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研究目的:
有机磷农药(Organophosphorus Pesticide,OP)是目前用量最大的化学农药,它对环境安全存在较大威胁。我国每年农药中毒人数高达数万人,有机磷农药中毒则占到70%以上。
胃肠运动功能的调节主要由中枢神经、自主神经和肠神经系统(EntericNervous System,ENS)的协调作用来完成,肠神经系统控制着胃肠道的运动、分泌、血流及物质转运等功能。研究证实,ENS异常与许多疾病有关,如胃肠易激综合征、急性结肠炎、糖尿病胃肠并发症等。
近年来,国内外对有机磷急性中毒已经有较多的的研究,而慢性中毒的研究也主要集中于中枢和躯体运动神经损害方面。关于长期低剂量有机磷农药对内脏神经的损害,尤其是肠神经系统的影响研究还很欠缺。同时,经典毒理学主要是研究各种化学物质对自然状态机体(安静时)的影响,而对各种应激状态下(如运动),化学物质在体内的代谢以及对健康的影响的研究则相对薄弱。
因此,本研究以有机磷农药马拉硫磷(malathion)作为干预药物,并与现今被广泛关注的运动健身相结合,初步探讨有机磷农药和有氧运动对肠功能及肠神经重塑的影响,旨在充实有机磷农药内脏神经损伤的研究空白,丰富和发展运动机体的化学毒理学和应激毒理学等学科理论,并且为有机磷农药慢性接触人群,选择合理健身环境以及最佳的健身方案提供新思路。
研究方法:
1、大鼠马拉硫磷慢性接触剂量的确定:健康SPF级雄性Wistar大鼠28只,8周龄,随机分为4组。正常对照组(C)、马拉硫磷高剂量组(150mg/kg,H)、中剂量组(100mg/kg,M)和低剂量组(50mg/kg,L)。给药组大鼠灌胃,给予玉米油稀释的马拉硫磷,对照组给予相同剂量的玉米油,灌胃剂量为0.5ml/100g,每周灌胃6次,持续6周。每次给药30min内观察大鼠是否有急性中毒表现。实验第三周,大鼠尾静脉取血,测定血清乙酰胆碱酯酶(AchE)和丁酰胆碱酯酶(BuchE)活性;实验干预6周结束,测定大鼠小肠推进指数、血清AchE和BuchE活性、回肠AchE和NO含量。
2、有氧运动和马拉硫磷慢性接触对大鼠肠神经功能的影响:健康SPF级雄性Wistar大鼠32只,8周龄,随机分为4组(每组8只):安静对照组(C)、有氧运动组(E)、马拉硫磷染毒组(M)和马拉硫磷染毒运动组(ME)。C组大鼠正常笼内饲养;E大鼠进行无负重游泳运动,持续6周,每周3次,每次1h隔日进行;M组大鼠马拉硫磷经口给药(100mg/ml),持续6周,每周6次;ME组大鼠经口给药(100mg/ml),并进行无负重游泳训练,训练方案同E组。C组和E组每天进行同剂量的玉米油灌胃,每周6次,持续6周。实验干预结束前3天,测大鼠小肠对D一木糖的吸收情况。6周实验结束,测定小肠推进指数、血清AchE和BuchE活性,回肠HE染色观察肠神经丛分布及形态结构变化,免疫组化法测定回肠蛋白基因相关肽9.5(PGP9.5)、P物质(SP)和血管活性肠肽(VIP)的表达情况。
研究结果:
1、大鼠马拉硫磷慢性接触剂量的确定:
(1)实验6周过程中,H组大鼠存活率为28.5%。M和L组大鼠存活率均为85.7%。各组大鼠体重均增加,对照组(C)大鼠体重增加明显高于M组和H组(P<0.05)。
(2)实验开始三周后,M组相对于C组,血清AchE活性显著降低(p<0.05),BuchE活性极显著性降低(p<0.01)。六周实验结束后,相对于C组,M组大鼠血清AchE和BuchE活性均极显著性降低(p<0.01)。对比第3周和6周,给药组大鼠血清胆碱酯酶的活性呈进行性下降。
(3)六周实验结束后,小肠推进指数M组相对于C组显著升高(p<0.05),其余各组无明显差异。与C相比,给药各组回肠NO升高,()(p<0.01)。M与L相比,AchE含量显著降低(p<0.05)。
2、有氧运动和马拉硫磷慢性接触对大鼠肠神经功能的影响:
(1)与C组相比,马拉硫磷染毒组(M)大鼠精神状态欠佳,皮毛相对粗糙。马拉硫磷运动组(ME)大鼠比M组稍好。实验前后,各组大鼠体重均明显增加(p<0.01),C组大鼠体重比M和ME组增加明显(p<0.01)。
(2)与C组相比,小肠推进指数在E组降低(p<0.05)、M组升高(p<0.05);与M组相比,ME组小肠推进指数明显降低(p<0.01)。小肠D-木糖吸收的变化表现为,E组明显高于C组(p<0.05),M组与C组无明显差异;ME组明显高于M组(p<0.05),且高于C组(p<0.05)。
(3)M和ME组大鼠血清AchE和BuchE含量均明显低于C组(p<0.05)。
(4)与C组相比,E组回肠肌间神经丛纤维细胞核较大,神经元胞体排列疏松;M组回肠肌间神经从纤维断裂,纤维退化坏死,有轻微充血,少量炎细胞浸润,神经纤维变细在核周凝结卷曲。ME组肌间神经丛纤维细胞体积偏大,有退化现象,细胞出现空泡状。
(5) PGP9.5阳性表达主要在肌间神经丛,与C组相比,E组大鼠回肠肌间神经丛PGP9.5阳性表达明显增加,M组PGP9.5阳性表达下降,且表达水平低于ME组。
(6)回肠SP表达主要在肌间神经丛,成串珠状排列,黏膜下神经丛可见少量阳性区域。与C组相比,E组回肠SP阳性表达减少,(P<0.05),M组阳性表达则增加(P<0.05);与M组相比,ME组回肠SP阳性表达减少(P<0.05); VIP主要表达在肌间神经丛。与C组相比,E组回肠VIP阳性表达增加(P<0.05),M组表达则减少(P<0.05);与M组相比,ME组回肠VIP阳性表达偏高(P<0.05);SP/VIP的值则表现为E组低于C组(P<0.05),M组明显高于C和ME组(P<0.01)。
研究结论:
1、六周马拉硫磷接触可使大鼠肠神经的分布降低(PGP9.5的阳性表达减少),提示肠神经系统的神经纤维可能出现萎缩和损伤。
2、六周马拉硫磷接触打破了肠神经系统兴奋性神经递质P物质(SP)和抑制性神经递质血管活性肠肽(VIP)的平衡状态,使二者的平衡向兴奋性增强移动,导致肠神经系统功能发生紊乱。
3、六周中等强度游泳训练可使大鼠肠神经的整体分布升高(PGP9.5的阳性表达升高),并在一定程度上回调慢性马拉硫磷中毒大鼠下降的肠神经分布;肠神经系统兴奋性神经递质P物质(SP)和抑制性神经递质血管活性肠肽(VIP)产生适应性改变,“兴奋-抑制”平衡向抑制性增强移动,在一定程度上改善慢性马拉硫磷中毒引起的“兴奋-抑制”失衡状态。
4、六周中等强度游泳训练可在一定程度上增加马拉硫磷慢性中毒大鼠血清AchE和BuchE活性下降幅度,导致胆碱酯酶抑制更加严重,反应有机磷农药中毒的机体损伤依然存在并进展,提示慢性有机磷农药马拉硫磷接触状态中从事运动,肠神经系统可能生理上产生功能代偿,但肠神经损伤依然存在,这种形态和结构上的异常会进展还是被逆转,有待进一步延长实验观察期限以确定。