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學(xué)術(shù)報告廳

The effect of dietary n-3 polyunsaturated fatty acids on calcium metabolism in the rat of osteoporosis model
 

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 PUFACLA)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 205)n-3 27.50% DHA 226 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[67]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。

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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. ConclusionThese 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

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