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比较不同来源钙剂对大鼠骨密度的影响 马丹丹1 朱文丽1 龙 珠1 梁学军1 王 娜2 张葳芮2 韩红云2 1北京大学公共卫生学院营养与食品卫生学系 北京 100191 2天津天狮集团全球研发中心 天津 301700 作者简介 马丹丹 1984 女 山东省人 在读硕士研究生 医学学士 研究方向 营养与疾病 摘 要 目的 研究纳米碳酸钙 微晶体羟磷灰钙 乳钙对大鼠骨密度和钙表观吸收率的影响 方法 SPF级4周龄雌性SD大鼠90只 随机分为9组 即纳米碳酸钙 微晶体羟磷灰钙 乳钙低 高剂量组和相应剂量碳 酸钙对照组 低 高剂量组饲料钙含量分别为500mg 100g和1000mg 100g 以及低钙对照组 饲料钙含量为 150mg 100g 喂养13周 测钙表观吸收率 骨钙含量和骨密度 结果 不同钙剂组大鼠骨密度均明显高于低钙 对照组 P 0 05 不同钙剂低剂量组大鼠钙表观吸收率介于52 96 68 16 之间 高剂量组吸收率介于41 78 61 30 均明显低于低钙对照组 P 0 05 结论 与低钙对照组相比 纳米碳酸钙 微晶体羟磷灰钙 乳钙均 可明显改善大鼠的骨密度 关键词 纳米碳酸钙 微晶体羟磷灰钙 乳钙 骨密度 钙表观吸收率 目前临床和市售钙剂主要分为无机钙和有机酸 钙 其中无机钙中应用最多的是碳酸钙 有机酸钙中 葡萄糖酸钙 乳酸钙等也是主要的钙源 由于加工工 艺的不同 同种来源钙剂的吸收率也可能有差异 例 如有研究表明 经过超微粉化的纳米碳酸钙补钙效果 优于碳酸钙 2 本实验选取了三种含钙量高 应用广 泛 研究较多的钙剂 纳米碳酸钙 微晶体羟磷灰 钙和乳钙 以碳酸钙为对照 研究其对于大鼠骨密度 和钙表观吸收率的影响 为居民合理选择钙剂提供科 学依据 1 材料与方法 1 1 钙剂 纳米碳酸钙 微晶体羟磷灰钙 乳钙 由天津天 狮生物工程有限公司提供 三种钙剂含钙量分别为 纳米碳酸钙37 4 微晶体羟磷灰钙26 0 乳钙 25 4 1 2 实验动物 SPF级健康4周龄SD大鼠 雌性 90只 体重60 75g 由北京大学医学部实验动物科学部提供 实验 动物生产许可证 SCXK 京 2006 0008 动物使 用许可证 SYXK 京 2006 0025 饲养环境为屏障 环境 实验环境温度23 24 湿度54 58 1 3 动物基础饲料 动物基础饲料配方为 10 0 酪蛋白 15 0 黄豆 粉 54 0 小麦面粉 4 0 玉米油或花生油 2 0 纤 维素 2 6 混合矿物盐 1 混合维生素 0 2 氯化 胆碱 0 2 DL 蛋氨酸 11 0 淀粉 调整钙含量为 150mg 100g饲料 用此低钙饲料配方配制三种钙剂 低 高剂量组和碳酸钙低 高剂量组 可根据各组钙 剂 或碳酸钙 的需用量调节淀粉用量 动物基础饲 料由中国医学科学院实验动物研究所提供 饲料生产 许可证号 SCXK 京 2006 0003 1 4 主要仪器设备 双能X线吸收骨密度仪 DEXA Hologic Delphi A 原子吸收分光光度计 Atomic Absorption Spectrophotometer PE Zeemam 5100型 1 5 试验方法 1 5 1 动物分组及剂量设置 动物经适应性喂养一周 后 称体重 按体重随机分为9组 每组10只 试验中每种钙剂设低 高剂量组 即饲料中钙含 量为500 mg 100g和1000 mg 100g 同时设两个碳酸钙 对照组和一个低钙对照组 钙含量为150 mg 100g饲 料 1 5 2 钙剂给予方式 按动物摄食量10 计 分别将 低 高剂量纳米碳酸钙 微晶体羟磷灰钙 乳钙 碳 2010年第09期No 09 2010 中 国 食 物 与 营 养 Food and Nutrition in China 酸钙掺入饲料中 所有组别试验动物单笼饲养 均自 由摄食 饮用去离子水以避免从饮水中获得钙 饲养 13周 1 5 3 观察指标 体重 身长 每周测量1次 摄食量测定 记录每只动物的一周总摄食量 计 算食物利用率 代谢试验 试验3周末将大鼠放在代谢笼中进行3d 钙代谢试验 记录3d进食量 收集72h粪便 用原子吸 收法测定饲料 粪便中钙含量 骨钙测定 动物饲养13周后 处死 剥离左 右 侧股骨 剔除干净骨周围附着软组织 原子吸收法测 定右侧股骨钙含量 骨密度测定 以双能X线吸收骨密度仪 DEXA 测定左侧股骨中点 远心端和近心端骨密度 bone mineral density BMD 1 6 统计学分析 采用SPSS软件进行不同剂量钙剂组与低钙对照组 及相应剂量碳酸钙对照组的方差分析 2 结果 2 1 对大鼠体重 身长及总食物利用率的影响 如表1所示 试验初始各剂量组动物体重 身长 均无统计学差异 试验结束时 第13周末 乳钙低 高剂量组体重明显高于低钙对照组 P0 05 试验结束时除纳米碳酸钙低 剂量组身长明显低于碳酸钙低剂量组外 P0 05 试验中各组总食物利用率与 低钙对照组和相应剂量碳酸钙组相比差异均无显著性 P 0 05 表1 多种钙剂对大鼠体重 身长 总食物利用率的影响 x s 组 别 动物数 体重 g 身长 cm 总食物利用率 0周13周0周13周 纳米碳酸钙低剂量组1066 5 4 6317 5 53 924 41 0 8239 04 1 79 18 0 2 1 纳米碳酸钙高剂量组1065 9 5 2307 9 26 924 61 1 1139 47 1 4617 2 0 9 微晶体羟磷灰钙低剂量组1064 9 3 6328 0 37 424 66 1 0839 70 1 3817 5 1 2 微晶体羟磷灰钙高剂量组1066 0 4 5320 6 36 424 53 1 2339 80 1 6417 5 2 3 乳 钙 低 剂 量 组1065 8 4 7339 4 34 5 24 55 1 3739 70 0 9819 0 1 3 乳 钙 高 剂 量 组1066 1 3 8347 3 32 9 24 41 0 9040 45 1 8819 0 1 1 碳 酸 钙 低 剂 量 组1067 8 4 4309 5 26 924 42 1 2240 35 0 8817 2 1 5 碳 酸 钙 高 剂 量 组1066 4 3 8326 0 33 724 32 1 1840 05 1 4217 2 1 0 低 钙 对 照 组1067 8 4 4306 2 36 624 05 1 0439 70 1 0917 3 1 6 与低钙对照组相比 P 0 05 与相同剂量碳酸钙组相比 P 0 05 2 2 对大鼠钙表观吸收率的影响 如表2所示 不同钙剂各剂量组表观吸收率均明 显低于低钙对照组 P0 05 而微晶体羟磷灰钙低 高剂量组和乳钙 高剂量组钙的表观吸收率均显著低于相应剂量碳酸钙 组 P 0 05 表2 不同钙剂对大鼠钙表观吸收率的影响 x s 组 别动物数 摄入钙 mg 粪钙 mg 钙表观吸收率 纳米碳酸钙低剂量组10207 21 30 89 65 70 21 28 68 16 8 75 纳米碳酸钙高剂量组10541 68 56 55 208 48 35 96 61 30 6 85 微晶体羟磷灰钙低剂量组10219 87 19 39 103 73 30 14 52 96 12 18 微晶体羟磷灰钙高剂量组10407 21 83 76 245 23 93 14 41 78 18 92 乳 钙 低 剂 量 组10262 20 27 06 92 18 26 70 64 58 11 66 乳 钙 高 剂 量 组10453 55 49 36 259 26 35 85 42 20 10 07 碳 酸 钙 低 剂 量 组10271 55 39 96 86 10 29 45 67 93 10 84 碳 酸 钙 高 剂 量 组10426 47 45 97 181 85 53 18 57 83 9 74 低 钙 对 照 组1042 73 4 555 79 2 5386 44 5 18 与低钙对照组相比 P 0 05 与相同剂量碳酸钙组相比 P 0 05 65马丹丹等 比较不同来源钙剂对大鼠骨密度的影响 2 3 对大鼠骨钙含量的影响 由于碳酸钙高剂量组有一只试验动物的左 右 股骨样本遗失 只分析了9个样本 如附图所示 乳钙低剂量组大鼠骨钙含量明显高于低钙对照组 P0 05 纳米碳酸钙 微晶体羟磷灰钙 乳钙低剂量组大鼠骨钙含量明显低于相应碳酸钙组 P 0 05 附图 对大鼠骨钙含量的影响 2 4 对大鼠股骨骨密度的影响 如表3所示 多种钙剂各剂量组大鼠左侧股骨中 点 远心端和近心端骨密度均明显高于低钙对照组 P 0 05 其中微晶体羟磷灰钙 乳钙组一点或两 点骨密度高于相应剂量碳酸钙组 P0 05 表3 不同钙剂对大鼠骨密度 BMD 的影响 x s 组 别动物数股骨中点BMD g cm2 股骨远心端BMD g cm2 股骨近心端BMD g cm2 纳米碳酸钙低剂量组100 21902 0 01032 0 31218 0 04169 0 25585 0 01247 纳米碳酸钙高剂量组100 21674 0 01409 0 31686 0 01267 0 25952 0 00910 微晶体羟磷灰钙低剂量组100 22863 0 00595 0 31532 0 01659 0 26432 0 00978 微晶体羟磷灰钙高剂量组100 23244 0 01182 0 33234 0 02395 0 27546 0 01221 乳钙低剂量组100 23003 0 01186 0 32960 0 02031 0 26738 0 01274 乳钙高剂量组100 24463 0 01045 0 31753 0 01499 0 27841 0 00923 碳酸钙低剂量组100 22239 0 01134 0 31896 0 02342 0 25315 0 01371 碳酸钙高剂量组 90 22472 0 00857 0 33153 0 01757 0 26364 0 00685 低钙对照组100 18069 0 009330 25140 0 014780 21224 0 01078 与低钙对照组相比 P 0 05 与相同剂量碳酸钙组相比 P 0 05 3 讨论 纳米碳酸钙是指颗粒尺寸大小在1 100nm之间的 超细粉末碳酸钙 与碳酸钙相比 具有特殊的表面效 应 体积效应 量子尺寸效应等 在生物学和医药学 中有广泛的应用 3 4 微晶体羟磷灰钙除具备表面效 应和小尺寸效应外 还具备钙磷比例合理 含有大量 的钠 镁 碳酸和柠檬酸离子等优点 能促进钙的吸 收 另外 有研究指出乳钙是营养价值最好的钙源且 易消化吸收 5 7 因此 本实验选取了这三种含钙量 高 应用广泛 研究较多的钙剂 以碳酸钙为对照 研究其对于增加大鼠骨密度和钙表观吸收率的影响 目前国内关于于钙剂的研究 对于大鼠饲料中钙 的含量多设定在0 1 0 8 之间 8 10 有研究得出大 鼠的适宜钙摄入量为饲料中含钙0 31 0 51 11 但是由于国家标准 GB 14924 3 2001 实验动物小鼠 66中 国 食 物 与 营 养 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 骨钙含量 mg g 组别 纳米碳酸钙低剂量组 纳米碳酸钙高剂量组 微晶体羟磷灰钙低剂量组 微晶体羟磷灰钙高剂量组 67马丹丹等 比较不同来源钙剂对大鼠骨密度的影响 大鼠配合饲料 规定大鼠配合饲料中钙含量为1 0 1 8 因此试验中将大鼠饲料中的钙含量设定为0 5 和1 两个剂量组 以观察几种钙剂的补钙效果 由试验结果可以看出 与低钙对照组相比 纳米 碳酸钙 微晶体羟磷灰钙 乳钙均可明显改善大鼠的 骨密度 纳米碳酸钙组大鼠骨密度与碳酸钙对照组相 比差异无显著性 微晶体羟磷灰钙组和乳钙组大鼠骨 密度高于相应剂量碳酸钙组 但钙表观吸收率却较碳 酸钙组低 谭翔文等 2 研究发现 纳米碳酸钙对于SD大鼠的 生长发育具有较好的促进作用 这与本研究结果一 致 其原因可能是因为纳米碳酸钙具有小尺寸效应和 表面效应 当粒径减小时 增大了与消化液的接触面 积 从而提高了大鼠对其的吸收利用率 微晶体羟磷 灰石具有良好的生物相容性和力学性能 能与骨形成 很强的化学结合 在促进成骨细胞分化 新生骨血 管化等方面具有优势 是良好的人工骨材料和组织 材料 12 而本试验结果也显示 微晶体羟磷灰钙能显 著增加大鼠的骨密度 但是表观吸收率较碳酸钙低 这可能是由于其在消化道内溶解度低有关 乳钙的主 要来源是奶和奶制品 特别是牛乳中含有大量的酪蛋 白 其水解物 酪蛋白磷酸肽可以和钙结合成可溶 性的复合物 提高钙的溶解度 促进钙的吸收 有研 究发现 乳钙的吸收率高于碳酸钙 但是本实验的结 果显示乳钙的吸收率并不比相应剂量的碳酸钙表观吸 收率高 其原因可能是饲料中添加的是乳钙 而缺乏 促进乳钙吸收的牛奶蛋白和乳糖 这与Yasuhiro Toba 的研究 13 结果一致 他认为膳食中钙的来源不会影响 大鼠股骨和腰椎的骨密度和钙的表观吸收率 但是牛 奶成分 主要是乳糖和牛奶蛋白 可以影响钙的表观 吸收率 另外 Marlena C Kruger也比较了碳酸钙和乳 钙的吸收率 认为两者没有显著的统计学差异 14 本试验低剂量组钙的表观吸收率为52 96 68 16 高剂量组为41 78 61 30 这与文献报 道一致 15 证明大鼠钙吸收率与摄入量相关 在钙摄 入基本满足大鼠需要的情况下 钙吸收率绝大部分在 40 左右 另外结果还显示 碳酸钙的吸收率是较好 的 尤其高剂量组明显高于微晶体羟磷灰钙和乳钙 传统认为碳酸钙作为一种无机钙 其吸收率略低于有 机钙等 但多项动物试验表明 碳酸钙在体内的生物 利用率与其他钙剂相比并无明显差异 16 钙是骨骼的主要构成成分 骨密度和骨钙含量是 目前公认的评价骨质的较好的方法 从骨密度结果可 以看出 与低钙对照组相比 纳米碳酸钙 微晶体羟 磷灰钙 乳钙均能增加大鼠股骨密度 当钙摄入量相 同时 各组的骨钙含量均比低钙对照组高 与相同剂 量的碳酸钙相比 微晶体羟磷灰钙和乳钙增加骨密度 的效果更好 试验中出现骨钙含量和骨密度结果不相支持的情 况 如微晶体羟磷灰钙和乳钙低剂量组大鼠骨钙含量 低于相应碳酸钙组 而骨密度则与碳酸钙组相比无明 显差异 甚至高于碳酸钙组 本试验采用目前公认最 佳的双能X线骨密度仪测量动物股骨三点骨密度 从 仪器和方法的选择上是没有问题的 但用测量人的骨 密度仪测量动物终究还是存在一些测量偏倚无法避 免 在组间差距较小的情况下可重复性较差 所以有 文献推荐在补钙效果上应以骨钙含量为主要指标 骨 密度为次要指标 17 但这一点尚未得到公认 有待进 一步讨论 综上所述 纳米碳酸钙 微晶体羟磷灰钙 乳钙 能有效改善大鼠的骨密度 并且后二者较碳酸钙效果 更好 但钙吸收率低于碳酸钙组 碳酸钙作为一种传 统的钙源 其效价比一直为人们所认可 本研究可初 步判定纳米碳酸钙 微晶体羟磷灰钙 乳钙以及碳酸 钙均可作为补钙的钙源 参考文献 1 谭翔文 许金华 王宗保 等 纳米碳酸钙补钙效果的 大鼠实验研究 临床和实验医学杂志 2008 3 7 7 8 2 张莉芹 袁泽喜 纳米技术和纳米材料的发展及其应 用 武汉科技大学学报 2003 29 3 234 238 3 Wei Wu Xueqin Zhang Jianfeng Chen et al Synthesis of nano CaCO3 composite particles and their application Journal of University of Science and Technology Beijing 2008 15 1 67 73 4 Bruce G Schroder Ian J Griffin Bonny L Specker et al Absorption of calcium from the carbonated dairy soft drink is greater than from fat free milk and calcium fortified orange juice in women Nutrition Research 2005 25 737 742 5 Marlena C Kruger Brain W Gallaher Linda M Schollum Bioavailability of calcium is equivalent from milk fortified with either calcium carbonate or milk calcium in growing male rats Nutrition Research 2003 23 1229 1237 6 Warren T K Lee Ji Jiang X J Lai et al Calcium absorption from calcium fortified soymilk and cow s milk in postmenopausal Chinese women with suboptimal serum 25 hydroxyvitamin D status Bone 2008 43 1 31 32 7 赵要武 许继取 朱清华 等 牦牛骨粉对大鼠骨钙 骨密度及骨钙吸收率影响的研究 食品科学 2007 28 6 321 323 8 谭翔文 匡艳华 许金华 等 纳米碳酸钙对大鼠骨骼 和血钙的影响 湖南师范大学学报 2007 4 3 10 12 9 甘振威 张娅婕 陈秋丽 等 葡萄糖酸钙和乳酸 钙在大鼠体内的吸收和利用 吉林大学学报 2004 30 4 546 548 10 何丽 薛安娜 付萍 等 多种钙剂不同钙含量对大 鼠钙吸收及骨密度的影响 卫生研究 2002 31 4 258 260 11 Huanan Wang Yubao Li Yi Zuo et al Biocompatibility and osteogenesis of biomimetic nano hydroxyapatite polyamide composite scaffolds for bone tissue engineering Biomaterials 2007 28 3338 3348 12 Yasuhiro Toba Yukihiro Takada Miyako Tanaka et al Comparison of the effects of milk components and calcium source on calcium bioavailability in growing male rats Nutrition Research 1999 19 449 459 13 Marlena C Kruger Brain W Gallaher Linda M Schollum Bioavailability of calcium is equivalent from milk fortified with either calcium carbonate or milk calcium in growing male rats Nutrition Research 2003 23 1229 1237 14 王灿楠 刘德成 庄明 等 钙吸收利用与钙摄入量 关系的动物实验研究 卫生研究 2002 31 6 439 441 15 Kruger MC Brian W et al Bioavailability of calcium is equivalent from milk fortified with either calcium carbonate or milk calcium in growing male rats Nutrition Research 2003 23 1229 1237 Effects of Different Sources of Calcium on Bone Density in Rats MA Dan dan1 ZHU Wen li1 LONG Zhu1 LIANG Xue jun1 WANG Na2 ZHANG Wei rui2 HAN Hong yun2 1Department of Nutrition and Food Hygiene Peking University School of Public Health Beijing 100191 2 Tianjin Tiens Group s Global R D Center Tianjin 301700 Abstract Objective To identify the influence of nano calcium carbonate microcrystal hydroxyapatite and lactate calcium on bone density and apparent absorption rate of calcium of rats Method 90 female SD rats 4 weeks old at SPF level were randomly divided into 9 groups as the high and the low experiment group of nano calcium carbonate microcrystal hydroxyapatite lactate calcium calcium carbonate and the low calcium control group with Ca 150 mg 100g in diet The calcium content of the high and low experiment grou