王蕾1,白樹(shù)民2,石階平1(1.中國農業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與功能食品實(shí)驗室 北京100094;2.白樹(shù)民 航天醫學(xué)研究所,北京 100094 【摘要】目的 研究n-3 PUFA對微重力模型大鼠鈣代謝的影響。 方法:采用49 只雄性SD 大鼠,隨機分為5組:A組 陽(yáng)性對照 飼以 10 % 玉米油,B、C、D 飼以三個(gè)劑量水平的魚(yú)油 0.5%,1.5 %或 3.0 % 分別為低、中、高劑量;以上四組為微重力模型組;E 組 陰性對照 飼以10 % 玉米油并處于正常重力條件下。 結果:與微重力條件下攝入玉米油的陽(yáng)性對照組相比較,中劑量魚(yú)油組股骨最大抗壓強度有顯著(zhù)的提高P<0.01并且血清ALP活性最高P<0.05。飼料中魚(yú)油添加量越高,血清鈣濃度越低。高劑量魚(yú)油組血清BGP濃度有顯著(zhù)的增高 P<0.01,并接近正常重力的陰性對照組水平;并且鈣吸收率達到最高。結論:以上結果顯示(n-3)多不飽和脂肪酸對鈣代謝具有良好作用,并可推測其對骨質(zhì)疏松具有一定的預防作用。
關(guān)鍵詞: 鈣代謝;(n-3)多不飽和脂肪酸;骨質(zhì)疏松;
骨質(zhì)疏松是指一種骨質(zhì)量下降的狀態(tài),主要威脅絕經(jīng)后婦女,使她們極易發(fā)生骨折。在發(fā)達國家,骨質(zhì)疏松已發(fā)展成為流行病學(xué)研究范疇,但是此問(wèn)題在亞洲才剛剛出現。估計全世界每年有170萬(wàn)髖骨骨折患者 其中有1/3發(fā)生在亞洲。但是,到2050年 這一比例會(huì )增加至1/2,達到每年有300萬(wàn)患者之多[1]。 據美國國家骨質(zhì)疏松健康研究所和骨相關(guān)疾病研究中心的報道[2] , 在美國骨質(zhì)疏松已成為每年危及2800萬(wàn)成人健康的較為嚴重的問(wèn)題。更為嚴重的是,骨質(zhì)疏松象其他諸如心臟病、風(fēng)濕癥等慢性病一樣,并沒(méi)有早期癥狀 直到最近它的診斷只在骨折發(fā)生之后才可進(jìn)行。盡管骨質(zhì)疏松是絕經(jīng)后婦女的主要疾病,但骨關(guān)節炎及關(guān)節炎癥疾病卻困擾著(zhù)全球成百萬(wàn)的人。正是由于此種疾病與人類(lèi)健康的密切關(guān)系及其對人類(lèi)生活的直接影響使得大量學(xué)者及相關(guān)院所逐步致力于此領(lǐng)域的研究。
已有大量研究集中于骨質(zhì)疏松的治療和膳食脂肪酸對鈣代謝的影響。有研究報道,膳食脂肪能通過(guò)改變PGs的生物合成來(lái)影響骨代謝,成骨細胞可產(chǎn)生腎上腺素,其可調節骨形成及骨重吸收[3]。已經(jīng)有關(guān)于膳食PUFA、PGs和骨代謝關(guān)系的研究報告,表明膳食脂肪(n-3及n-6 PUFACLA)可以調節處于生長(cháng)期的雞和大鼠的PGE2的生成,改變骨組織中IGF-Ⅰ的濃度,引起骨生成速率的上升或下降[4]。在這些實(shí)驗中,飼以長(cháng)鏈(n-3)脂肪酸的雞和大鼠的骨生成率呈上升趨勢,表明脂肪酸對成骨細胞活性的增加作用。當對卵巢切除大鼠飼料補充EPA后,觀(guān)察到骨中礦質(zhì)元素流失減少,表明(n-3)脂肪酸對生長(cháng)期大鼠骨成型具有有益作用[5];此外,還推測EPA具有減少骨重吸收的作用。綜合國內外的一些研究,對于(n-3)PUFA對微重力模型大鼠鈣代謝的影響尚未見(jiàn)相關(guān)報道。因此本研究的目的即為探討PUFA對尾部懸吊模擬失重模型大鼠鈣代謝的影響及其對骨質(zhì)疏松的預防作用。
1 材料與方法
1.1實(shí)驗動(dòng)物
49只3周齡雄性SD大鼠單籠飼養。動(dòng)物房溫度控制在23℃~25℃,12h循環(huán)明暗,自由進(jìn)食,飲用去離子水。適應性喂養一周后,將大鼠隨機分為五組,分別供給4種不同魚(yú)油配比的實(shí)驗飼料,飼喂4周。
1.2 飼料與實(shí)驗設計
所有實(shí)驗飼料配方含10%的脂肪。PUFA來(lái)源為濃縮魚(yú)油(河北省滄州市海源生物制品有限公司),含24.9% EPA 205)n-3 27.50% DHA 226 n-3。各組飼料以玉米油(山東省諸城市興貿玉米制品開(kāi)發(fā)有限公司)作為基本脂肪來(lái)源。A組(陽(yáng)性對照)和E組(陰性對照)飼以含10%玉米油的飼料;B、C、D 三組飼以三個(gè)劑量水平的魚(yú)油 0.5% 1.5% 或 3.0% 分別為低、中、高劑量。飼料成分與含量見(jiàn)表1。A到D組為尾部懸吊模擬失重模型組[67]E組為正常重力組。盡量避免飼料和飲用水在食用前暴露于空氣中,每日清理食盆中的殘余飼料并清洗食盆。
表1. 實(shí)驗飼料配方
營(yíng)養素 (%) |
A |
B |
C |
D and E |
水分 , %
酪蛋白 , %
混合維生素 %
無(wú)機鹽 , %
纖維素 , %
磷 , %
鈣 , %
脂肪 , % |
10.0 10.0 10.0 10.0
22.0 22.0 22.0 22.0
2.00 2.00 2.00 2.00
4.00 4.00 4.00 4.00
5.00 5.00 5.00 5.00
0.90 0.90 0.90 0.90
1.45 1.45 1.45 1.45
10.00 10.00 10.00 10.00 |
玉米油 , %
魚(yú)油 , % |
9.50 8.50 7.00 10.0
0.50 1.50 3.00 --- |
1.3 實(shí)驗樣品的處理
飼喂4周后,大鼠禁食24h以每千克體重25mg 的戊巴比妥鈉(50mg/kg)腹腔注射麻醉,腹動(dòng)脈采血,抗凝血用含肝素的一次性注射器采集,對全血以1000g 在4℃離心20min收集血清;股骨最大抗壓強度采用三點(diǎn)彎曲力學(xué)實(shí)驗在質(zhì)構儀Stevens Farnell上進(jìn)行測定;BMD采用X射線(xiàn)雙光子掃描進(jìn)行測定;血清鈣、磷濃度、血清ALP以比色法采用郎道公司試劑盒測定;血清BGP含量采用酶聯(lián)免疫法用郎道公司試劑盒測定;鈣吸收率通過(guò)收集24h 糞便,以趙人錚等[7]方法測定。
2 結果
2.1 體重和組織生長(cháng)狀況
各組實(shí)驗動(dòng)物在實(shí)驗初始和結束階段的體重無(wú)顯著(zhù)性差異(P<0.01)。內臟組織的生長(cháng)狀況也無(wú)顯著(zhù)性差異表2。
表2. 體重和臟體比
組別 |
體重 ( 克 )
實(shí)驗開(kāi)始 實(shí)驗結束 |
肝體比
(%) |
腎體比
(%) |
心臟體重比
(%) |
脾體重比
(%) |
A ** |
163.4 ± 9.1 280.0 ± 20.0 |
3.020 ± 0.255 |
0.214 ± 0.0254 |
0.324 ± 0.021 |
0.799 ± 0.0759 |
B |
161.4 ± 9.4 268.4 ± 19.6 |
3.295 ± 0.451 |
0.222 ± 0.0300 |
0.318 ± 0.029 |
0.841 ± 0.0534 |
C |
158.3 ± 6.3 267.7 ± 9.9 |
3.136 ± 0.168 |
0.216 ± 0.0360 |
0.321 ± 0.011 |
0.825 ± 0.0352 |
D |
162.0 ± 12.4 282.8 ± 9.9 |
3.104 ± 0.230 |
0.206 ± 0.0357 |
0.314 ± 0.029 |
0.786 ± 0.0550 |
E |
157.7 ± 11.5 314.2 ± 28.3 |
3.073 ± 0.144 |
0.213 ± 0.0366 |
0.326 ± 0.051 |
0.763 ± 0.0448 |
在整個(gè)實(shí)驗階段,微重力條件下,大鼠體重增加的趨勢減緩但與正常重力條件相比無(wú)顯著(zhù)性差異 (P>0.05)圖1。

2.2 股骨最大抗壓強度 表 3
組別 |
n |
股骨最大抗壓強度(克秒) |
A |
10 |
1308.6 ± 56.7 d * |
B |
10 |
1618.3 ± 66.7 b |
C |
10 |
1640.8 ± 56.6 d |
D |
10 |
1508.3 ± 155.2 c |
E |
9 |
2023.2 ± 128.6 a |
股骨最大抗壓強度結果顯示,與陰性對照組相比較,陽(yáng)性對照組中大鼠的股骨抗壓強度降低了35.3%,并具有顯著(zhù)性差異P<0.01。在四個(gè)微重力模型組中,中劑量魚(yú)油組的大鼠股骨抗壓強度達到最大,較陽(yáng)性對照提高了25.3%,并且低、高劑量魚(yú)油也具有一定的提高骨強度的作用。
2.3 股骨骨密度表 4
組別 |
n |
股骨密度 ( 克 / 厘米 2 ) |
A |
10 |
0.207 ± 0.007 * |
B |
10 |
0.210 ± 0.011 |
C |
10 |
0.205 ± 0.006 |
D |
10 |
0.203 ± 0.005 |
E |
9 |
0.223 ± 0.011 |
與陰性對照組相比較,微重力條件具有降低BMD影響,而低劑量魚(yú)油組的大鼠股骨密度有增加趨勢。但各實(shí)驗組并無(wú)顯著(zhù)性差異。
2.4 血清鈣濃度表5
與陰性對照組相比較,微重力條件對血清鈣濃度具有顯著(zhù)的升高作用P<0.01。在4個(gè)微重力模型組中,與陽(yáng)性對照組相比較,高劑量魚(yú)油對血清鈣具有最為顯著(zhù)的降低作用并接近陰性對照的正常重力水平;中劑量的魚(yú)油添加也對血清鈣有一定的降低作用,但低劑量魚(yú)油組的大鼠血清鈣有增加。飼料中魚(yú)油添加量越高,血清鈣濃度越低。
組別 |
n |
血清鈣(毫克 / 分升) |
A |
10 |
3.54 ± 0.84 b |
B |
10 |
4.03 ± 0.57 a * |
C |
10 |
3.48 ± 0.67 b |
D |
10 |
2.89 ± 0.45 c |
E |
9 |
2.95 ± 0.63 c |
2.5 血清骨鈣素濃度表6
組別 |
n |
血清骨鈣素濃度(納克 / 毫升) |
A |
10 |
36.98 ± 6.066 d * |
B |
10 |
54.03 ± 12.44 c |
C |
10 |
`60.42 ± 17.74 b c |
D |
10 |
60.50 ± 13.52 b |
E |
9 |
70.26 ± 16.44 a |
在微重力條件下,血清BGP濃度比正常重力降低了61.60 %,并且具有顯著(zhù)性差異P<0.01。在微重力模型組中,與陽(yáng)性對照組相比較,隨著(zhù)魚(yú)油添加量的增大血清BGP濃度有著(zhù)顯著(zhù)的增加趨勢高劑量魚(yú)油組達到最大值60.50μg/L 。
2.6 血清堿性磷酸酶表7
組別 |
n |
血清堿性磷酸酶 (納克 / 毫升) |
A |
10 |
51.57 ± 5.498 c * |
B |
10 |
55.03 ± 11.82 c |
C |
10 |
65.64 ± 11.19 a b |
D |
10 |
61.26 ± 10.95 b |
E |
9 |
70.87 ± 21.85 a |
與陰性對照組相比較,微重力條件能夠顯著(zhù)降低血清ALP水平P<0.05。在微重力模型組中,與陽(yáng)性對照組相比較,中劑量魚(yú)油添加量對血清ALP具有最為明顯的增加作用,同時(shí)低、高劑量組也對血清ALP具有升高作用。
3 討論
生長(cháng)狀況 各實(shí)驗動(dòng)物組大鼠生長(cháng)狀況良好,體重及臟體比無(wú)顯著(zhù)性差異(見(jiàn)圖1,表1)。因而可推測本實(shí)驗所選用的尾部懸吊模擬失重模型對大鼠生長(cháng)并無(wú)不良刺激,是一種較為理想的研究鈣代謝的模型。
盡管一般認為膳食鈣可以減少骨中礦質(zhì)的丟失,但鈣并不是影響骨質(zhì)疏松的唯一物質(zhì)9。最近出現兩種對骨質(zhì)疏松的發(fā)病機制的解釋。這些理論主要集中于:(1)累積于骨基質(zhì)中的骨生長(cháng)因子數量的下降;(2)骨的形成與骨重吸收之間偶聯(lián)的損傷。這兩種變化都可以造成骨生成的減少及增加骨質(zhì)流失(骨質(zhì)疏松)的危險[9]。因此,PGE2生成的失控、IGF-Ⅰ累積及其活性的降低和骨中的其它生長(cháng)因子都可能是骨質(zhì)疏松的病因。
骨構建階段 股骨最大抗壓強度和BMD為骨骼構建狀況最為直接的反應指標(見(jiàn)表2,表3)。各實(shí)驗動(dòng)物組的BMD并無(wú)顯著(zhù)性差異(P<0.01),但骨強度在添加魚(yú)油組中均較陽(yáng)性對照組有所增加,1.5%的魚(yú)油添加組達到最大,為1640.8gs。血清鈣結果顯示,在微重力條件下,飼料中魚(yú)油含量越高,血清鈣濃度越低。并且這種降低伴隨著(zhù)鈣吸收率的升高,如在實(shí)驗第15天,3.0%魚(yú)油添加組大鼠的血清鈣濃度為同期各組最低(28.9mg/L),而鈣吸收率為最高(45.17%);而0.5%魚(yú)油添加組大鼠的血清鈣濃度為各組最高(40.3mg/L),鈣吸收率僅為29.82%。可以推論,在骨質(zhì)疏松的形成階段骨組織中的鈣丟失具有增加的趨勢,從而造成血清鈣濃度的增加;PUFA對鈣代謝具有一定的良好作用可以減少骨組織礦質(zhì)元素的再吸收,此外,體內血清鈣濃度的增加在一定程度上可以通過(guò)鈣吸收率的減少來(lái)調節。
骨形成階段 血清BGP是由骨形成細胞——成骨細胞產(chǎn)生,分泌進(jìn)入血液循環(huán),可以作為衡量骨形成的指標。本實(shí)驗中,微重力條件下,飼料中魚(yú)油含量越高,血清BGP濃度越高。有研究認為BGP與骨小梁的礦化有關(guān),它的短期存在可對骨的再形成有較為長(cháng)期的影響,并且其對PGs、細胞因子、生長(cháng)因子等各種調節因子的生成有重要作用,這些調節因子中有些分泌到骨基質(zhì)對刺激骨形成及再吸收有作用。血清ALP活性是反映骨形成的最為常規的指標,也是反映成骨細胞活性的因子[10]。本實(shí)驗結果顯示,在微重力條件下血清ALP有顯著(zhù)的下降(P<0.01),PUFA具有對其升高的影響(見(jiàn)表6)。近期有對大鼠的研究報道,與飼以高比例的n-6/n-3PUFA相比,n-6/n-3PUFA比例較低的飼料可引起骨特異性ALP活性升高及體外PGE2濃度降低[11]表明飼料中的PUFA和CLA可以調節參與骨代謝的生長(cháng)因子,影響標志大鼠骨形成狀況的生化指標。在對MC3T3-E1類(lèi)成骨細胞的細胞系進(jìn)行培養實(shí)驗發(fā)現,在融合20天后的細胞培養中用EPA處理48h要比用AA和IL-1一種與骨重吸收[12]及PGE2生成[13~16]有關(guān)的細胞因子同樣方法處理的PGE2合成降低。與AA和IL-1處理組相比,EPA處理組的ALP活性及BGP水平都有上升趨勢。這些結果表明成骨細胞合成的PGE2可作為自體有效物質(zhì)抑制成骨細胞活性從而降低骨密度。還有研究表明,當PGE2的生成減弱時(shí),人體中成熟的類(lèi)成骨細胞系中骨生成標志物有所增加[17~20]。
4 結論
以上結果顯示,膳食(n-3)PUFA對鈣代謝具有良好的作用,可以推測其對骨質(zhì)疏松具有一定的預防作用。已有大量研究證明脂質(zhì)對骨骼生理和骨組織的健康起到巨大的作用[21,22]對雞和大鼠的研究證明PUFA和CLA影響骨組織形成期的組織形態(tài)發(fā)育[11]。膳食脂肪對骨代謝的影響可能是通過(guò)調控 PGs的生物合成進(jìn)行的。PGs是由成骨細胞分泌的,對骨形成和再吸收起著(zhù)調控作用。在其與膳食PUFA及骨代謝相互作用的研究中,一些學(xué)者報道膳食脂質(zhì)n-6和n-3 PUFA,CLA調控PGE的生成,可以改變骨組織中IGF-I的濃度,從而引起生長(cháng)階段雞和大鼠的骨形成率的升高或者降低[4]。
在過(guò)去的30年中,已有大量研究證明PGE2是與骨微環(huán)境作用的主要前列腺素類(lèi),并且是通過(guò)調控特異性環(huán)境中的濃度來(lái)影響骨的生成和重吸收,因而成為改善和維持骨的完整性研究中的重中之重。盡管有其他學(xué)者從藥理學(xué)角度來(lái)研究這一論題,我們的研究重點(diǎn)是努力開(kāi)拓將膳食調節(其本身或與藥物治療相結合)作為減輕退行性骨疾病和炎癥性骨病(如骨質(zhì)疏松和類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節炎)癥狀的方法。
眾所周知,單一營(yíng)養素不會(huì )具有治療某種疾病的神奇效果,脂肪酸家族之所以具有治療某些疾病的作用,是因為它們是膳食營(yíng)養素中唯一可作為合成一族信號分子(二十烷類(lèi))的前體物質(zhì)。因而,它們對于解釋膳食是如何直接影響生理過(guò)程具有不可替代的作用。與大多數學(xué)者的觀(guān)點(diǎn)相同,我們認為增加富含n-3PUFA和CLA的膳食攝入可以通過(guò)降低細胞膜上AA的濃度來(lái)平衡二十烷類(lèi)的生物合成,從而有助于防止或減輕由(n-6)脂肪酸源二十烷類(lèi)的生成所引起的疾病。對于PUFA對骨質(zhì)疏松預防作用的發(fā)揮,是通過(guò)影響廿碳稀酸的合成還是影響區域因子如細胞因子的合成來(lái)達到的還有待進(jìn)一步研究。
參考文獻:
1 Lau EMC. Osteoporosis in Asia[M]. The Chinese University of Hong Kong . 1998 Foreword 1.
2 National Institute of Health's Osteoporosis and Related Bone Diseases National Resource Center. www. Osteo. Org. 2000.
3 Watkins BA,Lippman HE.Bioactive fatty acids role in bone biology and bone cell function[J]. Progress in Lipid Res ,2001,40: 125-148.
4 Li Y, Seifert MF Ney DM Grahn M Grant AL. Allen KDG,et al. J Bone Miner Res[J]. 1999,14 1153-1162.
5 Sakaguchi K Morita I Murota S. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids,1994, 5081-84.
6 Morey-Holton E , Wronski J. The Physiologist[J]. 1981,2445.
7 Wronski TJ,Aviat ERM. Space Environ Med [J]. 1987,5863.
8 趙人錚,陳蓓,張志新. 營(yíng)養學(xué)報[J].1986 1126156.
9 Kanis JA. Bone [J].1999,24279-290.
10 Olah Aj . Quantitative elations between osteoblasts and osteoid in primary hyperparathyroidism intestinal malabsorption and renal osteodystrophy. Virchows Arch Pathol Anat
11 Watkins BA Li Y Allen KGD Hoffmann WE Seifert MF. J Nutr [J].2000, 1302274-2284.
12 Lorenzo JA Sousa SL Alander C Raisz LG Dinarello CA. Endocrinology[J]. 1987,1211164-1170.
13 Harrison JR, Lorenzo JA Kawaguchi H Raisz LG Pilbeam CC. J Bone Miner Res[J]. 1994,9817-823.
14 Ikeda E Kusaka M Hakeda Y Yokota K Kumegawa M Yamamoto S. Biochem Biophys Res Commun [J].1988,138618-624.
15 Sato K Fujii Y Kasono K Saji M Tsushima T Shizume K. Biochem Biophys Res Commun[J]. 1986,138618-624.
16 Yamaguchi M Hashizume M. Peptides, 1994,15633-636.
17 Evans DB Bunning RAD, Russell RGG. Biochem Biophys Res Commun[J]. 1990,166208-216.
18 Evans DB Thavarajah M Kanis JA. Biochem Biophys Res Commun[J]. 1990,167194-202.
19 Igarashi K Hirafuji M Adachi H Shinoda H Mitani H. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids[J]. 1997,56121-125.
20 Kajii T Suzuki K Yoshikawa M Imai T Matsumoto A Nakamura S. Arch Oral Biol[J]. 1999,44233-241.
21 Wuthier RE.J Nutr[J]. 1993,121301-309.
22 Gunnes M Lehmann EH. Acta Paediatr [J].1995, 84388-392.
EFFECT OF DIETARY n-3 POLYUNSATURATED FATTY ACIDS ON CALCIUM METABOLISM IN THE RAT OF OSTEOPOROSIS MODEL
Wang lei 1 Bai shumin2 Shi jieping 1
1. Lab of Food Science and Functional Food China Agricultural University Beijing 100094 2. Institute of Aerospace Medicine Beijing 100094
【ABSTRACT】Objective To determine the effects of n-3 polyunsaturated fatty acids PUFA on Ca metabolism in the rat of osteoporosis model. Methods 49 male Sprague-Dawley rats were divided into five groups in micro-gravity groups A B C were fed three levels of fish oil 0.5% 1.5% or 3.0 % low middle and high level of fish oil respectively and D positive control was fed 10 wt % corn oil for 3 weeks. While E negative control was in the diet of 10 % corn oil and was in normal gravity condition. Results Peak load of fracture femur was greater in rats consuming the middle fish oil diet compared to consuming corn oil diets in micro-gravity. Serum osteocalcin was greater in rats fed high fish oil 60.50 μg/L compared to rats fed corn oil in micro-gravity 39.90 μg/L the difference between them was significant p<0.01 and serum osteocalcin in this high fish oil group approached to those in the corn oil group in normal gravity 70.26 μg/L. The higher fish oil content in diet the higher serum osteocalcin concentration in micro-gravity. Serum Ca was lower in rats receiving high fish oil diet compared to rats receiving corn oil diet in micro-gravity and serum Ca in this high fish oil group approached to those in the corn oil group in normal gravity. ConclusionThese results indicate that dietary n-3 PUFA do have distinguished effect on Ca metabolism. It can be inferred that n-3 PUFA have certain effects on prevention of osteoporosis in rats.
KEY WORDS Calcium metabolism Polyunsaturated fatty acid Osteoporosis