慢性阻塞性肺疾病患者血浆丙烯醛的浓度与肺功能的相关性研究

徐洋海 刘甡

[摘要]目的香煙烟雾及油烟雾中存在高浓度的丙烯醛，会诱发慢性阻塞性肺病（COPD）的发病，本研究旨在探索 COPD 患者外周血中血浆丙烯醛浓度及其与肺功能的关系，为 COPD 发生发展的病因提供新的研究方向。方法选取2020年11月1日至2021年5月12日就诊于佳木斯大学附属第一医院呼吸与危重症医学科门诊及住院部的 COPD 患者118例，按照肺功能 GOLD 分级分为 GOLD Ⅰ～Ⅳ级，分别记录各组患者的香烟烟雾及油烟雾接触史，检测其血浆丙烯醛浓度及肺功能。结果 COPD 患者血浆丙烯醛浓度与 FEV1占预计值百分比（FEV1%）及 FEV1/FVC 呈负相关（r=-0.898， r=-0.859），差异有统计学意义（P <0.05）。香烟烟雾接触史与 FEV1/FVC 呈负相关（r=-0.792），与 FEV1%呈负相关（r=-0.826）;油烟雾接触史与 FEV1/FVC 呈负相关（r=-0.388），与 FEV1%呈负相关（r=-0.335），差异有统计学意义（P <0.05）。结论 COPD 患者香烟烟雾及油烟雾接触时间越长，血浆丙烯醛浓度越高， FEV1%、FEV1/FVC 越低，肺功能损害越严重。

[关键词]慢性阻塞性肺疾病;肺功能;丙烯醛;相关性

[中图分类号] R181.3; R563.9  [文献标识码] A   [文章编号]2095-0616（2022）07-0196-05

Study on the correlation between plasma acrolein concentration and pulmonary function in patients with chronic obstructive pulmonary disease

XU  Yanghai    LIU  Shen

Department of Respiratory and Critical Care Medicine， the First Affiliated Hospital ofJiamusi University， Heilongjiang， Jiamusi 154000， China

[Abstract] Objective A high concentration of acrolein in cigarette smoke and oil smoke will induce chronic obstructive pulmonary disease （COPD）. The study was intended to explore the relationship between plasma acrolein concentration in peripheral blood and pulmonary function in COPD patients， and to provide a new research direction for the etiology of the occurrence and development of COPD. Methods A total of 118 COPD patients visiting the outpatient and inpatient departments of the Department of Respiratory and Critical Care Medicine of the First Affiliated Hospital of Jiamusi University from November 1， 2020， to May 12， 2021， were enrolled and classified into GOLD Ⅰ-Ⅳ according to the GOLD stages of lung function. The history of cigarette smoke and oil smoke exposure in each group was recorded respectively， and their plasma acrolein concentration and lung function were measured. Results The plasma acrolein concentration of COPD patients was negatively correlated with the percentage of FEV1 in the predicted value （FEV1%） and FEV1/FVC （r=-0.898， r=-0.859）， with statistically significant differences （P <0.05）. The history of cigarette smoke exposure was negatively correlated with FEV1/FVC （r=-0.792） and FEV1%（r=-0.826）， and the history of oil smoke exposure was negatively correlated with FEV1/FVC （r=-0.388） and FEV1%（r=-0.335）， with statistically significant differences （P <0.05）. Conclusion The longer the cigarette smoke exposure and oil smoke exposure， the higher the plasma acrolein concentration， the lower FEV1% and FEV1/FVC， and the more serious the damage of pulmonary function in COPD patients.

[Key words] Chronic obstructive pulmonary disease; Pulmonary function; Acrolein; Correlation

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonarydisease， COPD）是一种常见的、可以预防和治疗的疾病，以持续呼吸症状和气流受限为特征，与明显暴露于有毒颗粒或气体引起的气道和/或肺泡异常相关，该疾病具有可预见性、多见性[1]。吴明等[2]通过对当地40岁以上人群进行流行病学调查，发现吸烟和油烟暴露是 COPD 发病的危险因素，且通过香烟烟雾及油烟雾的成分分析，发现两者存在部分相同的气体成分，如丙烯醛。该物质可能具有损害肺功能的作用，对 COPD 的发生和发展起重要的促进作用。本研究通过记录不同肺功能分级的 COPD 患者的吸烟史及油烟接触史，检测其血浆中丙烯醛浓度及肺通气功能水平，探讨 COPD 患者外周血中血浆丙烯醛浓度及与肺功能的关系，为探究 COPD 的发生发展提供新的思路。

1资料与方法

1.1 一般资料

选取2020年11月1日至2021年5月12日就诊于佳木斯大学附属第一医院呼吸与危重症医学科门诊及住院部的 COPD 患者135例，剔除不符合纳入标准的17例，收集入组病例共118例（男57例，女61例），其中 GOLD 分级Ⅰ级28例（男12例，女16例），平均年龄（65.43±12.68）岁; GOLD 分级Ⅱ级30例（男19例，女11例），平均年龄（57.43±7.87）岁; GOLD 分级Ⅲ级30例（男9例，女21例），平均年龄（61.32±9.13）岁; GOLD 分级Ⅳ级30例（男17例，女13例），平均年龄（65.79±6.96）岁，4组患者年龄比较，差异有统计学意义（P <0.05）。

纳入标准：所有入组患者均以2021年修订版《慢性阻塞性肺疾病诊疗指南》[1]为标准，符合慢性阻塞性肺疾病诊断：①有慢性咳嗽、咳痰症状，累积时间超过2年，每年累记超过3个月，伴或不伴胸闷、气短、呼吸困难;②影像学资料符合慢性支气管炎、肺气肿表现;③肺功能提示 FEV1/FVC<0.7，吸入短效β2受体激动剂后 FEV1/FVC 仍<0.7。排除标准：①患其他引起咳嗽、咳痰、胸闷、气短、呼吸困难等症状的疾病，如心衰、肺结核患者;②长期从事厨师、化工生产等与丙烯醛接触相关职业的患者;③生命体征不稳定，不能配合或存在精神症状难以完成采血、肺功能检测的患者。本研究经医院医学伦理委员会批准，参与研究者均已签署知情同意书。

1.2 方法

①肺功能检测。采用肺功能仪（德国 JAEGER 公司，型号： Master Screen PFT）对入组患者进行肺通气功能检查，重复测量2次，取高值，两次检查差值应小于5%。②血浆丙烯醛浓度的检测。采患者清晨空腹安静状态下外周血5 ml，常温静置20 min 后，于高速离心机2000 r/min 离心15 min，取上层澄清血浆1～2 ml，保存于-80℃环境中。通过 ELISA 法（血浆丙烯醛试剂盒购于上海博湖生物科技有限公司）检测对应样本中血浆丙烯醛浓度，并记录。③香烟烟雾及油烟雾接触史的采集。采用口头询问方式采集相关資料，主要询问患者吸烟年数、每日吸烟支数、油烟雾接触年数、每日油烟雾接触时间，并记录。

1.3 观察指标及评价标准

肺功能分级： GOLD 分级Ⅰ级： FEV1%≥80%; GOLD 分级Ⅱ级：50%≤ FEV1%<80%; GOLD 分级Ⅲ级：30%≤ FEV1%<50%; GOLD 分级Ⅳ级：FEV %<30%。

香烟烟雾接触史（年支）=吸烟年数×每日吸烟支数;油烟雾接触史（年×小时）=油烟雾接触年数×油烟雾接触每日时间。香烟烟雾接触史，包括主动吸烟及被动吸烟，主动吸烟：吸烟时间连续且超过6个月且每日>5支或吸烟总量>100支，或已戒烟患者戒烟时间少于1年复吸者。被动吸烟：不吸烟者每周至少有1天吸入香烟烟雾15 min 以上[3]。油烟雾接触史：油烟雾接触史1年指受访者烹饪时间累记超过1 h/d，至少5 d/周且10个月/年;油烟雾接触每日时间即每日烹饪的累积时间，不足1 h 按1 h 计算。

1.4 统计学方法

本研究使用 SPSS 23.0统计学软件进行数据统计及分析，对所有连续型变量进行正态性检验，采用Levene检验验证方差齐性，正态分布变量以均数±标准差（x ± s）表示，多组均数比较采用方差分析;非正态分布变量以[M（P25， P75）]表示，采用独立样本非参数检验分析差异，组间两两比较采用 Bonferroni 法校正，数据根据正态分布情况采用 Spearman 秩相关分析或 Pearson 法进行相关性分析，以 P <0.05为差异有统计学意义。

2结果

2.1 患者一般资料比较

4组患者血浆丙烯醛浓度、香烟烟雾接触史、油烟雾接触史比较，以 GOLD 分级Ⅳ级组最高，GOLD 分级Ⅲ、Ⅱ级组其次，GOLD 分级Ⅰ级组最低，差异有统计学意义（P <0.05）;各组患者血浆丙烯醛浓度及香烟烟雾接触史两两比较，除 GOLD 分级Ⅰ与Ⅱ级组比较差异无统计学意义（P >0.05），其余各组两两间比较，差异有统计学意义（P <0.05）。各组患者油烟雾接触史两两比较，GOLD 分级Ⅰ与Ⅳ级组、GOLD 分级Ⅱ与Ⅳ级组组间比较，差异有统计学意义（P <0.05）;余各组间两两比较，差异无统计学意义（P >0.05）。各组患者 FEV1%、FEV1/FVC 比较，以 GOLD 分级Ⅰ级组最高， GOLD 分级Ⅱ、Ⅲ级组其次，GOLD 分级Ⅳ级组最低，差异有统计学意义（ P <0.05）。4组患者两两比较，差异有统计学意义（ P <0.05）。见表1。

2.2 血浆丙烯醛与肺功能FEV1%、FEV1/FVC的相关性分析

血浆丙烯醛浓度与 FEV 1/FVC 呈负相关（r=-0.859），血浆丙烯醛浓度与 FEV1%呈负相关（r=-0.898），差异均有统计学意义（P <0.05）。见图1～2。

2.3 香烟烟雾及油烟雾与FEV1/FVC、FEV1%的相关性分析

香烟烟雾接触史与 FEV 1/FVC 呈负相关（r=-0.792），与 FEV1%呈负相关（r=-0.826），差异有统计学意义（P <0.05）。油烟雾接触史与 FEV1/FVC 呈负相关（r=-0.388），与 FEV1%呈负相关（r=-0.335），差异有统计学意义（P <0.05）。见图3～6。

3讨论

COPD 作为最为常见的一种呼吸道慢性疾病，其发生和发展与生物燃料燃烧产生的废气相关。一项纳入280000例非吸烟成人的调查显示，使用清洁燃料或使用通风炉灶者罹患重大呼吸道疾病、死亡风险较使用固体燃料或者通风条件差者更低[4]。吸烟及厨房烹饪产生的烟雾作为日常生活中最容易接触的生物烟雾之一，其对呼吸道的损伤是很严重的。有证据证实血液循环中高丙烯醛浓度促进了 COPD 的发生[5]。因此通过检测油烟及香烟烟雾里的丙烯醛浓度来评估这些物质对于呼吸道的损害作用具有重大意义。

香烟烟雾及油烟雾作为生活中大众最易接触的环境废气，对我们的生命健康产生了严重威胁。它们具有刺激性气味，不仅会直接引起气道收缩，还会刺激呼吸道上皮细胞分泌黏液造成呼吸道的堵塞，引起呛咳、流泪、呼吸困难等诸多呼吸道症状;不仅如此，其还是众多呼吸道疾病（如哮喘、COPD）发生发展的重要诱因[6]。产生这种损害的原因主要与其中含有的气体成分密切相关。丙烯醛作为与一氧化碳、尼古丁齐名的香烟烟雾的三大主要成分之一为大众熟知。Antus等[7]研究发现有香烟烟雾接触的 COPD 患者呼出气冷凝液和诱导痰中丙烯醛的浓度高于健康非吸烟者。同时有研究证实吸烟者完全吸入一支香烟的烟雾后，肺上皮细胞内液中丙烯醛的浓度会达到约80 ng/ml，很接近 COPD 患者呼出气中的丙烯醛浓度[8]。而30 m3房间内10支香烟所产生的丙烯醛浓度可达到230 g/m3，是大气中检测到的正常丙烯醛浓度的600～26000倍。考虑到检测仪器敏感度的差别，实际测得值可能更高[9]。尽管如此，仍有部分香烟烟雾接触时间不长的患者丙烯醛浓度高于接触时间长的患者，考虑这可能与香烟烟雾接触方式、接触环境通风情况、香烟烟雾种类及患者基础气道情况相关，期待得到后续的研究证实。另一方面，油烟雾中也富含丙烯醛，周江喜等[10]采用热脱附气相色谱-质谱分析了油烟雾的有机成分，结果显示丙烯醛、辛酮、辛醛为油烟雾的主要污染物。这也能解释为什么许多没有香烟烟雾接触史的女性患者罹患 COPD。本研究发现有油烟雾接触史的 COPD 患者，其血浆丙烯醛的浓度高于无接触史的 COPD 患者。尽管两者差别并不大，但是考虑到各个家庭厨房烹饪通风环境、燃料不同，其产生的丙烯醛浓度也不尽相同;且不同的食材、不同的烹饪方式、不同的油温对产生的丙烯醛浓度也会造成不同影响。同时，由于参与日常烹饪的人多为女性，油烟雾接触机会高于男性，这也导致了女性患者的高 COPD 发病率。

本研究发现随着 COPD 患者香烟烟雾及油烟雾接触的增多，血浆丙烯醛浓度呈现上升趋势，同时肺功能 FEV1/FVC、FEV1%逐渐减低，提示丙烯醛接触会损伤肺通气功能，尽管部分组间差异不显著，但考虑到对血浆丙烯醛浓度影响因素众多，该结果的出现也不足为奇。众所周知，香烟烟雾的接触是 COPD 的重要危险因素，随着香烟烟雾接触时间的增加，COPD 患者肺功能损害是逐渐增强的。而吴明等[2，11]的流行病学调查显示存在油烟雾接触的 COPD 患者 FEV1%及 FEV1/FVC 也显著低于无油烟雾接触的患者。这提示香烟烟雾与油烟雾会对肺功能造成损害，且这可能与丙烯醛接触具有重要关系。原因可能有以下这些方面：首先，丙烯醛的暴露会激活的 Ca2+渗透性瞬时受体电位阳离子通道 A1信号导致肺上皮细胞氧化应激和炎症，引起慢性咳嗽和气道炎症，促进 COPD 发展[12]。同时，丙烯醛的暴露会激活基质金属蛋白酶（MMP 9、 MMP 12和 MMP 14），并通过 EGFR 信号调节促进气道黏蛋白的产生，引起呼吸道阻力增加;另一方面丙烯醛的暴露也会诱导 CD8+T 细胞分泌趋化因子配体10，诱导 MMP 12的产生，导致支气管内弹性蛋白降解，进一步加重肺气肿[13]。Moretto 等[14] 的病理研究中证实丙烯醛激活了肺细胞内的氧化应激反应，其与生物亲核物质发生反应，导致蛋白质和 DNA 的修饰以及抗氧化剂防御能力的丧失，改变了细胞信号和基因转录及翻译，诱导黏液高分泌，损伤气道上皮细胞，促进 COPD 的发生。另外 Randall 等[15]的试验发现丙烯醛会显著抑制巨噬细胞核内的组蛋白去乙酰化酶，影响糖皮质激素抗炎作用，导致 COPD 的控制不良。因此，减少香烟烟雾及油烟雾的接触，有助于减少丙烯醛的接触，对于 COPD 的预防具有重要意义。

综上所述， COPD 患者香烟烟雾及油烟雾接触时间越长，血浆丙烯醛浓度越高， FEV1%、FEV1/FVC 越低，肺功能损害越严重。

[参考文献]

[1]中华医学会呼吸病学分会慢性阻塞性肺疾病学组，中国医师协会呼吸医师分会慢性阻塞性肺疾病工作委员会.慢性阻塞性肺疾病诊治指南（2021年修订版）[J].中华结核和呼吸杂志，2021，44（3）：170-205.

[2]吴明，刘钦华，郭永明，等.福州市40歲及以上人群慢性阻塞性肺疾病流行病学调查分析[J].国际呼吸杂志，2020（2）：107-113.

[3] World Health Organization.World Health OrganizationGuidelines for controlling and monitoring the tobacco epidemic[R].Geneva： World Health Organization，2020.

[4] CHAN KH，KURMI OP，BENNETT DA，et al.Solidfuel use and risks of respiratory diseases.A Cohort Study of 280000Chinese Never-Smokers[J].American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine，2019，199（3）：352-361.

[5] ÀlvarAgusti， Joan B.Soriano.COPD as a SystemicDisease[J].COPD： Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease，2008，5（2）：133-138.

[6] Malatkova P，Havlikova L，WsolV.The role of carbonylreducing enzymes in oxcarbazepine in vitro metabolism inman[J].Chemrico-Biolgical Interactions，2014，220：241-247.

[7] BalazsAntus，ZsuzsannaKardos.Oxidative Stressin COP D： Molecular Background and Clinical Monitoring[J].Current Medicinal Chemistry，2015，22（5）：627-650.

[8] Eiserich JP，van der Vliet A，Handelman GJ，et al.Dietary antioxidants and cigarette smoke-induced biomolecular damage： a complex interaction[J].The American Journal of Clinical Nutrition，1995，62（6）：1490S-1500S.

[9] Counts ME，Hsu FS，Laffoon SW，et al.Mainstreamsmoke constituent yields and predicting relationships from a worldwide market sample of cigarette brands： ISO smoking conditions[J].Regulatory Toxicology and Pharmacology，2004，39（2）：111-134.

[10]周江喜，廖雷，吳霁昱，等.餐饮油烟污染物成分分析及其洗涤处理研究[J].广西师范大学学报（自然科学版），2014，32（3）：79-85.

[11]张勇，付传发，寇英华，等.重庆市沙坪坝区40岁以上人群慢性阻塞性肺疾病流行特征及影响因素研究[J].国际呼吸杂志，2018，38（5）：352-356.

[12] Nadia Moretto，Giorgia Volpi，Fiorella Pastore，et al.Acrolein effects in pulmonary cells：relevance to chronic obstructive pulmonary disease[J].Annals of the New York Academy of Sciences，2012，1259（1）：39-46.

[13] Leikauf GD， Borchers MT， Prows DR， et al.MucinApoprotein Expression in COPD[J].2002，121（5）：166-182.

[14] MaenoToshitaka，Houghton A McGarry，QuinteroPablo A，et al .C D8+T Cells are required for  inflammation and destruction in cigarette smoke- induced emphysema in mice[J].Journal of Immunology，2007，178（12）：8090-8096.

[15] Randall MJ，Haenen GR，Bouwman FG，et al.The tobacco smoke component acrolein induces glucocorticoid resistant gene expression via inhibition of histone deacetylase[J].Toxicol Lett，2016，240（1）：43-49.

（收稿日期：2021-10-09）