中华预防医学杂志    2020年06期 潜在肾脏酸负荷值在评估饮水健康效应中的应用及评价    PDF     文章点击量:113    
中华预防医学杂志2020年06期
中华医学会主办。
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黄玉晶 王佳 舒为群
HuangYujing,WangJia,ShuWeiqun
潜在肾脏酸负荷值在评估饮水健康效应中的应用及评价
Evaluation of potential renal acid load for estimating the health effects of drinking water
中华预防医学杂志, 2020,54(6)
http://dx.doi.org/10.3760/cma.j.cn112150-20200414-00503
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投稿日期: 2020-04-14
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潜在肾脏酸负荷值在评估饮水健康效应中的应用及评价
黄玉晶 王佳 舒为群     
黄玉晶 陆军军医大学军事预防医学系环境卫生学教研室,重庆 400038
王佳 陆军军医大学军事预防医学系环境卫生学教研室,重庆 400038
舒为群 陆军军医大学军事预防医学系环境卫生学教研室,重庆 400038
摘要: 饮用水的健康效应一直缺乏可靠的综合评价指标。近几年,有研究根据食物的潜在肾脏酸负荷值,制定了饮水的潜在肾脏酸负荷值(PRAL),用于评估饮水对机体酸碱平衡的综合影响。本文对潜在肾脏酸负荷值指标的来源和优缺点进行介绍,为今后相关指标的研究提供基础信息。
关键词 :饮水;评价研究;潜在肾脏酸负荷
Evaluation of potential renal acid load for estimating the health effects of drinking water
HuangYujing,WangJia,ShuWeiqun     
Department of Environmental Hygiene, College of Preventive Medicine, Army Medical University, Chongqing 400038, China
Corresponding author: Shu Weiqun, Email: 188005020@qq.com
Abstract:There is a lack of a reliable comprehensive evaluation indicator to access the health effects of drinking water. In recent years, scholars established an indicator to evaluate the comprehensive effect of drinking water on the body's acid-base balance. This indicator came from the potential renal acid load (PRAL) of food and named the potential renal acid load of drinking water. It included several typical anions and cations which are widely found in drinking water. This article reviewed the application, advantages, and disadvantages of PRAL in accessing the effect of drinking water on body acidbase metabolism.
Key words :Drinking;Evaluation studies;Potential renal acid load
全文

饮水的健康效应目前受到消费者和学术界的高度关注,但一直以来,饮用水只有污染水平的综合评估指标,还没有公认的健康效应或营养学综合评价指标。日本学者桥本教授曾经提出过口感指数和健康指数,所用参数比较单薄,难以真正反映水的健康效应。现有研究认为,饮用水的健康影响主要体现在两方面:一是对机体的矿物质补充作用[1, 2, 3, 4];二是对机体酸碱平衡的调节作用[5, 6]。前者取决于水中的矿物质含量,可用水中各矿物质离子含量、电导率、总硬度、溶解性总固体等指标评价;后者指水向机体提供碱性缓冲离子,中和机体内源性酸,保护肾脏酸代偿的能力,但一直缺乏可靠的评价指标。欧洲学者对食物的潜在肾脏酸负荷值(potential renal acid load,PRAL)计算公式进行修改后提出了针对饮水的PRAL,涉及到饮水几种典型阴阳离子的水平,相对比较全面,但也有其局限性。笔者对PRAL指标的来源和优缺点进行介绍,为今后相关指标的研究提供一些参考依据。

一、机体酸碱平衡  正常生理条件下,体内代谢过程的诸多生化反应会生成或消耗酸和碱,维持酸碱平衡稳态是机体的一项重要生理功能。体内代谢产生的内源性碱主要来源于氨基酸脱氨基,远少于内源性酸。内源性酸包括两大类:一类是挥发性酸,即糖、蛋白、脂肪氧化代谢的最终产物—碳酸,是代谢产酸中最多的物质;除了碳酸外的其他代谢产酸统称固定酸,包括蛋白代谢产生的硫酸、磷酸、尿酸,糖代谢产生的甘油酸、丙酮酸、乳酸、三羧酸,脂代谢产生的β羟丁酸、乙酰乙酸等。为了维持体内的酸碱平衡,机体产生的内源性酸或碱会被体内缓冲系统中和,并经肺和肾排出体外,其中固定酸不能变成气体由肺呼出,只能通过肾由尿排出,因此,常用单位时间尿中排出的净酸量(urine net acid excretion,NAE)作为评价肾脏及机体酸负荷的金标准(式1)[7, 8, 9]
        
        式中:NAE:单位时间尿的净酸排泄的电荷当量值(equivalents,Eq);
        :单位时间尿排出铵离子量(mol);
        UTA:单位时间尿排出可滴定酸量(mol);
        :单位时间尿排出碳酸氢盐量(mol)。

二、PRAL值的来源和计算公式  机体内源性酸的净生成主要受饮食调节,由于食物(水)摄入体内后参与的代谢复杂,涉及诸多生化反应,无法直接测量饮食所导致内源性净产酸。Remer和Manz[10]根据尿的净酸排泄值提出了潜在肾脏酸负荷值作为食物产酸能力的评估指标。
        尿液中排出的主要离子除了铵(NH4+)、可滴定酸(TA)、碳酸氢盐(HCO3),还有阳离子钠(Na)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)及阴离子硫酸盐(SO4)、氯化物(Cl)、磷酸盐(PO4)(图1)。因为尿液整体呈电中性,尿液中正负离子的当量数之和应该相等,即:

图1人体尿液中主要离子成分[11]
(式2),
        式中::单位时间尿排出钠离子量(mol);
        :单位时间尿排出钾离子量(mol);
        :单位时间尿排出钙离子量(mol);
        :单位时间尿排出镁离子量(mol);
        :单位时间尿排出硫酸盐量(mol);
        :单位时间尿排出氯离子量(mol);
        :单位时间尿排出磷酸盐量(mol);
        UOA:单位时间尿排出有机酸(非碳酸氢盐阴离子)量(mol)。
        钙、镁、硫酸盐为2价阳(阴)离子,其当量数为其摩尔浓度的两倍;磷酸盐在尿中并未完全呈离子态,解离系数约为1.8(pH=7.4)[10]。根据式2可以将尿的净酸排泄值转换为阳离子钠、钾、钙、镁和阴离子硫酸盐、氯化物、磷酸盐电荷当量差值:
        (式3)。
        因为尿中阳离子和阴离子除少量来源于身体自身组织器官代谢外,主要来源于饮食,因此可通过计算饮食提供的阳离子和阴离子电荷当量差值评估其对尿的净酸排泄即肾脏酸负荷的影响:
        (式4);
        式中PRAL:食物潜在肾脏酸负荷(Eq);
        :食物提供的钠离子量(mol);
        :食物提供的钾离子量(mol);
        :食物提供的钙离子量(mol);
        :食物提供的镁离子量(mol);
        :食物提供的硫酸盐量(mol);
        :食物提供的氯离子量(mol);
        :食物提供的磷酸盐量(mol)。
        有机酸因为主要为非食物来源,未考虑在内[11]。食物中硫酸盐主要来自蛋白质中的含硫氨基酸,包括甲硫氨酸(在食物提供的蛋白质中占2.4%,分子量149.2)和半胱氨酸(在食物提供的蛋白质中占2%,分子量121.2);此外食物中蛋白质、氯离子、磷离子、钠离子、钾离子、钙离子、镁离子并非全部吸收,其吸收率(对尿液的贡献率)分别为:75%、95%、63%、95%、80%、25%、32%[10]。将相关离子的摩尔浓度转换成质量单位并代入其吸收系数得到:
        食物PRAL(mEq)=2×[0.75×蛋白质(mmol)×(0.024/149.2+0.02/121.2)]+[0.95×氯离子(mmol)/35.5]+1.8×[0.63×磷离子(mmol)/31]-[0.95×钠离子(mmol)/23]-[0.8×钾离子(mmol)/39.1]-2×[0.25×钙离子(mmol)/40.1]-2×[0.32×镁离子(mmol)/24.3]=[0.489×蛋白质(mg)]+[0.027×氯离子(mg)]+[0.037×磷离子(mg)]-[0.041 3×钠离子(mg)]-[0.021×钾离子(mg)]-[0.013×钙离子(mg)]-[0.026×镁离子(mg)](式5)。
        因为饮水直接提供硫酸盐而非蛋白质,Wynn等[5]用硫酸盐(其吸收率对尿液的贡献率为70%)代替式5里的蛋白质,得到:
        饮水PRAL(mEq/L)=[0.014 6×硫酸根(mg/L)]+[0.027×氯离子(mg/L)]+[0.037×磷离子(mg/L)]-[0.041 3×钠离子(mg/L)]-[0.021×钾离子(mg/L)]-[0.013×钙离子(mg/L)]-[0.026×镁离子(mg/L)](式6)。

三、常见饮水的潜在肾脏酸负荷值  市场上不同类型的饮水矿物质含量及潜在肾脏酸负荷值有一定差别,见表1。课题组前期对重庆市中小学校园直饮水的研究也证实,不同矿物质含量校园直饮水,潜在肾脏酸负荷差异较大[12]

表1不同类型饮用水的矿物质含量(mg/L)及PRAL值(mEq)

四、饮水潜在肾脏酸负荷值的卫生学意义  以动物蛋白(体内代谢为含硫的氨基酸,构成饮食酸负荷的主要成分)为主而蔬菜水果缺乏的西方饮食结构(肾脏酸负荷值为正值)会引起体内相关阴离子(硫酸根、氯离子、磷酸根)的积聚,进而造成长期被忽视的代谢性酸中毒状态。机体为维持酸碱平衡而启动代偿机制,导致尿pH降低及尿液组成的改变(低枸橼酸盐尿、高钙尿等),对肾、骨健康及代谢功能产生不利的影响。因此,评估饮水的健康效应还应关注其对体内酸碱代谢的影响而不仅仅是补充矿物质作用。
        目前饮水种类多样,矿物质成分及含量差异极大,以单一矿物质含量无法准确评价饮水对体内酸碱代谢影响。潜在肾脏酸负荷值囊括水中常见的阳离子和阴离子,可综合反映其矿物质含量对机体酸碱代谢的影响。Burckhardt[13]研究显示,不管是在骨质疏松患者还是正常青年人群,日常饮食钙摄入相同时,饮水潜在肾脏酸负荷值增加(呈酸性)会导致血清中骨吸收标志物(甲状旁腺激素和Ⅰ 型胶原羧基末端肽)增加。Wynn等研究发现,即使在钙摄入充足的条件下,潜在肾脏酸负荷值为负值的矿泉水也能够显著降低骨重吸收水平(甲状旁腺激素和Ⅰ型胶原羧基末端肽下降),并能降低动脉粥样硬化的标志物水平[14, 15]

五、饮水潜在肾脏酸负荷值的不足及改进意见  目前饮水潜在肾脏酸负荷值是直接通过食物潜在肾脏酸负荷值转换而来,存在不少问题,主要包括两方面:(1)饮水和食物的矿物质吸收率不同。水中的矿物质主要呈离子态,相对于食物中的矿物质更容易吸收。而矿物质离子的吸收率是计算潜在肾脏酸负荷的重要依据,对于食物中吸收率(尿贡献率)较低的离子,例如钙(25%)、镁(32%),将其参数直接代入饮水的潜在肾脏酸负荷值计算公式可能会低估了饮水中钙、镁离子对机体的肾脏酸负荷的影响。现有的研究证实,通过饮水摄入钙、镁离子,其吸收率远大于食物,钙在浓度低于100 mg/L时(此时纯以钙计算,总硬度已经接近250 mg/L,超过大部分的市政自来水和天然矿泉水),吸收率大于47.5%[16],而镁的吸收率在 45.7%左右[17],远高于食物中钙、镁离子的吸收率。(2)饮水可提供食物中缺乏的矿物离子。水中含有食物中少见的矿物离子如碳酸氢盐、偏硅酸。这些离子由于其在食物中含量极低,并未考虑其对食物的潜在肾脏酸负荷的贡献。但是,这些离子在水中特别是天然矿泉水中含量相当可观,我们收集了336种瓶装水,其中178种在标签上注明含偏硅酸,121种注明含碳酸氢盐。有研究证实这些离子可以有效缓冲机体酸负荷,维持机体良好的酸碱平衡状态和骨骼健康[18],应将其考虑进饮水的潜在肾脏酸负荷值。
        综上,潜在肾脏酸负荷值作为评价食物对肾脏及机体酸负荷影响的指标,在营养学方面发挥了重要作用。但是,由于食物与饮水在矿物质种类和含量上的巨大差异,直接将食物潜在肾脏酸负荷值的评价公式用来评价饮水潜在肾脏酸负荷值并不恰当,为了更好评价饮水对身体酸碱平衡的影响,亟需进一步研究更加科学的适用于饮水的潜在肾脏酸负荷值。

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