低浓度一氧化碳对小鼠神经行为功能的影响
作者：梁宏 张恒太 于芳 余秉良
单位：航天医学工程研究所，北京 100094
关键词：一氧化碳；神经行为；毒性；小鼠；容许浓度
航天医学与医学工程990502摘要: 目的 研究低浓度一氧化碳(CO)的神经行为毒理学效应及限时最大容许浓度(MAC)。方法 40只昆明小鼠随机等分为4组(n=10):A组(对照组，吸入空气),B组(吸入30 mg/m3 CO),C组(吸入300 mg/m3 CO),D组(吸入600 mg/m3 CO)。各组分置于0.5 m3容积的静式染毒柜中,持续染毒72 h。在染毒前、中、后,测试小鼠在水迷宫的反应时和错误率及在开阔场的走格子数和排便次数。 结果 染毒期间D组的竖立次数明显少于其他三组。脱离染毒环境后组间比较,反应时和错误率在第4～6天(6d)出现与染毒前相反的变化,第7～9天(9d)的错误率数值大小为:D组>C组>A组>B组,反应时数值变化与错误率变化趋同;走格子数,第1～3天(3d) C组明显大于A组和D组,6d时组间差异不显著,9d时D组明显小于A组和B组;排便次数,3d时和9d时组间差异不显著,但6d时D组明显大于A组和B组。染毒前后自身比较,D组错误率染毒后一直升高,9d时明显高于染毒前;走格子数,A组和B组9d时明显高于染毒前。 结论 低浓度CO对小鼠的运动神经和植物神经功能以及学习和记忆功能有影响,并且表现出迟发性特点。
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中图分类号：B842，X511 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(1999)05-0318-05
Effects of low Concentration Carbon Monoxide on the
Neurobehavior Function in Mice
LIANG Hong, ZHANG Heng-tai, YU Fang, YU Bing-liang
Abstract: Objective To study the effect of low concentration CO on neurobehaviour function and the maximal allowable concentration(MAC) in limited time. Method 40 KM (kunming) male mice were randomly divided into groups A,B,C and D. They were exposed to normal air, 30 mg/m3 CO, 300 mg/m3 CO and 600 mg/m3 CO respectively. The changes in neurobehaviour function of the mice before,during and after 72 h exposure in 0.5 m3 static chambers were observed. Four indices were measured: response time (RT) and error rate (ER) in the water maze test, enter check frequency (ECF) and urine or excrement frequency (UEF) in open field test. Result The set upright frequency in group D was smaller than those in groups A,B and C during exposure. RT and ER values went in a direction contrary to pre-exposure the four groups in the second 3 days (6 d) after or out of exposure, while ER values showed that group D>group C>group A>group B in the third 3 days (9 d).RT value was not different among the 4 groups, but its order of numerical value was similar to the ER order. The order of ECF values was that group C>group A and group D in 3 d after or out of exposure and not different among the 4 groups in 6 d and group Dgroup A and group B in 6 d after or out of exposure. Comparison with every group itself, showed statistically significance increase in ER values in 9 d out of exposure than before exposure in group D. ECF values showed the statistics significant increase in 9 d in group A and B. Conclusion Low concentration CO may interfere with the learning and memory of mice in the water maze and impede the development of the motor nervous function and disturb the steadiness of emotion of mice in the open field. In addition, low concentration of CO may be of tardy toxicity.
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Key words:carbon monoxide;neurobehaviour;toxicity;mice;allowable concentration
Address reprint requests to:LIANG Hong. Institute of Space Medico-Engineering, Beijing 100094,China
一氧化碳(CO)是一种常见污染物[1],主要对心脏和中枢神经系统产生毒害效应[2]。研究发现，CO的浓度为0～60 mg/m3时，接触者便可以发生视觉和心理运动障碍及头部不适[3]。在35 mg/m3的CO浓度下，持续暴露72 h，接触者出现对比视力下降和心电T波降低及操作工效下降[4]。所以，低浓度CO的污染不容忽视。我们依据鼠对CO的急性神经行为效应的敏感性比人低10倍的原则[2]，进行了小鼠持续吸入低浓度CO(72 h静式染毒)前后神经行为功能变化的实验研究，以期获得必要的基础资料，为制定切合实际的卫生学标准提供实验依据。
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方 法
实验动物 由北京医科大学动物中心提供80只6周龄健康雄性昆明小鼠。经水迷宫训练后[5]，从中选出排名在前(反应时短、错误次数少)的40只供本实验使用。小鼠随机分成4组：A组(对照组，吸入自然空气), B组(吸入30 mg/m3的CO), C组(吸入300 mg/m3的CO), D组(吸入600 mg/m3的CO)，每组10只。
实验器材 水迷宫,开阔场，秒表，计数器，静式染毒柜，CO标气，O2气，O2和CO2及CO浓度红外监测仪等(可动态监控染毒柜内O2、CO2及CO浓度)。
测试指标 反应时和错误率(反映简单的学习和记忆能力)，由水迷宫测验获得(每只鼠一天测试四次)。走格子数和排便次数(反映激奋和情绪状态)，由开阔场测验获得(每只鼠一天测试一次，每次3 min)[5]。在CO染毒期间,观察小鼠在笼内的竖立次数(反映探究性运动功能,类似走格子数)。每组每天观察两次,每日10点和22点各一次(每次3 min)。
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实验程序 实验分3个阶段。第1阶段3d，对小鼠实施CO染毒前测试，每天上午7:00～l1:00进行；第2阶段3d，对小鼠实施72h CO持续染毒，各组分置于0.5m3容积的静式染毒柜中。染毒前加满饲料和饮水并更换垫料，染毒达36h后，再添加一次饲料和饮水并更换垫料(每组需时3min)。期间只观察小鼠笼内竖立次数。染毒期间，柜内O2浓度控制在19%～21%，CO2浓度控制在1%以下；第3阶段9d，对小鼠实施脱离CO染毒环境后的测试(脱离CO染毒环境后第1～3天，简记为3d; 第4～6天， 简记为6d;第7～9天，简记为9d)，每天上午7:00～l1：00进行。
数据处理 实验观测数据以3d为一个统计单位进行整理，用北京万道电子技术公司编制的SDAS软件(2.0版)进行单因素随机分组方差分析。
结 果
染毒前各组之间比较 反应时和错误率，A组和B组数值明显大于C组和D组，按数值大小排序为：反应时A组>B组>C组和D组; 错误率A组>B组>C组>D组(表1)。走格子数和排便次数各组间差异无显著性，但走格子数的数值大小为：C组和B组>D组>A组；排便次数的数值大小为：A组>D组>B组和C组(表2)。
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表1 CO染毒前水迷宫测试结果
Table 1 Results of water maze test before exposure to CO 组别
(groups)
反应时
(response time)(s)
错误率
(error rate)(%)
A
8.79±0.31*
8.07±0.47*
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B
8.59±0.38*
6.61±0.09*
C
8.12±0.05
3.24±0.15
D
8.12±0.11
2.50±0.00
注：*P<0.05,与C组和D组比较
Note:*P<0.05,as compared with group C and D
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表2 CO染毒前开阔场测试结果
Table 2 Results of open field test before exposure to CO 组别
(groups)
走格子数(enter
check frequency)
排便次数(urine or
excrement frequency)
A
80.3±15.3
2.87±0.55
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B
96.0±12.8
2.30±0.96
C
98.0± 8.9
2.17±0.96
D
84.0±15.7
2.57±0.95
注:P>0.05，各组间比较
Note:P>0.05,comparison among A,B,C and D
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染毒期间各组间比较 D组的竖立次数明显少于其他三组(表3)。
表3 CO染毒期间小鼠笼内竖立次数测试结果
Table 3 Results of set upright frequency test during exposure to CO 组别(groups)
小鼠笼内竖立次数(set upright frequency)
A
13.3±4.1
B
12.3±5.0
C
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D
6.7±1.0*
注：*P<0.05，与A组、B组、C组比较
Note:*P<0.05，as compared with group A,B and C
脱离CO染毒环境后各组之间比较 反应时(表4)和错误率(表5),在第1个3天(第1～3天)和第2个3天内(第4～6天)各组间差异均无显著性，数值大小排序同染毒前；但到了第2个3天，反应时C组>D组和A组>B组，错误率A组>B组>D组>C组。到了第3个3天内(第7～9天)，各组间错误率两两比较均有显著性差异，按数值大小排序为：D组>C组>A组>B组，反应时则表现为B组数值明显小于其他三组,A、C、D三组间差异不显著,但组间数值大小排序同组间错误率大小排序一致。走格子数(表6)，第1个3天内C组明显大于A组和D组，数值大小为C组>B组>A组>D组；第2个3天内各组间未见显著性差异,数值大小为C组>A组>B组>D组；第3个3天内D组明显小于A组和B组，数值大小为A组>B组>C组>D组。排便次数(表7)，第1个3天各组间未见显著性差异，数值大小为D组>C组和A组>B组；第2个3天内D组明显大于A组和B组，数值大小为D组>C组>B组和A组；第3个3天内各组间未见显著性差异，数值大小为D组>A组>B组>C组。
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表4 脱离CO染毒环境后小鼠反应时测试结果(单位:s)
Table 4 Results of the response time test out of exposure to CO(unit:s) 组别(groups)
第1个3天(first 3 days)
第2个3天(second 3 days)
第3个3天(third 3 days)
A
8.82±0.74
8.35±0.19
8.00±0.47
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B
8.29±0.40
8.22±1.20
7.12±0.13*
C
8.20±0.90
8.67±0.47
8.04±0.09
D
8.16±0.42
8.39±0.48
8.47±0.42
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注：*P<0.05，与A组、C组、D组比较 Note:*P<0.05，as compared with group A, C and D表5 脱离CO染毒环境后小鼠错误率测试结果(单位:%)
Table 5 Results of the error rate test out of exposure to CO(unit:%) 组别(groups)
第1个3天(first 3 days)
第2个3天(second 3 days)
第3个3天(third 3 days)
A
8.73±2.34
8.25±0.71
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4.08±0.15
B
7.67±1.15
6.90±1.03
2.50±0.00#
C
6.64±1.51
6.05±1.06
5.00±0.00*
D
5.44±0.67
6.61±0.09
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9.90±0.18**##
注：**P<0.01，与A组、B组、C组比较;##P<0.01，染毒前、后D组自身比较;*P<0.05，与B组、A组比较；#P<0.05，与A组比较
Note:**P<0.01，as compared with group A, B and C；##P<0.01，as compared with group D itself before and out of exposure；*P<0.05，as compared with group A and B；#P<0.05，as compared with group A表6 脱离CO染毒环境后小鼠走格子数测试结果
Table 6 Results of the enter check frequency test out of exposure to CO 组别(groups)
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第1个3天(first 3 days)
第2个3天(second 3 days)
第3个3天(third 3 days)
A
88.3±3.5
88.3±5.5
107.7±3.8△
B
96.3±4.5
86.0±12.3
106.3±5.1○
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C
104.3±1.5*
107.7±3.2
101.7±10.1
D
84.7±10.3
86.3±2.9
90.3±4.9#
注：*P<0.05，与A组、D组比较；#P<0.05，与A组、B组比较；△P<0.05，染毒前、后A组自身比较；○P<0.05，染毒前、后B组自身比较
Note:*P<0.05，as compared with group A and D;#P<0.05，as compared with group A and B;△P<0.05，as compared with group A itself before and after exposure;○P<0.05，as compared with group B itself before and after exposure表7 脱离CO染毒环境后小鼠排便次数测试结果
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Table 7 Results of the urine or excrement frequency
test after exposure to CO 分组(groups)
第1个3天(first 3 days)
第2个3天(second 3 days)
第3个3天(third 3 days)
A
2.90±0.27
2.33±0.40
2.67±0.67
B
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2.03±0.51
2.37±0.31
2.50±0.40
C
2.83±0.65
2.93±0.40
2.37±0.60
D
3.07±0.32
3.20±0.30*
3.17±0.21
注：*P<0.05，与A组、B组比较 Note:*P<0.05，as compared with group A and B
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染毒前后各组自身比较 各组与染毒前比较，反应时(表1和表4)均未出现显著性差异，但A组和B组数值呈降低趋势；C组数值先增高后降低；D组数值则一直呈增加趋势。错误率(见表1和表5)，A、B、C三组虽然未见显著性差异，但与染毒前比较，表现出先增加后减少趋势；C组数值在染毒后第3个3天仍然还高于染毒前；D组错误率与染毒前比较，一直升高，到了第3个3天明显高于染毒前。走格子数(见表2和表6)，A组和B组脱离染毒后第3个3天内均明显高于染毒前；而C组和D组染毒前后差异不显著，有缓慢增加趋势。排便次数(表2和表7)，各组自身比较，染毒前后差异不显著，但有数值增加趋势。
讨 论
一氧化碳毒效应及其可逆性随浓度不同而异 本实验结果显示，CO持续染毒72 h，浓度不同，效应不同，且脱离染毒环境后的可逆性也不同。究其原因，可能是脑的受累部位各异所致。国内外学者研究发现，脑内对CO持续暴露最敏感的部位是基底神经节和底丘脑[6，7]，该部位不仅与运动功能有关，而且还与植物神经功能以及运动的学习过程有关[8]，此外，基底神经节还和参与学习和记忆贮存的结构海马及杏仁体有着重要的联系[9]。杏仁体在鼠空间认知(如鼠游水迷宫)过程中起辅助加工作用，其中杏仁中央核与视觉记忆相关联[10，11]。研究还发现，密闭环境中的CO很难去除，且参与诱发“不良建筑综合征(sick building syndrome)”[12]。由此可知,CO的作用部位和作用特性决定其影响神经行为功能的复杂性。本实验结果说明，30 mg/m3的CO有一定的兴奋作用，300 mg/m3 的CO有较轻的兴奋性毒性作用及干扰学习和记忆功能的作用,而600 mg/m3 的CO则有情绪激惹和较重的抑制性毒性作用并且使小鼠的学习和记忆功能受到损害。据此推测,接触CO时间一定的情况下,CO浓度达到某种限值后, 浓度愈高，毒性作用部位愈广，毒性效应愈大。此外，本实验结果还反映出，600 mg/m3 的CO对神经行为功能的影响在脱离染毒环境后逐渐显现出来，因此低浓度CO毒性可能具有迟发性特征。因此，选定CO这种常规污染物的最大允许浓度，在特别强调时限的同时，应当主要考虑设定未观察到有害影响的浓度。本实验结果表明，从维护神经行为功能正常的角度看，小鼠持续72 h接触CO的最大允许浓度以300 mg/m3为宜；外推到人，连续72 h暴露于有CO的环境，CO的最大允许浓度应当不超过30 mg/m3。
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一氧化碳对小鼠运动神经和植物神经功能有影响 正常情况下，随着开阔场测试次数的增多，小鼠走格子数应当增加、适应性增强、应激反应减低。本实验开阔场测试结果显示，C组和D组小鼠在脱离染毒环境后，走格子数与染毒前比较，没有显著性增加，而A组、B组在染毒后第3个3天内明显高于染毒前。提示300 mg/m3和600 mg/m3的CO对运动神经功能有妨碍作用，而30 mg/m3的CO对运动神经功能没有明显影响。C 组小鼠在染毒后第1个3天内，走格子数明显高于其他3个组，提示300 mg/m3的CO还可引发激奋功能亢进，而D组小鼠在染毒期间的竖立次数和染毒后第3个3天的走格子数明显低于A组和B组，说明600 mg/m3的CO可使激奋功能抑制。另外,D组小鼠在染毒后第2个3天内,排便次数明显多于A组和B组,提示600 mg/m3的CO可以使小鼠恐惧情绪增加。
一氧化碳对小鼠的学习和记忆功能有双向作用 学习和记忆的规律是随着某一种训练次数的增多，学习和记忆能力应该不断提高，且一定的焦虑水平可以促进学习和记忆。本实验水迷宫测试结果显示，B组小鼠的反应时和错误率染毒前后自身比，无显著性差异，但有数值降低趋势，与A组变化相似；但组间比较，在染毒后第3个3天，B组小鼠的反应时明显快于其他3组，错误率明显低于其他3组，提示30 mg/m3的CO对小鼠学习和记忆功能有兴奋性作用，原因可能是此种浓度的CO提高了小鼠的焦虑水平。C组小鼠的反应时和错误率染毒前后自身比较，虽无显著性差异，但是数值变化有高有低，到染毒后第3个3天，反应时数值小于染毒前，但错误率数值仍然高于染毒前；与其他组比较，染毒前存在的与A组的差异，染毒后出现反方向变化，这提示300 mg/m3的CO可以使小鼠学习和记忆功能减弱。D组小鼠的反应时和错误率染毒前后自身比较，一直呈上升趋势，且染毒后第3个3天的错误率明显大于染毒前；组间比较,反应时和错误率数值大小排序,D组数值由染毒前的最低转变为染毒后第3个3天排序最高,且错误率明显大于其他3组,提示600 mg/m3的CO可以导致小鼠学习和记忆功能降低。低浓度CO污染是否更偏重于影响记忆能力，有待进一步深入研究。
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结 论
本实验研究表明，CO持续染毒72 h，600 mg/m3的CO 可以导致小鼠情绪不稳，激奋功能受到抑制，学习和记忆能力降低，而且可逆性不明显；300 mg/m3的CO可以使小鼠激奋功能亢进，学习和记忆能力减弱，但有可恢复性；30 mg/m3的CO对小鼠的学习和记忆能力有一定限度的兴奋作用。本实验结果还提示，低浓度CO对神经行为功能的影响还具有迟发性特征。外推到人，连续72 h暴露于有CO的环境，CO的最大允许浓度应当不超过30 mg/m3。
(致谢：本研究得到了北京医科大学公共卫生学院卫生毒理教研室李秀教授的大力支持和热情指导，在此表示感谢。)
参考文献
[1]林 红. 我国大气环境标准体系的研究[J]. 中国环境科学, 1995,15(6): 419～423
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[2]Sulzman FM,Genin AG. Volume II Life Support and Habitability[M].Washington,DC and Moscow: AIAA and Nauka Press, 1994:37～60
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[5]江泉观. 基础毒理学[M]. 北京: 化学工业出版社, 1991:168～183
[6]Doull J,Klaassen LD,Amdur MO et al.Toxicology[M]. New York: 2nd. Macmillan Publishbing Co, 1980:179～205
, 百拇医药
[7]Li XQ. An Assessment of the Toxicity and Hazards of Pollutants in China[M]. Beijing: PUMC & BMU Press, 1994:160～l75
[8]韩济生.神经科学纲要[M].北京:北京医科大学中国协和医科大学出版社,1993: 636～712
[9]Abin RL,Young AB,Penney JB et al. The functional anatomy of basal ganglia disorders[J]. T I N S, 1989, 12(10): 366～375
[10]隋 南,谢 东,匡培梓. 杏仁复合体损毁对大鼠空间认知能力的影响[J]. 心理学报,1995,27(3): 3ll～316
[11]梁 宏, 郭连魁. 大鼠杏仁中央核SOM与GABA共存及年龄相关性变化[J]. 神经科学, 1995,增刊: 30～31
[12]Peter Eckart.Spaceflight life support and biospherics[M].California:Kluwer/Microcosm, 1996: 417～427
收稿日期：1998-12-14, 百拇医药
单位：航天医学工程研究所，北京 100094
关键词：一氧化碳；神经行为；毒性；小鼠；容许浓度
航天医学与医学工程990502摘要: 目的 研究低浓度一氧化碳(CO)的神经行为毒理学效应及限时最大容许浓度(MAC)。方法 40只昆明小鼠随机等分为4组(n=10):A组(对照组，吸入空气),B组(吸入30 mg/m3 CO),C组(吸入300 mg/m3 CO),D组(吸入600 mg/m3 CO)。各组分置于0.5 m3容积的静式染毒柜中,持续染毒72 h。在染毒前、中、后,测试小鼠在水迷宫的反应时和错误率及在开阔场的走格子数和排便次数。 结果 染毒期间D组的竖立次数明显少于其他三组。脱离染毒环境后组间比较,反应时和错误率在第4～6天(6d)出现与染毒前相反的变化,第7～9天(9d)的错误率数值大小为:D组>C组>A组>B组,反应时数值变化与错误率变化趋同;走格子数,第1～3天(3d) C组明显大于A组和D组,6d时组间差异不显著,9d时D组明显小于A组和B组;排便次数,3d时和9d时组间差异不显著,但6d时D组明显大于A组和B组。染毒前后自身比较,D组错误率染毒后一直升高,9d时明显高于染毒前;走格子数,A组和B组9d时明显高于染毒前。 结论 低浓度CO对小鼠的运动神经和植物神经功能以及学习和记忆功能有影响,并且表现出迟发性特点。
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中图分类号：B842，X511 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(1999)05-0318-05
Effects of low Concentration Carbon Monoxide on the
Neurobehavior Function in Mice
LIANG Hong, ZHANG Heng-tai, YU Fang, YU Bing-liang
Abstract: Objective To study the effect of low concentration CO on neurobehaviour function and the maximal allowable concentration(MAC) in limited time. Method 40 KM (kunming) male mice were randomly divided into groups A,B,C and D. They were exposed to normal air, 30 mg/m3 CO, 300 mg/m3 CO and 600 mg/m3 CO respectively. The changes in neurobehaviour function of the mice before,during and after 72 h exposure in 0.5 m3 static chambers were observed. Four indices were measured: response time (RT) and error rate (ER) in the water maze test, enter check frequency (ECF) and urine or excrement frequency (UEF) in open field test. Result The set upright frequency in group D was smaller than those in groups A,B and C during exposure. RT and ER values went in a direction contrary to pre-exposure the four groups in the second 3 days (6 d) after or out of exposure, while ER values showed that group D>group C>group A>group B in the third 3 days (9 d).RT value was not different among the 4 groups, but its order of numerical value was similar to the ER order. The order of ECF values was that group C>group A and group D in 3 d after or out of exposure and not different among the 4 groups in 6 d and group D
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Key words:carbon monoxide;neurobehaviour;toxicity;mice;allowable concentration
Address reprint requests to:LIANG Hong. Institute of Space Medico-Engineering, Beijing 100094,China
一氧化碳(CO)是一种常见污染物[1],主要对心脏和中枢神经系统产生毒害效应[2]。研究发现，CO的浓度为0～60 mg/m3时，接触者便可以发生视觉和心理运动障碍及头部不适[3]。在35 mg/m3的CO浓度下，持续暴露72 h，接触者出现对比视力下降和心电T波降低及操作工效下降[4]。所以，低浓度CO的污染不容忽视。我们依据鼠对CO的急性神经行为效应的敏感性比人低10倍的原则[2]，进行了小鼠持续吸入低浓度CO(72 h静式染毒)前后神经行为功能变化的实验研究，以期获得必要的基础资料，为制定切合实际的卫生学标准提供实验依据。
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方 法
实验动物 由北京医科大学动物中心提供80只6周龄健康雄性昆明小鼠。经水迷宫训练后[5]，从中选出排名在前(反应时短、错误次数少)的40只供本实验使用。小鼠随机分成4组：A组(对照组，吸入自然空气), B组(吸入30 mg/m3的CO), C组(吸入300 mg/m3的CO), D组(吸入600 mg/m3的CO)，每组10只。
实验器材 水迷宫,开阔场，秒表，计数器，静式染毒柜，CO标气，O2气，O2和CO2及CO浓度红外监测仪等(可动态监控染毒柜内O2、CO2及CO浓度)。
测试指标 反应时和错误率(反映简单的学习和记忆能力)，由水迷宫测验获得(每只鼠一天测试四次)。走格子数和排便次数(反映激奋和情绪状态)，由开阔场测验获得(每只鼠一天测试一次，每次3 min)[5]。在CO染毒期间,观察小鼠在笼内的竖立次数(反映探究性运动功能,类似走格子数)。每组每天观察两次,每日10点和22点各一次(每次3 min)。
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实验程序 实验分3个阶段。第1阶段3d，对小鼠实施CO染毒前测试，每天上午7:00～l1:00进行；第2阶段3d，对小鼠实施72h CO持续染毒，各组分置于0.5m3容积的静式染毒柜中。染毒前加满饲料和饮水并更换垫料，染毒达36h后，再添加一次饲料和饮水并更换垫料(每组需时3min)。期间只观察小鼠笼内竖立次数。染毒期间，柜内O2浓度控制在19%～21%，CO2浓度控制在1%以下；第3阶段9d，对小鼠实施脱离CO染毒环境后的测试(脱离CO染毒环境后第1～3天，简记为3d; 第4～6天， 简记为6d;第7～9天，简记为9d)，每天上午7:00～l1：00进行。
数据处理 实验观测数据以3d为一个统计单位进行整理，用北京万道电子技术公司编制的SDAS软件(2.0版)进行单因素随机分组方差分析。
结 果
染毒前各组之间比较 反应时和错误率，A组和B组数值明显大于C组和D组，按数值大小排序为：反应时A组>B组>C组和D组; 错误率A组>B组>C组>D组(表1)。走格子数和排便次数各组间差异无显著性，但走格子数的数值大小为：C组和B组>D组>A组；排便次数的数值大小为：A组>D组>B组和C组(表2)。
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表1 CO染毒前水迷宫测试结果
Table 1 Results of water maze test before exposure to CO 组别
(groups)
反应时
(response time)(s)
错误率
(error rate)(%)
A
8.79±0.31*
8.07±0.47*
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B
8.59±0.38*
6.61±0.09*
C
8.12±0.05
3.24±0.15
D
8.12±0.11
2.50±0.00
注：*P<0.05,与C组和D组比较
Note:*P<0.05,as compared with group C and D
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表2 CO染毒前开阔场测试结果
Table 2 Results of open field test before exposure to CO 组别
(groups)
走格子数(enter
check frequency)
排便次数(urine or
excrement frequency)
A
80.3±15.3
2.87±0.55
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B
96.0±12.8
2.30±0.96
C
98.0± 8.9
2.17±0.96
D
84.0±15.7
2.57±0.95
注:P>0.05，各组间比较
Note:P>0.05,comparison among A,B,C and D
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染毒期间各组间比较 D组的竖立次数明显少于其他三组(表3)。
表3 CO染毒期间小鼠笼内竖立次数测试结果
Table 3 Results of set upright frequency test during exposure to CO 组别(groups)
小鼠笼内竖立次数(set upright frequency)
A
13.3±4.1
B
12.3±5.0
C
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D
6.7±1.0*
注：*P<0.05，与A组、B组、C组比较
Note:*P<0.05，as compared with group A,B and C
脱离CO染毒环境后各组之间比较 反应时(表4)和错误率(表5),在第1个3天(第1～3天)和第2个3天内(第4～6天)各组间差异均无显著性，数值大小排序同染毒前；但到了第2个3天，反应时C组>D组和A组>B组，错误率A组>B组>D组>C组。到了第3个3天内(第7～9天)，各组间错误率两两比较均有显著性差异，按数值大小排序为：D组>C组>A组>B组，反应时则表现为B组数值明显小于其他三组,A、C、D三组间差异不显著,但组间数值大小排序同组间错误率大小排序一致。走格子数(表6)，第1个3天内C组明显大于A组和D组，数值大小为C组>B组>A组>D组；第2个3天内各组间未见显著性差异,数值大小为C组>A组>B组>D组；第3个3天内D组明显小于A组和B组，数值大小为A组>B组>C组>D组。排便次数(表7)，第1个3天各组间未见显著性差异，数值大小为D组>C组和A组>B组；第2个3天内D组明显大于A组和B组，数值大小为D组>C组>B组和A组；第3个3天内各组间未见显著性差异，数值大小为D组>A组>B组>C组。
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表4 脱离CO染毒环境后小鼠反应时测试结果(单位:s)
Table 4 Results of the response time test out of exposure to CO(unit:s) 组别(groups)
第1个3天(first 3 days)
第2个3天(second 3 days)
第3个3天(third 3 days)
A
8.82±0.74
8.35±0.19
8.00±0.47
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B
8.29±0.40
8.22±1.20
7.12±0.13*
C
8.20±0.90
8.67±0.47
8.04±0.09
D
8.16±0.42
8.39±0.48
8.47±0.42
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注：*P<0.05，与A组、C组、D组比较 Note:*P<0.05，as compared with group A, C and D表5 脱离CO染毒环境后小鼠错误率测试结果(单位:%)
Table 5 Results of the error rate test out of exposure to CO(unit:%) 组别(groups)
第1个3天(first 3 days)
第2个3天(second 3 days)
第3个3天(third 3 days)
A
8.73±2.34
8.25±0.71
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4.08±0.15
B
7.67±1.15
6.90±1.03
2.50±0.00#
C
6.64±1.51
6.05±1.06
5.00±0.00*
D
5.44±0.67
6.61±0.09
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9.90±0.18**##
注：**P<0.01，与A组、B组、C组比较;##P<0.01，染毒前、后D组自身比较;*P<0.05，与B组、A组比较；#P<0.05，与A组比较
Note:**P<0.01，as compared with group A, B and C；##P<0.01，as compared with group D itself before and out of exposure；*P<0.05，as compared with group A and B；#P<0.05，as compared with group A表6 脱离CO染毒环境后小鼠走格子数测试结果
Table 6 Results of the enter check frequency test out of exposure to CO 组别(groups)
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第1个3天(first 3 days)
第2个3天(second 3 days)
第3个3天(third 3 days)
A
88.3±3.5
88.3±5.5
107.7±3.8△
B
96.3±4.5
86.0±12.3
106.3±5.1○
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C
104.3±1.5*
107.7±3.2
101.7±10.1
D
84.7±10.3
86.3±2.9
90.3±4.9#
注：*P<0.05，与A组、D组比较；#P<0.05，与A组、B组比较；△P<0.05，染毒前、后A组自身比较；○P<0.05，染毒前、后B组自身比较
Note:*P<0.05，as compared with group A and D;#P<0.05，as compared with group A and B;△P<0.05，as compared with group A itself before and after exposure;○P<0.05，as compared with group B itself before and after exposure表7 脱离CO染毒环境后小鼠排便次数测试结果
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Table 7 Results of the urine or excrement frequency
test after exposure to CO 分组(groups)
第1个3天(first 3 days)
第2个3天(second 3 days)
第3个3天(third 3 days)
A
2.90±0.27
2.33±0.40
2.67±0.67
B
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2.03±0.51
2.37±0.31
2.50±0.40
C
2.83±0.65
2.93±0.40
2.37±0.60
D
3.07±0.32
3.20±0.30*
3.17±0.21
注：*P<0.05，与A组、B组比较 Note:*P<0.05，as compared with group A and B
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染毒前后各组自身比较 各组与染毒前比较，反应时(表1和表4)均未出现显著性差异，但A组和B组数值呈降低趋势；C组数值先增高后降低；D组数值则一直呈增加趋势。错误率(见表1和表5)，A、B、C三组虽然未见显著性差异，但与染毒前比较，表现出先增加后减少趋势；C组数值在染毒后第3个3天仍然还高于染毒前；D组错误率与染毒前比较，一直升高，到了第3个3天明显高于染毒前。走格子数(见表2和表6)，A组和B组脱离染毒后第3个3天内均明显高于染毒前；而C组和D组染毒前后差异不显著，有缓慢增加趋势。排便次数(表2和表7)，各组自身比较，染毒前后差异不显著，但有数值增加趋势。
讨 论
一氧化碳毒效应及其可逆性随浓度不同而异 本实验结果显示，CO持续染毒72 h，浓度不同，效应不同，且脱离染毒环境后的可逆性也不同。究其原因，可能是脑的受累部位各异所致。国内外学者研究发现，脑内对CO持续暴露最敏感的部位是基底神经节和底丘脑[6，7]，该部位不仅与运动功能有关，而且还与植物神经功能以及运动的学习过程有关[8]，此外，基底神经节还和参与学习和记忆贮存的结构海马及杏仁体有着重要的联系[9]。杏仁体在鼠空间认知(如鼠游水迷宫)过程中起辅助加工作用，其中杏仁中央核与视觉记忆相关联[10，11]。研究还发现，密闭环境中的CO很难去除，且参与诱发“不良建筑综合征(sick building syndrome)”[12]。由此可知,CO的作用部位和作用特性决定其影响神经行为功能的复杂性。本实验结果说明，30 mg/m3的CO有一定的兴奋作用，300 mg/m3 的CO有较轻的兴奋性毒性作用及干扰学习和记忆功能的作用,而600 mg/m3 的CO则有情绪激惹和较重的抑制性毒性作用并且使小鼠的学习和记忆功能受到损害。据此推测,接触CO时间一定的情况下,CO浓度达到某种限值后, 浓度愈高，毒性作用部位愈广，毒性效应愈大。此外，本实验结果还反映出，600 mg/m3 的CO对神经行为功能的影响在脱离染毒环境后逐渐显现出来，因此低浓度CO毒性可能具有迟发性特征。因此，选定CO这种常规污染物的最大允许浓度，在特别强调时限的同时，应当主要考虑设定未观察到有害影响的浓度。本实验结果表明，从维护神经行为功能正常的角度看，小鼠持续72 h接触CO的最大允许浓度以300 mg/m3为宜；外推到人，连续72 h暴露于有CO的环境，CO的最大允许浓度应当不超过30 mg/m3。
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一氧化碳对小鼠运动神经和植物神经功能有影响 正常情况下，随着开阔场测试次数的增多，小鼠走格子数应当增加、适应性增强、应激反应减低。本实验开阔场测试结果显示，C组和D组小鼠在脱离染毒环境后，走格子数与染毒前比较，没有显著性增加，而A组、B组在染毒后第3个3天内明显高于染毒前。提示300 mg/m3和600 mg/m3的CO对运动神经功能有妨碍作用，而30 mg/m3的CO对运动神经功能没有明显影响。C 组小鼠在染毒后第1个3天内，走格子数明显高于其他3个组，提示300 mg/m3的CO还可引发激奋功能亢进，而D组小鼠在染毒期间的竖立次数和染毒后第3个3天的走格子数明显低于A组和B组，说明600 mg/m3的CO可使激奋功能抑制。另外,D组小鼠在染毒后第2个3天内,排便次数明显多于A组和B组,提示600 mg/m3的CO可以使小鼠恐惧情绪增加。
一氧化碳对小鼠的学习和记忆功能有双向作用 学习和记忆的规律是随着某一种训练次数的增多，学习和记忆能力应该不断提高，且一定的焦虑水平可以促进学习和记忆。本实验水迷宫测试结果显示，B组小鼠的反应时和错误率染毒前后自身比，无显著性差异，但有数值降低趋势，与A组变化相似；但组间比较，在染毒后第3个3天，B组小鼠的反应时明显快于其他3组，错误率明显低于其他3组，提示30 mg/m3的CO对小鼠学习和记忆功能有兴奋性作用，原因可能是此种浓度的CO提高了小鼠的焦虑水平。C组小鼠的反应时和错误率染毒前后自身比较，虽无显著性差异，但是数值变化有高有低，到染毒后第3个3天，反应时数值小于染毒前，但错误率数值仍然高于染毒前；与其他组比较，染毒前存在的与A组的差异，染毒后出现反方向变化，这提示300 mg/m3的CO可以使小鼠学习和记忆功能减弱。D组小鼠的反应时和错误率染毒前后自身比较，一直呈上升趋势，且染毒后第3个3天的错误率明显大于染毒前；组间比较,反应时和错误率数值大小排序,D组数值由染毒前的最低转变为染毒后第3个3天排序最高,且错误率明显大于其他3组,提示600 mg/m3的CO可以导致小鼠学习和记忆功能降低。低浓度CO污染是否更偏重于影响记忆能力，有待进一步深入研究。
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结 论
本实验研究表明，CO持续染毒72 h，600 mg/m3的CO 可以导致小鼠情绪不稳，激奋功能受到抑制，学习和记忆能力降低，而且可逆性不明显；300 mg/m3的CO可以使小鼠激奋功能亢进，学习和记忆能力减弱，但有可恢复性；30 mg/m3的CO对小鼠的学习和记忆能力有一定限度的兴奋作用。本实验结果还提示，低浓度CO对神经行为功能的影响还具有迟发性特征。外推到人，连续72 h暴露于有CO的环境，CO的最大允许浓度应当不超过30 mg/m3。
(致谢：本研究得到了北京医科大学公共卫生学院卫生毒理教研室李秀教授的大力支持和热情指导，在此表示感谢。)
参考文献
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[3]NASA-STD-3000/VOL.1/REV.B[S].1995
[4]余秉良,张恒太,牟晓非等. 低浓度一氧化碳对人体功能的影响[J]. 航天医学与医学工程, 1997, 10(5): 328～332
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[6]Doull J,Klaassen LD,Amdur MO et al.Toxicology[M]. New York: 2nd. Macmillan Publishbing Co, 1980:179～205
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收稿日期：1998-12-14, 百拇医药