中国食物与营养2014,20(2):65—69 Food and Nutrition i13.China 铁摄入过量对大鼠胚胎发育影响的实验研究 张梦雪,马爱国,胡迎芬,汪求真,李云春 (青岛大学医学院,山东青岛266021) 摘要:目的:铁过量可使机体氧化应激水平增强,引起损伤器官组织,但对胚胎正常发育有无影响尚不明确, 本文探索铁摄入过量对雌性大鼠胚胎发育的影响。方法:雌性Wistm"大鼠60只随机分成5组,分别饲喂含不同剂量铁 的饲料:c1组(低铁组):每天铁摄入量为约1.67mg/kg体重;C2组(正常剂量组):每天铁摄入量约为7mg/kg体重; C3组(3倍高剂量组):每天铁摄入量约为21mg/kg体重;C4组(9倍高剂量组):每天铁摄入量约为63mg/kg;C5组 (27倍高剂量组):每天铁摄入量约为189mg/kg体重。6周后,雌鼠、雄鼠以2:1比例合笼交配,次日早晨作阴道涂片, 查到精子者定为妊娠第0d,怀孕雌鼠妊娠第20d称重后,麻醉、剖取胎鼠,检查胎鼠的一般状况、死胎数、吸收胎数、 外观畸形数、着床数、胚胎体长、尾长、胎重,胎盘重等,制作胎鼠内脏和骨骼标本,检查内脏与骨骼的情况。结果: 胎鼠出生情况检查显示,不同铁剂量组胎鼠体表颜色随铁剂量增加而逐渐变深,低铁组胎鼠颜色较苍白,正常剂量组淡 红(正常),c3组较红润、C4组深红、c5组紫红;生长情况分析发现,3个高剂量组胎鼠的胎重、体长、尾长和胎盘 重量随铁剂量的增加而下降;与正常剂量组比较,胎重分别降低了13.3%、16.7%和17.2%(P值均<0.05);体长分男I】 减少了3.8%、9.7%和10.0%,(P值均<0.05);尾长分别降低了3.6%、7.9%和5.O%(P值均<0.05);胎盘重分别 降低了21.2%、23.1%和26.9%(P值均<0.o5);同时发现,3个高剂量组胎鼠与正常剂量组比较,吸收胎数、椎骨色 黑率、内脏出血率有所增加,在9倍和27倍铁组吸收胎数增加显著(P<0.05),分别升高了5.88%和5.97%;椎骨色 黑率增加显著(P<0.O5),分别升高了12.7%和12.9%;内脏出血率3个高剂量铁组均增加显著(P<0.05),分别升 高了16%、27%和39%,随铁摄入量的增加而升高。结论:雌鼠摄入过量铁可使胎鼠体色变深,摄入超过正常量3倍的 铁,可增加死胎、吸收胎甚至胚胎畸形的机率,因此过量铁的生殖毒性应引起关注。 关键词:大鼠;铁过量;生理功能;胚胎发育 当前,缺铁性贫血是全球主要营养缺乏病之一,患 动物模型进行研究,为指导合理补铁提供理论依据。 病率很高,已经有研究表明,孕期铁缺乏可能是子代成 年后患代谢性综合征的危险因素之一 。最常用的防治 1材料与方法 1.1 材料 措施是采用各种补铁剂或铁强化食品等方法,但易出现 过量服用。 1.1.1 实验动物6周龄Wistar大鼠(SPF级),雄性30 当机体摄入过量的铁时,铁在体内贮留,可引起体 内铁的含量过高,称为机体铁过载,对机体造成损害。 一只、雌I生印只,共计9O只,体重1 —200g左右,购于青 岛派特福德白鼠养殖专业合作社(合格证书:0014108)。 1.1.2试剂硫酸亚铁,购于天津市北辰方正试剂厂; 维生素,购于哈尔滨兽医研究所;干酪素,购于北京奥 博星生物技术有限责任公司。 1.1.3动物饲料参考AOAC推荐的啮齿类实验动物 些动物实验研究证明,铁过量对大鼠生理机能和脏器 具有明显的副作用;补铁过量可导致体内叶酸含量减 少,而叶酸对于胚胎发育有重要意义。但铁过量对大鼠 胚胎影响的研究报道较少。妊娠期是特殊而复杂的生理 过程,妊娠期摄入过量铁是否会对胚胎的发育产生影响 及其影响机制尚不明确,有待继续深入研究。本试验旨 在探讨不同剂量的铁过量对大鼠胚胎的影响,以大鼠为 合成饲料配方,并对其进行适当凋整。 1.2方法 1.2.1 动物分组及饲养将60只雌鼠按体重分别随机 基金项目:国家自然科学基金(项目编号:81373000)。 作者简介:张梦雪(1987一),女,在读硕士研究生,研究方向:公共营养。 通讯作者:胡迎芬(1962一),女,博士,硕士生导师,教授,从事应用营养学研究。 66 中国食物与营养 第20卷 分为5组:Cl、c2、c3、C4、c5组,每组l2只,分别 饲喂含不同剂量铁的饲料,C1组(低铁组):每天铁摄 入量为约1.67rag/kg体重(饲料含铁量为11.9rag/kg); 褐色增深,低铁组粪便颜色较正常组偏白。实验期间发 现,除低铁干预后大鼠毛发稍显稀疏、双目淡红,其余 各组均未见外观异常。 2.2胎鼠的颜色 c2组(正常剂量组):每天铁摄入量约为7m 体重 (饲料含铁量为50rag/kg);C3组(3倍高剂量组):每 天铁摄入量约为21mg/kg体重(饲料含铁量为150mg/ kg);C4组(9倍高剂量组):每天铁摄入量约为63rag/ (饲料含铁量为450mg/kg);C5组(27倍高剂量 组):每天铁摄入量约为189rag/kg体重(饲料含铁量为 1 350mg/kg)。饲喂6w。分笼喂养,自由饮水进食。每 天观察记录所有大鼠的活动情况、体征及生存状况。6w 后,雌鼠、雄鼠以2:1比例合笼交配,次日早晨观察阴 分别随机选取15只同一天剖取的各组胎鼠放入培养 皿中,观察可发现,胎鼠的颜色随着铁剂量的增加有变深 的趋势,依次为较淡、普通、较红润、红润、紫红。 2.3胎鼠重、体长、尾长、胎盘重 表1显示,3个高剂量组(c3、c4、c5组)胎鼠 的胎重、体长、尾长和胎盘重量与正常剂量组、低铁剂 量组比较均有显著下降(P值均<0.05)。 表1 胎鼠重、体长、尾长和胎盘重的比较( ±S) 道涂片,查到精子定为妊娠第0d,标记怀孕雌鼠,记录 怀孕时间,未怀孕的继续交配。 1.2.2观察指标和测定方法 怀孕雌鼠妊娠第20d称 重后,以10%水合氯醛按0.3 mlMlOOg腹腔麻醉,腹主动 脉取血,剖取胎鼠。检查以下指标:(1)胎鼠的一般状 况:受孕情况、活胎数、死胎数、吸收胎数、外观畸形 注: c2、c3、c4、c5组分别同CI组比较,P<O.05; c3、c4、 C5组分别同C2组比较,P<0.05 数、着床数、胚胎体长、尾长、胎重、胎盘重等。 (2)胎鼠骨骼畸形的检查:胎仔的骨骼检查是致畸试验 一项重要观察内容,将每窝胎仔的1/2数量作此项检查。 (3)胎鼠的内脏检查:经外观检查后的胎仔随机法将胎 2.4活胎数和着床数 表2显示,各剂量组的活胎数和着床数均没有显著 差异(P>0.05)。 表2活胎数和着床数的比较 仔数1/2置于鲍音(Bouin)氏液中固定1—2w后,即 可用徒手切片观察方法进行检查。 1.3数据处理 胎鼠重、体长、尾长、胎盘重、活胎数、着床数采 用单因素方差分析;死胎数、吸收胎数、外观畸形数、 骨骼畸形采用卡方检验的连续校正法;内脏畸形采用卡 方榆验;内脏出血采用Pearson卡方检验。数据采用 SPSS17.0统计软件进行统计分析。 2 结果与分析 2.1 一般情况 实验期间动物进食正常,各组大鼠未见明显异常及 25死胎、吸收胎和外观畸形 .表3显示,死胎、吸收胎和外观畸形胎的发生率随 着铁剂量的增加有增高的趋势。仅有c4、c5组吸收胎 数高于c1、c2组有统计学差异(P<0.05)。 死亡,各铁过量组粪便呈黑褐色,并随铁剂量的增高黑 表3死胎、吸收胎和外观畸形的比较 注: c2、 、C4、c5组分别与c1组比较,P<O.05;“c3、c4、c5组分别与c2组比较,P<0.05;P :C2、C3、C4、C5组分别与cI组 比较,P :C3、C4、C5组分别与c2组比较 第2期 2.6内脏畸形 张梦雪等:铁摄人过量对大鼠胚胎发育影响的实验研究 67 c3组一只胎鼠左侧第5、6肋骨发生粘连,其余各组胎鼠 均无异常;各高铁剂量组有胎鼠椎骨颜色为黑色,C4、 C5组椎骨色黑数量显著高于C1、c2组(P<0.05)。 表4胎鼠内脏出血的比较 除c1组胎鼠有一只独眼畸形,其它各组胎鼠各指 标(腭裂,舌缺或分又,鼻道畸形,眼球有无畸形,如 少眼、小眼、无眼、独眼,脑积水、脑室扩大、脏器的 位置、数目、大小匀称性及形状等)均未出现异常。 2.7内脏出血 表4显示,各组胎鼠有不同程度内脏出血,随着铁 剂量的增加内脏出血的发生率呈升高趋势,C3、c4、 C5组均显著高于C1、C2组(P<0.05)。 2.8骨骼畸形 表5显示,各组胎鼠都有第l3肋骨短小的情况出 现,高铁剂量组(C3、CA、C5组)出现第13肋骨短小 的概率均高于C1、C2组,但差异无显著性(P>n 05); 注: C2、c3、C4、c5组分别与cl组比较,P<0.05; c3、c4、 c5组分别与C2组比较,P<0.05;P :C2、C3、C4、C5组与c1组 比较,P :C3、C4、C5组与c2组比较 表5胎鼠骨骼畸形指标 注: c2、c3、(=4、c5组分别与C1组比较,P<0.05,差异有显著性;“c3、C4、c5组分别与c2组比较,P<0.05;P :C2、C3、C4、C5 组分别与cl组比较;P :C3、CA、C5组分别与c2组比较 3讨论 矿物质对胚胎发育的发挥着至关重要的作用。妊娠 期,胚胎细胞分化和生长非常旺盛,这些过程需要 酶的参与,无酶的存在机体的一系列生命活动就不能进 行。而机体内的绝大多数酶需要微量元素的参与和激 活,因此,某些矿物质摄入过量会影响酶的活性,进而 显著下降。铁摄入量过高可对胚胎生长发育造成影响, 据芬兰17例遗传性铁超负荷婴儿观察情况,全部婴儿 为低体重儿。推测可能因为摄人过量铁阻碍了机体对锌 等营养物质的吸收、利用,胎盘血流减少,营养不足而 重量减轻,甚至发生坏死,进而造成胚胎营养供应不 足,影响胚胎的正常发育 J。铁还可能通过抑制大鼠体 内钙的吸收,使骨骼生长发育受到,甲状旁腺激素 (Parathyroid hormone,PTH)调节钙和磷的代谢,其主 要靶器官是骨、肾和小肠,PrrH作用于骨时,促进骨质 吸收,使骨钙释放人血,提高血钙含量,促进成骨细胞 的消失及破骨细胞的增殖。洪燕等 报道,钙缺乏使大 鼠血清PrH显著增加,表现为大鼠的体质量、身长和尾 长的增长均受到不同程度的抑制 ,与本研究的结果 一影响胚胎的正常发育。本研究主要探索铁过量对大鼠胚 胎的影响,研究发现,摄人过量铁可提高大鼠胚胎的死 胎数、畸胎数、吸收胎数,并对胎鼠的体重、内脏、骨 骼产生某些负面影响。 实验结果表明,摄人铁的水平可影响胎鼠的体色。 当铁摄入不足时,机体的造血功能受到,产生贫血 致鼠胎身体颜色较苍白;当铁的摄入增高时,胎鼠体色 逐渐变深。摄入过量的铁会对各脏器组织造成氧化损 致。 铁摄人过量对大鼠的着床数和活胎数无明显影响。 一伤,可使血红蛋白分子内的亚铁离子被氧化为三价铁离 子,血红蛋白变成高铁血红蛋白(methemoglobin, MetHb),MetHb与氧结合不稳定,当MetHb超过血红 方面,铁摄入量增高,可能会增加妊娠早期胚胎红细 胞,增大子宫容量,从而降低胚胎损失;另一方面,随 着摄人铁剂量的增加,可能因高铁发生fenton反应,产 生的ROS对胚胎的膜和DNA有害,危害早期胚胎,使 胚胎的着床和存活率有所降低 。增加铁摄人量对胚 胎的着床和存活有益有弊,推测两作用相互抵消最终对 蛋白总量15%以上皮肤可以出现紫绀 。这与林映才 饲料中添加铁对仔猪的肤色的研究结果基本一致。 随着铁摄入量的增高胎重、体长、尾长和胎盘重均 68 中国食物与营养 第20卷 其无显著影响,这与刘光芒的研究结果基本一致。 铁过量可导致胚胎发育异常。铁摄人量越高,外观 畸率、死胎率及吸收胎率越高;换言之,正常胚胎的数 量及质量受到影响。胚胎发育期细胞最活跃,细胞 、增殖和器官的形成均需依赖各种酶,而酶的活性 与多种微量元素密切相关,铁摄人过量通过影响酶的活 性而影响胚胎的发育 ;铁摄入过量也通过干扰机体 对锌的吸收利用,使血锌降低,胎盘转运到胎儿的锌减 少,阻碍胎体和蛋白质合成,影响胎儿生长发育,甚至 引起胎儿缺锌死亡,造成死胎 。近20年来,已有大 量的研究支持了本研究结果,研究证明,许多微量元素 及其化合物的失衡(过多或过少)都可影响胚胎的正常 生长发育,引起流产、吸收胎、死胎、畸形等各种异 常。冈此,当微量元素进入母体过多,超出母体自身的 能力、超过胚胎的耐受限度,造成胚胎生长发育异 常,甚至死 。 各组胎鼠无内脏畸形现象,但有不同程度的内脏出 血,且内脏出血率随铁剂量的增高而升高。铁的摄入剂 量还不足以引起脏器的畸形,仅表现为早期器官损害, 如器官充血、出血等现象,这与阎春生的研究结果基本 一致 。推测其机制为铁摄入过量使抗氧化酶类活性下 降 ,导致膜的氧化损伤,红细胞流动性和变形性下 降、膜脆性升高,易导致溶血、出血 ;氧自由基可通 过脂质过氧化损伤内皮细胞,铁摄入过量使胚胎抗氧化 能力降低,导致血管损伤,发生内脏出血 。 实验表明,铁摄入过量会对胎鼠的骨骼造成某些影 响,如第l3肋骨短小和椎骨变黑等。随着铁剂量的升 高有加重的趋势。肋骨短小可能与成骨细胞活性降低, 骨基质合成速度减慢有关。过量铁剂干扰了机体对钙元 素的吸收利用,导致机体钙缺乏,骨骼矿化所需钙不 足,钙/磷比例失横,从而降低了骨矿物质沉积。Kenny 等研究发现,初断乳大鼠饲喂缺钙饲料4w,会导致骨 钙贫乏,严重影响股骨的发育,使其长度降低,骨量减 少,骨基质形成、矿化障碍,骨骼发育异常,这与本实 验的第l3肋骨短小现象吻合。而机体中3/4的铁存在 血红蛋白和肌红蛋白中,大约总铁量的5%在骨骼,铁 过量时.在骨骼沉积量增多,可影响骨骼色泽 。 综上所述,本实验展示了母鼠摄入过量的铁,对胚 胎的形态、生长发育等产生的影响,实验结果为人们客 观深入的了解铁过量造成的危害提供借鉴,为以后的研 究提供参考,并为指导合理补铁提供理论依据。铁是人 体必需的微量元素,有着十分重要的生理功能,其过量 造成的危害研究尚不全面、J0L¥0尚不明确,有待进一步 研究 ◇ 参考文献 [1]Gambling L,Andersen HS,Czopek A,et a1.Effect of timing of iron supplementation on maternal and neonatal growth and iron status of iron—deficient pregnant rats[J].J Physiol, 2004,561(1):195-203. 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Effect of Iron Overload on Embryo Development in Rats ZHANG Meng—xue,MA Ai—guo,HU Ying—fen,WANG Qiu-zhen,LI Yun—chun (Medical College of Qingdao University,Qingdao 266021,China) Abstract:[Objective]Iron overload can enhance the oxidative level and then damage tissue,but its effect on the embryo development remains unknown.This study was carried out to evaluate the effects of iron overload on the physiological functions and embryonic develop— ment.[Method]Totally 60 wistar female rats were randomly divided into five groups,and fed with the feed containing different dose of iron for 6 weeks.For C1 group(1ow iron control group)iron intake was 1.67mg/kg body weight each day,for C2 group(normal control group) iron intake was 7mg/kg body weight each day,for C3 group(as three times as norma1)iron intake was 21 mg/kg body weight each day, f0r C4 group(as 9 times as norma1)iron intake was 63mg/kg body weight each day,for C5 group(as 27 times as norma1)iron intake was 189mg/kg body weight each day.Then they were mate with male rat at a ratio of 2:1.The sperm would be check in the morning using vaginal smear and defined the day as day 0 of pregnancy for the positive rats.The pregnant female was dissected on day 20 and embryo was checked about general situation of fetal rat including number of stillbirth,absorbing birth,exterior deformation number,nidation number,body length,tail length,embryo weight and placental weight and so on.Internal organ and bone were also checked by making fetal rat organ and bone specimen.[Result]With the increase of dosage of iron for female rat,color of fetal rats became increasingly deep,C1 was pallor,C2 was reddish(norma1),C3 was bloom,C4 was crimson,C5 was purple red.Analysis of development showed that embryo weight,body length,tail length,placental weight decreased as the dose of iron intake increased.The embryo weight of three overdosage iron groups de— creased by 13.3%,16.7%,17.2%(P<0.05),the body length ofthree overdosage iron groups decreased by 3.8%,9.7%,10.0%(P <0.05),the tail length of three overdosage iron groups decreased by 3.6%,7.9%,5.0%(P<0.05),the placentla weight of three overdosage iron groups decreased by 21.2%,23.1%,26.9%(P<0.05)compared to normal group respectively.At the same time,con— pared to normal group,the number of absorbing birth,the rate of black vertebra,the rate of visceral hemorrhage of three overdosage groups increased.For CA and C5,there were obvious increase such as the number of absorbing birth increased by 5.88%and 5.97%(P<0.05), and the rate of black vertebra was increased by 12.7%and 12.9% (P<0.05)compared to normal group respectively.There were obvious increase of the rate of visceral hemorrhage of three overdosage groups.which were 16%,27%and 39%respectively compared to normal group,and progressively increased as the increase of iron intake.[Conclusion]The color of fetal rats grew darker with the excessive iron in— take by female rat.Three times iron intake as normal increased the risk of stillbirth,absorption and monster.The toxicity of iron overload to the reproduction should arise wide attention. Keywords:rats;iron overload;physiological function;embryonic development (责任编辑李婷婷)