探索尿鎘作為人群鎘暴露生物標志物的影響因素

蔣夢珂，陳琦，丁震，孫宏，徐燕

1.南京醫科大學公共衛生學院，江蘇 南京 211166

2.江蘇省疾病預防控制中心環境與健康所，江蘇 南京 210009

鎘是一種廣泛存在于環境中的重金屬［1］，環境鎘污染是中國和其他國家的重要公共衛生問題之一［2］，對環境中的鎘污染進行健康風險評估已成為環境健康研究的一個重要內容［3］，而選擇適當的暴露評估指標是風險評估的第一步。尿鎘和血鎘是最常用的鎘體內負荷的暴露標志物［4］。尿鎘主要用于測量長期暴露，而血鎘則用于測量近期暴露，但這兩個指標有明顯的時間上的重疊［5］。很多研究采用尿鎘作為鎘體內負荷的標志物［6-7］，但也有一些研究對這一長期以來的觀點提出了不同的看法。Chaumont 等［8］的研究指出，在低水平鎘暴露下，尿鎘與年齡沒有線性相關，可能是受到近期鎘攝入、肌酐和蛋白質排泄的生理變化影響。另一項研究表明，24 h 內固定6 個時間點定時采樣，在相隔4～6 d 后再次收集6 個時間點的尿液樣本進行對比，尿鎘的變化非常大（根據尿液肌酐、比重或流速進行校正）［9］，這質疑了采用尿鎘作為鎘暴露生物標志物的可靠性。此外，Chaumont 所報告的兒童體內的尿鎘水平高于青少年［8］，這與之前關于美國［10］或加拿大［11］人群的報告不一致。因此，有必要重新評估尿鎘作為鎘體內負荷生物標志物的意義。

血鎘是另一個被廣泛接受的鎘體內負荷的生物標志物，這兩者之間存在一定的關聯。Adams 和Newcomb 曾指出，尿鎘幾何均數每提高1%，血鎘就會提高0.50%［5］。Chaumont 等［8］也提出，近期的鎘攝入量（血鎘）和肌酐排泄的生理變化可能會影響尿鎘隨年齡變化的模式。因此，研究尿鎘和血鎘的相關關系，對于評價尿鎘作為鎘暴露的生物標志物的可靠性是有意義的［8］。

本研究的目的是重新評估尿鎘作為鎘暴露的生物標志物的意義和影響因素，采用橫斷面研究方法比較不同性別人群中尿鎘隨年齡變化的趨勢，并分析不同年齡組中與尿鎘相關的因素。

1 對象與方法

1.1 研究地點和對象

本研究是江蘇金屬暴露與健康調查的一部分，在蘇州常熟市進行，常熟市位于中國江蘇省東部，無已知鎘污染，總面積1 264 km2，2013年底居住人口150萬。江蘇金屬暴露與健康調查研究設計在之前的研究中已經報道過［12］。研究納入標準：當地戶籍居民，于本地出生，在現住址居住了至少2年，以食用本地自產糧食和蔬菜為主。排除標準包括：患有腎病、泌尿系統疾病，有職業性重金屬暴露史。采用分層隨機抽樣的方法，先分成6 個社區，每個社區按照210～220 名調查對象的規模招募，按照年齡＜10、＜18、＜30、＜40、＜50、＜60、＜70、≥70 歲進行分組，每組20～26 人，男女各半。最后共有1 235 名受試者簽署了知情同意書后參與本研究。對于兒童，則由其監護人提供書面知情同意書。研究設計經中國疾控中心環境所倫理審查委員會批準（倫理審查號：201002001）。

1.2 采樣、體檢和調查

樣品采集時間為2013年5月—2014年1月。早晨7:00—8:00 采集尿樣（20 mL）并儲存在聚丙烯酰胺瓶中。醫生從肘靜脈上采集2 mL血液樣本到含有K2EDTA（美國BD 公司）空管中，并保存在干冰中運送到江蘇省疾病預防控制中心實驗室進行重金屬分析。采樣時記錄了每位參與者的身高和體重，要求穿著輕便的衣服，不穿鞋帽。采用一份結構化的調查問卷來獲取年齡、性別、吸煙和慢性疾病的信息。本次調查對吸煙的定義采用WHO 的標準，即一生中連續或累積吸煙6個月或以上者。

1.3 測量血鎘和尿鎘

采用之前描述的尿鎘的檢測方法［13］用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS；美國Thermo Fisher X-series 2）對全血樣品及尿液樣品中的鎘進行測定。精確吸取200 μL 血樣或者500 μL 尿樣置 于15 mL 離心管底部，用移液器依次加入500 μL 高純HNO3（Merck，德國）和100 μL 混合內標（100 ng·mL-1），于通風櫥里100℃水浴加熱3 h 后，取出放至常溫，用Milli-Q（Merck，德國）制備的純水定容至5 mL 體積，之后進行金屬濃度測定。用ICP-MS 測定所有樣品中的金屬濃度。血鎘的檢測限為0.025 μg·L-1，尿鎘為0.02 μg·L-1。分別有25 名（25/1 235）調查對象的血鎘水平和1 名（1/1 235）調查對象的尿鎘水平低于檢出限，采用檢出限的平方根作為暴露值［14］。為了保證內部質量和控制，標準參照物質來自SeronormTM（SERO，挪威）。采用自動分析儀（型號7180；日本東京日立公司）對尿液用Jaffe 方法測量尿肌酐（g·L-1）。

1.4 統計學分析

所有生物參數均以M（P25，P75）報告，分析時采用對數轉換（log10），使其接近正態分布。尿鎘和其他生物標志物以肌酐校正或不校正分別表示。受試者根據年齡分為三組，兒童（年齡小于12 歲）、青少年（年齡在12 歲和17 歲之間）和成人（大于等于18 歲）。通過方差分析比較各年齡組的尿鎘，涉及的協變量（混雜因素）包括性別、年齡、血鎘、體重指數（body mass index，BMI）和尿肌酐。

采用自然立方樣條函數建模描述尿鎘、血鎘和尿肌酐隨年齡的變化特征。采用Pearson 相關分析和廣義線性回歸模型評估了尿鎘與性別、年齡、血鎘、尿肌酐和BMI 的關聯。首先，用Pearson 相關分析選擇與尿鎘存在相關的變量。然后，應用逐步正向選擇法選擇變量，將P＜0.25 的變量進入模型，并把P＜0.10的變量留在模型中。方差膨脹系數（variance inflation factor，VIF）＞10 作為多重共線性的指標。殘差的獨立性通過Durbin-Watson檢驗來評估。檢驗水準α=0.05。

2 結果

2.1 調查對象的基本特征

表1 不同年齡組調查對象的特征和暴露水平Table 1 Characteristics and cadmium exposure levels of respondents by age group

2.2 尿鎘與年齡的關系

尿鎘隨年齡變化是通過線性回歸分析得出的，線性回歸分析使用了當前不吸煙的997 名調查對象數據，將年齡作為自然立方樣條函數。這些模型區分性別，以肌酐校正和未校正的尿鎘分別運行。如圖1A所示，未校正的尿鎘在不吸煙的男性和女性中均隨年齡增加而增加。在男性中，從大約4 歲（估計尿鎘濃度為0.09 μg·L-1）到60 歲（0.58 μg·L-1），尿鎘隨著年齡的增長而不斷增加，在60 歲之后開始下降。而在女性中，從2.8 歲（估計尿鎘濃度為0.09 μg·L-1）增加到50 歲（0.46 μg·L-1）后開始趨于平穩。用肌酐校正尿鎘后（圖1B），在兒童和青少年中的變化更為緩慢。圖1C顯示了尿肌酐在不同性別隨年齡的變化曲線。在兩種性別中，尿肌酐在兒童時期增加，在青少年期達到最大值，然后隨著年齡的增長穩步下降，到70 歲左右之后又開始增加。

圖1 尿鎘（A）、肌酐校正尿鎘（B）和尿肌酐（C）與年齡的關系Figure 1 Age correlation with urinary cadmium (A),creatininecorrected urinary cadmium (B),and urinary creatinine (C)

2.3 尿鎘的影響因素

校正的尿鎘變化的43%（?R2），兒童的22%（?R2）和青少年的32%（?R2）（表2）。另外，值得注意的是，在青少年和成人中，尿肌酐與未經校正尿鎘的關聯是正向的，而尿肌酐與經過肌酐校正尿鎘的關聯方向都是負向。

表2表明，在成年人群中，無論是從不吸煙、既往吸煙還是現在吸煙，尿鎘均與血鎘相關，且尿鎘與尿肌酐相關性也具有統計學意義。在成人中，性別和年齡也是有統計學意義的影響因素，但區分吸煙狀況之后，性別不再具有統計學意義。在青少年和成人中，采用肌酐校正后的尿鎘與血鎘和尿肌酐相關，但在兒童中則不相關，在成人中的影響因素也包括年齡和性別。血鎘和尿肌酐等幾個因素可以解釋成人未經肌酐

表2 按照年齡組和吸煙分層的尿鎘影響因素的多元回歸分析結果Table 2 Multiple regression analysis results of factors affecting urinary cadmium stratified by age and smoking

2.4 吸煙對成人體內尿鎘的影響

表3總結了吸煙對成年人尿鎘和血鎘的影響情況。與從不吸煙者相比，當年吸煙者尿鎘和血鎘的增高均有統計學意義。在對血鎘、年齡、BMI、吸煙、性別和尿肌酐進行校正后，當年吸煙者的尿鎘和血鎘高于從不吸煙者，但既往吸煙者的尿鎘與從不吸煙者差別并無統計學意義。

表3 吸煙對尿鎘和血鎘的影響Table 3 Effects of smoking on urinary cadmium and blood cadmium

3 討論

本研究所報告的尿鎘水平遠低于中國的其他研究［15］，但與美國報告［16］（中位數：成人0.32～0.40 μg·L-1）和加拿大（中位數：成人0.24～0.39 μg·L-1）非常相似［17］。這些尿鎘水平僅為韓國觀測的一半（中位數：男性0.66 μg·L-1，女性0.73 μg·L-1）［18］，比日本一般人群低得多（中位數：1.3 μg·g-1肌酐）［19］。這表明，我們的研究人群處于低水平環境鎘暴露。

結果表明，在目前的低暴露水平下，尿鎘隨著年齡的增長而增加，直到30歲左右才趨于平穩。這一關于尿鎘隨年齡變化的結論與Amzal的數學模型一致［20］，該模型預測尿鎘隨年齡增長呈單調的曲線上升，直到大約60～70 歲時才趨于平穩。然而，這一模式與Chaumont 等［8］研究報道的兒童體內有高濃度尿鎘的結果不一致。這種差異可能是因為Chaumont 的研究是基于在不同時間和地點進行的多項獨立調查。但本研究結果與許多其他橫斷面調查的結果相一致，例如在加拿大，6 歲至11 歲兒童的尿鎘濃度幾何均數為0.21 μg·L-1，12 歲至19 歲的青少年為0.27 μg·L-1，60 歲至79 歲的成年人逐漸增加到0.50 μg·L-1［11］。美國和韓國也有關于尿鎘隨年齡增長而增加的類似報告［10，21］。

尿鎘隨年齡的變化受到血鎘和尿肌酐的影響；且血鎘和尿肌酐可部分解釋未經肌酐校正成人尿鎘的變化。這些結果表明，血鎘可以影響尿鎘，但可能無法解釋尿鎘的所有變化。此外，采用尿肌酐校正后，尿肌酐對尿鎘的影響從正向變成了負向，而且依然具有統計學意義，也提示有過度校正的存在。這可能是因為尿肌酐在不同年齡階段的分布存在差異（圖1C），Chaumont 等也觀察到了這一點［8］。

吸煙者的尿鎘和血鎘水平均高于不吸煙者（表3），這表明煙草是鎘暴露的來源。吸煙者與不吸煙者之間血鎘的差異大于尿鎘的差異，表明血鎘是一種對近期暴露更為敏感的暴露標志物。不吸煙者和既往吸煙者之間的尿鎘或血鎘水平沒有差異，這與韓國的一項研究一致［22］，這個結果提示尿鎘不能僅僅歸因于腎鎘，因為在對吸煙年齡、年齡、BMI、性別和尿肌酐進行校正后，既往吸煙者腎鎘應該比從未吸煙者高［23］。

本研究局限之處：根據不同年齡人群的結果，描述了鎘暴露隨年齡變化的趨勢，這可能會引入信息偏差。另外，作為橫斷面研究的固有局限性，本研究的結果可能會受到研究開展時間和地點的影響，而且鎘暴露水平變化也可能受到短期飲食的影響，不過，校正血鎘可以一定程度上校正短期暴露的影響。

綜上所述，本研究發現對于環境鎘暴露較低的普通人群，尿鎘與血鎘、尿肌酐、年齡、性別和吸煙等因素相關。當尿鎘被用作鎘的暴露標志物時，需要考慮對血鎘和尿肌酐進行適當校正。