育齡男性尿液金屬濃度與精液質(zhì)量的關(guān)聯(lián)性研究*

王旺成，孫忠揚(yáng)，施伊好，閆建橋，鄭 丹，王 琳△，劉夏銘

1華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所，武漢 430030 2華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院泌尿外科，武漢 430030

目前，精液質(zhì)量下降已是全球普遍的現(xiàn)象。環(huán)境污染被認(rèn)為是危害男性生殖健康的關(guān)鍵性因素。重金屬作為一類(lèi)典型的環(huán)境污染物，可通過(guò)多種途徑如工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)釋放到環(huán)境中，對(duì)男性生殖健康造成不同程度的危害[1]。環(huán)境中多種重金屬如鉛、鎘、鋇和鈾的暴露均會(huì)對(duì)男性精子產(chǎn)生不利影響[2]，目前研究多集中于常見(jiàn)有毒金屬元素(例如砷、鎘和鉛)[3]，對(duì)于某些非必需金屬暴露是否對(duì)男性生殖健康造成影響仍有待研究(例如鋁、銻、錫、鋇、鉈、鎢和鈾)或研究結(jié)果存在差異(例如鎳、鉬、鋅、鎘和鉛)[4]。

電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用儀(inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS)是檢測(cè)尿液中多種痕量金屬元素的理想儀器，可批量檢測(cè)出尿液中含量只有ng/L級(jí)別的多種金屬離子[5]，在多組分金屬元素快速檢測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

本研究通過(guò)開(kāi)展成年育齡男性尿液金屬濃度與精液質(zhì)量關(guān)聯(lián)性的橫斷面研究，探究23種金屬元素(鋁、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、砷、硒、銣、鍶、鉬、鎘、錫、銻、鋇、鎢、鉈、鉛、鈾)的環(huán)境暴露水平與精液質(zhì)量參數(shù)之間的關(guān)系，為男性生殖健康日常保健和臨床治療提供人群流行病學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 精液樣本的收集

以2017年10月～2018年2月在華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院泌尿外科男科門(mén)診就診的普通育齡男性為研究對(duì)象，排除未留取尿樣、精液樣本及有泌尿生殖系統(tǒng)相關(guān)疾病等情況者，最終394名男性被納入本研究。394名研究對(duì)象年齡在19至50歲之間，平均年齡為(31.2±4.8)歲，其中公司職員122人(31.0%)、工人66人(16.8%)、服務(wù)業(yè)人員56人(14.2%)。指導(dǎo)研究對(duì)象禁欲至少2 d、最多7 d后采集精液樣本。精液樣本的采集參照《世界衛(wèi)生組織人類(lèi)精液檢查與處理實(shí)驗(yàn)室手冊(cè)》(2010版)[6]：在獨(dú)立的房間里通過(guò)手淫采集樣本，精液收集于廣口的玻璃或者塑料容器內(nèi)，并確保容器對(duì)精子無(wú)毒性。容器保持在20℃～37℃環(huán)境中，以避免精子射入容器后，由于溫度變化較大對(duì)精子產(chǎn)生影響。取出的精液立即置于37℃恒溫細(xì)胞培養(yǎng)箱中。本研究獲醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 精液質(zhì)量參數(shù)檢測(cè)

經(jīng)手淫獲得的精液會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)形成凝膠，常溫下30 min內(nèi)液化即為正常，液化時(shí)間超過(guò)1 h則為液化不全。同時(shí)肉眼觀察精液的顏色，精液體積通過(guò)透明EP管刻度進(jìn)行測(cè)量。

通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助精子分析系統(tǒng)(武漢千屏技術(shù)有限公司)自動(dòng)測(cè)定精子質(zhì)量參數(shù)。將10 μL新鮮精液樣品滴入精子計(jì)數(shù)板上，并使用計(jì)算機(jī)輔助精液分析儀進(jìn)行評(píng)價(jià)。分析系統(tǒng)會(huì)將樣品溫度控制在37℃，在每個(gè)精子計(jì)數(shù)板中評(píng)估200個(gè)精子，之后通過(guò)分析系統(tǒng)處理，獲取多項(xiàng)精子質(zhì)量參數(shù)：精子密度、精子總活力(A+B+C級(jí)精子百分比)、精子前向運(yùn)動(dòng)活力(A+B級(jí)精子百分比)、精子正常形態(tài)率；精子總數(shù)為精液體積與精子密度的乘積。

采用伊紅-苯胺黑染色法檢測(cè)精子的存活率。將50 μL伊紅-苯胺黑溶液與吸取的50 μL精液在載玻片上充分混勻，靜置0.5 min，制成涂片，每張玻片最少計(jì)數(shù)200個(gè)精子，使用1000倍油鏡觀察精子頭部顏色，精子頭部呈紅色或褐色則界定為死精子，精子頭部呈淡粉色或白色則界定為活精子。根據(jù)計(jì)數(shù)結(jié)果計(jì)算精子存活率。

1.3 金屬元素檢測(cè)

收集研究對(duì)象隨機(jī)尿液樣本，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定尿中23種金屬含量，檢測(cè)結(jié)果經(jīng)尿肌酐校正。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

通過(guò)Epidata 3.0軟件建立數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用SPSS 23.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。運(yùn)用Spearman分析方法對(duì)尿中23種金屬含量與精液質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，對(duì)尿金屬濃度的四分位數(shù)分組與精液質(zhì)量參數(shù)之間進(jìn)行多重回歸分析及趨勢(shì)性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 精液質(zhì)量參數(shù)分布情況

394名男性研究對(duì)象的精液質(zhì)量參數(shù)分布詳見(jiàn)表1。

表1 研究人群精液質(zhì)量參數(shù)分布情況(n=394)Table 1 Semen quality parameters in the study population(n=394)

2.2 尿液金屬含量分布情況

對(duì)394名研究對(duì)象的尿液金屬含量檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，由于尿液中金屬濃度易受單日尿量影響，故一般將金屬含量通過(guò)尿肌酐校正的方法消除干擾。經(jīng)過(guò)肌酐校正后，394名研究對(duì)象尿液中的金屬含量的分布情況如表2所示。由于發(fā)現(xiàn)研究對(duì)象尿液的23種金屬中有近一半的金屬含量分布呈偏峰分布，故以中位數(shù)(上下四分位數(shù)間距)表示其分布情況。23種金屬中，以銣的尿液中位數(shù)濃度最高，其中位數(shù)(上下四分位數(shù)間距)為1039.39(775.90～1331.21)μg/g肌酐；其次是尿鋅，達(dá)到了333.52(242.40～534.69)μg/g肌酐；其他尿液中位數(shù)濃度高于10 μg/g肌酐的金屬按濃度從高到低依次為鈦161.70(102.08～243.46)μg/g肌酐、鍶91.44(58.30～129.06)μg/g肌酐、鉬37.32(27.13～57.42)μg/g肌酐、砷15.27(12.12～20.57)μg/g肌酐、硒11.50(9.50～13.73)μg/g肌酐。尿液中位數(shù)濃度最低的3種金屬由低到高依次是鈾0.0075(0.0048～0.0130)μg/g肌酐、銻0.0518(0.0388～0.0698)μg/g肌酐、鎢0.1526(0.0880～0.2883)μg/g肌酐。

表2 尿液中金屬含量分布情況(n=394，μg/g肌酐)Table 2 Distribution of urinary metal concentrations(n=394，μg/g creatinine)

2.3 尿金屬濃度與精液質(zhì)量參數(shù)的Spearman相關(guān)分析

對(duì)394名研究對(duì)象的尿金屬濃度和精液質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行Spearman相關(guān)分析，結(jié)果顯示尿液金屬濃度跟精液質(zhì)量參數(shù)整體上呈現(xiàn)弱負(fù)相關(guān)(表3)。尿釩、尿鉻濃度與精液體積均呈弱正相關(guān)；尿錳濃度與前向運(yùn)動(dòng)活力、精子總活力、精子存活率均呈弱負(fù)相關(guān)；尿銅濃度與精子正常形態(tài)率、精子總活力、精子存活率均呈弱負(fù)相關(guān)；尿鋅濃度與前向運(yùn)動(dòng)活力、精子總活力、精子存活率均呈弱負(fù)相關(guān)；尿砷濃度與精液體積呈弱正相關(guān)；尿銣濃度與精液體積呈弱正相關(guān)；尿銻與精子正常形態(tài)率呈弱負(fù)相關(guān)；尿鉈濃度與前向運(yùn)動(dòng)活力、精子總活力、精子存活率均呈弱負(fù)相關(guān)；尿鉛濃度與前向運(yùn)動(dòng)活力、精子總活力、精子存活率均呈弱負(fù)相關(guān)(均P<0.05)。

表3 尿液金屬濃度與精液質(zhì)量參數(shù)的Spearman相關(guān)分析(秩相關(guān)系數(shù)rs)Table 3 Spearman correlation analysis between urinary metal concentration and semen quality parameters(rank correlation coefficient rs)

2.4 尿金屬濃度與精液質(zhì)量參數(shù)之間的多重回歸分析

依據(jù)研究對(duì)象每種尿金屬濃度(經(jīng)自然對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換)的四分位數(shù)將所有對(duì)象分為4組(

尿銻濃度與精子正常形態(tài)率降低之間存在顯著的劑量-反應(yīng)關(guān)系(Ptrend<0.05)。與尿銻濃度第一分位數(shù)組相比，精子正常形態(tài)率(%)的自然對(duì)數(shù)在第四分位數(shù)組平均降低了0.093(95%CI：-0.150，-0.035)。

尿鉛濃度與前向運(yùn)動(dòng)活力、精子總活力、精子存活率的降低之間均存在顯著的劑量-反應(yīng)關(guān)系(均Ptrend<0.05)。與尿鉛濃度第一分位數(shù)組相比，前向運(yùn)動(dòng)活力(%)的平方根反正弦、精子總活力、精子存活率(%)的平方根反正弦分別在第四分位數(shù)組平均降低了0.073(95%CI：-0.127，-0.020)和7.060%(95%CI：-11.876%，-2.244%)、0.085(95%CI：-0.140，-0.030)。

尿鋅濃度與前向運(yùn)動(dòng)活力、精子總活力、精子存活率的降低之間均存在顯著的劑量-反應(yīng)關(guān)系(均Ptrend<0.05)。與尿鋅濃度第一分位數(shù)組相比，前向運(yùn)動(dòng)活力(%)的平方根反正弦、精子總活力、精子存活率(%)的平方根反正弦分別在第四分位數(shù)組平均降低了0.062(95%CI：-0.116，-0.008)和6.429%(95%CI：-11.262%，-1.590%)、0.069(95%CI：-0.124，-0.014)。

其他金屬雖與精液質(zhì)量參數(shù)無(wú)劑量-反應(yīng)關(guān)系(均Ptrend>0.05)，其不同濃度四分位數(shù)分組之間的差異仍具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)或建議性的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.10)。多重線性回歸分析結(jié)果顯示，尿液中鈦濃度第三分位數(shù)組與第一分位數(shù)組相比，其精子存活率(%)的平方根反正弦平均減少0.056(95%CI：-0.111，-0.002)(P<0.05)、精子總活力平均減少5.191%(95%CI：-9.985%，-0.397%)(P<0.05)。尿液中鐵濃度第三分位數(shù)組與第一分位數(shù)組相比，其精子存活率(%)的平方根反正弦平均降低0.071(95%CI：-0.125，-0.016)(P<0.05)。尿液中銅濃度第四分位數(shù)組與第一分位數(shù)組相比，其精子正常形態(tài)率(%)的自然對(duì)數(shù)平均降低0.064(95%CI：-0.122，-0.007)(P<0.05)。尿液中硒濃度第四分位數(shù)組與第一分位數(shù)組相比，其精子正常形態(tài)率(%)的自然對(duì)數(shù)平均降低0.055(95%CI：-0.113，0.003)(P<0.10)。尿液中銣濃度第四分位數(shù)組、第三分位數(shù)組、第二分位數(shù)組與第一分位數(shù)組相比，分別有精液體積平均增加0.487 mL(95%CI：0.048 mL，0.925 mL)、精子總數(shù)(106個(gè))的自然對(duì)數(shù)平均增加0.322(95%CI：0.024，0.619)、精子總數(shù)(106個(gè))的自然對(duì)數(shù)平均增加0.311(95%CI：0.021，0.619)，均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。尿液中錫濃度第三分位數(shù)組與第一分位數(shù)組相比，其前向運(yùn)動(dòng)活力(%)的自然對(duì)數(shù)增加0.166(95%CI：0.003，0.329)(P<0.05)。

n=394；Ptrend：趨勢(shì)性P值；●：回歸系數(shù)β；————：95%CI；a經(jīng)自然對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換圖1 尿液金屬濃度與精液體積、精子密度、精子總數(shù)、精子正常形態(tài)率的多重回歸分析Fig.1 Multiple regression analysis between urine metal concentration and semen volume, sperm density, sperm number，normal sperm morphology rate

n=394；Ptrend：趨勢(shì)性P值；●：回歸系數(shù)β；————：95%CI；b平方根反正弦變換；圖2 尿液金屬濃度與精子存活率、前向運(yùn)動(dòng)活力、總活力的多重回歸分析Fig.2 Multiple regression analysis between urine metal concentration and sperm survival rate, forward motility，total motility

3 討論

精子的受精與精液質(zhì)量密切相關(guān)。本研究檢測(cè)的23種金屬元素中與精液質(zhì)量有顯著劑量-反應(yīng)關(guān)系的是鉛、銻和鋅。

本次研究顯示，尿鉛濃度的上升與前向運(yùn)動(dòng)活力、精子總活力、精子存活率的降低有顯著的劑量-反應(yīng)關(guān)系。有研究發(fā)現(xiàn)鉛水平升高與工作場(chǎng)所鉛暴露工人性欲下降和精液質(zhì)量的異常有關(guān)[7]。還有研究表明，即使是中等水平的精液鉛暴露(52.9～72.5 μg/L)和鎘暴露(40.7～59.2 μg/L)也可能降低精子密度、精子總活力和精子正常形態(tài)率[8]。一項(xiàng)前瞻性病例對(duì)照研究顯示，受高濃度汽車(chē)尾氣污染的高速公路工作人員其體內(nèi)鉛含量與精子存活率、精子總數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)[9]。本次研究的結(jié)果與已有的數(shù)據(jù)相一致。毒理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，鉛可通過(guò)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激導(dǎo)致精子畸形率的升高以及精子數(shù)量的異常減少[10]，這可能是導(dǎo)致精液質(zhì)量下降的原因。

銻在交通繁忙的地區(qū)污染較重，其濃度與男性精液質(zhì)量的降低有很強(qiáng)的相關(guān)性[11]。毒理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)對(duì)大鼠進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的高水平銻暴露會(huì)造成生殖障礙和染色體損傷，認(rèn)為銻化合物對(duì)生殖具有潛在毒性[12]。本研究發(fā)現(xiàn)銻元素的上升與精子正常形態(tài)率的降低有顯著的劑量-反應(yīng)關(guān)系，提示銻對(duì)精液質(zhì)量可能存在關(guān)聯(lián)性。

鋅對(duì)精子的生成至關(guān)重要，鋅缺乏與人類(lèi)性腺功能減退和第二性征發(fā)育不足有關(guān)[13]。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)鋅缺乏可導(dǎo)致大鼠生精小管萎縮，從而導(dǎo)致無(wú)法生成精子。高濃度鋅對(duì)精子的前向運(yùn)動(dòng)活力和精子活力有抑制作用；在無(wú)精子癥和弱精子癥患者中發(fā)現(xiàn)精液中游離鋅濃度的升高與精子活力的降低相關(guān)[14]。本研究發(fā)現(xiàn)尿液中鋅濃度與前向運(yùn)動(dòng)活力、精子總活力、精子存活率的降低有劑量-反應(yīng)關(guān)系。鋅對(duì)精子質(zhì)量的影響可能是因?yàn)楦邼舛鹊挠坞x鋅干擾質(zhì)膜通透性介導(dǎo)的細(xì)胞毒性，導(dǎo)致患者精子活力受損，高濃度鋅也可能抑制精子細(xì)胞中的氧攝取以及白蛋白誘導(dǎo)的頂體反應(yīng)，使精子的生長(zhǎng)發(fā)育受到影響。

綜上所述，本研究以尿液中23種金屬的濃度作為人體金屬暴露的生物標(biāo)志物，全面探討了尿液金屬濃度與精液質(zhì)量的關(guān)系，結(jié)果表明尿液中鋅和鉛濃度與精子前向運(yùn)動(dòng)活力、精子總活力和精子存活率的下降相關(guān)，尿液中銻濃度與精子正常形態(tài)率的下降相關(guān)。