贵州省地方性骨软化畸形儿童尿和头发氟、铝含量检测及骨组织形态计量学

贵州省地方性骨软化畸形儿童尿和头发氟、铝含量检测及骨组织形态 计量学分析
陈　艳1，李福成2 ，胡晓樱1 ，黄连芳1 ，廖进民1
（1.广东医学院天然药物研究与开发实验室，
广东湛江 524023；2. 贵州省六盘水市疾病预防控制中心，贵州六盘水 553001）
摘　要：目的 了解贵州省地方性氟中毒病区骨软化畸形儿童尿和头发中氟、铝含量及骨组织形态计量学特点。

方 法 采集14例骨软化畸形(病例组 ) 和7 例正常儿童 (对照组 )尿和头发样本检测氟、铝等元素。

同时取2例骨软化儿童和 2例 正常儿童髂前上棘处少量骨骼进行不脱钙骨制片及骨形态计量学观察。

结果 病例组尿氟、尿铝、发铝水平分别是对照 组的2.46、2.39、3.17倍，差异均有统计学意义(P<0.05) 。

病例组的骨组织形态学观察发现骨小梁胶原纤维排列紊乱，骨 内出现软骨细胞，小梁边缘大量类骨质，且其周长和面积参数明显增加，骨吸收陷窝明显增加。

结论 贵州省地方性骨 软化畸形儿童主要是氟铝联合中毒，骨组织形态学特点是骨矿化障碍、骨吸收增加。

关键词：骨软化；铝氟联合中毒；儿童；骨组织形态计量学 中图分类号：R 179 文献标识码： A 文章编号：1005-4057(2012)05-0488-04 ＤＯＩ： 10.3969/j.issn.1005-4057.2012.05.004
Ｕｒｉｎｅ ａｎｄ ｈａｉｒ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ｆｌｕｏｒｉｎｅ ａｎｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｎｄ ｂｏｎｅ ｈｉｓｔｏｍｏｒｐｈｏｍｅｔｒｙ ｉｎ ｅｎｄｅｍｉｃ ｏｓｔｅｏｍａｌａｃｉａ ｃｈｉｌｄｒｅｎ ｉｎ Ｇｕｉｚｈｏｕ ｐｒｏｖｉｎｃｅ
CHEN Yan , LI Fu-cheng , HU Xiao-ying , HUANG Lian-fang , LIAO Jin-min (1. Guangdong Key Laboratory for
Research and Development of Natural Drugs, Guangdong Medical College, Zhanjiang 524023, China)
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Ａｂｓｔｒａｃｔ： Objective To determine urine and hair levels of fluorine and aluminum and bone histomorphometry in endemic osteomalacia children in Guizhou province. Methods Urine and hair levels of fluorine, aluminum and so on were detected in 14 osteomalacia and 7 normal children, and bone histomorphometry of the anterior superior iliac spine was done in 2 osteomalacia and 2 normal children. Results Urine fluorine, and urine and hair aluminum contents in patients were 2.46, 2.39 and 3.17 times respectively compared with controls (P<0.05). The bone histomorphometry of osteomalacia children showed the derangement of trabecular collagen fibers, chondrocytes within bone, massive osteoids around trabeculae, increased osteoid perimeter and area, and elevated lacunar resorption. Conclusion The children with endemic osteomalacia in Guizhou present with fluorine and aluminum poisoning, and the characteristics of bone histomorphometry are disordered bone mineralization and increased resorption. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： osteomalacia; fluorine and aluminum poisoning; children; bone histomorphometry
[1]
贵州省是全国地方性燃煤污染氟中毒(简称燃煤 型地氟病)流行最为严重的省份之一，青少年儿童的 氟中毒也并不少见，最严重的不良后果就是对骨骼 的影响，特别是生长期的骨骼畸形，即使脱离病区 之后也不能恢复，极大地影响少年儿童的身心健 康。

随着对氟骨症病因研究的不断深入，又发现氟 中毒同时伴随着铝元素的过度吸收和蓄积，引起钙 磷铁锌等元素生物有效利用不良和低素质综合征的
地方性铝氟病 。

以往曾经有成人氟骨症的骨组织 形态计量学报道，也有少量低龄动物复制出铝氟联 [2] 合中毒模型的骨组织形态计量学的报道 ，但尚未 见少年儿童氟骨症的骨组织形态的观察研究。

为 此，我们对贵州省水城县地方性氟中毒(简称地氟 病)病区发现的有高尿铝和高头发铝含量及铝氟病骨 X线表现的骨软化畸形儿童 ，因进行矫形手术和骨 病病因检查所取得的骨质，进行骨组织形态计量学 方面的观察，为地方性铝氟联合中毒的深入研究和 防治提供资料参考。

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收稿日期： 2012-03-09；修订日期：2012-07-10 作者简介： 陈　艳(1973－ )，女，硕士，助理研究员。

1　材料和方法


1.1　实验材料与仪器 病例组材料选自贵州省水城县纸厂乡地氟病村 寨中的14例骨软化畸形儿童，采集其随时尿和头发 样本，尿液密封4 ℃冷藏待测，枕部剪下头发经白 纸包裹待测。

同时取该县非氟病区7名正常儿童随时 尿和头发样本作为对照组。

骨形态学测量选取病例 为临床表现有鸭步态和下肢长骨畸形，骨 X 线有长 骨纵轴变形、骨纹细密、颗粒骨纹，骨小梁稀疏， 有生长障碍线等表现的2名儿童，1例为 11岁男童； 另1例为13岁女童，采集进行胫骨骨软化畸形矫形手 术后所取得的剩余骨质。

骨形态学对照组为2例正常 儿童外伤性手术所取骨质，以及2例48岁左右的氟骨 症成年人手术所取胫骨骨干上段骨组织，放入 70% 酒精固定液中备用。

主要仪器和试剂：ELAN DRC-e ICP-MS 等离子 体质谱仪 (PE公司，美国)，慢速锯(Buehler,美国 )， Leica2155硬 组 织 切 片 机 (Leica， 德 国 )， Leica DMLB荧光显微镜及 OlympusDP72显微照相机，骨 形态计量学测量系统(OsteoMetrics，Inc，美国)。

甲 基丙烯酸甲酯(北京化工厂 )，甲苯胺蓝染料(国药集 团化学试剂有限公司，上海)。

1.2　方法 1.2.1　尿、头发中氟铝及其他元素水平的检测　ELANDRC-e ICP-MS 等离子体质谱仪，仪器灵敏度调 节至 1μg/ L， In 30000 cps。

尿氟用离子选择电极 法 (WS/T 89-1996)测定。

所有化学前处理工作均在 超净实验室内完成。

准确称取头发样 50 mg，尿液 100 mL，于 Teflon 封闭溶液装置中，加入消化液放 置1 h，蒸干后加入 2 mL HNO 3，加盖密封，180 ℃ 12 h， 取 出 冷 却 ， 加 入 0.5 mL HNO 3， 50 ng Rh 内 标，定容至约10 mL，经ICP-MS 测定各元素水平。

每个样品重复测定3次。

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1.2.2　骨形态学标本制备及形态学观察　固定液中 存放的骨骼样本经酒精逐级脱水，脱脂进行不脱钙 骨包埋，硬组织切片机切片。

5μm的骨切片经甲苯 胺蓝和HE染色后，镜下观察骨小梁的微观结构。

全 自动图像分析系统(OsteoMeasure)进行骨形态计量参 数的测量分析，包括包括骨小梁静态参数及反映骨 形成和骨吸收的静态和动态参数。

1. 3　统计学处理 用 SPSS 16.0统计软件包进行统计学处理，计 量资料采用t 检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2　结果 2.1　地氟病区骨软化畸形儿童尿、头发中氟铝及其 他元素水平的改变 病例组尿氟、尿铝、头发铝水平分别是对照组 2.39、 3.17倍， 的2.46、 差异有统计学意义(t = 4.591 、 2.486、 4.583， 均 P<0.05)。

病 例 组 的 尿 Mn、 Cu、 Sr分 别 是 对 照 组 的 3.25、 1.80、 3.22 倍 (t = 4.850、 2.210、 2.078， P<0.05)， Sr 均 病例组头发 Mn、 、 Fe、 Ba分 别 是 对 照 组 的 7.31、 2.41 、 4.30、 1.91 倍 (t = 6.318、3.039、2.704、5.606，均P<0.05)，差异有统 计学意义。

2.2　骨组织形态计量学观察 2例48岁左右的氟骨症成年人手术所取骨质，因 取材部位不理想，骨小梁少，断裂，无法测量而没 有进行分析。

病例组骨小梁数量增加，分离度下 降，类骨质周长和面积参数明显增加，见表1。

骨小 梁胶原纤维排列紊乱，骨内出现软骨细胞和大量类 骨质，详见图1。

病例组活性成骨周长和骨吸收周长差异没有统 计学意义 (P>0.05)，反映破骨细胞活跃程度的吸收 陷窝深度较对照组增加(P<0.05) 。

3　讨论 贵州省六盘水市卫生防疫站于 1984年首次报道
因高岭土拌煤烘烤玉米，引起氟、铝含量增高，导 致当地流行以骨软化畸形为主要症状的疾病。

同一 时期，在调查贵州铝厂氟污染的研究中发现，成年


农民头发中微量元素含量升高最明显的是铝。

随后 不断有学者通过动物实验发现，相对于正常对照 组，大鼠血清及各脏器中的氟、铝含量显著升高， 其体内蓄积含量的变化与单纯氟中毒和单纯铝中毒 [4] 均明显不同 ，这再次证明了氟铝联合中毒的存 在。

本文病例组儿童尿、头发中氟铝及其他元素水 平的改变说明有Al、F蓄积；而可引起骨软化的Cr 水 平低于对照组，在正常水平范围内，可排除Cr中毒 的可能。

Mn、Cu、 Sr 、Fe、 Ba 等多种元素从尿和 头发排出增多，与铝氟病儿童血尿头发和实验动物 铝过量引起的多种元素水平随之变化的结果一致， 结合骨X线表现和临床症状，这些儿童及两例手术 矫形的儿童可以诊断为地方性铝氟联合中毒病人。

氟铝联合中毒时，一适量范围的铝对氟的吸收 [5] 起着一定的拮抗作用 ，但更多表现为氟促进铝的 吸收，并增加铝在组织中的毒性作用。

在动物实验 中发现，即使铝过量，在肾功能正常的条件下，单
独铝的体内蓄积较为有限，但在氟铝过度联合饲养 的条件下，血、骨的铝含量却显著高于普通组铝的 含量。

在人体中也发现，无论是氟铝联合中毒还是 氟中毒的患者，其体内的铝元素蓄积均比正常人显 著增高。

有学者指出，当肾功能正常时，通过胃肠 道少量吸收并全部经由肾脏有效地排泄出体外，但 在氟的影响下，在胃肠 道中容易形成氟化铝复合 物，增加了铝在胃肠道中的吸收和血液中的转运， 也方便铝离子穿过血脑屏障和在骨组织中的沉 [6] 积 。

因此，尽管正常人体对单独铝的吸收和蓄积 有一定的限制，但在高氟的环境中，即使食物或饮 用水的铝含量很低，在高氟的促进下铝仍能在骨组 织中显著蓄积。

根据这些铝氟联合中毒儿童的骨组织形态计量 学观察结果，发现其骨组织结构变化是骨小梁胶原 纤维排列紊乱，骨内出现软骨细胞，小梁边缘有大 量未矿化或矿化不良的类骨质，但骨量没有明显减 少，甚至有少量的增加趋势。

类骨质周长和面积参


数明显增加，且反映骨吸收活跃程度的吸收陷窝明 显增加。

说明这些正处于生长发育期的骨骼，主要 表现为骨形成活性没有明显下降，但骨的矿化障 碍，且骨吸收活性增加，致使骨平衡严重失衡，出 现大量质量低下的骨质。

这与低龄实验鸡实验结束 时正处于发育期的骨计量学改变相似，主要以转换 期的不典型骨发育不全表现为主。

骨小梁数量的轻 度增加，原因可能是测量时会将部分类骨质面积也 计入小梁面积，也可能是生长期的骨建造仍然存 在，只是成骨不良，因此骨量不减，但最终骨骼的 总体质量是下降的。

氟或铝元素单独长期摄入都可对骨骼产生影 响，慢性氟中毒造成的骨损害主要表现有骨硬化、 骨软化、骨质疏松以及软骨和关节的退行性改变 等，都是成骨和破骨过程平衡遭到破坏的结果，一 般认为主要是骨高转换型的骨代谢失衡，导致骨小 梁胶原纤维的排列紊乱，这种紊乱会使骨生物力学 [7] 性能的下降 。

目前认为氟对骨代谢的调节作用主 要 是 通 过 核 因 子 kB 受 体 活 化 因 子 配 基 (receptor activator of NF-kB Ligand, RANKL)-骨 保 护 蛋 白 (osteoprotegerin,OPG)即 RANKL-RANK-OPG骨 调 节 [8] 轴发挥作用的 。

铝是最常见的金属元素，被广泛 应用于工农业生产和日常生活，它对骨骼的毒性主 要是沉积在骨化中心和小梁骨的表面，即矿化前沿 [9] 沉积，使类骨质矿化障碍 。

高剂量的铝蓄积可对 成骨细胞产生毒性作用，骨形成下降，出现骨量丢 失，所表现出来的是骨密度的降低，其中以松质骨 较为显著，并导致骨质疏松 。

光镜下可观察到大 剂量铝摄入后出现大量软骨和类骨质增生的骨质疏 松，部分还可以观察到破骨吸收增强的现象，这与 本文铝氟联合中毒儿童的骨组织形态计量学观察分 析结论是基本一致的。

对于发育期的骨骼，如此严 重的骨骼微观质量的下降预示着疾病的预后很差以
[10]
及难以恢复，因此对于地氟病区铝氟联合中毒的骨 软化儿童病例，应该引起足够重视，并且以预防为 主。

参考文献：
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