粉塵對血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷效應(yīng)研究.pdf

1、粉塵是主要空氣污染物，生產(chǎn)性粉塵來源于礦石開采、陶瓷加工、玻璃制造、皮毛處理等生產(chǎn)性行業(yè)，是污染作業(yè)環(huán)境、損害勞動者健康的重要職業(yè)性有害因素。我國接觸生產(chǎn)性粉塵的勞動人群超過千萬，長期接觸生產(chǎn)性粉塵會引起包括塵肺在內(nèi)的多種職業(yè)性疾病。自研究者發(fā)現(xiàn)粉塵及其混合物質(zhì)，尤其是超細(xì)顆粒（UFP）粉塵，經(jīng)呼吸道吸入后不僅聚集于肺部，而且還可越過人體內(nèi)多種屏障進(jìn)入全身血液循環(huán)，進(jìn)而到達(dá)血管和心臟等人體重要器官，粉塵對心血管系統(tǒng)的損傷逐漸引起了重視并

2、成為研究熱點。
　　 流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)粉塵接觸與心血管疾病的發(fā)病和死亡密切相關(guān)，粉塵的接觸能升高心血管疾病的發(fā)病率和死亡率。研究者認(rèn)為粉塵損害心血管系統(tǒng)的機(jī)制可能包括：粉塵引起的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)、血液化學(xué)成分變化、粉塵引起的心臟自主神經(jīng)功能改變，但具體的機(jī)制尚不十分明確。越來越多的研究表明粉塵引起的免疫功能紊亂及炎癥損傷在心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用，其中，血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷可能是粉塵損傷心血管系統(tǒng)和激發(fā)疾病的起始環(huán)節(jié)

3、。
　　 我們前期的流行病學(xué)研究結(jié)果顯示不同類型廠礦（鎢礦、銅鐵礦、錫礦、瓷廠）生產(chǎn)性粉塵的接觸可增加工人肺心病、高血壓心臟病等心血管疾病的死亡率，同時也發(fā)現(xiàn)不同類型廠礦粉塵的致病能力差異顯著。另外，還有研究發(fā)現(xiàn)即使類型相同、但來源不同的粉塵，其致病能力也大不相同。粉塵的諸多理化性質(zhì)與粉塵的致病作用密切相關(guān)，其中，粉塵的化學(xué)成分與粒徑在粉塵的致病作用中起著重要作用。
　　 為探討粉塵對心血管系統(tǒng)可能的損害，本研究采取體外

4、細(xì)胞實驗的方法比較（1）不同類型生產(chǎn)性粉塵對血管內(nèi)皮細(xì)胞形狀和功能的損傷；（2）不同粒徑粉塵對血管內(nèi)皮細(xì)胞外形和功能的損傷。為此，我們收集了來自江西和湖南的4個瓷廠和4個鎢礦作業(yè)點空氣中的呼吸性粉塵，以及不同粒徑的石英粉塵和碳黑粉塵，分別將粉塵體外直接作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞。本研究分為兩部分：一、瓷廠和鎢礦生產(chǎn)性粉塵對血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷效應(yīng)；二、不同粒徑粉塵對血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷效應(yīng)。
　　 第一部分 瓷廠和鎢礦生產(chǎn)性粉塵對血管內(nèi)皮細(xì)

5、胞的損傷效應(yīng)
　　 目的：評價瓷廠和鎢礦粉塵對血管內(nèi)皮細(xì)胞形狀和功能的損傷作用。
　　 方法：以人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）為靶細(xì)胞，采集來自江西和湖南4個瓷廠(A、B、C、D)和4個鎢礦(E、F、G、H)作業(yè)點呼吸性粉塵為本次實驗粉塵，以中國標(biāo)準(zhǔn)石英為對照粉塵，將粉塵配制成25、50、100、200、400 μg/ml5個濃度，與HUVEC共培養(yǎng)24 h后，測定細(xì)胞乳酸脫氫酶活力（LDH）、細(xì)胞活力（MTT）、一氧化

6、氮（NO）和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）的釋放量。
　　 結(jié)果：（1）瓷廠和鎢礦粉塵及標(biāo)準(zhǔn)石英均能損傷HUVEC細(xì)胞膜，引起細(xì)胞上清液中LDH活力升高，并隨粉塵濃度升高而呈現(xiàn)劑量-反應(yīng)關(guān)系，同類型廠礦的粉塵引起LDH活力升高的能力不同。綜合而言，瓷廠和鎢礦粉塵誘導(dǎo)LDH活力升高的能力接近，略低于標(biāo)準(zhǔn)石英。
　　 （2）隨著粉塵濃度的增高，HUVEC細(xì)胞存活率呈下降趨勢，瓷廠粉塵的作用能力略強于鎢礦粉塵。在較低劑量組（2

7、5，50，100 μg/ml）時，瓷廠和鎢礦粉塵誘導(dǎo)細(xì)胞活力下降的能力強于標(biāo)準(zhǔn)石英，而在高劑量組（200，400 μg/ml），廠礦粉塵誘導(dǎo)細(xì)胞活力下降的能力低于標(biāo)準(zhǔn)石英。（3）瓷廠和鎢礦粉塵及標(biāo)準(zhǔn)石英誘導(dǎo)HUVEC釋放的NO隨粉塵濃度升高而增高。除個別礦粉塵誘導(dǎo)NO釋放的能力強于石英外，其余廠礦粉塵誘導(dǎo)HUVEC釋放NO的能力相近且與標(biāo)準(zhǔn)石英相當(dāng)。
　　 （4）瓷廠和鎢礦粉塵及標(biāo)準(zhǔn)石英誘導(dǎo)HUVEC釋放的TNF-α隨粉塵濃度升

8、高而增高。瓷廠和鎢礦生產(chǎn)性粉塵誘導(dǎo)HUVEC釋放TNF-α的能力相當(dāng)，在較低劑量組（25，50，100 μg/ml）時廠礦粉塵誘導(dǎo)細(xì)胞釋放TNF-α的能力與標(biāo)準(zhǔn)石英相當(dāng)，但在較高劑量組（200，400 μg/ml）時廠礦粉塵誘導(dǎo)細(xì)胞釋放TNF-α的能力遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)石英。
　　 第二部分 不同粒徑粉塵對血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷效應(yīng)
　　 目的：通過比較不同粒徑粉塵的生物學(xué)作用來探討粉塵粒徑在損傷作用中所起的作用，評價粒徑對粉塵致血

9、管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的影響。
　　 方法：以人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）為作用細(xì)胞，選擇三種不同粒徑的歐洲標(biāo)準(zhǔn)純石英DQ12（DQPM1，<1 μm; DQPM3~5，3~5μm; DQPM5，5μm）和兩種不同粒徑的碳黑粉塵（CB0.1，<0.1 μm; CB1，<1 μm）為實驗粉塵，并選用中國標(biāo)準(zhǔn)石英（<5μm的呼吸性組分）為對照粉塵，將粉塵配制成25、50、100、200、400 μg/ml5個濃度，與HUVEC共培養(yǎng)24

10、h后，測定細(xì)胞乳酸脫氫酶活力（LDH）、細(xì)胞活力（MTT）、一氧化氮（NO）和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）的釋放量。
　　 結(jié)果：（1）各組粉塵均使HUVEC培養(yǎng)液中LDH活力升高，有劑量-反應(yīng)關(guān)系。DQ12粒徑越小誘導(dǎo)LDH活力升高的能力越強。碳黑粉塵中，在較低劑量組（25，50，100 μg/ml）時，CB0.1誘導(dǎo)LDH活力升高的能力強于CB1，當(dāng)粉塵劑量達(dá)到和超過200 μg/ml 時，CB0.1誘導(dǎo)LDH活力升高的能

11、力卻低于CB1。
　　 （2）隨著不同粒徑粉塵樣品濃度的升高，HUVEC的活力呈現(xiàn)下降的趨勢。DQ12引起HUVEC細(xì)胞活力下降呈現(xiàn)為粒徑越小，細(xì)胞活力下降越大。碳黑粉塵在較低劑量組（25，50，100 μg/ml）時CB0.1引起HUVEC細(xì)胞活力下降的能力稍強于CB1，但在粉塵劑量達(dá)到及超過200 μg/ml時，CB0.1引起 HUVEC細(xì)胞活力下降的能力弱于CB1。
　　 （3）不同粒徑的粉塵樣品均能誘導(dǎo)HUVEC

12、釋放NO水平增高，且隨著粉塵濃度的升高而呈現(xiàn)增高的趨勢。不同粒徑DQ12誘導(dǎo)細(xì)胞釋放NO能力接近。碳黑粉塵CB0.1在各個劑量水平下誘導(dǎo)HUVEC釋放NO的能力都略強于 CB1。
　　 （4）不同粒徑的粉塵均能誘導(dǎo)HUVEC釋放 TNF-α，有劑量-反應(yīng)關(guān)系。DQ12粉塵粒徑越小，誘導(dǎo)細(xì)胞釋放TNF-α的能力越強。碳黑粉塵除400μg/ml劑量CB1作用較強外，其它各組均為小粒徑顆粒誘導(dǎo)細(xì)胞釋放TNF-α的能力強。
　　

13、 結(jié)論：本研究選擇有代表性的四個瓷廠和四個鎢礦的生產(chǎn)性粉塵進(jìn)行體外細(xì)胞實驗，結(jié)果顯示不同類型、不同來源的瓷廠和鎢礦生產(chǎn)性粉塵均能損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞，刺激細(xì)胞釋放NO和TNF-α，部分驗證了先前流行病學(xué)資料分析得出接觸這兩種類型廠礦粉塵的工人心血管疾病死亡高發(fā)的結(jié)果。通過比較不同廠礦粉塵之間、廠礦粉塵與標(biāo)準(zhǔn)石英對血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷作用，提示除游離二氧化硅之外，廠礦粉塵中含有的化學(xué)成分如含量較多的金屬元素（Cu、Fe、Zn、Al）可能影響粉塵對

14、血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷。
　　 本研究比較了不同粒徑粉塵對血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷作用，發(fā)現(xiàn)粒徑是影響粉塵生物學(xué)作用的重要因素，粒徑較小的粉塵致血管內(nèi)皮細(xì)胞毒性、細(xì)胞NO和炎性因子釋放的能力都高于粒徑較大的粉塵。同時也發(fā)現(xiàn)粒徑相當(dāng)?shù)牟煌愋头蹓m（如DQPM1和CB1），或不同來源的同類型粉塵（如中國標(biāo)準(zhǔn)石英和DQPM3~5），對血管內(nèi)皮細(xì)胞毒性也呈現(xiàn)顯著差異。提示粉塵的毒性并不是單組分效應(yīng)，應(yīng)是多項因素的聯(lián)合作用。為今后開展粉塵的預(yù)防工作及