廣西某地區老年男性尿液中微量元素釩、鈷、銅、鍶、鉬水平與認知功能受損的關聯

唐川喬，彭陽，張麗娥，李志穎，鄒云鋒

廣西醫科大學 a.公共衛生學院衛生毒理學教研室 b.廣西環境與健康研究重點實驗室c.公共衛生學院環境衛生學教研室，廣西 南寧 530021

目前，我國人口老齡化程度不斷加深。認知功能受損作為老齡化社會最常見的疾病之一而備受關注，其不僅嚴重影響老年人的生活質量，也給家庭和社會帶來了沉重的經濟負擔。因此，識別認知功能受損的可干預危險因素，對于預防或延遲認知障礙的發生具有重要意義。微量元素是維持機體正常代謝和生理功能的必要成分，但當其穩態失衡時可能導致人體的生理異常甚至引起疾病。已有多項研究表明，部分微量元素與老年人的認知功能受損有關，如高水平的銅可導致氧化應激水平升高，導致機體DNA 損傷，最終可能與老年人認知能力下降相關［1］。釩、鈷、鍶和鉬為人體必需的微量元素，已有研究表明這些微量元素的穩態失調可引起神經系統損傷，如：釩暴露會導致工人認知功能下降［2］；鈷中毒的病例可出現周圍神經病變和認知障礙［3］；鍶與兒童智力發育相關［4］；在自閉癥譜系障礙患者中，發鉬含量與認知水平呈負相關［5］。然而目前，關于這些微量元素與老年人認知功能關系的報道尚不多見。因此，本研究以廣西某地區老年人群為研究對象，檢測其尿液中釩、鈷、銅、鍶、鉬5 種微量元素水平，分析這些微量元素與認知功能的相關性，為老年人認知功能受損的早期干預提供科學依據。

1 對象與方法

1.1 研究對象

本研究采用橫斷面的研究設計，于2016年8月—2017年7月，在廣西某地區開展調查。查詢當地鄉鎮衛生院的電子病歷系統中居民的人口和醫療記錄，采用隨機抽樣方式，篩選符合以下標準的老年男性：①當地常住居民；②年齡在60 歲及以上；③無精神疾病、老年癡呆或嚴重認知功能障礙；④無嚴重視覺或聽覺障礙。在當地村醫和村干部的幫助下，邀請符合標準的老人到鄉鎮衛生院，在征得老人知情同意后，由調查員和體檢醫生分別對其進行問卷調查和健康體檢。本研究最終共納入了375 名老年男性。研究方案經廣西醫科大學醫學倫理委員會批準（批準號：201603010-2），所有研究對象均知曉研究內容并簽署了書面知情同意書。

1.2 研究方法

1.2.1 問卷調查經統一技術培訓后，調查員根據自行設計的調查問卷，按照統一標準，通過面對面訪談方式進行問卷調查。調查內容包括一般人口學資料、生活方式資料、職業史、疾病史、家族遺傳史、用藥史、既往感染史、手術史等。采用中文版的簡易精神狀態檢查量表（Mini-Mental State Examination，MMSE）［6］評估研究對象的認知功能。MMSE 可評估受試對象的定向能力、記憶力、注意力、計算能力和語言能力［7］，分值范圍為0～30 分，分值越高代表認知功能越好。中文版的MMSE 為文化適應版本［8］，并被證明具有良好的效度和信度［9］。由于認知功能水平受教育程度影響，故對認知功能受損的檢出采用了與教育程度相關的界值點：未受過正規教育者為17 分以下；受教育年限≤6年者為20 分以下；受教育年限＞6年者為24分以下［10］。

1.2.2 體格檢查身高、體重、血壓、心電圖等項目由當地衛生院相關專業人員按照標準的方法測量。使用身高體重秤測量研究對象的身高及體重，使用電子血壓計測量研究對象的血壓，使用心電圖儀測量研究對象的心電圖。體重指數（body mass index，BMI）=體重/身高2（kg·m-2）。

1.2.3 實驗室檢測采集研究對象的空腹血樣和晨尿后進行分裝，由當地衛生院進行血常規、尿常規檢測后，剩余樣本在低溫條件下運送至廣西醫科大學公共衛生學院中心實驗室，并保存于-80℃。采用電感耦合等離子體質譜（350X，美國PerkinElmer）檢測研究對象尿液微量元素含量：將尿液樣本從-80℃拿出至室溫融化，用斡旋振蕩器充分混勻后取1 mL 尿液至15 mL 離心管中，加入5 μL 體積分數65%的硝酸，于4℃冰箱中酸化過夜，第二天早上用9 mL 體積分數1%的硝酸將尿液稀釋至10 mL，于40℃條件下超聲1 h，拿出置于室溫平衡溫度，上機檢測釩、鈷、銅、鍶和鉬。同時，參照尿肌酐試劑盒（C011-2，中國南京建成）的說明書測定研究對象尿肌酐含量，以校正尿液稀釋的可變性。

1.3 質量控制

由廣西醫科大學研究生、該地醫療工作人員組成調查團隊，調查員均經過統一、嚴格的培訓。問卷填寫完畢后及時檢查錯漏項和邏輯錯誤，問卷錄入采用雙錄入模式。采用美國國家標準與技術研究院標準參照物質SRM2670a 和加標樣本進行質量控制。儀器的日間變異系數范圍為1.73%～2.91%，日內變異系數范圍為0.24%～0.74%。釩、鈷、銅、鍶和鉬的檢出限（limits of detection，LODs）分別為0.010、0.006、0.035、0.057 和0.133 μg·L-1，檢出率分別為100.00%、91.20%、96.00%、99.73%和100.00%，加標回收率分別為104.00%、95.84%、89.69%、107.59%和111.09%。

1.4 統計學分析

采用EpiData 3.1 軟件進行問卷雙錄入和校驗，并導出至Microsoft Excel 2010 中建立數據庫。尿液微量元素濃度低于LOD 者用LOD/2 進行替換。直接測得的尿液微量元素質量濃度（μg·L-1）用尿肌酐進行校正，校正后的單位為μg·g-1肌酐，本文中以μg·g-1表示。運用SPSS 19.0 和SAS 9.4 軟件進行數據分析。對不同認知功能水平研究對象的一般人口學特征進行描述性統計學分析，并采用χ2檢驗對構成比進行比較分析。由于研究對象的尿液微量元素濃度均呈非正態分布，故以中位數、P25、P75表示，并采用Wilcoxon 秩和檢驗比較不同認知功能水平的研究對象的尿微量元素濃度差異。將研究對象的尿液5 種微量元素尿肌酐校正后濃度進行常用對數轉換（lg 釩、lg 鈷、lg 銅、lg 鍶、lg 鉬），以增加數據正態性，并使用一般線性模型探索其與MMSE 分值的關系，模型分為未校正和校正混雜因素模型。根據研究對象尿肌酐校正后尿中微量元素濃度三分位數，將研究對象分為T1～T3三組，以T1為參照組，將認知功能正常賦值為0、認知功能受損賦值為1，采用二元logistic 回歸模型分析各微量元素對認知功能的影響，模型分為單一微量元素模型和5 種微量元素聯合作用模型，并且分為未校正和校正混雜因素模型；此外，用每個分組濃度的中位數替換該組所有數值后納入logistic 回歸模型中，以計算趨勢性P值；運用R 4.0.5 對聯合作用模型的趨勢性P值進行錯誤發現率校正。一般線性模型與logistic 回歸模型的校正模型中，以年齡、BMI、家庭年收入、吸煙史、飲酒史和受教育年限作為混雜因素進行校正。模型中混雜因素的選擇基于對認知功能水平影響的先驗知識，或差異性分析中對尿液微量元素的影響超過10%。檢驗水準α=0.05（雙側）。

2 結果

2.1 一般人口學特征

在本研究納入的375 名研究對象中，根據與教育程度相關的MMSE 分值界值點，266 名認知功能正常，109 名認知功能受損。不同認知功能水平研究對象的職業分布和家庭年收入水平差異具有統計學意義（均P＜0.05），其他變量兩組間比較差異均無統計學意義（均P＞0.05）。見表1。

表1 2016—2017年廣西某地區375 名老年男性的一般人口學特征［n（%）］Table 1 Demographic characteristics of 375 elderly men in an area of Guangxi from 2016 to 2017 [n (%)]

2.2 尿中5種微量元素水平

尿肌酐校正前，認知功能受損組研究對象的尿釩濃度高于認知功能正常組（P=0.033），而兩組尿鈷、銅、鍶和鉬濃度的差異均無統計學意義（均P＞0.05）。經尿肌酐校正后，認知功能受損組研究對象的尿釩、鈷、銅和鍶濃度均高于認知功能正常組（均P＜0.05）。見表2。

表2 2016—2017年廣西某地區375名老年男性尿中5種微量元素水平Table 2 Urinary levels of five trace elements in 375 elderly men in an area of Guangxi from 2016 to 2017

2.3 尿中5種微量元素水平與MMSE的關系

一般線性模型結果顯示：未校正混雜因素前，lg 鈷、lg 銅、lg 鍶和lg 鉬與MMSE 分值呈負相關關系；校正相關混雜因素后，lg銅和lg鍶依舊與MMSE分值呈負相關，lg 銅和lg 鍶每增加一個單位，MMSE 分值分別變化-0.91 （95%CI：-1.76～-0.07）、-1.56 （95%CI：-2.92～-0.20）。見表3。

表3 2016—2017年廣西某地區375名老年男性尿中5 種微量元素水平與MMSE分值關系的一般線性模型分析Table 3 General linear model analysis on the relationships between five urinary trace elements and MMSE scores in 375 elderly men in an area of Guangxi from 2016 to 2017

2.4 尿中5種微量元素水平與認知功能的關系

logistic 回歸模型結果顯示：在單一微量元素模型中，校正混雜因素前，5 種微量元素均為認知功能受損的危險因素（均P趨勢＜0.05）；校正混雜因素后，釩、銅和鍶與認知功能受損的關聯仍具有統計學意義（均P趨勢＜0.05），與T1濃度組老年人相比，釩、銅和鍶的T3濃度組老年人認知功能受損的風險OR（95%CI）值分別為2.08 （1.15～3.76）、2.04 （1.15～3.63）和1.94（1.10～3.43）。而在5 種微量元素聯合作用模型中，經過其余4 種微量元素以及混雜因素的校正，銅依舊為老年人認知功能受損的危險因素，與T1濃度組的老年人相比，T3濃度組的老年人患認知功能損傷的風險增加，其OR（95%CI）值為1.96 （1.07～3.58）。見表4。

表4 2016—2017年廣西某地區375名老年男性尿中5種微量元素水平對認知功能影響的logistic回歸模型分析Table 4 Logistic regression model analysis of the effects of five urinary trace elements on cognitive function in 375 elderly men in an area of Guangxi from 2016 to 2017

3 討論

本研究對375 名廣西某地區老年男性的認知功能進行評估，檢測其尿液中釩、鈷、銅、鍶、鉬5 種微量元素的水平，發現尿中釩、銅和鍶的水平較高可能與廣西老年男性認知功能受損相關。

釩是正常細胞生長所必需的元素，但當其濃度較高時會對多系統產生毒性效應［11］，如神經系統、呼吸系統、心血管系統、泌尿系統、血液系統和消化系統［12-13］。國內外均有研究探討釩與認知功能之間的關系。人群流行病學調查顯示，職業釩暴露會影響工人認知功能和神經行為學結果［2，14］；與正常人群相比，輕度認知功能障礙者和阿爾茨海默病患者血清釩濃度更高（P＜0.001）［15］。此外，動物實驗數據表明，釩暴露會降低動物的學習能力，釩會在紋狀體蓄積并導致紋狀體退行性損傷，紋狀體中的神經遞質乙酰膽堿、5-羥色胺和γ-氨基丁酸增加，而突觸蛋白Ⅰ減少［13］。這些研究結果均能支持本研究的結論。然而，本研究的結論也與現有的一些研究結論相左，如Gu 等［16］開展的一項中國老年人全血微量元素暴露與認知功能關系的研究發現，釩可能是老年人認知功能受損的保護因素，這可能與樣本含量、生物樣本類型、人群類型不同等有關。由于目前國內外關于釩與老年人認知功能障礙的關聯研究較少且樣本量相對較小，還需在更大樣本量的老年人群中進行驗證，同時也需在動物模型和細胞模型中加以證明。

銅是生物系統中最豐富的3 種過渡金屬之一，也是所有活細胞代謝所必需的微量元素，在一系列生理過程發揮不可或缺的作用［17］。已有許多流行病學研究結果顯示，人體內銅穩態失調是阿爾茨海默病和認知功能障礙的危險因素［18-20］。我國開展的一項調查發現，血漿銅含量高與中國農村老年人認知功能評分呈負相關關系［21］，進一步支持了本研究的結論。銅穩態失調影響認知功能的潛在機制包括：銅參與膠質細胞凋亡，突觸的失調促使記憶和學習功能發生障礙；細胞中銅超載導致銅在線粒體中積累，而線粒體中銅的改變參與神經退行性過程和凋亡信號傳導；在溶酶體也可觀察到銅含量增加，而溶酶體是參與自噬的細胞器，這是阿爾茨海默病發病的一個關鍵的機制［22］；高水平的銅會導致氧化應激水平升高，導致DNA 損傷，最終可能與認知能力下降有關［1］。

鍶與鈣的物理性質相似，故其在老年人骨質疏松的緩解和防治方面可發揮作用［4，23］。然而，鍶作用于神經系統或認知功能的研究仍存在大量空白。Gu等［16］發現，認知功能正常的老年人全血鍶含量高于認知功能受損的老年人（P=0.044），與本研究中秩和檢驗結果相反；但該研究進一步的單一金屬logistic回歸模型結果顯示，鍶對認知功能的影響無統計學意義（P趨勢=0.050），而本研究鍶的校正logistic回歸模型分析結果提示鍶為認知功能受損的危險因素（P趨勢=0.011）。除該研究外，尚有Li 等［4］研究孕婦產前低水平暴露于微量元素與2 歲兒童的神經認知發育的關系，在其單一金屬模型中，所有性別的兒童智力發育指數（mental development index，MDI）評分與尿鍶水平呈正相關，且在多金屬模型中，鍶與MDI 也呈正相關關系，提示鍶在改善兒童心智發展中可能發揮積極作用。這些研究的結果以及本研究的結果由于人群類型、樣本量、樣本類型等不同，均需要進一步在其他人群中加以驗證，且其潛在作用機制也有待研究。

鈷是人體不可或缺的鈷胺素（維生素B12）的組成部分，但體內鈷水平過高會產生全身毒性，其中包括認知功能障礙［24-25］。鉬是一種過渡元素，存在于多種人體酶中，其中包括亞硫酸鹽氧化酶，而亞硫酸鹽氧化酶缺乏可能會引起神經系統癥狀［26］。Paglia 等［15］檢測了正常對照人群、主觀記憶障礙患者、輕度認知功能障礙患者和阿爾茨海默病患者血清中微量金屬元素含量，發現鉬的水平依次升高，其中正常對照人群與阿爾茨海默病患者的差異有統計學意義，提示人體內鉬水平較高可能與阿爾茨海默病的發展相關。在本研究中，校正相關混雜因素前，單一微量元素logistic 回歸模型的結果顯示，鈷和鉬均為認知功能受損的危險因素（P趨勢＜0.05），但校正混雜因素后趨勢均消失，可能與樣本量不足有關。

本研究未能納入其他已知與認知功能障礙相關的金屬元素，故可能導致一定的混雜偏倚。例如，已有流行病學證據表明，成人尿鎘含量較高與注意力和感知任務的表現略有下降相關［27］，且尿鎘含量的增加還與阿爾茨海默病死亡率升高呈正相關關系［28］。汞暴露工人的記憶力下降和認知功能損害等癥狀也更為突出［29］。終生暴露于錳的老年人，其尿錳水平與認知功能呈負相關關系，如存在鉛的共同暴露，即使是非常低的水平，也會進一步增強錳的神經毒性［30］。此外，還有研究報道尿砷含量與阿爾茨海默病風險增加有關［31］。

本研究還存在以下不足之處：第一，本研究為橫斷面研究，并且存在樣本量不足、研究對象只有老年男性等局限性，亟須在更全面的流行病學調查研究中驗證，且本研究只能得出相關關系結論，是否存在因果關系還有待動物實驗和分子生物實驗證實；第二，統計學分析模型中尚可能存在部分混雜因素未調整，如其他已知的對認知功能有影響的因素，包括其他環境污染物，以及生活資料如膳食結構、睡眠情況等。因此，開展縱向研究、擴大樣本量、進行多地區采樣并同時選擇老年女性作為研究對象、改進調查問卷、檢測其他與認知功能有關的環境污染物等，將是后期研究中完善的方向。

綜上，本研究結果提示，廣西老年男性尿液中微量元素釩、銅和鍶水平較高可能與認知功能受損存在相關關系。