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隨著中國工業化、城市化發展,重金屬污染對環境和人體健康的影響日益引起人們廣泛關注。大量調查顯示中國一般地區人群重金屬鎘、鉛暴露水平較安全,但存在局部地區攝入量偏高的情況; 重金屬污染區鎘、鉛暴露情況較嚴峻。由于鎘、鉛暴露導致的各種急、慢性疾病,嚴重威脅著人體健康。鎘暴露可引發包括腎毒性、骨損傷、神經毒性、心血管損傷、糖尿病及癌癥等多器官系統損傷; 而鉛導致的健康危害包括神經、免疫、血液和造血、 生殖內分泌、消化系統等。鎘、鉛暴露標志物研究進展主要基于代謝組學等分析方法的發展,但仍缺乏較權威的新指標。
隨著經濟快速發展,人們對資源的需求量不斷增大,由此引發的環境問題也日益嚴重。全球疾病負擔研究顯示,在中國主要致死致殘的前15個危險因素中,與重金屬污染有關的就有環境顆粒物污染、燃燒導致的室內空氣污染及鉛污染。重金屬因其高毒性及多種環境介質的普遍存在性,是環境污染的主要組成部分。據統計,中國僅水體重金屬污染率就高達80%以上。國內外研究表明鎘、鉛等重金屬暴 露可導致多種急慢性疾病,但中國總體而言,重金屬暴露資料仍較缺乏,典型重金屬污染地區人群的健康危害程度也有待評估。本文針對中國近年來環境中鎘、鉛暴露流行病學證據、對居民健康危害現狀及鎘、鉛暴露的生物標志物研究進展綜述如下。
1 重金屬鎘、鉛暴露流行病學現狀
中國有 64 種金屬被列為有色金屬,其中對人體健康影響較大的有鎘、鉛、汞、銅、鋅等及半有色金屬砷。鎘是目前最常見的重金屬污染物,在生物體內半衰期長達10 ~ 30 年,為已知最易在體內蓄積的有毒物質。鉛廣泛應用于工業交通建筑等多領域, 2000—2010 年全國新發慢性職業中毒病例中鉛及其化合物引起的新發病例居首位。重金屬污染區包括涉重金屬產業密集地區、單位面積重金屬污染物產生量大及環境質量嚴重惡化的地區; 而無相關污染性企業或重金屬本底值較低區域為一般地區。
1.1 一般地區鎘、鉛暴露環境鎘來源包括自然因素和人為因素,其中伴隨其他金屬開采的被動釋放及作為工農業原料如電鍍、塑料穩定劑及防腐劑等人為因素是環境鎘暴露的主要原因。日常膳食和吸煙是一般地區鎘攝入的主要來源。環境鉛污染主要來源于采礦活動、含鉛汽油大氣殘留、工業排放、化妝品及鉛酸蓄電池等,其中食 物途徑的攝入是人體鉛的主要來源。因膳食攝入是鉛、鎘進入人體、影響身體健 康的主要途徑,故食物中鎘、鉛暴露檢測是一般地區環境監測的重點。上海、成都 和廈門地區市民膳食中鎘、鉛暴露水平研究顯示,3市居民平均每周膳食中鎘暴露量分別為0. 0025、0. 0051和0. 034 6 mg /kg,分別占暫定每周可耐受攝入量( provisional tolerable weekly intake, PTWI) 的35. 06%、72. 86%和138. 40%; 平均每周膳食中鉛暴露量分別為0.006 2、0.006 9 和0.016 4 mg/ kg,占 PTWI 的24.77%、27.6% 和65.6%。不同年間總膳食的研究表明每人每日鉛膳食攝入量稍有降低,而人群鎘攝入量有增加趨勢。
近期,全國東、西和中部 8 個省 24 個市縣18120名 6 ~ 60 歲人群的抽樣調查結果顯示,中國一般人群血鎘幾何均數為0. 49 μg /L,尿鎘為0. 28 μg /L; 一般人群血鉛幾何均數為34. 9 μg /L,尿鉛為1. 05 μg /L。美國研究顯示,2011—2012 年美 國人群血鎘水平為 0.279 μg/L,尿鎘水平為 0.179μg/L,血鉛水平為0.973 μg/L,尿鉛為0.458 μg/L;日本一項研究顯示,日本人群血鎘水平為 1.23μg/L,血鉛為15.8μg/L。提示,中國一般人群血鉛水平明顯高于美國和日本,血鎘水平高于美國。
1. 2 重金屬污染區鎘、鉛暴露重金屬污染區鎘、鉛超標情況日益引起人們的關注。廢舊礦區附近由于重金屬污染導致的潛在健康危害已日益顯露。廣西某鋅鉛礦區居民健康狀況調查結果顯示,該礦區環境鎘污染對常住居民的腎臟產生了影響。江 西大余 76 名志愿者19年的隨訪研究顯示,與1987年比較,2006 年鎘污染更為嚴重,大米中鎘含量增加了近1倍,志愿者 β2 - 微球蛋白( β2 -microglobulin, β2 -MG) 持續增高,提示腎功能惡化。而張文麗等發現貴州省赫章縣6 ~ 75歲各組人群累積 鎘暴露水平均超過世界衛生組織( World Health Organization, WHO) 提出的鎘最大耐受量 60 ~ 70 μg/d,且男性55歲以上( 女性 65 歲以上) 人群鎘累積暴露已達到 WHO 建議的健康危害閾值2000mg水平。吉耕中等發現湖南省學齡前兒童平均血鉛為(81.9 ±34.5) μg/L,血鉛超標者達23.58%, 鉛中毒者為0. 49% ,其中某礦區幼兒園兒童血鉛異常率高達 46. 73% 。
2 重金屬暴露對人群健康危害
2. 1 鎘暴露對人群健康危害鎘是污染食品和飲水的常見重金屬元素。環境鎘暴露導致人體健康危害除腎毒性外,還引發骨損傷、癌癥、神經毒性、糖尿病及心血管損傷等。Chen 等研究發現女性或男性血鎘分別為0~2 、2~5 及 > 5μg/L時 ,骨密度依次為 0.67、0.63 和 0.60或 0.88、0.85 和 0. 81 g /cm2 ,提示骨密度降低與血鎘水平呈正相關。鎘與乳腺癌發生的研究結果并不統一,有研究顯示鎘暴露不是乳腺癌發生的風險因子。但岑玉玲等研究結果顯示,尿鎘高、中低水平組乳腺癌患者人表皮生長因子受體2( human epidermal growth factor receptor-2, HER-2 ) 陽性率分別為28. 2% 和 16. 5% ; 淋巴結和( 或) 遠處轉移率分別為 47. 2% 和32. 0%; 且尿鎘高水平組乳腺癌患者 TNM 分期較晚; 尿鎘水平與患者 HER-2 狀態,區域/遠處轉移狀態及乳腺癌階段均相關聯。另有研究顯示,鎘暴露可對男性工人的生殖系統產生內分泌干擾作用。
2. 2 鉛暴露對人群健康危害職業接觸鉛導致的健康危害包括神經、免疫、血液和造血、生殖內分泌、消化系統等并可累及腎臟。Murata等研究認為血鉛濃度為107 ~ 175μg /L 時即可產生神經毒性。李剛等研究發現與非暴露組比較,中短期鉛暴露工人外周血白細胞數、粒細胞百分比及絕對值明顯升高,提示鉛暴露可能增加血液中炎癥細胞數。而林曉娜等研究顯示,血鉛最高劑量組( >600 μg /L) 正中神經末端潛伏期均值為3. 63 ms,明顯長于總均值3. 30 ms; 波幅均值為5. 63 μV,明顯低于總均值7. 27 ΜV; 而各組運動神經傳導速度之間無統計學差異,表明鉛對正中神經遠端潛伏期和振 幅具有影響但不影響運動神經傳導速度。王燕等對中國鉛對男性生殖健康影響進行了meta分析,結果顯示鉛接觸致男性陽痿、早泄的合并relative risk ( RR) 值分別為 2. 55 和 2.23,表明鉛可對男性的生殖健康造成損傷。此外,鉛對兒童的影響 尤為引人關注,鉛暴露可能影響兒童生理發育、認知功能和社會情緒。梁肖云等研究顯示兒童血鉛與網織紅細胞參數呈相關性,提示鉛對血液系統具有一定影響。
3 重金屬暴露的生物標志物
重金屬暴露危害人體的早期表現不明顯,常規檢查難以發現。而重金屬暴露生物標志物研究可為重金屬中毒早期診斷提供依據,監測健康損害的發生、發展,并及時預防和治療。
3. 1 鎘暴露生物標志物鎘暴露早期評價指標主要集中在腎臟,傳統的尿中腎毒性生物標志物包括3類: ( 1) 鎘及鎘結合蛋白—金屬硫蛋白(metallothionein, MT) ,鎘與 MT 結合形成的鎘-MT 可經血液在腎臟蓄積而產生毒性;(2)低分子蛋白,如β2 - MG、克拉拉細胞蛋白( Clara-cell protein, CC-16) 、α - 微球蛋白、視黃醇結合蛋白、維生素 D 結合蛋白等; ( 3) 因近曲小管病理損傷而升高的蛋白,如尿 N -乙酰 - β - D - 氨基葡萄糖苷酶、α 谷胱甘肽 - S -轉移酶等。近年發現的腎損傷分子 - 1( kidney injury molecule-1,Kim-1) 是一種新型的腎損傷指標,較尿蛋白出現早4 ~5 周,較CC-16 和MT 早1~3 周。尿液中 Kim-1是第一個被美國食品藥品監督管理局和歐洲藥物機構認證的腎毒性指標。隨著代謝組學發展,人們希望通過代謝組學方法發現新型標志物。如利用高分辨率氫核核磁共振光譜儀 ( high-resolution 1H NMR spectroscopy) 發現,尿中檸檬酸鹽水平與尿鎘水平顯著相關,可能成為鎘腎毒性的生物標志物。Gao 等 利用液相色譜 4 極桿飛行質譜及氣相-質譜連用技術檢測長期鎘接觸人群尿代謝物,結果顯示包括氨基酸代謝、半乳糖代謝、肌酸代謝及類固醇激素的代謝產物均發生改變。其中N-甲基-L-組氨酸在尿鎘濃度很低時就顯著升高,可能成為鎘的敏感標志物。
3. 2 鉛暴露生物標志物按照生物標志物的系統分類方法,鉛暴露的生物標志物分為: 接觸標志物、效應標志物。其中鉛的接觸標志物包括全血鉛、紅細胞鉛、血漿鉛、唾液鉛、骨鉛、尿鉛、發鉛、指( 趾) 鉛和齒鉛等。但最廣泛認可的用于檢測體內鉛負荷及評估鉛攝入量的指標是血鉛。鉛的血液系統損傷標志物有鋅原卟啉( zinc protoporphyrin, ZPP) 、 δ-氨基乙酰丙酸脫水酶( δ-aminolevulinic acid dehydratase, δ-ALAD) 等。研究表明 δ-ALAD 與血鉛 呈負相關,而 ZPP 活性與血鉛呈正相關。此外 WHO 認為輔酶 I 合成酶( nicotinamide adenine dinucleotide synthetase, NADS) 降低是鉛對人體產生的重要效應,故NADS活性可能作為鉛的生物效應指 標。鉛中毒患者血漿中鉛能取代銅與血漿銅藍蛋白氧化酶結合,導致銅藍蛋白氧化酶活性降低,故銅藍蛋白氧化酶也可作為鉛的監測指標。馮祖輝等檢測冶煉工人血鉛與熱應激蛋白70( heat shock protein-70,HSP70) 的關系時,發現二者呈正相關( r = 0. 322, P < 0. 05),提示HSP70可作為鉛接觸人群監控的生物標志物。
4 小結
隨著國家對重金屬危害的重視,重金屬污染及其人群健康損害研究力度正不斷加強,但現有數據基本是靜態的調查結果,缺乏大樣本的動態數據積累; 重金屬鎘、鉛對人體健康的危害尤其是慢性持續暴露導致疾病的研究普遍為小樣本回顧性調查,缺 乏大樣本前瞻性隊列研究; 而鎘、鉛暴露的生物標志物也缺乏較權威的新指標,使得重金屬靶器官損害不能實現早期預警。中國環境重金屬暴露對人群健康的影響仍有許多問題有待探討,重金屬污染大數據庫的建立、新型早期預警標志物的研發將是重金屬污染健康危害未來的研究重點和方向。
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