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三种不同消毒水中非挥发性有机提取物对人肝癌细胞(HepG2)的毒性作用及其机理研究

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饮用水消毒始于上世纪初，消毒的目的在于杀灭水中病原体、防止介水传染病的传播和流行。目前世界上用于饮用水消毒的方法主要有氯化消毒、二氧化氯消毒、紫外线消毒和臭氧消毒，其中氯化消毒是饮用水消毒的最主要方法，其杀菌能力很强，能明显的杀死水中的病原体。但是氯在消毒的同时，也能与水中的有机物相互作用，产生氯化消毒副产物。因此，为了减少氯化饮用消毒水副产物对人体的损害，就需要改进消毒方法，在保证消毒的效果前提下，减少氯化消毒副产物，保障人群健康。 在常规氯化消毒中，对于有机物含量较高的源水，一般采用预氯消毒，氧化有机物后，再进行氯化消毒。但由于预氯消毒可增加氯化消毒副产物的形成，因此预消毒方法的改进开始得到重视。用无遗传毒性作用或毒作用较弱的消毒剂来取代预氯消毒，被认为是比较可行的方法。二氧化氯和臭氧预氧化因具有氧化能力强、反应速度快、原料易得、使用方便等优点，近年来越来越受到人们的重视。二氧化氯和臭氧是一种高效的杀菌消毒剂。其具有杀毒能力强而副产物少的特点，并且具有极强的氧化能力，对微生物如病毒、细菌甚至芽孢都有极强的杀伤力，还具有很强的渗入细胞壁的能力，从而破坏细菌有机体结构导致细菌死亡。尽管与氯预消毒相比，二氧化氯和臭氧预消毒替代方法具有许多优点，但是它们的使用对人体的健康也存在潜在的毒性危害。因此，需要对这些消毒方法的毒性进行较全面的研究。 本研究探讨了汉江源水以及三种不同预处理方法（氯气、二氧化氯和臭氧）消毒水中非挥发性有机提取物(NOCs)对体外HepG2细胞的毒性作用及其发生机理，以探讨适合于汉江水消毒的消毒方法，为进一步深入了解消毒饮用水对人体的健康效应提供实验依据。 第一部分：三种不同消毒水中非挥发性有机提取物对人肝癌细胞(HepG2)氧化应激水平的影响。 目的：本部分主要研究了汉江源水以及三种不同预处理方法（氯气、二氧化氯和臭氧）消毒水中非挥发性有机提取物(NOCs)对HepG2细胞内活性氧族(ROS)和脂质过氧化产物MDA、抗氧化分子GSH和SOD活性的影响。 方法：采用流式细胞仪及脂质过氧化相关酶试剂盒测定等方法，分别对HepG2细胞内ROS含量变化和脂质过氧化相关酶进行测定。 结果：三种不同预处理方法消毒水和源水中NOCs对体外HepG2细胞ROS含量较对照组在1、5ml NOCs /ml medium时有显著性增加(P<0.05)；在0.2、1、5ml NOCs /ml medium时，GSH-PX、SOD活性较对照组显著降低(P<0.05)，MDA显著升高(P<0.05)；MDA与GSH-PX、SOD均呈负相关(P<0.05)。 结论：三种不同预处理方法消毒水中NOCs所致HepG2细胞遗传毒性与活性氧族和细胞的脂质过氧化有关，表现为HepG2细胞的ROS含量和脂质过氧化相关酶的活性变化，而且脂质过氧化相关酶的活性变化与NOCs剂量存在一定的剂量-反应关系。 第二部分：三种不同消毒水中非挥发性有机提取物对人肝癌细胞(HepG2) DNA损伤及凋亡作用的影响。 目的：本部分主要研究了汉江源水以及三种不同预处理方法（氯气、二氧化氯和臭氧）消毒水中非挥发性有机提取物(NOCs)对HepG2细胞的DNA损伤、染色体损伤和凋亡的影响。 方法：以单细胞凝胶电泳(Single Cell Gel Electrophoresis，SCGE)、细胞松弛素B阻断核质分裂微核法(cytokinesis-block micronucleus)和碘化丙啶(propidium iodide，PI)单染流式细胞术来分别检测其对细胞DNA断裂损伤、染色体损伤和细胞凋亡的影响。 结果： ①三种不同预处理方法消毒水和源水NOCs对体外HepG2细胞存活率有随浓度的增加而降低的趋势，在25、125ml NOCs /ml medium均有显著性差异(P<0.05)。 ②微核试验显示三种不同预处理方法消毒水和源水NOCs在5、25、125ml NOCs /ml medium均可致细胞微核的形成，与对照组相比有显著性差异(P<0.05)，而且存在剂量反应关系；与同浓度的臭氧组相比，氯气组在1ml NOCs/ml medium显著性增加(P<0.05)；二氧化氯组在1和5ml NOCs/ml medium均显著性增加(P<0.05)；源水组在1和25ml NOCs/ml medium时显著性低于同浓度的二氧化氯和氯气组(P<0.05)；在125ml NOCs/ml medium 显著性高于二氧化氯和氯气组(P<0.05)。 ③彗星试验显示三种不同预处理方法消毒水中NOCs在5、25、125ml NOCs/ml medium均可明显导致DNA单双链断裂，与对照组相比有显著性差异(P<0.05)，且存在剂量反应关系。各实验组同浓度间也有显著性差异(P<0.05)，碱性彗星试验各组所致DNA损伤顺序为二氧化氯>氯气>臭氧>源水，中性彗星试验各组所致DNA损伤顺序为氯气>二氧化氯>臭氧>源水。 ④流式细胞仪检测结果显示，随NOCs浓度的增高，三种不同预处理方法消毒水中NOCs对HepG2细胞凋亡率较对照组均有增加趋势，在5、25、125ml NOCs/ml medium有显著性差异(P<0.05)。 结论： ①三种不同预处理方法消毒水中NOCs均可以导致HepG2细胞的DNA单链和双链断裂，氯气预处理消毒水中NOCs主要导致DNA双链断裂，二氧化氯预处理消毒水中NOCs主要导致DNA单链断裂；氯气预处理消毒水中NOCs导致HepG2细胞毒性强于二氧化氯预处理消毒。 ②臭氧预处理消毒水中NOCs导致HepG2细胞DNA损伤低于氯气和二氧化氯组，通过比较发现，三种不同预处理方法消毒水中NOCs导致体外HepG2细胞遗传毒性顺序为氯气﹥二氧化氯﹥臭氧。臭氧预处理方法可能更适合汉江水的消毒。

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