不同铅暴露区人体离体牙铅含量和年龄关系及指示意义

李子夏，李祥忠，逯 海，周 芳，张昊琪

1.西安医学院 口腔医学院，西安 710021

2.云南大学 地球系统科学研究中心，昆明 650500

3.中国计量科学研究院化学计量与分析科学研究所，北京 100013

铅（Pb）是环境中常见的有毒有害、可致癌的污染物，广泛分布在人们的生活与工作环境中。Pb是一种不可降解的环境污染物，可通过食物、土壤、水和空气等，经呼吸道、消化道、皮肤等进入机体，Pb在人体的安全水平为零（Byers et al，2020；Meng et al，2020）。含Pb污染物进入人体后，可与人体内许多蛋白质、酶和氨基酸的官能团结合，干扰机体正常的生理生化活动，导致人体神经、血液、消化与生殖系统的损害和疾病（Sanders et al，2009）。目前，Pb污染是危害人类尤其是儿童身体健康的十三种环境因素中的重大威胁之一，因其可导致神经和智力发育障碍，越来越受到政府和民众的重视和关注（Byers et al，2020；Meng et al，2020）。据估计，因Pb暴露而导致死亡的人数每年超过14万例，占全球疾病负担的0.6%（Papanikolaou et al，2005；O’Connor et al，2020）。随着城市化和工业化进程的加快，现代工业迅速发展，资源开采、化工企业生产和能源消耗不断向环境释放大量Pb，因此Pb中毒不仅是科研人员重点关注的问题，也越来越成为一个重要的社会问题（Robbins et al，2010；Dong et al，2020）。

人体Pb暴露通常可用人体标记物，比如尿液、血液、唾液、头发、骨头等Pb含量来评估。由于血Pb、尿Pb和发Pb样品容易获得，其测定方法简便等优势，被广泛用作人体内Pb负荷的生物标志物。

然而，成人体内90%以上的Pb以不溶性的磷酸铅（Pb3(PO4)2）形式储存于身体硬组织（牙齿和骨骼）中，仅少部分与血液维持动态交换。血液或者尿液能够反映人体样品采集时段内的Pb暴露信息，而牙齿作为人体硬组织重要部分是人体中Pb积蓄的重要部位，一旦Pb沉积于牙齿中，将稳定存在，释放量可以忽略。因此，牙齿Pb含量记录了从出生至牙齿脱落前连续累积的Pb暴露量，即使在血液中无法检测出的长期、连续、低剂量的Pb暴露也可在牙齿中检测到（Barbosa et al，2005；Arruda-Neto et al，2009；de Almeida et al，2011；Zeng et al，2012；Cenić-Milosević et al，2013；Akkus and Ozdenerol，2014；Amin，2014；Shishniashvili et al，2016）。这也是为什么齿Pb逐渐被广泛用于反映环境Pb暴露的原因。

以上认识，也得到一些动物培养实验证实，因涉及到伦理，人类一直未有现代实验验证。本文充分考虑到这些情况，通过生活在不同铅暴露区的居民离体牙Pb含量的研究来进一步验证。采集了高铅暴露区（铅锌冶炼厂地区）和铅暴露对照区（农业种植区）附近长期居住、不同年龄段居民的离体牙，采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定分析离体牙的Pb含量，旨在论述不同Pb暴露地区人牙齿Pb含量特征和年龄关系。

1 材料与方法

1.1 仪器和试剂

电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）：铂金埃尔默300D 型ICP-MS。

酸纯化系统：美国Savillex DST-1000亚沸蒸馏系统。

超纯水系统：密理博MIlli-Q超纯水仪。

H2O2和HNO3为UP级（苏州晶瑞化学股份有限公司），其中HNO3经DST-1000亚沸蒸馏纯化后使用。

Pb含量标准物质：（1）GSB04-1767-2004多元素混合标准溶液：100 μg · g-1（国家有色金属及电子材料分析测试中心研制）；（2）Spex多元素混标CLMS-5。

超级微波消解系统：麦尔斯通UltraWAVE超级微波化学平台（Milestone公司，意大利；中国莱伯泰科代理）。

1.2 样品采集、处理和消解

采集高铅暴露区（西北某铅锌冶炼厂地区）和铅暴露对照区（农业种植区）附近长期居住、不同年龄段居民的离体牙。按年龄段分为儿童（6 —12岁）、青 年（13 — 24岁）、成 年 人（25 — 64岁）和老年人（＞65岁）四个组别，每个组别的牙齿个数分别大于35颗。每颗离体牙样本，首先用去离子水冲洗干净，放入丙酮溶液中浸泡24 h，接着用手术刀将牙表面的血迹、附着表面的软组织等有机物仔细刮净，用去离子水和乙醇冲洗干净后晾干，装入编好号的样品袋。实验前将经过前处理的牙齿样品进一步处理获得牙釉质，将牙釉质用玛瑙研钵研磨至200目。称取50 mg牙釉质样品放入消解罐，加入3 mL 50%的HNO3和2 mL 30%的H2O2溶 液，轻 轻 晃 动消解罐，放入UltraCLAVE微波系统消解，消解完毕后冷却定容至25 mL待用，同步做试剂空白实 验（Li et al，2013；He et al，2015；He et al，2016；He et al，2019）。

1.3 样品测定

Pb含 量 采 用PE 300D型ICP-MS测 定，测定前先用质量调谐液进行仪器调谐。在仪器的最佳工作参数条件下，按仪器操作规程，进行标准曲线的绘制、空白及样品测定，获得测定结果。

2 结果与讨论

2.1 仪器工作参数的优化

射频功率、载气流量和采样深度是ICP-MS最重要的参数。在实验中，采用质量调谐溶液对对仪器的灵敏度、测定精密度等仪器的工作条件进行优化，得到优化的试验条件见表1。

表1 ICP-MS 仪器工作参数Tab. 1 The operation parameters for ICP-MS

2.2 牙齿样品Pb含量特征

在选定的微波消解-ICP-MS测定条件下，对采集于铅锌冶炼厂地区（高铅暴露区）和农业种植区（铅暴露对照区）不同年龄段人体离体牙进行测定，结果见图1。

图1表明：生活在不同Pb暴露区的居民，牙齿Pb含量差异明显。生活在农业种植区的儿童、青年、成年人和老年人的牙齿平均Pb含量分别是(23.6 ± 10.4) μg · g-1、(26.5 ± 18.3) μg · g-1、(24.3 ±9.4) μg · g-1和(28.6 ± 11.5) μg · g-1，而生活在铅锌冶炼厂周围儿童、青年、成年人和老年人的牙齿平均Pb含 量 则 分 别 是(60.8 ± 15.3) μg · g-1、(110.7 ±20.6) μg · g-1、(140.3 ± 25.9) μg · g-1和 (200.1±30.5) μg · g-1。生活在高Pb暴露区居民的牙齿Pb含量比同年龄段农业种植区的要高。

图1同时表明：生活在高Pb暴露区的居民，老年人齿Pb含量明显高于儿童，儿童（6 —12岁）为(60.8 ± 15.3) μg · g-1，老 年 人（＞65岁）为(200.1 ± 30.5) μg · g-1，约为儿童的3倍；而生活在Pb暴露对照区居民，齿Pb含量与年龄变化无明显相关性，儿童（6 — 12岁）为(23.6 ± 10.4) μg · g-1，老年人（＞65岁）为(28.6 ± 11.5) μg · g-1。

图1 不同Pb暴露区人体离体牙Pb含量和年龄关系Fig. 1 Relationship between lead content in human isolated teeth and age in different lead exposure areas

3 讨论

3.1 不同暴露区居民牙齿Pb含量随年龄变化的影响因素

由污染源排入环境中的Pb主要以无机Pb或化合物的形式存在，再通过呼吸道、消化道进入人体，与体内一系列蛋白质、酶和氨基酸的功能团（巯基）结合，以磷酸氢铅、甘油磷酸化合物、蛋白质化合物或Pb2+化合物形式存在，并很难被排出体外，仅有小部分可以通过消化系统和其他代谢途径，如汗液、脱毛发、脱皮等方式排出。环境中的Pb无处不在，物品本身含有铅或各种物品表面有沉淀下来的Pb，人体通过呼吸和手直接接触这些物品都会增加摄入Pb的机会（Byers et al，2020）。因此，牙齿Pb水平与居住环境、生活习惯和饮食习惯等多种因素有关。

根据本研究结果，对比Pb暴露区和Pb对照区数据，可以明显获知环境对牙齿Pb的影响。前人研究结果表明：铅锌冶炼厂周围降尘中的Pb含量较高，是 陕 西 省 表 层 土 壤 铅 背 景 值 21.4 mg · kg-1的10 — 154倍（Li et al，2020）。即使后期铅锌冶炼厂关闭，其前期沉降下来的Pb仍会在下风向的土壤中长期存在。环境中的Pb又会以各种形式被该地区的居民吸收（de Almeida et al，2007；Hegde et al，2010）。因此高Pb暴露区的Pb会被该地区的居民吸收并蓄积在牙齿中，造成该地区居民牙齿Pb含量逐年增加（Arora et al，2009；Al-Qattan and Elfawal，2010；Fischer and Wiechuła，2016；Fernández-Escudero et al，2020）。本 研 究也表明：高Pb暴露区居民受到环境Pb的影响，其牙齿Pb的含量随年龄增长逐渐升高。

3.2 人体离体牙铅含量随年龄变化的指示意义

受环境污染和工业影响，通过呼吸道、饮食或体表接触等方式，人体摄入大量的Pb，而摄入的Pb对人体健康造成严重影响。因此，如何快速、准确地获得人体Pb含量是各医疗卫生、环境保护部门及其他社会部门所关注的重要问题。

研究和实践表明：血Pb含量能一定程度上显示Pb在体内吸收、停留、释放、排泄的变化，是反映近期Pb接触的重要指标。无论是在环境Pb污染较严重的情况下，还是在稳定的低水平Pb接触状态下，血Pb都能反映当时体内的Pb含量状况。但是，血Pb水平只与环境Pb暴露水平呈平衡关系，而不能直接反映人体Pb负荷量的高低，因此不能表征Pb在人体内的积存效应。摄入人体90% — 95%的Pb主要存储在骨骼和牙齿等硬组织中，且它们存储的半衰期较长。因此，骨Pb和齿Pb是正确反映人体受Pb污染中毒程度的理想指标，可以作为累积接触的生物标志物（Kamberi et al，2012；Shepherd et al，2016；Shishniashvili et al，2016）。虽然体内X射线荧光技术的发展，推动了体内骨基质Pb含量的测定，但由于技术的复杂性，采用不同激发源测试的骨Pb含量相差较大，无法得到广泛使用。而与骨Pb一样可以代表机体Pb负荷指标的齿Pb，不仅适于换牙期儿童Pb毒性的研究，也可以用于美容、医疗等拔除后的离体牙研究，应用范围大大扩展（Arruda-Neto et al，2009）。因此，人体离体牙Pb有可能作为人体长期Pb暴露优选生物标志物。

4 结论

基于微波和ICP-MS联用测定不同Pb暴露区、不同年龄人体离体牙的Pb含量，获得以下认识：

（1）铅锌冶炼厂地区（高Pb暴露区）和农业种植区（Pb暴露对照区）人体离体牙Pb含量存在显著不同的特征。生活在高Pb暴露区的居民，老年人齿Pb含量明显高于儿童，儿童（6 — 12岁）为(60.8 ± 15.3) μg · g-1，老年人（＞65岁）为(200.1 ±30.5) μg · g-1，约是儿童的3倍；而生活在Pb暴露对照区居民，齿Pb含量与年龄变化无明显相关性，儿 童（6 — 12岁）为(23.6 ± 10.4) μg · g-1，老年人（＞65岁）为(28.6 ± 11.5) μg · g-1。

（2）生活在高Pb暴露区的人群，其牙齿不断蓄积环境来源的Pb，而Pb一旦蓄积于牙齿，将稳定存在，因此人体离体牙Pb有可能作为人体长期Pb暴露优选生物标志物。