粉尘是主要空气污染物,生产性粉尘来源于矿石开采、陶瓷加工、玻璃制造、皮毛处理等生产性行业,是污染作业环境、损害劳动者健康的重要职业性有害因素。我国接触生产性粉尘的劳动人群超过千万,长期接触生产性粉尘会引起包括尘肺在内的多种职业性疾病。自研究者发现粉尘及其混合物质,尤其是超细颗粒(UFP)粉尘,经呼吸道吸入后不仅聚集于肺部,而且还可越过人体内多种屏障进入全身血液循环,进而到达血管和心脏等人体重要器官,粉尘对心血管系统的损伤逐渐引起了重视并成为研究热点。流行病学研究发现粉尘接触与心血管疾病的发病和死亡密切相关,粉尘的接触能升高心血管疾病的发病率和死亡率。研究者认为粉尘损害心血管系统的机制可能包括:粉尘引起的氧化应激和炎症反应、血液化学成分变化、粉尘引起的心脏自主神经功能改变,但具体的机制尚不十分明确。越来越多的研究表明粉尘引起的免疫功能紊乱及炎症损伤在心血管疾病的发生、发展中具有重要作用,其中,血管内皮细胞的损伤可能是粉尘损伤心血管系统和激发疾病的起始环节。我们前期的流行病学研究结果显示不同类型厂矿(钨矿、铜铁矿、锡矿、瓷厂)生产性粉尘的接触可增加工人肺心病、高血压心脏病等心血管疾病的死亡率,同时也发现不同类型厂矿粉尘的致病能力差异显著。另外,还有研究发现即使类型相同、但来源不同的粉尘,其致病能力也大不相同。粉尘的诸多理化性质与粉尘的致病作用密切相关,其中,粉尘的化学成分与粒径在粉尘的致病作用中起着重要作用。为探讨粉尘对心血管系统可能的损害,本研究采取体外细胞实验的方法比较(1)不同类型生产性粉尘对血管内皮细胞形状和功能的损伤;(2)不同粒径粉尘对血管内皮细胞外形和功能的损伤。为此,我们收集了来自江西和湖南的4个瓷厂和4个钨矿作业点空气中的呼吸性粉尘,以及不同粒径的石英粉尘和碳黑粉尘,分别将粉尘体外直接作用于血管内皮细胞。本研究分为两部分:一、瓷厂和钨矿生产性粉尘对血管内皮细胞的损伤效应;二、不同粒径粉尘对血管内皮细胞的损伤效应。第一部分瓷厂和钨矿生产性粉尘对血管内皮细胞的损伤效应目的:评价瓷厂和钨矿粉尘对血管内皮细胞形状和功能的损伤作用。方法:以人脐静脉内皮细胞(HUVEC)为靶细胞,采集来自江西和湖南4个瓷厂(A、B、C、D)和4个钨矿(E、F、G、H)作业点呼吸性粉尘为本次实验粉尘,以中国标准石英为对照粉尘,将粉尘配制成25、50、100、200、400μg/ml5个浓度,与HUVEC共培养24 h后,测定细胞乳酸脱氢酶活力(LDH)、细胞活力(MTT)、一氧化氮(NO)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的释放量。结果:(1)瓷厂和钨矿粉尘及标准石英均能损伤HUVEC细胞膜,引起细胞上清液中LDH活力升高,并随粉尘浓度升高而呈现剂量-反应关系,同类型厂矿的粉尘引起LDH活力升高的能力不同。综合而言,瓷厂和钨矿粉尘诱导LDH活力升高的能力接近,略低于标准石英。(2)随着粉尘浓度的增高,HUVEC细胞存活率呈下降趋势,瓷厂粉尘的作用能力略强于钨矿粉尘。在较低剂量组(25, 50, 100μg/ml)时,瓷厂和钨矿粉尘诱导细胞活力下降的能力强于标准石英,而在高剂量组(200, 400μg/ml),厂矿粉尘诱导细胞活力下降的能力低于标准石英。(3)瓷厂和钨矿粉尘及标准石英诱导HUVEC释放的NO随粉尘浓度升高而增高。除个别矿粉尘诱导NO释放的能力强于石英外,其余厂矿粉尘诱导HUVEC释放NO的能力相近且与标准石英相当。(4)瓷厂和钨矿粉尘及标准石英诱导HUVEC释放的TNF-α随粉尘浓度升高而增高。瓷厂和钨矿生产性粉尘诱导HUVEC释放TNF-α的能力相当,在较低剂量组(25, 50, 100μg/ml)时厂矿粉尘诱导细胞释放TNF-α的能力与标准石英相当,但在较高剂量组(200, 400μg/ml)时厂矿粉尘诱导细胞释放TNF-α的能力远低于标准石英。第二部分不同粒径粉尘对血管内皮细胞的损伤效应目的:通过比较不同粒径粉尘的生物学作用来探讨粉尘粒径在损伤作用中所起的作用,评价粒径对粉尘致血管内皮细胞损伤的影响。方法:以人脐静脉内皮细胞(HUVEC)为作用细胞,选择三种不同粒径的欧洲标准纯石英DQ12(DQPM1, <1μm; DQPM3~5, 3~5μm; DQPM5, 5μm)和两种不同粒径的碳黑粉尘(CB0.1, <0.1μm; CB1, <1μm)为实验粉尘,并选用中国标准石英(<5μm的呼吸性组分)为对照粉尘,将粉尘配制成25、50、100、200、400μg/ml5个浓度,与HUVEC共培养24 h后,测定细胞乳酸脱氢酶活力(LDH)、细胞活力(MTT)、一氧化氮(NO)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的释放量。结果:(1)各组粉尘均使HUVEC培养液中LDH活力升高,有剂量-反应关系。DQ12粒径越小诱导LDH活力升高的能力越强。碳黑粉尘中,在较低剂量组(25, 50, 100μg/ml)时,CB0.1诱导LDH活力升高的能力强于CB1,当粉尘剂量达到和超过200μg/ml时,CB0.1诱导LDH活力升高的能力却低于CB1。(2)随着不同粒径粉尘样品浓度的升高,HUVEC的活力呈现下降的趋势。DQ12引起HUVEC细胞活力下降呈现为粒径越小,细胞活力下降越大。碳黑粉尘在较低剂量组(25, 50, 100μg/ml)时CB0.1引起HUVEC细胞活力下降的能力稍强于CB1,但在粉尘剂量达到及超过200μg/ml时, CB0.1引起HUVEC细胞活力下降的能力弱于CB1。(3)不同粒径的粉尘样品均能诱导HUVEC释放NO水平增高,且随着粉尘浓度的升高而呈现增高的趋势。不同粒径DQ12诱导细胞释放NO能力接近。碳黑粉尘CB0.1在各个剂量水平下诱导HUVEC释放NO的能力都略强于CB1。(4)不同粒径的粉尘均能诱导HUVEC释放TNF-α,有剂量-反应关系。DQ12粉尘粒径越小,诱导细胞释放TNF-α的能力越强。碳黑粉尘除400μg/ml剂量CB1作用较强外,其它各组均为小粒径颗粒诱导细胞释放TNF-α的能力强。结论:本研究选择有代表性的四个瓷厂和四个钨矿的生产性粉尘进行体外细胞实验,结果显示不同类型、不同来源的瓷厂和钨矿生产性粉尘均能损伤血管内皮细胞,刺激细胞释放NO和TNF-α,部分验证了先前流行病学资料分析得出接触这两种类型厂矿粉尘的工人心血管疾病死亡高发的结果。通过比较不同厂矿粉尘之间、厂矿粉尘与标准石英对血管内皮细胞损伤作用,提示除游离二氧化硅之外,厂矿粉尘中含有的化学成分如含量较多的金属元素(Cu、Fe、Zn、Al)可能影响粉尘对血管内皮细胞损伤。本研究比较了不同粒径粉尘对血管内皮细胞的损伤作用,发现粒径是影响粉尘生物学作用的重要因素,粒径较小的粉尘致血管内皮细胞毒性、细胞NO和炎性因子释放的能力都高于粒径较大的粉尘。同时也发现粒径相当的不同类型粉尘(如DQPM1和CB1),或不同来源的同类型粉尘(如中国标准石英和DQPM3~5),对血管内皮细胞毒性也呈现显著差异。提示粉尘的毒性并不是单组分效应,应是多项因素的联合作用。为今后开展粉尘的预防工作及疾病预防提供基础的数据。