不同鉛暴露區人體離體牙鉛含量和年齡關系及指示意義

李子夏，李祥忠，逯 海，周 芳，張昊琪

1.西安醫學院 口腔醫學院，西安 710021

2.云南大學 地球系統科學研究中心，昆明 650500

3.中國計量科學研究院化學計量與分析科學研究所，北京 100013

鉛（Pb）是環境中常見的有毒有害、可致癌的污染物，廣泛分布在人們的生活與工作環境中。Pb是一種不可降解的環境污染物，可通過食物、土壤、水和空氣等，經呼吸道、消化道、皮膚等進入機體，Pb在人體的安全水平為零（Byers et al，2020；Meng et al，2020）。含Pb污染物進入人體后，可與人體內許多蛋白質、酶和氨基酸的官能團結合，干擾機體正常的生理生化活動，導致人體神經、血液、消化與生殖系統的損害和疾?。⊿anders et al，2009）。目前，Pb污染是危害人類尤其是兒童身體健康的十三種環境因素中的重大威脅之一，因其可導致神經和智力發育障礙，越來越受到政府和民眾的重視和關注（Byers et al，2020；Meng et al，2020）。據估計，因Pb暴露而導致死亡的人數每年超過14萬例，占全球疾病負擔的0.6%（Papanikolaou et al，2005；O’Connor et al，2020）。隨著城市化和工業化進程的加快，現代工業迅速發展，資源開采、化工企業生產和能源消耗不斷向環境釋放大量Pb，因此Pb中毒不僅是科研人員重點關注的問題，也越來越成為一個重要的社會問題（Robbins et al，2010；Dong et al，2020）。

人體Pb暴露通?？捎萌梭w標記物，比如尿液、血液、唾液、頭發、骨頭等Pb含量來評估。由于血Pb、尿Pb和發Pb樣品容易獲得，其測定方法簡便等優勢，被廣泛用作人體內Pb負荷的生物標志物。

然而，成人體內90%以上的Pb以不溶性的磷酸鉛（Pb3(PO4)2）形式儲存于身體硬組織（牙齒和骨骼）中，僅少部分與血液維持動態交換。血液或者尿液能夠反映人體樣品采集時段內的Pb暴露信息，而牙齒作為人體硬組織重要部分是人體中Pb積蓄的重要部位，一旦Pb沉積于牙齒中，將穩定存在，釋放量可以忽略。因此，牙齒Pb含量記錄了從出生至牙齒脫落前連續累積的Pb暴露量，即使在血液中無法檢測出的長期、連續、低劑量的Pb暴露也可在牙齒中檢測到（Barbosa et al，2005；Arruda-Neto et al，2009；de Almeida et al，2011；Zeng et al，2012；Ceni?-Milosevi? et al，2013；Akkus and Ozdenerol，2014；Amin，2014；Shishniashvili et al，2016）。這也是為什么齒Pb逐漸被廣泛用于反映環境Pb暴露的原因。

以上認識，也得到一些動物培養實驗證實，因涉及到倫理，人類一直未有現代實驗驗證。本文充分考慮到這些情況，通過生活在不同鉛暴露區的居民離體牙Pb含量的研究來進一步驗證。采集了高鉛暴露區（鉛鋅冶煉廠地區）和鉛暴露對照區（農業種植區）附近長期居住、不同年齡段居民的離體牙，采用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）測定分析離體牙的Pb含量，旨在論述不同Pb暴露地區人牙齒Pb含量特征和年齡關系。

1 材料與方法

1.1 儀器和試劑

電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）：鉑金埃爾默300D 型ICP-MS。

酸純化系統：美國Savillex DST-1000亞沸蒸餾系統。

超純水系統：密理博MIlli-Q超純水儀。

H2O2和HNO3為UP級（蘇州晶瑞化學股份有限公司），其中HNO3經DST-1000亞沸蒸餾純化后使用。

Pb含量標準物質：（1）GSB04-1767-2004多元素混合標準溶液：100 μg · g-1（國家有色金屬及電子材料分析測試中心研制）；（2）Spex多元素混標CLMS-5。

超級微波消解系統：麥爾斯通UltraWAVE超級微波化學平臺（Milestone公司，意大利；中國萊伯泰科代理）。

1.2 樣品采集、處理和消解

采集高鉛暴露區（西北某鉛鋅冶煉廠地區）和鉛暴露對照區（農業種植區）附近長期居住、不同年齡段居民的離體牙。按年齡段分為兒童（6 —12歲）、青 年（13 — 24歲）、成 年 人（25 — 64歲）和老年人（＞65歲）四個組別，每個組別的牙齒個數分別大于35顆。每顆離體牙樣本，首先用去離子水沖洗干凈，放入丙酮溶液中浸泡24 h，接著用手術刀將牙表面的血跡、附著表面的軟組織等有機物仔細刮凈，用去離子水和乙醇沖洗干凈后晾干，裝入編好號的樣品袋。實驗前將經過前處理的牙齒樣品進一步處理獲得牙釉質，將牙釉質用瑪瑙研缽研磨至200目。稱取50 mg牙釉質樣品放入消解罐，加入3 mL 50%的HNO3和2 mL 30%的H2O2溶 液，輕 輕 晃 動消解罐，放入UltraCLAVE微波系統消解，消解完畢后冷卻定容至25 mL待用，同步做試劑空白實 驗（Li et al，2013；He et al，2015；He et al，2016；He et al，2019）。

1.3 樣品測定

Pb含 量 采 用PE 300D型ICP-MS測 定，測定前先用質量調諧液進行儀器調諧。在儀器的最佳工作參數條件下，按儀器操作規程，進行標準曲線的繪制、空白及樣品測定，獲得測定結果。

2 結果與討論

2.1 儀器工作參數的優化

射頻功率、載氣流量和采樣深度是ICP-MS最重要的參數。在實驗中，采用質量調諧溶液對對儀器的靈敏度、測定精密度等儀器的工作條件進行優化，得到優化的試驗條件見表1。

表1 ICP-MS 儀器工作參數Tab. 1 The operation parameters for ICP-MS

2.2 牙齒樣品Pb含量特征

在選定的微波消解-ICP-MS測定條件下，對采集于鉛鋅冶煉廠地區（高鉛暴露區）和農業種植區（鉛暴露對照區）不同年齡段人體離體牙進行測定，結果見圖1。

圖1表明：生活在不同Pb暴露區的居民，牙齒Pb含量差異明顯。生活在農業種植區的兒童、青年、成年人和老年人的牙齒平均Pb含量分別是(23.6 ± 10.4) μg · g-1、(26.5 ± 18.3) μg · g-1、(24.3 ±9.4) μg · g-1和(28.6 ± 11.5) μg · g-1，而生活在鉛鋅冶煉廠周圍兒童、青年、成年人和老年人的牙齒平均Pb含 量 則 分 別 是(60.8 ± 15.3) μg · g-1、(110.7 ±20.6) μg · g-1、(140.3 ± 25.9) μg · g-1和 (200.1±30.5) μg · g-1。生活在高Pb暴露區居民的牙齒Pb含量比同年齡段農業種植區的要高。

圖1同時表明：生活在高Pb暴露區的居民，老年人齒Pb含量明顯高于兒童，兒童（6 —12歲）為(60.8 ± 15.3) μg · g-1，老 年 人（＞65歲）為(200.1 ± 30.5) μg · g-1，約為兒童的3倍；而生活在Pb暴露對照區居民，齒Pb含量與年齡變化無明顯相關性，兒童（6 — 12歲）為(23.6 ± 10.4) μg · g-1，老年人（＞65歲）為(28.6 ± 11.5) μg · g-1。

圖1 不同Pb暴露區人體離體牙Pb含量和年齡關系Fig. 1 Relationship between lead content in human isolated teeth and age in different lead exposure areas

3 討論

3.1 不同暴露區居民牙齒Pb含量隨年齡變化的影響因素

由污染源排入環境中的Pb主要以無機Pb或化合物的形式存在，再通過呼吸道、消化道進入人體，與體內一系列蛋白質、酶和氨基酸的功能團（巰基）結合，以磷酸氫鉛、甘油磷酸化合物、蛋白質化合物或Pb2+化合物形式存在，并很難被排出體外，僅有小部分可以通過消化系統和其他代謝途徑，如汗液、脫毛發、脫皮等方式排出。環境中的Pb無處不在，物品本身含有鉛或各種物品表面有沉淀下來的Pb，人體通過呼吸和手直接接觸這些物品都會增加攝入Pb的機會（Byers et al，2020）。因此，牙齒Pb水平與居住環境、生活習慣和飲食習慣等多種因素有關。

根據本研究結果，對比Pb暴露區和Pb對照區數據，可以明顯獲知環境對牙齒Pb的影響。前人研究結果表明：鉛鋅冶煉廠周圍降塵中的Pb含量較高，是 陜 西 省 表 層 土 壤 鉛 背 景 值 21.4 mg · kg-1的10 — 154倍（Li et al，2020）。即使后期鉛鋅冶煉廠關閉，其前期沉降下來的Pb仍會在下風向的土壤中長期存在。環境中的Pb又會以各種形式被該地區的居民吸收（de Almeida et al，2007；Hegde et al，2010）。因此高Pb暴露區的Pb會被該地區的居民吸收并蓄積在牙齒中，造成該地區居民牙齒Pb含量逐年增加（Arora et al，2009；Al-Qattan and Elfawal，2010；Fischer and Wiechu?a，2016；Fernández-Escudero et al，2020）。本 研 究也表明：高Pb暴露區居民受到環境Pb的影響，其牙齒Pb的含量隨年齡增長逐漸升高。

3.2 人體離體牙鉛含量隨年齡變化的指示意義

受環境污染和工業影響，通過呼吸道、飲食或體表接觸等方式，人體攝入大量的Pb，而攝入的Pb對人體健康造成嚴重影響。因此，如何快速、準確地獲得人體Pb含量是各醫療衛生、環境保護部門及其他社會部門所關注的重要問題。

研究和實踐表明：血Pb含量能一定程度上顯示Pb在體內吸收、停留、釋放、排泄的變化，是反映近期Pb接觸的重要指標。無論是在環境Pb污染較嚴重的情況下，還是在穩定的低水平Pb接觸狀態下，血Pb都能反映當時體內的Pb含量狀況。但是，血Pb水平只與環境Pb暴露水平呈平衡關系，而不能直接反映人體Pb負荷量的高低，因此不能表征Pb在人體內的積存效應。攝入人體90% — 95%的Pb主要存儲在骨骼和牙齒等硬組織中，且它們存儲的半衰期較長。因此，骨Pb和齒Pb是正確反映人體受Pb污染中毒程度的理想指標，可以作為累積接觸的生物標志物（Kamberi et al，2012；Shepherd et al，2016；Shishniashvili et al，2016）。雖然體內X射線熒光技術的發展，推動了體內骨基質Pb含量的測定，但由于技術的復雜性，采用不同激發源測試的骨Pb含量相差較大，無法得到廣泛使用。而與骨Pb一樣可以代表機體Pb負荷指標的齒Pb，不僅適于換牙期兒童Pb毒性的研究，也可以用于美容、醫療等拔除后的離體牙研究，應用范圍大大擴展（Arruda-Neto et al，2009）。因此，人體離體牙Pb有可能作為人體長期Pb暴露優選生物標志物。

4 結論

基于微波和ICP-MS聯用測定不同Pb暴露區、不同年齡人體離體牙的Pb含量，獲得以下認識：

（1）鉛鋅冶煉廠地區（高Pb暴露區）和農業種植區（Pb暴露對照區）人體離體牙Pb含量存在顯著不同的特征。生活在高Pb暴露區的居民，老年人齒Pb含量明顯高于兒童，兒童（6 — 12歲）為(60.8 ± 15.3) μg · g-1，老年人（＞65歲）為(200.1 ±30.5) μg · g-1，約是兒童的3倍；而生活在Pb暴露對照區居民，齒Pb含量與年齡變化無明顯相關性，兒 童（6 — 12歲）為(23.6 ± 10.4) μg · g-1，老年人（＞65歲）為(28.6 ± 11.5) μg · g-1。

（2）生活在高Pb暴露區的人群，其牙齒不斷蓄積環境來源的Pb，而Pb一旦蓄積于牙齒，將穩定存在，因此人體離體牙Pb有可能作為人體長期Pb暴露優選生物標志物。