典型相關(guān)分析在微量元素與精液質(zhì)量關(guān)系研究中的應(yīng)用*

李玉艷 武俊青 周維謹 高爾生△

典型相關(guān)分析是利用綜合變量對兩組變量間的整體相關(guān)性進行分析的多元統(tǒng)計分析方法〔1〕。典型相關(guān)分析為探討一組變量與另一組變量之間的關(guān)系提供了方法學(xué)依據(jù)〔2〕。其基本原理是:為從總體上把握兩組指標之間的相關(guān)關(guān)系，分別在兩組變量中提取有代表性的兩個綜合變量U1和V1(分別為兩個變量組中各變量的線性組合)，利用這兩個綜合變量之間的相關(guān)關(guān)系來反映兩組指標之間的整體相關(guān)性〔3〕。

微量元素是指存在于人體內(nèi)且占人體總重量的0.01%以下的元素。雖然在人體內(nèi)的含量極微小，但具有強大的生物學(xué)作用〔4〕，許多微量元素如鋅、銅、錳、鐵、鉛、鎘、鉻等與精液質(zhì)量和男性不育有密切關(guān)系。就人體而言，某一元素在某一濃度范圍內(nèi)可能是必需的、有益的、無害的，但在另一濃度范圍內(nèi)就可能是非必需的，甚至是有害的。而且微量元素對機體的作用以及機體內(nèi)各種微量元素之間的作用是十分復(fù)雜的，不同元素間存在相互作用〔5〕。鉛接觸者血清鋅較低，而血清銅較高;與鉛吸收者相比，鉛中毒者血清鋅降低的更為明顯〔6〕。

本研究檢測了5種血清微量元素(鋅、銅、錳、鉛、鎘)，及常用的反映精液質(zhì)量的5個常規(guī)指標(精液量、精子密度、精子存活率、前向運動精子率和正常形態(tài)精子率)，采用典型相關(guān)分析方法，對血清微量元素與精液質(zhì)量的關(guān)系進行了綜合分析，以期了解血清鋅、銅、錳、鉛、鎘對精液質(zhì)量的影響。

對象與方法

1．研究現(xiàn)場及對象

本研究在河北、河南、山西、貴州、浙江和山東6個地區(qū)進行。研究對象為20～59周歲并在當?shù)鼐幼M10年的成年男性，排除有泌尿生殖器疾患史、結(jié)核病史、精索靜脈曲張Ⅱ度及以上者，調(diào)查時患嚴重的全身性慢性疾病或急性疾病者、職業(yè)性重金屬接觸者也被排除在外。研究于2001年1月至2004年12月進行，內(nèi)容包括問卷調(diào)查、外生殖器檢查、精液檢查、血清微量元素檢測。

2．常規(guī)精液指標檢測

按世界衛(wèi)生組織(WHO)《人類精液及精子-宮頸粘液相互作用實驗室檢驗手冊第三版》推薦的標準方法對精液常規(guī)指標進行手工檢測。手淫法采精，每次采精前需禁欲3～7天。主要的檢測指標包括精漿特征、精液量、精子密度、精子存活率、精子活力和精子形態(tài)等。研究期間對個中心專門的精液分析人員進行了三次培訓(xùn)，統(tǒng)一精液分析試劑、方法和標準，做到精液檢測的批間、批內(nèi)誤差控制在10%以內(nèi)。

3．血清微量元素測定

血清微量元素鋅、銅、錳、鉛、鎘的檢測由國家地礦部山西省檢測中心統(tǒng)一進行。檢測方法采用原子吸收分光光度法，測定儀器為TJA-Excell等離子體質(zhì)譜儀。檢測方法:取送檢血清樣品0.5毫升，加3.5毫升1%HNO3和1毫升的H2O2靜置過夜，在電熱板上加熱蒸干后加1毫升濃硝酸，再蒸干，然后加0.5毫升的濃硝酸，呈濕鹽狀，定容到10毫升上機測試。為控制檢測質(zhì)量，檢測過程中平均每間隔10個樣品做一個平行樣，并測試一個標準液。

4.統(tǒng)計分析方法

各分中心資料收集完成后由上海市計劃生育科學(xué)研究所統(tǒng)一匯總、處理。采用Epi-info軟件建立數(shù)據(jù)庫，調(diào)查問卷和精液檢測結(jié)果進行雙人雙遍編碼和錄入，并進行邏輯校對;微量元素檢測結(jié)果輸入到計算機并進行校對。數(shù)據(jù)校對無誤后固定數(shù)據(jù)庫，采用SAS8.01軟件包進行統(tǒng)計分析。采用的統(tǒng)計分析方法包括方差分析、秩和檢驗、卡方檢驗、Spearman等級相關(guān)及典型相關(guān)分析。

結(jié) 果

1.對象的一般特征及精液檢測結(jié)果

表1 不同地區(qū)對象的一般特征比較(%)

本研究共招收符合條件的對象1179例，各研究中心對象的例數(shù)分別為:河北196例(16.62%)，河南184例(15.61%)，山西199例(16.88%)，貴州193例(16.37%)，浙江 205例(17.39%)，山東 202例(17.13%)。城市對象的比例(53.27%)略高于農(nóng)村(46.73%)。地區(qū)間城鄉(xiāng)分布差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

本研究對象的精液量平均為(2.48±1.07)ml;精子密度平均為(72.18±42.59)×106/ml;精子存活率(%)平均為(69.91±13.03);快速前向運動精子百分比(A)平均為(15.51±9.88)%，慢速前向運動精子百分比(B)平均為(31.76±13.18)%，前向運動精子百分比(A+B)平均為(42.27±13.10)%;正常形態(tài)精子率(%)平均為(43.37±15.81)。

2.微量元素檢測結(jié)果及分析

本研究對象血清鋅、錳、鉛和鎘均呈正偏態(tài)分布，血清鋅含量中位數(shù)為1170.76μg/L，四分位數(shù)間距為918.00～1492.00μg/L;血清錳的中位數(shù)為8.20μg/L(四分位數(shù)間距:3.70～16.20μg/L);血清鉛的中位數(shù)為14.10μg/L(四分位數(shù)間距:9.80～22.10μg/L);血清鎘的中位數(shù)為1.00μg/L，四分位數(shù)間距為0.70～2.40μg/L。血清銅近似呈正態(tài)分布，均數(shù)標準差為(1067.05±389.05)μg/L。采用非參數(shù)秩和檢驗的方法，比較不同地區(qū)間微量元素的差異，結(jié)果顯示不同地區(qū)的血清鋅、銅、錳、鉛、鎘含量均有統(tǒng)計學(xué)差異(P＜0.0001)。

表2 不同地區(qū)的血清微量元素含量(Median/Q1-Q3)

對5種微量元素間的Spearmen等級相關(guān)分析結(jié)果顯示:五種元素中以血清鋅和銅的相關(guān)性較強，Spearmen等級相關(guān)系數(shù)達到0．5以上;血清錳與血清鉛的相關(guān)性也較強，等級相關(guān)系數(shù)在0.3～0.4左右;而其他元素間的相關(guān)系數(shù)盡管有統(tǒng)計學(xué)意義，但相關(guān)系數(shù)均較小，相關(guān)性較弱(見表3)。

3．微量元素與精液質(zhì)量關(guān)系的典型相關(guān)分析

簡單典型相關(guān)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有第一對典型變量的相關(guān)系數(shù)(0.190，校正值為0.167)有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.0001)，第一對典型變量的貢獻率為61.78%。因各指標的計量單位不同，從標準化線性組合的權(quán)數(shù)了解原指標對典型變量的影響大小。第一對典型變量(Element1和Sperm1)與原指標的標準化線性組合如下:

表3 微量元素間的Spearman等級相關(guān)分析

Element1=0.542 X1－0.701 X2－0.231 X3+0.364 X4+0.208 X5

Sperm1= －0.169Y1+0.271Y2－0.574Y3+0.498Y4+0.674Y5

其中:X1為血清鋅，X2為血清銅，X3為血清錳，X4為血清鉛，X5為血清鎘;Y1為精液量，Y2為精子密度，Y3為精子存活率，Y4為正常形態(tài)精子率，Y5為前向運動精子率。

從第一對典型變量的表達式可以看出，簡單典型相關(guān)分析的結(jié)果主要表現(xiàn)為血清鋅與精子存活率呈負相關(guān)，與正常形態(tài)精子率和前向運動精子率呈正相關(guān);而血清銅與精子存活率呈正相關(guān)，與正常形態(tài)精子率和前向運動精子率呈負相關(guān)。

為校正地區(qū)因素的影響，進一步計算了調(diào)整地區(qū)因素后血清鋅、銅、錳、鉛、鎘與精液質(zhì)量指標的偏典型相關(guān)系數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)第一對和第二對偏典型變量的相關(guān)系數(shù)有統(tǒng)計學(xué)意義(P分別為＜0.0001和0.002)，相關(guān)系數(shù)分別為0.239(校正后為0.221)，0.166(校正后為0.154)。第一對偏典型變量的貢獻率為63.82%，第二對偏典型變量的貢獻率為29.97%，兩對典型變量的累計貢獻率為93.79%。

第一對偏典型變量(Element'1和Sperm'1)與原指標的標準化線性組合如下:

Element'1=－0.004 X1+0.895 X2+0.420 X3－0.026 X4－0.040 X5

Sperm'1=0.310 Y1－0.121 Y2+0.872 Y3+0.325 Y4－0.872 Y5

第二對偏典型變量(Element'2和Sperm'2)與原指標的標準化線性組合如下:

Element'2=0.803 X1－0.052 X2+0.144 X3+0.479 X4+0.275 X5

Sperm'2=－0.096 Y1+0.351 Y2－0.129 Y3+0.874 Y4－0.085 Y5

從偏典型變量表達式可以看出:第一對偏典型變量主要表現(xiàn)為血清銅和血清錳與精子存活率呈正相關(guān)，與前向運動精子率呈負相關(guān);第二對偏典型變量主要表現(xiàn)為血清鋅、鉛與精子密度和正常形態(tài)精子率呈正相關(guān)。

討 論

鋅是人體必需的微量元素，是維持男性生殖功能所必須的微量元素。有研究顯示在精子數(shù)量正常的男性中精漿鋅與精子總數(shù)正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.66〔7〕;精漿鋅與精子密度也呈正相關(guān)，而在精子密度小于2千萬每毫升的人群中則沒有相關(guān)性〔8〕。本研究發(fā)現(xiàn)，血清鋅與精子密度和正常形態(tài)精子率呈正相關(guān)，但體內(nèi)鋅水平過高對精液質(zhì)量也有不良影響。有報道〔9〕指出正常男子前列腺、睪丸與精液中的鋅含量過高可抑制精子的活動，在精漿鋅濃度高的對象中，精子活力明顯低于精漿鋅濃度低的對象，顯示高的精漿鋅濃度對精子的前向運動可能有不利影響。鋅對精液指標的作用需要有一個適宜的劑量范圍，但其確切的作用閾值還有待進一步研究。

銅也是人體必需的微量元素，是人體中很多酶的活性成分。葉漢風(fēng)等〔10〕的研究發(fā)現(xiàn)正常生育力男性的精子活動度與精漿銅呈負相關(guān)。但也有研究發(fā)現(xiàn)不育者的精漿銅濃度無顯著性升高，精漿銅與精子密度、前向運動精子百分比和正常形態(tài)精子率呈正相關(guān)〔11〕。本研究顯示血清銅與精子存活率呈正相關(guān)，與正常形態(tài)精子率和前向運動精子率呈負相關(guān)。銅對不同精液指標的作用閾值可能是不同的，其劑量范圍有待進一步研究。

錳是人體必需的微量元素之一，但錳又是工業(yè)生產(chǎn)中普遍應(yīng)用的化學(xué)物質(zhì)，是一種職業(yè)毒物，錳在體內(nèi)過量蓄積可對人體造成一定的損害，其中包括對生殖系統(tǒng)和生殖功能的損害。Lafond〔12〕報道精子過少的患者精漿中錳含量較低，提示錳對人類精子質(zhì)量存在一定的必需性。但在職業(yè)接觸錳等男性中，由于體內(nèi)錳含量過高，出現(xiàn)對生殖功能和精液質(zhì)量的損害，體外實驗發(fā)現(xiàn)500ppm的錳可顯著降低人類精子活力〔13〕。曾有報道很高的錳暴露與陽痿有關(guān)，但這些報道涉及病重的工人，目前沒有多少證據(jù)表明錳對非職業(yè)接觸男性生殖功能有損害作用〔14〕。本研究表明在非職業(yè)接觸人群中血清錳對精子運動可能有一定的負向作用，為研究錳對精液質(zhì)量的影響提供了新的依據(jù)。

鉛是一種對人體有害的元素，對睪丸發(fā)育具有直接毒性作用。Apostoli等〔15〕認為血鉛濃度超過400μg/L時可損傷精子的發(fā)生并使睪酮濃度降低，表現(xiàn)出精子計數(shù)與精液量的減少，精子活動率降低和形態(tài)改變。但有研究〔16〕發(fā)現(xiàn)中度的鉛暴露(血鉛 ＜400μg/L)就可以降低人類的精液質(zhì)量，當血鉛濃度從420μg/L下降到199μg/L時，活動精子和精子穿透力有明顯的改善，由此推斷在目前可接受的鉛暴露水平(400μg/L)可能會對精液質(zhì)量特別是對精子的活動性產(chǎn)生一些不良影響，但這種影響在一定程度上是可逆的〔17〕。本研究顯示血清鉛與精子密度、正常形態(tài)精子率呈正相關(guān)，由于本研究的對象為非職業(yè)鉛接觸的一般成年男性，絕大多數(shù)對象的血清鉛含量在50μg/L(P95)以下，我們推測此劑量可能還沒有達到鉛對精液質(zhì)量產(chǎn)生有害作用的閾值。

鎘是一種有害元素，可對生殖系統(tǒng)產(chǎn)生毒性。對221名新加坡男性的研究發(fā)現(xiàn)在少精子癥者(精子密度＜20×106/ml)中血漿鎘與精子密度呈負相關(guān);精漿鎘與精液量也呈負相關(guān)〔8〕，與精子密度和精子總數(shù)呈負相關(guān)〔18〕。在不育男性中精漿鎘濃度與精子密度、活動精子呈明顯的負相關(guān)(r=－0.189，－0.201;P＜0.05)，但在一般男性志愿者中精漿鎘與活動精子的相關(guān)性不明顯〔19〕。本研究也沒有發(fā)現(xiàn)鎘與精液常規(guī)指標有顯著的相關(guān)關(guān)系。但動物實驗已經(jīng)表明鎘對生殖功能具有損害作用，鑒于鎘是一種常用的工業(yè)原料，且香煙中含有較高的鎘離子，因此，在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中應(yīng)該盡量避免鎘污染，避免體內(nèi)鎘蓄積或中毒。

魏德江等〔20〕對88名18～25歲戰(zhàn)士的研究發(fā)現(xiàn)血清銅與血清鉛、鎘呈正相關(guān)。對436名健康成人的研究發(fā)現(xiàn)血清鋅、銅、錳、鉛、鎘之間均有正相關(guān)關(guān)系〔21〕。本研究也發(fā)現(xiàn)血清鋅、銅、錳之間呈正相關(guān)，血清鉛與鋅、錳、鎘也呈正相關(guān)，血清鎘與血清錳也呈弱的正相關(guān)。由于“微量元素指標”和“精液指標指標”都是多維變量，在變量內(nèi)部也存在相關(guān)，使得闡明兩組變量之間的關(guān)系變得困難，典型相關(guān)分析這種多維技術(shù)能把微量元素檢測指標和精液質(zhì)量指標的相應(yīng)變量整合到相關(guān)的組里進行考慮，綜合分析兩組變量之間的相關(guān)關(guān)系，而且在多元分析方法中，典型相關(guān)分析應(yīng)用最靈活，其前提假設(shè)的限制少，也相對更寬松〔23〕。本研究采用典型相關(guān)分析的方法，首次綜合了解了血清鋅、銅、錳、鉛、鎘對精液常規(guī)指標的影響，為今后開展微量元素對精液質(zhì)量的影響提供了參考。

1．胡良平．現(xiàn)代統(tǒng)計學(xué)與SAS應(yīng)用．北京:軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)出版社，2000:367-371．

2．Teresa M Merfick，張瑩，Ian M Newman．典型相關(guān)分析在中國青少年健康行為影響因素探討中的應(yīng)用．中國衛(wèi)生統(tǒng)計，2008，25(2):114-117．

3．劉冬．聚類分析和典型相關(guān)分析的應(yīng)用舉例赤峰學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011，27(6):5-8．

4．孔祥瑞．《必須微量元素的營養(yǎng)、生理及臨床意義》．合肥:安徽科學(xué)技術(shù)出版社，1982:102-105．

5．顏世銘，李增禧，熊麗萍．微量元素醫(yī)學(xué)精要-微量元素的生理作用和體內(nèi)平衡．廣東微量元素科學(xué)，2002，9(9):1-48．

6．朱長才，范麗榮．接鉛男工血清微量元素分析．湖北預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，2001，12(5):12-13．

7．Madding CI，Jacob M，Ramsay VP，et al．Serum and semen zinc levels in normozoospermic and oligozoospermic men．Ann Nutr Metab，1986，30(4):213-218．

8．Xu B，Chia SE，Tsakok M，Ong CN．Trace elements in blood and seminal plasma and their relationship to sperm quality．Reprod Toxicol，1993，7(6):613-618．

9．Sorensen MB，Bergdahl IA，Hjollund NH，et al．Zinc，magnesium and calcium in human seminal fluid:relations to other semen parameters and fertility．Mol Hum Reprod，1999，5(4):331-337．

10．葉漢風(fēng)，熊源發(fā)，馬麗，等．不同生殖生理狀態(tài)下6種精漿元素的檢測分析．男性學(xué)雜志，1996，10(1):13-16．

11．Jockenhovel F，Bals-Pratsch M，Bertram HP，et al．Seminal lead and copper in fertile and infertile men．Andrologia，1990，22(6):503-511．

12．Lafond JL，Sele B，F(xiàn)avier A．Concentration of selected metals in normal and pathological human seminal plasma．J Trace Elem Electrolytes Health Dis，1988，2(1):19-21．

13．Huang YL，Tseng WC，Lin TH．In vitro effects of metal ions(Fe2+，Mn2+，Pb2+)on sperm motility and lipis peroxidation in human semen．J Toxicol Environ Health A，2001，62(4):259-267．

14．李桂影 編譯．錳的臨床反應(yīng)．國外醫(yī)學(xué)-醫(yī)學(xué)地理分冊，2000，21(2):82-83．

15．Apostoli P，Kiss P，Porru S，et al．Male reproductive toxicity of lead in animals and humans．Occup Environ Med，1998，55(6):364-374．

16．Telisman S，Cvitkovic P，Jurasovic J，et al．Semen quality and reproductive endocrine function in relation to biomarkers of lead，cadmium，zinc，and copper in men．Environ Health Perspect，2000，108(1):45-53．

17．Viskum S，Rabjerg L，Jorgensen PJ，et al．Improvement in semen quality associated with decreasing occupational lead exposure．Am J Ind Med，1999，35(3):257-263．

18．Xu DX，Shen HM，Zhu QX，et al．The associations among semen quality，oxidative DNA damage in human spermatozoa and concentrations of cadmium，lead and selenium in seminal plasma．Mutat Res，2003，534(1-2):155-163．

19．Susan Benoff，Russ Hauser，Joel L Marmar，et al．Cadmium concentrations in blood and seminal plasma:correlations with sperm number and motility in three male populations(Infertility patients，artificial insemination donors，and Unselected Volunteers)．Mol Med，2009，15(7-8):248-262．

20．魏德江，楊文宏，陳瓊．健康成人血清中Cu Zn Fe Pb Cd含量相關(guān)分析．微量元素與健康研究，1997，14(2):34．

21．高振宗，李玉琴．西安地區(qū)成年健康人群血清中微量元素正常值研究．廣東微量元素科學(xué)，1994，1(1):17-25．

22．Laessig RE，Duckett EJ．Canonical correlation analysis:potential for environment health planning．American Journal of Public Health，1979，69:353-359．