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Study of mercury cumulation in Cinnabar-treated rats

朱砂汞在大鼠体内的蓄积性研究



全 文 :朱砂汞在大鼠体内的蓄积性研究
梁爱华,李春英,薛宝云,王金华,赵雍,刘婷,曹春雨,易艳,郝然
(中国中医科学院 中药研究所,北京 100700)
[摘要] 目的:探讨大鼠长期给予朱砂后汞在血液、肝脏、肾脏和脑组织中的蓄积性,为阐明朱砂的中毒机制和为临床安
全用药提供科学依据。方法:① 禁食16h后的SD大鼠随机分为对照组(4只)和朱砂08g·kg-1组(28只)。朱砂组灌胃给
药1次,于给药后05,1,2,4,8,16,36h时间点各取4只大鼠,取全血、肝脏、肾脏和脑组织,测定汞含量。对照组的脏器样本
一次性摘取。② SD大鼠随机分为对照组和朱砂01,04,08g·kg-1剂量组。朱砂各剂量组每日灌胃给药1次,共给药3个
月。于末次给药后16h取血、肝、肾、脑,测定汞含量。结果:单次给予朱砂08g·kg-1后,大鼠血液、肝脏、肾脏、脑组织中的
汞含量均有所增高,从高至低顺序为:肝脏>血液>脑>肾脏。朱砂反复给药3个月后,大鼠肾脏和脑组织汞蓄积量较大。朱
砂08g·kg-1组的肾脏和脑组织的汞蓄积倍数分别高达712,274倍。而肝脏汞蓄积量较少,蓄积倍数低于2倍。其中,肾
脏的汞蓄积量占4种脏器汞蓄积总量的95%以上。尽管肾脏和肝脏的汞蓄积量相差悬殊,但朱砂以≥01g·kg-1剂量给药3
个月,即可造成肾脏毒性,也可造成肝脏毒性。结果表明,朱砂的肾脏毒性与汞在肾脏的蓄积有关;而肝脏可能对汞更敏感。
脑组织汞蓄积倍数高达20倍以上,但动物一般状况、外观行为以及脑组织形态学未见明显变化,表明大鼠的脑可能对汞敏感
性不高。结论:朱砂的可溶性汞可吸收入体内。长期用药后,汞可在肾脏、脑、肝脏组织中蓄积,其中肾脏的汞蓄积量最大。大
鼠在3个月内累积摄入可溶性汞约194μg·kg-1可能导致中毒。
[关键词] 朱砂;重金属;毒性;汞蓄积
[收稿日期] 20090520
[基金项目]  国家科技部科研 院 所基 础 研究专 项基 金
(2002DEB20067);国家科技重大专项(2009ZX09301005)
[通信作者] 梁爱华,Tel:(010)640144112895,Email:lian
gaihua@sinacom
   朱砂的主要成分是 HgS。根据2005年版《中
国药典》的规定[1],朱砂必须经过炮制以后才能入
药,其炮制品的成分有 98%以上为硫化汞(HgS)。
HgS是一种极难溶的物质,其在水中的溶出量可以
忽略不计[2],难以吸收入体内。然而,朱砂在剂量
较大、用药时间较长时仍然可能引起一定的毒性,临
床上有一些中毒事件发生[3]。前期的动物研究证
明,朱砂单次经口给药时,即使在达到临床剂量300
倍(按照人与动物体表面积折算)时也未观察到任
何毒性反应。但在相当于临床剂量的2倍(药典剂
量)的情况下反复用药1个月,可引起肝脏和肾脏
的病理变化[4]。说明朱砂急性毒性不明显,而长期
用药可产生蓄积中毒。有较多的研究证明,朱砂含
有微量的可溶性汞,而可溶性汞是可能吸收进入体
内的。本研究探讨大鼠单次或反复给予朱砂后汞在
肝、肾、脑以及血液中的分布和蓄积特点,结合前期
的毒理学研究工作,探讨朱砂的中毒规律,为朱砂的
合理使用提供基础。
1 材料
11 药材 朱砂(Cinnabaris)购自北京卫仁饮片
厂,产地贵州,为水飞制品。
12 动物 SD大鼠,SPF级,雌雄各半,体重150~
170g(北京维通利华实验动物有限公司提供,合格
证号SCKX(京)20022003)。以标准颗粒饲料饲养
(北京九江口饲料厂),动物饮用超纯水。动物饲养
于SPF动物房内,为全新风,温度20~23℃,相对湿
度40%~60%,人工光照,12h明暗周期。
2 方法
21 朱砂中硫化汞(HgS)、总汞、可溶性汞含量测

参照文献方法测定[4]。
22 试验条件控制
已知环境中广泛存在一定量汞污染。为了尽量
减少环境汞污染对本实验的干扰,本研究在给药过
程中采用超纯水配制朱砂受试物;采用一次性无菌
试管盛装受试物以及各种脏器样品。解剖时,采用
高纯水冲净脏器上的血液。
23 大鼠单次灌胃给予朱砂后血液及肝肾脑的汞
含量测定
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雄性SD大鼠32只,试验前禁食16h。取4只
作为空白对照组,其余大鼠均一次性灌胃给予朱砂
08g·kg-1(相当于临床用药的16倍),分别于给
药后05,1,2,4,8,16,36h时间点各取4只大鼠,
抽取血液,并摘取肝、肾、脑、组织,用高纯水洗净血
液,滤干水分。
称取样品005g至石英消化管中,加 15mL
HNO3和05mLH2O2,采用微波消解,定容至5mL。
将消化液稀释至适当的浓度,用 AFS230双通道氢
化物原子荧光光度计(北京海光仪器公司产品。
Widows支持的系统操作及数据处理软件,特制汞空
心阴极灯)测定血、肝、肾、脑组织中的汞浓度(由北
京大学医学院公共卫生学院仪器分析测试中心测
定),并绘制汞浓度时间曲线。
23 朱砂给药3个月后汞在血液及肝、肾、脑的蓄
积性测定
将大鼠随机分为4组,每组雌、雄性各5只,分
组为:对照组,朱砂低、中、高剂量组(01,04,08g
·kg-1)。朱砂的3个剂量组按大鼠与人体表面积
折算相当于临床的2,8,16倍。每日灌胃给药1次,
给药体积为5mL·kg-1体重,连续给药3个月。对
照组灌胃给予同体积高纯水。末次给药前禁食8h,
于末次给药后16h取血、肝、肾、脑,按照前述相同
的方法测定汞浓度。
24 计算和统计分析
各组不同组织的汞含量数据用 珋x±s表示,采用
方差分析进行统计学处理,用药组与对照组比较,
P<005为有显著性差异。另外,计算各给药组血
液、肝脏、肾脏和脑组织中汞的蓄积倍数(汞蓄积指
数=给药组汞含量/对照组汞含量)。
3 结果
31 朱砂中的HgS、总汞、可溶性汞含量
结果显示,朱砂中 HgS含量为981%;总汞含
量为87%;可溶性汞含量为215μg·g-1。
32 朱砂单次用药后血液和肝、肾、脑中的汞含量
由于自然界环境中普遍存在一定量的汞,因
此在正常情况下动物的不同脏器中均可测到不
同量的汞。本研究结果显示,对照组大鼠的血液
和主要脏器肝、肾、脑均有一定量的汞,其中肾脏
的汞含量最高,平均含量(562±96)ng·g-1
(组织湿重);血液中汞含量最低,平均(111±
51)ng·g-1。大鼠一次灌胃给予朱砂 08g·
kg-1后,血液、肝、脑组织中的汞含量均较对照组
增高。血液中汞含量在给予朱砂后05h达到高
峰,是对照组的2倍,随后血汞含量迅速下降,4h
后降至对照组水平。肝脏中汞含量于给药后05
h达高峰(813±273)ng·g-1组织,约为对照
组的29倍。脑组织汞含量于给药后 05~1h
增高,但增高幅度较小,其汞含量分别为对照组
的15~17倍。与其他组织相比较,一次性灌
胃给予朱砂 08g·kg-1后,肾脏组织在各时间
点的汞含量增高幅度不大,仅在给药后 8h小幅
度增高。结果表明,大鼠一次灌胃给予朱砂 08
g·kg-1后,有一定量的汞能吸收进入体内,并能
分布于血液、肝脏、脑等主要脏器,汞含量从高至
低依次为肝 >血 >脑 >肾。
图1 大鼠一次性灌胃朱砂后血液、肝、肾、脑组织的汞含量
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33 朱砂长期给药后汞在血液、肝、肾、脑的蓄积
331 累积朱砂摄入量和可溶性汞摄入量 大鼠
每日灌胃给予朱砂08,04,01g·kg-1,连续3个
月,3个剂量组累积摄入的朱砂量分别为72,36,9g
·kg-1。根据朱砂中含有的可溶性汞含量215μg
·g-1计算,高、中、低剂量组分别累积摄入可溶性汞
约为1548,774,194μg·kg-1(表1)。
表1 各组动物累积摄入的朱砂和可溶性汞量
组别
剂量
/g·kg-1·d-1
累积摄入量
朱砂
/g·kg-1
可溶性汞
/μg·kg-1
朱砂 01 9 1935
04 36 774
08 72 1548
332 不同脏器的汞蓄积 连续灌胃给药3个月
后,肾脏和脑组织的汞蓄积较明显;肝脏虽有一定汞
蓄积,但蓄积程度较低;血液中的汞蓄积不明显。汞
蓄积程度的高低次序为肾脏>脑>肝脏>血液。朱
砂08,04,01g·kg-13个剂量组的肾脏汞含量分
别为对照组的712,482,168倍,可见肾脏的汞蓄
积程度与剂量增高成正比例,说明剂量越大,汞蓄积
倍数越高。朱砂08,04,01g·kg-13个剂量组的
脑组织汞含量分别为对照组的274,311,204倍。
在中、高剂量水平(04,08g·kg-1),脑组织的汞
蓄积与剂量增高不完全成比例;而在低、中剂量,其
汞蓄积与剂量成正比例。朱砂高、中剂量组肝脏的
汞含量分别为对照组的183,146倍,低剂量组与
对照组接近。与肾脏和脑组织汞蓄积程度相比较,
肝脏的汞蓄积水平相对较低。朱砂3个剂量组血液
的汞含量与对照组相近。结果表明,朱砂长期用药
时血液的汞蓄积不明显,而主要的蓄积器官为肾脏
和脑(表2,3)。
表2 大鼠灌胃朱砂3个月后主要脏器中汞蓄积情况(珋x±s,n=10) ng·g-1
组别
剂量
/g·kg-1·d-1
脏器汞含量
血液 肝脏 肾脏 脑
对照 - 1072±539 7101±3930 132±26 191±158
朱砂 01 1381±339 6005±3409 2213±3502) 3902±12452)
04 1247±223 10381±5303 6369±21721) 5944±12642)
08 1425±251 12980±6043 9393±24572) 5242±13752)
  注:与对照组比较1)P<005,2)P<001。
表3 血液、肝脏、肾脏和脑组织汞蓄积倍数(n=10)
朱砂剂量
/g·kg-1·d-1
汞蓄积倍数
血液 肝脏 肾脏 脑
01 129 085 1677 2043
04 116 146 4825 3112
08 133 183 7116 2745
4 小结与讨论
前期研究显示[4],动物单次灌胃给予朱砂时,
即使剂量高达24g·kg-1(按动物与人体表面积折
算相当于临床剂量的300倍),而动物未见明显的
毒性反应。但是,如果在01,04,08g·kg-1(相
当于临床剂量的2,8,16倍)剂量下长期灌胃给药,
可造成肾脏和肝脏组织损伤,表明肾脏和肝脏为朱
砂的主要毒性靶器官。尽管在研究中未发现脑组织
产生病理变化,但是,根据古代文献《本草备要》[5]
记载“朱砂多服令人痴呆”和现代临床中毒病例报
道,大剂量和长期用药可造成神经系统不良反
应[3],说明脑也是朱砂的主要毒性靶器官之一。
由于汞在环境中普遍存在,因此,正常机体内存
在一定量的汞。本研究结果显示,正常对照组大鼠
血液、肝脏、肾脏、脑中的汞含量基础值分别为
(1114±515),(2808±564),(5617±964),
(3478±1238)ng·g-1,其中肾脏中的汞含量最
高。尽管朱砂炮制品98%以上的成分为极难溶于
水的HgS,该成分理论上很难被胃肠道吸收。然而,
给大鼠一次性灌胃给予朱砂08g·kg-1后,血液、
肝脏、肾脏和脑组织中的汞含量均较各脏器组织的
基础值增高。结果表明,朱砂中含有一定量的可溶
性汞可以被吸收入体内。单次给药后,上述4种组
织的汞含量从高至低顺序为肝 >血 >脑 >肾。可
见,肝脏最高,肾脏最低。但是,朱砂长期给药后,
肝、肾组织中汞蓄积量的高低状况正好与之相反。
朱砂01,04,08g·kg-13个剂量给药3个月后,
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均呈现为肾脏组织汞蓄积量最高(分别相当于对照
组的1677,4825,7116倍),而肝脏组织的汞蓄积
却很低(分别相当于对照组的 085,146,183
倍)。可见,尽管单次给药后肾脏汞含量并不高,但
是,由于肾脏是体内汞的主要排泄器官,当汞流经肾
脏时,汞容易与肾脏组织的含巯基蛋白质结合,造成
汞在肾脏大量蓄积。在前期进行的大鼠毒性试验中
发现,朱砂更容易造成肾脏毒性。在相同的用药时
间内,致肾毒性剂量为致肝毒性剂量的1/2;在相同
的剂量下,致肾毒性的时间为致肝毒性的时间的1/
2。该现象可以从本研究的脏器汞蓄积结果得到解
释,即:朱砂反复用药的肾脏毒性与汞在肾脏中更容
易蓄积有关。然而,朱砂致肝、肾毒性的剂量或时间
差异似乎与脏器中的汞蓄积程度的差异不相称。尽
管肾脏中的汞蓄积倍数较肝脏高约40倍,但朱砂致
肾脏毒性的剂量仅比肝毒性剂量低1倍[4](给药1
个月时,朱砂致肾脏毒性剂量为04g·kg-1、致肝
脏毒性剂量为08g·kg-1),表明肝脏对汞的敏感
性较肾脏高。本研究还发现,朱砂01,04,08g·
kg-13个剂量组脑组织中的汞蓄积均相当高(蓄积
倍数2043,3112,2745倍)。然而前期的研究显
示,动物在该剂量范围未表现出动物的一般情况和
活动异常,脑组织形态学也未见明显异常,表明大鼠
的脑组织可能对汞相对不敏感,或者是,尚需建立更
加敏感的检测神经毒性的指标,才能发现朱砂的神
经毒性。
朱砂以01,04,08g·kg-1剂量给药3个月
后,大鼠累积摄入可溶性汞的量分别为1935,774,
1548μg·kg-1。一般情况下,处于本实验周龄范
围大鼠的血液、肝脏、肾脏、脑重量分别约为7,12,
18,20g。3个剂量组各自所测脏器组织的汞总量
(血、肝、肾、脑汞量之和,扣除对照组相应组织的本
底值)分别约为384,1175,1750μg,各相当于占
摄入的可溶性汞总量的44%,34%,25%。其中
肾脏占4种脏器汞总量的975%,955%,953%。
可见汞在体内绝大部分蓄积于肾脏。
前期报道,给药3个月内,朱砂导致肾脏和肝脏
毒性的最低剂量均为01g·kg-1,当剂量降低为
005g·kg-1时,肾脏和肝脏均未见毒性损伤,表明
朱砂01g·kg-1为中毒阈剂量[4]。根据朱砂的可
溶性汞为215μg·g-1计算,估计在3个月内累积
摄入可溶性汞约194μg·kg-1可能导致中毒。
[参考文献]
[1] 中国药典[S]一部2005:236
[2] 王夔生命科学中的微量元素[M]2版北京:中国计量科
学出版社,1996:888
[3] 梁爱华,徐严菊,商敏凤朱砂的不良反应分析[J]中国中药
杂志,2005,30(23):1809
[4] 梁爱华,王金华,薛宝云,等 朱砂对大鼠的肝肾毒性研究
[J].中国中药杂志,2009,34(3):312
[5] 汪昂本草备要[M]北京:商务印书馆,1954:238
StudyofmercurycumulationinCinnabartreatedrats
LIANGAihua,LIChunying,XUNBaoyun,WANGJinhua,ZHAOYong,LIUTing,CAOChunyu,YIYan,HAORan
(InstituteofChineseMateriaMedica,ChinaAcademyofChineseMedicalSciences,Beijing100700,China)
[Abstract] Objective:ToinvestigatethemercurycumulationfolowingsingledoseorlongtermuseofCinnabartoratsMeth
od:TheCinnabarwhichwasusedinthestudycontains98% insolublemercuricsulfide(HgS)and215mg·kg-1solublemercuric
compoundsTwoseparateexperimentswereperformed:① TweentyeightfastingSDratswereoralygivenasingledoseofCinnabarat
thedoseof08g·kg-1andtheotherfourratsweregivenultrafiltratedwaterservedascontrolgroupBlood,livers,kidneysand
brainsoffourratsweretakenoutat05,1,2,4,8,16,36hrespectivelyaftertreatmentMercuryquantityofeachorganorbloodsample
wasmeasured②FortySDratswererandomlydividedintofourgroups:controlgroupandCinnabar01,04,08g·kg-1groups,
eachgroupcontaining5femalesand5malesTheratswereintragastricalytreatedwithCinnabaronceadayforsuccessively90days,
whilethecontrolgroupwasgivenultrafiltratedwaterMercurycontentsinblood,livers,kidneysandbrainofeachratweremeasured
at16hoffastingafterlastdosingResult:Mercurycontentsofblood,liver,kidneyandbrainincreasedslightlyaftersingledosingof
Cinnabaratdoseof08g·kg-1,withtheorderfromhightolowliver>blood>brain>kidneyWhereas90dayoraltreatmentofCin
nabarledtosignificantcumulationofmercuryinorgansbutnotinbloodKidney’scumulationofmercurywasmuchhigherthanany
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othertestedorgansandbloodBrain’smercurycumulationwasalsoveryhighThecontentsofmercuryinkidneyandbrainof08g·
kg-1group(totalintakeofsolublemercurywithin90dayswas1548μg·kg-1)wererespectively712and274timeshigherthan
controlgroupEventhoughinthelowestdose01g·kg-1group(totalintakeofsolublemercury194μg?kg-1),themercurycumu
lationfoldsinkidneyandbrainwere1677and2043respectivelyHowever,livergotlowermercurycumulationthankidneyand
brain,whichledtoonly2foldsmercurycumulationatdoseof08g·kg-1Ourpreviousstudyshowedthat90dayadministrationof
Cinnabaratthedose≥01g·kg-1(totalintakeofsolublemercury194μg·kg-1)couldcausepathologicalchangesinkidneyand
liver,indicatingbothwerethetoxicitytargetsforCinnabarThosemanifestedthatlivercouldbemoresensitivethankidneytomercury
Thoughbraingot20timesmercurycumulationafter90daytreatment,theanimalsshowednoabnormalsignsingeneralbehaviorand
brainhistomorphology,whichindicatedthatratbrainwasnotsensitivetomercuryConclusion:SolublemercuryinCinnabarcanbe
absorbedcausinghighcumulatedinsomeorgans,suchaskidneyandbrainafterlongtermuseofCinnabarLiverhadalsomercurycu
mulation,butwasmuchlowerthankidneyTotalintakeofsolublemercuryfor≥194μg·kg-1within90dayscouldcausetoxicosisby
mercurycumulation。
[Keywords] Cinnabar;toxicity;mercury;cumulation
[责任编辑 古云侠]
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