湖北省十堰市城區(qū)學(xué)齡前兒童尿金屬水平與肥胖的關(guān)系

朱美琴，紀(jì)宏先，余麗麗，劉艷麗，李冬，高祖雄，楊麗婷，周尚成，李曉雯，丁洪成，王靜，

1.湖北醫(yī)藥學(xué)院 a.公共衛(wèi)生與健康學(xué)院 b.南水北調(diào)水源區(qū)環(huán)境與健康研究中心，湖北 十堰 442000

2.十堰市婦幼保健院兒童保健科，湖北 十堰 442000

3.湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，湖北 十堰 442000

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，越來越多的金屬通過污染的土壤、空氣、水、食物等途徑進(jìn)入人體［1］。中國兒童金屬暴露水平較高：6～12 歲兒童尿砷幾何均數(shù)（geometric mean，GM）為11.4（10.7～12.1）μg·L-1［2］，超過美國成年人暴露水平［3］。金屬具有內(nèi)分泌干擾作用［4］，可以通過改變內(nèi)源性激素的產(chǎn)生、釋放、運輸、代謝、結(jié)合，來擾亂內(nèi)分泌系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)境平衡，影響正常的生長和發(fā)育，增加代謝性疾病的患病風(fēng)險［5-6］。兒童處于生長發(fā)育的關(guān)鍵時期，是金屬污染的敏感人群［7］。

在過去的幾十年間兒童肥胖率快速增長［8］，除傳統(tǒng)的飲食、運動等因素外，環(huán)境因素也會影響肥胖的發(fā)生［9-10］。研究發(fā)現(xiàn)金屬暴露與成人肥胖有關(guān)［11］，但有關(guān)學(xué)齡前兒童金屬暴露與肥胖相關(guān)的研究較少。Shao 等［12］發(fā)現(xiàn)尿鋇與6～19 歲人群肥胖呈正相關(guān)，而尿鎘、鉛、鈷則與之呈負(fù)相關(guān)。既往研究多基于鉛、砷、鎘等常見金屬的單金屬暴露［12-14］，缺乏對其他金屬及多金屬暴露的分析。因此本研究基于湖北省十堰市（中國南水北調(diào)水源地）學(xué)齡前城區(qū)兒童開展橫斷面研究，分別從單金屬及多金屬暴露的角度評估學(xué)齡前兒童23種尿金屬水平與肥胖的關(guān)系。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取湖北省十堰市城區(qū)2019年3—6月參加婦幼保健院體檢的7所幼兒園進(jìn)行調(diào)查，共有1 595名2～6歲兒童，參與問卷調(diào)查的有1 492 人，排除身高、體重、尿樣缺失及問卷信息不全者最終納入1 471 名兒童。本研究經(jīng)過湖北醫(yī)藥學(xué)院倫理審查委員會的批準(zhǔn)（編號：2019-TH-80），兒童的監(jiān)護(hù)人均簽署知情同意書。

1.2 調(diào)查方法

采用自編流行病學(xué)問卷調(diào)查兒童及家庭成員的社會人口學(xué)特征和生活方式，包括兒童的性別、年齡、出生體重、母親生產(chǎn)方式、挑食情況（挑食：經(jīng)?；蚍浅Ｌ籼奘澄铮瑢τ械氖澄锊桓信d趣，吃得少或不吃）、是否吃蔬菜和肉（過去1 周內(nèi)是否食用過該食物）、運動、睡眠等；父母的身高、體重、文化水平、吸煙情況（吸煙：在過去6 個月每天至少吸1 根煙）、家庭收入等。調(diào)查員在調(diào)查前接受統(tǒng)一培訓(xùn)。由帶班老師將問卷分發(fā)給家長，調(diào)查員在家長群進(jìn)行講解后，由家長填寫。電話隨訪補充缺失信息。

1.3 尿金屬的檢測

家長用醫(yī)用尿杯收集兒童空腹晨尿置于5 mL 尿管交給調(diào)查員。尿液在2 h 內(nèi)運回實驗室分裝，-80℃保存，于2019年10月檢測。檢測前將尿液復(fù)溫，震蕩混勻后移取尿液200 μL到5 mL聚丙烯管中。加入40 μL的硝酸（Thermo Fisher，美國），在4℃下消化過夜。次日在室溫復(fù)溫30 min，加入3.76 mL 的稀釋液［2.5 mL正丁醇（默克，德國）+超純水稀釋至500 mL］定容至4 mL，混勻、離心（3 000 r·min-1，r=20 cm，10 min）。使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（Thermo Fisher，美國）檢測鈹、鉬、釩、銅、錳、銣、鋁、砷、鎘、鈾、鉈、鈦、鉻、鐵、鈷、鎳、鋅、硒、鍶、錫、銻、鋇、鎢、鉛24 種尿金屬。楊麗婷等［15］對尿金屬檢測的方法進(jìn)行了詳細(xì)描述。在質(zhì)控過程中本實驗使用了多元素儲備液和內(nèi)標(biāo)液（Inorganic Ventures，美國）、尿樣質(zhì)控（Sero，挪威）和水樣質(zhì)控1640a（Gaithersburg MD，美國）。質(zhì)控樣品在每測50 個尿樣后檢測一次。金屬加標(biāo)回收率為73.4%～144.6%。金屬檢出限在0.000 02～0.134 57 μg·L-1之間。尿鈹?shù)奈礄z出率大于50%，因此不納入分析，其他金屬未檢出率均小于2%。低于檢出限的檢測值，用檢出限除以2 代替。金屬濃度均使用尿肌酐校正，肌酐采用肌酐試劑盒檢測（南京建成生物，中國）。

1.4 肥胖的定義

兒童穿輕薄衣服、脫鞋，采用醫(yī)用電子秤（蘇宏，中國）測量身高、體重，各保留一位小數(shù)，計算體質(zhì)指數(shù)（body mass index，BMI），BMI=體重/身高2（kg·m-2）。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)齡前兒童BMI ≥同性別、同年齡第95百分位數(shù)（P95）為肥胖［16］。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

采用EpiData3.1建立數(shù)據(jù)庫，使用SPSS 22.0、R 4.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。連續(xù)性數(shù)據(jù)使用Kolmogorov-Smirnov進(jìn)行正態(tài)性檢驗，正態(tài)分布數(shù)據(jù)用±s表示，組間均值比較采用t檢驗。非正態(tài)分布數(shù)據(jù)用中位數(shù)及上下四分位數(shù)表示，采用非參數(shù)Mann-WhitneyU檢驗進(jìn)行組間比較。分類變量用頻數(shù)和構(gòu)成比表示，χ2檢驗進(jìn)行組間比較。尿肌酐校正后的金屬濃度呈偏態(tài)分布，進(jìn)行l(wèi)og 對數(shù)轉(zhuǎn)換。采用Spearman 相關(guān)系數(shù)，構(gòu)建金屬間的相關(guān)性熱圖。采用二元logistic 回歸分析單金屬暴露與肥胖的關(guān)系，并校正性別、年齡、出生體重等因素。采用LASSO 回歸，用10 倍交叉驗證法，基于λ的最小均方誤差［17］篩選與肥胖相關(guān)的變量，共同納入logistic 回歸。雙側(cè)檢驗，檢驗水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 研究人群的基本特征

本研究最終納入1 471 名兒童，平均年齡為（4.4±1.0）歲，男童占55.6%。學(xué)齡前兒童總肥胖率為11.82%，其中男童為14.67%、女童為8.27%。不同性別、年齡、母親生產(chǎn)方式、挑食情況的兒童之間肥胖率差異有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05）。與非肥胖兒童相比，肥胖兒童出生體重更重，父母的BMI 更大，吃飯和睡覺時長更短（均P＜0.05）。見表1。

表1 研究對象基本特征Table 1 Baseline characteristics of study participants

表1續(xù)

2.2 尿金屬水平

表2為學(xué)齡前兒童23 種尿金屬校正前后的濃度。經(jīng)校正肌酐后，幾何均數(shù)最大和最小的金屬為銣和鈾，分別為4 580.35、0.05 μg·g-1。

表2 研究對象的校正前后尿金屬濃度Table 2 Crude and creatinine-adjusted urinary metal concentrations in study participants

2.3 尿金屬濃度間的相關(guān)性

圖1顯示，經(jīng)肌酐校正和log 對數(shù)轉(zhuǎn)換后的大多數(shù)金屬濃度間呈正相關(guān)，鋁、釩、錳、鐵、鉻、銅、銣、鉈、鎘、鉬、鈦、鍶、鉛間相關(guān)系數(shù)較大，在0.61～0.93之間（均P＜0.05）。

圖1 尿金屬濃度間的相關(guān)性Figure 1 Correlation between urinary metal concentrations

2.4 學(xué)齡前兒童單金屬暴露與肥胖風(fēng)險的關(guān)系

將尿金屬濃度按照四分位數(shù)分為Q1～Q4 組。logistic 回歸分析結(jié)果顯示，校正性別、年齡、出生體重等因素后，釩、銅、錳、鈾Q3 組兒童的肥胖患病風(fēng)險分別是Q1 組的52%、56%、55%、75%，鉬、釩、銣、鋁、鎘、砷、鈾、鉈Q4組兒童的肥胖患病風(fēng)險分別是Q1 組的54%、56%、59%、52%、50%、39%、73%、55%。除銅、錳外，上述金屬與兒童肥胖患病風(fēng)險均具有線性趨勢（均P趨勢＜0.05）。見表3。

表3 學(xué)齡前兒童尿單金屬暴露與肥胖關(guān)系的logistic回歸分析Table 3 Logistic regression analysis of the relationship between urinary monometallic exposure and obesity in preschool children

續(xù)表3

2.5 學(xué)齡前兒童多金屬暴露與肥胖風(fēng)險的關(guān)系

在λ的最小均方誤差處，往右選擇了尿釩、鋁、鎘、砷、鈾、鈦這6個金屬及兒童年齡、性別、出生體重、是否吃肉、是否挑食、吃飯時長、睡覺時長、父母BMI、母親的生產(chǎn)方式、父親的教育程度、家庭收入這12個與肥胖相關(guān)的變量，見補充材料圖S1。

將LASSO 回歸篩選的6 個金屬同時納入logistic回歸模型，并校正其他12 個因素。結(jié)果顯示，砷Q4 組對應(yīng)的肥胖患病風(fēng)險是Q1 組的50%（95%CI：0.28～0.87），并仍存在線性趨勢（P趨勢=0.046）；鈾Q3 組對應(yīng)的肥胖患病風(fēng)險是Q1 組的53%（95%CI：0.31～0.91），但無線性趨勢（P趨勢=0.131）；其他金屬與肥胖患病風(fēng)險無統(tǒng)計學(xué)意義（P趨勢＞0.05）。見表4。

表4 學(xué)齡前兒童尿多金屬暴露與肥胖關(guān)系的logistic回歸分析Table 4 Logistic regression analysis on the relationship between urinary polymetallic exposure and obesity in preschool children

3 討論

本研究中學(xué)齡前兒童的肥胖率為11.82%，接近于王付曼等［18］調(diào)查的中國7 個城市的學(xué)齡前兒童12.4%的肥胖率，但高于楊可欣等［19］關(guān)于北京市學(xué)齡前兒童超重肥胖現(xiàn)狀調(diào)查的結(jié)果（8.21%）。

兒童肥胖可能與環(huán)境因素有關(guān)［10］，本研究在單金屬模型中發(fā)現(xiàn)多個尿金屬與兒童肥胖呈負(fù)相關(guān)，但目前有關(guān)金屬暴露與兒童肥胖關(guān)系的研究較少，且結(jié)果存在較大差異。Vrijheid 等［20］發(fā)現(xiàn)血清鉬與BMI-Z 評分呈負(fù)相關(guān)，而本研究則發(fā)現(xiàn)尿鉬與兒童肥胖呈負(fù)相關(guān)，這與墨西哥一項出生隊列研究發(fā)現(xiàn)的低尿鉬與高BMI-Z 評分的結(jié)果一致［21］。鉬作為人體必需的微量元素，對人體碳水化合物及脂肪的代謝具有重要作用。本研究和Tascilar 等［22］均發(fā)現(xiàn)肥胖兒童的尿釩水平低于非肥胖兒童，Tinkov 等［23］的研究發(fā)現(xiàn)血清釩與BMI呈負(fù)相關(guān)，前瞻性隊列研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)前釩暴露會增加低出生體重兒的風(fēng)險［24］。這些研究提示釩可能與BMI呈負(fù)相關(guān)。釩具有模擬胰島素，對抗胰島素抵抗，調(diào)節(jié)脂肪組織的內(nèi)分泌功能及降低食欲生成信號的作用［25-27］。Vrijheid 等［20］和Yang 等［28］發(fā)現(xiàn)兒童和成人的血清銅與BMI 呈正相關(guān)。Fan 等［29］發(fā)現(xiàn)高血錳與兒童青少年肥胖呈正相關(guān)。但本研究觀察到兒童尿銅、錳與兒童肥胖呈負(fù)相關(guān)。這種差異可能是由生物標(biāo)記物的不同導(dǎo)致。銣?zhǔn)菬o毒微量元素，目前還沒有其他有關(guān)銣與肥胖相關(guān)性的研究，未來需要進(jìn)一步驗證。

鋁、鎘、砷、鈾為非必需微量元素。本研究觀察到尿鋁與學(xué)齡前兒童肥胖呈負(fù)相關(guān)。既往兒童鋁暴露與肥胖關(guān)聯(lián)的研究很少。Tinkov 等［30］發(fā)現(xiàn)肥胖成人尿鋁水平比非肥胖成人更高。不同種族、不同年齡段人群對鋁暴露的劑量及吸收率存在差異。Tietz 等［31］發(fā)現(xiàn)與其他年齡段相比，3～6 歲兒童對食物中鋁吸收量最高。本研究中的兒童尿鋁質(zhì)量濃度為27.16 μg·L-1，Tinkov等［30］研究發(fā)現(xiàn)成人中尿鋁質(zhì)量濃度為19 μg·L-1，但兒童尿鋁濃度是否高于成人需要進(jìn)一步研究。本研究有關(guān)兒童鎘暴露與肥胖關(guān)系的結(jié)果與美國兒童青少年的橫斷面研究結(jié)果一致［12］。這一結(jié)果也在兩項有關(guān)兒童鎘暴露的隊列中得到了驗證［14，32］。鎘具有模擬激素和干擾內(nèi)分泌的功能［33］，可以模擬雄激素和雌激素的作用，激活雌激素受體，影響垂體分泌激素和孕激素的產(chǎn)生，進(jìn)而增加脂肪動員和脂肪分解［34-35］。Su 等［13］在中國臺灣青少年中發(fā)現(xiàn)尿砷與BMI 呈負(fù)相關(guān)，本研究發(fā)現(xiàn)了類似結(jié)果，這可能與砷具有提高血清瘦素的水平，抑制脂肪細(xì)胞的合成有關(guān)［36］。砷在體內(nèi)可以代謝為甲基化砷，本研究直接檢測了總尿砷，因此需要在未來進(jìn)一步檢測、評估不同類型的體內(nèi)砷代謝標(biāo)志物與兒童肥胖風(fēng)險的關(guān)系。Goodson等［37］檢測了兒童唾液中N1-甲基-2-吡啶-5-羧酰胺（鈾吸收的生物標(biāo)記物），認(rèn)為鈾暴露可以增加科威特兒童肥胖患病風(fēng)險，而本研究觀察到尿鈾與兒童肥胖呈負(fù)相關(guān)。這可能是導(dǎo)致研究結(jié)果存在差異的原因。

鉈是一種具有潛在毒性的金屬，既往鉈暴露與兒童肥胖關(guān)聯(lián)的研究較少。本研究發(fā)現(xiàn)鉈與兒童肥胖呈負(fù)相關(guān)，關(guān)聯(lián)的性質(zhì)和機制還需要更多的人群研究及細(xì)胞動物實驗來驗證。

在多金屬暴露中，只有尿砷和尿鈾與兒童肥胖呈負(fù)相關(guān)。不同金屬同時作用于人體時會產(chǎn)生聯(lián)合、協(xié)同或抑制作用［11，38］，砷和鈾可能是肥胖的重要影響因素，但具體作用機制需要體內(nèi)、體外研究來進(jìn)一步探索。

本研究首次對中國南水北調(diào)水源地的兒童尿金屬暴露水平與肥胖的關(guān)系進(jìn)行了探索，采用LASSO 回歸進(jìn)行多金屬模型變量的篩選，較好地控制了金屬之間的相關(guān)性。本研究不足之處在于：1）只采用了尿金屬作為金屬內(nèi)暴露的標(biāo)志物，未檢測兒童外暴露水平；2）用BMI 定義兒童肥胖，缺少其他反映肥胖的人體測量學(xué)指標(biāo)及生化指標(biāo)；3）本研究為橫斷面設(shè)計，無法確定金屬暴露與肥胖間的因果關(guān)系。

綜上，湖北省十堰市學(xué)齡前兒童部分尿金屬水平與兒童的肥胖呈負(fù)相關(guān)，其中砷和鈾可能是肥胖的重要影響因素。