深圳某醫院中老年體檢人群血漿金屬濃度與動脈粥樣硬化的關聯

黃素麗，王甜，溫瑩，鐘丹蓉，張艷煒，周國宏，劉寧，彭朝瓊，余淑苑

1.深圳市疾病預防控制中心 a.環境與健康所 b.傳染病防治所 c.免疫規劃所，廣東 深圳 518055

2.東南大學公共衛生學院，江蘇 南京 210009

3.汕頭大學醫學院附屬第二醫院心血管內科，廣東 汕頭 515000

動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）指脂質等在動脈內膜中沉積，伴隨平滑肌細胞和纖維增生，逐漸形成斑塊后與沉積脂質結合，從而形成粥樣含脂壞死病灶。中國國家腦卒中預防項目調查顯示，在大于40 歲的人群中，頸動脈粥樣硬化總體患病率為36.2%［1］。AS 是冠心病、腦卒中和外周血管病等重大疾病的危險因素之一。影響AS 形成的因素眾多，除了生活方式、飲食模式和遺傳因素外［2］，金屬暴露的作用也受到廣泛關注。重金屬具有蓄積性和不可生物降解性，可通過氧化應激產生大量的活性氧自由基等對機體產生癌癥［3］、心血管疾?。?］等危害。橫斷面研究表明，墨西哥兒童尿總砷水平以及美洲印第安人尿砷濃度均與頸動脈內中膜厚度（carotid intimamedia thickness，cIMT）呈正相關［5-6］，然而美國的一項多民族研究表明無論是砷攝入量還是尿砷濃度均與cIMT 無相關性［7］。而鉛和鎘暴露與AS 進程或心血管疾病的關系，已在動物實驗和流行病學研究中有了大量報道［8-9］。微量元素在人體內的含量雖十分微小，但生物學功能非常強大。例如，硒和鋅都是人體內抗氧化酶如谷胱甘肽過氧化物酶的重要活性成分，通過消耗細胞內過氧化物，在阻止細胞膜發生脂質過氧化，預防AS 中扮演著重要的角色。一項在芬蘭開展的前瞻性隊列研究發現，高濃度的血清硒與AS 發生風險下降有關［10］，而一項在南非開展的前瞻性研究卻發現基線血清硒濃度與cIMT 呈正相關［11］。一項關于鋅與脂質代謝物的meta 分析表明，補鋅能明顯降低血漿總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇等脂質代謝物的水平［12］。然而另一項在印度南部農村共3 000 名居民中開展的橫斷面研究表明，尿鋅水平與cIMT 呈正相關關系［13］。

上述研究顯示金屬暴露與AS 關系的人群研究的結論存在爭議，且有關多金屬暴露與AS 關聯的流行病學證據十分有限。因此，本研究擬基于中老年體檢人群，探討血漿13 種金屬的內暴露水平與AS 之間的關聯，從而為AS 的預防控制及相關環境標準的制定提供科學依據。

1 對象與方法

1.1 研究對象

本研究最初共納入1 277 名體檢人員，均來自2012—2017年于中山大學附屬第八人民醫院接受常規健康體格檢查的中老年人群。研究對象都為漢族，研究排除既往有腦血管疾病、腫瘤、周圍血管栓塞性疾病或神經系統疾病者，共800 名體檢對象做了頸動脈彩色多普勒超聲檢測，故最終納入無以上疾病且具有頸動脈彩色多普勒超聲結果的對象共664 名。采用統一標準的問卷對研究對象進行面對面的訪談，調查內容包括年齡、性別、身高、體重、生活方式和疾病史等。收集體檢人群空腹靜脈血5 mL，分離血漿和血細胞后置于-80℃冰箱中保存，用于13 種金屬濃度的檢測。同時收集醫院檢驗科血生化指標如血脂、尿酸和血糖等數據。所有研究對象均獲得知情同意，該研究得到深圳市疾病預防控制中心倫理委員會的批準（深疾倫字［2019］第006A號）。

1.2 AS的定義

根據《中國腦卒中血管超聲檢查指導規范》［14］，由具有頸動脈彩色多普勒超聲培訓合格證的醫師應用LOGIQ E9 彩色超聲診斷儀（美國GE）測量cIMT。當cIMT≥1.5 mm 且凸出于血管腔內，或局限性內膜增厚高于周邊cIMT 50%以上，可定義為AS斑塊形成。

1.3 主要指標的定義及標準

高血壓：根據《中國高血壓防治指南》，收縮壓≥140 mmHg 或舒張壓≥90 mmHg，或自我報告高血壓且正在服藥。糖尿?。嚎崭寡菨舛取?.0 mmol·L-1，或自我報告糖尿病且正在服藥。高脂血癥：總膽固醇濃度≥6.2 mmol·L-1，甘油三酯濃度≥2.3 mmol·L-1，低密度脂蛋白膽固醇濃度≥4.1 mmol·L-1，根據自我陳述有使用抗高血脂藥物史或根據醫生的診斷，滿足以上標準之一。吸煙或飲酒：近半年每天至少吸煙1 支，或每周至少飲酒1次。

1.4 血漿金屬檢測

本研究采用電感耦合等離子體質譜儀（Agilent7700系列，美國Agilent）測定血漿13 種金屬（鎂、錳、鋁、鈣、鐵、鈷、銅、鋅、砷、硒、鉬、鎘及鉈）的質量濃度（后稱“濃度”），方法參考本課題組之前已發表的研究［15］。在300 μL血漿中加入300 μL 55%（體積濃度）的硝酸，沸水浴加熱2 h 直至溶液呈淡黃色，冷卻后超純水定容至6 mL 待上機檢測。血樣按隨機順序測量，實驗操作過程中對樣品信息設盲。血漿質控溶液與樣品溶液同步處理并測定，實驗過程中每隔30 個樣品重復測定質控溶液。本方法測定的金屬線性范圍等見補充材料表S1。所有金屬低于檢出限（limit of detection，LOD）的比例均不超過10%，金屬濃度批間和批內變異系數均＜10%，樣本檢測結果低于LOD 的用 LOD/ 替代后納入分析。

1.5 統計學分析

對研究對象的一般信息進行描述性分析，連續變量采用均值±標準差或中位數（P25，P75）表示，而分類變量采用頻數（百分比）表示。組間檢驗依據數據類型選擇Student’st檢驗、秩和檢驗或卡方檢驗，采用Spearman秩相關檢驗各金屬含量的相關性。

血漿金屬濃度經自然對數轉換，服從或近似服從正態分布后納入后續分析。以是否患有AS 為應變量，以不同血漿金屬水平為自變量，采用logistic 回歸模型分析血漿金屬水平與AS 的關聯。由于年齡、性別、吸煙、飲酒、體重指數（body mass index，BMI）、高血壓、糖尿病、高脂血癥皆為AS 傳統風險因素，因此本研究將這些傳統危險因素作為混雜因素納入模型1 進行校正。同時，將各四分位分組的中位數以連續變量納入logistic 回歸模型，評估血漿金屬水平與AS 風險的趨勢。對在單金屬模型中與AS 風險關聯有統計學意義的金屬，進一步采用逐步回歸的方式進行多金屬模型分析，校正因素與單金屬模型一致。

同時，采用限制性立方樣條圖對血漿金屬濃度與AS風險之間的劑量-反應關系進行研究，參考值（OR=1）設置為自然對數轉換后血漿金屬濃度的第10百分位數，節點位置設置為自然對數轉換后血漿金屬濃度的第10、50 及90 百分位數。進一步開展分層分析，探索不同性別、年齡、BMI、慢性疾?。ǜ哐獕?、糖尿病、高脂血癥）患病情況人群的血漿金屬濃度和AS 之間的關聯。將多金屬logistic 回歸模型中通過Stepwise 篩選出來的金屬、分層變量、金屬與分層變量的相乘項和其他校正因素一起納入logistic 回歸模型，乘積項的P值為交互作用P值。采用SPSS 22.0 或R 4.0.2 軟件進行統計分析，檢驗水準α=0.05（雙側）。

2 結果

2.1 研究對象的一般情況

研究對象的平均年齡為（64.41±7.23）歲，男性占比52.26%（347/664），AS檢出率為45.33%（301/664）；非AS 人群平均年齡低于AS 組（P＜0.001）；AS 組糖尿病及高血壓的患病率均高于非AS 組（P＜0.01），而吸煙、飲酒等其他指標在兩組中分布差異無統計學意義（P＞0.05）。在所有金屬中，AS組血漿鉬濃度高于非AS組（分別為1.19、1.11 μg·L-1，P=0.003），其他金屬濃度差異無統計學意義（P＞0.05）。見表1。AS 組空腹血糖水平高于非AS 組（P=0.001），研究對象的空腹血糖、血脂四項及尿酸水平見補充材料表S2。

表1 研究對象的基本情況及血漿金屬濃度Table 1 General characteristics and plasma metal concentrations of study population

2.2 血漿金屬濃度與AS之間的關聯

2.2.1 總體部分金屬濃度之間存在相關關系，Spearman相關系數從-0.019至0.530（補充材料圖S1）。進一步校正了其他混雜因素后，發現與第一分位組相比：血漿鐵、硒、鎘的第四分位組AS風險分別下降50%、41%及46%，OR（95%CI）分別為0.50（0.29～0.88），0.59（0.36～0.96）和0.54（0.33～0.90），而血漿鉈的第三分位組AS風險增加75%［OR（95%CI）：1.75（1.08～2.83）］。為降低金屬與金屬之間共線性的影響，進一步采用logistic 逐步回歸模型，納入多金屬（鐵、硒、鎘、鉈）及其他傳統危險因素，結果顯示，與第一分位組相比：血漿鐵的第四分位組AS 風險下降53%［OR（95%CI）：0.47（0.28～0.79）］，而血漿鉈的第三分位組AS 風險增加81%［OR（95%CI）：1.81（1.11～2.99）］；且隨著鉈濃度的增加，AS 的風險也逐漸增加（P趨勢=0.046）。見表2。

表2 基于單金屬和多金屬模型的血漿金屬濃度與AS 風險的關聯性分析Table 2 Associations of plasma metal levels with atherosclerosis in single-metal models and multiple-metal models

續表2

續表2

2.2.2 分層分析結果表明，與第一分位組相比：男性、年齡≥61 歲、未患糖尿病及未患高脂血癥人群中血漿鐵濃度的第四分位組AS風險均降低（均P＜0.05）；女性、年齡＜61歲、未患糖尿病及未患高血壓人群中血漿鉈濃度的第三分位組AS風險均增加（均P＜0.05）。結果見補充材料表S3。未觀察到血漿鐵、鉈與各分層變量之間存在交互作用（均P交互＞0.05）。

2.3 血漿金屬濃度與AS之間的劑量-反應關系

進一步采用限制性立方樣條圖對血漿金屬濃度與AS 之間的劑量-反應關系進行探討，結果如圖1所示。血漿鐵濃度與AS 風險之間呈現“倒V 型”的非線性劑量-反應關系（非線性關聯P=0.043，劑量-反應關系P=0.022），當血漿鐵濃度大于1 476 μg·L-1時，AS風險逐漸降低，當達到3 259 μg·L-1時，AS 風險降低了50.2%。血漿鉈濃度大于0.07 μg·L-1時，與AS 風險呈正相關（OR＞1)，然而并未發現鉈與AS 風險的劑量-反應關系（劑量-反應關系P=0.147）。

圖1 血漿金屬與AS 的限制性立方樣條圖Figure 1 The restricted cubic spline for the associations between plasma metal concentrations and atherosclerosis

3 討論

本研究選取中國深圳地區中老年體檢人群，采用橫斷面流行病學研究設計，檢測了人群血漿共13 種金屬的含量，并分析其與AS 風險之間的關聯。結果顯示，血漿鐵濃度的增加可能與AS 風險下降有關，而血漿鉈濃度增加則與AS風險增加具有一定關聯。

鐵是人體內含量最豐富的微量元素之一，鐵穩態對于維持心血管健康有著至關重要的作用［16］。機體內過量的鐵廣泛參與AS發病，與冠心病等心血管疾病的發生、發展密切相關［17］。一項在伊朗少數民族人群中開展的橫斷面研究表明，重度AS患者中血清鐵濃度（均值為3.3 mg·L-1）高于輕、中度患者［18］。也有研究表明，慢性疾病患者在缺鐵情況下更易罹患冠心病、腦卒中等疾?。?9-20］。鐵缺乏癥影響了全球近20億人口的生命健康，是致殘和死亡的主要風險因素之一［21］。因此，研究并制定人體鐵負荷標準對于維持心血管系統健康非常必要。

本研究發現，AS 組血漿鐵濃度的中位數為1 577.25 μg·L-1，低于非AS組（1 622.62 μg·L-1）。樣條分析發現，低濃度的血漿鐵與AS呈正相關，表明鐵攝入不足與AS風險增加有關；而當血漿鐵濃度達到1 476 μg·L-1后，隨著血漿鐵濃度升高，AS 風險逐漸降低，當達到3 529 μg·L-1時，AS 風險降低了50%左右。與校正混雜因素后的單因素logistic 回歸發現當血漿鐵濃度＞2 190.58 μg·L-1時，AS 風險降低了50%一致，提示血漿鐵在這個濃度范圍內對AS 可能具有保護作用。同時，多項研究表明，血清鐵濃度升高與頸動脈斑塊風險降低［22］、缺血性心臟病死亡風險下降［23］以及冠心病風險下降［24］等有關。然而，人體鐵負荷與AS 之間的關系在仍存在爭議。一項在美國女性冠心病患者中開展的病例對照研究表明，當采用鐵蛋白比率和血清轉鐵蛋白受體水平作為機體鐵儲存指標時，鐵負荷水平與冠心病的發病風險無關聯［25］。另外一項兒童前瞻性研究表明，基線鐵蛋白水平與cIMT 呈正相關［26］。盡管現有研究認為轉鐵蛋白飽和度是反映人體鐵負荷的理想指標，因其同時考慮了血漿鐵及其主要轉運蛋白的濃度，但有文獻表明血清鐵含量也是直接反映體內鐵濃度的較好的生物標志物［27］。由于流行病學設計、樣本量、鐵檢測指標的差異，以及鐵在不同濃度范圍內發揮截然不同的健康效應，目前人體鐵負荷水平與AS 發生風險的關系尚無定論，需在更大樣本量或隊列研究中進一步驗證。

鉈為有毒重金屬，在工業上被廣泛應用，廣泛分布于環境中，但濃度極低，人體可通過空氣吸入、飲食和飲水攝入鉈，人體內的生物半衰期大約為10～30 d。目前大部分研究只聚焦于鉈中毒的危害，對于低劑量鉈暴露致人體的健康危害研究較少。鉈可導致活性氧自由基、脂質過氧化和過氧化氫產物在體內增加，從而引起氧化應激［28］。一項在廣州大學生中開展的研究表明，尿鉈水平與氧化應激標志物8-羥基脫氧鳥苷的濃度呈正相關［29］。本研究發現，血漿鉈濃度介于0.12～0.15 μg·L-1之間時，與AS 風險呈正相關，且不受傳統危險因素和其他具有共線性金屬的影響。氧化應激水平升高是AS 重要發病機制之一，提示鉈暴露可能通過誘導氧化應激從而影響AS 進程。本研究發現血漿鉈水平增加與AS風險的增加有關。

硒作為人體內不可或缺的微量元素，以硒代半胱氨酸形式參與機體內多種重要的酶尤其是抗氧化酶的組成，對于心血管系統具有潛在的保護作用［30-31］。本研究人群血漿硒中位數濃度（101.75 μg·L-1）高于中國山西和瑞典人群［32-33］。這可能是由于深圳是一個海濱城市，人群海產品類的頻率攝入較其他地區高，而硒的重要食物來源正是海產品類。然而，本研究人群血漿硒水平低于2003—2004年美國健康與營養調查中40 歲以上居民的平均血硒濃度（136.7 μg·L-1）［34］。本研究發現在血漿硒濃度大于115.54 μg·L-1的人群AS 風險降低，與目前大部分研究觀點相一致［10，35-36］，但南非成年黑人的前瞻性研究表明，基線血清硒第四分位濃度（＞150 μg·L-1）與隨訪10年后的cIMT呈正相關［11］。這可能是由于硒的安全閾劑量較為狹窄，過量的硒可能誘發炎癥，反而對心血管造成危害［37］。

鎘是一種重金屬，為人體非必需微量元素。在非職業暴露的普通人群中，鎘暴露的主要途徑是飲食、飲水和吸煙［38-39］。普通人群中血液含鎘量較低，血漿鎘雖僅占血鎘的1%～7%，但通過血液循環血漿鎘可釋放到全身組織器官。近年來研究發現，慢性低水平的鎘暴露與頸動脈斑塊等心血管疾病的發生發展密切相關［40-42］。本研究人群中血漿鎘濃度與其他人群相比，處于較低水平（中位數0.04 μg·L-1）；血漿鎘濃度大于0.06 μg·L-1組AS 風險降低，而兩者的關聯在校正其他金屬后消失，可能是由于鎘與其他金屬如硒（rs=0.184）或鉈（rs=0.187）存在共線性所致；同時，關于鎘與AS 風險的關聯性亟須在具有更大樣本量的人群或前瞻性研究中進行驗證。

本研究存在一定局限性：首先，基于橫斷面設計，本研究只能反映血漿金屬水平與AS 之間的關聯，因果關系有待前瞻性研究的驗證；其次，本研究將所有金屬的血漿水平作為內暴露指標，對于不同的金屬而言，可能血漿水平并非最理想內暴露標志物，從而造成暴露水平分類的不準確；第三，本研究樣本量較小，且研究對象來自一個醫院，樣本代表性會受到影響，容易出現選擇偏倚。

綜上，本研究系統而全面地分析了中國深圳地區中老年體檢人群中的13 種金屬暴露水平與AS 風險之間的關系，發現血漿鐵濃度增加可能與AS 風險降低有關，而血漿鉈濃度升高可能與AS 風險增加有關。本研究可為我國制定相關環境健康標準提供科學依據，為AS的預防提供重要的線索。

（志謝：感謝中山大學第八附屬人民醫院體檢科醫務人員對于本研究樣本采集和問卷調查給予的幫助。）