基于NHANES数据库的血液氯仿与糖尿病及相关糖脂代谢指标的关联性研究

李嘉怡, 刘学奎, 耿厚法,, 梁军,

(1. 蚌埠医学院研究生院, 安徽 蚌埠 233000; 2. 徐州市中心医院内分泌科, 江苏 徐州 221000)

糖尿病已成为全世界关注的公共卫生问题,造成了巨大的社会经济负担和健康挑战[1]。据统计,2021年全球20～79岁人群的糖尿病患病率约为10.5%(5.366亿人),预计2045年可上升到12.2%(7.832亿人)[2]。2015年2型糖尿病被评为第六大致残原因[3],与非糖尿病患者相比,糖尿病患者全因死亡的风险增加了15%[4]。糖尿病是一种病因复杂的代谢性疾病,由生物、生活方式和环境风险因素等共同作用引起[5-6]。除遗传、肥胖、生活方式改变等经典致病因素外,环境因素与糖尿病的关系目前受到广泛关注。近几年,美国以及欧洲国家提出消毒剂可能会对机体造成危害,但是目前没有确切的关于水中消毒剂可以引起糖尿病的报道。

水消毒是20世纪最重要的公共卫生进步之一,消毒的目的是通过减少人类与致病病原体的接触来保护人类健康[7]。消毒剂在美国的引入使霍乱发病率降低了90%,伤寒降低了80%,阿米巴痢疾降低了50%[8]。然而,消毒剂的代谢副产物(如三卤甲烷和其他)对机体具有毒副作用。毒理学研究表明,过度接触三卤甲烷会损害肾脏、膀胱、肠道和生殖系统,导致膀胱癌、肾癌、先天性缺陷等疾病[9-11]。

三卤甲烷包括氯仿、溴化三卤甲烷和其他化合物,其中氯仿是三卤甲烷最常见的类型,约占三卤甲烷总量的70%。动物研究表明,氯仿在体内可能被CYP2C11、CYP2E1和CYP2B1/2和P450s等诱导剂催化,然后代谢为三氯甲醇,再自发分解为亲电性光气[12-14]。光气的产生可导致谷胱甘肽的耗竭,造成细胞结构的破坏,并进一步导致大量组织坏死和疾病的发生[15-16]。研究表明,血液中的氯仿浓度对低水平的接触很敏感[17]。因此,血液水平指标可以作为氯仿暴露的一种衡量标准。

本研究根据2017～2018年美国国家健康和营养调查(National Health and Nutrition Examination Survey,NHANES)数据库中氯仿的血浆浓度,探讨了氯仿与糖尿病患病风险之间的关联。

1 对象和方法

1.1 参与者

2017～2018年的NHANES数据从美国疾病控制和预防中心网站(https://wwwn.cdc.gov/nchs/nhanes/continuousnhanes/default.aspx?BeginYear=2017)下载。NHANES的调查由疾控中心下属的国家卫生统计中心、健康和营养检查调查部进行。每年约有5 000名各年龄段的人在家中接受采访,完成调查的健康访谈部分。健康检查在一个移动检查中心进行[11],这为在标准化的环境中收集高质量的数据提供了一个理想的环境。NHANES的目标人群是美国非住院的平民居民人口。2017～2018年间,来自30个不同调查地点的16 211人参加了NHANES,其中9 254人完成了访谈,8 704人接受了检查。本研究选择拥有完整的糖尿病调查信息、氯仿水平和血糖指数数据的人群,共622人纳入研究。

1.2 氯仿检测方法及暴露评估

将收集到的外周血进行甲醇等化学品处理后,通过固相微萃取气相色谱和质谱法检测氯仿的血液浓度。在2017～2018年NHANES数据库中,选择氯仿水平高于检测限(0.006 μg/L)的参与者进行分析。使用三分位法将622名参与者根据其血液氯仿水平分为3组,T1组:氯仿<0.011 μg/L,T2组:0.011 μg/L≤氯仿<0.017 μg/L,T3组:氯仿≥0.017 μg/L。

1.3 结局测量

NHANES使用自编的调查问卷收集关于是否有糖尿病的信息。一个题为“(你/标准化患者)是否曾被医生或健康专家告知(你/他)患有糖尿病”的调查问题被用来定义受访者的糖尿病状态。诊断糖尿病的标准是糖尿病症状加上随机血糖≥11.1 mmol/L或空腹血糖≥7.0 mmol/L或口服葡萄糖耐量试验(餐后2 h血糖≥11.1 mmol/L)。葡萄糖变量,如空腹血糖、空腹胰岛素以及稳态模型评估胰岛素抵抗指数(homeostatic model assessment of insulin resistance,HOMA-IR)作为次要结果进行分析。HOMA-IR由空腹血糖和空腹胰岛素估算,HOMA-IR=空腹血糖(mmol/L)×空腹胰岛素(μU/mL)/22.5。

1.4 协变量

本研究协变量包括年龄、性别、种族、教育程度、婚姻状况、体重指数、腰围、臀围、收缩压、舒张压、总胆固醇、三酰甘油、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)。

1.5 统计分析

应用R4.1.3软件进行数据分析。使用R软件包“tidyverse”、“rms”、“Hmisc”和“mgcv”分析氯仿与糖尿病风险之间的关系。由于氯仿浓度呈偏态分布,数据进行了对数(Ln)转换。采用两独立样本t检验,χ2检验和Mann-WhitneyU检验评估糖尿病和非糖尿病两组间临床特征之间的差异,并使用限制性立方样条曲线图展示血液中氯仿浓度与糖尿病患病风险的关联。采用偏相关分析调整性别、年龄、体重指数和其他代谢变量,探讨氯仿与空腹血糖和HOMA-IR之间的相关性。亚组分析估计不同水平变量下氯仿与糖尿病风险之间的关联。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 参与者的基线特征

将622名参与者按是否患有糖尿病分为糖尿病组和非糖尿病组,如表1所示,糖尿病患者的年龄、体重、体重指数、腰围、臀围、收缩压等指标显著高于非糖尿病人群,性别、种族、年收入、饮酒和舒张压在两组间差异无统计学意义。糖尿病患者血清中的氯仿浓度显著高于非糖尿病人群,差异有统计学意义。

表1 2017—2018年NHANES数据库纳入人群的临床特征

2.2 氯仿暴露增加糖尿病风险

根据血液中氯仿浓度对所有参与者进行三分位分组,Logistic回归分析3组间糖尿病患病率的差异,结果如表2显示,随着氯仿浓度的增高,糖尿病的患病率显著增加,该趋势具有统计学意义。未校正其他协变量时,T3组人群发生糖尿病的风险相比于T1组增加约1.23倍,校正性别、年龄、种族、年收入、教育程度、婚姻状态、体重指数、收缩压、舒张压、总胆固醇和三酰甘油等指标后,T3组人群发生糖尿病的风险相比T1组增加约1.17倍,趋势P值均有统计学意义。

表2 氯仿浓度和糖尿病的关系

2.3 氯仿与糖尿病、空腹血糖和HOMA-IR风险的关系

使用限制性立方样条分析评估氯仿与糖尿病风险之间的关系,结果见图1。图1A显示,糖尿病的风险随着氯仿水平的增加而提高(P=0.015);图1B示,空腹血糖的增加也与氯仿水平有关(P<0.001),但不存在线性关系;图1C显示,HOMA-IR与氯仿水平也呈正相关(P=0.031),但氯仿与空腹胰岛素无关(图1D)。进一步做曲线拟合(图2)和阈值效应分析显示,氯仿浓度与糖尿病发病风险之间的相关性呈“W”形态,阈值分析显示血清氯仿浓度在0.01 μg/L时,对糖尿病的发生风险存在差异。

图2 氯仿与糖尿病发生风险的相关性

2.4 氯仿与空腹血糖、HOMA-IR的相关性

本研究还采用偏相关分析探讨了空腹血糖、HOMA-IR和氯仿之间的关联。结果显示,调整性别、年龄、体重指数、收缩压、舒张压、LDL-C、三酰甘油、吸烟和饮酒状况后,氯仿和空腹血糖之间存在正相关(P<0.001),氯仿与HOMA-IR呈正相关(P=0.011)。见图3。这些结果表明,氯仿与空腹血糖和HOMA-IR都有独立的相关性。

2.5 亚组分析

表3显示了不同的亚组分析结果,在年龄<35岁人群、肥胖人群、拉美裔和其他种族人群、独居状态和年收入≥50 000美元的人群中,氯仿与糖尿病无明显相关性,差异无统计学意义;在其余协变量的不同水平下,氯仿是糖尿病的风险因素。

表3 多因素Logistic回归亚组分析血液氯仿浓度和糖尿病的发生风险

3 讨论

通过对2017～2018年NHANES数据集中有氯仿浓度水平的622名参与者进行数据分析发现,糖尿病的发生风险随氯仿浓度的增高而增加(T3组比T1组增加约1.23倍);使用限制性立方样条分析结果显示,氯仿与空腹血糖和HOMA-IR呈正相关,且具有统计学意义;进一步使用偏相关分析也发现氯仿与空腹血糖和HOMA-IR之间存在正相关,表明氯仿可以提高HOMA-IR,进而增加患糖尿病的风险。近年来,随着消毒剂研究的增多,人们逐渐意识到消毒副产物可以引起肿瘤等相关疾病,因此美国环境保护局颁布消毒剂和消毒副产品的限制规则减少水中三卤甲烷(氯仿和其他消毒副产物之和)的浓度(不高于80 μg/L)[18],以预防相关疾病的发生风险。

氯仿作为一种消毒剂,既存在于水中,也存在于大气中。它不仅可以通过饮用水吸收还可以通过皮肤和吸入吸收,例如,在洗澡、游泳和做家务时吸收[19-20]。虽然之前已经有很多关于氯仿的相关研究,但多是探讨其与癌症的关系,与糖尿病之间的关系还了解甚少。Gängler等[21]研究者在荷兰和挪威进行了一项研究,比较了糖尿病患者和非糖尿病患者尿液中的氯仿含量,发现两组之间没有明显的差异;因此得出结论,氯仿与糖尿病的发病和流行没有关系。本研究的结果与其不一致,可能是由于Gängler等的研究人群生活在一个氯仿暴露量较低的环境中(自来水中的三卤甲烷含量很低),而且没有进行氯仿暴露量高的对照研究。Andra等[22]研究观察到,与非糖尿病参与者相比,糖尿病参与者的尿液中溴化三卤甲烷明显增加,本研究结果与其一致。在一项动物研究中,在怀孕期间雌性Wistar大鼠的饮用水中加入75 μg/L的氯仿,其仔鼠在出生时血清葡萄糖浓度明显升高,血清胰岛素水平明显降低[23]。其血清胰岛素水平的降低可能是由于研究中使用了高浓度的氯仿,其浓度高于美国饮用水浓度(美国大型供水系统中三卤甲烷的平均浓度为30.5 μg/L)[18],而仔鼠刚好长期暴露在这些超高浓度的水中。

尽管在流行病学和动物实验中观察到氯仿与糖尿病之间的关系,但确切的病理机制仍有争议。研究指出,氯仿在体内被代谢成三氯甲醇,而三氯甲醇又会产生光气,导致谷胱甘肽耗竭随后细胞结构受损,继而出现大量组织坏死[15-16]。一项关于Wistar孕鼠接触氯仿的动物实验发现,子代的胰岛素浓度降低,血糖水平升高,但在计算胰岛β细胞面积时,氯仿似乎没有明显的作用[23]。虽然实验结果显示氯仿对胰岛β细胞的面积没有明显影响,但不清楚氯仿是否影响胰岛β细胞的分泌或胰岛素抵抗,这需要进一步地研究氯仿是否能通过组织细胞坏死引起胰岛素抵抗,进而导致空腹血糖增加;或者说,氯仿可能通过代谢反应导致空腹血糖升高。在对其他消毒剂(二氯甲烷、溴化二氯甲烷和溴化三卤甲烷)的研究中指出,人体暴露于特定的环境污染物,可能会干扰线粒体功能,减少β-氧化,并增加脂肪生成进而游离脂肪酸和三酰甘油增加,从而损害胰岛素信号传导,这可能会促进胰岛素抵抗并导致肝脏脂肪变性[24]。这是非酒精性脂肪肝的第一步,也被认为是发展成糖尿病的独立风险因素[25]。这些情况还可能加速脂肪酸流动、脂质功能障碍、糖代谢受损和胰岛素抵抗,最终导致糖尿病[26]。但目前还缺乏关于氯仿诱导胰岛素抵抗的动物研究。因此,需要进一步研究氯仿暴露导致糖尿病的机制。

本研究存在一定的局限性。首先,本研究是横断面研究,因此不能确认氯仿和糖尿病之间的因果关系;其次,本研究是基于对美国NHANES数据库数据的分析,参与者都是美国人,需要进一步地研究不同种族和民族参与者来验证。

综上,本研究结果表明,血液中的氯仿浓度与空腹血糖和HOMA-IR有关,氯仿浓度增加可导致糖尿病风险增加。因此,减少氯仿暴露可能有助于降低糖尿病的发病率。