探索尿镉作为人群镉暴露生物标志物的影响因素

蒋梦珂，陈琦，丁震，孙宏，徐燕

1.南京医科大学公共卫生学院，江苏 南京 211166

2.江苏省疾病预防控制中心环境与健康所，江苏 南京 210009

镉是一种广泛存在于环境中的重金属［1］，环境镉污染是中国和其他国家的重要公共卫生问题之一［2］，对环境中的镉污染进行健康风险评估已成为环境健康研究的一个重要内容［3］，而选择适当的暴露评估指标是风险评估的第一步。尿镉和血镉是最常用的镉体内负荷的暴露标志物［4］。尿镉主要用于测量长期暴露，而血镉则用于测量近期暴露，但这两个指标有明显的时间上的重叠［5］。很多研究采用尿镉作为镉体内负荷的标志物［6-7］，但也有一些研究对这一长期以来的观点提出了不同的看法。Chaumont 等［8］的研究指出，在低水平镉暴露下，尿镉与年龄没有线性相关，可能是受到近期镉摄入、肌酐和蛋白质排泄的生理变化影响。另一项研究表明，24 h 内固定6 个时间点定时采样，在相隔4～6 d 后再次收集6 个时间点的尿液样本进行对比，尿镉的变化非常大（根据尿液肌酐、比重或流速进行校正）［9］，这质疑了采用尿镉作为镉暴露生物标志物的可靠性。此外，Chaumont 所报告的儿童体内的尿镉水平高于青少年［8］，这与之前关于美国［10］或加拿大［11］人群的报告不一致。因此，有必要重新评估尿镉作为镉体内负荷生物标志物的意义。

血镉是另一个被广泛接受的镉体内负荷的生物标志物，这两者之间存在一定的关联。Adams 和Newcomb 曾指出，尿镉几何均数每提高1%，血镉就会提高0.50%［5］。Chaumont 等［8］也提出，近期的镉摄入量（血镉）和肌酐排泄的生理变化可能会影响尿镉随年龄变化的模式。因此，研究尿镉和血镉的相关关系，对于评价尿镉作为镉暴露的生物标志物的可靠性是有意义的［8］。

本研究的目的是重新评估尿镉作为镉暴露的生物标志物的意义和影响因素，采用横断面研究方法比较不同性别人群中尿镉随年龄变化的趋势，并分析不同年龄组中与尿镉相关的因素。

1 对象与方法

1.1 研究地点和对象

本研究是江苏金属暴露与健康调查的一部分，在苏州常熟市进行，常熟市位于中国江苏省东部，无已知镉污染，总面积1 264 km2，2013年底居住人口150万。江苏金属暴露与健康调查研究设计在之前的研究中已经报道过［12］。研究纳入标准：当地户籍居民，于本地出生，在现住址居住了至少2年，以食用本地自产粮食和蔬菜为主。排除标准包括：患有肾病、泌尿系统疾病，有职业性重金属暴露史。采用分层随机抽样的方法，先分成6 个社区，每个社区按照210～220 名调查对象的规模招募，按照年龄＜10、＜18、＜30、＜40、＜50、＜60、＜70、≥70 岁进行分组，每组20～26 人，男女各半。最后共有1 235 名受试者签署了知情同意书后参与本研究。对于儿童，则由其监护人提供书面知情同意书。研究设计经中国疾控中心环境所伦理审查委员会批准（伦理审查号：201002001）。

1.2 采样、体检和调查

样品采集时间为2013年5月—2014年1月。早晨7:00—8:00 采集尿样（20 mL）并储存在聚丙烯酰胺瓶中。医生从肘静脉上采集2 mL血液样本到含有K2EDTA（美国BD 公司）空管中，并保存在干冰中运送到江苏省疾病预防控制中心实验室进行重金属分析。采样时记录了每位参与者的身高和体重，要求穿着轻便的衣服，不穿鞋帽。采用一份结构化的调查问卷来获取年龄、性别、吸烟和慢性疾病的信息。本次调查对吸烟的定义采用WHO 的标准，即一生中连续或累积吸烟6个月或以上者。

1.3 测量血镉和尿镉

采用之前描述的尿镉的检测方法［13］用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS；美国Thermo Fisher X-series 2）对全血样品及尿液样品中的镉进行测定。精确吸取200 μL 血样或者500 μL 尿样置 于15 mL 离心管底部，用移液器依次加入500 μL 高纯HNO3（Merck，德国）和100 μL 混合内标（100 ng·mL-1），于通风橱里100℃水浴加热3 h 后，取出放至常温，用Milli-Q（Merck，德国）制备的纯水定容至5 mL 体积，之后进行金属浓度测定。用ICP-MS 测定所有样品中的金属浓度。血镉的检测限为0.025 μg·L-1，尿镉为0.02 μg·L-1。分别有25 名（25/1 235）调查对象的血镉水平和1 名（1/1 235）调查对象的尿镉水平低于检出限，采用检出限的平方根作为暴露值［14］。为了保证内部质量和控制，标准参照物质来自SeronormTM（SERO，挪威）。采用自动分析仪（型号7180；日本东京日立公司）对尿液用Jaffe 方法测量尿肌酐（g·L-1）。

1.4 统计学分析

所有生物参数均以M（P25，P75）报告，分析时采用对数转换（log10），使其接近正态分布。尿镉和其他生物标志物以肌酐校正或不校正分别表示。受试者根据年龄分为三组，儿童（年龄小于12 岁）、青少年（年龄在12 岁和17 岁之间）和成人（大于等于18 岁）。通过方差分析比较各年龄组的尿镉，涉及的协变量（混杂因素）包括性别、年龄、血镉、体重指数（body mass index，BMI）和尿肌酐。

采用自然立方样条函数建模描述尿镉、血镉和尿肌酐随年龄的变化特征。采用Pearson 相关分析和广义线性回归模型评估了尿镉与性别、年龄、血镉、尿肌酐和BMI 的关联。首先，用Pearson 相关分析选择与尿镉存在相关的变量。然后，应用逐步正向选择法选择变量，将P＜0.25 的变量进入模型，并把P＜0.10的变量留在模型中。方差膨胀系数（variance inflation factor，VIF）＞10 作为多重共线性的指标。残差的独立性通过Durbin-Watson检验来评估。检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 调查对象的基本特征

表1 不同年龄组调查对象的特征和暴露水平Table 1 Characteristics and cadmium exposure levels of respondents by age group

2.2 尿镉与年龄的关系

尿镉随年龄变化是通过线性回归分析得出的，线性回归分析使用了当前不吸烟的997 名调查对象数据，将年龄作为自然立方样条函数。这些模型区分性别，以肌酐校正和未校正的尿镉分别运行。如图1A所示，未校正的尿镉在不吸烟的男性和女性中均随年龄增加而增加。在男性中，从大约4 岁（估计尿镉浓度为0.09 μg·L-1）到60 岁（0.58 μg·L-1），尿镉随着年龄的增长而不断增加，在60 岁之后开始下降。而在女性中，从2.8 岁（估计尿镉浓度为0.09 μg·L-1）增加到50 岁（0.46 μg·L-1）后开始趋于平稳。用肌酐校正尿镉后（图1B），在儿童和青少年中的变化更为缓慢。图1C显示了尿肌酐在不同性别随年龄的变化曲线。在两种性别中，尿肌酐在儿童时期增加，在青少年期达到最大值，然后随着年龄的增长稳步下降，到70 岁左右之后又开始增加。

图1 尿镉（A）、肌酐校正尿镉（B）和尿肌酐（C）与年龄的关系Figure 1 Age correlation with urinary cadmium (A),creatininecorrected urinary cadmium (B),and urinary creatinine (C)

2.3 尿镉的影响因素

校正的尿镉变化的43%（∆R2），儿童的22%（∆R2）和青少年的32%（∆R2）（表2）。另外，值得注意的是，在青少年和成人中，尿肌酐与未经校正尿镉的关联是正向的，而尿肌酐与经过肌酐校正尿镉的关联方向都是负向。

表2表明，在成年人群中，无论是从不吸烟、既往吸烟还是现在吸烟，尿镉均与血镉相关，且尿镉与尿肌酐相关性也具有统计学意义。在成人中，性别和年龄也是有统计学意义的影响因素，但区分吸烟状况之后，性别不再具有统计学意义。在青少年和成人中，采用肌酐校正后的尿镉与血镉和尿肌酐相关，但在儿童中则不相关，在成人中的影响因素也包括年龄和性别。血镉和尿肌酐等几个因素可以解释成人未经肌酐

表2 按照年龄组和吸烟分层的尿镉影响因素的多元回归分析结果Table 2 Multiple regression analysis results of factors affecting urinary cadmium stratified by age and smoking

2.4 吸烟对成人体内尿镉的影响

表3总结了吸烟对成年人尿镉和血镉的影响情况。与从不吸烟者相比，当年吸烟者尿镉和血镉的增高均有统计学意义。在对血镉、年龄、BMI、吸烟、性别和尿肌酐进行校正后，当年吸烟者的尿镉和血镉高于从不吸烟者，但既往吸烟者的尿镉与从不吸烟者差别并无统计学意义。

表3 吸烟对尿镉和血镉的影响Table 3 Effects of smoking on urinary cadmium and blood cadmium

3 讨论

本研究所报告的尿镉水平远低于中国的其他研究［15］，但与美国报告［16］（中位数：成人0.32～0.40 μg·L-1）和加拿大（中位数：成人0.24～0.39 μg·L-1）非常相似［17］。这些尿镉水平仅为韩国观测的一半（中位数：男性0.66 μg·L-1，女性0.73 μg·L-1）［18］，比日本一般人群低得多（中位数：1.3 μg·g-1肌酐）［19］。这表明，我们的研究人群处于低水平环境镉暴露。

结果表明，在目前的低暴露水平下，尿镉随着年龄的增长而增加，直到30岁左右才趋于平稳。这一关于尿镉随年龄变化的结论与Amzal的数学模型一致［20］，该模型预测尿镉随年龄增长呈单调的曲线上升，直到大约60～70 岁时才趋于平稳。然而，这一模式与Chaumont 等［8］研究报道的儿童体内有高浓度尿镉的结果不一致。这种差异可能是因为Chaumont 的研究是基于在不同时间和地点进行的多项独立调查。但本研究结果与许多其他横断面调查的结果相一致，例如在加拿大，6 岁至11 岁儿童的尿镉浓度几何均数为0.21 μg·L-1，12 岁至19 岁的青少年为0.27 μg·L-1，60 岁至79 岁的成年人逐渐增加到0.50 μg·L-1［11］。美国和韩国也有关于尿镉随年龄增长而增加的类似报告［10，21］。

尿镉随年龄的变化受到血镉和尿肌酐的影响；且血镉和尿肌酐可部分解释未经肌酐校正成人尿镉的变化。这些结果表明，血镉可以影响尿镉，但可能无法解释尿镉的所有变化。此外，采用尿肌酐校正后，尿肌酐对尿镉的影响从正向变成了负向，而且依然具有统计学意义，也提示有过度校正的存在。这可能是因为尿肌酐在不同年龄阶段的分布存在差异（图1C），Chaumont 等也观察到了这一点［8］。

吸烟者的尿镉和血镉水平均高于不吸烟者（表3），这表明烟草是镉暴露的来源。吸烟者与不吸烟者之间血镉的差异大于尿镉的差异，表明血镉是一种对近期暴露更为敏感的暴露标志物。不吸烟者和既往吸烟者之间的尿镉或血镉水平没有差异，这与韩国的一项研究一致［22］，这个结果提示尿镉不能仅仅归因于肾镉，因为在对吸烟年龄、年龄、BMI、性别和尿肌酐进行校正后，既往吸烟者肾镉应该比从未吸烟者高［23］。

本研究局限之处：根据不同年龄人群的结果，描述了镉暴露随年龄变化的趋势，这可能会引入信息偏差。另外，作为横断面研究的固有局限性，本研究的结果可能会受到研究开展时间和地点的影响，而且镉暴露水平变化也可能受到短期饮食的影响，不过，校正血镉可以一定程度上校正短期暴露的影响。

综上所述，本研究发现对于环境镉暴露较低的普通人群，尿镉与血镉、尿肌酐、年龄、性别和吸烟等因素相关。当尿镉被用作镉的暴露标志物时，需要考虑对血镉和尿肌酐进行适当校正。