基于NHANES數(shù)據(jù)庫的血液氯仿與糖尿病及相關(guān)糖脂代謝指標的關(guān)聯(lián)性研究

李嘉怡, 劉學奎, 耿厚法,, 梁軍,

(1. 蚌埠醫(yī)學院研究生院, 安徽 蚌埠 233000; 2. 徐州市中心醫(yī)院內(nèi)分泌科, 江蘇 徐州 221000)

糖尿病已成為全世界關(guān)注的公共衛(wèi)生問題,造成了巨大的社會經(jīng)濟負擔和健康挑戰(zhàn)[1]。據(jù)統(tǒng)計,2021年全球20～79歲人群的糖尿病患病率約為10.5%(5.366億人),預(yù)計2045年可上升到12.2%(7.832億人)[2]。2015年2型糖尿病被評為第六大致殘原因[3],與非糖尿病患者相比,糖尿病患者全因死亡的風險增加了15%[4]。糖尿病是一種病因復(fù)雜的代謝性疾病,由生物、生活方式和環(huán)境風險因素等共同作用引起[5-6]。除遺傳、肥胖、生活方式改變等經(jīng)典致病因素外,環(huán)境因素與糖尿病的關(guān)系目前受到廣泛關(guān)注。近幾年,美國以及歐洲國家提出消毒劑可能會對機體造成危害,但是目前沒有確切的關(guān)于水中消毒劑可以引起糖尿病的報道。

水消毒是20世紀最重要的公共衛(wèi)生進步之一,消毒的目的是通過減少人類與致病病原體的接觸來保護人類健康[7]。消毒劑在美國的引入使霍亂發(fā)病率降低了90%,傷寒降低了80%,阿米巴痢疾降低了50%[8]。然而,消毒劑的代謝副產(chǎn)物(如三鹵甲烷和其他)對機體具有毒副作用。毒理學研究表明,過度接觸三鹵甲烷會損害腎臟、膀胱、腸道和生殖系統(tǒng),導(dǎo)致膀胱癌、腎癌、先天性缺陷等疾病[9-11]。

三鹵甲烷包括氯仿、溴化三鹵甲烷和其他化合物,其中氯仿是三鹵甲烷最常見的類型,約占三鹵甲烷總量的70%。動物研究表明,氯仿在體內(nèi)可能被CYP2C11、CYP2E1和CYP2B1/2和P450s等誘導(dǎo)劑催化,然后代謝為三氯甲醇,再自發(fā)分解為親電性光氣[12-14]。光氣的產(chǎn)生可導(dǎo)致谷胱甘肽的耗竭,造成細胞結(jié)構(gòu)的破壞,并進一步導(dǎo)致大量組織壞死和疾病的發(fā)生[15-16]。研究表明,血液中的氯仿濃度對低水平的接觸很敏感[17]。因此,血液水平指標可以作為氯仿暴露的一種衡量標準。

本研究根據(jù)2017～2018年美國國家健康和營養(yǎng)調(diào)查(National Health and Nutrition Examination Survey,NHANES)數(shù)據(jù)庫中氯仿的血漿濃度,探討了氯仿與糖尿病患病風險之間的關(guān)聯(lián)。

1 對象和方法

1.1 參與者

2017～2018年的NHANES數(shù)據(jù)從美國疾病控制和預(yù)防中心網(wǎng)站(https://wwwn.cdc.gov/nchs/nhanes/continuousnhanes/default.aspx?BeginYear=2017)下載。NHANES的調(diào)查由疾控中心下屬的國家衛(wèi)生統(tǒng)計中心、健康和營養(yǎng)檢查調(diào)查部進行。每年約有5 000名各年齡段的人在家中接受采訪,完成調(diào)查的健康訪談部分。健康檢查在一個移動檢查中心進行[11],這為在標準化的環(huán)境中收集高質(zhì)量的數(shù)據(jù)提供了一個理想的環(huán)境。NHANES的目標人群是美國非住院的平民居民人口。2017～2018年間,來自30個不同調(diào)查地點的16 211人參加了NHANES,其中9 254人完成了訪談,8 704人接受了檢查。本研究選擇擁有完整的糖尿病調(diào)查信息、氯仿水平和血糖指數(shù)數(shù)據(jù)的人群,共622人納入研究。

1.2 氯仿檢測方法及暴露評估

將收集到的外周血進行甲醇等化學品處理后,通過固相微萃取氣相色譜和質(zhì)譜法檢測氯仿的血液濃度。在2017～2018年NHANES數(shù)據(jù)庫中,選擇氯仿水平高于檢測限(0.006 μg/L)的參與者進行分析。使用三分位法將622名參與者根據(jù)其血液氯仿水平分為3組,T1組:氯仿<0.011 μg/L,T2組:0.011 μg/L≤氯仿<0.017 μg/L,T3組:氯仿≥0.017 μg/L。

1.3 結(jié)局測量

NHANES使用自編的調(diào)查問卷收集關(guān)于是否有糖尿病的信息。一個題為“(你/標準化患者)是否曾被醫(yī)生或健康專家告知(你/他)患有糖尿病”的調(diào)查問題被用來定義受訪者的糖尿病狀態(tài)。診斷糖尿病的標準是糖尿病癥狀加上隨機血糖≥11.1 mmol/L或空腹血糖≥7.0 mmol/L或口服葡萄糖耐量試驗(餐后2 h血糖≥11.1 mmol/L)。葡萄糖變量,如空腹血糖、空腹胰島素以及穩(wěn)態(tài)模型評估胰島素抵抗指數(shù)(homeostatic model assessment of insulin resistance,HOMA-IR)作為次要結(jié)果進行分析。HOMA-IR由空腹血糖和空腹胰島素估算,HOMA-IR=空腹血糖(mmol/L)×空腹胰島素(μU/mL)/22.5。

1.4 協(xié)變量

本研究協(xié)變量包括年齡、性別、種族、教育程度、婚姻狀況、體重指數(shù)、腰圍、臀圍、收縮壓、舒張壓、總膽固醇、三酰甘油、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)。

1.5 統(tǒng)計分析

應(yīng)用R4.1.3軟件進行數(shù)據(jù)分析。使用R軟件包“tidyverse”、“rms”、“Hmisc”和“mgcv”分析氯仿與糖尿病風險之間的關(guān)系。由于氯仿濃度呈偏態(tài)分布,數(shù)據(jù)進行了對數(shù)(Ln)轉(zhuǎn)換。采用兩獨立樣本t檢驗,χ2檢驗和Mann-WhitneyU檢驗評估糖尿病和非糖尿病兩組間臨床特征之間的差異,并使用限制性立方樣條曲線圖展示血液中氯仿濃度與糖尿病患病風險的關(guān)聯(lián)。采用偏相關(guān)分析調(diào)整性別、年齡、體重指數(shù)和其他代謝變量,探討氯仿與空腹血糖和HOMA-IR之間的相關(guān)性。亞組分析估計不同水平變量下氯仿與糖尿病風險之間的關(guān)聯(lián)。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 參與者的基線特征

將622名參與者按是否患有糖尿病分為糖尿病組和非糖尿病組,如表1所示,糖尿病患者的年齡、體重、體重指數(shù)、腰圍、臀圍、收縮壓等指標顯著高于非糖尿病人群,性別、種族、年收入、飲酒和舒張壓在兩組間差異無統(tǒng)計學意義。糖尿病患者血清中的氯仿濃度顯著高于非糖尿病人群,差異有統(tǒng)計學意義。

表1 2017—2018年NHANES數(shù)據(jù)庫納入人群的臨床特征

2.2 氯仿暴露增加糖尿病風險

根據(jù)血液中氯仿濃度對所有參與者進行三分位分組,Logistic回歸分析3組間糖尿病患病率的差異,結(jié)果如表2顯示,隨著氯仿濃度的增高,糖尿病的患病率顯著增加,該趨勢具有統(tǒng)計學意義。未校正其他協(xié)變量時,T3組人群發(fā)生糖尿病的風險相比于T1組增加約1.23倍,校正性別、年齡、種族、年收入、教育程度、婚姻狀態(tài)、體重指數(shù)、收縮壓、舒張壓、總膽固醇和三酰甘油等指標后,T3組人群發(fā)生糖尿病的風險相比T1組增加約1.17倍,趨勢P值均有統(tǒng)計學意義。

表2 氯仿濃度和糖尿病的關(guān)系

2.3 氯仿與糖尿病、空腹血糖和HOMA-IR風險的關(guān)系

使用限制性立方樣條分析評估氯仿與糖尿病風險之間的關(guān)系,結(jié)果見圖1。圖1A顯示,糖尿病的風險隨著氯仿水平的增加而提高(P=0.015);圖1B示,空腹血糖的增加也與氯仿水平有關(guān)(P<0.001),但不存在線性關(guān)系;圖1C顯示,HOMA-IR與氯仿水平也呈正相關(guān)(P=0.031),但氯仿與空腹胰島素無關(guān)(圖1D)。進一步做曲線擬合(圖2)和閾值效應(yīng)分析顯示,氯仿濃度與糖尿病發(fā)病風險之間的相關(guān)性呈“W”形態(tài),閾值分析顯示血清氯仿濃度在0.01 μg/L時,對糖尿病的發(fā)生風險存在差異。

圖2 氯仿與糖尿病發(fā)生風險的相關(guān)性

2.4 氯仿與空腹血糖、HOMA-IR的相關(guān)性

本研究還采用偏相關(guān)分析探討了空腹血糖、HOMA-IR和氯仿之間的關(guān)聯(lián)。結(jié)果顯示,調(diào)整性別、年齡、體重指數(shù)、收縮壓、舒張壓、LDL-C、三酰甘油、吸煙和飲酒狀況后,氯仿和空腹血糖之間存在正相關(guān)(P<0.001),氯仿與HOMA-IR呈正相關(guān)(P=0.011)。見圖3。這些結(jié)果表明,氯仿與空腹血糖和HOMA-IR都有獨立的相關(guān)性。

2.5 亞組分析

表3顯示了不同的亞組分析結(jié)果,在年齡<35歲人群、肥胖人群、拉美裔和其他種族人群、獨居狀態(tài)和年收入≥50 000美元的人群中,氯仿與糖尿病無明顯相關(guān)性,差異無統(tǒng)計學意義;在其余協(xié)變量的不同水平下,氯仿是糖尿病的風險因素。

表3 多因素Logistic回歸亞組分析血液氯仿濃度和糖尿病的發(fā)生風險

3 討論

通過對2017～2018年NHANES數(shù)據(jù)集中有氯仿濃度水平的622名參與者進行數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),糖尿病的發(fā)生風險隨氯仿濃度的增高而增加(T3組比T1組增加約1.23倍);使用限制性立方樣條分析結(jié)果顯示,氯仿與空腹血糖和HOMA-IR呈正相關(guān),且具有統(tǒng)計學意義;進一步使用偏相關(guān)分析也發(fā)現(xiàn)氯仿與空腹血糖和HOMA-IR之間存在正相關(guān),表明氯仿可以提高HOMA-IR,進而增加患糖尿病的風險。近年來,隨著消毒劑研究的增多,人們逐漸意識到消毒副產(chǎn)物可以引起腫瘤等相關(guān)疾病,因此美國環(huán)境保護局頒布消毒劑和消毒副產(chǎn)品的限制規(guī)則減少水中三鹵甲烷(氯仿和其他消毒副產(chǎn)物之和)的濃度(不高于80 μg/L)[18],以預(yù)防相關(guān)疾病的發(fā)生風險。

氯仿作為一種消毒劑,既存在于水中,也存在于大氣中。它不僅可以通過飲用水吸收還可以通過皮膚和吸入吸收,例如,在洗澡、游泳和做家務(wù)時吸收[19-20]。雖然之前已經(jīng)有很多關(guān)于氯仿的相關(guān)研究,但多是探討其與癌癥的關(guān)系,與糖尿病之間的關(guān)系還了解甚少。G?ngler等[21]研究者在荷蘭和挪威進行了一項研究,比較了糖尿病患者和非糖尿病患者尿液中的氯仿含量,發(fā)現(xiàn)兩組之間沒有明顯的差異;因此得出結(jié)論,氯仿與糖尿病的發(fā)病和流行沒有關(guān)系。本研究的結(jié)果與其不一致,可能是由于G?ngler等的研究人群生活在一個氯仿暴露量較低的環(huán)境中(自來水中的三鹵甲烷含量很低),而且沒有進行氯仿暴露量高的對照研究。Andra等[22]研究觀察到,與非糖尿病參與者相比,糖尿病參與者的尿液中溴化三鹵甲烷明顯增加,本研究結(jié)果與其一致。在一項動物研究中,在懷孕期間雌性Wistar大鼠的飲用水中加入75 μg/L的氯仿,其仔鼠在出生時血清葡萄糖濃度明顯升高,血清胰島素水平明顯降低[23]。其血清胰島素水平的降低可能是由于研究中使用了高濃度的氯仿,其濃度高于美國飲用水濃度(美國大型供水系統(tǒng)中三鹵甲烷的平均濃度為30.5 μg/L)[18],而仔鼠剛好長期暴露在這些超高濃度的水中。

盡管在流行病學和動物實驗中觀察到氯仿與糖尿病之間的關(guān)系,但確切的病理機制仍有爭議。研究指出,氯仿在體內(nèi)被代謝成三氯甲醇,而三氯甲醇又會產(chǎn)生光氣,導(dǎo)致谷胱甘肽耗竭隨后細胞結(jié)構(gòu)受損,繼而出現(xiàn)大量組織壞死[15-16]。一項關(guān)于Wistar孕鼠接觸氯仿的動物實驗發(fā)現(xiàn),子代的胰島素濃度降低,血糖水平升高,但在計算胰島β細胞面積時,氯仿似乎沒有明顯的作用[23]。雖然實驗結(jié)果顯示氯仿對胰島β細胞的面積沒有明顯影響,但不清楚氯仿是否影響胰島β細胞的分泌或胰島素抵抗,這需要進一步地研究氯仿是否能通過組織細胞壞死引起胰島素抵抗,進而導(dǎo)致空腹血糖增加;或者說,氯仿可能通過代謝反應(yīng)導(dǎo)致空腹血糖升高。在對其他消毒劑(二氯甲烷、溴化二氯甲烷和溴化三鹵甲烷)的研究中指出,人體暴露于特定的環(huán)境污染物,可能會干擾線粒體功能,減少β-氧化,并增加脂肪生成進而游離脂肪酸和三酰甘油增加,從而損害胰島素信號傳導(dǎo),這可能會促進胰島素抵抗并導(dǎo)致肝臟脂肪變性[24]。這是非酒精性脂肪肝的第一步,也被認為是發(fā)展成糖尿病的獨立風險因素[25]。這些情況還可能加速脂肪酸流動、脂質(zhì)功能障礙、糖代謝受損和胰島素抵抗,最終導(dǎo)致糖尿病[26]。但目前還缺乏關(guān)于氯仿誘導(dǎo)胰島素抵抗的動物研究。因此,需要進一步研究氯仿暴露導(dǎo)致糖尿病的機制。

本研究存在一定的局限性。首先,本研究是橫斷面研究,因此不能確認氯仿和糖尿病之間的因果關(guān)系;其次,本研究是基于對美國NHANES數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的分析,參與者都是美國人,需要進一步地研究不同種族和民族參與者來驗證。

綜上,本研究結(jié)果表明,血液中的氯仿濃度與空腹血糖和HOMA-IR有關(guān),氯仿濃度增加可導(dǎo)致糖尿病風險增加。因此,減少氯仿暴露可能有助于降低糖尿病的發(fā)病率。