周小婷 王春仁 陳虹 張梅玲

1 中國食品藥品檢定研究院 （北京 100050）

2 中國藥科大學(xué) （南京 211198）

0.引言

伍德羅-威爾遜國際學(xué)者中心的新興納米科技產(chǎn)品項目（Project on Emerging Nanotechnologies，PEN）羅列了300 多個含納米銀的的產(chǎn)品，遠遠超過了含碳、鈦、硅、鋅、金的產(chǎn)品，位居納米科技產(chǎn)品之首[1]。由于納米銀的廣闊的比表面積，其物理、化學(xué)、生物特性有很大的改變[2]，表現(xiàn)出獨特的抗細菌、真菌、病毒以及抗炎癥的特性[3]。因此，納米銀產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)（包括診斷、治療、藥物傳遞系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備包被以及個人護理）、家電、服裝、體育用品和食品接觸材料[4～7]。納米銀的廣泛應(yīng)用增加了人體暴露于納米銀的風(fēng)險，所以，有必要了解納米銀的潛在毒性，以及它在機體中的分布、蓄積以及清除情況。本文將按納米銀進入機體的不同方式對其代謝情況作詳細綜述。

1.經(jīng)皮膚進入機體

納米銀經(jīng)皮膚進入機體，主要是由于其在臨床（慢性創(chuàng)傷和潰瘍、術(shù)后創(chuàng)口敷料、血管和尿管導(dǎo)管、氣管導(dǎo)管、矯正外科器械、血管假體、心臟瓣膜的線環(huán)[8]）和紡織品上的應(yīng)用。納米銀敷料在治療二度創(chuàng)傷（partial-thickness wounds）時，可以減少換藥期間的疼痛和焦慮，減少換藥次數(shù)和護理時間，降低費用，加速表皮再生，降低感染率以及抗生素的耐藥性和依賴性[9]，然而過度的使用納米銀產(chǎn)品會導(dǎo)致全身的中毒[10,11]。皮膚是人體最大的器官，它使體內(nèi)各種組織和器官免受物理性、機械性、化學(xué)性和病原微生物性的侵襲[12]，盡管完整的皮膚能起到很好的阻礙作用，納米銀更容易通過受傷的皮膚（燒燙傷和潰瘍）進入機體。盡管納米銀敷料和外科縫線已經(jīng)獲準(zhǔn)應(yīng)用于臨床并且收到了較好的效果，但是，它的真皮毒性仍然引發(fā)了關(guān)注和爭議[6]。

1.1 動物實驗

Nadworny P L 等在豬的一側(cè)造成接觸性皮炎，另一側(cè)給予納米銀后，真皮中炎癥細胞凋亡明顯增加，同時促炎癥因子TNF-α、IL-8 降低，抗炎癥因子IL-4、表皮生長因子、角質(zhì)細胞生長因子、角質(zhì)細胞生長因子2 增加[13]。Samberg M E 等發(fā)現(xiàn)納米銀敷料連續(xù)14 天應(yīng)用于正常的豬皮膚表面后，顯微鏡下沒有觀察到嚴(yán)重的刺激反應(yīng)，然而超微結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn)致炎點并且納米銀在皮膚表面以及上層角質(zhì)層[14]。秦宇等采用細胞劃痕染料標(biāo)記示蹤技術(shù)檢驗細胞間隙連接通訊的改變，發(fā)現(xiàn)納米銀材料中釋放的銀離子對人永生化表皮細胞HaCaT 細胞間隙連接通訊沒有明顯影響[15]。因此，納米銀的抗炎癥作用是由于納米銀顆粒與皮膚上層細胞間的相互作用-通過釋放生物信號完成的。

在皮膚完整性遭到破壞的動物模型中，在臟器中檢測到銀，說明納米銀可以穿透受損的皮膚。在豬2%體表面積TBSA 的燙傷模型，應(yīng)用Acticoat 納米銀敷料，血液中銀含量是在2 到3周后為38μg/l，之后迅速減少，6 周后檢測不到。銀在四只豬的肝臟中都檢測到（1.413μg/g）、四只豬的心臟中都檢測到（0.342μg/g）、三只豬的腎臟中檢測到（1.113μg/g）、兩只豬的腦中都檢測到（0.402μg/g）[16]。然而大鼠5%TBSA 深二度蒸汽燒傷（deep partial-thickness wounds）模型，連續(xù)30 天應(yīng)用納米銀乳膏。給藥結(jié)束24h 處死時，納米銀僅在脾組織中有明顯的蓄積[17]。耿健等在兔耳兩側(cè)4 個直徑10mm 的創(chuàng)面，應(yīng)用納米銀敷料后，銀能迅速入血，通過血液循環(huán)分布于肝、腎、脾等臟器；移除敷料后，血、肝、腎、脾中納米銀含量迅速下降至正常值，不會產(chǎn)生累積現(xiàn)象[18]。造成這種差異的原因可能是不同種屬的皮膚結(jié)構(gòu)的差異，也可能是納米銀敷料的不同。

1.2 臨床研究

臨床的研究由于限制性主要集中在血液學(xué)的研究。26 例患者5%TBSA（均值）連續(xù)5 天敷納米銀敷料，患者第3 和第5 天血清和尿中納米銀含量增加，但第14 天下降到正常水平，7 例患者在第7 天時出現(xiàn)輕度的肝功能異常，腎功能正常[19]。30 位12%TBSA 創(chuàng)傷需要皮膚移植的病人應(yīng)用Acticoat 納米銀敷料，在第9 天銀含量最高為56.8μg/L，六個月后為0.8μg/L，沒有血液學(xué)和生物化學(xué)毒性[20]。值得注意的是，盡管上述案例中都出現(xiàn)肝臟功能異常，但不能區(qū)分出是由于應(yīng)用納米銀敷料還是創(chuàng)傷本身造成的。Moiemen N S 等研究6 位46.1%TBSA 創(chuàng)傷需要皮膚移植的病人應(yīng)用Acticoat 納米銀敷料，在第9.5 天銀含量最高為200.3μg/L，治療結(jié)束后到達164.8μg/L，隨訪9 個月結(jié)束后為8.2μg/L（平均每天的清除速率為1.5%）。盡管有4 位病人出現(xiàn)了肝藥酶上升以及血液學(xué)參數(shù)的異常，但我們認為是嚴(yán)重的創(chuàng)傷而不是納米銀的毒性造成的。研究中最大創(chuàng)傷71%體表面積卻是血液中銀含量最低的，原因可能是三度創(chuàng)傷沒有血管（與二度創(chuàng)傷相比），以及因為傷勢重移植較早，皮膚完整性增強[21]。研究發(fā)現(xiàn)在已經(jīng)愈合的樣本中，納米銀聚合物在表層，在未愈合的樣本中納米銀滲透得更深[22]。

2.經(jīng)口進入機體

納米銀在日常消費品（牙膏、可重復(fù)使用的瓶子、哺乳奶瓶、廚房用品以及玩具）和水質(zhì)凈化以及食品穩(wěn)定劑中（如inter alia）有著廣泛的應(yīng)用，使得經(jīng)口進入機體是納米銀暴露機體的主要途徑之一[6,23,24]。嚙齒類口服納米銀的研究發(fā)現(xiàn)，血液參數(shù)的變化以及納米銀顆粒的蓄積，毫無疑問納米銀可以透過腸進入其外周血液進而分散到所有的器官[25～27]。納米銀的主要靶器官是網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)豐富的器官，這類器官的重要作用是清除進入機體的外來物質(zhì)[28]。然而由于納米銀不同的粒徑、表面電荷、包被、顆粒的穩(wěn)定性以及動物的品系、喂養(yǎng)方式、給藥時間長短、飼養(yǎng)環(huán)境，以及個體之間的差異都會造成結(jié)果的不同[26,29]。

2.1 單次給藥

7.9±0.95 nm 檸檬酸包被的納米銀被用于雄性大鼠，單次口服1、10mg/kg 后銀在糞便中被發(fā)現(xiàn)，而且血藥濃度很低，說明納米銀經(jīng)胃腸道的吸收不是很好。大部分經(jīng)過胃腸道由糞便排出體外，極少吸收入血[30]。納米銀凝膠的單次口服純度為99.96%，粒徑為45nm 的納米銀凝膠5000mg/kg，連續(xù)觀察14 天，病理組織學(xué)檢查和血液生化指標(biāo)檢測與對照組相比均沒有明顯的差異[31]。說明納米銀單次口服經(jīng)胃腸道進入機體的很少，相對安全。

2.2 短期多次給藥

wistar 雌性大鼠連續(xù)口服28 天直徑為14±4nm 的PVP 包被納米銀（純度為90%）后，糞便中發(fā)現(xiàn)高含量的銀（每日給藥量的63±23%）。在回腸的固有層中巨噬細胞溶酶體、上皮細胞層、肝臟的中央靜脈和管區(qū)、腎小球的上皮細胞刷狀緣細胞腔、腎乳頭發(fā)現(xiàn)有銀聚集和散落的銀顆粒[32]。納米銀被巨噬細胞吞噬后留在這些器官里不能被破壞，會長期刺激細胞最終導(dǎo)致氧化猝發(fā)直至引起細胞死亡[33～35]。Van der Zande 等研究發(fā)現(xiàn)雄性SD 大鼠的口服小于20nm 的非包被和小于15nm 的PVP 包被的納米銀顆粒（90mg/kg）28 天后，只有睪丸和脾臟可能有很少的顆粒狀態(tài)的吸收。該研究和大多數(shù)研究一樣，不能確定銀是在腦的內(nèi)皮細胞還是在腦組織中，因此不能確定銀是否通過了血腦屏障[29]。

納米銀顆粒除了由于粒徑的不同影響其在機體中的蓄積，還體現(xiàn)出蓄積的性別差異。小鼠連續(xù)14 天口服和323nm 的納米銀顆粒后，22、42、71nm 組造成臟器毒性以及炎癥反應(yīng)（IL-1、 IL-6、 IL-4、IL-10、IL-12、TGF-γ 等細胞因子出現(xiàn)劑量依賴）[26]。SPF 級SD 大鼠連續(xù)28 天口服羧甲基纖維素鈉為介質(zhì)的30、300、1000mg/kg 的納米銀后，在腎臟中銀含量顯示性別的影響，雌性大鼠是雄性大鼠的兩倍[25]。

2.3 長期多次給藥

F344 大鼠連續(xù)90 天口服20.56nm 的納米銀顆粒（500mg/kg、125mg/kg、30mg/kg）。4 周之后雄性大鼠，體重顯著下降，但是食物和水的消耗沒有減少。在堿性磷酸酶、膽固醇呈現(xiàn)出劑量依賴，顯示多于125mg/kg 的納米銀顆粒導(dǎo)致輕微的肝臟損傷。組織病理學(xué)顯示膽管增生高發(fā)，但是沒有壞死，纖維化，沉積。在腎臟中銀含量顯示性別的影響，雌性大鼠是雄性大鼠的兩倍[36]。雌性F433 大鼠顯示了更高的納米銀顆粒蓄積在腎臟的各個部位，包括皮質(zhì)、髓質(zhì)、內(nèi)部髓質(zhì)以及皮質(zhì)內(nèi)的腎小球[37]。

3.經(jīng)肺進入機體

納米銀是粒徑在1-100nm 的金屬銀單質(zhì)，有研究發(fā)現(xiàn)小于2.5μm 的顆?？梢赃M入肺泡[6]。在日常生活中吸入納米銀的幾率較小，但是在實驗室或者生產(chǎn)納米銀的車間可能吸入納米銀顆粒[34,38]。納米銀可以通過擴散和對流的軸向運輸?shù)姆绞匠练e在肺部，80nm 的納米顆粒模型預(yù)測人類（經(jīng)口）肺的沉積率為0.4，嚙齒類為0.15（經(jīng)鼻）[39]。因此，納米銀經(jīng)肺進入機體后的代謝情況值得研究。

3.1 單次給藥

雌 性F344 大 鼠 連 續(xù)6 小 時 吸 入133μg/m3、15nm 的納米銀[35]。給藥結(jié)束后肺中有1.7μg 的銀，隨著時間迅速減少，第7 天時只有初始濃度的4%。血液中也發(fā)生了納米銀的迅速消除，同時在肝臟、腎臟、脾臟、腦、心臟中也發(fā)現(xiàn)低濃度的銀。在鼻腔后部和肺淋巴結(jié)處發(fā)現(xiàn)較高濃度的銀。值得注意的是肝臟中發(fā)現(xiàn)較高濃度的銀（9-21%），說明肝臟在納米銀吸入后的清除中發(fā)揮了重要作用。銀從肺中清除有幾種方式：轉(zhuǎn)運到淋巴結(jié)，經(jīng)過氣管支氣管樹清除進入胃腸道系統(tǒng)和溶解的銀，吸收進入毛細血管進而進入血液循環(huán)分布到各個臟器中[35,40]。同時Kanapilly 等發(fā)現(xiàn)20nm 的比100nm 的顆粒從肺中清除速度快，可能是小顆粒更容易通過血液循環(huán)系統(tǒng)排出體外[41]。

3.2 短期多次給藥

短期多次吸入納米銀后引起了炎癥反應(yīng)，最關(guān)鍵的是影響了中樞神經(jīng)系統(tǒng)。小鼠連續(xù)10 天每天4 小時吸入5±2 nm 大小3.3 mg/m3納米銀后，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）測得給藥剛結(jié)束后肺中銀含量31μg/g（干重），給藥結(jié)束三周后為10μg/g（干重），并且引起了極輕微的炎癥反應(yīng)和細胞因子的釋放[34]。Elder A 等證實吸入納米顆粒的可以通過嗅球進入腦[42]。大鼠連續(xù)吸入納米銀28 天在脊椎嗅球中發(fā)現(xiàn)有較高計量的銀[40]。C57BL/6 小鼠14 天每天6 小時，吸入22.18±1.72nm、1.91*107 個/cm3的納米銀顆粒，大腦中73 個和小腦中144 個基因受到了影響，而這些基因主要與運動神經(jīng)元疾病，神經(jīng)變性疾病以及免疫細胞功能有關(guān)。血液的實時PCR 也得到了同樣的結(jié)論[43]。大鼠吸入30-380nm（聚集尺寸）的3 和30mg/kg 的納米銀顆粒兩周后，引起了腦水腫、損害了神經(jīng)元細胞，導(dǎo)致了學(xué)習(xí)和認知障礙（莫里斯水迷宮實驗MWM 和海馬長時程增強LTP 實驗）[44]。

3.3 長期多次給藥

八周大的大鼠連續(xù)90 天吸入49、133、515μg/m3的平均粒徑在18-19nm 的納米銀顆粒后，雌雄大鼠都出現(xiàn)了膽管增生。肺的潮氣量和每分鐘呼吸量都顯著減少。組織病理學(xué)結(jié)果顯示出現(xiàn)了劑量依賴的損傷，比如：細胞浸潤、慢性肺泡炎癥包括肺泡壁的加厚、小的肉芽腫損傷。亞慢性毒性顯示肺臟和肝臟是納米銀的靶器官。銀在肺臟、肝臟和血液中的分布體現(xiàn)了劑量依賴性。銀在脊椎嗅球中的含量要比腦高。銀在腎臟中的含量體現(xiàn)了性別差異，雌性大約是雄性腎臟銀含量的兩到三倍，這和Kim Y S 等[36]得到的結(jié)果一致。提示性別的蓄積差異和接觸的途徑無關(guān)。在腎臟中納米銀主要聚集在皮質(zhì)和髓質(zhì)的基底層部分[45,46]。

4.結(jié)語

納米銀具有獨特的抗細菌、真菌、病毒以及抗炎癥的特性，其產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于日常生活的方方面面。然而，納米銀產(chǎn)品的毒代動力學(xué)和風(fēng)險評估研究依舊遠遠不夠。2010 年德國聯(lián)邦風(fēng)險評估研究所(BfR)表示，制造商不應(yīng)該在紡織品、食品、化妝品等日常消費品中使用納米銀，直到排除潛在的健康風(fēng)險。2014 年德國環(huán)境風(fēng)險評估委員會（BfR）和聯(lián)邦環(huán)境局（UBA）對各類納米材料的潛在致癌作用進行了風(fēng)險評估：盡管存在不確定因素，現(xiàn)有的研究數(shù)據(jù)并不足以將納米材料歸類為可能導(dǎo)致癌癥的物質(zhì)之中。因此，納米材料的風(fēng)險評估和毒代動力學(xué)研究依舊任重而道遠，并且評估的重點應(yīng)該放在日常生活中經(jīng)常暴露于納米材料的人群上。

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