多代連續(xù)飲用四種飲水大鼠肝腎功能和骨骼生長發(fā)育比較研究.pdf

1、水是人體最重要和最基本的營養(yǎng)素之一。隨著水污染的日益嚴(yán)重和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及大眾消費(fèi)觀念的改變，飲水質(zhì)量受到人們的高度重視，對(duì)飲用水的要求也越來越高。目前以純凈水、天然礦泉水和礦物質(zhì)水為主的各類瓶(桶)裝水在日常飲用水中的比例逐年增高。經(jīng)過反滲透、納濾、吸附等工藝深度加工處理的瓶(桶)裝水在有害污染物的含量上的確得到了控制，但對(duì)人體健康有重要影響的水中天然礦物質(zhì)含量也出現(xiàn)不同程度的下降。受研究過程中性別、水質(zhì)、飲食、實(shí)驗(yàn)方法等因素的影響

2、，長期飲用較低礦物質(zhì)含量的水對(duì)健康有何利弊至今仍沒有統(tǒng)一定論。
　　 本團(tuán)隊(duì)研究飲用軟水對(duì)健康的影響已有10余年，前期研究顯示，飲用純凈水的雌雄大鼠平均體重均持續(xù)顯著性高于飲用涼開水。長期飲用純凈水后，雌鼠血清中鎂含量顯著降低，尿中鎂含量雌雄均有下降趨勢，鉀、鈉濃度均有升高趨勢，鐵、鋅、銅元素含量顯著降低，鉻含量顯著升高。大鼠骨骼的生長發(fā)育指標(biāo)中股骨長度、骨生物力學(xué)性能及骨密度純凈水和自來水無顯著差異。目前國內(nèi)外在飲用水的生物學(xué)

3、效應(yīng)方面主要集中在上世紀(jì)五六十年代的人群流行病學(xué)調(diào)查和基于單代動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)研究，尚未見多代連續(xù)飲用不同飲水的相關(guān)生物學(xué)效應(yīng)研究和報(bào)道。因此，我們選擇自來水、天然水、礦物質(zhì)水、純凈水進(jìn)行比較研究，建立多代連續(xù)飲用四種飲水的大鼠模型，從一般生長發(fā)育、肝腎功能、機(jī)體酸堿狀態(tài)、骨骼生長發(fā)育幾方面研究和探討多代連續(xù)飲用四種飲水與健康效應(yīng)的關(guān)系，為進(jìn)一步深入研究奠定基礎(chǔ)。
　　 實(shí)驗(yàn)方法：
　　 1.多代連續(xù)飲用四種飲水的動(dòng)物模型

4、r>　　 FO代：斷乳SD雌鼠120只/雄鼠60只，均隨機(jī)分為自來水組(Tap water，T組)、天然水組(Natural water，N組)、礦物質(zhì)水組(Mineralized water，M組)、純凈水組(Purified water，P組)四組，每組30(雌性)/15(雄性)只。飲水至4月齡開始繁殖實(shí)驗(yàn)，雌雄2:1比例交配，產(chǎn)生約20只受孕F0代雌鼠。雄鼠處死，孕鼠保留至生產(chǎn)F1代仔鼠。
　　 F1代：各組F1代雌仔鼠

5、30只，雄仔鼠15只。飲用與F0代相同飲水至4月齡，雌雄2:1比例交配，產(chǎn)生約20只受孕F1代雌鼠。雄鼠處死，孕鼠保留至生產(chǎn)F2代仔鼠。
　　 F2代：各組F2代雌仔鼠30只，雄仔鼠30只，與F1代相同飲水，采用飲水瓶給水，除飲水外其他條件完全相同，每日早上8點(diǎn)定時(shí)更換飲水和添加飼料。
　　 自來水源于重慶城市供水系統(tǒng)，天然水、礦物質(zhì)水、純凈水均采用市售相同批次的瓶裝飲用水。四種飲水經(jīng)檢測均符合相應(yīng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
　　

6、 2.取材和指標(biāo)
　　 飼喂期間，①每日觀察各組動(dòng)物的外觀和行為，包括動(dòng)物的飲食情況、精神和活動(dòng)狀況、毛發(fā)潤澤度及排泄物情況等。②每月稱量體重1次。③每月測定1次大鼠的24h飲水、攝食量。
　　 飼喂F2代大鼠至10月齡處死。采集腹主動(dòng)脈血，一部分用血?dú)夥治鰞x檢測機(jī)體酸堿狀態(tài)指標(biāo)，另一部分分離血清，用自動(dòng)生化分析儀檢測肝腎功能指標(biāo)和用酶聯(lián)免疫試劑盒測定骨代謝指標(biāo)。采血后立即剖取雄鼠心、肝、主動(dòng)脈弓，將器官周圍的脂肪結(jié)締

7、組織去除，并將臟器表面血液吸干凈，用電子天平稱重，計(jì)算臟器系數(shù)，臟器系數(shù)以臟器重量(g)與體重(g)之比表示。同時(shí)雌鼠取右側(cè)股骨、脛骨和門齒，剔除肌肉和軟組織，用生理鹽水浸濕的紗布包裹后，再用錫箔紙包裹，置于-20℃低溫冰箱保存，實(shí)驗(yàn)前24 h取出標(biāo)本，放置室溫下解凍。股骨用于骨密度和生物力學(xué)檢測，脛骨和門齒檢測其中鈣、鎂、磷含量。
　　 3.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析
　　 數(shù)據(jù)經(jīng)SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件處理，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差

8、(-x±s)的形式表示，組間均數(shù)差異的顯著性比較采用單因素方差分析。
　　 結(jié)果與討論
　　 1.生長發(fā)育
　　 1.1一般生長發(fā)育情況
　　 F2代大鼠觀察期內(nèi)一般生長發(fā)育情況均未見顯著性差異。提示大鼠在一般生長發(fā)育指標(biāo)上無明顯差別。
　　 1.2雄鼠重要臟器系數(shù)
　　 雄鼠心、肝、主動(dòng)脈弓臟器系數(shù)的組間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。提示長期飲用四種飲水對(duì)雄鼠心、肝、主動(dòng)脈弓無明顯改變。
　

9、　 2.肝腎功能
　　 2.1肝臟蛋白合成能力以及營養(yǎng)狀況
　　 雌雄大鼠血清總蛋白(total protein，TP)、血清白蛋白(albumin，ALB)、血清球蛋白(globulin，GLB)、白球比(A/G)的組間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。與自來水組比較，雄鼠天然水組(P=0.006)和礦物質(zhì)水組(P=0.037)前白蛋白(Prealbumin，PA)含量明顯降低；雌鼠純凈水組PA含量明顯升高(P=0.030)。提示

10、雄鼠自來水組的營養(yǎng)狀況較天然水組和礦物質(zhì)水組好，雌鼠純凈水組營養(yǎng)狀況較其余三組好。
　　 2.2腎臟功能
　　 飲用四種水的雄鼠血清尿酸(Serum uric acid，UA)，雌鼠血清尿素(Urea)和尿酸組間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。雄鼠血清中尿素含量自來水組高于天然水組(P=0.015)和礦物質(zhì)水組(P=0.012)；血清中肌酐(Serum creatinine，SCR)含量自來水組低于天然水組(P=0.050)，純凈水

11、組低于天然水組(P=0.000)和礦物質(zhì)水組(P=0.004)；尿素肌酐比(U/C)自來水組高于天然水組(P=0.001)和礦物質(zhì)水組(P=0.002)，純凈水組高于天然水組(P=0.000)和礦物質(zhì)水組(P=0.000)。雌鼠SCR含量自來水組低于天然水組(P=0.033)和礦物質(zhì)水組(P=0.000)，純凈水組低于礦物質(zhì)水組(P=0.015)；U/C自來水組高于天然水組(P=0.002)、礦物質(zhì)水組(P=0.003)和純凈水組(P=

12、0.044)。提示天然水組雌雄大鼠和礦物質(zhì)水組雌鼠較自來水組的腎小球?yàn)V過功能低；礦物質(zhì)水組雌雄大鼠和天然水組雄鼠較純凈水組的腎小球?yàn)V過功能低。
　　 3.機(jī)體酸堿狀態(tài)
　　 飲用四種水的雌雄大鼠機(jī)體酸堿狀態(tài)指標(biāo)[pH、PO2、PCO2、HCO3-act、HCO3-st、SO2%、TCO2、BE(B)、BE(ecf)]組間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。提示在觀察期內(nèi)飲用四種水均能維持機(jī)體酸堿平衡。
　　 4.骨礦物質(zhì)含量

13、r>　　 天然水組脛骨中鈣(calcium，Ca)含量較自來水組(P=0.001)和礦物質(zhì)水組(P=0.005)降低，牙齒中Ca含量較自來水組(P=0.044)和礦物質(zhì)水組(P=0.032)降低。純凈水組脛骨中Ca含量較自來水組(P=0.000)、天然水組(P=0.000)、礦物質(zhì)水組(P=0.000)均降低。天然水組脛骨(P=0.048)和牙齒(P=0.001)中鎂(magnesium，Mg)含量、純凈水牙齒中Mg含量(P=0.00

14、3)較自來水組均降低。脛骨和牙齒中磷含量各組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。提示水中鈣、鎂元素的含量對(duì)骨骼和牙齒的礦化有很大的影響，長期飲用低礦物質(zhì)含量的純凈水和天然水可使骨骼和牙齒中鈣鎂的沉積減少，含量下降。
　　 5.骨密度
　　 飲用四種水的雌鼠股骨骨密度(bone nuneral density，BMD)、骨礦物鹽含量(bonemineral content，BMC)和面積組間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
　　 6.骨生物力

15、學(xué)性能
　　 與自來水組比較，大鼠股骨最大橈度天然水組(P=0.000)、礦物質(zhì)水組(P=0.000)、純凈水組(P=0.000)均有顯著降低；彈性橈度天然水組(P=0.001)、礦物質(zhì)水組(P=0.022)均有顯著降低；斷裂應(yīng)變天然水組(P=0.001)、礦物質(zhì)水組(P=0.002)均有顯著降低；楊氏模量天然水組明顯升高(P=0.010)。提示自來水組骨骼整體生物力學(xué)性能優(yōu)于其他三組，天然水組在維持骨骼材料的彈性上有一定優(yōu)勢。

16、
　　 7.骨代謝水平
　　 血清中骨鈣素(bone glutarny I protein，BGP)含量天然水組高于自來水組(P=0.005)、礦物質(zhì)水組(P=0.002)和純凈水組(P=0.025)。Ⅰ型前膠原羧基端前肽(Procollagen typeⅠ caboxyterminal propeptide，PICP)含量自來水組高于天然水組(P=0.000)和純凈水組(P=0.000)，礦物質(zhì)水組高于天然水組(P=0

17、.000)和純凈水組(P=0.000)。Ⅰ型膠原交聯(lián)羧基末端肽(Cross-linked-telopeptide of typeⅠ collagen，ICTP)含量天然水組低于自來水組(P=0.023)和P組(P=0.000)。骨堿性磷酸酶(bone alkaline phosphatase，BALP)含量各組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。提示飲用自來水后大鼠的成骨細(xì)胞活性、合成膠原速度以及骨正常礦化速度比天然水和純凈水快，天然水組對(duì)破骨細(xì)胞活性

18、的抑制作用強(qiáng)于自來水組和純凈水組。純凈水組成骨細(xì)胞活性低于天然水組，破骨細(xì)胞活性高于天然水組和自來水組，骨代謝動(dòng)態(tài)平衡被打破的幾率較自來水組和天然水組大。
　　 8.四種飲水的水質(zhì)特征以及各項(xiàng)指標(biāo)變化與水質(zhì)關(guān)系的分析
　　 自來水、天然水、礦物質(zhì)水、純凈水的總硬度(以CaCO3計(jì))分別為200.3、69.6、2.3、0.8mg/L；TDS分別為229、87.2、10.9、1.2mg/L。四種水的化學(xué)耗氧量(Chemica

19、loxygen demand，COD)≤1.0mg/L，表明四種水在有機(jī)物水平方面沒有本質(zhì)區(qū)別，本研究中觀察到的生物學(xué)效應(yīng)改變主要?dú)w結(jié)于水質(zhì)礦物元素水平上的差異。實(shí)驗(yàn)觀察到四種水的鈣鎂元素含量以及鈣鎂濃度比值也存在差異，自來水鈣鎂比值為4.18:1，天然水鈣鎂比值為1.13:1，礦物質(zhì)水鈣鎂比值為0.05:1，純凈水鈣鎂比值為2:1。自來水中鋅含量高于其他三組。推測水中鈣、鎂、鋅等元素的含量和鈣鎂比例可能是引起幾種指標(biāo)出現(xiàn)差異的主要原因

20、。
　　 結(jié)論
　　 1.四種水質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)
　　 自來水在維持雌鼠腎小球?yàn)V過功能、提升成骨細(xì)胞活性、增加骨骼系統(tǒng)鈣鎂沉積、提高骨骼整體的生物力學(xué)性能和維持雄鼠肝臟蛋白合成能力繼而提升機(jī)體營養(yǎng)水平方面優(yōu)于其他三種飲水。但飲用自來水在抑制破骨細(xì)胞活性和維持骨骼材料彈性方面較飲用天然水略顯不足。
　　 天然水在維持骨骼材料彈性方面優(yōu)于自來水；在抑制破骨細(xì)胞活性方面優(yōu)于自來水和純凈水。但在肝臟蛋白合成能力、營養(yǎng)水

21、平、腎小球?yàn)V過功能上雌雄大鼠較自來水均顯著降低；雄鼠腎小球?yàn)V過功能較純凈水顯著降低；雌鼠的骨礦物質(zhì)含量、骨骼整體生物力學(xué)性能、成骨細(xì)胞活性較自來水均顯著降低；骨鈣含量較礦物質(zhì)水也有降低。
　　 大鼠在飲水適應(yīng)期出現(xiàn)飲用礦物質(zhì)水的雄鼠飲食量較純凈水組明顯減少，雌鼠攝食量較其余三組明顯增加。礦物質(zhì)水僅在較天然水的骨鈣含量和成骨細(xì)胞活性，較純凈水的成骨細(xì)胞活性方面略顯優(yōu)勢，其余各項(xiàng)指標(biāo)均未發(fā)現(xiàn)有明顯優(yōu)劣勢。
　　 純凈水在維持

22、大鼠腎小球?yàn)V過功能優(yōu)于礦物質(zhì)水和天然水，在維持雌鼠肝臟蛋白合成能力繼而提升機(jī)體營養(yǎng)水平優(yōu)于其他三種飲水。但在骨骼生長發(fā)育的指標(biāo)上均未發(fā)現(xiàn)有明顯優(yōu)勢。
　　 2.生物效應(yīng)
　　 肝臟蛋白合成能力和營養(yǎng)水平：雄鼠的自來水組優(yōu)于天然水組和礦物質(zhì)水組，雌鼠的純凈水組優(yōu)于其余三組。維持腎小球的濾過功能：自來水組和純凈水組優(yōu)于天然水組和礦物質(zhì)水組。骨礦物質(zhì)含量：自來水組優(yōu)于天然水組和純凈水組，礦物質(zhì)水組優(yōu)于天然水組。骨代謝水平：自來

23、水組和礦物質(zhì)水組的成骨細(xì)胞活性優(yōu)于天然水組和純凈水組，天然水組抑制破骨細(xì)胞活性的能力優(yōu)于其余三組。骨生物力學(xué)性能：自來水組整體性能優(yōu)于其余三組，但天然水組在維持骨骼自身的彈性上顯示出明顯優(yōu)勢。
　　 3.性別
　　 在肝臟蛋白合成能力和營養(yǎng)水平方面存在性別差異：雄鼠自來水組和雌鼠純凈水組營養(yǎng)狀況處于較好水平。
　　 創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)
　　 1.本實(shí)驗(yàn)首次在雌性大鼠中發(fā)現(xiàn)，多代連續(xù)飲用礦物質(zhì)含量豐富的自來水與以天