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[硕士论文] 钱炜
生态学 浙江师范大学 2014(学位年度)
摘要:氟广泛分布于自然界,人体通过水、空气、土壤等多种途径接触到氟化物。环境中含氟量过高,进入人体内的氟过多,会在机体内蓄积引起全身性生理和病理变化,称为地方性氟中毒。过量的氟被人体摄入之后,就会透过“血—脑屏障”在脑组织中蓄积,从而影响神经系统及学习记忆能力。膳食低钙可能是地氟病的主要促发和加重因素,引起脑细胞凋亡率增高,加重氟的神经毒性作用,而摄入膳食高钙会对氟中毒致机体损伤起到明显的改善作用。迄今为止,关于氟中毒对脑发育及其功能损伤已有深入的研究,膳食钙对氟中毒的影响也已有相关报道,但缺乏深入性和系统性。此外,不同饮食钙条件对饮水型氟中毒致子代脑发育干预作用的分子机理及作用靶点也尚未明了。因此,本研究将现场流行病学调查和实验动物试验结合,探索膳食钙对氟中毒的干预作用,探讨钙对氟致脑发育损伤的分子机理及作用靶点,以求通过提高膳食钙来缓解氟中毒症状提供一定的科学依据。
  流行病学调查对象为江苏省泗洪县四河乡新淮村和曹庙乡瓦庙村在校的8~13岁小学生,主要针对当地儿童进行钙营养状况调查以及发育商和智商的检测,并根据2003年对尿氟含量的测定和氟斑牙流行情况的调查结果,评判当地2004年之后采取的改水降氟措施成效与否。在体亚慢性动物实验选用健康初断乳SD雄性大鼠25只以供繁殖,雌性大鼠75只,随机平均分为5组。对照组(Control)饮用自来水,食用常食饲料(钙含量0.79%);高氟组(F)饮用100mg/L的NaF溶液,食用常食饲料;低钙组(LCa)饮用自来水,食用低钙饲料(钙含量0.063%);低钙高氟组(F+LCa)饮用100 mg/L的NaF溶液,食用低钙饲料;高钙高氟组(F+HCa)饮用100 mg/L的NaF溶液,食用高钙饲料(钙含量7%)。雄性大鼠饮用自来水,食用标准饲料(氟含量<0.2 mg/kg,钙含量为7~10 g/kg);以上溶液均以自来水作为溶剂。饲养3个月后,以母鼠血氟及尿氟含量作为亚慢性氟中毒动物模型复制成功的标准,然后按雄性∶雌性为1∶1合笼交配,取妊娠18天胎鼠、14天及28天日龄仔鼠共3批进行相关实验。实验各组均以大鼠子代血/尿氟、血/尿钙含量、行为及学习记忆能力、脑海马突触超微结构、双皮质素DCX和突触素p38表达水平、凋亡情况及凋亡相关基因Bcl-2、Caspase12、JNK mRNA表达水平作为观察指标。实验结果如下:
  1、现场流行病学调查:
  2003年调查结果表明:与新淮村相比,瓦庙村饮水氟含量极显著升高(p<0.01),儿童经食物的摄氟量显著升高(p<0.05),尿氟含量差异极显著升高(p<0.01),儿童的氟斑牙患病率和缺损型氟斑牙患病率极显著升高(p<0.01)。
  2013年调查结果表明:两村儿童摄钙量和总体智商未见显著性差异(p>0.05),处于正常范围。但儿童智力低下(IQ<69)率,瓦庙村明显高于新淮村,具有极显著差异(p<0.01)。新淮村和瓦庙村不同性别儿童智商无显著性差异(p>0.05)。两村儿童发育商均处于正常范围,但瓦庙村儿童在身高和头围两项指标与新淮村存在极显著差异(p<0.01),其中男性儿童身高差异显著(p<0.05),女性儿童头围差异显著(p<0.05),身高与出生体重差异极显著(p<0.01)。另外,瓦庙村男性儿童与女性儿童的头围差异显著(p<0.05),新淮村男性儿童与女性儿童的身高与体重差异显著(p<0.05),头围差异极显著(p<0.01)。
  2、在体亚慢性动物实验:
  (1)氟中毒动物模型的检测结果:染毒3个月后,与对照组相比,F组与F+LCa组母鼠切齿表面黄白相间,有白垩色清晰条纹,氟斑牙症状明显,F+HCa组切齿表面部分出现黄白相间的条纹,呈现较轻的氟斑牙症状;F组与F+LCa组血氟含量显著升高(p<0.05),F组、F+LCa组与F+HCa组尿氟含量极显著升高(p<0.01)。说明母鼠在100 mg/LNaF溶液暴露3个月后,亚慢性氟中毒模型复制成功。
  (2)血/尿氟与血/尿钙含量测定结果:与对照组相比,14天及28天雄鼠F组血氟含量显著升高(p<0.05),14天及28天仔鼠F+LCa组均极显著升高(p<0.01);28天仔鼠LCa组与F+LCa组血钙含量均极显著升高(p<0.01);28天仔鼠F组、F+LCa组与F+HCa组尿氟含量均极显著升高(p<0.01);28天仔鼠LCa组与F+LCa组尿钙含量均极显著降低(p<0.01)。与F组相比,14天仔鼠F+LCa组血氟含量极显著降低(p<0.01);14天及28天仔鼠F+LCa组血钙含量均极显著降低(p<0.01);28天仔鼠LCa组与F+HCa组尿氟含量均极显著降低(p<0.01);28天雌鼠LCa组与F+LCa组尿钙均极显著降低(p<0.01),F+HCa组极显著升高(p<0.01)。
  (3)行为及学习记忆能力的测定结果:与对照组相比,14天及28天仔鼠F组与F+LCa组理毛、扶壁、站立次数以及1min、3min跑格数均呈现下降趋势;14天及28天仔鼠F组与F+LCa组第5天逗留平台时间呈现显著性缩短。与F组相比,14天及28天仔鼠LCa组和F+HCa组上述行为参数均呈现上升趋势,而F+LCa组则呈现下降趋势;14天及28天仔鼠LCa组与F+HCa组逗留平台时间呈现延长趋势。
  (4)突触密度及结构参数的测定结果:与对照组相比,胎鼠和仔鼠LCa组与F+LCa组海马突触密度均呈现降低趋势;F组与F+LCa组突触活性带长度及突触后致密物质厚度(post-synaptic density, PSD)均呈现下降趋势,突触间隙宽度均呈现上升趋势。与F组相比,14天雌鼠与28天雄鼠F+LCa组突触密度呈现降低趋势。14天及28天雄鼠F+LCa组突触活性带长度呈现下降趋势;28天仔鼠LCa组与F+HCa组突触活性带长度极显著升高(p<0.01);胎鼠LCa组突触间隙宽度显著降低(p<0.05);胎鼠及14天雄鼠F+LCa组PSD厚度呈现不同程度的显著性降低;14天雄鼠F+HCa组及28天雌鼠LCa组PSD厚度显著升高(p<0.05)。
  (5)细胞凋亡检测结果:胎鼠及仔鼠对照组和LCa组大脑海马组织很少见凋亡细胞,F组和F+LCa组凋亡细胞明显增多,F+HCa组凋亡细胞较F组有所减少。
  (6)免疫组化检测结果:与对照组相比,胎鼠及仔鼠F组、F+LCa组与F+HCa组DCX蛋白表达水平呈升高趋势(p>0.05); p38蛋白表达水平呈降低趋势(p>0.05)。与F组相比,胎鼠及仔鼠F+HCa组DCX和p38蛋白表达水平分别呈下降和上升趋势(p>0.05)。
  (7) PCR检测结果:与对照组相比,胎鼠及仔鼠F组与F+LCa组Bcl-2 mRNA表达水平均呈现显著性下降;F组、F+LCa组与F+HCa组Caspase12 mRNA表达水平均呈现显著性上升。胎鼠及仔鼠各组JNK mRNA表达水平均未见显著性差异(p>0.05)。与F组相比,LCa组和F+HCa组Bcl-2mRNA表达水平均呈现显著性上升;LCa组和F+HCa组Caspase12 mRNA表达水平均呈现下降趋势。胎鼠及仔鼠各组JNK mRNA表达水平均未见显著性差异(p>0.05)。
  综上所述,瓦庙村和新淮村儿童钙营养状况良好,未呈现显著性差异。瓦庙村的改水降氟措施较为有效,儿童总体智商与新淮村相比已没有差异,但可能由于改水范围不够完整导致个别儿童智商较低。氟暴露对不同性别儿童智商的影响并没有明显差异。两村儿童发育商均处于正常范围,但瓦庙村儿童在身高和头围两项指标与新淮村存在极显著差异(p<0.01)。此外,两村不同性别儿童头围、身高、体重等发育商指标存在不同程度的显著性差异,可能是由于遗传或饮食差别所致。饮水型氟中毒会引起子代血/尿氟浓度变化以及大脑凋亡细胞增多,从而影响子代脑发育,降低学习记忆能力。氟中毒会使仔鼠脑发育特异蛋白双皮质素DCX表达上升,突触素p38表达下降,导致突触活性带长度降低,突触间隙宽度升高,PSD厚度降低等突触界面结构参数发生变化,并且引起Bcl-2mRNA表达水平下降及Caspase12 mRNA表达水平升高。钙干预氟中毒的分子机理可能是通过上调Bcl-2表达、下调Caspase12表达抑制氟中毒大鼠脑细胞过度凋亡。低钙(0.63 g/kg)摄入与高氟会产生协同效应,加剧氟中毒对机体的毒性作用;而高钙(70 g/kg)摄入与高氟则会产生拮抗效应,在一定程度上减轻氟中毒对机体的损害。
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