背景自1988年第二代金属对金属(Metal-on-Metal,MOM)关节由B.GWeber应用于临床以来,每年有超过275000例Metasul关节在全球范围内被植入人体,被认为对于年轻且活跃的病人较为适用。金属对金属髋关节假体按照是否保留股骨颈可分为金属对金属全髋关节假体及表面髋关节假体。因其具有良好的刚度和强度、优越的抗磨损性和耐腐蚀性,被认为具有良好的应用前景。然而,金属假体植入人体后不断承受弯曲、撞击、摩擦等机械外力作用,将导致关节假体表面惰性氧化层的破坏,导致金属离子不断释放。现在普遍认为MOM假体植入术后会引起人体金属离子浓度的升高。Sauve等经过30年的随访研究发现,使用MOM关节假体的患者其血清中钴、铬金属离子浓度较对照组升高3-5倍。Maezawa,K等对44例行金属对金属全髋关节置换的患者进行了为期7年的随访研究发现,患者术后3年血中金属离子浓度逐渐增加,至后4年会有25%的患者金属离子浓度有所下降,但仍会有16.3%的患者金属离子浓度逐渐升高。我国学者曾对25例行表面髋关节置换的患者进行了2年随访,结果显示患者术后6月内金属离子浓度逐渐上升,以后逐渐下降趋于平稳,但仍高于正常值。多中心临床研究已证实：与金属对聚乙烯假体相比,MOM会产生较少的磨损颗粒,但假体周围、血液及组织中的金属离子浓度较高。随着现代冶金技术及生物材料的发展,钴铬合金(其中铬含量约占50-70%)因有较好的理学及机械学特性,已成为当代金属对金属髋关节假体的主要材料。随着假体的植入,铬会不断的缓慢释放从而对人体产生影响。目前,大多数研究集中于金属离子对假体周围的骨组织、软组织以及免疫细胞等的影响：①假体周围不断释放的金属离子对于周围软软组织的影响。如引起炎性假瘤等。②假体无菌性松动。假体松动是THR后中、晚期最主要的并发症之一,大部分学者认为假体松动主要是因为假体周围骨溶解引起。③金属离子能够诱导单核细胞及巨噬细胞释放多种细胞因子,从而引起免疫反应。肝脏是人体最大的解毒腺体,具有及其复杂多样的生物化学功能。体内包括铬在内的金属离子均需在肝细胞内进行生物学转化。当前,对于来源于假体的不断释放的铬离子对远隔靶器官如肝脏的生物学影响研究尚不多。铬是人体必需的微量元素之一,其在体内的含量随着年龄的增大而逐渐减少。生理剂量的铬对血糖及胆固醇的调节具有重要作用。铬在体内主要以三价和六价形式存在。毒理学及环境卫生学的研究已经证实,短时间大量的铬离子进入人体会引起肝细胞细胞信号转导通路的改变,从而引起酶学、形态学等不可逆的损伤,甚至凋亡。铬离子毒性与其存在的价态有极大的关系,六价铬的毒性比三价铬高约100倍。六价铬(Ⅵ)经非特异性的阴离子通道进入肝细胞,并在肝细胞内通过酶类或非酶类的方式转化为毒性较小的三价铬(Ⅲ),此过程会引起细胞的氧化应激,从而产生大量的过氧化物。产生的大量过氧化物会通过级联瀑布式的反应引起脂质过氧化及DNA损伤。而细胞为对抗此反应,会启动包括超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽(GSH)、谷胱甘肽还原酶(GR)及谷氨酸半胱氨酸连接酶(GCL)等的抗氧化应激系统,清除自由基,以维持细胞内环境的稳定。当前的金属对金属髋关节假体中,铬存在并释放入血的主要形式是六价的。与毒理学及环境卫生学的研究不同,MOM髋关节假体植入人体后,铬(Ⅵ)离子释放是一个缓慢且微量的过程。金属假体的腐蚀度通常为0.15-0.3μg/cm2/h或30μd,或11mg/年,血铬含量大量文献报道在2.6-26gg/L之间,且时间窗较长(当代金属对金属假体寿命一般在十年以上)。缓慢释放的微量铬(Ⅵ)是否使肝细胞产生氧化应激?肝细胞内的抗氧化应激系统的反应如何?因此,明确铬(Ⅵ)对靶器官肝脏的氧化应激的影响对于评估MOM假体的安全性具有重要意义。目的1、构建慢性微量铬(Ⅵ)暴露小鼠慢性模拟金属对金属髋关节植入人体后引起的铬(Ⅵ)缓慢释放2、探讨慢性微量铬(Ⅵ)暴露是否会引起小鼠肝细胞的氧化应激。3、探讨慢性微量铬(Ⅵ)暴露是否引起小鼠肝细胞抗氧化应激系统的改变以及发生何种改变。4、探讨金属对金属假体对远隔靶器官肝脏的安全性问题。材料和方法按照实验设计,将80只NIH小鼠随机分为4组(对照组,低、中、高剂量组),每组20只,雌雄不限。Cr03染毒组剂量分别为0mg/kg、5mg/kg、10mg/kg和20mg/kg,隔日腹腔注射1次,实验持续16周,分别于染毒4周末,第8周末,第12周末,第16周末用颈椎脱位法各处死小鼠5只,小鼠处死前进行眼球摘除取血,肝素抗凝后进行血铬含量的检测。一部分肝组织进行HE染色光镜观察,并进行透射电镜观察,余下肝组织用冰冷的生理盐水洗净,加入缓冲液后研磨成匀浆分装后迅速置于-80℃冰箱保存备用,检测肝细胞活性氧自由基水平(ROS)、脂质过氧化产物丙二醛含量(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽活性(GSH)谷胱甘肽还原酶(GR)活性及谷氨酸半胱氨酸连接酶(GCL)的表达。结果1、0mg/kg、5mg/kg组在染毒4周后,血铬含量达峰值,随后维持在一定浓度,达到一个平台期。而对于20mg/kg组,血铬浓度持续升高,未见明显的平台期。2、实验各组小鼠肝细胞ROS值均高于对照组,且差别具有统计学意义。并且观察到随着染毒时间的延长,低中剂量组ROS会逐渐接近一个平台期,而对20mg/kg组,ROS持续升高,未见明显的平台期。这与结果1相似。3、在各个时间点中,20mg/kg组MDA含量较0mg/kg组升高,但差别无统计学意义。4、与对照组相比,5mg/kg组、10mg/kg组在第4周CAT水平未见明显降低,差别无统计学意义；而在随后的各个时间点中升高明显,且差别具有统计学意义。与对照组相比,20mg/kg组随着染毒时间的延长CAT水平下降明显,且差别具有统计学意义。5、与对照组相比,小鼠经铬染毒4周后20mg/kg组SOD降低,并具有显著性差异。8周以后随着染毒时间的延长,各组SOD活性下降明显,且差别具有统计意义。6、与对照组相比,5mg/kg组、10mg/kg组在第4周GSH水平未见明显降低,差别无统计学意义；而在随后的各个时间点中升高明显,且差别具有统计学意义。与对照组相比,20mg/kg组随着染毒时间的延长GSH水平下降明显,且差别具有统计学意义。7、与对照组相比在染毒的第4周5mg/kg组、10mg/kg组GR活性升高,差别具有统计学意义；20mg/kg组下降明显,且差别具有统计学意义.随着染毒时间的延长各剂量组GR水平均下降,且与对照组相比,差别具有统计学意义。8、GCL表达的蛋白条带用image-proPlus图像分析系统对条带灰度进行扫描,扫描结果显示：5mg/kg组、10mg/kg组各个时间点GCL表达明显升高,与对照组相比,具有统计学意义。而20mg/kg组GCL表达在第8周后下降明显,差别具有统计学意义。9、肝细胞HE染色显示：与对照组相比,5mg/kg组、10mg/kg组肝细胞未见明显异常。而20mg/kg组肝细胞在第16周可见少量的空泡变,细胞膜稍皱缩。透射电镜显示：与对照相比,高剂量染毒小鼠在第16周超微结构出现凋亡特征性改变：细胞核皱缩,染色质浓缩并发生边聚化；线粒体变的致密,峭消失,空泡化改变。结论1、随着染毒时间的延长,慢性微量铬(Ⅵ)染毒会引起小鼠血铬含量的升高,且具有一定的浓度时间依赖性。2、慢性微量铬(Ⅵ)暴露会引起小鼠肝细胞的氧化应激,提示金属对金属髋关节置换术后铬离子的释放会引起远隔靶器官肝脏的氧化应激。3、慢性微量铬(Ⅵ)暴露引起小鼠肝细胞抗氧化应激系统的改变。4、金属对金属假体对远隔靶器官肝脏的安全性尚需进一步评估。