不同紫外线辐射剂量率对大鼠血清25-(OH)D水平及皮肤效应的影响

吴梅 张巍

1. 首都医科大学附属北京妇产医院儿科，北京 100026 2. 航空总医院儿科，北京 100012

维生素D的产生与日光中紫外线照射关系密切，人体对维生素D需求量的90%以上来自紫外线照射皮肤合成的内源性维生素D。虽然日光照射对人类意义重大，但紫外线过量照射可使皮肤产生红斑、晒黑、光老化、光敏反应、皮肤癌等负健康效应。因此，合理的日光照射显得尤为重要。本实验通过构建不同紫外线暴露条件下的大鼠模型，探讨在紫外线总暴露剂量相同情况下，多次小剂量暴露与集中大剂量暴露对生长期大鼠血清25-(OH)D浓度的影响，同时评价不同暴露方式对皮肤产生的副作用。

1 材料和方法

1.1 实验动物及饲料

选用21 d龄的雄性Wistar大鼠(由中国医学科学院实验动物中心提供)90只,体重27.8～55.6 g。大鼠饲以缺乏维生素D饲料，其配方主要成分为：玉米粉76%、麦麸20%、碳酸钙3%、含碘盐1%、赖氨酸0.5%以及各种B族维生素，经检测维生素D含量小于20 IU/kg，可忽略不计。各组大鼠自由取食，饮用去离子水。

1.2 仪器和试剂

上海希格玛紫外线光疗仪 (UVB)光源，波长310～313 nm，照射强度为10 mw/cm2。上海宝山顾村电光仪器厂生产ZQJ-254型紫外线强度检测仪检测不同暴露方式的紫外线照射强度。大鼠血清25-(OH)D 酶联免疫吸附法试剂盒由IDS L td公司提供。

1.3 动物饲养

90只大鼠随机分为1MED组、1/3MED组、1/5MED组及白炽灯组4组，前3组每组27只，白炽灯组9只。各组均饲以缺乏维生素D饲料，各组大鼠均饲养于不锈钢笼具，笼高20 cm。动物房24 h无日光射入，紫外线强度经检测为0μW/cm2。实验期为15 d。

1.4 紫外线照射

照射前用电推子将90只大鼠背部部分皮毛剃去，面积大约为5×3 cm2。除白炽灯组外，其余3组直接置于SigmaSS-01型紫外线光疗仪下，用于直接照射的笼具是专门定制的，长7 cm，宽7 cm，高3 cm，中间有遮挡，可以同时盛装2只大鼠，大鼠距紫外线光疗仪<1 cm，接受紫外线辐射强度为10 mw/cm2。前期研究表明大鼠的最小红斑量为5.5 J/cm2。根据公式：紫外线辐射剂量(J/cm2)=辐射强度(w/cm2)×辐射时间(s)。1/5MED组大鼠连续照射15 d，每日照射剂量为1/5MED，照射时间为1 min 50 s；1/3MED组实验期内间断照射9 d，每天照射剂量为1/3MED，照射时间为3 min3 s；1MED组实验期内间断照射3 d，每天照射量为1MED，照射时间为9 min10 s；实验期内累计暴露剂量均为3MED。白炽灯组接受白炽灯照射，经检测白炽灯下紫外线辐射强度为0 mw/cm2，实验期内累计暴露剂量为0 J/cm2。

1.5 血清25-(OH)D检测

实验结束时用5%水合氯醛300 mg/kg腹腔麻醉大鼠后，眼球取血1 ml，以3 000 r/min离心10 min后分离血清，储藏于-20℃至检测。酶联免疫吸附法检测25-(OH)D浓度。

1.6 皮肤损伤的评价标准及方法

参考皮肤刺激反应评分将刺激反应评分分度[1]。红斑分度：皮肤未出现红斑为0分，勉强可见为1分，中度红斑为2分，严重红斑为3分，紫红色红斑并有焦痂形成为4分。水肿分度：无水肿为0分，勉强可见为1分，皮肤隆起轮廓清楚为2分，水肿隆起约1 mm范围扩大为4分。

1.7 统计学分析

采用SPSS 13.0软件进行统计学分析。实验数据大鼠血清25-(OH)D浓度用均数±标准差表示，采用单因素方差分析(One-way ANOVA)进行组间比较。皮肤损伤评分结果用均数M(P25，P75)表示，采用完全随机化设计多组独立样本的秩和检验进行组间比较，P<0.05视为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 大鼠血清25-(OH)D浓度的比较

4组大鼠血清25-(OH)D浓度差异明显，F=20.695，P<0.001。1/5MED组(151.97±73.52)nmol/L高于1/3MED组(136.21±71.39)nmol/L，但差异无统计学意义(P=0.966)；1/5MED、1/3MED组均显著高于1MED组(54.50±20.52)nmol/L和避光组(15.63±0.82)nmol/L，差异有统计学意义(P<0.001)。1MED组高于避光组(P<0.001)。提示日光暴露增加了血清25-(OH)D浓度，多次小剂量暴露在提高血清25-(OH)D浓度方面优于集中大剂量暴露。

2.2 各组大鼠照射部位皮肤改变

1/5MED组、1/3MED组、1MED组大鼠在照射剂量达到1MED后背部皮肤均出现红斑，而对照组在实验期间未出现红斑(图1)。皮肤损伤的评分结果见表1，提示在紫外线暴露所致的红斑副作用中，多次小剂量暴露产生的副作用小于集中大剂量暴露。

图1 不同方式紫外线暴露后大鼠皮肤损伤特点。A：1/5MED组，B：1/3MED组，C：1MED组，D：对照组Fig.1 The skin damage characteristics in rats under different ways of UV exposure. A: The 1/5MED group; B: The 1/3MED group; C: The 1MED group; D: The control MED group

表1 不同紫外线暴露方式对大鼠皮肤损伤评分结果Table 1 The score of skin damage in rats under different ways of UV exposure

注：表格内数据为M(P25，P75)，4组间比较，P<0.001。

3 讨论

3.1 适宜的紫外线暴露频率与强度有利于获得较高水平的外源性维生素D

尽管存在廉价有效的预防手段，维生素D缺乏仍然是许多国家的公共健康问题[2]。大量的流行病学研究发现，维生素D不足和缺乏普遍存在，其发生率大约30%～50%[3]。通过日照,太阳的紫外线(波长290～315 nm)可穿透皮肤，将7-脱氢胆固醇转变为维生素D3[4]。而过度日照并不会造成维生素D中毒，因为多余的维生素D3可转化为其他数种光产物而不会过量[5]。但过量照射可产生红斑、晒黑、光老化、皮肤癌等负健康效应[6]。因此，合理的日光照射显得尤为重要。关于日光照射的研究较多[7]，但多次小剂量暴露和集中大剂量暴露的报道鲜见。本研究通过建立生长期大鼠不同方式的紫外线暴露模型，探讨相同紫外线总暴露剂量下多次小剂量与集中大剂量暴露对生长期大鼠血清25-(OH)D和皮肤的影响，为如何进行日光照射提供一定的参考资料。

血清25-(OH)D含量常作为维生素D营养状况的指标[8]。本研究采用的维生素D 缺乏饲料，除维生素D 含量外，其余成分均符合大鼠生长发育所需。排除了外源性维生素D的产生途径，实验期内大鼠体内的维生素D全部来自于紫外线照射皮肤所产生，因此血清中25-(OH)D的水平随着UVB辐射量及暴露方式而改变。本研究显示1/5MED组血清25-(OH)D浓度最高，其依次为1/3MED组、1MED组和对照组。1/5MED组和1/3MED组的血清25-(OH)D浓度差异无统计学意义，其余各组比较差异均有统计学意义，提示日光暴露能够提高血清25-(OH)D的浓度，多次小剂量暴露在提高血清25-(OH)D浓度方面优于集中大剂量暴露。

3.2 在获得外源性维生素D时要考虑到光毒性带来的皮肤损害

在特定条件下，人体皮肤接受紫外线照射后出现的肉眼可辨的最弱红斑需要一定的照射剂量，即皮肤红斑阈值，通常称为最小红斑剂量。紫外线红斑的形成和皮肤受到的照射剂量有关。依据照射剂量的大小，临床上表现为轻重不等的斑疹，颜色可为淡红色、鲜红色或深红色，可有程度不一的水肿，重者出现水疱。红斑数日内逐渐消退，可出现脱屑及继发性色素沉着。从组织学的角度来看，紫外线红斑的本质是一种急性光毒性炎症反应[9]，其中真皮内血管反应是产生红斑的基础。本研究显示1/5MED组在照射5次后背部皮肤开始出现轻度红斑，轻度无水肿；1/3MED组在照射3次后开始出现中度红斑，轻度水肿；1MED组大鼠在照射1次后开始出现重度红斑，中度水肿；而对照组在实验期间未出现红斑、水肿。由此可见在紫外线暴露所致的红斑副作用中，多次小剂量暴露产生的副作用小于集中大剂量暴露。

综上所述，本研究中1/5MED组和1/3MED组的血清25-(OH)D浓度均有明显升高的现象，但考虑到1/3MED组的皮肤反应较1/5MED组严重，提示为避免皮肤受伤且能获得足够的血清25-(OH)D含量，应采取多次小剂量暴露。有研究发现，当正常人在接受紫外线照射的量达到1MED时，维生素D停止合成[10]。尽管早期紫外线带来的伤害是可逆的，在进行日光浴时人们也应尽量避免一次达到1MED。当然本研究只选用了大鼠作为研究对象，未考虑到人类接受阳光照射时的多重影响因素，如何充分合理获得阳光照射以提高体内维生素D水平，同时避免过多的日光照射所带来的皮肤伤害仍有待进一步研究[11]。

致谢：感谢马建荣、武玮、刘强对本实验的帮助！