电感耦合等离子体质谱法与砷铈催化分光光度法检测尿碘浓度的一致性

丁双宁，毛金媛，李咏泽

（中国医科大学附属第一医院内分泌与代谢病科，内分泌研究所，辽宁省内分泌疾病重点实验室，沈阳 110001）

碘是甲状腺激素合成的必需成分，通常可以通过食用含碘的食物或碘盐获得，碘摄入量过多或过少均可导致甲状腺疾病的发生［1］。因此，了解人群碘营养状况水平，对制定相关干预措施以减少碘缺乏病的流行极为重要。目前，大多数国家已经实施了食盐加碘政策和碘营养监测［2］。

尿碘浓度（urinary iodine concentration，UIC）能够反映人饮食中碘的摄入量，可作为人群中碘营养状态的检测指标之一［3］。目前，最常用的尿碘检测方法是砷铈催化分光光度（Sandell-Kolthoff，S-K）法和电感耦合等离子体质谱法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）［4-5］。S-K法检测UIC的操作繁琐、耗时长，而且砷和铈具有明显的化学危害性；另外，由于S-K法依靠化学动力学测定碘浓度，因此易受铈螯合以及改变反应速率的有机物质影响［6］。ICP-MS检测UIC快速准确，其精确度与S-K法相当，而且样品制备过程简单，同时能够进行多种元素分析［7］。许多国家将ICP-MS作为尿碘检测的标准方法，但是以往大量尿碘数据均是通过S-K法获得，因此有必要对这2种方法测定的UIC进行比较。

尽管人群UIC变化范围不大（50～300 μg/L），但是个体之间以及个体内的随机UIC变化很大（10～1 000 μg/L）。S-K法的局限性在于标准曲线线性范围的上限为300 μg/L，如果样品高于该值，则需要稀释并重新测试，稀释过程可能会影响结果的准确性［8］。一些研究［9-10］分析了ICP-MS与S-K法对UIC检测结果的差异，但是这些研究的样本量有限，并且没有针对不同水平的UIC进行分层。本研究评估并分析ICP-MS与S-K法检测UIC的一致性，尤其是在不同UIC水平上，并根据历史数据为将来预防和控制碘缺乏和碘过量提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

研究对象来源于甲状腺疾病、碘状态和糖尿病的全国流行病学调查，本课题组已发表的文献［11］详细描述了调查方案。本研究于2015年至2017年进行，共纳入1 856例≥18岁的研究对象，平均年龄（45.70±14.70）岁，男性占39.20%，每个研究对象提供一份空腹尿液标本。研究方案获得中国医科大学伦理委员会批准。研究排除妊娠妇女。向研究对象详细解释研究方案，所有研究对象均签署知情同意书。

1.2 检测方法

1.2.1 S-K法检测UIC：S-K法根据WS/T 107-2006标准，通过过硫酸铵（As3+-Ce4+催化分光光度法）进行消化。所有化学试剂均由国药集团化学试剂有限公司提供。所有样品均采用UV-1600分光光度计（北京北分瑞利分析仪器集团有限责任公司）进行检测。使用0.50、100、150、200、250和300 μg/L标准溶液建立校准曲线。如果样品的UIC为300～600 μg/L，使用去离子水（比例1 ∶1，250 μL样品加入250 μL去离子水）双重稀释尿液样品；如果样品UIC为600～1 200 μg/L，则将样品稀释4倍（比例1 ∶3，250 μL样品加入750 μL去离子水），然后将250 μL稀释样品进行消化并重新测定。UIC在66 μg/L时批内和批间变异系数分别为3%～4%和4%～6%，UIC在230 μg/L时分别为2%～5%和3%～6%。

1.2.2 ICP-MS检测UIC：通过Agilent ICP质谱仪（Agilent 7700x，美国Agilent Technologies），使用八极杆反应系统的碰撞模式进行ICP-MS，测定UIC。检测方法见文献［9］。稀释剂由1%氢氧化四甲基铵（玛雅试剂）、0.01%Triton-X 100（国药集团化学试剂有限公司）组成，以10 μg/L碲［国标（北京）检验认证有限公司］作为内标。校准物的浓度为0.10、25、50、100、200、300、400、800和1 000 μg/L，建立校准曲线。尿液样品和稀释剂以1 ∶9比例稀释（500 μL样品和4 500 μL稀释剂）。认证的质控品GBW09108、GBW09109和GBW09110［国标（北京）检验认证有限公司］目标值分别为70.8、143和224 μg/L，测定内变异系数分别为2.3%、1.4%和2.3%，相应的测定间变异系数分别为2.7%、2.5%和2.4%。

1.3 统计学分析

采用SPSS 22.0和MedCalc 15.6软件进行统计分析。根据S-K法测定的UIC，将样品分为UIC＜300 μg/L、UIC 300～600 μg/L和UIC＞600 μg/L 3组，进 行 分 层统计分析。分类变量采用χ2检验进行比较。采用Kolmogorov-Smirnov检验和直方图，对连续性变量进行正态性检验。由于使用任何一种方法测定的UIC都是偏态分布，因此用M（P25～P75）表示，并进行Spearman等级相关分析和非参数检验。采用Passing-Bablok相关图和Bland-Altman差异图评估ICP-MS与S-K法测定的UIC的一致性。P＜ 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 ICP-MS与S-K法测定的UIC比较

ICP-MS测 定 的UIC范 围为5.53～1 124.42 μg/L，中位数为159.47（101.98～247.93）μg/L。S-K法测定的UIC范 围 为5.0～1 189.0 μg/L，中 位 数 为149.85（95.83～227.88）μg/L。ICP-MS测定的UIC中位数高于S-K法，差异有统计学意义（P＜ 0.000 1）。

当UIC＜300 μg/L时，ICP-MS测定的UIC中位数高于S-K法（143.29和135.10 μg/L），差异有统计学意义（P＜ 0.001）。当UIC为300～600 μg/L时，ICP-MS测 定的UIC中位数低于S-K法（406.96和423.40 μg/L），差异有统计学意义（P＜ 0.001）。当UIC＞600 μg/L时，ICPMS测定的UIC中位数低于S-K法（674.29和753.65 μg/L），差异有统计学意义（P＜ 0.001）。见表1。

表1 ICP-MS与S-K法测定的UIC结果比较（μg/L）Tab.1 Comparison of UIC measured by ICP-MS and the S-K method

2.2 ICP-MS与S-K法检测UIC一致性的Passing-Bablok回归分析

Passing-Bablok回归图显示了2种方法测定的UIC的相关性。2种方法的Passing-Bablok回归方程均为y=0.36+1.04x（x为S-K法，y为ICP-MS）。通过计算回归截距95%CI（截距为0.36，95%CI：-1.82～2.29）评估常数项差异，斜率为1.04（95%CI：1.03～1.06），Spearman相关系数为0.95（95%CI：0.94～0.96，P＜ 0.001）。见图1。

图1 ICP-MS与S-K法检测UIC一致性的Passing-Bablok回归图和Spearman的相关系数Fig.1 Passing-Bablok regression curve of the consistency of UIC detected by ICP-MS and the S-K method with Spearman’s correlation coefficient

2.3 ICP-MS与S-K法检测UIC差异的Bland-Altman分析

Bland-Altman图显示了2种方法测定的UIC的差异，平均差异值为6.08 μg/L（95%CI：4.24～7.92 μg/L）。2种方法测定的UIC的差异呈浓度依赖性。95%一致性界限（即由平均差异±2个标准差定义的间隔）表明，ICP-MS和S-K法测定的UIC的差异在-73.11～85.27 μg/L之间变化。见图2。

图2 ICP-MS和S-K法检测UIC差异的Bland-Altman图Fig.2 Bland-Altman plot for determining the UIC difference between ICP-MS and the S-K method

2.4 分层分析

根据S-K法测定的UIC水平，对Passing-Bablok回归、Bland-Altman图和Spearman相关系数进行分层分析。

2.4.1 S-K法测定UIC＜300 μg/L：2种方法的Passing-Bablok回归方程为y=-9.04+1.14x（x为S-K法，y为ICP-MS），Passing-Bablok回归显示2种方法的检测一致性非常高。Spearman相关系数为0.93，高于UIC 300～600 μg/L和UIC≥600 μg/L时的相关系数，差异有统计学意义（P＜ 0.001）。2种方法测定的UIC的平均差异为10.98 μg/L（95%CI：9.45～12.52 μg/L）。见表2。

2.4.2 S-K法测定UIC在300～600 μg/L之间：2种方法的Passing-Bablok回归方程为y=-10.32+1.00x（x为S-K法，y为ICP-MS），Passing-Bablok回归显示2种方法的检测一致性很高。Spearman相关系数为0.80，低于UIC＜300 μg/L时的相关系数，差异有统计学意义（P＜ 0.001）。2种方法测定的UIC的平均差异为14.43 μg/L（95%CI：6.07～22.79 μg/L）。见表2。

2.4.3 S-K法测定UIC＞600 μg/L：2种方法的Passing-Bablok回归方程为y=-156.25+1.10x（x为S-K法，y为ICPMS），Passing-Bablok回归显示2种方法的检测一致性较高。Spearman相关系数为0.84，低于UIC＜300 μg/L时的相关系数，差异有统计学意义（P＜ 0.001）。2种方法测定的UIC的平均差异为-74.55 μg/L（95%CI：-98.20～-50.90 μg/L）。见表2。

表2 Passing-Bablok回归、Bland-Altman图和Spearman相关系数的分层分析Tab.2 Stratified analysis of Passing-Bablok regression，Bland-Altman plot，and Spearman’s correlation coefficient

3 讨论

在以往的人群碘营养监测中，主要使用S-K法检测人体UIC，但是该方法的样品制备过程较为繁琐。ICP-MS测定人血浆和尿液中碘浓度的灵敏度、线性和重现性，已在相关研究中得到证实［12-13］。本研究在纳入人群中发现ICP-MS和S-K法测定UIC的一致性，尽管回归线接近于二等分线，2种方法之间的斜率系数（与斜率=1比较）仍有显著差异，这可能与2种方法对浓度依赖性的差异有关。Bland-Altman图显示，ICP-MS测定的UIC比S-K法测定的UIC高6.12 μg/L，这种差异在临床检查中是可以接受的。因此，笔者认为ICP-MS和S-K法检测UIC具有很好的一致性，可以直接比较这2种方法的检测结果。S-K法测定的UIC＜300 μg/L与ICP-MS测定结果之间的差异，可能是过硫酸铵与高氯酸的弱氧化能力造成的，因为碘化物需要快速有效地氧化为碘酸盐，以防止碘在通过S-K法进行光度检测之前挥发。

S-K法测定UIC＜300 μg/L时，低于ICP-MS测 定的UIC值，与之前研究［9］的结果有所不同，这可能是与先前的研究样本量较小、缺少足够的统计学效能有关。每种方法都使用了一系列不同的参数，并且标准操作程序略有不同。但是，S-K法测定UIC≥300 μg/L时，高于ICP-MS测定的UIC值，这可能与S-K法进行尿液样品稀释有关，因为尿液样本中含有需要检测的碘以及不需要检测并可能会干扰S-K法的杂物（如有机物、蛋白质、氨基酸），干扰物质可能会减慢铈发色团的生成，使样品中的碘含量低于真实值；UIC≥300 μg/L的样品在消化前要进行2倍或4倍稀释，稀释样品中碘的同时也稀释了减慢S-K法的干扰物质，因此反应加快，碘的测量值增加。而ICP-MS检测相同的样品时以恒定的方式稀释，不会随样品浓度的变化而变化。另外，本研究发现，稀释度越大、偏差越大。S-K法测定UIC在300～600 μg/L之间时，2种方法检测UIC的平均差异为14.43 μg/L；当UIC＞600 μg/L时，平均差异达到-74.55 μg/L，这在临床实际检查中是不可接受的。

使用不同方法测定UIC的差异可能是由多种原因引起的，以下因素可能起了重要作用。尿基质用水稀释，先前的研究表明［14］，用水稀释的高UIC样品通过S-K法测定的结果显著高于稀释后的低UIC样品。另一项研究［15］表明，氧化剂不足会导致尿液中不饱和的灰分成分受到干扰，从而导致高浓度的假碘在尿液中产生。这种变化可能会对公共卫生产生影响，因为对碘强化计划的监测通常着重于人群UIC中位数。在1988年至1994年进行的NHANES Ⅲ中，采用S-K法测定的人口UIC中位数为144.7 μg/L。但是，在2001年至2002的NHANES中，使用ICP-MS测定发现人口UIC中位数增加到167.8 μg/L。检测方法之间的差异可能在某种程度上导致了人口UIC中位数增加，这表明准确的UIC测定对公共卫生政策的制定至关重要。由于这种变化对摄入过量碘的人更加明显，而碘强化计划对缺碘的人更重要。因此，2种方法都可以可靠地量化UIC。

综上，本研究结果显示，ICP-MS和S-K法测定的UIC具有可比性，特别是当UIC＜300 μg/L（覆盖正常成人UIC范围）时，可以直接比较这2种方法的测定结果；当UIC介于300～600 μg/L之间时，在考虑到研究目的后，应谨慎比较UIC的结果；当UIC＞600 μg/L时，不建议在碘监测研究中比较ICP-MS和S-K法测定的UIC。然而，本研究尚存在一定的局限性：首先，无法分析可能影响测定结果的其他潜在影响因素（药物、疾病等）；其次，没有验证通过S-K法获得的用水稀释的高UIC样品的测定值是否显著高于用水稀释的低UIC样品，这可能有助于解释观察到的UIC测定值的差异；最后，由于本研究仅选择过硫酸铵作为消化物质，因此不同消化方法可能导致S-K法UIC测定结果不同。在未来，应该使用标准UIC检测方法和有足够统计学效能的数据进行深入研究，以获得ICP-MS和S-K法之间测定UIC更精确的转换公式，进行历史数据的比较。