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

李嘉怡, 劉學(xué)奎, 耿厚法,, 梁軍,

(1. 蚌埠醫(yī)學(xué)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(wèn)題,造成了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和健康挑戰(zhàn)[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì),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(jì)2045年可上升到12.2%(7.832億人)[2]。2015年2型糖尿病被評(píng)為第六大致殘?jiān)騕3],與非糖尿病患者相比,糖尿病患者全因死亡的風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)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(guó)以及歐洲國(guó)家提出消毒劑可能會(huì)對(duì)機(jī)體造成危害,但是目前沒(méi)有確切的關(guān)于水中消毒劑可以引起糖尿病的報(bào)道。

水消毒是20世紀(jì)最重要的公共衛(wèi)生進(jìn)步之一,消毒的目的是通過(guò)減少人類與致病病原體的接觸來(lái)保護(hù)人類健康[7]。消毒劑在美國(guó)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(duì)機(jī)體具有毒副作用。毒理學(xué)研究表明,過(guò)度接觸三鹵甲烷會(huì)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(jiàn)的類型,約占三鹵甲烷總量的70%。動(dòng)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(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞,并進(jìn)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(duì)低水平的接觸很敏感[17]。因此,血液水平指標(biāo)可以作為氯仿暴露的一種衡量標(biāo)準(zhǔn)。

本研究根據(jù)2017～2018年美國(guó)國(guó)家健康和營(yíng)養(yǎng)調(diào)查(National Health and Nutrition Examination Survey,NHANES)數(shù)據(jù)庫(kù)中氯仿的血漿濃度,探討了氯仿與糖尿病患病風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)聯(lián)。

1 對(duì)象和方法

1.1 參與者

2017～2018年的NHANES數(shù)據(jù)從美國(guó)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(guó)家衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)中心、健康和營(yíng)養(yǎng)檢查調(diào)查部進(jìn)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(gè)移動(dòng)檢查中心進(jìn)行[11],這為在標(biāo)準(zhǔn)化的環(huán)境中收集高質(zhì)量的數(shù)據(jù)提供了一個(gè)理想的環(huán)境。NHANES的目標(biāo)人群是美國(guó)非住院的平民居民人口。2017～2018年間,來(lái)自30個(gè)不同調(diào)查地點(diǎn)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(cè)方法及暴露評(píng)估

將收集到的外周血進(jìn)行甲醇等化學(xué)品處理后,通過(guò)固相微萃取氣相色譜和質(zhì)譜法檢測(cè)氯仿的血液濃度。在2017～2018年NHANES數(shù)據(jù)庫(kù)中,選擇氯仿水平高于檢測(cè)限(0.006 μg/L)的參與者進(jìn)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(cè)量

NHANES使用自編的調(diào)查問(wèn)卷收集關(guān)于是否有糖尿病的信息。一個(gè)題為“(你/標(biāo)準(zhǔn)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(wèn)題被用來(lái)定義受訪者的糖尿病狀態(tài)。診斷糖尿病的標(biāo)準(zhǔn)是糖尿病癥狀加上隨機(jī)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(yàn)(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(píng)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(jìn)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(jì)分析

應(yīng)用R4.1.3軟件進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系。由于氯仿濃度呈偏態(tài)分布,數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)數(shù)(Ln)轉(zhuǎn)換。采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),χ2檢驗(yàn)和Mann-WhitneyU檢驗(yàn)評(píng)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(fēng)險(xiǎn)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(jì)不同水平變量下氯仿與糖尿病風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)聯(lián)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)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(biāo)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(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)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(jì)學(xué)意義。

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

2.2 氯仿暴露增加糖尿病風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)血液中氯仿濃度對(duì)所有參與者進(jìn)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(shì)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。未校正其他協(xié)變量時(shí),T3組人群發(fā)生糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)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(biāo)后,T3組人群發(fā)生糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)相比T1組增加約1.17倍,趨勢(shì)P值均有統(tǒng)計(jì)學(xué)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(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系

使用限制性立方樣條分析評(píng)估氯仿與糖尿病風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系,結(jié)果見(jiàn)圖1。圖1A顯示,糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)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?zé)o關(guān)(圖1D)。進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)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(shí),對(duì)糖尿病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)存在差異。

圖2 氯仿與糖尿病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)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(jiàn)圖3。這些結(jié)果表明,氯仿與空腹血糖和HOMA-IR都有獨(dú)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(dú)居狀態(tài)和年收入≥50 000美元的人群中,氯仿與糖尿病無(wú)明顯相關(guān)性,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;在其余協(xié)變量的不同水平下,氯仿是糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)

3 討論

通過(guò)對(duì)2017～2018年NHANES數(shù)據(jù)集中有氯仿濃度水平的622名參與者進(jìn)行數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),糖尿病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)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(jì)學(xué)意義;進(jìn)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(jìn)而增加患糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái),隨著消毒劑研究的增多,人們逐漸意識(shí)到消毒副產(chǎn)物可以引起腫瘤等相關(guān)疾病,因此美國(guó)環(huán)境保護(hù)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(fēng)險(xiǎn)。

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(guò)飲用水吸收還可以通過(guò)皮膚和吸入吸收,例如,在洗澡、游泳和做家務(wù)時(shí)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(jìn)行了一項(xiàng)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(méi)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(méi)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(gè)氯仿暴露量較低的環(huán)境中(自來(lái)水中的三鹵甲烷含量很低),而且沒(méi)有進(jìn)行氯仿暴露量高的對(duì)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(xiàng)動(dòng)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(shí)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(guó)飲用水濃度(美國(guó)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(zhǎng)期暴露在這些超高濃度的水中。

盡管在流行病學(xué)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中觀察到氯仿與糖尿病之間的關(guān)系,但確切的病理機(jī)制仍有爭(zhēng)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(huì)產(chǎn)生光氣,導(dǎo)致谷胱甘肽耗竭隨后細(xì)胞結(jié)構(gòu)受損,繼而出現(xiàn)大量組織壞死[15-16]。一項(xiàng)關(guān)于Wistar孕鼠接觸氯仿的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),子代的胰島素濃度降低,血糖水平升高,但在計(jì)算胰島β細(xì)胞面積時(shí),氯仿似乎沒(méi)有明顯的作用[23]。雖然實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示氯仿對(duì)胰島β細(xì)胞的面積沒(méi)有明顯影響,但不清楚氯仿是否影響胰島β細(xì)胞的分泌或胰島素抵抗,這需要進(jìn)一步地研究氯仿是否能通過(guò)組織細(xì)胞壞死引起胰島素抵抗,進(jìn)而導(dǎo)致空腹血糖增加;或者說(shuō),氯仿可能通過(guò)代謝反應(yīng)導(dǎo)致空腹血糖升高。在對(duì)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(huì)干擾線粒體功能,減少β-氧化,并增加脂肪生成進(jìn)而游離脂肪酸和三酰甘油增加,從而損害胰島素信號(hào)傳導(dǎo),這可能會(huì)促進(jìn)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(rèn)為是發(fā)展成糖尿病的獨(dú)立風(fēng)險(xiǎn)因素[25]。這些情況還可能加速脂肪酸流動(dòng)、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(dòng)物研究。因此,需要進(jìn)一步研究氯仿暴露導(dǎo)致糖尿病的機(jī)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(rèn)氯仿和糖尿病之間的因果關(guān)系;其次,本研究是基于對(duì)美國(guó)NHANES數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的分析,參與者都是美國(guó)人,需要進(jìn)一步地研究不同種族和民族參與者來(lái)驗(yàn)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(fēng)險(xiǎn)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。