电感耦合等离子体发射光谱仪(Ciros^CCD, Spectro, German), 原子荧光光谱仪(AF640, Beijing Rayleigh Analytical Instrument Corporation China), 浓硝酸、 高氯酸均为分析纯。

电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES) 测定人发中Al, Ca, Cd, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni, Pb, V和Zn的含量, 及原子荧光光谱法(AFS)测定人发中Se的含量, 仪器工作条件见表1。 由连续10次测定空白溶液的3倍标准偏差计算出ICP-AES 和AFS的方法检出限, 分别为0.007 μ g· mL^-1, 0.03 ng· mL^-1。 此外, 对同一份样品连续测定6次, 相对偏差均小于5%。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 ICP-AES和AFS测定条件 Table 1 Determination conditions of ICP-AES and AFS 实验 仪器 ICP-AES测定条件 AFS测定条件 测定条件 参数 测定条件 参数 高频 发生器 频率/MHz 27.12 载气流量/(mL· min-1) 400 输出功率/W 1.25 屏蔽气流量/(mL· min-1) 900 雾化 装置 提升量/(mL· min-1) 2.6 原子化器高度/mm 8 冷却气/(L· min-1) 10.5 负高压/V 290 氩气 流量 载气/(L· min-1) 1.0 灯电流/mA 80 等离子体气/(L· min-1) 10.2

表1 ICP-AES和AFS测定条件 Table 1 Determination conditions of ICP-AES and AFS

选取鄂尔多斯市伊金霍洛旗的阿勒腾席热镇、 纳林陶亥镇、 伊金霍洛镇、 乌兰木伦镇和札萨克镇为研究区域(图1), 采样对象为经口头知情同意并作过问卷调查的156名健康育龄妇女, 年龄在19~45岁之间, 平均年龄为29岁。 其中50 名未孕妇女和106名孕中期妇女。 采集的头发样品参照文献[6]进行预处理备用。 同时使用ArcGIS10.2进行地图编辑并使用SPSS19.0、 Kolgomorov-Smirnov检验和非参数检验(Mann-Whitney’ s U检验和Kruskal-Wallis检验)的统计方法。

图1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 伊金霍洛旗各区域采样点信息图 地图数据由中国科学院资源与环境科学数据中心提供(http://www.resdc.cn)Fig.1 Information of sampling sites in Ejin Horo Bannner The data set of Map is provided by Data Center for Resources and Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences (http://www.resdc.cn)

表2为研究区未孕和孕中期育龄妇女头发样中微量元素含量水平。 除Pb和Zn外, 其余10种元素含量均有显著性差异(p< 0.05), 大小排序为: Ca> Zn> Mg> Fe> Al> Cu> Pb> Ni> Mn> V > Se> Cd。 根据我国成人体内微量元素含量标准^[1], 对研究区五个乡镇未孕和孕中期妇女头发微量元素含量水平进行分级, 发现所有育龄妇女发样中Se元素均属于缺乏水平。 由于头发Se 含量可以作为人体Se 营养状况的有效指标^[2], 硒缺乏与癌症、 心脏病以及生育方面的疾病有关^{[1, 2, 7]}。 地质条件影响当地饲养的牲畜以及培育的农作物, 这些食物是人类重要的硒来源^[7]。 因此, 研究区妇女缺硒与地质缺硒有直接关系。 此外, Se含量水平同时会影响其他元素的含量水平, 如在Se缺乏状态下, Zn的吸收效率会更高, 本文6%未孕妇女处于Zn含量缺乏状态, 孕中期妇女Zn含量均属于正常范围。 91%, 88%, 32%和40%的未孕妇女发样中分别存在Mn, Fe, Cu和Mg元素缺乏, 而孕中期妇女相应元素缺乏的比例分别是92%, 95%, 35%和60%。 因此, 建议当地育龄妇女增加小麦、 巴西坚果、 大蒜、 苹果和柿子等富含Se元素的食物及海产品、 坚果和扁豆等富含Mn, Cu, Mg和Fe食物的摄入。 另外, 超过66%的妇女头发V含量过量, 它会引起记忆力减退, 心肾受损等症状。 文献[1]指出克山病区克山病患者头发中V含量明显高于非病区健康人群。 本文研究区是潜在克山病的发病区, V的过量应该引起警示。 同时发现超过45%和33%的育龄妇女存在Cd和Pb过量的情况, Cd和Pb负荷高会对人体神经系统产生不良的影响, 且过量Cd会损伤Ca代谢, 引起骨质疏松。 对美国非职业暴露成人人发中微量元素的研究认为, 正常人群的人发中Cd的含量应小于0.15 μ g· g^{-1 [8]}, 本文研究区妇女发样中Cd含量高于此标准的60%, 表明研究区的环境可能受到一定程度的Cd污染, 应加强该区域饮水-土壤-农作物中重金属的监测。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 研究区育龄妇女头发中微量元素水平(平均值± 标准偏差)及人发微量元素分级标准(μ g· g-1) Table 2 The contents of elements in women hair of Ejin Horo Banner (Mean± SD) and the classification standard of trace elements in hair (μ g· g-1) 微量 元素 伊金霍洛旗育龄妇女发样 /(μ g· g-1) 人发微量元素 分级标准[1] /(μ g· g-1) 未孕 孕中期 Al 15.5± 3.9 14.8± 4.5 ≤ 38.8 Ca 1136.7± 459.0 1 072.6± 446.8 736.6~2 184.4 Cd 0.24± 0.09 0.23± 0.09 ≤ 0.25 Cu 12.54± 5.32 11.54± 4.19 9.56~23.59 Fe 24.70± 8.44 23.84± 8.46 31~86.7 Mg 59.6± 38.7 66.2± 37.0 57.6~166.4 Mn 1.29± 0.82 1.43± 1.12 2.72~19.9 Ni 2.08± 0.46 2.10± 0.56 0.66~2.76 Pb 5.68± 2.71 5.59± 2.64 ≤ 7.09 V 0.57± 0.18 0.53± 0.17 0.05~0.48 Se 0.26± 0.07 0.25± 0.67 0.5~2.02 Zn 187.8± 52.2 196.5± 50.0 120.7~324.3

表2 研究区育龄妇女头发中微量元素水平(平均值± 标准偏差)及人发微量元素分级标准(μ g· g-1) Table 2 The contents of elements in women hair of Ejin Horo Banner (Mean± SD) and the classification standard of trace elements in hair (μ g· g-1)

从表2可看出, 孕中期妇女发样中Al, Ca, Cu, Fe, V和Se含量均低于未孕组, 这可能是由于孕中期胎儿快速发育以及维持孕妇自身健康需要更多的微量元素参与以保持母体及胎儿的正常代谢^[2]所致。 Se是胎儿神经发育的重要元素, 从英国和土耳其观察性研究发现^[7], 复发性早期流产妇女与健康对照组相比, 其血清 Se 含量降低。 因此, 孕中期Se含量降低表明孕妇需要补充更多富含Se食物来满足Se酶表达所需; 另外, 孕期补充Ca是目前国内外比较关注的问题。 临床发现, 妊娠20~28周开始补Ca十分重要^[2]。 低水平的Cd和Pb暴露可能是某些疾病的病因因子或者贡献因子^[7], 本研究孕中期妇女发样中Cd和Pb含量均低于未孕组, 这可能与胎盘屏蔽Cd和Pb的能力有限有关^[9]。 母体血液中Cd和Pb穿过胎盘进入胎儿体内, 从而使得母体中这两种元素含量减少, 因而减少了排泄到头发中的Cd和Pb^[7]。 从表2还发现孕中期妇女头发中Mg, Mn和Zn含量高于未孕组。 这可能和孕中期妇女饮食增加肉类摄入有关。

2.2.1 年龄和民族的影响

表3是研究区育龄妇女年龄和头发微量元素含量的相关性分析。 可以看出, 未孕妇女头发Se与年龄呈正相关关系, 且具有统计学意义。 但由于研究区地处我国地质缺硒带, 所以研究区妇女仍然需要通过膳食补硒。 同时, 孕中期妇女头发Cu与年龄呈正相关关系, 并具有统计学意义。 Cu是机体内蛋白质和酶的重要组成部分, 许多重要的酶需要微量Cu的参与和活化^[7], 孕妇饮食缺乏Cu会导致早期胚胎死亡和结构畸形的短期后果及心血管疾病风险增加和受精率减少等的长期后果。 其他元素与年龄的相关关系不具有统计学意义, 可能与研究群体年龄差距较小(18~45岁)有关。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 育龄妇女年龄和头发微量元素含量的相关性分析 Table 3 Interrelation between ages and trace elements in hair of women of child-bearing age 未孕 孕中期 未孕 孕中期 Al 0.022 0.098 Mn -0.130 -0.030 Ca 0.053 -0.063 Ni -0.137 0.114 Cd 0.093 -0.018 Pb 0.095 -0.073 Cu -0.001 0.323* * V 0.097 0.092 Fe -0.031 0.173 Se 0.418* * 0.059 Mg -0.106 0.084 Zn -0.120 0.081 注: * * p< 0.01时, 相关性是显著的; * p< 0.05时, 相关性是显著的。 Note: Statistically significant correlations * p< 0.05, * * p< 0.01.

表3 育龄妇女年龄和头发微量元素含量的相关性分析 Table 3 Interrelation between ages and trace elements in hair of women of child-bearing age

图2(a)和(b)分别是研究区未孕和孕中期妇女头发含量和民族、 年龄的双层聚类图。 图2(a)垂直聚类将未孕妇女分成4组, 第1组妇女年龄较大, 且Pb, Cd和V三种元素过量人数所占比例较大, 而Fe, Ca, Cu和Mn缺乏人数也占比例较大。 文献[9]指出, Ca和Fe的缺乏会增强Pb和Cd毒性的敏感性, 且已证明有毒重金属可以破坏微量元素代谢, Cd毒性会通过直接损害骨骼或间接产生肾毒性来影响Ca的代谢。 第4组未孕妇女年龄较小, 相比于第1组未孕妇女, Cd多处于过量状态, 而Pb含量则显示正常或缺乏, 这可能与Pb和Cd在人体的排泄代谢机制不同有关。 因此, 该组妇女应该注意避免与环境中Pb和Cd的接触及增加Ca和Fe的补充。 图2(b)将孕中期妇女分成6组。 其中, 第4组是较高年龄的孕中期妇女, Al, Mn和Fe大多处于缺乏状态, 这可能与女性身体功能密切相关, 随着年龄的增大, 这个特殊阶段其适应能力以及自身调节能力都下降, 因而更需要依靠外来营养物质予以补充^[10]。 文献报道高含量Pb和Cd暴露可减少Cu的吸收^[7], 图2(b)中第1和2组是孕中期较低年龄组, 发样中Cu含量缺乏人数所占比例均低于其他组, 但集中了Pb和Cd过量人群, 与文献[7]报道一致。 另外, 从表3可以看出, 孕中期妇女发样中Cu含量与年龄呈显著正相关关系, 具有统计学意义。

图2

Fig.2

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图2 未孕(a)和孕中期(b)妇女头发中微量元素含量双层聚类图 垂直聚类图为个案聚类(根据年龄、 民族和元素含量), 每一列代表一位妇女的所有信息, 黄色、 绿色和灰色分别表示含量的缺乏、 正常和过量及年龄的低、 中、 高三段, 黄色为汉族, 绿色为蒙古族。 水平聚类为元素含量的变量聚类Fig.2 Double dendrogram of the trace elements contents in the non-pregnant group (a) and in the second trimester group (b) The vertical dendrogram showed the clustering of individuals according to their age, ethnic group and contents of the various trace elements. Each column represented a single subject. Yellow, green and gray indicated the tertile location of age (the low, medium, and high stages) and the specific element content in each subject, respectively (the lack, normality, and excess), and the yellow and green stood Han and Mogolian etheic group. The horizontal dendrogram showed the clustering of chemical elements according to the correlation coefficients between the content of the elements.

在未孕组和孕中期第1组妇女发样中均发现Ca含量缺乏, 而Pb含量处于过量的情况, 这与文献[11]指出的当体内Ca缺乏时, 吸收Pb的速率可能加倍^[1]的结果相一致。 而Pb已被证明对人体中枢神经系统具有毒性作用^[12]。 从水平聚类看, 未孕组和孕中期组均发现Pb-Cd-Se三者之间有关联, Pb和Cd的暴露多来自于职业暴露。 研究表明, 在几个金属酶辅基中发现Se, 在大多数情况下, Se能保护动物免受Cd和Pb毒性影响^[9]。 综合图2(a)和(b), 发现研究区育龄妇女发样元素含量均与民族关联不大, 可能与两个民族饮食同化程度较高有关。

2.2.2 育龄妇女头发中微量元素之间的相互作用

人体微量元素之间的相互关系会影响人体对微量元素的吸收。 从表4可以看出, 未孕妇女发样中Fe-Pb存在显著的负相关性, 这可能与微量元素对机体吸收或生物利用的影响有关, Fe和Pb是有竞争性拮抗物的金属, 在人体中有特定的主动转运机制^[12], 在摄取时Pb与Fe拮抗并降低Fe的生物利用度。 由此, 有学者认为获取足够Fe和Ca的儿童将会减少Pb的吸收^[12]。 未孕和孕中期妇女均存在Ni-Pb和Ni-Cd显著的相关关系, 这可能与研究区煤炭开采与冶炼是支柱产业, 它地处交通发达的呼— 包— 鄂“ 金三角” 区域, 其中的金属冶炼和交通运输与环境中Cd, Pb和Ni的主要人为来源有关。 此外, 有研究表明, Se能减弱Cd的毒性影响^[9], 但在本文中未发现Se与Cd的相关性, 可能是机体内元素的相互作用会受到共存多种元素的同时影响^[13]。

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 伊金霍洛旗育龄妇女头发微量元素相关性分析 Table 4 Interrelation among the trace element contents in hair of women of child-bearing age in Ejin Horo Banner Al Ca Cd Cu Fe Mg Mn Ni Pb V Se Zn Al 1.000 0.319* Ca 1.000 -0.467* * -0.294* -0.347* -0.418* * Cd 0.200* 1.000 -0.286* 0.289* 0.325* 0.447* * Cu 1.000 -0.541* * -0.526* * -0.507* * Fe 0.346* * 0.225* 1.000 -0.348* 0.352* Mg -0.322* * 1.000 0.298* 0.402* * 0.310* Mn 0.224* 0.239* 1.000 Ni 0.373* * 0.197* 1.000 0.429* * Pb 0.239* 0.290* * 1.000 0.303* V 0.194* 0.229* -0.436* * 0.211* 0.238* 1.000 0.507* * Se 1.000 Zn 0.281* * 0.204* 0.202* 1.000 Note: The right and left parts of diagonal line represent the non-pregnant group and the second trimester pregnant women, respectively.* * significant different at: p< 0.01 lever; * significant difference at: p< 0.05 lever. 注: 表格对角线上部和下部分别代表未孕和孕中期妇女; * * 在p< 0.01时, 相关性是显著的; * p< 0.05时, 相关性是显著的

表4 伊金霍洛旗育龄妇女头发微量元素相关性分析 Table 4 Interrelation among the trace element contents in hair of women of child-bearing age in Ejin Horo Banner

众所周知Ca-Mg之间存在相互作用, 但本研究区妇女头发中Ca-Mg均不存在显著的相关关系, 这与文献[14]报道不同。 但未孕妇女和孕中期妇女头发Ca/Mg含量比值分别是26.56和21.45。 元素之间的比例关系对评估元素代谢功能非常重要, 体内相关元素之间保持正常的比例是人体健康的重要因素, 而其比值的变化是导致某些疾病患病率上升的一个因素^[1]。 当Ca含量在正常范围内而Mg含量低, 且Ca与Mg含量比值大于10, 很可能存在动脉粥样硬化和心血管疾病^[1]。 研究区妇女的Ca/Mg含量比值均高于10, 应引起重视。