馬向輝 李明 郭磊

[摘要]目的 研究兔慢性飲水型鎘中毒血液、滑膜、軟骨及軟骨下骨鎘含量及其相關(guān)性。方法 28只新西蘭大白兔，均為兩個半月齡，雌雄各半，從雌性及雄性大白兔中各隨機取1只，逐次抓取，將其分為對照組及實驗組，每組14只，單籠喂養(yǎng)。對照組用正常飲用水喂養(yǎng)，實驗組用40 mg/L氯化鎘飲用水喂養(yǎng)。3個月后處死，采用原子吸收光譜法測定標本中鎘的含量。結(jié)果 實驗組兔子血液，滑膜、軟骨及軟骨下骨鎘含量較對照組表達明顯增高（P<0.05），實驗組關(guān)節(jié)軟骨鎘含量與軟骨下骨、滑膜及血液中的鎘含量成正相關(guān)（r=0.959，0.556，0.942;P<0.05）。結(jié)論 兔慢性飲水型鎘中毒可導致鎘在血液、滑膜、關(guān)節(jié)軟骨及軟骨下骨中蓄積，關(guān)節(jié)軟骨中的鎘來源于軟骨下骨、滑膜及血液，但主要來源于軟骨下骨，鎘在上述組織中蓄積，最終可能會導致骨性關(guān)節(jié)炎發(fā)生。

[關(guān)鍵詞]鎘;中毒;軟骨;骨關(guān)節(jié)炎;兔;膝

[中圖分類號] R114? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1674-4721（2019）9（c）-0038-03

[Abstract] Objective To study the content and correlation of cadmium in blood， synovium， cartilage and subchondral bone of rabbits after drinking water with cadmium gradually. Methods Twenty-eight New Zealand white rabbits （equal proportion of male to female） aged two and a half months old， were randomly selected from female and male groups alternatively. They were divided into control group and experimental group， 14 rabbits in each group. They were fed in every single cage. In the control group， rabbits were fed with normal drinking water， and in the experimental group， they were fed with water containing 40 mg/L cadmium chloride. After three months， all rabbits were sacrificed. The cadmium content in the specimens was determined by atomic absorption spectrometry. Results The cadmium content in the blood， synovium， cartilage and subchondral bone of the experimental group was significantly higher than that of the control group （P<0.05）. The cadmium content of the articular cartilage in the experimental group was positively correlated with the cadmium content in the subchondral bone， synovium and blood（r=0.959， 0.556， 0.942; P<0.05）， respectively. Conclusion Chronic poisoning of drinking water containing cadmium can cause cadmium accumulation in blood， synovium， articular cartilage and subchondral bone. Cadmium in articular cartilage is derived from subchondral bone， synovium， and blood， but mainly from subchondral bone. Cadmium accumulates in these tissues and may eventually lead to osteoarthritis.

[Key words] Cadmium; Poisoning; Cartilage; Osteoarthritis; Rabbit; Knee

鎘是一種有毒的重金屬，具有很強的生物活性，鎘在土壤及水中具有較強的化學活性，進入食物鏈后，若被人及動物攝入，會在體內(nèi)蓄積，影響多種臟器功能。研究較多的是鎘易在骨及腎臟大量蓄積導致骨質(zhì)疏松及腎臟的損傷[1]，但鎘是否易在關(guān)節(jié)軟骨及滑膜等處蓄積，是否影響其功能，以及如何影響，目前研究較少，本研究通過飲水的方式使兔子染毒，然后測定兔子血液、滑膜、軟骨及軟骨下骨的鎘含量，并對其相關(guān)性進行分析，現(xiàn)報道如下。

1材料與方法

1.1實驗動物

健康新西蘭大白兔28只，山西醫(yī)科大學實驗動物中心提供，均為2個半月齡，平均體重（1.38±0.18）kg，雌雄各半。

1.2實驗方法

將28只新西蘭大白兔隨機分成兩組，雌雄各半，每組14只。置于鐵籠內(nèi)，自由攝食及飲水，采用飲水染毒的方法，實驗組用40 mg/L氯化鎘飲用水喂養(yǎng)，對照組用正常飲用水喂養(yǎng)，其他條件相同。在染毒期間，每日觀察并記錄每組大白兔的飲水量，飼養(yǎng)3個月后用空氣栓塞法處死，開胸后用10 ml注射器從左心室取全血5 ml，放入含抗凝劑的玻璃瓶中-70℃保存。完整剖取雙膝關(guān)節(jié)（包括股骨遠端及脛骨近端）全層軟骨，剝?nèi)‰p膝關(guān)節(jié)內(nèi)滑膜，取脛骨平臺處部分軟骨下骨，分別放入玻璃瓶中-70℃保存。用15 ml消解液（HNO3與HLO4按4∶1混合）與準確稱量質(zhì)量的標本相混合，完全消化后，用容量瓶定容至50 ml，然后取定容液2 ml，采用原子吸收光譜法測定標本中鎘的含量。

1.3統(tǒng)計學方法

采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理，計量資料以均數(shù)±標準差（x±s）表示，采用t檢驗及直線相關(guān)分析，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2結(jié)果

2.1兩組不同組織鎘含量的比較

實驗組關(guān)節(jié)軟骨、滑膜、血液及軟骨下骨鎘含量均明顯高于對照組，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）（表1）。

2.2實驗組關(guān)節(jié)軟骨鎘含量與滑膜、血液及軟骨下骨鎘含量相關(guān)性分析

關(guān)節(jié)軟骨鎘含量與滑膜鎘含量成正相關(guān)（r=0.556，P=0.039）;與血液鎘含量成正相關(guān)（r=0.942，P=0.000）;與軟骨下骨鎘含量成正相關(guān)（r=0.959，P=0.000）。其中軟骨下骨鎘含量相關(guān)度最高，血液及滑膜次之。

3討論

血鎘水平可反映兔子體內(nèi)鎘蓄積的程度及近期鎘暴露的情況，實驗組兔血液中鎘含量較對照組明顯升高，與其飲用富含鎘的水密切相關(guān)。鎘經(jīng)消化道吸收后進入兔體內(nèi)，部分存在于紅細胞中與血紅蛋白結(jié)合，部分存在于血清中，實驗組兔滑膜及軟骨鎘含量均高于對照組，提示其均為鎘蓄積的器官，兔滑膜組織中有血液循環(huán)，分析鎘是通過血液循環(huán)進入滑膜的，由于正常關(guān)節(jié)軟骨中沒有血液循環(huán)，關(guān)節(jié)軟骨中的鎘應該來源于與其相鄰的有血液循環(huán)的軟骨下骨和滑膜，軟骨下骨中的血液中所含的鎘被軟骨細胞吸收，滑膜中的鎘分泌入關(guān)節(jié)液后，關(guān)節(jié)軟骨細胞將其吸收可能是關(guān)節(jié)軟骨中鎘的來源。

關(guān)節(jié)滑膜由基質(zhì)和細胞及纖維構(gòu)成。內(nèi)表層平滑，為1～3層結(jié)締組織細胞，又稱滑膜細胞，電鏡下可見彼此分開而以細棘相連。因功能狀態(tài)不同可分A及B兩種類型。A型滑膜細胞主要清除關(guān)節(jié)腔和細胞外基質(zhì)的降解物，B型滑膜細胞合成和調(diào)節(jié)細胞外基質(zhì)和滑液的成分。細胞層下方即為毛細血管網(wǎng)，其下為纖維組織，其厚度因部位而不一，含有血管、淋巴管和神經(jīng)纖維，細胞成分有纖維細胞、巨噬細胞、肥大細胞和脂肪細胞。

關(guān)節(jié)滑膜可參與關(guān)節(jié)軟骨的破壞過程[2-3]，滑膜發(fā)炎時，可以產(chǎn)生多種炎癥介質(zhì)，如白介素-1（IL-1），腫瘤壞死因子（TNF-α）。IL-1可促進滑膜細胞合成并釋放前列腺素E2（PGE2）、NO和膠原酶，產(chǎn)生較強的促炎作用，加重滑膜的炎癥，能刺激滑膜成纖維細胞增殖，促進滑膜細胞與黏附分子（ICAM-1）的表達，造成關(guān)節(jié)軟骨破壞，而關(guān)節(jié)軟骨破壞產(chǎn)生的顆粒及基質(zhì)的破壞產(chǎn)物均能誘發(fā)和加重滑膜炎，促進IL-1進一步釋放。TNF-α可刺激滑膜細胞PGE的產(chǎn)生，增加骨軟骨的破壞。IL-1和TNF-α均可導致關(guān)節(jié)軟骨細胞產(chǎn)生降解軟骨基質(zhì)的酶MMP-1、3、13等，從而使關(guān)節(jié)軟骨破壞，導致關(guān)節(jié)軟骨退變發(fā)生[4-5]。骨性關(guān)節(jié)炎又稱退行性關(guān)節(jié)病，骨質(zhì)增生，骨關(guān)節(jié)病。以軟骨變性為特征性病理改變。李保馳等[6]研究發(fā)現(xiàn)，骨性關(guān)節(jié)炎患者滑膜中的MMP-3及MMP-13表達明顯上調(diào)。本實驗鎘在滑膜中蓄積，是否導致滑膜炎發(fā)生，尚需對滑膜進行組織學染色觀察及對相關(guān)因子及酶進行檢測以明確。

關(guān)節(jié)軟骨由軟骨細胞，軟骨基質(zhì)及水組成。軟骨細胞具有合成分泌并維持細胞外基質(zhì)的功能。細胞外基質(zhì)由膠原蛋白、蛋白纖維、組織液、非膠原蛋白組成，膠原纖維構(gòu)成關(guān)節(jié)軟骨的基本框架，維持關(guān)節(jié)軟骨形態(tài)結(jié)構(gòu)和抗張力強度的功能。組織液和基質(zhì)大分子間的相互作用為組織提供硬度和抗機械壓力，蛋白多糖帶有大量負電荷，可吸附水分子，使軟骨具有彈性，抗壓性。

軟骨下骨指關(guān)節(jié)軟骨沉積線以下的軟骨下骨板和骨小梁結(jié)構(gòu)，軟骨下骨板位于鈣化軟骨層與骨小梁之間，為皮質(zhì)化板層結(jié)構(gòu)，類似于皮質(zhì)骨。起傳導分散應力，抵抗剪切力，緊密聯(lián)系骨軟骨的作用。

軟骨與軟骨下骨在解剖位置上緊密相鄰，生理功能方面密切聯(lián)系，病理方面相互影響，是一個相互作用、相互依賴、既獨立又統(tǒng)一的功能單位。Radin等[7]認為，軟骨下骨像一把堅硬的椅子，而關(guān)節(jié)軟骨就像放在上面的軟墊，軟骨下骨能吸收應力，緩沖震蕩，維持關(guān)節(jié)的正常形狀。在負重狀態(tài)下，關(guān)節(jié)軟骨發(fā)生形變，猶如鐵軌與枕木之間的橡皮墊，可以保護軟骨下骨不受破壞，或者僅發(fā)生輕微的損傷。當解除壓力，由于彈性作用可迅速恢復原狀，這種彈性作用越強，緩沖效果越佳。有研究表明鎘可導致骨質(zhì)疏松[1，8-9]，發(fā)生骨質(zhì)疏松時，軟骨下骨脫鈣明顯，骨量減少，骨小梁數(shù)量下降，間距增加，吸收應力能力下降，容易出現(xiàn)微骨折，導致軟骨下骨塌陷，正常關(guān)節(jié)形狀發(fā)生改變，從而出現(xiàn)關(guān)節(jié)面受力不均，受力較集中的區(qū)域軟骨容易發(fā)生退行性變。Bobinac等[10]認為，在骨性關(guān)節(jié)炎中是關(guān)節(jié)軟骨的退行性變導致軟骨下骨的生物力學及生化學方面改變，應用組織學及組織化學方法對人工膝關(guān)節(jié)置換患者及正常尸體膝關(guān)節(jié)進行研究，結(jié)果顯示軟骨下骨形態(tài)學改變發(fā)生于關(guān)節(jié)軟骨退變后，且與關(guān)節(jié)軟骨退變程度成正相關(guān)。

本研究結(jié)果提示，鎘可在兔關(guān)節(jié)軟骨及軟骨下骨中異常蓄集，可能會導致骨質(zhì)疏松發(fā)生，關(guān)節(jié)軟骨亦可能出現(xiàn)損傷退變，最終導致骨性關(guān)節(jié)炎發(fā)生，但骨質(zhì)疏松與關(guān)節(jié)軟骨發(fā)生的先后及相互影響的機制需進一步研究。

有研究顯示[11-12]，鎘能引起細胞凋亡。Corcoran等[13]研究結(jié)果現(xiàn)示，DNA損傷是引發(fā)細胞凋亡的開始。關(guān)于鎘如何引起DNA損傷，從而導致細胞凋亡，目前有鈣通道學說及鎘影響如c-jun，c-fos，c-myc等癌基因，抑癌基因p53等學說[14]。而最近有研究顯示鎘可通過鈣通道誘導大鼠腎小管上皮細胞凋亡[15]。

軟骨細胞凋亡在骨性關(guān)節(jié)炎中發(fā)揮重要作用。Gibson等[16]在終末分化的軟骨細胞培養(yǎng)時發(fā)現(xiàn)軟骨細胞中存在凋亡現(xiàn)象，裴明等[17]研究結(jié)果顯示，關(guān)節(jié)軟骨退變時，患者不僅軟骨細胞表達A型膠原，而且存在軟骨細胞凋亡現(xiàn)象。骨性關(guān)節(jié)炎患者軟骨退變，軟骨細胞減少，軟骨細胞過度調(diào)亡可能是軟骨細胞數(shù)量減少的重要原因，是發(fā)病的重要病理機制，本實驗是否導致慢性飲水型鎘中毒的兔膝關(guān)節(jié)軟骨細胞出現(xiàn)凋亡目前尚不明確。

本研究結(jié)果提示，慢性飲水型鎘中毒可導致鎘在血液、滑膜、關(guān)節(jié)軟骨及軟骨下骨中異常蓄積，推測持續(xù)蓄積可能導致骨性關(guān)節(jié)炎發(fā)生。進一步研究滑膜、關(guān)節(jié)軟骨及軟骨下骨形態(tài)學方面的變化及骨性關(guān)節(jié)炎相關(guān)的因子如IL-1、TNF-α以及金屬蛋白酶MMP-3、13等在相關(guān)組織中的表達及調(diào)控機制能進一步加深對鎘在上述組織中蓄積相互間影響的認識。鎘可導致多種細胞出現(xiàn)凋亡，但能否導致兔膝關(guān)節(jié)軟骨出現(xiàn)凋亡及作用機制尚不明了，仍需進一步研究。

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（收稿日期：2018-05-29? 本文編輯：崔建中）