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背景:工业化的快速发展,职业性镉暴露和环境中镉污染严重影响人体健康。工业技术水平的提高和企业防护意识加强,严重的镉污染造成的急性中毒发生较少,长期的低剂量镉暴露引起的危害广泛存在。低剂量长期镉暴露在其靶器官肾脏以及骨骼的损伤最为明显。糖尿病是以血糖升高为特征的一种代谢性疾病,其并发症累及全身血管、肾脏、骨骼、神经等多器官与组织。流行病学调查和实验研究发现,胰岛素水平与尿镉、血镉浓度呈现负相关,职业性镉接触可以导致胰岛素水平改变,引起血糖水平变化。但低剂量长期镉暴露对糖尿病产生的影响尚未得到确定的研究结论。本实验旨在探究低剂量长期镉暴露对糖尿病小鼠糖脂代谢、肾脏以及骨骼影响,为职业性接触镉的糖尿病工人健康筛查以及保护提供理论依据。目的:研究低剂量长期镉暴露对糖尿病小鼠糖脂代谢、骨代谢和肾功能的影响。方法:实验分为四个部分,一、糖尿病小鼠模型的建立:糖尿病造模小鼠按照40mg/kg剂量连续5天腹腔注射链脲佐菌素柠檬酸盐溶液,最后一次注射后5天,小鼠隔夜禁食,监测小鼠12 h空腹血糖,空腹血糖(FPG)≧11.1 mmol/L者,认定为糖尿病造模成功小鼠。二、低剂量长期镉暴露对糖尿病小鼠糖脂代谢影响:待造模小鼠空腹血糖稳定一周后,实验小鼠分别腹腔注射氯化镉溶液(腹腔注射1mg/kg氯化镉溶液,每周两次)和生理盐水。分别为对照组(con)、糖尿病组(DM)、镉暴露组(Cd)和糖尿病联合镉暴露(DM+Cd)。镉暴露24周后,进行下一步实验。小鼠实验期间,记录小鼠体重变化与一般情况。对小鼠进行腹腔注射葡萄糖耐量实验与胰岛素耐量实验,检测小鼠空腹血糖、空腹胰岛素并计算胰岛素抵抗指数,血生化仪检测血清血脂指标,采用HE染色方法观察小鼠胰腺的病理变化。三、低剂量长期镉暴露对糖尿病小鼠肾脏影响:四组小鼠处死后立即取各组织脏器称重并记录,计算脏器比。小鼠全血离心后取血浆,使用全自动血生化仪检测血肌酐、血尿素氮水平,采用HE染色检测肾脏结构改变、PAS染色检测肾脏肾小球以及肾小球系膜区改变、Masson三色染色检测肾脏纤维化病变程度,比较小鼠肾脏损伤变化。四、低剂量长期镉暴露对糖尿病小鼠骨骼影响:四组小鼠解剖后取出股骨、胫骨,剥离肌肉组织与韧带后,称量股骨、胫骨骨湿重,使用游标卡尺量取骨长,采用Micro-CT测量小鼠股骨与胫骨骨密度,分析股骨和胫骨的松质骨与皮质骨骨形态学计量指标,通过比较四组小鼠骨骼结构,分析骨代谢变化。结果:(1)44只糖尿病造模小鼠中,24只小鼠造模成功,STZ糖尿病造模成功率为55.6%;糖尿病造模组小鼠体重增长明显低于正常组小鼠。(2)镉染毒24周没有引起小鼠(Cd组)空腹血糖改变,但导致空腹血浆胰岛素水平显著下降,与对照组比较差异具有统计学意义(P<0.05)。Cd组小鼠无胰岛素抵抗,HE染色结果发现Cd组胰岛面积减小,胰岛萎缩,高密度脂蛋白下降,低密度脂蛋白升高;奇怪的是,与糖尿病组小鼠(DM)相比,镉染毒降低了糖尿病小鼠空腹血糖(DM+Cd组)和空腹胰岛素水平,二者差异均具有统计学意义(P<0.05);相比于DM组小鼠,DM+Cd组小鼠胰岛素抵抗指数下降,β细胞功能指数上升,DM+Cd组小鼠胰腺内可检出胰岛数量明显增加,胰腺内胰岛面积升高;这些结果提示低剂量镉改善了糖尿病小鼠糖代谢。与DM组小鼠相比,DM+Cd组小鼠高密度脂蛋白明显下降,低密度脂蛋白升高,差异具有统计学意义(P<0.05)。(3)Cd组与DM组小鼠肾脏系数增大。Cd组小鼠血肌酐和DM组小鼠尿素氮明显升高,差异均具有统计学意义(P<0.05);HE和PAS染色显示Cd组与DM组小鼠肾脏均出现不同程度的结构破坏、肾小管管腔狭窄,但相比于肾小管损伤,肾小球损伤不明显;Masson三色染色结果发现Cd组与DM组小鼠肾脏肾小管均有胶原纤维染出,肾小管出现纤维化病变。相比于con组小鼠,DM+Cd组小鼠肾脏病理结构损伤加重,肾小管管腔狭窄,上皮细胞水肿严重,Masson三色染色发现大量胶原纤维染出,肾小管纤维化病变加重。(4)与con组小鼠比较,Cd组小鼠胫骨湿重下降明显,差异具有统计学意义(P<0.05);Cd组小鼠胫骨松质骨骨体积分数下降,骨小梁数量减少,胫骨骨量丢失,出现骨代谢损伤;DM组小鼠胫骨湿重下降,小鼠骨密度明显下降,差异具有统计学意义(P<0.05);DM组小鼠胫骨松质骨骨体积分数与骨小梁数量下降,DM组小鼠胫骨松质骨出现骨代谢障碍;与con组小鼠相比发现,DM+Cd组小鼠出现骨损伤现象,但与DM组小鼠相比,未发现低剂量长期镉暴露明显加重糖尿病小鼠骨代谢异常的现象。相比于小鼠胫骨骨代谢变化,四组小鼠股骨代谢损伤无明显差异。相比于松质骨骨代谢变化,四组小鼠皮质骨变化不明显。结论:1.低剂量长期镉暴露减少了实验小鼠空腹胰岛素水平,但对于血糖无影响。镉暴露没有恶化糖尿病小鼠的糖代谢,但减少了糖尿病小鼠HDL-C,增高糖尿病小鼠LDL-C。2.低剂量长期镉暴露会加重糖尿病小鼠肾脏损伤,尤其是肾小管损伤,引起肾脏结构与功能改变,肾脏纤维化病变加重。3.低剂量长期镉暴露与糖尿病均会对小鼠胫骨产生骨毒性,引发骨代谢异常。低剂量长期镉暴露对糖尿病小鼠股骨代谢没有明显影响。