吸煙及吸二手煙對(duì)人體多環(huán)芳烴內(nèi)暴露的影響

夏 凌,趙 波,王伯光,張素坤,任明忠 (1.暨南大學(xué)環(huán)境工程系,廣東 廣州 51063；.環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所,廣東 廣州 510655)

多環(huán)芳烴(PAHs)是一類致癌物質(zhì),煙草煙霧作為多環(huán)芳烴的重要來源之一,其含有苯并[a]芘、苯并[a]蒽等多種致癌性多環(huán)芳烴[1-2],是吸煙者接觸多環(huán)芳烴的一個(gè)主要途徑[3].

以往的研究主要針對(duì)苯并[a]芘及其人體代謝產(chǎn)物進(jìn)行評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)吸煙會(huì)顯著影響人體尿液中1-羥基芘(1-OHP)的濃度,吸煙者體內(nèi)1-OHP的濃度顯著高于不吸煙的人群[4-7].針對(duì)非職業(yè)暴露人群,吸煙對(duì)人體尿液中1-OHP的貢獻(xiàn)率明顯高于環(huán)境污染的貢獻(xiàn)率[8].但是,吸二手煙對(duì)人體內(nèi)羥基多環(huán)芳烴濃度的影響尚不清楚[5,9-12].

其實(shí),芘僅占香煙燃燒過程排放 PAHs污染物的一小部分[13],因此只評(píng)價(jià)人體內(nèi)部的 1-OHP暴露水平還不夠.并且受生活習(xí)慣和個(gè)體差異的影響,處于相同暴露環(huán)境的個(gè)體,1-OHP濃度仍有較大差異[14].可見,檢測(cè)尿液中包括芘在內(nèi)的多種多環(huán)芳烴的代謝產(chǎn)物,將有利于準(zhǔn)確評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)吸煙及吸二手煙對(duì)人體多環(huán)芳烴內(nèi)暴露的影響.

為此,本文采用快速液相色譜-三重四級(jí)桿串聯(lián)質(zhì)譜對(duì)調(diào)查區(qū)居民尿液中各種 OH-PAHs含量水平進(jìn)行檢測(cè),對(duì)比分析了吸煙及二手煙對(duì)尿液中各種OH-PAHs含量的影響,旨在更全面地評(píng)估吸煙及吸二手煙對(duì)人體多環(huán)芳烴內(nèi)暴露的影響,為認(rèn)識(shí)吸煙對(duì)人體健康影響提供科學(xué)數(shù)據(jù).

1 材料與方法

1.1 試劑與材料

甲醇(Burdick & Jackson);醋酸(廣州化學(xué)試劑廠),2-羥基萘(2-OHN)、1-羥基萘(1-OHN)、2-羥基芴(2-OHF)、3-羥基芴(3-OHF)、1-羥基菲(1-OHPhe)、2-羥基菲(2-OHPhe)、3-羥基菲(3-OHPhe)、4-羥基菲(4-OHPhe)、9-羥基菲(9-OHPhe)、1-羥基芘(1-OHP)標(biāo)準(zhǔn)品、兩種同位素標(biāo)記的羥基多環(huán)芳烴(氘代 3-羥基菲、13C-1-羥基芘)均購(gòu)自美國(guó)MRI.

1.2 問卷調(diào)查、尿樣采集及肌酐測(cè)定

于2012年7月在廣東某城鄉(xiāng)結(jié)合部工業(yè)區(qū)采集周邊居民(73.6%調(diào)查對(duì)象在 45～64歲之間,26.4%調(diào)查對(duì)象為 65歲以上)尿液,并進(jìn)行問卷調(diào)查.調(diào)查內(nèi)容包括:年齡、性別、吸煙及吸二手煙情況等.根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)定義,不吸煙者指從未吸煙或戒煙2a以上的人;吸煙者指一生中連續(xù)或累積吸煙 6個(gè)月或以上者,且調(diào)查前30d內(nèi)吸過煙的人;被動(dòng)吸煙指不吸煙者一周內(nèi)有一天以上吸入吸煙者呼出的煙霧超過 15min.以此將調(diào)查人群分為吸煙組、吸二手煙組和不吸煙組,各組的人數(shù)分別為77、47、40人.

本次調(diào)查中采集到晨尿共 164份,尿液收集在聚乙烯塑料瓶中,保存于-80℃超低溫冰箱中.使用國(guó)標(biāo)WS/T 98-1996中的方法[15]測(cè)定肌酐濃度,消除尿液稀稠度對(duì)羥基多環(huán)芳烴濃度的影響.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品前處理及純化前處理方法主要參考Onyemauwa等[16]和 Fan等[17]研究中的方法.4.0mL解凍后尿液加入1.5mL×0.2mol/L的鹽酸調(diào)整pH值為5.0,添加2.5mL×0.5mol/L醋酸-醋酸銨溶液、20μL β-葡糖苷酸-芳基硫酸酯酶、回收率指示物氘代3-羥基菲;水解12h后離心10min,離心后用 C18固相萃取小柱凈化.C18小柱預(yù)先用5.0mL甲醇、10mL去離子水活化,然后上樣;隨后用4.0mL去離子水、4.0mL 30%的甲醇溶液淋洗固相萃取柱,淋洗液流干后持續(xù)保持真空狀態(tài)約1min,最后用8.0mL甲醇洗脫.凈化后的樣品氮吹濃縮至200μL左右,添加1-羥基芘(13C)作為內(nèi)標(biāo)然后用0.2μm針頭過濾器過濾,待測(cè).

1.3.2 儀器分析條件采用 Agilent 1260-ABSIEX 4000Q高效液相串聯(lián)質(zhì)譜儀檢測(cè)尿液目標(biāo)物濃度,儀器分析條件見表1.

表1 羥基多環(huán)芳烴檢測(cè)的質(zhì)譜條件Table 1 The detected MS conditions of hydroxy-PAHs

高效液相色譜的分析條件:以甲醇和水做流動(dòng)相,反相 C-18色譜柱分析(ZORBAX SB-C18柱),30℃.梯度洗脫條件如下:流動(dòng)相中甲醇的濃度在 25min內(nèi)從 55%上升到 81.8%,流速0.25mL/min.質(zhì)譜的分析條件:離子源為電噴霧電離源,負(fù)離子方式檢測(cè),掃描方式為 MRM 監(jiān)測(cè).電噴霧模式電壓為-3000V,掃描時(shí)間400ms,溫度360℃.MRM模式下的離子對(duì)和碰撞能量等參數(shù)選擇見表1.

1.4 質(zhì)量控制與質(zhì)量保證

10種OH-PAHs在給定的范圍內(nèi)均呈現(xiàn)良好的線性,儀器檢出限為:3.2～15ng/L,方法檢出限為10～50ng/L.尿液樣品采用10%的實(shí)驗(yàn)室空白、空白加標(biāo)和隨機(jī)采樣平行雙樣.實(shí)驗(yàn)室空白在0.00733～0.231ng之間,空白樣品的加標(biāo)回收率在 90.2%～96.1%,采樣平行相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在 2.33%～4.35%.表明分析儀器具有較好的穩(wěn)定性,本檢測(cè)方法可以快速、靈敏的完成OH-PAHs的分析工作.

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用 SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,由于樣本中各 OH-PAHs濃度數(shù)據(jù)均不符合正態(tài)分布,采用Spearman函數(shù)分析各OH-PAHs濃度之間的相關(guān)性.采用 Mann-Whitney U檢驗(yàn)分析各OH-PAHs濃度受吸煙及二手煙暴露的影響.

2 結(jié)果與討論

2.1 調(diào)查區(qū)人群體內(nèi)OH-PAHs含量水平

本研究檢測(cè)出2-OHN、1-OHN、2-+3-OHF、2-OHPhe、3-OHPhe、4-OHPhe、1-+9-OHPhe、1-OHP共 10個(gè) OH-PAHs,其中 2-OHF和3-OHF、1-OHPhe和9-OHPhe屬共溢出峰,因此在文中分別以 2-+3-OHF、1+9-OHPhe表示.其濃度中位數(shù)分別是 1.83, 1.34, 0.51, 0.14, 0.21,0.07, 0.69, 0.25 μmol/mol肌酐.

表2 不同人群尿樣中1-OHP濃度的中位數(shù)比較(μmol/mol,肌酐校準(zhǔn))Table 2 The median concentrations of 1-OHP in urine of general populations of different countries (μmol/mol,creatinine corrected)

表2中列出了其他研究中不吸煙、吸煙、吸二手煙和總?cè)巳后w內(nèi)1-OHP的濃度中位數(shù).與國(guó)外研究相比,除烏克蘭兒童外[10],其他研究中不吸煙,吸煙及吸二手煙人群尿液中1-OHP濃度中位數(shù)均低于本研究[9,18-20].但與國(guó)內(nèi)研究相比,除南方某中學(xué)學(xué)生(0.17μmol/mol肌酐)[21]外,不吸煙人群尿液中 1-OHP濃度中位數(shù)高于本研究;吸煙人群尿液中1-OHP濃度中位數(shù)與本研究相當(dāng)[22-23].而本研究中吸二手煙人群體內(nèi)1-OHP濃度中位數(shù)均低于其他研究,這可能與吸二手煙人群受到煙氣的暴露時(shí)間和暴露量有關(guān).人體內(nèi)PAHs暴露的來源較為復(fù)雜,除了吸煙、環(huán)境空氣外,還包括飲食等.其中,膳食暴露很可能是普通人群多環(huán)芳烴暴露的最主要來源[24].而本次調(diào)查總?cè)巳耗蛞褐?-OHP的濃度并不高于國(guó)內(nèi)其他調(diào)查人群[12,22-23],可能與調(diào)查對(duì)象飲食習(xí)慣有關(guān).由于本次調(diào)查區(qū)域內(nèi)居民飲食習(xí)慣較為清淡,且調(diào)查對(duì)象主要以老年人為主,而老年人的飲食主要以蒸煮類為主,相比于煎炸類食品,相對(duì)清淡的蒸煮類食品對(duì)多環(huán)芳烴的貢獻(xiàn)率較低[10].

2.2 吸煙及吸二手煙對(duì)PAHs內(nèi)暴露水平的影響

由表 3可知.除 4-OHPhe外,其他幾種OH-PAHs的平均濃度值均為吸煙組＞吸二手煙組＞不吸煙組.吸煙組和吸二手煙組人群尿液中2-OHN、1-OHN和2-+3-OHF濃度均顯著高于不吸煙組(P＜0.01),吸煙組尿液中 2-OHN、1-OHN和2-+3-OHF平均濃度分別是吸二手煙組、不吸煙組的2.6、5.5倍,1.8、6.4倍和2.0、2.6倍.這與萘和芴是煙草煙霧中濃度最高的組分有關(guān)

[13].吸煙組人群尿液中 1-OHP濃度也顯著高于不吸煙組(P＜0.01),吸煙組尿液中 1-OHP平均濃度分別是二手煙組、不吸煙組的1.4、1.6倍,這與以往文獻(xiàn)報(bào)道的吸煙者體內(nèi)1-OHP的濃度顯著高于不吸煙人一致[4-7].吸二手煙組人群尿液中1-OHP和其余7種OH-PAHs濃度與不吸煙組無顯著差異(P＞0.01),這可能與二手煙暴露人群的暴露時(shí)間和暴露量有關(guān),也可能與研究區(qū)域的背景濃度有關(guān).同時(shí)已有研究表明,吸煙人群與吸二手煙人群分別主要吸入主流煙霧和側(cè)流煙霧,而側(cè)流煙霧中 PAHs 含量是主流煙霧的1～2倍以上[25].因此,導(dǎo)致了本研究中吸煙人群與吸二手煙人群不同的PAHs內(nèi)暴露水平.

表3 吸煙、吸二手煙和不吸煙人群尿液中各種OH-PAHs濃度(μmol/mol,肌酐校準(zhǔn))Table 3 The concentrations of OH-PAHs inurine of smokers, passive-smokers and non-smokers(μmol/mol, creatinine corrected)

2.3 吸煙及吸二手煙對(duì) OH-PAHs組成特征的影響

比較3組人群尿液中OH-PAHs組成特征,如圖 1所示,吸煙組和二手煙組人群尿液中1-OHN和 2-OHN所占的比例均高于不吸煙組人群,1-OHP所占的比例均低于不吸煙組人群,這可能與萘是香煙煙霧中多環(huán)芳烴濃度最高的化合物有關(guān)[13],香煙煙霧主要以低環(huán)PAHs為主,其中兩環(huán)和三環(huán)的PAHs可占總量的86%[26].此外,由于經(jīng)過吸煙和二手煙暴露的萘可能更容易被人體吸收并代謝出體外,這也會(huì)影響三組人群體內(nèi)羥基多環(huán)芳烴的組成特征.

圖1 吸煙、吸二手煙和不吸煙人群尿液中OH-PAHs的組成特征Fig.1The compositions of OH-PAHs inurine of smokers,passive-smokers and non-smokers

2.4 吸煙及吸二手煙對(duì)各 OH-PAHs之間相關(guān)性的影響

采用Spearman函數(shù)進(jìn)行雙尾檢驗(yàn)分析,比較了不吸煙、吸煙以及二手煙人群尿液中各OH-PAHs之間的相關(guān)性,結(jié)果如表 4所示.不吸煙人群體內(nèi)萘和菲的代謝物的各種同分異構(gòu)體之間均顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)在 0.43～0.85之間;而1-OHP與其他各OH-PAHs均顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)在 0.32～0.69;2-OHN 與 4-OHPhe之間、1-OHN與 2-+3-OHF之間和 2-+3-OHF與4-OHPhe之間的濃度水平無相關(guān)性.

不同于不吸煙人群,吸煙人群體內(nèi)各 OHPAHs之間均顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)在 0.26～0.75.這可能是由于吸煙組人群體內(nèi)OH-PAHs主要的源于吸煙,吸煙對(duì)人體內(nèi) OH-PAHs的具有較高貢獻(xiàn)率,使得各OH-PAHs之間具有很好的相關(guān)性.

除1-OHN與1-+9-OHPhe有相關(guān)性外,吸二手煙人群體內(nèi) 1-OHN、2-OHN和其他各OH-PAHs之間均無相關(guān)性,2-+3-OHF僅與3-OHPhe之間顯著相關(guān);而萘和芴是香煙煙霧中組分最多的2種PAHs,說明二手煙暴露人群體內(nèi)萘和芴的代謝物來源比其他兩組更為復(fù)雜,受環(huán)境空氣和香煙煙霧的雙重影響.菲的各種代謝物之間均顯著相關(guān),且菲的各種代謝物與1-OHP也均顯著相關(guān);而1-OHP與2-+3-OHF有相關(guān)性,但相關(guān)系數(shù)并不高,且 1-OHP與 1-OHN和2-OHN均無相關(guān)性.這也說明菲和芘的代謝物受二手煙暴露的影響相對(duì)吸煙暴露更小一些.

不同研究報(bào)道中,暴露人群體內(nèi)各 OHPAHs之間的相關(guān)性的差異比較明顯[21-22],也與本研究中各OH-PAHs之間的相關(guān)性有明顯的差異性,這可能是由于這些研究在統(tǒng)計(jì)相關(guān)性時(shí),均沒有排除吸煙以及二手煙暴露對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的干擾,而本研究則證明,這種干擾是顯著存在的.

表4 不吸煙組、吸煙組和吸二手煙組人群尿液中各種OH-PAHs的相關(guān)性Table 4 Correlation of different OH-PAHs inurine of non-smokers, smokers and passive-smokers

3 結(jié)論

3.1 吸煙及吸二手煙對(duì)人群尿液中各OH-PAHs濃度水平影響按照吸煙組＞吸二手煙組＞不吸煙組遞減,對(duì)萘和芴的代謝產(chǎn)物影響顯著.

3.2 吸煙和吸二手煙均會(huì)改變?nèi)巳耗蛞褐蠴H-PAHs的組成比例,其中萘的代謝產(chǎn)物 2-羥基萘和 1-羥基萘所占的比例分別是不吸煙組人群的1.5、1.2倍和1.7、1.9倍.

3.3吸煙、吸二手煙及不吸煙人群體內(nèi)各OH-PAHs之間的相關(guān)性具有明顯差異,反映出吸煙、吸二手煙對(duì)人群體內(nèi)PAHs的內(nèi)暴露水平影響不同.

[1]IARC (2004). IARC monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans: Tobacco smoke and involuntary smoking [R]. International Agency for Research on Cancer, Lyon,France.

[2]Zhang S M, Chen K M, Aliaga C, et al. Identification and quantification of DNA adducts in the oral tissues of mice treated with the environmental carcinogen dibenzo [a, l]pyrene by HPLC-MS/MS [J]. Chemical Research in Toxicology, 2011,24(8):1297-1303.

[3]Mitra S, Ray B. Patterns and sources of polycyclic aromatic hydrocarbons and their derivatives in indoor air [J]. Atmospheric Environment, 1995,29(22):3345-3356.

[4]Scherer G, Richter E. Biomonitoring exposure to environmental tobacco smoke (ETS): a critical reappraisal [J]. Human and Experimental Toxicology, 1997,16(8):449-459.

[5]Van Rooij J G M, Veeger M M S, Bodelier-Bade M M, et al.Smoking and dietary intake of polycyclic aromatic hydrocarbons as sources of interindividual variability in the baseline excretion of 1-hydroxypyrene in urine [J]. International Archives of Occupational and Environmental Health, 1994,66(1):55-65.

[6]Merlo F, Andreassen A, Weston A, et al. Urinary excretion of 1-hydroxypyrene as a marker for exposure to urban air levels of polycyclic aromatic hydrocarbons [J]. Cancer Epidemiology Biomarkers and Prevention, 1998,7(2):147-155.

[7]Miel?yńska D, Braszczyńska Z, Siwińska E, et al. Exposure of coke-oven workers to polycyclic aromatic hydrocarbons based on biological monitoring results [J]. American Industrial Hygiene Association Journal, 1997,58(9):661-666.

[8]Gündel J, Mannschreck C, Büttner K, et al. Urinary levels of 1-hydroxypyrene, 1-, 2-, 3-, and 4-hydroxyphenanthrene in females living in an industrial area of Germany [J]. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 1996,31(4):585-590.

[9]Heudorf U, Angerer J. Urinary monohydroxylatedphenanthrenes and hydroxypyrene–the effects of smoking habits and changes induced by smoking on monooxygenase-mediated metabolism [J].International Archives of Occupational and Environmental Health,2001,74(3):177-183.

[10]Mucha A P, Hryhorczuk D, Serdyuk A, et al. Urinary 1-hydroxypyrene as a biomarker of PAH exposure in 3-year-old Ukrainian children [J]. Environmental Health Perspectives, 2006,114(4):603.

[11]St. Helen G, Goniewicz M L, Dempsey D, et al. Exposure and kinetics of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in cigarette smokers [J]. Chemical Research in Toxicology, 2012,25(4):952-964.

[12]Fan R, Yu Z, Sheng G, et al. Profile Assessment of Students Non-Occupationally Exposed to PAHs in Pearl River Delta[C]//Bioinformatics and Biomedical Engineering (iCBBE), 2010 4th International Conference on. IEEE, 2010:1-4.

[13]Ding Y S, Trommel J S, Yan X J, et al. Determination of 14polycyclic aromatic hydrocarbons in mainstream smoke from domestic cigarettes [J]. Environmental Science and Technology,2005,39(2):471-478.

[14]Zhang W J, Xu D Q, Zhuang G H, et al. A pilot study on using urinary 1-hydroxypyrene biomarker for exposure to PAHs in Beijing [J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2006,131(1-3):387-394.

[15]WS/T98-1996 中華人民共和國(guó)衛(wèi)生行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):尿中肌酐的反相高效液相色譜測(cè)定方法 [S].

[16]Onyemauwa F, Rappaport S M, Sobus J R, et al. Using liquid chromatography–tandem mass spectrometry to quantify monohydroxylated metabolites of polycyclic aromatic hydrocarbons in urine [J]. Journal of Chromatography B, 2009,877(11):1117-1125.

[17]Fan R, Robert Ramage et al. Determination of ten monohydroxylated polycyclic aromatic hydrocarbons by liquid–liquid extraction and liquid chromatography/tandem mass spectrometry [J]. Talanta, 2012,93:383-391.

[18]Dor F, Haguenoer J M, Zmirou D, et al. Urinary 1-Hydroxypyrene as a Biomarker of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Exposure of Workers on a Contaminated Site:Influence of Exposure Conditions [J]. Journal of Occupational and Environmental Medicine, 2000,42(4):391-397.

[19]Kim H, Cho S H, Kang J W, et al. Urinary 1-hydroxypyrene and 2-naphthol concentrations in male Koreans [J]. International Archives of Occupational and Environmental Health, 2000,74(1):59-62.

[20]Wilhelm M, Hardt J, Schulz C, et al. New reference value and the background exposure for the PAH metabolites 1-hydroxypyrene and 1-and 2-naphthol in urine of the general population in Germany: basis for validation of human biomonitoring data in environmental medicine [J]. International Journal of Hygiene and Environmental health, 2008,211(3):447-453.

[21]岳 強(qiáng),王德超,于志強(qiáng),等.我國(guó)南方某市部分中學(xué)生多環(huán)芳烴內(nèi)暴露水平研究 [J]. 環(huán)境與健康雜志, 2009,26(5):385-387.

[22]范瑞芳,于志強(qiáng),王 宇,等.汕頭市郊某地人群體內(nèi) 1-羥基萘、2-羥基萘和 1-羥基芘暴露研究[J].環(huán)境與健康雜志, 2009,26(5):388-390.

[23]Chen B, Hu Y, Jin T, et al. Higher urinary 1-hydroxypyrene concentration is associated with cooking practice in a Chinese population [J]. Toxicology Letters, 2007,171(3):119-125.

[24]Fiala Z, Vyskocil A, Krajak V, et al. Environmental exposure of small children to polycyclic aromatic hydrocarbons [J].International Archives of Occupational and Environmental Health,2001,74(6):411-420.

[25]襲著革,晁福寰,孫詠梅,等.室內(nèi)生源性多環(huán)芳烴對(duì)DNA的氧化損傷 [J]. 中國(guó)公共衛(wèi)生, 2004,20(9):1034-1036.

[26]杜雪晴,王新明,唐建輝,等.我國(guó)主要市售香煙主流煙氣中多環(huán)芳烴的分析 [J]. 環(huán)境化學(xué), 2006,25(6):785-788.