积分波微磁场对PM2.5气管滴注致大鼠血液中炎症因子及氧化应激指标变化的影响

刘洁　曾雪娇　蒋硕等

摘要：目的 观察积分波微磁场对大气PM_2.5混悬液气管滴注引起的大鼠血液中炎症及氧化应激变化的影响。方法健康成年雄性SD大鼠以每组6只随机分为6组。空白组不做任何处理；生理盐水对照组仅气管滴注生理盐水；PM_2.5暴露组仅气管滴注PM_2.5混悬液40 mg/kg；积分波微磁场干预组先进行PM_2.5混悬液气管滴注，后积分波微磁场治疗仪分别以每天3次、5次的频率进行干预；积分波微磁场干预对照组仅以每天5次的频率进行处理。末次处理24 h后，收集大鼠血清，测定血清中的肿瘤坏死因子-d（TNF-α）、白细胞介素-1B（IL-1B）、总超氧化物歧化酶（T-SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）及丙二醛（MDA）。结果 与生理盐水对照组相比，滴注了PM_2.5混悬液的各组大鼠血清中TNF-α、IL-1β及MDA水平增高，GSH-Px活力下降，除积分波微磁场（每天3次）干预组外，其余滴注了PM_2.5混悬液的各组T-SOD活力下降。与PM2，暴露组相比，积分波微磁场（每天3次）干预组血清中TNF-α、IL-1B水平降低，GSH-Px及T-SOD活力升高，差异均有统计学意义。结论 积分波微磁场治疗对PM_2.5混悬液气管滴注引起的大鼠血液中炎症及氧化应激变化有一定的干预作用。

关键词：PM_2.5；积分波微磁场治疗仪；炎症；氧化应激 中图分类号：1094.6 文献标志码：A

近几年来，我国多次出现较严重的雾霾污染，颗粒物作为雾霾污染的核心组分，在我国的污染程度甚至超过了世界平均水平，尤其是细颗粒物（fine particulate matter，PM_2.5），由于粒径小、质量轻、能随呼吸过程进入机体，因而对人体健康的影响最为严重。PM_2.5进入肺内，在损害呼吸系统的同时，其部分成分（如可溶性金属和有机成分）及损伤肺部时产生的炎性介质和血管活性成分均可穿过呼吸屏障进入循环系统，引发系统炎症及氧化应激反应，使血液中炎症因子、中性粒细胞及脂质过氧化物（lipid peroxide，LPO）水平升高，同时使抗氧化物质减少，抗氧化酶活性降低，导致机体抗氧化能力减弱。为应对PM_2.5暴露对机体产生的有害作用，许多具有抗氧化或抗炎功能的药物、维生素、微量元素等已被引入拮抗PM_2.5有害效应的研究。然而，医疗器械可干预PM_2.5引起机体损伤的报道比较少见。积分波微磁场（pulsed electromagnetic field，PEMF）对心血管系统有保护作用。研究发现，通过脉冲电磁场作用，PEMF可促进受损组织恢复、改善机体微循环。本研究以大气PM_2.5混悬液气管滴注引起血液中炎症及氧化应激指标变化的大鼠为模型，观察PEMF对PM_2.5暴露引起的血液炎症因子增多及氧化应激指标变化的干预作用。

1材料与方法

1.1 PM_2.5采集与混悬液制备

用Anderson G-2.5大流量采樣器（美国Thermo Fisher公司），于2016年2—4月在上海市某居住区附近设置采样点（高度16 m），将PM_2.5采集于玻璃纤维滤膜（河北省故城县环境检测器材厂）上。采样完成后，收集滤膜于干燥器内保存。将载有PM_2.5的滤膜剪成小方块（约2 cm×3 cm），浸没于超纯水中，用JL-180 H超声波清洗机（南京科捷分析仪器有限公司产品）低温超声震荡洗脱PM_2.5（20 min×5次），悬液经12层纱布过滤，滤液用3-30 KS离心机（德国Sigma公司）于4℃条件下离心（936×g，20 min），收集下层沉淀物用真空冷冻干燥机（北京四环科学仪器有限公司）进行冷冻干燥，干燥完成后，-20℃保存备用。参照文献，设置PM_2.5暴露总剂量为40 mg/kg，积分波微磁场干预频率为3次/d、5次/d。气管滴注前，用生理盐水将PM_2.5颗粒制成所需浓度悬浮液，超声震荡混匀灭菌（20 min×3次）。积分波微磁场治疗仪由百慕迪（上海）再生医学科技有限公司提供。

1.2实验动物分组及处理

健康成年SPF级SD雄性大鼠（180～200 g）36只，购于上海杰思捷实验动物有限公司（合格证号：2010002608150）。将大鼠分笼饲养于温度为21～23℃、相对湿度为40%～60%的环境中，12 h昼夜交替。1周后，将大鼠按每组6只随机分为6组。空白对照组：不做任何处理，正常饲养19 d；生理盐水对照组：先气管滴注生理盐水，隔天1次，共3次，每次1.6 mL/kg，后正常饲养14 d；PM_2.5暴露组：先PM_2.5混悬液气管滴注，隔天1次，共3次，每次1.6 mL/kg，总计40 mg/kg，后正常饲养14 d；积分波微磁场（3次/d）干预组、积分波微磁场（5次/d）干预组：先PM_2.5混悬液气管滴注，后将大鼠置于特制鼠笼中（1只/笼）进行积分波微磁场治疗仪处理14 d，处理频率分别为3次/d（8min/次）、5次/d（8min/次）；积分波微磁场干预对照组：先正常饲养，后与干预组同时进行积分波微磁场治疗仪处理，5次/d（8 min/次）。末次处理结束24 h后，大鼠腹腔注射10%水合氯醛（3 mL/kg）麻醉，经腹主动脉收集大鼠血液，置于未加抗凝剂的离心管中，3 000 r/min离心10 min，收集血清，分装后保存于-80%冰箱。

1.3指标测定

血清中白细胞介素-1β（interleukin-1p，IL-1p）及肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-仅）采用相应双抗体夹心酶联免疫法（ELISA）试剂盒（上海森雄科技实业有限公司）测定，谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）、总超氧化物歧化酶（total-superoxide dismutase，T-SOD）、丙二醛（malondialdehyde，MDA）采用相应比色法试剂盒（南京建成生物工程研究所提供）测定。上述操作均严格按照试剂盒说明书进行。

1.4统计学分析

所有数据均以x±s表示，用SPSS 23.0软件进行统计分析。组间均数比较采用t检验或单因素方差分析，组内两两比较采用LSD检验。检验水准α=0.05。

2结果

2.1大鼠一般体征

实验期间未见大鼠死亡。空白对照组、生理盐水对照组及积分波微磁场干预对照组大鼠均正常生长。滴注了PM_2.5混悬液的各组大鼠摄食减少、体重增长速度减慢，染毒结束后，PM_2.5暴露各组大鼠体重较生理盐水组降低，但差异不明显。停止PM_2.5气管滴注，开始积分波微磁场处理后，PM_2.5暴露各组大鼠摄食活动较气管滴注期间增加，体重增长幅度亦增加，但积分波微磁场处理结束后，各组大鼠体重差异不明显。

2.2大鼠血清炎症因子

与空白对照组相比，生理盐水对照组及积分波微磁场干预对照组血清中TNF-α、IL-1B浓度未见明显变化。与生理盐水对照组相比，PM_2.5暴露组、两个积分波微磁场干预组血清中TNF-a、IL-1B浓度均升高（P<0.05）。与PM_2.5暴露组相比，积分波微磁场干预组血清中TNF-α、IL-1B浓度升高幅度降低，以积分波微磁场（每天3次）干预组变化明显（P<0.05）。见表1。

2.3大鼠血清中氧化应激指标

与空白对照组相比，生理盐水对照组及积分波微磁场干预对照组血清中MDA浓度、T-SOD及GSH-Px活性未见明显变化。与生理盐水对照组相比，PM_2.5暴露组、积分波微磁场（每天3次）干预组及积分波微磁场（每天5次）干预组血清中GSH-Px活力降低、MDA浓度升高，PM_2.5暴露组及积分波微磁场（每天5次）干预组T-SOD活力亦见降低（P<0.05）。与PM_2.5暴露组相比，积分波微磁场干预组血清中GSH-Px、T-SOD活力降低幅度及MDA浓度升高幅度减小，以积分波微磁场（每天3次）干预组变化明显（P<0.05）。见表2。

3讨论

流行病学和毒理学研究表明，大气PM_2.5与心血管系统健康密切相关。呼吸道是大气PM_2.5直接作用的靶器官，在引起肺部损伤的同时，PM_2.5也可以直接或间接作用于心血管系统，引发系统炎症及氧化应激反应，使血液中TNF-α、IL-1β等炎症因子及C-反应蛋白、脂质过氧化物水平升高，抗氧化物质（如SOD、GSH-Px）减少。本研究通过气管滴注对大鼠进行PM_2.5染毒，结果显示，PM_2.5暴露组大鼠血清中IL-1β、TNF-α浓度明显升高，同时，T-SOD、GSH-Px活力显著降低，MDA浓度明顯升高，这与以往研究结果一致。

近年来，人们对PM_2.5的健康危害越来越重视，并试图寻找各种可能的方法来应对，但有关药物或医疗仪器对PM_2.5致心血管系统损伤的干预作用研究仍较少见。有研究报道，积分波微磁场治疗仪能通过非侵入、非药物干预来促进受损组织恢复，虽其作用机制仍不十分明确，但有证据表明其对心血管系统具有一定的保护作用，可促进毛细血管内皮细胞生长、提高缺血组织温度、改善机体微循环。然而，目前尚未有研究探索积分波微磁场治疗仪是否对血液中炎症因子及氧化应激指标的变化产生影响。本研究以大气PM_2.5混悬液气管滴注引起血液中炎症因子及氧化应激指标变化的大鼠为模型，观察积分波微磁场治疗仪对PM_2.5暴露引起的血液炎症因子增多及氧化应激指标变化是否存在干预作用。氧化/抗氧化系统的平衡对细胞生存状态有决定性作用，自由基产生与消除失衡可导致机体氧化应激的发生，进而引起膜质脂、蛋白质及DNA等生物大分子的损伤，破坏蛋白质及DNA的正常结构与功能。SOD及GSH-Px是生物体内重要的抗氧化酶，可防止机体细胞受到氧化损伤，当T-SOD、GSH-Px活性下降时，机体氧化应激防御系统就会受损。与T-SOD、GSH-Px不同，MDA是细胞膜脂质氧化的最终产物，浓度增加则表明机体内氧化应激的发生或加剧。IL-1β、TNF-α是机体重要的炎症因子，可对心血管系统产生炎性损伤。本次实验中，与空白对照组相比，生理盐水对照组及积分波微磁场干预对照组大鼠血清中炎症因子及氧化应激指标水平未见明显变化，说明生理盐水气管滴注或以每天5次及以下的频率进行积分波微磁场处理对健康大鼠不产生与本次实验目的有关的影响。与PM_2.5暴露组相比，积分波微磁场（每天3次）干预组大鼠血清中IL-1β、TNF-α浓度显著降低，T-SOD、GSH-Px活力显著升高，提示积分波微磁场（每天3次）干预可能对PM_2.5气管滴注引起的大鼠血清中炎症因子及氧化应激指标变化产生干预作用；积分波微磁场（每天5次）干预组中虽可见IL-1β、TNF-α、MDA浓度降低及T-SOD、GSH-Px活力升高趋势，但变化不明显，原因可能是每天5次的处理频率并不是针对大鼠血清中炎症因子及氧化应激指标变化的最佳干预频率，也可能与其他因素有关，但具体原因需进一步探索。总之，目前尚不能认为积分波微磁场（每天5次）干预可对PM_2.5混悬液气管滴注引起的大鼠血清中炎症因子及氧化应激指标变化产生干预作用。

积分波微磁场治疗仪可对PM_2.5混悬液气管滴注染毒引起的大鼠血清中炎症因子及氧化应激指标变化产生影响，其中积分波微磁场（每天3次）干预对减少PM_2.5引起炎症因子及氧化应激指标变化干预作用比较明显。