    F

    P

    F

    P

    F
, http://www.100md.com
    P

    F

    P

    硒

    27.35

    0.0001

    82.79

    0.0001

    65.18

    0.0001

    50.52

    0.0001

    氟
, http://www.100md.com
    548.99

    0.0001

    608.49

    0.0001

    535.23

    0.0001

    343.39

    0.0001

    砷

    435.73

    0.0001

    480.00

    0.0001
, 百拇医药
    396.42

    0.0001

    308.80

    0.0001

    硒氟砷交互作用

    29.96

    0.0001

    22.30

    0.0001

    13.80

    0.0001

    14.30

, 百拇医药     0.0001

    2.2 硒、氟、砷联合对胚胎的发育毒性

    不同浓度的硒、氟、砷单独和联合对体外培养大鼠胚胎的发育毒性比较见表3。

    表3 硒、氟、砷联合对胚胎的发育毒性比较

    组别

    硒+氟+砷 (μg/ml)

    胚胎

    (个)

    发育正常

    畸形

    死亡

    n
, 百拇医药
    率(%)

    n

    率(%)

    n

    率(%)

    1

    0.0+0.0+0.0

    9

    9

    100.0

    0

    0

    0

, 百拇医药     0

    2

    0.5+0.0+0.0

    9

    9

    100.0

    0

    0

    0

    0

    3

    2.0+0.0+0.0

    9

, 百拇医药     7

    77.8

    2

    22.2

    0

    0

    4

    0.0+2.5+0.0

    9

    9

    100.0

    0

    0

    0
, http://www.100md.com
    0

    5

    0.0+10.0+0.0

    9

    4

    44.4(1)

    5

    55.6(1)

    0

    0

    6

    0.0+0.0+0.5

    9
, http://www.100md.com
    9

    100.0

    0

    0

    0

    0

    7

    0.0+0.0+1.0

    9

    6

    66.7

    3

    33.3

, 百拇医药     0

    0

    8

    0.5+2.5+0.5

    12

    10

    83.3

    2

    16.7

    0

    0

    9

    0.5+10.0+0.5
, http://www.100md.com
    12

    3

    25.0(1)

    9

    75.0(1)

    0

    0

    10

    0.5+2.5+1.0

    12

    4

    33.3(1)
, 百拇医药
    8

    66.7(1)

    0

    0

    11

    0.5+10.0+1.0

    12

    0

    0(1)

    9

    75.0(1)

    3
, 百拇医药
    25.0

    12

    2.0+2.5+0.5

    12

    6

    50.0(1)

    6

    50.0(1)

    0

    0

    13

    2.0+10.0+0.5
, 百拇医药
    12

    0

    0(1)

    10

    83.3(1)

    2

    16.7

    14

    2.0+2.5+1.0

    12

    0

    0(1)
, http://www.100md.com
    8

    66.7(1)

    4

    33.3

    15

    2.0+10.0+1.0

    12

    0

    0(1)

    4

    33.3

    8

    66.7(1)
, http://www.100md.com
    注:(1)与对照组比较,P<0.05从表3可见,硒+氟+砷共存的联合组(8组除外)中发育正常的胚胎数大为减少,与对照组比较均具有显著性差异。联合致畸的主要表现是神经管未闭、面部畸形、体位异常和肢芽小等。

    2.3 硒、氟、砷联合对YSP发育的毒性作用

    透射电镜下,硒、氟、砷联合染毒对YSP结构的损害明显大于阴性对照组和同剂量的3种化学物单独染毒组。联合剂量对YSP三层结构损害的主要表现是:内皮层细胞表面微绒毛数量大大减少、排列不规则和变短;胞内空泡增多,线粒体、内质网等细胞器结构改变,电子密度降低;胞核内染色体异常聚集呈团块状或边缘化;细胞间桥粒减少。间皮层细胞排列紊乱且未见其表面的微绒毛。间质层微小血管数明显减少。血管内皮细胞亦有不同程度的损伤。在高剂量联合组(15组)可见大量的坏死细胞,表现为细胞结构破坏和细胞器消失等。光镜下,与正常对照组相比,9~14组YSP三层结构厚度明显变薄且各层组织细胞排列紊乱,间质层内的血岛和微血管数减少;15组YSP三层结构呈线状,多部位出现缺损,细胞排列紊乱、界线不清,可见大量变性坏死细胞。
, 百拇医药
    3 讨论

    本实验结果经3×3×3析因分析,硒、氟、砷三种化学物呈明显的交互作用(P=0\^001)。结合表1分析,硒+氟+砷联合组[(0.5+2.5+2.5)μg/ml组仅头长与对照组相比具有显著性差异〕各指标值均明显下降(P<0.05),呈现协同作用。与氟+砷协同作用相比,其增毒作用更强,例如:10.0μg/ml氟+1.0μg/ml砷组,反映胚胎生长发育的指标YSP直径=3.49mm,颅臀长=2.60mm,头长=1.11mm,体节数=20.4个;而在2.0μg/ml硒+1.0μg/ml氟+1.0μg/ml砷组,YSP直径=2.31mm,颅臀长=1.17mm,头长=0.62mm,体节数=12.7个,经t检验,两组各指标间存在显著性差异(P<0.05),氟、砷联合加硒后,明显表现与硒+氟、硒+砷拮抗作用完全相反的结局,这一明显增毒作用的始发原因尚不清楚。

    刘毓谷、李寿祺两位毒理学家均认为:2种或2种以上化学物同时或在数分钟内先后与机体接触,其对机体产生生物学作用的强度远远超过它们单独与机体接触时所产生的生物学作用的总和即为协同作用。如果几种毒物的联合作用大于各自单独作用之和,该作用称为协同作用[4,5]。根据上述理论分析表3的实验结果,可见硒+氟+砷各联合组均呈协同作用。例如高浓度的硒(2.0μg/ml)、氟(10.0μg/ml)、砷(1.0μg/ml)的单独致死效应均为0,而联合组(2.0+10.0+1.0μg/ml)的致胚胎死亡率则高达66.7%,即0+0+0=66\^7%;低浓度的硒(0.5μg/ml)、氟(2.5μg/ml)、砷(0.5μg/ml)的单独致畸效应均为0,而联合组〔(0.5+2.5+0.5)μg/ml〕的致畸率为16.7%,即0+0+0=16.7%;尽管从统计学的角度而言,这一效应与对照组无显著性差异,但实际上已产生了化学物的协同作用。本实验结果表明,高浓度联合组的协同作用以胚胎毒性为主,而低浓度联合组的协同作用以致畸性为主。
, http://www.100md.com
    关于硒+氟+砷的联合发育毒性作用机理可能是一极为复杂的问题,但通过本研究,在大体上至少有两方面是可以肯定的,一是直接攻击胚胎细胞,造成胚胎组织器官的细胞分化和增殖功能紊乱,最终因细胞损伤修复功能的代偿不足而导致了胚胎形态缺陷;二是通过干扰卵黄囊胎盘的转运和造血功能而间接影响胚胎的正常生长发育,其依据是众多的体内/体外实验均证明硒、氟、砷都可能通过胎盘屏障,而胎盘对它们又有一定的阻隔和蓄积作用[4,6~8]

    就目前国内外研究状况而言,三种或以上化学物的联合作用无疑是当代毒理学研究中的薄弱点,有大量问题急需进一步的论证和探讨,例如:硒、氟、砷这三种化学物为什么、在何位点和如何产生交互作用呢?

    * 国家自然科学基金资助项目;

    作者简介:李勇 男,博士,副研究员

    孙棉龄 吴德生 华西医科大学公共卫生学院
, http://www.100md.com
    参考文献

    [1] 李勇,孙棉龄,吴德生,等.氟、砷联合发育毒性的体外实验研究.卫生研究,1996,25(4):209-212

    [2] 李勇,孙棉龄,吴德生.应用WEC技术研究硒、氟的联合发育毒性.中华预防医学杂志,1996,29(5):258

    [3] 李勇,孙棉龄,吴德生.硒、汞联合发育毒性的体外实验研究.卫生毒理学杂志,1996,10(4):237-238

    [4] 刘毓谷,宋瑞琨.环境毒理学.武汉:同济医科大学,1987

    [5] 李寿祺.卫生毒理学基本原理和方法.成都:四川科学技术出版社,1987

    [6] Amdur MO,Dor Ⅱ J,Klaassen CD.Casaret and Doull's Toxicology;The basic science of poisons.4th ed.New York:Pergamon Press,1991

    [7] Golub MA.Maternal toxicity and the identification of inorganic arsenic as a developmental toxicant.Reprod Toxico,1994,8(4):283-292

    [8] 袁宝珊,梁超柯.环境污染物致突变性、致癌性、致畸性.兰州:兰州大学出版社,1995

    (1998-11-10收稿), 百拇医药