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保定和大连两市女性毛发中多环芳烃暴露量的对比研究

2019-01-06陈旭,孔佩慧

中华皮肤科杂志 2019年6期
关键词:亲本中位数代谢物

在许多人类工业活动中,有机物的不完全燃烧会产生多环芳烃(PAH),PAH 可以被认为是更大范围污染物暴露的生物标志物。虽然血液和尿液一直是用于评估不同污染物暴露的首选基质,但是在过去十年中,人们对头发的兴趣日益增加。一项杀虫剂及其代谢物的浓度与暴露水平相关性的研究发现,大多数化学物质的暴露量与头发的相关性高于尿液和血液。

根据空气质量指数差异,保定的环境污染程度高于大连。收集来自保定和大连共204 位(各102 位)健康女性志愿者的头发样本,对其进行15 个亲本PAH 和56 个PAH 单羟基代谢物的检测分析。同时单独检测了尼古丁和可替宁在毛发中的暴露量。研究比较了两个城市志愿者头发样本中PAH的暴露量,探讨毛发中的PAH暴露量值是否适合用于不同环境污染程度的比较。

一、材料和方法(详细方法请参考原文)

二、结果与讨论

1.尼古丁和可替宁的浓度:分析头发中吸烟或被动吸烟暴露量的生物标志物——尼古丁和可替宁,二者是典型的PAH暴露源。保定和大连所收集的女性志愿者头发样本中分别有100%和96%检测到了尼古丁和可替宁。保定尼古丁浓度范围为0.03 ~13.8 ng/mg,中位数是0.35 ng/mg,大连为0.04 ~44.1 ng/mg和0.48 ng/mg。保定的可替宁浓度范围从<0.04 到1 189 pg/mg,中位数为6.66 pg/mg;大连从<0.04到2 025 pg/mg,中位数为5.96 pg/mg。因为尼古丁和可替宁的浓度在两个城市之间都没有表现出显著性差异,所以在该研究中,烟草烟雾应该不会引起保定与大连之间PAH暴露量的偏差。

2.PAH和PAH代谢物的检测和浓度:分析的15个亲本PAH 中,有8 个在所有样本中都被检测到,有3 个在90%以上的样本中被检测到,有2 个在80%以上的样本中被检测到。二苯并[a,h]蒽的阳性检出率最低,为23.5%。分析的56个PAH代谢物中,有7个是在所有样本中均检测到的,有4个是在98%以上的样本中检测到,有1个是在95%以上的样本中检测到,另外1 个在85%以上的样本中检测到,有4 个在15%以上的样本中检测到,其余的检出率均<10%。10-羟基苯并[a]蒽、(1-羟基,2-羟基,3-羟基,4-羟基,5-羟基,6-羟基,8-羟基,10-羟基,11-羟基,12-羟基)苯并[a]芘、(2-羟基,10-羟基,11-羟基)苯并[b]荧蒽、3-羟基苯并[k]荧蒽、2-羟基吲哚[1,2,3-c,d]二烯和3-羟基二苯并[a,h]蒽均未检测到。

对于亲本PAH,在保定和大连的头发样本中观察到菲的中位数浓度最高,接下来依次是荧蒽>芘>芴。然而,保定样本中荧蒽的中位数浓度几乎是芘和芴的两倍,而大连这三种化合物的浓度比较接近。对于在78%以上个体中检测到的PAH代谢物,两城市女性头发中浓度最高的是9-羟基芴,其次是2-羟基萘和1-羟基蒽。每个亲本PAH的浓度总是远高于其相应的代谢物。

菲是保定(中位数= 160 pg/mg)和大连(中位数=86.6 pg/mg)女性头发样本中的主要PAH。荧蒽是被检出的第二主要PAH。保定的荧蒽中位数浓度为43.2 pg/mg,是大连(16.4 pg/mg)的两倍以上。另外,保定和大连志愿者头发样本中芘的中位数浓度分别为27.5 pg/mg和15.3 pg/mg。

关于5 环PAH,B[a]P 因其公认的致癌特性,通常被视为参照化合物。保定女性头发中B[a]P 的中位数浓度为0.67 pg/mg,几乎是大连女性(0.24 pg/mg)的3 倍,表明其暴露更高。然而,这两地均高于广州市(0.13 pg/mg)。日本的一项报道显示,在非吸烟者头发中没有检测到B[a]P,而在吸烟者头发中平均浓度为48.4 pg/mg,与其他研究相比,后者的数值相当高。

该研究是第一个对头发中的亲本PAH(n=15)及代谢物(n=56)同时进行研究的项目。相比尿样分析,头发分析不仅可以提供与头发样本长度相对应时期内的平均暴露水平的综合信息,还能够同时提供亲本PAH及其代谢物的检测量。

3.年龄和身体质量指数(BMI)的影响:保定组,只有尼古丁、可替宁和1+7-羟基苯并[b]荧蒽随着BMI的增加而显著增加(P值分别为0.019、0.010和0.047)。而1+7-羟基苯并[b]荧蒽的意义仅仅是基于4 个检测值,且P 值接近5%。因此,1+7-羟基苯并[b]荧蒽与BMI之间无关联性假设。大连组,BMI 对头发中生物标志物的浓度没有显著性影响。

保定组年龄对PAHs 没有显著性影响。大连组仅观察到茚并(1,2,3-cd)芘与年龄之间存在显著性关联(P=0.023)。

头发中的污染物浓度被认为可以代表体负荷。而该研究缺乏头发中大多数生物标志物的浓度与志愿者年龄和BMI 之间的关联,表明PAH 不会在身体内蓄积。国外一些相关研究的结果与该研究中所提出的因BMI或年龄导致的PAH生物蓄积有限或相关性的缺乏的结果也是一致的。

4.保定与大连志愿者头发样本数据的比较:在保定组中,15 个亲本PAH 中有14 个显示其浓度明显高于大连组(Peto-Prentice 评分测试;P值从 < 0.000 1 到0.009)。当根据尼古丁与年龄分组或尼古丁与连续年龄对模型进行调整时,两个城市之间的差异仍然很大。对于亲本PAH来说,保定组中大多数化合物的中位数浓度是大连组的1.5 ~2.8倍。

保定组中的15 种代谢物浓度明显高于大连组(Peto-Prentice 评分测试;P值从 < 0.000 1 到0.005 5)。对于两个城市之间浓度明显不同并且已在半数以上个体中检测到的PAH 代谢物来说,保定组的中位数浓度是大连的1.1 ~2.3倍。

另外有结果表明,除了尼古丁、可替宁和1-羟基蒽之外,大连组与保定组中大多数生物标志物的浓度也都具有明显差异,可以很好地区分两组志愿者。

该研究结果清晰的展示出保定与大连之间PAH暴露的差异。31个生物标志物中,有29个被证实阳性检出率超过15%,且在保定组女性头发中的浓度明显高于大连组。头发中生物标志物的浓度与暴露水平具有显著相关性,暴露水平加倍大致与头发中生物标志物的浓度加倍有关。研究还表明,头发中荧蒽和B[a]P 的中位数浓度在两个城市之间的差异最大(保定/大连,分别为2.62 和2.79)。说明头发取样前的最后12个月,保定组的荧蒽和B[a]P 平均暴露水平是大连组的2.5 ~3倍。

5.化学物质之间的关联:分析两城市数据发现,污染物与污染物分组之间呈高度正相关。菲、芘在内的13种污染物在组内和组间都具有很高的正相关性,并且对PCA 的第一因素的贡献也最大(P[1]荷载量>0.2)。相反,几种生物标志物仅仅显示出与其他生物标志物较低的关联度,以1-羟基蒽的例子最为极端,其与所有其他生物标志物的关联程度最低。

这两个城市化学物质之间关联性的研究显示,所有具有足够阳性检测数的目标化合物均与其他几种目标化合物有明显的关联。整体的视觉观察表明,这两个城市的模式相类似。例如,在保定和大连,大多数的亲本PAH,从菲到分子量较高的化合物(茚并[1,2,3-c,d]芘)彼此之间都相互关联。同样,两个城市中的4种菲代谢物(1-,2-,3-和4-羟基菲)彼此之间及与2-和3-羟基芴之间,以及在较小程度上与一些亲本PAH之间都具有相互关联性。然而,没有目标化合物表现出与所有其他化合物的高度关联,并且许多生物标志物之间的关联性也很弱。

同时,一些化合物根据位点表现出不同的共关联行为。例如,尽管两个城市志愿者头发中荧蒽和芴的浓度具有明显的关联,但是大连组的关联性远高于保定。相反,蒽和苯并-g,h,i-亚乙烯的浓度显示保定组的关联性高于大连。同样,保定组的1-羟基芘和荧蒽的关联性也更高于大连组。

6.多残留生物监测的相关性:因为明显的分析限制,通常使用数量有限的尿液生物标志物甚至是单一的代谢物来进行总PAH暴露的评估,1-羟基芘是评估PAH暴露或研究暴露相关效应的最受欢迎的替代品。然而,这种“替代方法”已经受质疑,一些研究表明,尿液的1-羟基芘与空气中的芘浓度有关,但是与B[a]P的浓度无关,或者显示1-羟基芘与芘的摄入剂量无关。目前的研究结果表明,虽然发现了几种化学物质之间的相互关联,但该研究中检测的生物标志物,无论是亲本PAH还是代谢物,都不能代表本研究人群中的所有这些化合物。例如,尽管1-羟基芘与4-5 环亲本PAH在保定具有很好的关联,但是其在大连的关联性较低,1-羟基芘与B[a]P的τkendall仅为0.09。在这两个城市,1-羟基芘与3环PAH的关联性较低。

有趣的是,保定和大连的菲水平都是最高的。结果证实,尽管两个城市中的亲本PAH及其1-羟基、2-羟基、3-羟基和4-羟基代谢物彼此之间具有高度的关联性,但意外的是,9-羟基菲与亲本及其他代谢物的关联都很低。然而,在两个城市中,9-羟基菲是菲的主要代谢物(在头发中的浓度最高),这可能是将其作为菲暴露的生物标志物的首要动因。这个结果表明,9-羟基菲实际上可能与菲的其他代谢物及菲本身所示的暴露源/途径不同。因此,该研究支持使用多残留物检测方法,在可能的情况下包括亲本PAH和代谢物,以便于提供最全面的暴露评估。

7.生物监测数据作为暴露源征象的应用前景:生物监测数据,即生物基质中生物标志物的浓度,有助于提出关于暴露源假设的相关信息。保定女性头发中的生物标志物除了总体浓度高于大连组外,这两城市间的标志物的浓度分布也不同。结果显示,3 种选定PAH 的浓度分布并不一定只是在最大值附近出现个体数量的减少,此最大值对应于某一确定暴露源暴露最频繁的水平。因此,在保定人群中观察到的上升和下降可以理解为是人群中接受不同暴露源/途径或对暴露源采取不同行为的亚群。我们还对个体头发中浓度仅低于菲的荧蒽进行了进一步研究。用适当的数学方法对头发中每一类荧蒽浓度的个体数(5 pg/mg)所对应的信号进行反卷积处理。结果证实,大连组的荧蒽浓度分布可以分解为以15 pg/mg和37 pg/mg为中心的2个亚群,并且分别具有较高水平的显着性(R2=0.986);而保定的荧蒽浓度可以分解为3 个亚群,分别以18 pg/mg、38 pg/mg 和68 pg/mg 为中心(R2=0.979)。有趣的是,两个城市尽管峰区面积不同,但前2 个峰值(亚群)对应的值非常接近。这种方法不能对单一个体水平进行任何解释,需要进一步的研究。

三、结论

该研究首次对生物基质中的亲本PAH 和PAH 代谢物进行了分析。头发样本分析结果证实,保定女性的PAH暴露水平明显高于大连女性,还证实多残留物分析的相关性可以提供比一个独特生物标志物更全面、更可信的暴露信息。结果表明,除了提供关于污染物体负荷的信息之外,生物监测数据还可以提供暴露源的相关信息。

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