煤尘超微结构特征与其毒性的关系
作者：高俊玲 崔建忠 田艳霞 张宇新
单位：崔建忠(唐山市工人医院神经外科)；高俊玲 田艳霞 张宇新(华北煤炭医学院组织学与胚胎学教研室，唐山 063000)
关键词：煤尘；超微结构特征；肺泡巨噬细胞
卫生研究000407 摘要：为探讨煤尘超微结构特征与其毒性的关系，借助透射电镜和生物化学技术，对不同矿区煤尘致肺泡巨噬细胞的损伤及其与煤尘超微结构特征的关系进行比较。结果显示煤尘对肺泡巨噬细胞不但造成胞质酶、溶酶体酶外漏，而且可致超微结构损伤。外形棱角锐利，结构排列有序，硬而脆的煤质，对细胞的损伤更重。提示煤尘毒性大小与煤尘颗粒的超微结构特征有关；煤尘可致肺泡巨噬细胞形态结构损伤，并且随着作用时间延长而加剧。
中图分类号：R135.2 R994.6 文献标识码：A
, http://www.100md.com
文章编号：1000-8020(2000)04-0209-03
Relationship between the ultrastructural characteristic
of coal dust and its toxicity
Gao Junling, Cui Jianzhong, Tian Yanxia, Zhang Yuxin
(Department of Histology and Embryology, North China Coal Medical College, Tangshan 063000,China)
Abstract：To study the relationship between the ultrastructural characteristic of coal dust and its toxicity, we compared two types of coal dusts which damaged alveolar macrophages(AMs) concerning with the coal dusts ultrastructural characteristic by using microscopy and biochemical techniques. The results showed that coal dusts damaged not only AMs plasma and lysosomal enzymes but also in ultrastructure. The coal dust in Nanpiao mine had a sharp form, fragile texture and a structure putting in order. It was concluded that:(1)the toxicity of coal dust in Nanpiao mine was higher than in Kailuan mine and which was related to the ultrastructural feature of the coal dusts;(2) the AMs injury degree by coal dusts was more and more serious with the duration of exposure to coal dusts.
, 百拇医药
Key words:coal dusts, ultrastructural characteristic, alveolar macrophages
肺泡巨噬细胞(alveolar macrophages, AMs)与煤尘的相互作用是煤工尘肺发生发展的重要环节之一[1]。不同矿区甚至同一矿区不同煤层的煤毒性不尽相同，其原因亦尚无定论[2～4]。测定煤尘毒性大小的指标以往多用生物化学和细胞化学方法测定胞质酶和溶酶体酶的变化，本研究采用不同矿区的煤尘，借助透射电镜对煤尘超微结构特征及其对肺泡巨噬细胞的损伤进行比较，为探求煤工尘肺的发病机制提供形态学依据。
1 材料和方法
1.1 煤尘
原煤采自南票煤矿和开滦煤矿(由中国煤炭研究院唐山分院提供)，经研磨，95%以上煤尘颗粒直径≤5μm，用平衡盐溶液(PBS)制成悬液，高压灭菌备用。
, 百拇医药
1.2 动物及分组
Wistar大鼠40只，雌雄各半，体重200～250克。以支气管肺泡灌洗技术获取并富集AM[5]。实验分3组：实验对照组、开滦煤尘组和南票煤尘组。煤尘终浓度为200mg/L，对照组加入与煤尘等量的PBS。继续培养1、3、5h。
1.3 方法
常规透射电镜制备标本，对AM培养上清液中乳酸脱氢酶(LDH)和酸性磷酸酶(ACPase)分别应用4-氨基安替比林法(λ=510nm)和2，4-二硝基苯肼法(λ=440nm)测定。结果以方差分析进行统计处理。
2 结果与讨论
2.1 开滦煤，外形圆钝，结构排列紊乱无序，电子密度在较低的背景上，有云絮状高电子密度区，开滦煤尘作用于AM，短时间内AM表现为被激活，细胞表面微绒毛丰富，伸出细长突起吞噬煤尘，被吞入细胞内的煤尘颗粒由完整的单位膜包裹。其它细胞器丰富，细胞呈现活化状态。随着作用时间延长，被吞入细胞质内的煤尘颗粒边缘模糊，有些区域呈云雾状低电子密度状态，一些线粒体肿胀、嵴消失(图1～3)。
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示煤尘(以下各图片同)
图1 肺泡巨噬细胞吞噬开滦煤尘1h(6000×)
肺泡巨噬细胞吞噬煤尘仍很活跃，2个细胞
共同吞噬1块较大煤粒
图2 肺泡巨噬细胞吞噬开滦煤3h(4600×)
△表示肿胀的线粒体，嵴已消失
图3 肺泡巨噬细胞吞噬开滦煤5h(8000×)
2.2 南票煤，外形棱角锐利，结构排列有序，有呈纵纤维束状的排列趋势，电子密度有高有低，相对区域化，同一区域内电子密度较均一，煤质硬而脆，常见到破碎的煤质块。吞入细胞内的南票煤煤尘颗粒呈破碎质块，周围的单位膜已不连续，并见与溶酶体膜融合抑或是煤尘颗粒对溶酶体膜的机械性损伤现象，有形成异物巨细胞的趋势，即2个以上细胞共同吞噬1块较大煤粒，细胞表面微绒毛逐渐减少，细胞基质水肿，多数线粒体肿胀变形，胞核基质水肿，核膜不连续，有的部分核膜间隙增宽，细胞活力低(图4～6)。
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煤尘呈破碎质块 △示煤尘颗粒对溶酶体的机械性损伤，抑或理解为溶酶体与煤尘吞噬体膜的融合
图4 肺泡巨噬细胞吞噬南票煤1h(4600×)
可见3个细胞，分别以A、B、C代表，细胞A分别与B和C共同吞噬1块煤粒；细胞A中已吞入的煤尘位居核旁；△示溶酶体与煤尘吞噬体膜融合处；胞核轻度溶解
图5 肺泡巨噬细胞吞噬南票煤3h(8000×)
2.3 LDH和ACPase的测定图7、8可见，AM培养上清液中LDH和ACPase随着作用时间的延长，酶含量逐渐增高，南票煤较开滦煤增高更明显(P<0.05)。LDH和ACPase分别被看作是细胞质和溶酶体的标志酶，为细胞损伤的敏感指标。
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本研究结果提示煤尘的超微结构特征与其毒性大小有关。我室先期工作以细胞内LDH和ACPase的细胞化学改变为指标，认为南票煤毒性大于开滦煤，与这2种煤灰分分析中SiO2和Al2O3含量高有关[6]。看来煤尘灰分构成的差别同样体现在煤质以及煤的超微结构特征上。细胞表面微绒毛减少，细胞基质水肿，多数线粒体肿胀变形(↑M)，溶酶体膜模糊不清(↑L)，煤尘颗粒边界模糊，吞噬体膜不完整(↑P)，胞核基质水肿，核膜不连续，有的部位核膜间隙增宽，细胞活力低。
图6 肺泡巨噬细胞吞噬南票煤5h(6600×)
图7 不同煤尘致肺泡巨噬细胞培养上清液中乳
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酸脱氢酶含量的变化
图8 不同煤尘致肺泡巨噬细胞培养
上清液中酸性磷酸酶含量的变化
基金项目：煤炭部青年科学基金课题(No.95130)
作者简介：高俊玲，女，医学硕士，副教授
参考文献
1，陈绍义.煤矿尘肺.北京：煤炭工业出版社，1984，55—59
2，张琪凤，杨赛丽，张希哲，等.不同矿区煤尘细胞毒性与金属元素的关系的研究.工业卫生与职业病，1987，13(5)：284—287
, http://www.100md.com
3，许长安摘译，杨鲁第校.煤的分子结构与煤尘致病作用的特点.职业医学，1993，20(3)：74—76
4，Borm PJA. Molecular epidemiology of coal worker's pneumoconiosis:application of risk assessment of oxidant and monokine generation by mineral dusts. Exp Lung Res, 1990,16(5):57—69
5，高俊玲，遇铭.大鼠两型肺泡巨噬细胞吞噬煤粒的图象分析和扫描电镜研究.解剖学报，1992，23(4)：407—510
6，万恩新，涂伯林，孔润莲，等.不同煤种煤尘对大鼠肺泡巨噬细胞毒性作用定量细胞化学比较研究.华北煤炭医学院学报，1993，8(2)：14—17
(1999-11-26收稿), http://www.100md.com
单位：崔建忠(唐山市工人医院神经外科)；高俊玲 田艳霞 张宇新(华北煤炭医学院组织学与胚胎学教研室，唐山 063000)
关键词：煤尘；超微结构特征；肺泡巨噬细胞
卫生研究000407 摘要：为探讨煤尘超微结构特征与其毒性的关系，借助透射电镜和生物化学技术，对不同矿区煤尘致肺泡巨噬细胞的损伤及其与煤尘超微结构特征的关系进行比较。结果显示煤尘对肺泡巨噬细胞不但造成胞质酶、溶酶体酶外漏，而且可致超微结构损伤。外形棱角锐利，结构排列有序，硬而脆的煤质，对细胞的损伤更重。提示煤尘毒性大小与煤尘颗粒的超微结构特征有关；煤尘可致肺泡巨噬细胞形态结构损伤，并且随着作用时间延长而加剧。
中图分类号：R135.2 R994.6 文献标识码：A
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文章编号：1000-8020(2000)04-0209-03
Relationship between the ultrastructural characteristic
of coal dust and its toxicity
Gao Junling, Cui Jianzhong, Tian Yanxia, Zhang Yuxin
(Department of Histology and Embryology, North China Coal Medical College, Tangshan 063000,China)
Abstract：To study the relationship between the ultrastructural characteristic of coal dust and its toxicity, we compared two types of coal dusts which damaged alveolar macrophages(AMs) concerning with the coal dusts ultrastructural characteristic by using microscopy and biochemical techniques. The results showed that coal dusts damaged not only AMs plasma and lysosomal enzymes but also in ultrastructure. The coal dust in Nanpiao mine had a sharp form, fragile texture and a structure putting in order. It was concluded that:(1)the toxicity of coal dust in Nanpiao mine was higher than in Kailuan mine and which was related to the ultrastructural feature of the coal dusts;(2) the AMs injury degree by coal dusts was more and more serious with the duration of exposure to coal dusts.
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Key words:coal dusts, ultrastructural characteristic, alveolar macrophages
肺泡巨噬细胞(alveolar macrophages, AMs)与煤尘的相互作用是煤工尘肺发生发展的重要环节之一[1]。不同矿区甚至同一矿区不同煤层的煤毒性不尽相同，其原因亦尚无定论[2～4]。测定煤尘毒性大小的指标以往多用生物化学和细胞化学方法测定胞质酶和溶酶体酶的变化，本研究采用不同矿区的煤尘，借助透射电镜对煤尘超微结构特征及其对肺泡巨噬细胞的损伤进行比较，为探求煤工尘肺的发病机制提供形态学依据。
1 材料和方法
1.1 煤尘
原煤采自南票煤矿和开滦煤矿(由中国煤炭研究院唐山分院提供)，经研磨，95%以上煤尘颗粒直径≤5μm，用平衡盐溶液(PBS)制成悬液，高压灭菌备用。
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1.2 动物及分组
Wistar大鼠40只，雌雄各半，体重200～250克。以支气管肺泡灌洗技术获取并富集AM[5]。实验分3组：实验对照组、开滦煤尘组和南票煤尘组。煤尘终浓度为200mg/L，对照组加入与煤尘等量的PBS。继续培养1、3、5h。
1.3 方法
常规透射电镜制备标本，对AM培养上清液中乳酸脱氢酶(LDH)和酸性磷酸酶(ACPase)分别应用4-氨基安替比林法(λ=510nm)和2，4-二硝基苯肼法(λ=440nm)测定。结果以方差分析进行统计处理。
2 结果与讨论
2.1 开滦煤，外形圆钝，结构排列紊乱无序，电子密度在较低的背景上，有云絮状高电子密度区，开滦煤尘作用于AM，短时间内AM表现为被激活，细胞表面微绒毛丰富，伸出细长突起吞噬煤尘，被吞入细胞内的煤尘颗粒由完整的单位膜包裹。其它细胞器丰富，细胞呈现活化状态。随着作用时间延长，被吞入细胞质内的煤尘颗粒边缘模糊，有些区域呈云雾状低电子密度状态，一些线粒体肿胀、嵴消失(图1～3)。
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示煤尘(以下各图片同)
图1 肺泡巨噬细胞吞噬开滦煤尘1h(6000×)
肺泡巨噬细胞吞噬煤尘仍很活跃，2个细胞
共同吞噬1块较大煤粒
图2 肺泡巨噬细胞吞噬开滦煤3h(4600×)
△表示肿胀的线粒体，嵴已消失
图3 肺泡巨噬细胞吞噬开滦煤5h(8000×)
2.2 南票煤，外形棱角锐利，结构排列有序，有呈纵纤维束状的排列趋势，电子密度有高有低，相对区域化，同一区域内电子密度较均一，煤质硬而脆，常见到破碎的煤质块。吞入细胞内的南票煤煤尘颗粒呈破碎质块，周围的单位膜已不连续，并见与溶酶体膜融合抑或是煤尘颗粒对溶酶体膜的机械性损伤现象，有形成异物巨细胞的趋势，即2个以上细胞共同吞噬1块较大煤粒，细胞表面微绒毛逐渐减少，细胞基质水肿，多数线粒体肿胀变形，胞核基质水肿，核膜不连续，有的部分核膜间隙增宽，细胞活力低(图4～6)。
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煤尘呈破碎质块 △示煤尘颗粒对溶酶体的机械性损伤，抑或理解为溶酶体与煤尘吞噬体膜的融合
图4 肺泡巨噬细胞吞噬南票煤1h(4600×)
可见3个细胞，分别以A、B、C代表，细胞A分别与B和C共同吞噬1块煤粒；细胞A中已吞入的煤尘位居核旁；△示溶酶体与煤尘吞噬体膜融合处；胞核轻度溶解
图5 肺泡巨噬细胞吞噬南票煤3h(8000×)
2.3 LDH和ACPase的测定图7、8可见，AM培养上清液中LDH和ACPase随着作用时间的延长，酶含量逐渐增高，南票煤较开滦煤增高更明显(P<0.05)。LDH和ACPase分别被看作是细胞质和溶酶体的标志酶，为细胞损伤的敏感指标。
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本研究结果提示煤尘的超微结构特征与其毒性大小有关。我室先期工作以细胞内LDH和ACPase的细胞化学改变为指标，认为南票煤毒性大于开滦煤，与这2种煤灰分分析中SiO2和Al2O3含量高有关[6]。看来煤尘灰分构成的差别同样体现在煤质以及煤的超微结构特征上。细胞表面微绒毛减少，细胞基质水肿，多数线粒体肿胀变形(↑M)，溶酶体膜模糊不清(↑L)，煤尘颗粒边界模糊，吞噬体膜不完整(↑P)，胞核基质水肿，核膜不连续，有的部位核膜间隙增宽，细胞活力低。
图6 肺泡巨噬细胞吞噬南票煤5h(6600×)
图7 不同煤尘致肺泡巨噬细胞培养上清液中乳
, 百拇医药
酸脱氢酶含量的变化
图8 不同煤尘致肺泡巨噬细胞培养
上清液中酸性磷酸酶含量的变化
基金项目：煤炭部青年科学基金课题(No.95130)
作者简介：高俊玲，女，医学硕士，副教授
参考文献
1，陈绍义.煤矿尘肺.北京：煤炭工业出版社，1984，55—59
2，张琪凤，杨赛丽，张希哲，等.不同矿区煤尘细胞毒性与金属元素的关系的研究.工业卫生与职业病，1987，13(5)：284—287
, http://www.100md.com
3，许长安摘译，杨鲁第校.煤的分子结构与煤尘致病作用的特点.职业医学，1993，20(3)：74—76
4，Borm PJA. Molecular epidemiology of coal worker's pneumoconiosis:application of risk assessment of oxidant and monokine generation by mineral dusts. Exp Lung Res, 1990,16(5):57—69
5，高俊玲，遇铭.大鼠两型肺泡巨噬细胞吞噬煤粒的图象分析和扫描电镜研究.解剖学报，1992，23(4)：407—510
6，万恩新，涂伯林，孔润莲，等.不同煤种煤尘对大鼠肺泡巨噬细胞毒性作用定量细胞化学比较研究.华北煤炭医学院学报，1993，8(2)：14—17
(1999-11-26收稿), http://www.100md.com