颗粒物暴露与儿童尿中镉、铬、锰、砷和铜元素水平变化的相关性分析
牛勇1, 王婷1, 许梦梦1, 王振杰1, 吴难1, 王艳华1, 孔凡玲2, 段化伟1     
1. 中国疾病预防控制中心职业卫生与中毒控制所;
2. 山东省疾病预防控制中心
摘要: 目的 探讨颗粒物暴露与儿童尿中5种金属或类金属元素(镉、铬、锰、砷和铜)水平的相关性及影响因素。方法 采用横断面研究,选取污染源上风向空气质量较好学校作为对照组,污染源下风向学校作为暴露组,纳入250名学龄儿童,其中对照组94名,暴露组156名。收集研究期间两个地区全年的空气污染监测数据(PM2.5、PM10和NO2),电感耦合等离子体质谱法检测尿中镉、铬、锰、砷和铜元素水平,气相色谱质谱法检测尿中可替宁水平。结果 暴露地区全年PM2.5、PM10和NO2浓度显著高于对照区(Z值分别为-12.46、-16.98和-21.68,P < 0.01)。暴露组儿童的尿镉、砷水平显著高于对照组(t值分别为4.45和11.26,P < 0.01),尿铬、锰和铜水平低于对照组(t值分别为-6.89、-2.18和-5.72,P < 0.05)。性别分层分析发现,男孩的尿镉、铬、锰、砷和铜水平在对照组和暴露组之间的差异具有统计学意义(t值分别为2.53、-6.71、-2.77、8.21和-4.21,P < 0.05),女孩尿镉、铬、砷和铜水平在对照组和暴露组之间的差异具有统计学意义(t值分别为3.98、-2.60、7.51和-4.11,P < 0.05)。BMI分层分析发现,正常体重儿童的尿镉、铬、锰、砷和铜水平在对照组和暴露组之间的差异具有统计学意义(t值分别为4.24、-5.35、-2.00、9.48和-4.74,P < 0.05),超重儿童的尿铬、砷和铜水平在对照组和暴露组之间的差异具有统计学意义(t值分别为-5.04、5.64和-3.31,P < 0.05)。尿可替宁水平分层分析发现,可替宁未检出儿童的尿镉、铬、锰、砷和铜水平在对照组和暴露组之间的差异均具有统计学意义(t值分别为3.08、-5.77、-2.67、9.59和-5.49,P < 0.05),可替宁检出儿童的尿镉、铬和砷水平在对照组和暴露组之间的差异具有统计学意义(t值分别为3.38、-3.56和5.62,P < 0.05)。结论 颗粒物金属或类金属组分暴露与儿童尿中镉、砷元素水平升高成正相关,性别可能对尿锰水平有影响,肥胖可能会对尿铬、砷和铜有影响,烟草暴露可能会对尿镉、铬和砷水平有影响。
关键词: 空气污染    儿童    尿金属和类金属    
Association of Urinary Cd, Cr, Mn, As and Cu among Children with Particulate Matter Exposure
NIU Yong1, WANG Ting1, XU Mengmeng1, WANG Zhenjie1, WU Nan1, WANG Yanhua1, KONG Fanling2, DUAN Huawei1
Abstract: Objectives To explore the association and influencing factors of cadmium, chromium, manganese, arsenic and copper in urine among children with metal and metalloid components in particulate matters exposure. Methods The authors conducted a cross-sectional study and selected the school with better air quality which located the upward wind direction of the pollution source as the control group, and the school located the downward wind direction of the pollution source as the exposure group. Consequently, the authors enrolled 250 children who studied at boarding schools, and 94 and 156 schoolchildren from the control and exposed groups, respectively. The authers collected the daily mean concentrations of PM with aerodynamic diameters ≤ 10 μm (PM10) and diameters ≤ 2.5 μm (PM2.5), as well as nitrogen dioxide (NO2) during the full year in environmental monitoring stations nearest to the two chosen schools. Inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) was used to determine the levels of urinary cadmium, chromium, manganese, arsenic and copper, and gas chromatography mass spectrometry was used to detect urinary cotinine level. Results The concentrations of PM2.5, PM10 and NO2 in the exposed areas were significantly higher than those in the control areas (Z values were -12.46, -16.98 and -21.68, respectively, P < 0.01). The levels of urinary cadmium and arsenic in the exposed group were significantly higher than those in the control group (t values were 4.45 and 11.26, respectively, P < 0.01), but the levels of urinary chromium, manganese and copper were lower than those in the control group (t values were -6.89, -2.18 and -5.72, respectively, P < 0.05). Stratified by gender, the authors found that the urinary cadmium, chromium, manganese, arsenic and copper among boys had significant differences in two groups (t values were 2.53, -6.71, -2.77, 8.21 and -4.21, respectively, P < 0.05), and urinary cadmium, chromium, arsenic and copper among girls had significant differences in two groups (t values were 3.98, -2.60, 7.51 and -4.11, respectively, P < 0.05). Stratified by BMI, the authors found that urinary cadmium, chromium, manganese, arsenic and copper levels among children with normal BMI had significant differences in two groups(t values were 4.24, -5.35, -2.00, 9.48 and -4.74, respectively, P < 0.05), and urinary chromium, arsenic and copper levels among overweight children had significant differences in two groups (t values were -5.04, 5.64 and -3.31, respectively, P < 0.05). Stratified by urinary cotinine, the authors found that among the children of undetermined cotinine, urinary cadmium, chromium, manganese, arsenic and copper levels had significant differences in two groups (t values were 3.08, -5.77, -2.67, 9.59 and -5.49, respectively, P < 0.05), but among children of determined cotinine, urinary cadmium, chromium and arsenic had significant differences in two groups (t values were 3.38, -3.56 and 5.62, respectively, P < 0.05). Conclusions Metal and metalloid components in particulate matters exposure was positively correlated with increased children's urinary cadmium and arsenic. Gender might have an effect on urine manganese levels. Obesity might affect urine chromium, arsenic and copper, and tobacco exposure might affect urine cadmium, chromium and arsenic levels.
Key words: air pollution    child    urinary metal and metalloid    

流行病学和毒理学研究显示空气污染严重影响人类健康,特别是大气颗粒物(particulate matter,PM)[1]。金属离子作为PM的重要组分之一,在PM暴露所引起的各类疾病中发挥着重要的作用。汽车尾气排放、工业废气排放、煤等燃料的燃烧、扬尘等都是环境中金属污染的主要来源。环境中的金属可通过空气、食物、水等多种途径进入人体,对人体的健康产生不同的影响[2]。重金属原义是指比重大于5的金属,如铜、锰等;在环境中指的是生物毒性显著的金属或类金属,如镉、铬、砷等,其可通过食物链在生物体内蓄积,造成慢性中毒。铜、锰、铬、砷是人体必需微量元素,但摄入过量会引起中毒。镉是人体非必需微量元素,进入人体后可对不同的器官组织造成损害。肖丽丽等[3]在对武汉社区一般人群的研究中发现多种尿金属浓度的升高与肺功能水平下降相关。已有研究表明,镉、砷等金属或类金属可通过氧化应激和炎性反应等机制损伤心血管系统,与多种心血管疾病的发病和死亡存在着密切关联[4-5]。儿童正处于生长发育期,体内某些必需元素的缺乏或有害金属元素的蓄积,会对儿童的身体健康产生更为严重的影响。已有研究发现大气颗粒物中镉、铅等金属元素的浓度升高与学龄儿童的肺功能下降有关[6]。此外,环境烟草暴露也是环境中金属或类金属的重要来源之一,尿中可替宁水平常被作为环境烟草暴露的生物标志物,测定尿中可替宁水平有助于正确评价研究人群的烟草暴露情况。目前关于大气颗粒物中金属或类金属成分暴露对学龄儿童尿中对应元素水平影响的研究还相对缺乏,且很少有研究对尿中各金属或类金属元素水平进行性别、体重、烟草暴露等影响因素的分析。因此,本研究通过收集两个空气污染程度不同的地区的儿童尿液样本,检测尿中镉、铬、锰、砷和铜元素水平,以及尿中可替宁水平,并对各元素水平进行性别、体重、烟草暴露等影响因素的分析研究,以助于进一步加深了解大气颗粒物中金属或类金属成分暴露对儿童体内镉、铬、锰、砷和铜元素水平的影响。

1 对象与方法 1.1 研究对象及一般资料收集

采用横断面研究,运用随机整群抽样方法对山东省济南市不同空气污染水平的两个学校初二年级学生开展调查,共招募273名学龄儿童,其中对照组110名,暴露组163名。对照组选择位于污染区上风向的空气质量较好的学校,暴露组则选择位于污染区主导风向下风向的学校,所选学校位于环境监测点附近且距离最近。污染区附近污染源有耐火材料公司、钢铁公司、石油公司等。收集研究期间以及研究期全年两个区域空气污染物的日平均浓度监测数据,包括PM2.5、PM10和NO2。研究对象纳入标准:①本地居住年限≥6个月;②住校学生,每周至少在学校住宿5 d;③本人无免疫功能缺陷相关疾病;④近1个月无抗生素药物接触史。采用自填式问卷获取调查对象一般特征(年龄、性别等),身高和体重信息由专业人士进行测量。本次调查通过了中国疾病预防控制中心职业卫生与中毒控制所伦理审查委员会的审查(伦理审查编号:NIOHP201605和201809)。研究开始前所有研究对象均由家长签署知情同意书。本研究排除了尿中元素水平及可替宁缺失的23名研究对象,最终纳入250名研究对象(对照组94名,暴露组156名)进行分析。

1.2 方法

1.2.1 主要试剂及仪器

聚丙烯冻存管(美国赛默飞公司),纯水仪(美国Millipore公司),去离子水(电阻率≥18.2 MΩ ·cm),硝酸(MOS级,纯度99.9%,北京化学试剂研究所),金属元素混合标准溶液及单元素钇(Y)和铑(Rh)标准溶液(浓度均为1 000 μg/mL,美国SPEX公司),可替宁标准品(纯度98%,美国Sigma公司),二苯胺(色谱纯)、甲醇(分析纯)和二氯甲烷(色谱纯)(美国赛默飞公司);Nexlon350D电感耦合等离子体质谱仪(玻璃同心雾化器,镍采样锥和截取锥,美国PerkinElmer公司),气相色谱质谱仪(美国Bruker公司),超高效液相色谱仪(美国Waters公司)。

1.2.2 尿液采集

采集研究对象空腹晨尿约(30~50) mL,分装后放入-80 ℃冰箱内冷冻储存,避免反复冻融。在样品采集的当天将2套采集用品和样品容器作为样品空白。采集后的样品和样品空白放入专用容器中运输和保存。

1.2.3 尿中元素水平检测

采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)检测尿中几种元素水平[7]。尿中元素水平测定前的样品前处理:取0.5 mL尿液样本,加入9.5 mL体积分数为1%的硝酸溶液,样品经振荡充分混匀;样品空白与样品处理方法相同,对样品空白检测确定未被污染后,再进行样品测定。电感耦合等离子体质谱仪测定参数:等离子气流速为18 L/min,辅助气流速为1.2 L/min,雾化器流速为1.02 L/min,蠕动泵速为20 r/min, 雾化器温度为3 ℃。以浓度为10 μg/L的钇(Y)和铑(Rh)溶液为内标,定量测定各元素含量。铬、锰、铜、砷、镉的方法检出限分别为0.098、0.239、0.144、0.171和0.159 μg/L,低于方法检出限的样品数值以1/2检出限代替。采用高效液相色谱法检测尿中肌酐浓度[8],并对尿中元素水平进行肌酐校正(单位为μg/g肌酐)。

1.2.4 尿中可替宁检测

采用气相色谱质谱法测定尿中可替宁水平[9-10]。本次实验中方法检出限为20 ng/mL。

1.2.5 质量控制

本次调查在采样容器使用、样品采集和样品检测等多方面进行质量控制,生物样品采集所用尿杯、离心管等用品经本底检测,均低于方法检出限。样品检测过程中采用实验室制备的质量控制样品进行质量控制[11]

1.3 统计学分析

采用SPSS 17.0进行统计分析。采用单样本Kolmogorov-Smirnov检验计量资料的正态性。经正态性检验后,年龄、体质指数(Body Mass Index, BMI)服从正态分布,用均数±标准差(x±s)进行描述;环境监测数据和尿中各元素水平不服从正态分布,用中位数(第25百分位数,第75百分位数)[M(P25,P75)]进行描述。采用t检验比较两组间年龄和BMI差异;Mann-Whitney U检验比较两组间环境监测数据差异;尿中各元素水平经自然对数转换后,采用多重线性回归校正年龄(连续变量)、性别(二分类变量,0=男孩,1=女孩)、体质指数(连续变量)和尿可替宁水平(二分类变量,0=未检出,1=检出)后比较两组间尿中各元素水平差异;两组间性别构成比、尿中可替宁检出率的差异比较采用χ2检验。根据《学龄儿童青少年超重与肥胖筛查》(WS/T 586- 2018)将研究人群分为BMI正常和超重两层[12]。双侧检验水准α=0.05。

2 结果 2.1 研究人群特征

本研究共纳入250名学龄儿童,对照组和暴露组分别有94和156人。对照组中,男孩55人(占58.5%),女孩39人(占41.5%);年龄均数为(13.63 ± 0.35)岁;BMI均数为(19.68±3.33) kg/m2,BMI超重者18人(占19.1%);尿中可替宁检出19人(占25.3%)。暴露组中,男孩103人(占66.0%),女孩53人(占34.0%);年龄均数为(13.69 ± 0.37)岁;BMI均数为(21.00±4.07) kg/m2,BMI超重者48人(占30.8%);尿中可替宁检出31人(占24.8%)。两组人群的年龄差异无统计学意义(t=-1.26,P>0.05);两组人群的性别构成比、尿可替宁检出率差异无统计学意义(χ2分别为1.42和0.004,P>0.05);两组人群的BMI差异具有统计学意义(t=-2.65,P < 0.01)。

2.2 环境监测结果

对照区域环境监测点全年PM2.5、PM10和NO2浓度M(P25,P75)分别为46.00(32.00,66.00)、82.00(57.00,106.25)和15.00(11.00,20.00)μg/m3,污染区域环境监测点全年PM2.5、PM10和NO2浓度M(P25,P75)分别为79.00(57.00,111.25)、175.00 (126.00,256.25)和55.00(43.00,69.00)μg/m3。两区域全年PM2.5、PM10和NO2浓度差异均具有统计学意义(Z分别为-12.46、-16.98和-21.68,P<0.01)。

2.3 研究人群尿镉、铬、锰、砷、铜元素水平

肌酐校正前,对照组儿童尿镉、铬、锰、砷、铜浓度M(P25,P75)分别为0.31(0.21,0.44)、0.85(0.44,2.65)、3.29(2.00,5.49)、13.66(8.51,19.86)和106.31(72.46,154.76)μg/L,暴露组儿童尿镉、铬、锰、砷和铜浓度M(P25,P75)分别为0.41(0.28,0.85)、0.29(0.05,0.85)、2.44(1.51,5.18)、34.42(20.75,51.19)和81.20(54.16,108.04)μg/L。

尿中各元素水平经肌酐校正后,采用多重线性回归校正年龄、性别、BMI和尿中可替宁水平,尿中各元素水平在对照组和暴露组之间的差异均具有统计学意义(t分别为4.45、-6.89、-2.18、11.26和-5.72,P < 0.05;表 1)。

表 1 多重线性回归分析比较两组人群尿中各元素水平
元素 浓度M(P25,P75)/(μg/g肌酐) t P
对照组(n=94) 暴露组(n=156)
0.22(0.14,0.28) 0.25(0.18,0.45) 4.45 < 0.001*
0.63(0.27,2.01) 0.16(0.05,0.58) -6.89 < 0.001*
2.39(1.33,3.86) 1.44(0.76,3.85) -2.18 0.030*
2.39(1.33,3.86) 20.85(14.42,27.25) 11.26 < 0.001*
71.70(46.17,104.22) 46.63(32.22,67.87) -5.72 < 0.001*
  注:“*”为P < 0.05,差异有统计学意义

2.4 性别分层后多重线性回归分析比较两组人群尿中各元素水平

研究人群经性别分层后,多重线性回归校正年龄、BMI和尿中可替宁水平,比较两组人群尿中各元素水平差异(表 2)。在男孩中,尿中各元素水平在对照组和暴露组之间的差异均具有统计学意义(t分别为2.53、-6.71、-2.77、8.21和-4.21,P < 0.05)。在女孩中,尿镉、铬、砷和铜水平在对照组和暴露组之间的差异具有统计学意义(t分别为3.98、-2.60、7.51和-4.11,P < 0.05),尿锰水平差异无统计学意义(t=0.01,P>0.05)。

表 2 性别分层后多重线性回归分析比较两组人群尿中各元素水平
性别 元素 对照组 暴露组 t P
n 浓度M(P25,P75)/(μg/g肌酐) n 浓度M(P25,P75)/(μg/g肌酐)
55 0.24(0.16,0.28) 103 0.24(0.17,0.43) 2.53 0.013*
55 0.71(0.34,2.84) 103 0.16(0.05,0.52) -6.71 < 0.001*
55 2.56(1.62,3.85) 103 1.44(0.79,3.69) -2.77 0.006*
55 10.09(6.33,13.31) 103 20.90(14.59,26.89) 8.21 < 0.001*
55 73.51(48.35,122.93) 103 49.39(35.55,72.62) -4.21 < 0.001*
39 0.19(0.13,0.27) 53 0.27(0.19,0.47) 3.98 < 0.001*
39 0.51(0.21,1.18) 53 0.21(0.07,0.70) -2.60 0.011*
39 2.10(1.00,3.95) 53 1.99(0.70,4.19) 0.01 0.996
39 7.71(6.12,11.72) 53 19.28(14.18,28.85) 7.51 < 0.001*
39 62.98(45.36,100.78) 53 41.32(28.95,61.08) -4.11 < 0.001*
  注:“*”为P < 0.05,差异有统计学意义

2.5 体质指数分层后多重线性回归分析比较两组人群尿中各元素水平

研究人群经体质指数分层后,多重线性回归校正年龄、性别和尿中可替宁水平,比较两组人群尿中各元素水平差异(表 3)。在BMI正常的人群中,尿中各元素水平在对照组和暴露组之间的差异均具有统计学意义(t分别为4.24、-5.35、-2.00、9.48和-4.74,P < 0.05)。在BMI超重的人群中,尿铬、砷和铜水平在对照组和暴露组之间的差异具有统计学意义(t分别为-5.04、5.64和-3.31,P < 0.05),尿镉和锰水平差异无统计学意义(t分别为1.42和-1.15,P>0.05)。

表 3 体质指数分层后多重线性回归分析比较两组人群尿中各元素水平
BMI 元素 对照组 暴露组 t值 P
n 浓度M(P25,P75)/(μg/g肌酐) n 浓度M(P25,P75)/(μg/g肌酐)
正常 76 0.22(0.15,0.27) 108 0.25(0.20,0.46) 4.24 < 0.001*
76 0.55(0.27,1.40) 108 0.16(0.05,0.62) -5.35 < 0.001*
76 2.42(1.37,3.90) 108 1.53(0.68,4.18) -2.00 0.047*
76 9.14(6.31,12.31) 108 21.44(14.45,27.25) 9.48 < 0.001*
76 71.09(46.79,100.83) 108 45.04(32.22,67.87) -4.74 < 0.001*
超重 18 0.22(0.13,0.35) 48 0.23(0.16,0.40) 1.42 0.160
18 1.05(0.31,6.75) 48 0.16(0.05,0.40) -5.04 < 0.001*
18 2.04(1.00,3.55) 48 1.39(0.93,3.57) -1.15 0.254
18 9.31(6.31,12.19) 48 19.73(14.06,27.35) 5.64 < 0.001*
18 87.60(44.58,124.94) 48 48.90(32.73,71.12) -3.31 0.002*
  注:“*”为P < 0.05,差异有统计学意义

2.6 烟草暴露水平分层后多重线性回归分析比较两组人群尿中各元素水平

研究人群经尿中可替宁检出状态分层后,多重线性回归校正年龄、性别和BMI,比较两组人群尿中各元素水平差异(表 4)。在可替宁未检出的人群中,尿中各元素水平在对照组和暴露组之间的差异均具有统计学意义(t分别为3.28、-5.77、-2.67、9.59和-5.49,P < 0.05)。在可替宁检出的人群中,尿镉、铬和砷水平在对照组和暴露组之间的差异具有统计学意义(t分别为3.38、-3.56和5.62,P < 0.05),尿锰和铜水平差异无统计学意义(t分别为0.69和-1.41,P>0.05)。

表 4 烟草暴露水平分层后多重线性回归分析比较两组人群尿中各元素水平
可替宁是否检出 元素 对照组 暴露组 t P
n 浓度M(P25,P75)/(μg/g肌酐) n 浓度M(P25,P75)/(μg/g肌酐)
未检出 75 0.22(0.15,0.28) 125 0.24(0.17,0.38) 3.28 0.001*
75 0.60(0.34,1.41) 125 0.15(0.05,0.56) -5.77 < 0.001*
75 2.53(1.55,4.09) 125 1.63(0.78,3.60) -2.67 0.008*
75 9.32(6.33,12.34) 125 20.90(14.15,28.85) 9.59 < 0.001*
75 77.39(49.84,117.07) 125 48.02(33.56,68.67) -5.49 < 0.001*
检出 19 0.22(0.13,0.26) 31 0.43(0.23,0.53) 3.38 0.002*
19 0.77(0.25,2.72) 31 0.19(0.06,0.60) -3.56 0.001*
19 1.25(0.97,3.06) 31 1.25(0.70,4.38) 0.69 0.492
19 8.99(6.28,11.55) 31 18.72(15.48,25.11) 5.62 < 0.001*
19 61.37(40.67,97.82) 31 40.67(28.83,59.00) -1.41 0.164
  注:“*”为P < 0.01,差异有统计学意义

3 讨论

室外空气污染已被国际癌症研究机构列为人类致癌物。重金属作为空气污染的主要组成成分之一,由于其具有长期性、累积性和不可逆性等特点,对人体的健康影响尤甚。镉、铬、锰、铜和砷属于持久性有毒重金属或类金属,具有较强毒性,通过不同途径进入人体,会对人体健康产生严重影响。本次研究通过收集空气污染程度不同的两个地区的儿童尿样本,对尿中镉、铬、锰、砷和铜水平进行测定,发现暴露组儿童尿中镉和砷水平显著高于对照组,对性别、体重、尿中可替宁水平进行分层分析,发现性别可能对尿锰水平有影响,肥胖可能会对尿铬、砷和铜有影响,烟草暴露可能会对尿镉、铬和砷水平有影响。

孙湛等[13]于2016年对该地区大气PM2.5中金属元素的组分特征及来源进行分析研究后发现,该地区的大气PM2.5中金属元素主要来自于城市施工、金属粉尘及尾气、扬尘、石油燃烧、煤炭燃烧;通过富集因子研究显示铬、锰受到自然环境和人为活动的共同影响,砷、镉、铜在PM2.5中明显富集,提示砷、镉、铜受人类活动影响明显。本研究中暴露组区域与孙湛等[13]研究中的重污染区为同一行政区,因此在暴露特征及来源上具有一定的参考性。本研究选择同一城市不同污染水平的两个地区的住校学生,其日常饮食由两个学校统一提供,在同校学生中避免了其他食物来源的金属暴露。学校禁止学生染发、美甲、化妆等不符合学生形象的行为,避免了化妆品来源的金属暴露。本研究发现暴露组儿童尿中镉和砷浓度高于对照组,提示大气污染可能是引起暴露组儿童体内镉和砷负荷增加的主要原因。暴露组儿童尿中铬、锰和铜元素水平低于对照组儿童,其中铬、锰受到自然环境和人为活动的共同影响,提示在研究环境中金属暴露对人体影响的同时还需要考虑该金属在当地自然环境中的本底暴露,此外两个学校之间可能存在不同的食物源金属暴露,亦可能是造成对照组儿童尿中铬、锰和铜元素水平高于暴露组的原因。在对各元素的影响分析中发现,性别可能对尿锰水平有影响,可能为男女代谢和生理上的差别影响所致,也可能是本次研究样本量不够,特别是女孩人数偏少,下一步还需要扩大样本量进一步研究和验证。本研究也发现肥胖可能会对尿铬、砷和铜有影响,应考虑饮食摄入或其他因素的影响。此外,发现烟草暴露可能会对尿镉、铬和砷水平有影响,已有研究发现吸烟者肺中含有大量的镉和砷[14],烟草暴露是环境中镉的重要来源之一[15],燃煤燃烧是环境中砷的主要来源[16],环境中铬来源较复杂受多种因素影响。考虑烟草暴露及饮食等混杂因素的影响,本次研究人群选择住校生,其尿中可替宁检出率仅为20%(50/250),且在两组儿童中差异无统计学意义。因此,暴露组儿童体内镉和砷水平增加的原因主要归因于PM上的镉和砷浓度增加。对照组中尿铬增加需考虑多方面影响,笔者也会在后续研究中继续进行探索。

镉是人体的非必需元素,主要通过食物、空气、水等途径进入体内。长期低剂量的镉暴露会对肾脏[17]、骨骼、肝脏等造成损害[18],甚至致癌、致畸[19]。本研究中对照组儿童尿镉水平与丁春光等[20]报道的(13~17)岁儿童尿镉水平(0.29 μg/L)相近,且显著低于暴露组儿童尿镉水平,提示暴露组儿童体内镉水平负荷增加,应引起相应的重视。

铬是人体必需的微量元素,是体内葡萄糖耐量因子的重要组成成分、与脂类代谢有关[21]、能促进蛋白质代谢和生长发育;铬不足时,体内糖利用、脂类代谢等会受到影响,铬过量摄入则会引起中毒,引起中毒的主要是六价铬,铬中毒会引起皮肤过敏、肾脏、肝脏病变等[22],严重时可能会导致死亡。两组研究人群尿铬水平均高于丁春光等[23]报道的(12~16)岁儿童尿铬水平(几何均数为0.60 μg/L),但低于吴兰香[24]报道的武汉重金属区儿童和对照区儿童尿铬水平(均值分别为10.09和4.09 μg/g肌酐)。出现以上检测结果不一致的原因可能是:不同研究中采用的检测方法不一致,检测的精确度不一样;其次,不同地区金属本底值不一致,各地饮食习惯不一致。

锰是人体必需的微量元素,锰缺乏会影响骨的形成、糖代谢、引起神经衰弱等;锰摄入过多会引起锰中毒,急性锰中毒的症状有口腔黏膜病变及胃肠道反应,腹痛、腹泻、休克等,慢性锰中毒的症状有帕金森氏综合征、明显的精神情绪改变等[25]。两组研究人群尿锰水平均高于潘亚娟等[26]报道的一般人群中(6~13)、(13~17)岁儿童尿锰水平(M分别为1.29和0.68 μg/L),提示该地区儿童可能处于一个锰负荷状态。

国际癌症研究机构在2012年将砷列为Ⅰ类致癌物[27],少量的砷对人体是无害的,砷主要通过食物、水、皮肤接触等途径进入人体,体内砷超标会引起色素脱失、皮肤刺激、皮肤损伤、体内蓄积导致的中枢神经系统症状等。本研究中对照组儿童尿砷水平与丁春光等[28]报道的(13~17)岁儿童尿砷水平(M为13.69 μg/L)相近,但显著低于暴露组儿童尿砷水平,提示暴露组儿童体内砷水平负荷增加。

铜是人体必需微量元素,缺铜可能会导致贫血、骨质疏松、神经衰弱等,相反摄入过量可导致铜中毒。两组研究人群尿铜水平均远远高于潘兴富等[29]报道的(13~16)岁儿童尿铜水平(M为10.14 μg/L),提示研究地区儿童可能均处于一个高铜负荷状态,建议下一步对研究地区自然环境中的铜水平进行监测,并对该地区儿童尿中铜水平进行长期监测,以助于进一步判断引起该地儿童尿中铜负荷增加的原因。

以上结果表明,颗粒物中金属或类金属组分暴露与儿童尿中镉、砷元素水平升高相关,本次研究结果为进一步评估儿童环境金属或类金属暴露现况和相关影响因素研究提供参考。此外,在评估儿童环境金属或类金属暴露时,应充分考虑该元素在当地的本底值。本次研究结果提示该地区两组儿童存在高铜和高锰负荷水平,应引起相应的重视,并在下一步研究中进行深入的研究和探讨。

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