中华预防医学杂志    2020年05期 社区人群尿多环芳烃代谢产物水平与肺功能的关联研究    PDF     文章点击量:140    
中华预防医学杂志2020年05期
中华医学会主办。
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陈爱莲 马继轩 周芸 曹丽敏 文雨涵 何恒 胡丹 陈卫红
ChenAilian,MaJixuan,ZhouYun,CaoLimin,WenYuhan,HeHeng,HuDan,ChenWeihong
社区人群尿多环芳烃代谢产物水平与肺功能的关联研究
Study on the relationship between urinary polycyclic aromatic hydrocarbons metabolites and pulmonary function in community population
中华预防医学杂志, 2020,54(5)
http://dx.doi.org/10.3760/cmaj.cn112150-20190624-00508
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投稿日期: 2019-06-24
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社区人群尿多环芳烃代谢产物水平与肺功能的关联研究
陈爱莲 马继轩 周芸 曹丽敏 文雨涵 何恒 胡丹 陈卫红     
陈爱莲 华中科技大学同济医学院公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学系环境与健康教育部重点实验室国家环境保护部环境与健康重点实验室,武汉 430030
马继轩 华中科技大学同济医学院公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学系环境与健康教育部重点实验室国家环境保护部环境与健康重点实验室,武汉 430030
周芸 华中科技大学同济医学院公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学系环境与健康教育部重点实验室国家环境保护部环境与健康重点实验室,武汉 430030
曹丽敏 华中科技大学同济医学院公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学系环境与健康教育部重点实验室国家环境保护部环境与健康重点实验室,武汉 430030
文雨涵 华中科技大学同济医学院公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学系环境与健康教育部重点实验室国家环境保护部环境与健康重点实验室,武汉 430030
何恒 华中科技大学同济医学院公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学系环境与健康教育部重点实验室国家环境保护部环境与健康重点实验室,武汉 430030
胡丹 华中科技大学同济医学院公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学系环境与健康教育部重点实验室国家环境保护部环境与健康重点实验室,武汉 430030
陈卫红 华中科技大学同济医学院公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学系环境与健康教育部重点实验室国家环境保护部环境与健康重点实验室,武汉 430030
摘要: 目的  分析社区人群尿中多环芳烃(PAHs)代谢产物水平与肺功能的关联。方法  分别于2011年4-5月及2012年5月在武汉市及珠海市各选取两个社区,招募到4 812名符合标准的居民。采用半结构式问卷收集人口学特征、生活方式等信息;进行体格检查,测定肺功能情况;收集晨尿样本,检测尿样中12种PAHs羟基化代谢产物,按其化学结构分为羟基萘、羟基芴、羟基菲、羟基芘4类。采用协方差分析比较不同PAHs代谢产物水平组的肺功能指标,采用广义线性模型分析各类PAHs代谢产物与肺功能之间的关联性,并分析不同人群特征及生活方式与尿中总PAHs代谢产物的交互作用。结果  研究对象年龄为(51.99±13.64)岁,女性2 565名(67.66%)。尿中总PAHs代谢产物MP25P75)值为5.72(3.91,8.72)μg/mmol Cr。广义线性模型分析结果显示,调整年龄、性别、城市、腰臀比、吸烟情况、饮酒情况、锻炼情况、是否做饭、厨房通风情况、是否接尘等因素后,尿羟基萘、羟基芴、羟基菲、羟基芘及总羟基化代谢产物每增加一个自然对数转换单位,用力肺活量分别下降26.83(95%CI:-48.18,-5.48)、21.86(95%CI:-40.49,-3.23)、26.18(95%CI:-48.27,-4.09)、34.95(95%CI:-55.95,-13.94)、35.23 (95%CI:-58.93,-11.54)ml,第一秒用力呼气容积分别下降29.36(95%CI:-47.23,-11.48)、20.79 (95%CI:-36.39,-5.19)、22.65(95%CI:-41.15,-4.15)、31.44(95%CI:-49.03,-13.85)、33.20(95%CI:-53.04,-13.36)ml(P值均<0.05);与从不饮酒及做饭人群相比,饮酒及不做饭人群尿PAHs代谢产物水平与肺功能下降的关联更强(P交互值均<0.05)。结论  社区人群尿PAHs代谢产物水平与肺功能下降相关,在饮酒人群及不做饭人群中关联更强。
关键词 :烃类,芳香;尿;用力呼气量;横断面研究
Study on the relationship between urinary polycyclic aromatic hydrocarbons metabolites and pulmonary function in community population
ChenAilian,MaJixuan,ZhouYun,CaoLimin,WenYuhan,HeHeng,HuDan,ChenWeihong     
Department of Occupational and Environmental Health/Key Laboratory of Environment and Health, Ministry of Education & Ministry of Environmental Protection/State Key Laboratory of Environmental Health(Incubating), School of Public Health, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430030, China
Corresponding author: Chen Weihong, Email: wchen@mails.tjmu.edu.cn
Abstract:Objective  To investigate the relationship between urinary polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) metabolites and pulmonary function in community population.Methods  A total of 4 812 participants were recruited from two communities in Wuhan city from April to May 2011 and two communities in Zhuhai city in May 2012. Information of demographic characteristics and life style was collected by semi-structural questionnaire. Physical examination was performed and pulmonary function was measured. Morning urine was also collected. The concentration of 12 urinary PAHs metabolites was tested and classified into four types by chemical structure, including hydroxynaphthalene, hydroxyfluorene, hydroxyphenanthrene and hydroxypyrene. The level of pulmonary function in different group of urinary PAHs metabolites was compared by using covariance analysis. The association of the urinary PAHs metabolites and pulmonary function was analyzed by using generalized linear model, and the interaction of different population characteristics and life style on the association was analyzed.Results  The age of participants was(51.99±13.64) years old, and 67.66% (n=2 565) of the population were women. The M (P25, P75) of concentration of total urinary PAHs metabolites was 5.72 (3.91,8.72) μg/mmol Cr. After controlling for variables including age, gender, city, Waist-to-Hip Ratio, smoking status, drinking situation, physical activity, cooking meals at home or not, kitchen ventilation and exposure to dust as confounding factors, generalized linear model showed that each 1-unit increase in log-transformed levels of hydroxynaphthalene, hydroxyfluorene, hydroxyphenanthrene, hydroxypyrene and total PAHs was associated with 26.83 (95%CI: -48.18, -5.48) , 21.86 (95%CI: -40.49, -3.23), 26.18(95%CI: -48.27, -4.09), 34.95 (95%CI: -55.95, -13.94), and 35.23 (95%CI: -58.93, -11.54) ml reduction of FVC and 29.36 (95%CI: -47.23, -11.48), 20.79 (95%CI: -36.39, -5.19), 22.65 (95%CI: -41.15, -4.15), 31.44(95%CI: -49.03, -13.85), and 33.20 (95%CI: -53.04, -13.36) ml reduction of FEV1 respectively (all P values<0.05). Compared to non-alcohol users and participants with home cooking, the association was more evident in alcohol users and participants without home cooking(P for interaction<0.05).Conclusion  The exposure to PAHs was associated with decreased pulmonary function, and the association was more evident in alcohol users and participants without home cooking.
Key words :Hydrocarbons, aromatic;Urine;Forced expiratory volume;Cross-sectional studies
全文

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是一类由两个或以上苯环以线性、角状或簇状排列的碳氢化合物,主要由木材、化石燃料、烟草等碳氢有机物的不完全燃烧产生。PAHs主要以附着于颗粒物质的形式存在于大气中,通过呼吸和饮食等途径进入人体[1,2,3]。PAHs具有致癌性、致畸性及致突变性,是人类最早认识到其危害的有害化学污染物之一[4]。由于其分布的广泛性及毒性,PAHs导致的健康问题已引起全球密切关注。既往研究表明,PAHs暴露与儿童及职业人群哮喘、慢阻肺等多种呼吸系统疾病的发生发展密切相关[5,6,7,8,9]。肺功能下降是机体早期呼吸系统损伤的最直接、有效的功能学指标[10]。然而,目前有关肺功能与PAHs暴露的关联性研究较少,且主要集中在职业人群研究中[11]。因此,本研究以武汉及珠海市社区人群为研究对象,测定研究对象肺功能及尿中PAHs羟基化代谢产物水平,分析PAHs代谢产物水平与肺功能的关联性,为控制社区人群PAHs的暴露和预防肺功能损伤的策略制定提供科学依据。

对象与方法  

一、对象  以社区队列人群为研究对象[12],分别于2011年4—5月及2012年5月在武汉及珠海市各选取两个社区,招募社区内年龄为18~80岁,居住时间超过5年,且自愿参加项目的居民,共招募到4 812名研究对象。排除患肺部疾病者(367名)、未参加肺功能检查者(144名)、未提供尿样或尿样较少者(465名)及其他资料不全者(45名),最终共纳入3 791名研究对象。本研究通过了华中科技大学同济医学院公共卫生学院伦理委员会批准(批号:2011-17),所有研究对象均签署了知情同意书。

二、研究内容与方法  

1.问卷调查及体格检查:  经统一培训的调查人员采用半结构式问卷对社区居民进行面对面问卷调查及体格检查,采用统一设计的健康信息问卷,内容包括基本情况(姓名、年龄、性别等),职业暴露史(是否接尘、接尘年数),生活方式(吸烟史、饮酒史、锻炼情况等),社会经济学信息(教育文化程度、家庭年收入),疾病史以及是否做饭,厨房通风情况等。体格检查主要包括测量身高、体重、腰围、臀围,具体测量方法见文献[12]。

2.肺功能测定:  采用HI-101肺功能仪(捷斯特公司,日本)进行肺功能测定。测定指标包括用力肺活量(forced vital capacity,FVC)、第一秒用力呼气容积(forced expiratory volume in one pond,FEV 1)及一秒率(FEV1/FVC)。根据美国胸科协会推荐的方法,测定前排除禁忌证,受试者端坐休息5 min,测定时用鼻夹夹紧鼻子防止经鼻呼吸,并将口唇包紧纸口件,在专业人员的指示下用嘴吸气呼气以测出符合标准的流量容积曲线。每位受试者重复测定3次,选取最佳结果作为其肺功能结果。

3.尿PAHs代谢产物的测定:  取3 ml晨尿,并于-20 ℃冰箱保存,采用气相色谱质谱联用仪(5975B/6890N,美国安捷伦公司)测定12种PAHs-羟基化代谢产物,包括1-羟基萘(1-OHNa)、2-羟基萘(2-OHNa)、2-羟基芴(2-OHFlu)、9-羟基芴(9-OHFlu)、1-羟基菲(1-OHPh)、2-羟基菲(2-OHPh)、3-羟基菲(3-OHPh)、4-羟基菲(4-OHPh)、9-羟基菲(9-OHPh)、1-羟基芘(1-OHP)、6-羟基?(6-OHChr)及3-羟基苯并(a)芘(3-OHBaP),具体方法详见文献[13]。该方法检出限为0.1~0.9 mg/L,未达检出限的值以50%检出限代替。尿液中PAHs代谢产物浓度值以尿肌酐浓度校正,单位为μg/mmol Cr。6-OHChr和3-OHBaP的检测值均低于检出限,故未将其纳入研究,最终将10种PAHs代谢产物纳入研究并按化学式分为四类:羟基萘(1-OHNa+2-OHNa)、羟基芴(2-OHFlu+ 9-OHFlu)、羟基菲(1-OHPh+2-OHPh+3-OHPh+ 4-OHPh+9-OHPh)、羟基芘(1-OHP),将这10种代谢产物合并为总PAHs代谢产物。

4.相关定义与判定标准:  (1)吸烟:每天至少吸1支烟,并且持续半年以上。(2)饮酒:每周至少饮酒1次以上,持续至少半年。(3)中心性肥胖:腰臀比>0.9(男性),腰臀比>0.85(女性)。

三、质量控制  调查人员均经统一培训,考核合格方可上岗;收集数据时,考核合格的人员对研究对象进行一对一面对面问卷调查并填写问卷资料;数据采用双人双录入,并进行逻辑错误检查,对发现的缺漏错误项以电话访问的方式进行补全改正;每日肺功能测试开始前均使用1 L标准容积定标筒对测试仪器进行校准。

四、统计学分析  采用Epidata3.0进行数据录入,采用SAS 9.4软件进行数据分析。尿PAHs代谢产物水平呈偏态分布,采用MP25P75)表示;年龄、体重指数、腰臀比、肺功能指标符合正态分布,采用±s表示,分类变量采用频数及构成比表示。根据PAHs代谢产物水平的四分位数进行分组,采用协方差分析比较不同PAHs代谢产物水平的肺功能情况;调整年龄、性别、城市、腰臀比、吸烟情况、饮酒情况、锻炼情况、是否做饭、厨房通风情况及是否接尘等因素,将尿PAHs代谢产物水平分别以连续性变量、哑变量和等级变量形式纳入模型,采用广义线性模型分析各类PAHs暴露与肺功能指标的关联性。分别将总PAHs代谢产物与上述调整因素的相乘项纳入模型,分析修饰效应。双侧检验,检验水准α=0.05。

结果  

一、基本情况  3 791名研究对象年龄为(51.99±13.64)岁,其中女性2 565名(67.66%)。吸烟人群中男性749名(61.09%),女性76名(2.96%)。饮酒男性541名(44.13%),女性102名(3.98%)。接触生产性粉尘男性371名(30.26%),女性594名(27.70%)。男性FVC和FEV1均高于女性(表1)。

表1研究对象的基本特征(3 791名)

二、尿PAHs代谢产物的分布特征  羟基萘、羟基芴、羟基菲、羟基芘及总PAHs羟基化代谢产物的MP25P75)分别为1.64(1.05,2.76)、1.14(0.68,2.10)、1.66(1.16,2.61)、0.70 (0.44,1.19)及5.72(3.91,8.72)μg/mmol Cr。

三、不同尿PAHs代谢产物水平的肺功能情况比较  将四类及总PAHs代谢产物进行四分位数分组,采用协方差分析比较各组肺功能指标后发现,随着羟基萘、羟基芴及羟基芘浓度的升高,FVC呈逐步下降趋势,FEV1则随着羟基萘、羟基芘浓度的升高呈现逐步下降的趋势。此外,四类及总PAHs代谢产物水平与FEV1/FVC无关联。见图1

图1不同尿PAHs代谢产物水平人群的肺功能情况[用力肺活量(图A)、第一秒用力呼气容积(图B)、第一秒用力呼气容积与用力肺活量比值(图C)]比较

四、不同PAHs代谢产物水平与肺功能关联的广义线性模型分析  调整相关混杂因素后,尿中羟基萘、羟基芴、羟基菲、羟基芘及总PAHs羟基化代谢产物水平每增加一个自然对数转换单位,FVC及FEV1均呈现不同程度的下降(P均<0.05),FVC分别下降26.83(95%CI:-48.18,-5.48)、21.86(95%CI:-40.49,-3.23)、26.18(95%CI:-48.27,-4.09)、34.95(95%CI:-55.95,-13.94)和35.23(95%CI:-58.93,-11.54)ml,FEV1分别下降29.36(95%CI:-47.23,-11.48)、20.79(95%CI:-36.39,-5.19)、22.65 (95%CI:-41.15,-4.15)、31.44(95%CI:-49.03,-13.85)和33.20(95%CI:-53.04,-13.36)ml (P值均<0.05);调整相关因素后,与代谢产物水平Q1组相比,Q2Q3Q4组的FVC及FEV1均有所下降;以等级变量纳入模型,随着羟基萘、羟基芴、羟基菲、羟基芘及总PAHs羟基化代谢产物水平的升高,FVC、FEV1均呈下降的趋势(P<0.05)(表2)。

表2人群尿PAHs代谢产物与肺功能关联的广义线性模型分析[β(95%CI)值]

五、不同人群特征及生活方式与尿PAHs代谢产物对肺功能的交互作用分析  饮酒及做饭情况与PAHs代谢产物对肺功能的影响具有交互作用,与从不饮酒[FVC改变量(95%CI)为-24.99(-49.91,-0.07),FEV1改变量(95%CI)为-24.46(-45.31,-3.62)]及做饭人群[FVC改变量(95%CI)为-14.79(-40.62,11.04),FEV1改变量(95%CI)为-18.09(-39.64,3.47)]相比,饮酒[FVC改变量(95%CI)为-76.45(-147.44,-5.46),FEV1改变量(95%CI)为-71.89(-131.29,-12.48)]及不做饭人群[FVC改变量(95%CI)为-96.42(-149.97,-42.87),FEV1改变量(95%CI)为-78.33(-123.56,-33.10)]尿PAHs代谢产物水平与肺功能的关联更强(P交互均<0.05),未发现性别、城市、年龄、中心性肥胖、吸烟情况及厨房通风情况对PAHs与肺功能的关联存在修饰作用(表3)。

表3不同人群特征及生活方式与尿中总PAHs代谢产物对肺功能影响的交互作用分析

讨论  PAHs暴露对肺功能影响的机制尚未明确。体外细胞实验发现,PAHs暴露对肺泡上皮细胞有细胞毒性,且苯环越多毒性越强[14]。PAHs在体内的代谢与一种配体激活的转录因子芳香烃受体(AhR)有关,AhR通过与PAHs结合,调控细胞色素P450酶CYP1A1、CYP1B1的表达,从而进行PAHs的代谢解毒或代谢活化[15]。此外,PAHs还可通过调控AhR及CYP1A1/1B1引起与气道炎症、哮喘、慢性阻塞性肺疾病等相关的细胞因子的改变,并造成氧化应激指标的升高[16,17,18,19,20,21,22,23,24]。因此,PAHs暴露造成肺功能下降的可能机制是通过调控CYP1A1/1B1引起气道炎症状态、氧化应激的形成,造成气道重塑等改变,甚至进展为哮喘,从而表现为肺功能的下降[25,26]
        本研究分析武汉-珠海社区队列人群尿液中PAHs代谢产物水平与肺功能的关联,结果显示随着尿中羟基萘、羟基芴、羟基菲、羟基芘及总PAHs羟基化代谢产物水平的升高,FVC及FEV1呈下降趋势(P趋势<0.05)。本课题组前期研究结果显示,在样本量为2 747名的武汉社区人群中,尿中2-OHNa、2-OHFlu、1-OHPh、2-OHPh、4-OHPh及总PAHs代谢产物与FVC下降相关(P<0.05),2-OHNa、2-OHFlu、9-OHFlu、1-OHPh、2-OHPh、3-OHPh、4-OHPh、9-OHPh、1-OHP及总PAHs代谢产物与FEV1下降相关(P<0.05)[27],本研究在此基础上纳入珠海社区人群,在扩大样本量的同时对PAHs代谢产物进行分类,进一步验证了PAHs暴露与肺功能的关联性。与本研究不同,Cakmak等[28]研究加拿大不吸烟人群发现尿中羟基萘、羟基芴、羟基菲与FVC及FEV1下降相关,并未发现羟基芘与肺功能指标的相关性,可能与二者在人群、PAHs暴露来源及生活方式的差异性有关。
        为探究不同生活方式对PAHs与肺功能关联的影响,本研究对此进行了修饰效应分析,发现饮酒及做饭情况与PAHs代谢产物对肺功能下降影响具有交互作用(P交互均<0.05),在饮酒及不做饭人群中更加明显。多项研究表明,轻至中度饮酒对肺功能具有保护作用,而重度饮酒则引起肺功能的降低[29,30],同时也有酒精摄入引起气道炎症因子升高、呼吸系统症状增多的报道[31,32]。由于酒精与PAHs在体内代谢均与细胞色素P450酶有关,二者可能存在协同作用,从而导致饮酒人群中PAHs造成的肺功能下降更明显[33]。厨房油烟可引起室内空气污染及PAHs暴露,Singh等[34]发现,与对照组相比,厨房从业人员的PAHs暴露更高,且肺功能更差,提示这种职业暴露可能对厨房从业人员的肺功能造成不良影响。本研究中做饭人群PAHs暴露与肺功能的关联性弱于不做饭人群。考虑存在其他室内空气污染物如PM2.5、一氧化碳、氮氧化物等对肺功能产生不良影响[35],另外,由于不做饭人群中以男性居多,吸烟、饮酒等生活习惯的影响可能为潜在原因。
        综上所述,本研究在社区人群中发现尿中各类PAHs代谢产物与肺功能下降有关。PAHs是环境中的重要污染物,而呼吸系统是接触该污染物的首要器官,提示控制PAHs污染有利于防控呼吸系统损伤,减少疾病负担。另外,研究结果显示这种关联性在饮酒者中更明显,但机制尚不明确,由于本研究为横断面研究,仍需前瞻性研究及更深入的机制研究验证本研究结论。

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