深圳某医院中老年体检人群血浆金属浓度与动脉粥样硬化的关联

黄素丽，王甜，温莹，钟丹蓉，张艳炜，周国宏，刘宁，彭朝琼，余淑苑

1.深圳市疾病预防控制中心 a.环境与健康所 b.传染病防治所 c.免疫规划所，广东 深圳 518055

2.东南大学公共卫生学院，江苏 南京 210009

3.汕头大学医学院附属第二医院心血管内科，广东 汕头 515000

动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）指脂质等在动脉内膜中沉积，伴随平滑肌细胞和纤维增生，逐渐形成斑块后与沉积脂质结合，从而形成粥样含脂坏死病灶。中国国家脑卒中预防项目调查显示，在大于40 岁的人群中，颈动脉粥样硬化总体患病率为36.2%［1］。AS 是冠心病、脑卒中和外周血管病等重大疾病的危险因素之一。影响AS 形成的因素众多，除了生活方式、饮食模式和遗传因素外［2］，金属暴露的作用也受到广泛关注。重金属具有蓄积性和不可生物降解性，可通过氧化应激产生大量的活性氧自由基等对机体产生癌症［3］、心血管疾病［4］等危害。横断面研究表明，墨西哥儿童尿总砷水平以及美洲印第安人尿砷浓度均与颈动脉内中膜厚度（carotid intimamedia thickness，cIMT）呈正相关［5-6］，然而美国的一项多民族研究表明无论是砷摄入量还是尿砷浓度均与cIMT 无相关性［7］。而铅和镉暴露与AS 进程或心血管疾病的关系，已在动物实验和流行病学研究中有了大量报道［8-9］。微量元素在人体内的含量虽十分微小，但生物学功能非常强大。例如，硒和锌都是人体内抗氧化酶如谷胱甘肽过氧化物酶的重要活性成分，通过消耗细胞内过氧化物，在阻止细胞膜发生脂质过氧化，预防AS 中扮演着重要的角色。一项在芬兰开展的前瞻性队列研究发现，高浓度的血清硒与AS 发生风险下降有关［10］，而一项在南非开展的前瞻性研究却发现基线血清硒浓度与cIMT 呈正相关［11］。一项关于锌与脂质代谢物的meta 分析表明，补锌能明显降低血浆总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇等脂质代谢物的水平［12］。然而另一项在印度南部农村共3 000 名居民中开展的横断面研究表明，尿锌水平与cIMT 呈正相关关系［13］。

上述研究显示金属暴露与AS 关系的人群研究的结论存在争议，且有关多金属暴露与AS 关联的流行病学证据十分有限。因此，本研究拟基于中老年体检人群，探讨血浆13 种金属的内暴露水平与AS 之间的关联，从而为AS 的预防控制及相关环境标准的制定提供科学依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象

本研究最初共纳入1 277 名体检人员，均来自2012—2017年于中山大学附属第八人民医院接受常规健康体格检查的中老年人群。研究对象都为汉族，研究排除既往有脑血管疾病、肿瘤、周围血管栓塞性疾病或神经系统疾病者，共800 名体检对象做了颈动脉彩色多普勒超声检测，故最终纳入无以上疾病且具有颈动脉彩色多普勒超声结果的对象共664 名。采用统一标准的问卷对研究对象进行面对面的访谈，调查内容包括年龄、性别、身高、体重、生活方式和疾病史等。收集体检人群空腹静脉血5 mL，分离血浆和血细胞后置于-80℃冰箱中保存，用于13 种金属浓度的检测。同时收集医院检验科血生化指标如血脂、尿酸和血糖等数据。所有研究对象均获得知情同意，该研究得到深圳市疾病预防控制中心伦理委员会的批准（深疾伦字［2019］第006A号）。

1.2 AS的定义

根据《中国脑卒中血管超声检查指导规范》［14］，由具有颈动脉彩色多普勒超声培训合格证的医师应用LOGIQ E9 彩色超声诊断仪（美国GE）测量cIMT。当cIMT≥1.5 mm 且凸出于血管腔内，或局限性内膜增厚高于周边cIMT 50%以上，可定义为AS斑块形成。

1.3 主要指标的定义及标准

高血压：根据《中国高血压防治指南》，收缩压≥140 mmHg 或舒张压≥90 mmHg，或自我报告高血压且正在服药。糖尿病：空腹血糖浓度≥7.0 mmol·L-1，或自我报告糖尿病且正在服药。高脂血症：总胆固醇浓度≥6.2 mmol·L-1，甘油三酯浓度≥2.3 mmol·L-1，低密度脂蛋白胆固醇浓度≥4.1 mmol·L-1，根据自我陈述有使用抗高血脂药物史或根据医生的诊断，满足以上标准之一。吸烟或饮酒：近半年每天至少吸烟1 支，或每周至少饮酒1次。

1.4 血浆金属检测

本研究采用电感耦合等离子体质谱仪（Agilent7700系列，美国Agilent）测定血浆13 种金属（镁、锰、铝、钙、铁、钴、铜、锌、砷、硒、钼、镉及铊）的质量浓度（后称“浓度”），方法参考本课题组之前已发表的研究［15］。在300 μL血浆中加入300 μL 55%（体积浓度）的硝酸，沸水浴加热2 h 直至溶液呈淡黄色，冷却后超纯水定容至6 mL 待上机检测。血样按随机顺序测量，实验操作过程中对样品信息设盲。血浆质控溶液与样品溶液同步处理并测定，实验过程中每隔30 个样品重复测定质控溶液。本方法测定的金属线性范围等见补充材料表S1。所有金属低于检出限（limit of detection，LOD）的比例均不超过10%，金属浓度批间和批内变异系数均＜10%，样本检测结果低于LOD 的用 LOD/ 替代后纳入分析。

1.5 统计学分析

对研究对象的一般信息进行描述性分析，连续变量采用均值±标准差或中位数（P25，P75）表示，而分类变量采用频数（百分比）表示。组间检验依据数据类型选择Student’st检验、秩和检验或卡方检验，采用Spearman秩相关检验各金属含量的相关性。

血浆金属浓度经自然对数转换，服从或近似服从正态分布后纳入后续分析。以是否患有AS 为应变量，以不同血浆金属水平为自变量，采用logistic 回归模型分析血浆金属水平与AS 的关联。由于年龄、性别、吸烟、饮酒、体重指数（body mass index，BMI）、高血压、糖尿病、高脂血症皆为AS 传统风险因素，因此本研究将这些传统危险因素作为混杂因素纳入模型1 进行校正。同时，将各四分位分组的中位数以连续变量纳入logistic 回归模型，评估血浆金属水平与AS 风险的趋势。对在单金属模型中与AS 风险关联有统计学意义的金属，进一步采用逐步回归的方式进行多金属模型分析，校正因素与单金属模型一致。

同时，采用限制性立方样条图对血浆金属浓度与AS风险之间的剂量-反应关系进行研究，参考值（OR=1）设置为自然对数转换后血浆金属浓度的第10百分位数，节点位置设置为自然对数转换后血浆金属浓度的第10、50 及90 百分位数。进一步开展分层分析，探索不同性别、年龄、BMI、慢性疾病（高血压、糖尿病、高脂血症）患病情况人群的血浆金属浓度和AS 之间的关联。将多金属logistic 回归模型中通过Stepwise 筛选出来的金属、分层变量、金属与分层变量的相乘项和其他校正因素一起纳入logistic 回归模型，乘积项的P值为交互作用P值。采用SPSS 22.0 或R 4.0.2 软件进行统计分析，检验水准α=0.05（双侧）。

2 结果

2.1 研究对象的一般情况

研究对象的平均年龄为（64.41±7.23）岁，男性占比52.26%（347/664），AS检出率为45.33%（301/664）；非AS 人群平均年龄低于AS 组（P＜0.001）；AS 组糖尿病及高血压的患病率均高于非AS 组（P＜0.01），而吸烟、饮酒等其他指标在两组中分布差异无统计学意义（P＞0.05）。在所有金属中，AS组血浆钼浓度高于非AS组（分别为1.19、1.11 μg·L-1，P=0.003），其他金属浓度差异无统计学意义（P＞0.05）。见表1。AS 组空腹血糖水平高于非AS 组（P=0.001），研究对象的空腹血糖、血脂四项及尿酸水平见补充材料表S2。

表1 研究对象的基本情况及血浆金属浓度Table 1 General characteristics and plasma metal concentrations of study population

2.2 血浆金属浓度与AS之间的关联

2.2.1 总体部分金属浓度之间存在相关关系，Spearman相关系数从-0.019至0.530（补充材料图S1）。进一步校正了其他混杂因素后，发现与第一分位组相比：血浆铁、硒、镉的第四分位组AS风险分别下降50%、41%及46%，OR（95%CI）分别为0.50（0.29～0.88），0.59（0.36～0.96）和0.54（0.33～0.90），而血浆铊的第三分位组AS风险增加75%［OR（95%CI）：1.75（1.08～2.83）］。为降低金属与金属之间共线性的影响，进一步采用logistic 逐步回归模型，纳入多金属（铁、硒、镉、铊）及其他传统危险因素，结果显示，与第一分位组相比：血浆铁的第四分位组AS 风险下降53%［OR（95%CI）：0.47（0.28～0.79）］，而血浆铊的第三分位组AS 风险增加81%［OR（95%CI）：1.81（1.11～2.99）］；且随着铊浓度的增加，AS 的风险也逐渐增加（P趋势=0.046）。见表2。

表2 基于单金属和多金属模型的血浆金属浓度与AS 风险的关联性分析Table 2 Associations of plasma metal levels with atherosclerosis in single-metal models and multiple-metal models

续表2

续表2

2.2.2 分层分析结果表明，与第一分位组相比：男性、年龄≥61 岁、未患糖尿病及未患高脂血症人群中血浆铁浓度的第四分位组AS风险均降低（均P＜0.05）；女性、年龄＜61岁、未患糖尿病及未患高血压人群中血浆铊浓度的第三分位组AS风险均增加（均P＜0.05）。结果见补充材料表S3。未观察到血浆铁、铊与各分层变量之间存在交互作用（均P交互＞0.05）。

2.3 血浆金属浓度与AS之间的剂量-反应关系

进一步采用限制性立方样条图对血浆金属浓度与AS 之间的剂量-反应关系进行探讨，结果如图1所示。血浆铁浓度与AS 风险之间呈现“倒V 型”的非线性剂量-反应关系（非线性关联P=0.043，剂量-反应关系P=0.022），当血浆铁浓度大于1 476 μg·L-1时，AS风险逐渐降低，当达到3 259 μg·L-1时，AS 风险降低了50.2%。血浆铊浓度大于0.07 μg·L-1时，与AS 风险呈正相关（OR＞1)，然而并未发现铊与AS 风险的剂量-反应关系（剂量-反应关系P=0.147）。

图1 血浆金属与AS 的限制性立方样条图Figure 1 The restricted cubic spline for the associations between plasma metal concentrations and atherosclerosis

3 讨论

本研究选取中国深圳地区中老年体检人群，采用横断面流行病学研究设计，检测了人群血浆共13 种金属的含量，并分析其与AS 风险之间的关联。结果显示，血浆铁浓度的增加可能与AS 风险下降有关，而血浆铊浓度增加则与AS风险增加具有一定关联。

铁是人体内含量最丰富的微量元素之一，铁稳态对于维持心血管健康有着至关重要的作用［16］。机体内过量的铁广泛参与AS发病，与冠心病等心血管疾病的发生、发展密切相关［17］。一项在伊朗少数民族人群中开展的横断面研究表明，重度AS患者中血清铁浓度（均值为3.3 mg·L-1）高于轻、中度患者［18］。也有研究表明，慢性疾病患者在缺铁情况下更易罹患冠心病、脑卒中等疾病［19-20］。铁缺乏症影响了全球近20亿人口的生命健康，是致残和死亡的主要风险因素之一［21］。因此，研究并制定人体铁负荷标准对于维持心血管系统健康非常必要。

本研究发现，AS 组血浆铁浓度的中位数为1 577.25 μg·L-1，低于非AS组（1 622.62 μg·L-1）。样条分析发现，低浓度的血浆铁与AS呈正相关，表明铁摄入不足与AS风险增加有关；而当血浆铁浓度达到1 476 μg·L-1后，随着血浆铁浓度升高，AS 风险逐渐降低，当达到3 529 μg·L-1时，AS 风险降低了50%左右。与校正混杂因素后的单因素logistic 回归发现当血浆铁浓度＞2 190.58 μg·L-1时，AS 风险降低了50%一致，提示血浆铁在这个浓度范围内对AS 可能具有保护作用。同时，多项研究表明，血清铁浓度升高与颈动脉斑块风险降低［22］、缺血性心脏病死亡风险下降［23］以及冠心病风险下降［24］等有关。然而，人体铁负荷与AS 之间的关系在仍存在争议。一项在美国女性冠心病患者中开展的病例对照研究表明，当采用铁蛋白比率和血清转铁蛋白受体水平作为机体铁储存指标时，铁负荷水平与冠心病的发病风险无关联［25］。另外一项儿童前瞻性研究表明，基线铁蛋白水平与cIMT 呈正相关［26］。尽管现有研究认为转铁蛋白饱和度是反映人体铁负荷的理想指标，因其同时考虑了血浆铁及其主要转运蛋白的浓度，但有文献表明血清铁含量也是直接反映体内铁浓度的较好的生物标志物［27］。由于流行病学设计、样本量、铁检测指标的差异，以及铁在不同浓度范围内发挥截然不同的健康效应，目前人体铁负荷水平与AS 发生风险的关系尚无定论，需在更大样本量或队列研究中进一步验证。

铊为有毒重金属，在工业上被广泛应用，广泛分布于环境中，但浓度极低，人体可通过空气吸入、饮食和饮水摄入铊，人体内的生物半衰期大约为10～30 d。目前大部分研究只聚焦于铊中毒的危害，对于低剂量铊暴露致人体的健康危害研究较少。铊可导致活性氧自由基、脂质过氧化和过氧化氢产物在体内增加，从而引起氧化应激［28］。一项在广州大学生中开展的研究表明，尿铊水平与氧化应激标志物8-羟基脱氧鸟苷的浓度呈正相关［29］。本研究发现，血浆铊浓度介于0.12～0.15 μg·L-1之间时，与AS 风险呈正相关，且不受传统危险因素和其他具有共线性金属的影响。氧化应激水平升高是AS 重要发病机制之一，提示铊暴露可能通过诱导氧化应激从而影响AS 进程。本研究发现血浆铊水平增加与AS风险的增加有关。

硒作为人体内不可或缺的微量元素，以硒代半胱氨酸形式参与机体内多种重要的酶尤其是抗氧化酶的组成，对于心血管系统具有潜在的保护作用［30-31］。本研究人群血浆硒中位数浓度（101.75 μg·L-1）高于中国山西和瑞典人群［32-33］。这可能是由于深圳是一个海滨城市，人群海产品类的频率摄入较其他地区高，而硒的重要食物来源正是海产品类。然而，本研究人群血浆硒水平低于2003—2004年美国健康与营养调查中40 岁以上居民的平均血硒浓度（136.7 μg·L-1）［34］。本研究发现在血浆硒浓度大于115.54 μg·L-1的人群AS 风险降低，与目前大部分研究观点相一致［10，35-36］，但南非成年黑人的前瞻性研究表明，基线血清硒第四分位浓度（＞150 μg·L-1）与随访10年后的cIMT呈正相关［11］。这可能是由于硒的安全阈剂量较为狭窄，过量的硒可能诱发炎症，反而对心血管造成危害［37］。

镉是一种重金属，为人体非必需微量元素。在非职业暴露的普通人群中，镉暴露的主要途径是饮食、饮水和吸烟［38-39］。普通人群中血液含镉量较低，血浆镉虽仅占血镉的1%～7%，但通过血液循环血浆镉可释放到全身组织器官。近年来研究发现，慢性低水平的镉暴露与颈动脉斑块等心血管疾病的发生发展密切相关［40-42］。本研究人群中血浆镉浓度与其他人群相比，处于较低水平（中位数0.04 μg·L-1）；血浆镉浓度大于0.06 μg·L-1组AS 风险降低，而两者的关联在校正其他金属后消失，可能是由于镉与其他金属如硒（rs=0.184）或铊（rs=0.187）存在共线性所致；同时，关于镉与AS 风险的关联性亟须在具有更大样本量的人群或前瞻性研究中进行验证。

本研究存在一定局限性：首先，基于横断面设计，本研究只能反映血浆金属水平与AS 之间的关联，因果关系有待前瞻性研究的验证；其次，本研究将所有金属的血浆水平作为内暴露指标，对于不同的金属而言，可能血浆水平并非最理想内暴露标志物，从而造成暴露水平分类的不准确；第三，本研究样本量较小，且研究对象来自一个医院，样本代表性会受到影响，容易出现选择偏倚。

综上，本研究系统而全面地分析了中国深圳地区中老年体检人群中的13 种金属暴露水平与AS 风险之间的关系，发现血浆铁浓度增加可能与AS 风险降低有关，而血浆铊浓度升高可能与AS 风险增加有关。本研究可为我国制定相关环境健康标准提供科学依据，为AS的预防提供重要的线索。

（志谢：感谢中山大学第八附属人民医院体检科医务人员对于本研究样本采集和问卷调查给予的帮助。）