饮高氟水小鼠脑海马回组织超微结构观察
作者：孙增荣 刘风贞 杨海贤 白景文 于德奎 吕严 吴丽娜
单位：孙增荣 刘风贞(天津医科大学 公卫学院 环境卫生教研室，天津 300070)；杨海贤 白景文(天津医科大学 电镜中心，天津 300070)；于德奎 吕严 吴丽娜(天津医科大学 公卫学院 环境卫生教研室，天津 300070)
关键词：氟；海马回；超微结构
中国地方病学杂志000505 [摘要] 目的 研究氟对中枢神经系统的毒性作用。方法 对饮含氟量为100 mg/L的高氟水6个月的小鼠脑海马回组织超微结构进行观察。结果 高氟组小鼠海马回神经细胞、神经突触、神经纤维及血脑屏障的超微结构均出现显著的病理变化。结论 氟对中枢神经系统具有直接的毒性作用。
[中图分类号]O613.41; R361+.3 [文献标识码] A [文章编号]1000-4955(2000)05-333-02
, http://www.100md.com
Observations of the supra-micro-structure of the brain hippocampus in mice exposed to high fluoride in drinking water
SUN Zeng-rong，LIU Feng-zhen，YANG Hai-xian，et al
(Department of Environment Health,Tiangjin Medical University，Tianjin 300070，China)
Abstract： Objective To study the hazardous effects of fluoride on central nervous system(CNS).Methods The supra-micro-structures of brain hippocampus in mice which had been exposed to high fluoride in drinking water for six months were examined using electron microscopy,and compared with the control group.Results The supra-micro-sturctures of neurons,neural synapses,neural fibers and the blood-brain barrier were changed significantly in the high fluoride exposed group.Conclusions Fluoride could directly damage the CNS.
, 百拇医药
Key words： Fluoride; Hippocampus; Supra-micro-structure
近年来，氟对非骨相组织损害的研究已引起广泛的重视。氟对神经系统的毒性作用已有一些报道。有关高氟饮水对动物脑海马回组织超微结构的影响尚未见系统报道。为探讨高氟饮水对中枢神经系统细胞水平的毒性作用，对饮高氟水6个月的小鼠脑海马回神经细胞、神经突触、神经纤维及血脑屏障的超微结构进行了观察。
1 材料与方法
1.1 实验动物 采用本校动物中心提供的昆明种小鼠，体重16～24 g，随机分为2组，每组6只，雌、雄各半。其中1组为对照组，饮自来水；另1组为高氟组，饮加氟离子100 mg/L的自来水。实验动物自由进食标准饲料，6个月结束实验，取样送检。
1.2 超微病理学检查 小鼠脱颈处死，取新鲜脑海马回组织，立即投入2.5%戊二醛*多聚甲醛固定液，缓冲液为二甲胂酸钠，pH 7.2～7.4。1%四氧化锇后固定，常规脱水、包埋。LKB-V型超切机超切，醋酸铀及柠檬酸铅染色，JEOL 100CX透射电镜观察。
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2 结果
2.1 海马角神经细胞
2.1.1 对照组 神经细胞形态正常，无脂褐素堆积(图1)。
图1 正常海马回神经细胞 ×9 900
2.1.2 高氟组 神经细胞膜尚完整，胞浆内充满多数多聚核糖体及狭窄的粗面内质网的池，内质网膜有少数脱颗粒，细胞浆偶见小灶性溶解区。全部线粒体基质电子密度增大，大部分(80%～90%)线粒体嵴间隙轻度扩张，基质呈小灶性溶解，少数线粒体(约5%)有严重的嵴及基质溶解。Golgi区尚存多处，但囊泡池较小，囊泡周围有异常电子密度物质沉着。初级溶酶体明显增多(3～4个/细胞)，脂褐素异常增多(5～6个/细胞)，脂褐素内吞噬有大小不同的脂泡，偶见异常巨大的脂褐素(图2)。
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2.2 神经突触
2.2.1 对照组 神经突触未见异常，突触前后膜及间隙均清晰。
2.2.2 高氟组 突触前膨大内的清亮型突触小泡增多，有几处有小泡减少，突触前膨大明显水肿，线粒体严重变性。光面内质网膜及蛋白质溶解。仅偶见颗粒状突触小泡。突触前活跃区增大，该区电子密度增大。突触间隙电子密度增大，几乎填没整个突触间隙。有些突触前膜、突触间隙及突触后膜均融为一体。突触后膜也较正常增厚(图3)。
图2 高氟组海马回神经细胞，可见异常多的脂褐素 ×7 500
图3 高氟组神经突触 ×30 000
, 百拇医药
2.3 神经纤维
2.3.1 对照组 有髓及无髓神经轴索均未见异常。
2.3.2 高氟组 有髓神经纤维：髓鞘局部主致密线消失，局部呈囊状变性或溶解。神经微管呈局灶性溶解及溶质蛋白消失。部分线粒体膜、基质溶解。光面内质网池扩张。
无髓神经纤维：神经微管明显溶解，溶质蛋白溶解。线粒体膜溶解，基质呈班点状溶解，局部有蛋白质沉着。神经轴索的内膜及外膜呈局灶性溶解。
2.4 血脑屏障(B.B.B)
2.4.1 对照组 B.B.B无扩张，未见星形胶质细胞足突水肿。
2.4.2 高氟组 B.B.B间隙高度扩张，内充满高度水肿的星形胶质细胞足突，电镜下透亮(由于大部分胶质细胞内成分消失，为游离水间隙所取代而致)。足突内的微丝大部分溶解，线粒体显著变性，基质电子密度增大。光面内质网池扩张，局部膜溶解，足突膜破裂，足突间融合。B.B.B的微血管内皮细胞变暗，线粒体及粗面内质网变性，微血管游离面有变性的微绒毛及水肿的小球，显示有内皮细胞功能不良的各种形态表现。
, 百拇医药
3 讨论
近年来，有关氟对中枢神经系统损害的各种研究已有一些报道，多数研究者认为，氟可通过血脑屏障进入脑组织，对神经系统产生直接损伤作用[1～3]。氟在脑中蓄积的主要部位是海马[4]。本研究通过对长期饮高氟水的小鼠脑海马回组织超微结构观察发现，高氟可致大脑海马回神经细胞、神经纤维、神经突触及血脑屏障的超微结构出现显著的损伤。其中，氟所致神经细胞损伤的特点主要表现为线粒体、内质网损伤，细胞内脂褐素显著增多；高氟对海马回神经突触的损伤作用主要表现为突触前膨大水肿，线粒体严重变性。突触间隙电子密度增大，突触前、后膜融合；高氟对神经纤维的损伤作用主要表现为髓鞘变性或溶解，神经微管溶解，线粒体变性。该观察结果有一部分与国内其他一些报道的高氟对脑组织其它部位超微病理学损伤结果相似[5，6]。本研究发现，氟对血脑屏障的超微结构具有明显的损伤作用，主要表现为星形胶质细胞足突水肿，线粒体变性。微血管内皮细胞功能不良 。由于氟对血脑屏障的损伤作用，可能会进一步增加脑组织中氟的蓄积，从而加重氟对脑组织的损伤作用。
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本研究结果证实氟对中枢神经系统有直接毒性作用，通过饮水途径摄入高氟可致脑组织超微结构发生显著的病理改变。本研究结果可为防治饮水型地氟病神经系统损伤提供理论依据。
[作者简介]孙增荣(1962-)，女，副教授，硕士。
[参考文献]
[1] 独 立，万昌武，曹序茂，等.慢性氟中毒对人胎脑发育的影响[J].中华病理学杂志，1992，21(4)：218.
[2] 陈学军，宋可钦，马延贤，等.氟中毒大鼠中缝背核5-羟色胺能神经元的免疫细胞化学研究[J].中国地方病防治杂志，1995，10(4)：194.
[3] 于燕妮，杨文秀，董 仲，等.地方性氟病区胎儿大脑神经递质与受体的变化[J].中国地方病学杂志，1996，15(5)：257.
[4] Editorial.Neurotoxicity of fluoride[J].Fluoride,1996,29(2):57.
[5] 陈学军，宋可钦，刘冬娟，等.实验性氟中毒大鼠中缝背核神经元超微结构研究[J].中国地方病防治杂志，1995，10(5)：260.
[6] 庞永旬，朱 平，张守臣,等.镁和硒对氟致脑细胞损伤的研究[J].中国地方病学杂志，1994，13(6)：32.
[收稿日期]1999-10-10, http://www.100md.com
单位：孙增荣 刘风贞(天津医科大学 公卫学院 环境卫生教研室，天津 300070)；杨海贤 白景文(天津医科大学 电镜中心，天津 300070)；于德奎 吕严 吴丽娜(天津医科大学 公卫学院 环境卫生教研室，天津 300070)
关键词：氟；海马回；超微结构
中国地方病学杂志000505 [摘要] 目的 研究氟对中枢神经系统的毒性作用。方法 对饮含氟量为100 mg/L的高氟水6个月的小鼠脑海马回组织超微结构进行观察。结果 高氟组小鼠海马回神经细胞、神经突触、神经纤维及血脑屏障的超微结构均出现显著的病理变化。结论 氟对中枢神经系统具有直接的毒性作用。
[中图分类号]O613.41; R361+.3 [文献标识码] A [文章编号]1000-4955(2000)05-333-02
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Observations of the supra-micro-structure of the brain hippocampus in mice exposed to high fluoride in drinking water
SUN Zeng-rong，LIU Feng-zhen，YANG Hai-xian，et al
(Department of Environment Health,Tiangjin Medical University，Tianjin 300070，China)
Abstract： Objective To study the hazardous effects of fluoride on central nervous system(CNS).Methods The supra-micro-structures of brain hippocampus in mice which had been exposed to high fluoride in drinking water for six months were examined using electron microscopy,and compared with the control group.Results The supra-micro-sturctures of neurons,neural synapses,neural fibers and the blood-brain barrier were changed significantly in the high fluoride exposed group.Conclusions Fluoride could directly damage the CNS.
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Key words： Fluoride; Hippocampus; Supra-micro-structure
近年来，氟对非骨相组织损害的研究已引起广泛的重视。氟对神经系统的毒性作用已有一些报道。有关高氟饮水对动物脑海马回组织超微结构的影响尚未见系统报道。为探讨高氟饮水对中枢神经系统细胞水平的毒性作用，对饮高氟水6个月的小鼠脑海马回神经细胞、神经突触、神经纤维及血脑屏障的超微结构进行了观察。
1 材料与方法
1.1 实验动物 采用本校动物中心提供的昆明种小鼠，体重16～24 g，随机分为2组，每组6只，雌、雄各半。其中1组为对照组，饮自来水；另1组为高氟组，饮加氟离子100 mg/L的自来水。实验动物自由进食标准饲料，6个月结束实验，取样送检。
1.2 超微病理学检查 小鼠脱颈处死，取新鲜脑海马回组织，立即投入2.5%戊二醛*多聚甲醛固定液，缓冲液为二甲胂酸钠，pH 7.2～7.4。1%四氧化锇后固定，常规脱水、包埋。LKB-V型超切机超切，醋酸铀及柠檬酸铅染色，JEOL 100CX透射电镜观察。
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2 结果
2.1 海马角神经细胞
2.1.1 对照组 神经细胞形态正常，无脂褐素堆积(图1)。
图1 正常海马回神经细胞 ×9 900
2.1.2 高氟组 神经细胞膜尚完整，胞浆内充满多数多聚核糖体及狭窄的粗面内质网的池，内质网膜有少数脱颗粒，细胞浆偶见小灶性溶解区。全部线粒体基质电子密度增大，大部分(80%～90%)线粒体嵴间隙轻度扩张，基质呈小灶性溶解，少数线粒体(约5%)有严重的嵴及基质溶解。Golgi区尚存多处，但囊泡池较小，囊泡周围有异常电子密度物质沉着。初级溶酶体明显增多(3～4个/细胞)，脂褐素异常增多(5～6个/细胞)，脂褐素内吞噬有大小不同的脂泡，偶见异常巨大的脂褐素(图2)。
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2.2 神经突触
2.2.1 对照组 神经突触未见异常，突触前后膜及间隙均清晰。
2.2.2 高氟组 突触前膨大内的清亮型突触小泡增多，有几处有小泡减少，突触前膨大明显水肿，线粒体严重变性。光面内质网膜及蛋白质溶解。仅偶见颗粒状突触小泡。突触前活跃区增大，该区电子密度增大。突触间隙电子密度增大，几乎填没整个突触间隙。有些突触前膜、突触间隙及突触后膜均融为一体。突触后膜也较正常增厚(图3)。
图2 高氟组海马回神经细胞，可见异常多的脂褐素 ×7 500
图3 高氟组神经突触 ×30 000
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2.3 神经纤维
2.3.1 对照组 有髓及无髓神经轴索均未见异常。
2.3.2 高氟组 有髓神经纤维：髓鞘局部主致密线消失，局部呈囊状变性或溶解。神经微管呈局灶性溶解及溶质蛋白消失。部分线粒体膜、基质溶解。光面内质网池扩张。
无髓神经纤维：神经微管明显溶解，溶质蛋白溶解。线粒体膜溶解，基质呈班点状溶解，局部有蛋白质沉着。神经轴索的内膜及外膜呈局灶性溶解。
2.4 血脑屏障(B.B.B)
2.4.1 对照组 B.B.B无扩张，未见星形胶质细胞足突水肿。
2.4.2 高氟组 B.B.B间隙高度扩张，内充满高度水肿的星形胶质细胞足突，电镜下透亮(由于大部分胶质细胞内成分消失，为游离水间隙所取代而致)。足突内的微丝大部分溶解，线粒体显著变性，基质电子密度增大。光面内质网池扩张，局部膜溶解，足突膜破裂，足突间融合。B.B.B的微血管内皮细胞变暗，线粒体及粗面内质网变性，微血管游离面有变性的微绒毛及水肿的小球，显示有内皮细胞功能不良的各种形态表现。
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3 讨论
近年来，有关氟对中枢神经系统损害的各种研究已有一些报道，多数研究者认为，氟可通过血脑屏障进入脑组织，对神经系统产生直接损伤作用[1～3]。氟在脑中蓄积的主要部位是海马[4]。本研究通过对长期饮高氟水的小鼠脑海马回组织超微结构观察发现，高氟可致大脑海马回神经细胞、神经纤维、神经突触及血脑屏障的超微结构出现显著的损伤。其中，氟所致神经细胞损伤的特点主要表现为线粒体、内质网损伤，细胞内脂褐素显著增多；高氟对海马回神经突触的损伤作用主要表现为突触前膨大水肿，线粒体严重变性。突触间隙电子密度增大，突触前、后膜融合；高氟对神经纤维的损伤作用主要表现为髓鞘变性或溶解，神经微管溶解，线粒体变性。该观察结果有一部分与国内其他一些报道的高氟对脑组织其它部位超微病理学损伤结果相似[5，6]。本研究发现，氟对血脑屏障的超微结构具有明显的损伤作用，主要表现为星形胶质细胞足突水肿，线粒体变性。微血管内皮细胞功能不良 。由于氟对血脑屏障的损伤作用，可能会进一步增加脑组织中氟的蓄积，从而加重氟对脑组织的损伤作用。
, http://www.100md.com
本研究结果证实氟对中枢神经系统有直接毒性作用，通过饮水途径摄入高氟可致脑组织超微结构发生显著的病理改变。本研究结果可为防治饮水型地氟病神经系统损伤提供理论依据。
[作者简介]孙增荣(1962-)，女，副教授，硕士。
[参考文献]
[1] 独 立，万昌武，曹序茂，等.慢性氟中毒对人胎脑发育的影响[J].中华病理学杂志，1992，21(4)：218.
[2] 陈学军，宋可钦，马延贤，等.氟中毒大鼠中缝背核5-羟色胺能神经元的免疫细胞化学研究[J].中国地方病防治杂志，1995，10(4)：194.
[3] 于燕妮，杨文秀，董 仲，等.地方性氟病区胎儿大脑神经递质与受体的变化[J].中国地方病学杂志，1996，15(5)：257.
[4] Editorial.Neurotoxicity of fluoride[J].Fluoride,1996,29(2):57.
[5] 陈学军，宋可钦，刘冬娟，等.实验性氟中毒大鼠中缝背核神经元超微结构研究[J].中国地方病防治杂志，1995，10(5)：260.
[6] 庞永旬，朱 平，张守臣,等.镁和硒对氟致脑细胞损伤的研究[J].中国地方病学杂志，1994，13(6)：32.
[收稿日期]1999-10-10, http://www.100md.com