成都市成人血、尿液重金屬濃度及鉛同位素比

柳祥雲, 李佩璇, 林學忠, 干志偉, 侯 麟

(四川大學建筑與環境學院， 成都610207)

1 引 言

重金屬污染具有長期性、累積性、隱蔽性和不可逆性等特點，它可以通過空氣、水、食物等進入人體，具有顯著的生物毒性[1]. 此外，它們也是造成包括神經、腎臟、免疫系統的功能性紊亂以及細胞癌變在內的生物機體功能失調的成因[2]. 例如鉻鹽主要刺激、腐蝕消化道[3]；鉛超標會減緩兒童認知發展甚至降低兒童智力[4]；鎘會引起人體腎衰竭[5]；釩能對內臟造成破壞，鋅可以對人類神經系統和呼吸系統功能產生影響[6]；錫進入身體凝結成塊后甚至會致人死亡[7]，即使是鐵和銅等營養元素，過量也會造成神經損傷[8].

1999—2001年由四川省地質調查院開展的《成都盆地多目標地球化學調查》發現：成都市污染面積達到了總面積的40%，主要污染物為Hg、Cd、Pb、As、Ni[9]，礦業開采和工業污染物的大量排放是成都市土壤重金屬污染、農作物含量超標的重要原因[10-11]. Guo等人[12]研究發現血液中銅和硒的含量與代謝綜合征成明顯正相關；Wang等人[13]通過對成都市食物研究發現膳食暴露是主要的金屬暴露途徑，成都市居民尤其是兒童面臨著致癌和非致癌風險. Forte等人[14]發現吸煙暴露可導致血汞、血鉛濃度升高，進食受污染的食物會導致尿Cd濃度升高，職業暴露可導致血液鉛含量升高. 國家預防醫學科學院環境衛生監測歷時八年的數據表明我國超過一半的城區兒童血鉛超標，其中八成左右集中在工業區和車流量大的地區，28個城市兒童的血鉛調查結果顯示51.6%的兒童鉛中毒[15]. Zeng等人[16]發現兒童血液中鉛>5 μg/L與哮喘顯著相關，且血鉛和血錳的含量越高，哮喘和喘息的發生率也相應增高；而且血鉛的含量同電子垃圾接觸、戶外活動呈正相關，同體重呈負相關. He等人[17]認為高濃度的血鉛與環境中鉛污染和多種暴露途徑相關.目前重金屬鉛污染來源解析有主成分分析法、鉛同位素比等方法，而鉛同位素比具有穩定可靠的優點，因此廣泛用于其污染來源解析.

尿鉛是從血細胞中釋放然后經腎臟過濾后的液體，可以作為鉛暴露水平的潛在評價指標[18]. 但Barbosa等人[19]認為血鉛相比于發鉛、唾液鉛、尿鉛和糞鉛是評價人體鉛暴露情況最可靠的指標；Cao等人[20]對上海市兒童血鉛和尿鉛的研究表明，尿鉛不能作為血鉛的評價指標，但血鉛與尿鉛呈現出相同的鉛來源，可以用于分析人體鉛來源；He等人[17]研究表明中國自2000年7月禁止使用含鉛汽油后，兒童血鉛含量有了明顯的下降，但仍高于發達國家，兒童鉛中毒預防和控制仍然是中國的一項長期任務.

綜上所述，關于成都市非職業暴露人群人體血、尿液中重金屬的相關數據報道較少，本研究目的為：1)對人體血、尿液內As、Co、Sr、Cd等14種重金屬元素進行測定；2)對人體血、尿液中鉛同位素的豐度進行測定；3)結合統計學方法和現有數據推測成都市人體重金屬的可能來源.

2 材料與方法

2.1 樣品采集

在成都市市區和周邊農村地區隨機征召非職業暴露志愿者，最終分別選取60名市區和農村地區志愿者采集血液和尿液樣品，并現場簽訂樣品采集及使用同意書. 采樣前一天要求志愿者第二天早晨空腹來醫院采集第一次晨尿樣品. 其中，血液樣品由護士采集，每位志愿者采集4 mL靜脈全血；尿液樣品由志愿者現場領取采樣瓶后立即收集，要求不低于20 mL. 由于一部分志愿者臨時放棄或采集的量不足，因此，最終采集到城市血液樣品55份(男27份，女28份)，城市尿液樣品42份(男20份，女19份)，農村地區血液樣品43份(男17份，女26份).樣品采集后冷藏運回實驗室，并在1周內完成處理.

2.2 儀器和材料

儀器：美國Perkin-Elmer Sciex公司ICP-MS(NEXION300)、高速離心機(TG16-W)、電加熱板(ECH-Ⅱ).

材料：鉛同位素豐度比標準參考物,SRM981、微量金屬(PE, USA)、銠(Charleston, SC, USA)、硝酸(UPS級)、過氧化氫(UPS級).

2.3 樣品前處理

尿液：2 mL尿液，加入2 mL 1% HNO3，振蕩搖勻，靜置30 min后用離心機1 5000 r/min高速離心10 min，隨后取上清液于PP管待測.

血液：1 mL血液，依次加入2 mL HNO3和1 mL H2O2，振蕩搖勻，靜置30 min后放置在加熱板上120 ℃加熱10 min，自然冷卻至室溫后，用超純水定容至5 mL振蕩搖勻, 1 5000 r/min高速離心10 min，隨后取上清液于PP管待測.

2.4 測定分析

血、尿液中重金屬濃度使用ICP-MS進行儀器分析，其中As、Co、Cr、Cu、Ni、Se、V、Zn利用碰撞模式檢測，Sr、Cd、Sn、Sb、Tl、Pb利用標準模式檢測；儀器設置如下：射頻功率1 200 W，等離子氣體(氬氣)流速15 L/min，霧化器氣體流速0.94 L/min，檢測器模擬級電壓-1 900 V，檢測器脈沖級電壓950 V，掃描模式為跳峰，峰通道數為1，停留時間50 ms，積分時間1 000 ms，讀數重復次數為3次.

鉛同位素豐度由ICP-MS測定，儀器設置如下：射頻功率1 200 W, 等離子氣體(氬氣)流速15 L/min，霧化器氣體流速0.94 L/min，檢測器模擬級電壓-1 900 V，檢測器脈沖級電壓950 V，掃描模式為跳峰，峰通道數為1，每個峰停留時間1 ms，積分時間10 000 ms，讀數重復次數為10次.

2.5 質量控制

在血、尿重金屬濃度研究中，每20個樣品做1個過程空白(1% HNO3)，過程空白與樣品同步進行保證實驗過程中方法的準確性. 在分析過程中，采用內標法定量所有元素，內標為銠(Rh)，濃度為40 μg/L. 在測樣時，每測20個樣品后，測1個試劑空白和1個20 μg/L的標準物質. 儀器的精密度和準確度表達為回收率和相對標準偏差(表1). 在過程空白和試劑空白中都檢測出了重金屬，但是其含量都低于最低樣品檢出濃度的0.01%，因此，空白中的含量可以忽略不計. 研究結果沒有進行過空白含量的糾正.

在血、尿鉛同位素比研究中，采用鉛同位素標準物質(SRM981)對整個測定過程進行質量控制. 每10個樣品測定一組25 μg/L的鉛同位素標準樣品，并將其測量結果以204Pb/206Pb、207Pb/206Pb、208Pb/206Pb表示，測定結果均在標準范圍內.

表1 質控標準物質測定(n=9)

3 結果與討論

3.1 成都市成人血液、尿液中重金屬含量

成都市成人血、尿液重金屬濃度見表2，用膽固醇、尿肌酐校正后的濃度見表3. 城市成人血液中重金屬幾何平均濃度(GM)為0.01～3129.06 μg/g膽固醇，各金屬GM順序為Zn>Cu>Se>Sr>Pb>Cr>Ni>As>Sb>V>Cd>Co>Sn>Tl，城市成人尿液中重金屬GM為n.d.～275.26 μg/g肌酐.由表3可知，城市成人尿液中Cd、Sn、Sr、Tl、As、Co、Se的GM高于血液，而Pb、Sb、Cr、Cu、Ni、V、Zn 則相反; 血液和尿液中Cd、Pb、Tl和As呈現顯著的正相關(P<0.05)，而血Sb與尿Sb呈顯著負相關(P<0.05), Sn、Sr、Co、Cu、Ni、Se、Zn在血液和尿液中的分布并不存在相關性(P>0.05). 農村成人血液重金屬GM為0.02～3 353.58 μg/g膽固醇，各金屬GM順序為Zn>Cu>Se>Sr>Pb>Ni>Cr>As>Cd>Sb>Co>V>Sn>Tl. 農村成人血液中的Cd、Pb、Sr、Tl、Co、Cu、Ni、V、Zn的平均濃度高于城市，而As、Sb、Sn、Cr、Se則相反. 城市和農村成人血液中Cd、Pb、Sr、Tl、Co、Cu、Ni、V、Zn的濃度有顯著差異(P< 0.05). 在性別方面，城市成人血液中Sn、Co、Cu濃度存在顯著性差異，城市成人尿液中Co、Zn的濃度存在顯著性差異，農村成人血液中Cd、Sr的濃度存在顯著性差異. 2007年人類生物監測委員會第二次公布的成人尿鎘濃度為4 μg/L，第一次公布的尿鉈濃度為5 μg/L[21]. 成都市成人尿液中這兩種重金屬濃度略低于以上相應數值. 成都市成人血鎘濃度與曼蘇拉市(2.07 μg/L)相比偏低，而略高于德國(0.99 μg/L)、比利時(0.69 μg/L)[22]. 2014年Li等人[23]報道珠江三角洲人體血液重金屬中血鉻為92.82 μg/L，血砷為0.55 μg/L，血鎘為2.45 μg/L，血銻為1.92 μg/L，血鉛為158.84 μg/L, 除了砷和鎘以外，其他元素濃度均高于成都. 本研究中成都市成人血鉛濃度(9 μg/L)低于韓國(19.1 μg/L)、德國(30.7 μg/L)和美國(17.5 μg/L)，并且顯著低于人類生物監測委員會第一次公布的150 μg/L[24].

成都市工業集中且加工水平普遍不高[25]，工業污染物大量排放到城市周邊的土壤及地下水，這可以在一定程度上解釋成都市農村地區成人血液中某些重金屬濃度高于城市地區. 另外，高志友等人[15]將成都市鉛污染物的來源分為燃油鉛和燃煤鉛，城市主要以燃油為主，農村以燃煤為主，這在一定程度上解釋了城市和農村污染出現差異的原因.

表2 成都市成人血、尿液重金屬濃度(μg/L)

“n.d.”表示未檢出

表3 膽固醇和尿肌酐校準后成都市成人血、尿液重金屬濃度(μg/g)

Tab.3 Heavy metal concentrations in adult blood and urine of Chengdu adults after calibration of cholesterol and urinary creatinine (μg/g)

ContentvalueCdPbSbSnSrTlAsCoCrCuNiSeVZn城市成人血液25%0.147.400.67n.d.11.05n.d.1.250.083.48409.411.58141.790.182 652.47median0.209.090.87n.d.13.43n.d.1.510.105.11471.322.56156.130.253 207.2075%0.3111.121.000.0117.360.012.010.148.10528.923.67180.600.323 684.75Geomean0.239.000.850.1914.250.011.620.115.43469.202.57155.950.243 129.06城市成人尿液25%0.551.540.14n.d.95.770.3917.370.09n.d.3.28n.d.148.20n.d.192.04median1.172.140.24n.d.135.370.5328.530.13n.d.5.330.29216.00n.d.290.6975%1.792.960.36n.d.204.900.7348.970.18n.d.7.011.76349.28n.d.412.25Geomean1.032.180.250.3887.210.5527.650.14n.d.4.421.11221.27n.d.275.26農村成人血液25%0.578.050.53n.d.11.90n.d.2.070.192.25610.033.1596.600.162 523.16median0.9913.660.70n.d.15.730.012.640.413.402 042.3412.09122.130.253 399.4375%1.6915.970.940.1321.570.033.450.594.314 090.5723.37139.260.354 517.19Geomean0.9912.210.690.1816.540.021.280.343.371 678.2510.04116.320.253 353.58

“n.d.”表示未檢出

3.2 成都市成人血液重金屬污染來源分析

3.2.1 城市成人血液重金屬污染來源分析 旋轉后因子載荷矩陣見表4. 因子1主要是由Cd、Pb、As、Se、Zn組成. 煤炭是Pb、Cd、Cr、As的重要來源[26], 燃煤產生的顆粒物可通過呼吸等途徑進入人體[27]. 另外我們前期研究成都市食品重金屬污染時發現Zn、Cu、As、Cd、Pb也是主要污染物[13]，因此我們認為膳食暴露是人體重金屬的主要來源. 因子2主要是由Sr、Cu、V組成. Cu、V、Sr組成的材料廣泛用于催化、儲能、傳感器等領域[28-29], 在日常生活中通過人體接觸或制造過程中產生的碎屑經呼吸道進入人體，因此生活中電子產品的使用過程可能是血液重金屬的來源之一. 因子3主要由Sn、Sb組成. Sn、Sb應用于合金制造業[30]，生活中合金使用過程產生的碎屑可能是血液中Sn和Sb的主要來源. 因子4主要是Co. Co、Cr和Pb與交通活動有關，Co和Cr也是汽車零部件生產所用的不銹鋼和合金鋼必不可少的添加物質[31], 因此，交通運輸也是人體血液重金屬的重要來源之一.

表4 因子載荷矩陣

3.2.2 農村成人血液重金屬污染來源分析 由表5可知，因子1為Zn、Cu、Co的組合. 同城市人群一致，結合前期研究[13]，我們認為食物可能是農村人體血液重金屬的來源之一. 因子2為Sn、Sb、Tl的組合. 張紅英等[32]曾報道以廣東云浮黃鐵礦為原料的硫酸廠幾乎遍布全國，云浮黃鐵礦年產量300萬噸，每年進入環境中的Tl達15噸，并且在其他的礦業生產中也產生了大量的Sn、Sb，同時Sn、Sb應用在合金制造業[30]，因此礦山的開采活動以及合金的使用是血液重金屬Sn、Sb、Tl的來源之一. 因子3為As、Se、Pb的組合. Pb被用于珠寶、油漆、餐盒、電池的制作，As主要來源于化肥、農藥以及黃鐵礦和砷黃鐵礦[33]，通過農作物吸收，最終進入人體[16]. 而因子4是Cr、Sr、V的組合. 大米中Cr含量較高，深色蔬菜中Mn、Sb和Sr含量[34]，Sr和V同時也被廣泛用于催化、儲能等領域[33-34]，因此我們認為飲食和儲能材料的生產使用是血液中重金屬的可能來源之一. 因子5是Cd. 而Cd是生產鎳鉻電池的主要物質、也是殺蟲劑、除草劑和殺菌劑的添加劑，當其產品在日常生活中被使用或被丟棄時就可以通過攝入、直接接觸等方式進入人體[35]，因此，農業生產也是血液重金屬的重要來源之一.

表5 因子載荷矩陣

3.3 成都市成人居民血液和尿液中鉛同位素豐度比

血液被認為是評價環境毒理學生物監測最具代表性的方法，而鉛同位素被廣泛用于鉛污染來源解析的研究. 鉛有四種穩定的同位素, 其中204Pb在古老的礦石和隕石中含量較高，但在現代環境中含量低并且很穩定，所以大多數研究者并不將其當作一種放射性元素，而是作為一種基準去判斷其他三種同位素的增長情況[4]. 本研究中城市、農村血、尿液鉛同位素豐度比值列于表6. 整體而言，四種同位素以208Pb為主、206Pb207Pb次之，204Pb占比最低. 由于目前研究成都市居民鉛同位素比的報道較少，所以無法進行進一步分析，但現有數據可以為今后人體血液、尿液中鉛污染來源解析奠定一定的基礎.

表6 成都市成人血、尿液鉛同位素比值

4 結 論

14種重金屬元素在城市成人血液、尿液以及農村成人血液中的含量檢測結果顯示：

1) 人體中的重金屬元素并不是獨立存在，相互之間存在著復雜的相關關系，其中城市成人尿液中的Cd、Sn、Sr、Tl、As、Co、Se的幾何平均濃度高于血液，而Pb、Sb、Cr、Cu、Ni、V、Zn出現了相反的現象；

2) 城市、農村成人血液中Cd、Pb、Sr、Tl、Co、Cu、Ni、V、Zn的濃度有顯著差異(P<0.05)，城市成人血液、尿液，農村成人血液中大部分元素在性別方面不存在顯著性差異(P>0.05)；

3) 盡管主成分的結果顯示膳食是城市、農村血液重金屬的重要來源，但是城市的來源還有燃煤燃燒、合金制造和交通活動，農村的來源還存在礦石開采，農藥、化肥、油漆等的使用；另外，我們也對成都市人體鉛同位素進行了報道，整體而言，四種同位素以208Pb為主、206Pb、207Pb次之，204Pb占比最低.