小鼠脑脊液镁离子浓度及血清镁离子浓度变化对它的影响

沈艳玲?王娇??孙立元

[摘要] 目的 探讨小鼠正常脑脊液镁离子的浓度及血清镁离子浓度改变后对它的影响。 方法 使用戊巴比妥钠（50mg/kg）麻醉动物。在鼠尾尖端1～1.5cm处剪断鼠尾，收集血液；剥离小鼠后颈部皮肤肌肉，暴露硬脑膜，使用蝶形针在枕大池内吸取脑脊液；用感应耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）检测C57BL/6型（B6型）和ICR型小鼠正常脑脊液和血清镁离子浓度，并检测B6型小鼠腹腔注射硫酸镁（1.23g/kg） 20min、40min、2h、4h后脑脊液和血清镁离子浓度的改变。 结果 正常B6型小鼠脑脊液和血清镁离子浓度分别是（0.89±0.11）mM和（1.38±0.12）mM。正常ICR型小鼠脑脊液和血清镁离子浓度分别是（1.00±0.12）mM和（1.10±0.09）mM。B6型小鼠腹膜内注射硫酸镁后血清镁离子浓度从（1.38±0.12）mM（正常水平）增加到（8.68 ± 1.85）mM（注射20min后，P<0.01）、（7.58±0.67）mM（40min后，P<0.01）、（3.56 ± 0.96）mM（2h后，P<0.01）并在4h后减少到正常水平（F=1.514），而脑脊液镁离子浓度未发生明显改变（F =126.884，P>0.05）。 结论 小鼠脑脊液镁离子浓度不随血清镁离子浓度升高而改变。

[关键词] 血-脑屏障；脑脊液；镁离子；小鼠；血清

[中图分类号] R651 [文献标识码] A [文章编号] 2095-0616（2015）17-23-04

Influence of changes of cerebrospinal fluid magnesium concentration and serum magnesium concentration in mice

SHEN Yanling1 WANG Jiao1 SUN Liyuan1，2

1.Department of Pathology， Affiliated Hospital of Guilin Medical University， Guangxi， Guilin 541004， China； 2.Staff Room of Pathophysiology， Guilin Medical University， Guangxi， Guilin 541004， China

[Abstract] Objective To study the influence of changes of cerebrospinal fluid magnesium concentration and serum magnesium concentration in mice. Methods To anaesthetize animal using by pentobarbital sodium （50mg/kg）. To shear off the mice tail at 1-1.5cm rattail tip to collect blood， to peel the skin and muscle on mice posterior neck to expose endocranium， to absorb cerebrospinal fluid at cisterna magna used by butterfly needle. To detect the cerebrospinal fluid and serum magnesium concentration of C57BL/6 （B6） and ICR mice by inductively coupled plasma mass spectrometry （ICP-MS）， to detect the changes of cerebrospinal fluid and serum magnesium concentration in B6 mice which were treated with intraperitoneal injection magnesium sulphuricum（1.23g/kg） after 20min， 40min， 2h， 4h. Results The cerebrospinal fluid and serum magnesium concentration in B6 mice was （0.89±0.11） mM and （1.38±0.12） mM， while which was （1.00±0.12） mM and （1.10±0.09） mM in ICR mice. The serum magnesium concentration in B6 mice has increased from （1.38±0.12） mM to （8.68±1.85） mM after 20min intraperitoneal injection magnesium sulphuricum（P<0.01）， to （7.58±0.67） mM after 40min intraperitoneal injection magnesium sulphuricum（P<0.01）， to （3.56±0.96） mM after 2h intraperitoneal injection magnesium sulphuricum（P<0.01）， then reduced to normal level after 4h intraperitoneal injection magnesium sulphuricum（F=1.514）， while cerebrospinal fluid magnesium concentration hadnt occurrence obviously significant change（F=126.884，P>0.05）. Conclusion Cerebrospinal fluid magnesium concentration in mice dosnt has change along with serum magnesium concentration.

[Key words] Blood-brain barrier； Cerebrospinal fluid； Magnesium； Mice； Serum

镁影响细胞的多种生物学功能，如：钾离子和钙离子的转运；调控信号的传递；酶原的激活；参

与能量代谢、核酸及蛋白质的合成；调控细胞周期和保护细胞生物膜的完整。研究表明，一些疾病与镁离子的缺乏有关，如：骨骼发育不良、脑卒中、继发性脑损伤、缺血性心脏病、心律失常、动脉粥样硬化、高血压、糖尿病以及视网膜功能异常[1-3]。镁离子缺乏是诱发关岛帕金森病、PDC和ALS的主要的环境因素，并且有研究证明镁离子缺乏可引起大鼠黑质多巴胺神经元的选择性缺失[4-6]。

一些临床和实验研究表明，静脉注射镁离子能起到神经元的保护作用：可以预防人类和动物的创伤性脑损伤、癫痫发作、蛛网膜下腔出血和脑缺血的发生；也可预防由利多卡因而诱导的癫痫发作[1，7]。这些研究显示镁离子缺乏可诱导某些特定神经元的变性，而在一定的病理条件下提高血清镁离子浓度对神经元有保护作用。

研究显示人类和动物的血清离子成分发生改变时，脑脊液的镁离子浓度不会发生改变[7-12]。但脑部损伤的患者和狗（血清镁离子浓度是正常血清镁离子浓度的2～4倍）的脑脊液镁离子浓度会有轻微的升高，子痫前期的患者和海马区癫痫发作的大鼠脑脊液镁离子浓度会有明显的增加，并且长期镁离子缺乏会诱导脑脊液镁离子浓度的降低[13-14]。

小鼠常被用于各种神经疾病模型制作和镁离子神经保护性治疗的研究。已有研究通过口服镁离子研究其对帕金森模型小鼠以及SOD-1转基因小鼠的干预效果[12-17]，但这些研究并没有检测血清和脑脊液以及脑组织中镁离子浓度是否发生改变。另外，正常小鼠脑脊液镁离子浓度以及改变血清镁离子浓度对它是否产生影响目前也未见报道。本研究详细阐明了B6型和ICR型小鼠正常脑脊液镁离子浓度及B6型小鼠腹腔注射镁离子后脑脊液镁离子浓度的改变。

1 资料与方法

1.1 一般资料

健康雄性B6型（n=27）和ICR型（n=11）小鼠，由北京维通利华实验动物技术有限公司提供，8周龄，体重分别为21～24g、32～37g。

1.2 方法

1.2.1 实验组 检测B6型小鼠腹腔注射硫酸镁（浓缩镁离子，MgSO4·7H2O，1.23g/kg）20min、40min、2h、4h（各组均n=5）后脑脊液和血清镁离子浓度的改变。

1.2.2 对照组 B6型（n=7）和ICR型（n=11）小鼠，取脑脊液、血清。

1.2.3 血清和脑脊液样本采集 戊巴比妥钠（50mg/kg）麻醉动物。在鼠尾尖端1～1.5cm处剪断鼠尾，收集血液在含有聚丙烯的试管内，并以1500rpm转速离心分离。

经枕大池收集脑脊液：剥离小鼠后颈部皮肤肌肉，暴露硬脑膜，使用蝶形针（27Gx×1/2，0.4×13 mm，TOP公司，东京，日本）在枕大池内吸取脑脊液。对照组和B6型小鼠腹腔注射硫酸镁20min、40min、2h、4h后收集样本，并用超纯水稀释1000倍。

1.2.4 镁离子浓度测定 用感应耦合等离子体质谱仪（ICP-MS，7500级，安捷伦科技，东京，日本）进行镁离子浓度的测定（为使标准化，样本中加入1%的氮酸使标本浓度为10μg/L）。每次检测前仪器均使用超纯水冲洗。操作条件如下：ICP rf 功率1500 W，冷却室温度为2℃；氩气流量，血浆为0.7升/分钟，载体为0.35升/分钟；氢气流量为0.4；质谱扫描，Mg m/z = 25，Y m/z = 89。每个样品和标准溶液进行三次测量。

1.3 统计学处理

采用SPSS 11.0 统计软件进行相关统计学分析。处理组间独立样本采用ANOVA方差分析，组间多重比较采用Bonferroni post hoc分析。P<0.05为差异具有统计学意义，各组数据用（）表示。

2 结果

超纯水中镁离子浓度范围是（0.14 ± 0.12）mM（n=11），在可接受的误差范围内，因此未对脑脊液和血清镁离子浓度进行修正。正常B6型小鼠脑脊液和血清镁离子浓度分别是（0.89±0.11）mM（n=7）、（1.38±0.12）mM（n=7）。正常ICR型小鼠脑脊液和血清镁离子浓度分别是（1.00±0.12）mM（n=7）、（1.10±0.09）mM（n=11）。B6型小鼠腹膜内注射硫酸镁后血清镁离子浓度从（1.38±0.12）mM（正常水平；n= 5）增加到（8.68±1.85）mM（注射20分钟后；n=5）、（7.58±0.67）mM（40分钟后；n=5）、（3.56±0.96）mM（2小时后； n=5），并在4小时（n=5）后减少到正常水平，脑脊液镁离子浓度未发生明显改变（图1）。见表1。

图1 腹腔注射镁离子后脑脊液和血清镁离子浓度。*与对照组比校，P<0.01

3 讨论

本实验阐明了正常脑脊液镁离子浓度及改变血清镁离子浓度对它的影响。B6型和ICR型小鼠脑脊液镁离子浓度分别是（0.89±0.11）mM、（1.00±0.12）mM。B6型小鼠血清镁离子浓度增加时脑脊液镁离子浓度不发生明显改变。B6型小鼠血清和脑脊液镁离子浓度分别是1.38 mM、0.89 mM，ICR型小鼠血清和脑脊液镁离子浓度分别是

表1 不同物种的脑脊液和血清正常镁离子浓度及补充镁后脑脊液镁离子浓度的变化

物种 品系 年龄 性别 正常镁离子浓度血浆 脑脊液CSF 补充镁后CSF/血清中镁离子浓度的改变 镁离子浓度的检测方法 引用

小鼠 C57BK/6J 8周 雌性 （1.38±0.12） mM/L （0.89±0.11） mM/L CSF中镁离子无明显改变 ICP-MS Present study

C57BK/6J 雌性 （2.8±0.1）mg/dL AAS Marie et al. 1983

ICR 8周 雌性 （1.10±0.09） mM/L （1.00±0.12） mM/L ICP-MS Present study

SOD-1 Tg 脑组织中镁离子无明显改变 ICP-MS Pamphlett et al. 2003

A/J 成年 雌性 17000 ?g/mL ICP-MS Funseth et al. 2000

Balb/c 雄性 24284ng/gwet weight ICP-MS Ilb?ck et al. 2003

大鼠 Wistar 雄性 （1.96±0.24） mg/dL （2.06±0.16） mg/dL AAS Hoffman et al. 1990

Sprague-Dawley （2.0±0.1） mg/dL 脑组织中镁离子无明显改变 calmagite dye Choi et al. 1991

Long-Evans 雄性 （2.4±0.25） mg/dL （2.41±0.14） mg/dL CSF中镁离子无明显改变 Colorimetry Hallak et al. 1992

豚鼠 0.97 mM/L 0.81 mM/L AAS Scheibe et al. 1999

猫 1.35 mEq/kg H2O 1.33 mEq/kg H2O Ames III et al. 1964

兔子 白兔 成年 （2.09±0.36） mEq/L 脑组织中镁离子无明显改变 AAS Hilmy et al. 1968

（0.72±0.13） mM/L （0.90±0.20） mM/L HPLC Frosini et al. 1993

狗 混血 1.61 （1.33～2.0） mEq/L 2.16（1.93～2.9）mEq/L CSF中镁离子改变明显 FS Oppelt et al. 1963

猪 幼崽 2～40d 脑组织中镁离子无明显改变 PMRS Gee et al. 2001

山羊 2.2 mEq/kg H2O 1.9 mEq/kg H2O Pappenheimer et al. 1962

人 健康 成人 雄性 （1.44±0.16） mg/dL （2.56±0.19） mg/dL CSF中镁离子轻微但改变明显 modified MBCP Thurnau et al. 1987

对照组 成人 （1.69±0.14） mEq/L （2.29±0.1） mEp/L AAS Heipertz et al. 1979

术后患者 成人 （1.91±0.26） mg/dL （2.67±0.44） mg/dL CSF中镁离子无明显改变 CPN Ko et al.2001

患者 18～89岁 男/女 Mg2+：（0.92±0.18） mM/L Mg2+：（1.25±0.14） mM/L CSF中镁离子轻微但改变明显 ACCA McKee et al.2005

高血压患者 成人 （0.58±0.05） mM/L （0.82±0.06） mM/L CSF中镁离子无明显改变 EA Brewer et al. 2001

注：AAS：原子吸收光谱法； ACCA：临床自动化学分析仪；CPN：偶氮氯膦三；EA：电解质分析仪；ES： 发射分光光度测定法；FS：火焰光谱测定法；HPLC：高效液相测普法；ICP-MS：电感耦合等质谱仪；MBCP： 甲基百里酚蓝络合过程；PMRS：磷-31核磁共振光谱法，数字代表平均值±SD

1.10 mM、1.00 mM。B6型和ICR型小鼠镁离子浓度差异以及B6型小鼠血清和脑脊液镁离子浓度差异的原因以及生理作用目前尚不清楚。

小鼠血清镁离子浓度稍高于其他种属的血清镁离子浓度（表1） [16-18]。一些动物如小鼠、豚鼠、猫、山羊的血清镁离子浓度高于脑脊液镁离子浓度，但大鼠、兔、狗和人类血清镁离子浓度相对稍低（表1）[8-9，13-14，19-22]。种属间血清镁离子浓度差异的原因尚不明确。

已有研究表明，正常人和动物血清镁离子浓度即使升高200%，而脑脊液镁离子浓度却不会发生明显增加[8]。另有研究证实，给新出生猪静脉注射硫酸镁或SOD-1转基因小鼠口服补充镁后脑组织中的镁离子浓度也未增加（表1）[8，12]。

也有部分研究表明血清镁离子浓度升高后脑脊液镁离子浓度会随之提高。大鼠腹腔注射硫酸镁后血清镁离子浓度明显增高，而脑脊液镁离子浓度有轻微提高，2h后脑脊液和血清镁离子浓度均有所下降。Oppelt等发现如果血清镁离子浓度持续升高3～4h，脑脊液镁离子浓度将会升高到121%的水平[14]。Thurnau等报道子痫患者静脉注射硫酸镁后脑脊液镁离子水平增加到119%的水平，而健康成人则达到400～500%的水平。McKee等 [13]观察到对各类患者系统性给于镁离子后脑脊液镁离子浓度有轻微的增高。另一方面，长期严重的低镁血症会引起脑脊液镁离子浓度发生改变。本实验结果表明，正常小鼠血清镁离子浓度增高时脑脊液镁离子浓度未发生改变（图1，表1）。

根据脑脊液镁平衡机制，Oppelt等认为：狗完整的血-脑脊液屏障对镁离子不渗透[14]。Hilmy等也认为正常兔子的大脑受血-脑屏障的保护来确保脑脊液镁离子浓度的平衡[11]。然而，在大脑损伤的情况下，如外伤、蛛网膜下腔出血或中风，这种保持脑脊液镁离子浓度体内平衡的机制就会遭到破坏[23-25]。

一些研究尝试对神经变性疾病小鼠模型使用镁离子进行治疗：对ALS模型（SOD-1转基因小鼠）口服补充镁离子后未观察到干预效果，且脑组织镁离子浓度也未增加；给帕金森病模型小鼠口服镁离子后，虽然能改善其行为学表现，但纹状体多巴胺含量未增加[12，15]。综上所述，本实验结果和以前的研究表明在使用镁离子用于治疗神经系统疾病的小鼠动物模型时有必要直接对脑组织或者蛛网膜下腔/侧脑室给药。

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（收稿日期：2015-06-02）