北京市海淀区妊娠期糖尿病和健康孕妇膳食频次与头发中锡水平的关联研究

近年来，随着疾病病因研究的不断深入，越来越多的研究发现环境污染物可能是多种疾病的重要危险因素[1-2]。锡(Stannum，Sn)是一种广泛存在于自然界中的重金属，世界卫生组织将其列入具有潜在毒性的物质行列[3]。锡有无机锡和有机锡两种存在形式，饮食是非职业人群锡暴露的重要途径，罐装食物和海产品被认为分别是无机锡和有机锡的重要来源[4-5]。二者毒性效应有所不同，高暴露于无机锡可能会引起胃肠道功能异常[6]，而有机锡暴露则可能引起机体代谢和神经系统不良反应[7,8]。一项针对中国焦炉工人的研究发现，尿液中的锡含量与空腹血糖水平升高有关[9]；此外，另一项研究发现，环境中的锡暴露与美国成年人的糖尿病发生显著相关[10]。可见，对于一般人群，糖代谢异常者体内的锡元素水平有所升高，但妊娠期糖尿病(gestational diabetes mellitus, GDM)和健康孕妇这一特殊人群体内锡元素水平是否不同尚不明确。本研究旨在描述北京市海淀区GDM孕妇与健康孕妇头发中锡元素的水平，并探讨孕妇膳食频次与体内锡含量之间的关系，为GDM的病因研究以及防治工作提供依据。

对象与方法

一、人群募集

研究对象来源于2017年10月—2018年10月在北京市海淀区妇幼保健院参加孕期建档课程的孕妇，符合以下纳入标准时被募集：(1)在该院建立了孕期健康档案，并计划在该院进行后续健康管理和分娩；(2)孕周小于20周；(3)同意将孕期常规检查剩余血样和发样用于本研究，并填写知情同意书。原队列共纳入符合标准的研究对象2 731人，其中2 228人提供了头发标本。在此队列的基础上开展了本次巢式病例对照研究设计。本研究排除标准为：(1)无头发标本者；(2)自报有孕前糖尿病史或一级糖尿病家族史者；(3)无孕24 ～ 28周75 g口服糖耐量试验(oral glucose tolerance test, OGTT)结果者。其中，有符合标准的GDM孕妇354人，按照病例∶对照=1∶1的比例使用随机数字法随机挑选出对照354人，对其标本进行分析。剔除头发标本量不足者，最终有335名病例和343名对照完成了标本测定。本研究已通过北京大学生物医学伦理委员会批准(批件号：IRB00001052-17028)。

二、方法

1.一般人口学特征及膳食频次调查：孕妇在孕早期参加孕期建档课程时，如果符合纳入标准，则由经过专业培训的工作人员进行知情同意，在签署知情同意书后通过专门设计的问卷收集一般人口学特征及近一月内的膳食频次。一般人口学特征包括孕妇年龄、民族、受教育程度、职业、身高、孕前体重、末次月经日期、孕次等；膳食种类包括近一个月内食用肉类及制品、水产品、新鲜蔬菜、新鲜水果、油炸食品(如薯条、油条、炸鸡、炸春卷等)、火上烧烤或熏制食品(如烤肉串、腊肉等)、腌制食品(如咸菜、松花蛋、咸鱼、泡菜等)、甜点、碳酸饮料(可乐、汽水等)以及饮用水类型(自来水、纯净水和其它)。频率为“未食用”“<1次/周”“次/周”。最终，根据各食物实际食用情况，将肉类及制品、水产品、油炸食品、火上烧烤或熏制食品、腌制食品、甜点以及碳酸饮料分为不食用(<1次/周)和食用(≥1次/周)组，将新鲜蔬菜和水果的食用频率分为每周≤5次和每周≥6次。孕妇身体质量指数(body mass index, BMI)使用孕前体重(kg)/身高(m)2进行计算，并按照是否超过正常体重标准分为BMI≥24 kg/m2组和BMI <24 kg/m2组。

2.OGTT检查：孕妇于孕24～28周在该院进行常规75g-OGTT来确定是否患有GDM，采用国际糖尿病与妊娠研究协会及美国糖尿病协会推荐的诊断标准[11-12]进行判定：即空腹血糖≥5.1 mmol/L,或服糖后1 h血糖≥10 mmol/L，或服糖后2 h血糖≥8.5 mmol/L，即被诊断为患有GDM。

3.头发标本采集及金属含量测定：在孕妇招募时，征得本人同意并签署知情同意书后，由接受过专业培训的调查员使用不锈钢剪刀，从其脑后枕部贴近头皮处，剪取适量发样，固定发根，装入聚乙烯自封袋中，并标记孕妇姓名与病历号，完成头发样本采集。保存于-80 ℃低温冰箱中，直至使用时才可取出。将发样从发根处剪取24 cm(不足24 cm者全部剪取并记录实际长度)，剪碎、清洗、冻干、研磨并充分混匀后，取60 mg发样用0.6 mL浓硝酸于100 ℃硝化1 h，加入5.4mL超纯水稀释10倍，混匀。采用电感耦合-等离子体质谱仪(ICP-MS，型号Nexion350x：德国PerkinElmer公司)进行锡元素的测定。雾化气流：0.82 L/min，辅助气流：1.2 L/min，等离子体气流量：18.0 L/min，射频发生器功率：1 250 W，驻留时间：50 ms，扫描模式：峰跳跃模式。

4.统计分析：使用SAS Studio University Edition®完成。使用Pearson卡方检验和Kruskal-Wallis检验(受教育程度)比较病例和对照组一般人口学特征是否有差异。由于锡元素浓度不服从正态分布，因此使用中位数(四分位间距)描述元素分布，使用Mann-Whitney U检验和Kruskal-Wallis检验比较不同人群锡元素暴露水平差异。按照该人群锡浓度的中位数分为高暴露组和低暴露组，使用二元Logistic回归，调整孕妇年龄、孕前BMI、是否患有GDM以及头发长度后，计算膳食频次与锡元素暴露之间的关系。以P<0.05为差异有统计学意义。

结果

一、人口学特征

本研究共有335名GDM病例和343名对照进行元素测定并最终纳入分析。GDM病例组的超重比例(28.1%)高于对照组(17.0%)，差异具有统计学意义(P<0.01)；病例组的头发锡含量(中位数为0.17 μg/g)高于对照组(中位数为0.14 μg/g)，差异有统计学意义(P<0.01)。两组孕妇的年龄、民族、职业、受教育程度以及产次差异均无统计学意义。见表1。

二、病例与对照组内各人群锡元素暴露水平比较

35岁以下孕妇头发中的锡浓度在病例组高于对照组(0.17和0.14 μg/g)，且均高于35岁以上组(0.14和0.13 μg/g)；超重组孕妇发锡浓度在病例组高于对照组(0.17和0.16 μg/g)，且略高于未超重组(0.17和0.13 μg/g)；从事工商服务业、公共职务和其它职业的孕妇病例组发锡浓度高于对照组(0.19和0.15 μg/g，0.15和0.13 μg/g，0.18和0.15 μg/g)；各学历水平组孕妇发锡浓度病例组也均高于对照组(0.15和0.14 μg/g，0.17和0.14 μg/g，0.17和0.13 μg/g)；此外，经产妇病例组发锡浓度高于对照组(0.21和0.15 μg/g)，且均高于初产妇组(0.16和0.14 μg/g)。总体来看，病例组的发锡含量高于对照组，但以上差异均无统计学意义。具体结果见表2。

三、头发锡元素浓度与膳食频次之间的关系

根据该孕妇人群头发中锡元素的中位数(0.15 μg/g)，将孕妇分为高暴露组和低暴露组，表3展示了孕妇膳食频次和锡暴露之间的关系。调整孕妇年龄、孕前BMI、是否患有GDM以及头发长度之后，结果显示食用油炸食品是锡高暴露的危险因素(OR=1.53, 95%CI: 1.04 ～ 2.27)，肉类及制品、水产品、新鲜蔬菜、新鲜水果、火上烧烤或熏制食品、腌制食品、甜点和碳酸饮料的食用与锡暴露未发现有统计学意义的关联。

讨论

本研究基于原队列人群进行巢式病例对照设计，测定GDM病例组与对照组孕妇头发中锡元素的暴露水平，并探讨孕妇饮食习惯与锡元素暴露之间的关系。本研究发现，GDM病例组的发锡含量高于对照组，差异有统计学意义。在病例组和对照组中，不同年龄、孕前BMI、民族、职业、受教育程度以及不同产次孕妇头发中的锡元素浓度均无明显差异。孕妇头发中锡浓度升高与食用油炸食品显著相关，而与食用肉类及制品、水产品、新鲜蔬菜、新鲜水果、火上烧烤或熏制食品、腌制食品、甜点和碳酸饮料无关。

本研究对GDM孕妇与健康孕妇头发中锡的长期暴露情况进行测定，结果显示病例组的暴露水平显著高于对照组，提示锡暴露可能是GDM的危险因素之一。既往少有研究报道锡与GDM的关联，但Liu等人[10]的研究发现锡暴露与美国成年人的糖尿病发生显著相关，且有研究发现锡可以引起胰岛β细胞功能障碍[13]，抑制胰岛素释放[14]。为进一步研究锡与GDM的关联提供了理论依据。

对照组(健康)孕妇头发中锡元素的含量为0.14 μg/g，远低于周珊珊等研究[15]中报道的内蒙古兴和县育龄妇女头发中的锡含量2.35～2.62 μg/g，略低于陈小红等[16]报道的福建省分娩心脏健康胎儿孕妇的发锡含量0.163 μg/g。这可能与各地人群的生活环境、饮食习惯等的差异有关，说明北京市海淀区的孕妇暴露水平较低。另外，周珊珊等[15]的研究认为产次越多的孕妇头发中锡的含量越低，但本研究人群中初产妇与经产妇发锡暴露水平差异无统计学意义。

锡在自然界中广泛存在，与人们的生活息息相关。无机锡被广泛应用于罐头食品、罐装饮料等外包装的保护层中[17]，有机锡是聚氯乙烯塑料中广泛应用的热稳定剂和光稳定剂的添加剂[18-19]。李敏等的研究[20]对北京市2017年市售罐头进行检测，发现金属罐装罐头中锡含量较高，长期食用具有一定风险。本研究未收集金属罐装食品与饮料的食用情况，但分析中未发现食用腌制食品和饮用碳酸饮料(可能为金属罐装)与孕妇头发中锡元素含量相关，且上述李敏等人的研究中发现金属包装罐头食品中的锡(30 mg/kg)高于非金属包装罐头食品(<1 mg/kg)，但远低于食品中污染物限量国家标准(250 mg/kg)，因此尚无大的食用风险[20]。此外，结果显示食用油炸食品可以显著增加孕妇体内锡的暴露水平，推测可能与油炸过程中金属容器和餐具中的锡溶出有关。

本研究具有以下优势：首先，GDM组和对照组孕妇来源于同一队列，两组孕妇基本特征相似，均衡可比；其次，头发样品为无创收集，孕妇配合度高，按照头发约为1 cm/月的生长速度，本研究大部分使用24 cm头发，可以代表过去两年的长期内暴露水平，稳定统一。本研究也存在以下不足：首先，仅对挑选出的GDM病例和对照人群进行了元素测定，未对全部人群进行测定，但对照是从健康孕妇中随机挑选所得，故能在一定程度上代表北京市海淀区健康孕妇的暴露水平；其次，本研究未收集当地的空气污染情况，因此无法探讨空气暴露状况对头发中锡元素的影响；此外，使用问卷对孕妇近一个月内的膳食频次进行收集，使用24 cm头发标本测定的锡元素的长期暴露水平，二者在时间上不完全匹配，但本研究作为一个探索性研究，假设该人群的生活条件较为稳定，最近一个月的暴露情况易于回忆，因此，通过使用此相关分析筛查可能的暴露来源。

综上，北京市海淀区孕妇头发中锡暴露水平较低，GDM组的暴露水平高于对照组，且食用油炸食品是锡暴露的危险因素，未发现其他膳食摄入频次影响孕妇头发中锡的暴露水平。提示孕妇从孕早期开始便可以通过降低油炸食品的摄入频次，减少锡的暴露水平，从而进一步降低GDM的发生风险。锡与GDM关系及其致病机制有待进一步的研究。

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