煤工塵肺大鼠模型對認知功能及腦細胞超微結構影響研究

[摘要] 目的 通過建立煤工塵肺wistar大鼠模型，探討煤工塵肺導致慢性缺氧對認知功能及腦細胞超微結構的影響。方法 將20只wistar大鼠隨機分為塵肺組和對照組，塵肺組灌入煤塵生理鹽水懸液1mL，對照組灌入生理鹽水懸1mL，建立塵肺模型8周后，通過Morris 水迷宮實驗檢測其學習和記憶能力，并在實驗結束后取肺組織和腦組織做HE染色病理切片，觀察肺組織和腦組織結構的變化。結果 水迷宮實驗中塵肺組大鼠學習記憶能力下降，神經元破壞。結論 ①塵肺可導致大鼠認知功能下降;②塵肺可致大鼠神經元超微結構改變。

[關鍵詞] 塵肺;慢性缺氧;認知功能;腦細胞超微結構

[中圖分類號] R135.2 [文獻標識碼] A[文章編號] 1673-9701(2010)10-11-02

煤工塵肺(coal worker's pneumoeoniosis，CWP)是指煤礦各工種工人長期吸入生產環境中的粉塵，所引起肺部塵肺病變的總稱。塵肺患者由于長期吸入生產性粉塵，損壞了呼吸道黏膜，破壞了其防御功能，減弱了氣管對異物的消除能力，肺部廣泛纖維化，間質病變，肺泡通氣換氣功能障礙，使肺功能受損，導致低氧血癥[1]。低氧血癥會導致多器官的損害，尤其是氧需求量較大的中樞神經系統。缺氧引起記憶功能障礙已得到多方面臨床的證實，但是還沒有塵肺引起認知障礙方面的研究。

1材料與方法

1.1材料

①動物:20只wistar雄性大鼠，體重(190±20)g，由河北醫科大學動物中心提供;②Morris 水迷宮(山西醫科大學公共衛生學院);③煤塵顆粒(晉煤集團生產的無煙煤顆粒);④光學顯微鏡(NIKON ECLIPSE E600，山西醫科大學寄生蟲教研室);⑤計算機及顯微圖像分析系統(BI2000，成都泰盟科技有限公司)。

1.2方法

1.2.1動物分組與模型的建立適應性飼養一周后，20只wistar大鼠隨機分為塵肺組(CWP組)和對照組。用10%水合氯醛(300mg/kg)腹腔麻醉，然后行氣管插管，將顆粒直徑<5μm的煤粉塵配成50g/L的生理鹽水懸液，灌入煤塵生理鹽水懸液1mL，對照組灌入1mL生理鹽水然后繼續飼養。

1.2.2Morris水迷宮實驗8周后應用Morris水迷宮系統測定大鼠學習記憶能力。①定位航行實驗(place navigation):實驗前一天預先將大鼠置于水迷宮中自由游泳30min，讓其適應水迷宮環境。在學習過程中，大鼠連續訓練4d，每天分上、下午兩個時段，每個時段訓練2次，間隔為60min。每次實驗大鼠在4個不同象限中將頭朝池壁放入水池，每天次序不同，任其游泳，直至找到平臺。60s內尋找到隱藏在水面下平臺的時間(逃避潛伏期，escape latency)被記錄下來，并允許大鼠在平臺上停留10s以達到強化記憶效果，如果大鼠在60s 內未到達平臺，逃避潛伏期以60s 記錄，并由實驗者用桿子將其引至平臺停留30s。每次實驗后立即用毛巾將大鼠抹干。此項反映大鼠的學習能力。②空間探索實驗(spatial probe):實驗第5天進行空間探索實驗，撤除平臺，將大鼠任意選一個入水點放入水中，記錄其在2min中內的游泳軌跡，分別計算其跨越目標象限內的游泳時間占整個游泳時間的百分率、跨越平臺次數，此項反映大鼠的空間記憶能力。

1.2.3形態學實驗檢測實驗結束時處死大鼠，取肺組織和腦組織做HE染色病理切片，觀察肺組織和腦組織結構的變化。

1.3統計學處理

所有數據應用統計軟件SPSS13.0 進行統計學分析。

2結果

2.1Morris水迷宮測試

2.1.1Morris水迷宮學習成績(定位航行實驗)CWP組的逃避潛伏期明顯長于對照組(P<0.05)。見表1。

2.1.2Morris 水迷宮記憶成績CWP組的穿越平臺次數(2.6±1.32)次，較對照組顯著減少[(5.1±2.10)次，P<0.01];CWP組在跨越目標象限時間占整個游泳的時間百分率(25.46±1.96)%也較對照組顯著減少[(35.24±2.73)%，P<0.01]，見表2。

2.2形態學實驗結果

①肺組織病理形態學染塵8周可見炎細胞浸潤增加，吞噬了煤塵的肺泡巨噬細胞增加及煤塵聚集形成的煤斑或結節增多，病灶肺氣腫明顯，可見少量肺纖維化形成，見圖封三1，2。②腦組織病理形態學觀察:光鏡下染塵8周可見膠質細胞吞噬神經元，神經元壞死、減少，篩網狀軟化灶，見圖封三3，4。

3討論

煤工塵肺是職業病的常見病，嚴重危害勞動者的健康，由于長期吸入生產性粉塵，損壞了呼吸道黏膜，破壞了其防御功能，減弱了氣管對異物的消除能力，肺部廣泛纖維化，臨床上常出現低氧血癥，使機體處于一種慢性持續性缺氧狀態[2，3]。

缺氧引起記憶功能障礙已得到多方面臨床的證實。這種塵肺引起的慢性持續性缺氧狀態會引起中樞系統的損害導致認知功能的損害。目前，Morris 水迷宮實驗是檢驗大鼠學習記憶最為經典的方法[4]。水迷宮實驗結果顯示，在定位航行實驗中塵肺組大鼠學習能力明顯高于對照組;空間探索實驗中，塵肺組較對照組大鼠記憶能力下降，差異均有統計學意義，說明兩組大鼠都有空間學習能力，但塵肺可致大鼠學習記憶功能障礙。肺組織超微結構可見炎性細胞的浸潤使組織破壞，腦組織切片觀察可見膠質細胞吞噬神經元，神經元壞死、減少，篩網狀軟化灶，可見塵肺組大鼠肺功能受損導致的慢性缺氧致腦細胞的損害。神經元是學習記憶的基礎，神經細胞結構功能的損害會影響學習記憶功能。提示煤工塵肺可引起腦細胞受損，從而影響其認知功能。

本實驗通過對大鼠塵肺模型的建立，從行為方法學和細胞形態學方面探討塵肺對大鼠認知功能的影響從而可知塵肺導致的慢性持續性缺氧可誘發大鼠認知功能障礙[5，6]。本研究為煤塵誘發認知功能障礙提供了相關的實驗依據，同時提示應足夠重視塵肺引起的并發癥及認識塵肺防治的必要性。

[參考文獻]

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[2] 劉順銀. 煤工塵肺434例死因分析[J]. 中國煤炭工業醫學雜志，2005， 8(1):31-32.

[3] 周紅，馬忠森，王紅麗，等. TGFβ1和TGFβRI在煤工塵肺大鼠模型肺組織中的表達[J]. 吉林大學學報(醫學版)，2003，2(91):152-154.

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(收稿日期:2009-11-16)