南开大学赵洪芝副教授团队:普通人群尿中14种金属元素水平的区域性探索性研究

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人类的生存与自然之间一直存在着十分密切的关系，但是近半个世纪以来，工业和农业生产的规模不断扩大，人们一味地追求经济利益而忽略环境保护，造成了严重的污染和对自然平衡的破坏，进而影响人类的健康，甚至导致了一些严重疾病的发生。造成环境污染的原因分为自然污染和人为污染。目前，环境污染主要还是人类活动造成，其中以化学污染最为突出，而金属污染就在其中。

金属，包括必需元素和非必需元素，是一组广泛分布在环境中的物质，具有环境持久性、生物累积性和不可生物降解性。在环境中，金属的浓度差异很大。由于金属元素几乎存在于所有环境介质中，并且可以通过受污染的水、食物，以及空气、灰尘等途径进入人体。而大量研究表明，接触重金属可能导致各类健康问题，包括心血管疾病、神经损伤、肾损伤、糖尿病甚至癌症。如镉会导致高血压，引起心脑血管疾病；破坏骨骼和肝肾，并引起肾衰竭；铅是重金属污染中毒性较大的一种，一旦进入人体将很难排除，能直接伤害人的脑细胞，特别是胎儿的神经系统，可造成先天智力低下等等。

来自多国的研究人员进行了相关研究，将评估不同目标人群的金属暴露水平作为研究目标。这些研究为进一步的人类金属暴露评估和其他毒理学研究奠定了基础。但是迄今为止，很少有关于中国西北地区普通人群暴露其他非必需和必需金属水平的研究。甘肃省位于中国西北部黄土高原的西部，而先前的研究报告了甘肃省严重的金属污染情况。并且甘肃省许多地区矿产资源丰富，其中包括多种代表性的必需和非必需元素，所以对该地区人群进行了样品的采集。来自南开大学的赵洪芝副教授团队采集了181名中国甘肃省普通人群尿液样品，并综合利用斯皮尔曼相关性分析、曼-惠特尼 U 检验和克鲁斯卡尔-沃利斯检验研究人体尿液金属浓度水平和影响浓度水平的因素，研究成果发表于 Toxics。

表1表示测得的14种金属元素的浓度水平和检出限等信息。其中有11种金属的检出率在85%以上，包括 Cr、Ni、As、Sr、Se、Cd、Al、Fe、Cu、Zn 和 Rb。本研究中的参与者尿液中大多数金属元素的浓度与其他区域研究中参与者的水平相当，并各个金属浓度水平之间的斯皮尔曼秩相关系数为弱至中等强度。而同时本研究中，靖远县的参与者表现出较高的尿 Zn 和 Sr 水平。

表1. 尿比重校正后的金属浓度水平。

同时，研究人员发现性别对 Tl、Rb 和 Zn 的浓度有显著影响。Ni、As、Pb、Sr、Tl、Zn、Cu 和 Se 的浓度在不同年龄组之间表现出显著差异，并随着参与者的年龄增长而下降。而在另一方面，经常暴露于土壤 (暴露于土壤>20分钟/天) 的参与者与未暴露于土壤的组参与者之间的尿液 Zn 和 Sr 浓度存在显著差异，这表明了经常接触土壤的人可能更容易接触金属。此处以年龄这一影响因素进行主要说明。图1表示的不同年龄组之间的尿液中金属浓度的差异，其中包括 Ni、As、Se、Tl、Sr、Pb、Cu 和 Zn 这8种元素。在成人组 (>18岁) 中，参与者尿液中必需元素 Ni、Se 和 Zn 的中位浓度低于幼儿 (1~5岁)、儿童 (6~11岁) 和青少年 (12~18岁) 组的参与者。同时可以很容易地看出，成人组尿液中 Sr 和 Zn 的中位浓度低于儿童组。此外，幼儿组参与者尿液中 Pb 和 Cu 的中位浓度高于成人组。

图1. 不同年龄组尿中金属 Ni (A)、As (B)、Se (C)、Tl (D)、Sr (E)、Pb (F)、Cu (G) 和 Zn (H) 浓度的差异 (μg/L)。

与成人和青少年相比，儿童体内的金属水平可能更高，这可能是因为他们的基础代谢率和相对食物摄入量更高，毒素清除率更低。此外，儿童每单位体重的皮肤表面积比成年人大得多。因此，他们可以通过皮肤吸收更多有毒物质，并将更多有毒物质带入体内。儿童的器官或组织仍在发育中，因此他们对环境污染金属的影响更敏感。最近的许多研究表明，高浓度的金属暴露会影响儿童的健康和发育，说明金属元素可能对儿童的健康产生更不利的影响。

本研究弥补了中国西北地区生物监测的不足，发现大多数测定金属的尿液浓度之间存在一定的相关性。14种目标元素中有11种的检测频率在85%以上，而高检出率表明了这类污染物元素广泛存在，并与人类接触有关。参与者尿液中必需金属的几何平均浓度范围为1.96至849.98 μg/L；非必需金属的浓度范围为0.11至267.58 μg/L。性别对 Tl、Rb 和 Zn 的浓度有显著影响；Ni、As、Pb、Sb、Tl、Zn、Cu 和 Se 与年龄相关的浓度趋势各不相同；接触土壤的参与者和未接触土壤的人的尿液中 Zn 和 Sr 浓度存在显著差异。这表明性别、年龄和与土壤的接触等多种因素会对人体重金属浓度水平产生了重大影响，对人类构成潜在的健康风险。

张子宁

南开大学

环境科学与工程学院硕士研究生在读，主要研究方向为污染物的人体暴露，参与课题“本土化场地土壤环境暴露参数方法学与指标体系” (2019YFC1804602)。

赵洪芝 副教授

南开大学

南开大学环境科学与工程学院副教授，研究领域为环境与健康 (污染物的人体暴露、基于质谱的代谢组学等)，主持国家科学基金面上项目“基于代谢组学的邻苯二甲酸酯暴露及其与年龄交互作用导致妊娠糖尿病机制研究 (42177412)”。发表 SCI 论文78篇，总引用1800余次，谷歌 H 指数25，其中以第一作者或通讯共发表 SCI 论文24篇。担任 B. Environ. Contam. Tox. 期刊编委。

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