吸烟及吸二手烟对人体多环芳烃内暴露的影响

夏 凌,赵 波,王伯光,张素坤,任明忠 (1.暨南大学环境工程系,广东 广州 51063；.环境保护部华南环境科学研究所,广东 广州 510655)

多环芳烃(PAHs)是一类致癌物质,烟草烟雾作为多环芳烃的重要来源之一,其含有苯并[a]芘、苯并[a]蒽等多种致癌性多环芳烃[1-2],是吸烟者接触多环芳烃的一个主要途径[3].

以往的研究主要针对苯并[a]芘及其人体代谢产物进行评价,发现吸烟会显著影响人体尿液中1-羟基芘(1-OHP)的浓度,吸烟者体内1-OHP的浓度显著高于不吸烟的人群[4-7].针对非职业暴露人群,吸烟对人体尿液中1-OHP的贡献率明显高于环境污染的贡献率[8].但是,吸二手烟对人体内羟基多环芳烃浓度的影响尚不清楚[5,9-12].

其实,芘仅占香烟燃烧过程排放 PAHs污染物的一小部分[13],因此只评价人体内部的 1-OHP暴露水平还不够.并且受生活习惯和个体差异的影响,处于相同暴露环境的个体,1-OHP浓度仍有较大差异[14].可见,检测尿液中包括芘在内的多种多环芳烃的代谢产物,将有利于准确评价评价吸烟及吸二手烟对人体多环芳烃内暴露的影响.

为此,本文采用快速液相色谱-三重四级杆串联质谱对调查区居民尿液中各种 OH-PAHs含量水平进行检测,对比分析了吸烟及二手烟对尿液中各种OH-PAHs含量的影响,旨在更全面地评估吸烟及吸二手烟对人体多环芳烃内暴露的影响,为认识吸烟对人体健康影响提供科学数据.

1 材料与方法

1.1 试剂与材料

甲醇(Burdick & Jackson);醋酸(广州化学试剂厂),2-羟基萘(2-OHN)、1-羟基萘(1-OHN)、2-羟基芴(2-OHF)、3-羟基芴(3-OHF)、1-羟基菲(1-OHPhe)、2-羟基菲(2-OHPhe)、3-羟基菲(3-OHPhe)、4-羟基菲(4-OHPhe)、9-羟基菲(9-OHPhe)、1-羟基芘(1-OHP)标准品、两种同位素标记的羟基多环芳烃(氘代 3-羟基菲、13C-1-羟基芘)均购自美国MRI.

1.2 问卷调查、尿样采集及肌酐测定

于2012年7月在广东某城乡结合部工业区采集周边居民(73.6%调查对象在 45～64岁之间,26.4%调查对象为 65岁以上)尿液,并进行问卷调查.调查内容包括:年龄、性别、吸烟及吸二手烟情况等.根据世界卫生组织(WHO)定义,不吸烟者指从未吸烟或戒烟2a以上的人;吸烟者指一生中连续或累积吸烟 6个月或以上者,且调查前30d内吸过烟的人;被动吸烟指不吸烟者一周内有一天以上吸入吸烟者呼出的烟雾超过 15min.以此将调查人群分为吸烟组、吸二手烟组和不吸烟组,各组的人数分别为77、47、40人.

本次调查中采集到晨尿共 164份,尿液收集在聚乙烯塑料瓶中,保存于-80℃超低温冰箱中.使用国标WS/T 98-1996中的方法[15]测定肌酐浓度,消除尿液稀稠度对羟基多环芳烃浓度的影响.

1.3 实验方法

1.3.1 样品前处理及纯化前处理方法主要参考Onyemauwa等[16]和 Fan等[17]研究中的方法.4.0mL解冻后尿液加入1.5mL×0.2mol/L的盐酸调整pH值为5.0,添加2.5mL×0.5mol/L醋酸-醋酸铵溶液、20μL β-葡糖苷酸-芳基硫酸酯酶、回收率指示物氘代3-羟基菲;水解12h后离心10min,离心后用 C18固相萃取小柱净化.C18小柱预先用5.0mL甲醇、10mL去离子水活化,然后上样;随后用4.0mL去离子水、4.0mL 30%的甲醇溶液淋洗固相萃取柱,淋洗液流干后持续保持真空状态约1min,最后用8.0mL甲醇洗脱.净化后的样品氮吹浓缩至200μL左右,添加1-羟基芘(13C)作为内标然后用0.2μm针头过滤器过滤,待测.

1.3.2 仪器分析条件采用 Agilent 1260-ABSIEX 4000Q高效液相串联质谱仪检测尿液目标物浓度,仪器分析条件见表1.

表1 羟基多环芳烃检测的质谱条件Table 1 The detected MS conditions of hydroxy-PAHs

高效液相色谱的分析条件:以甲醇和水做流动相,反相 C-18色谱柱分析(ZORBAX SB-C18柱),30℃.梯度洗脱条件如下:流动相中甲醇的浓度在 25min内从 55%上升到 81.8%,流速0.25mL/min.质谱的分析条件:离子源为电喷雾电离源,负离子方式检测,扫描方式为 MRM 监测.电喷雾模式电压为-3000V,扫描时间400ms,温度360℃.MRM模式下的离子对和碰撞能量等参数选择见表1.

1.4 质量控制与质量保证

10种OH-PAHs在给定的范围内均呈现良好的线性,仪器检出限为:3.2～15ng/L,方法检出限为10～50ng/L.尿液样品采用10%的实验室空白、空白加标和随机采样平行双样.实验室空白在0.00733～0.231ng之间,空白样品的加标回收率在 90.2%～96.1%,采样平行相对标准偏差在 2.33%～4.35%.表明分析仪器具有较好的稳定性,本检测方法可以快速、灵敏的完成OH-PAHs的分析工作.

1.5 统计学方法

采用 SPSS 17.0软件进行数据分析,由于样本中各 OH-PAHs浓度数据均不符合正态分布,采用Spearman函数分析各OH-PAHs浓度之间的相关性.采用 Mann-Whitney U检验分析各OH-PAHs浓度受吸烟及二手烟暴露的影响.

2 结果与讨论

2.1 调查区人群体内OH-PAHs含量水平

本研究检测出2-OHN、1-OHN、2-+3-OHF、2-OHPhe、3-OHPhe、4-OHPhe、1-+9-OHPhe、1-OHP共 10个 OH-PAHs,其中 2-OHF和3-OHF、1-OHPhe和9-OHPhe属共溢出峰,因此在文中分别以 2-+3-OHF、1+9-OHPhe表示.其浓度中位数分别是 1.83, 1.34, 0.51, 0.14, 0.21,0.07, 0.69, 0.25 μmol/mol肌酐.

表2 不同人群尿样中1-OHP浓度的中位数比较(µmol/mol,肌酐校准)Table 2 The median concentrations of 1-OHP in urine of general populations of different countries (µmol/mol,creatinine corrected)

表2中列出了其他研究中不吸烟、吸烟、吸二手烟和总人群体内1-OHP的浓度中位数.与国外研究相比,除乌克兰儿童外[10],其他研究中不吸烟,吸烟及吸二手烟人群尿液中1-OHP浓度中位数均低于本研究[9,18-20].但与国内研究相比,除南方某中学学生(0.17μmol/mol肌酐)[21]外,不吸烟人群尿液中 1-OHP浓度中位数高于本研究;吸烟人群尿液中1-OHP浓度中位数与本研究相当[22-23].而本研究中吸二手烟人群体内1-OHP浓度中位数均低于其他研究,这可能与吸二手烟人群受到烟气的暴露时间和暴露量有关.人体内PAHs暴露的来源较为复杂,除了吸烟、环境空气外,还包括饮食等.其中,膳食暴露很可能是普通人群多环芳烃暴露的最主要来源[24].而本次调查总人群尿液中1-OHP的浓度并不高于国内其他调查人群[12,22-23],可能与调查对象饮食习惯有关.由于本次调查区域内居民饮食习惯较为清淡,且调查对象主要以老年人为主,而老年人的饮食主要以蒸煮类为主,相比于煎炸类食品,相对清淡的蒸煮类食品对多环芳烃的贡献率较低[10].

2.2 吸烟及吸二手烟对PAHs内暴露水平的影响

由表 3可知.除 4-OHPhe外,其他几种OH-PAHs的平均浓度值均为吸烟组＞吸二手烟组＞不吸烟组.吸烟组和吸二手烟组人群尿液中2-OHN、1-OHN和2-+3-OHF浓度均显著高于不吸烟组(P＜0.01),吸烟组尿液中 2-OHN、1-OHN和2-+3-OHF平均浓度分别是吸二手烟组、不吸烟组的2.6、5.5倍,1.8、6.4倍和2.0、2.6倍.这与萘和芴是烟草烟雾中浓度最高的组分有关

[13].吸烟组人群尿液中 1-OHP浓度也显著高于不吸烟组(P＜0.01),吸烟组尿液中 1-OHP平均浓度分别是二手烟组、不吸烟组的1.4、1.6倍,这与以往文献报道的吸烟者体内1-OHP的浓度显著高于不吸烟人一致[4-7].吸二手烟组人群尿液中1-OHP和其余7种OH-PAHs浓度与不吸烟组无显著差异(P＞0.01),这可能与二手烟暴露人群的暴露时间和暴露量有关,也可能与研究区域的背景浓度有关.同时已有研究表明,吸烟人群与吸二手烟人群分别主要吸入主流烟雾和侧流烟雾,而侧流烟雾中 PAHs 含量是主流烟雾的1～2倍以上[25].因此,导致了本研究中吸烟人群与吸二手烟人群不同的PAHs内暴露水平.

表3 吸烟、吸二手烟和不吸烟人群尿液中各种OH-PAHs浓度(µmol/mol,肌酐校准)Table 3 The concentrations of OH-PAHs inurine of smokers, passive-smokers and non-smokers(µmol/mol, creatinine corrected)

2.3 吸烟及吸二手烟对 OH-PAHs组成特征的影响

比较3组人群尿液中OH-PAHs组成特征,如图 1所示,吸烟组和二手烟组人群尿液中1-OHN和 2-OHN所占的比例均高于不吸烟组人群,1-OHP所占的比例均低于不吸烟组人群,这可能与萘是香烟烟雾中多环芳烃浓度最高的化合物有关[13],香烟烟雾主要以低环PAHs为主,其中两环和三环的PAHs可占总量的86%[26].此外,由于经过吸烟和二手烟暴露的萘可能更容易被人体吸收并代谢出体外,这也会影响三组人群体内羟基多环芳烃的组成特征.

图1 吸烟、吸二手烟和不吸烟人群尿液中OH-PAHs的组成特征Fig.1The compositions of OH-PAHs inurine of smokers,passive-smokers and non-smokers

2.4 吸烟及吸二手烟对各 OH-PAHs之间相关性的影响

采用Spearman函数进行双尾检验分析,比较了不吸烟、吸烟以及二手烟人群尿液中各OH-PAHs之间的相关性,结果如表 4所示.不吸烟人群体内萘和菲的代谢物的各种同分异构体之间均显著相关,相关系数在 0.43～0.85之间;而1-OHP与其他各OH-PAHs均显著相关,相关系数在 0.32～0.69;2-OHN 与 4-OHPhe之间、1-OHN与 2-+3-OHF之间和 2-+3-OHF与4-OHPhe之间的浓度水平无相关性.

不同于不吸烟人群,吸烟人群体内各 OHPAHs之间均显著相关,相关系数在 0.26～0.75.这可能是由于吸烟组人群体内OH-PAHs主要的源于吸烟,吸烟对人体内 OH-PAHs的具有较高贡献率,使得各OH-PAHs之间具有很好的相关性.

除1-OHN与1-+9-OHPhe有相关性外,吸二手烟人群体内 1-OHN、2-OHN和其他各OH-PAHs之间均无相关性,2-+3-OHF仅与3-OHPhe之间显著相关;而萘和芴是香烟烟雾中组分最多的2种PAHs,说明二手烟暴露人群体内萘和芴的代谢物来源比其他两组更为复杂,受环境空气和香烟烟雾的双重影响.菲的各种代谢物之间均显著相关,且菲的各种代谢物与1-OHP也均显著相关;而1-OHP与2-+3-OHF有相关性,但相关系数并不高,且 1-OHP与 1-OHN和2-OHN均无相关性.这也说明菲和芘的代谢物受二手烟暴露的影响相对吸烟暴露更小一些.

不同研究报道中,暴露人群体内各 OHPAHs之间的相关性的差异比较明显[21-22],也与本研究中各OH-PAHs之间的相关性有明显的差异性,这可能是由于这些研究在统计相关性时,均没有排除吸烟以及二手烟暴露对统计结果的干扰,而本研究则证明,这种干扰是显著存在的.

表4 不吸烟组、吸烟组和吸二手烟组人群尿液中各种OH-PAHs的相关性Table 4 Correlation of different OH-PAHs inurine of non-smokers, smokers and passive-smokers

3 结论

3.1 吸烟及吸二手烟对人群尿液中各OH-PAHs浓度水平影响按照吸烟组＞吸二手烟组＞不吸烟组递减,对萘和芴的代谢产物影响显著.

3.2 吸烟和吸二手烟均会改变人群尿液中OH-PAHs的组成比例,其中萘的代谢产物 2-羟基萘和 1-羟基萘所占的比例分别是不吸烟组人群的1.5、1.2倍和1.7、1.9倍.

3.3吸烟、吸二手烟及不吸烟人群体内各OH-PAHs之间的相关性具有明显差异,反映出吸烟、吸二手烟对人群体内PAHs的内暴露水平影响不同.

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