重金屬暴露與腎功能的關(guān)聯(lián)性研究:基于代謝綜合征人群的橫斷面研究證據(jù)

張皓文 王家林 朱勁剛 李彥君 鐘 旭 龍 剛 孫廣東 張 敏*

(1.天津醫(yī)科大學(xué) 人民臨床學(xué)院,天津 300121;2.天津市人民醫(yī)院 腎內(nèi)科,天津300121)

代謝綜合征(Metabolic syndrome,Mets)是一種以腹部肥胖、胰島素抵抗、高血壓和高脂血癥為特征的病理狀況。據(jù)統(tǒng)計(jì),其患者約占世界人口的四分之一[1]。慢性腎臟病(Chronic kidney disease,CKD)同樣是一個日益嚴(yán)重的公共健康問題,因?yàn)槠涓甙l(fā)病率以及復(fù)雜繁多的相關(guān)并發(fā)癥,造成了龐大的醫(yī)療負(fù)擔(dān)。根據(jù)全球疾病負(fù)擔(dān)最新的研究顯示,2017年全球約有6.975億CKD患者[2]。由于兩種疾病如此高的發(fā)病幾率,近年來越來越多的目光聚焦于兩種疾病的合并人群,近期,由美國心臟協(xié)會提出了關(guān)于心血管腎臟代謝綜合征的新概念[3],指出了代謝危險(xiǎn)因素與心血管疾病及CKD之間的多維聯(lián)系,更是使得研究者們進(jìn)一步關(guān)注Mets與CKD之間的共同聯(lián)系。有研究指出[4],在存在代謝功能障礙的人群中,脂肪組織功能紊亂通過釋放促炎和促氧化物質(zhì)從而造成腎臟炎癥及纖維化,進(jìn)而損害腎功能。

重金屬普遍存在于自然環(huán)境中,可經(jīng)過皮膚接觸、呼吸道吸入或者口服等途徑進(jìn)入人體,并對機(jī)體產(chǎn)生健康影響[5]。腎臟是一個可以濾過、重吸收和濃縮金屬離子的代謝器官。因此,它是一個對金屬高度敏感的器官。多項(xiàng)流行病學(xué)研究及動物實(shí)驗(yàn)針對重金屬的腎毒性作用進(jìn)行深入探索[6-7],但上述研究結(jié)果仍存在爭議。且由于血液中金屬的濃度受到多種因素(如性別、肥胖、吸煙、生活習(xí)慣等)的影響[8-10],而Mets患者自身的代謝紊亂狀態(tài)無疑是一種不可忽視的因素。作為一個高發(fā)的疾病人群,目前尚未有研究針對Mets患者開展重金屬暴露對腎功能的影響研究。因此,本研究擬基于美國營養(yǎng)與健康調(diào)查(National health and nutrition examination survey,NHANES)中2011—2018年的數(shù)據(jù),通過評估血液中鎘(Cd)、鉛(Pb)、硒(Se)以及錳(Mn)的水平,研究Mets人群中重金屬暴露與CKD發(fā)生以及腎功能指標(biāo)的相關(guān)性,從而為在Mets人群中精準(zhǔn)防治腎臟并發(fā)癥尋求更好的科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 研究人群和數(shù)據(jù)來源

本研究的數(shù)據(jù)來源于NHANES(2011—2018年)。NHANES由美國疾病預(yù)防控制中心牽頭開展,通過問卷調(diào)查,身體測量和實(shí)驗(yàn)室檢查來評估參與者的健康和營養(yǎng)狀況,其相關(guān)數(shù)據(jù)和倫理批準(zhǔn)可在美國衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)中心公開獲得[11]。2011—2018年4個周期中共納入研究參與者35 196人,其中代謝綜合征患者5 510人。在排除了年齡小于18歲(92人)、血肌酐及尿白蛋白肌酐比值、血尿酸,以及血液金屬數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù)缺失(1 571人)、懷孕,協(xié)變量缺失及無有效權(quán)重(1 373人)后,本研究共納入2 474人進(jìn)行分析。

1.2 暴露測量

本研究檢測了血液中的4種重金屬(包括鉛、鎘、硒、錳)濃度。全血樣本依照實(shí)驗(yàn)室程序手冊進(jìn)行制備、儲存及分析,采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)定量評估血液樣品中重金屬的濃度[12]。當(dāng)重金屬濃度低于檢出限(Limit of detection,LOD)時,采用將LOD除以2的平方根進(jìn)行處理[13]。

1.3 代謝綜合征的定義

本研究僅納入患有代謝綜合征的人群進(jìn)行分析。根據(jù) NCEP ATPIII 標(biāo)準(zhǔn)診斷代謝綜合征,當(dāng)存在以下 3 項(xiàng)或更多時,定義為代謝綜合征:向心性肥胖、高空腹血糖、高血清甘油三酯、高血清高密度脂蛋白、高膽固醇和高血壓[14]。

1.4 結(jié)局測量

估計(jì)的腎小球?yàn)V過率(Estimated glomerular filtration rate,eGFR)的計(jì)算根據(jù)CKD-EPI方程得出[15],CKD的定義為尿白蛋白肌酐比值(Urinary albumin to creatinine ratio,UACR)>30 mg/g或eGFR<60 mL/min(1.73 m2過濾面積)。本研究的主要結(jié)果指標(biāo)包括CKD、eGFR、UACR和尿酸(Uric acid,UA)。

1.5 協(xié)變量

為了得到更為可靠的結(jié)果,通過參照既往的研究及臨床實(shí)踐,將以下因素納入?yún)f(xié)變量構(gòu)建調(diào)整模型,包括:年齡(≥60、<60歲)、性別、種族(包括墨西哥裔美國人、其他西班牙裔、非西班牙裔白人、非西班牙裔黑人及其他種族)、受教育程度(高中以下、高中及同等學(xué)歷、高中以上)、家庭貧困收入比(Poverty-income ratio,PIR)、BMI(<25 kg/m2、≥25 kg/m2)、吸煙、飲酒、運(yùn)動情況。PIR劃分為低(≤1.3)、中(1.3～3.5)、高(>3.5)。吸煙情況依據(jù)血清可替寧的水平分為低(<0.015 ng/mL)、中(0.015～3 ng/mL)、高(>3 ng/mL)三個水平。依據(jù)美國國立衛(wèi)生院國家酒精濫用和酒精中毒研究所的定義,依據(jù)性別差異分為不飲酒、中度飲酒、重度飲酒(包含酗酒)[16]。體力活動則根據(jù)體力活動指南的建議,使用全球身體活動問卷對參與者進(jìn)行訪問,并根據(jù)問卷結(jié)果將其劃分為低強(qiáng)度、中等強(qiáng)度、高強(qiáng)度三組[17]。

共患病的診斷標(biāo)準(zhǔn)中,糖尿病定義為:服用糖尿病藥物、空腹血糖≥7.0 mmol/L或糖化血紅蛋白≥6.5 mmol/L以及問卷調(diào)查回答曾經(jīng)確診有糖尿病[18];高血壓則定義為:收縮壓≥140 mmHg(1 mmHg=133.322 Pa)或舒張壓≥90 mmHg、服用降壓藥物及問卷回答曾經(jīng)確診有高血壓病史[19]。而血脂異常則定義為總膽固醇≥5.18 mmol/L,或甘油三酯≥150 mg/dL,或男性高密度脂蛋白膽固醇<1.04 mmol/L、女性<1.30 mmol/L,或低密度脂蛋白膽固醇≥3.37 mmol/L,或使用任何降脂藥物[20]。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

在本研究中,嚴(yán)格參照NHANES指南,考慮其多階段的抽樣設(shè)計(jì),使用合適的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)后分析。在統(tǒng)計(jì)學(xué)描述中,連續(xù)性變量計(jì)算加權(quán)平均值,分類變量計(jì)算其構(gòu)成比。對于連續(xù)性變量及分類變量分別使用加權(quán)Studentt檢驗(yàn)及加權(quán)卡方檢驗(yàn)差異性檢驗(yàn)。由于血液中金屬值呈的偏態(tài)分布,本研究對其進(jìn)行了對數(shù)轉(zhuǎn)換以更好地?cái)M合模型。使用加權(quán)Logistics回歸以及線性回歸探討Mets人群中血液重金屬暴露對CKD發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)及腎功能指標(biāo)的影響。模型1:粗模型,即僅納入血液重金屬濃度進(jìn)行分析。模型2:在模型1的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步校正年齡、性別、種族、受教育程度、PIR、BMI、吸煙狀況、飲酒狀況和運(yùn)動情況。根據(jù)年齡分組、性別、BMI分組、是否患有高血壓、是否患有糖尿病以及是否患有血脂異常進(jìn)行亞組分析。雙側(cè)P<0.05被視為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在本研究中,所有統(tǒng)計(jì)學(xué)分析均使用Empower Stats 4.1.0軟件及R 4.3.0軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果

2.1 參與者基線特征

本研究最終納入代謝綜合征患者2 474例,其中女性占比51.59%,平均年齡(54.36±0.45)歲,平均BMI為(33.41±0.26) kg/m2。在本研究中大多數(shù)納入患者為非西班牙裔白人(67.23%)、收入水平中等(37.67%)、中度吸煙(38.05%)、重度以上飲酒(39.70%)、教育程度較高(55.89%)、每日運(yùn)動強(qiáng)度較低(52.73%)。

此外,發(fā)現(xiàn)在CKD組中,年齡、血Pb、UACR、UA及eGFR均高于無CKD組,而血Se則低于無CKD組,且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),有關(guān)血液中腎功能指標(biāo)與重金屬水平詳見表1。

表1 人群基線資料表(依據(jù)是否患有CKD分組)

2.2 Mets患者血液重金屬暴露與腎功能的關(guān)聯(lián)

根據(jù)回歸分析結(jié)果顯示,在未進(jìn)行任何調(diào)整的模型中,血Pb及Cd與CKD發(fā)生、UACR、UA呈正向關(guān)聯(lián),與eGFR則呈負(fù)向關(guān)聯(lián);而Se與CKD發(fā)生呈現(xiàn)負(fù)向關(guān)聯(lián),Mn則與eGFR層正向關(guān)聯(lián),與UA呈現(xiàn)負(fù)向關(guān)聯(lián)(P<0.05)。在調(diào)整了年齡、性別、種族、PIR、教育程度、BMI、吸煙狀況、飲酒狀況、運(yùn)動狀況后,血液中Pb與CKD發(fā)生(OR=1.32,95%CI:1.08～1.63)及血尿酸水平(β=0.03,95%CI:0.01～0.04)呈現(xiàn)正向關(guān)聯(lián),而與eGFR水平(β=-0.06,95%CI:-0.07～-0.05)呈負(fù)向關(guān)聯(lián);Cd與CKD患病呈正向關(guān)聯(lián)(OR=1.34,95%CI:1.07～1.67)而與eGFR呈負(fù)向關(guān)聯(lián)(β=-0.05,95%CI:-0.07～-0.04);Se水平與CKD發(fā)病(OR=0.33,95%CI:0.14～0.74)呈負(fù)向關(guān)聯(lián);Mn與eGFR(β=0.11,95%CI:0.06～0.15)存在正向關(guān)聯(lián)(P<0.05),見表2。

表2 單一重金屬與代謝綜合征人群中腎功能標(biāo)志物的關(guān)聯(lián)

2.3 亞組分析

在按照年齡、性別、BMI、CKD分期、高血壓、糖尿病及血脂異常病史分層的亞組分析中,發(fā)現(xiàn)在絕大多數(shù)亞組中,血液重金屬對于腎功能的影響與主模型的結(jié)果保持一致。Pb及Cd對CKD發(fā)生的影響在BMI<25 kg/m2的人群中尤為明顯(OR分別為2.79和2.49)。血Se對于腎功能的影響,在女性、年齡≥60、BMI≥25 kg/m2以及患有高血壓的人群中更為顯著。在各亞組中,血Mn對eGFR的正向關(guān)聯(lián)穩(wěn)定存在,且未發(fā)現(xiàn)與其他腎功能標(biāo)志物及CKD的顯著關(guān)聯(lián),見表3。

表3 在代謝綜合征人群中血鉛(鎘、硒、錳)與腎功能指標(biāo)相關(guān)性的亞組分析

3 討論

本研究通過使用NHANES數(shù)據(jù)庫2011—2018年的數(shù)據(jù),基于代謝綜合征人群,探討了血液4種重金屬(Pb、Cd、Se、Mn)暴露與CKD及腎功能標(biāo)志物(eGFR、UACR、UA)之間的關(guān)聯(lián)性。結(jié)果表明,在代謝綜合征人群中,Pb、Cd可能會造成腎臟損害,而Se及Mn的暴露可能對腎功能有保護(hù)作用。本研究為在特定人群之中血金屬與腎功能之間的相關(guān)性提供了參考,具有一定的公共衛(wèi)生學(xué)價值和意義。

在既往的研究中已經(jīng)證實(shí)了CKD的發(fā)生受到氧化應(yīng)激作用的調(diào)控,而在代謝綜合征的人群之中,由于肥胖、血脂異常等多種因素的調(diào)控,使得氧化應(yīng)激反應(yīng)更為活躍。在本研究中,CKD的發(fā)病率達(dá)27.1%,遠(yuǎn)高于普通人群[2]。Cd和Pb是人體內(nèi)兩種非必需金屬,當(dāng)血液中Cd以及Pb濃度升高時,Cd可以通過破壞抗氧化酶系統(tǒng)、誘導(dǎo)線粒體損傷以及減少活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的清除從而間接使機(jī)體內(nèi)ROS水平上升,介導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)的加重;而Pb則通過抑制抗氧化酶(諸如超氧化物歧化酶、葡萄糖-6磷酸脫氫酶等)的活性,直接增加ROS的水平[21]。此外由于Pb以及Cd的暴露可能會導(dǎo)致代謝綜合征人群中原有的胰島素抵抗的加重以及脂肪組織功能紊亂[22],從而增加炎癥因子(如腫瘤壞死因子α、白介素6、血管內(nèi)皮生長因子等)的釋放[23],進(jìn)一步損害腎功能。在一項(xiàng)針對亞洲一般人群的橫斷面研究中發(fā)現(xiàn),血液中的Cd與Pb水平與eGFR存在負(fù)相關(guān)[24],同時KIM等[25]的研究中也證實(shí),即使在低水平暴露時,血液中的Cd也與CKD的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)存在顯著正相關(guān),這與本研究的結(jié)果相一致。然而LU等[26]在中國鉛污染地區(qū)的研究發(fā)現(xiàn),成人的腎功能降低與血鉛水平并不存在顯著相關(guān)性,這與我們的研究結(jié)果有所差異。產(chǎn)生這種差異的原因可能是由于本研究基于代謝綜合征人群開展研究,該人群本身可能更易受到金屬毒性的影響;其次上述研究中人群來自鉛污染地區(qū),環(huán)境中鉛濃度的不同以及個體差異同樣也會對研究結(jié)果造成差異。此外在亞組分析中發(fā)現(xiàn),非超重或肥胖的代謝綜合征人群,Cd及Pb對其CKD發(fā)病的影響相對較大。考慮到由于在本研究中BMI<25 kg/m2的人群樣本量相對較少,對此結(jié)果仍需大規(guī)模人群研究驗(yàn)證。

而目前對于血Se暴露與腎臟損害之間的關(guān)系尚存在一定爭議,部分研究認(rèn)為CKD的發(fā)生與血Se水平并無關(guān)聯(lián)性,甚至存在正相關(guān)[27]。XIE等[28]一項(xiàng)基于中國健康與營養(yǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)的研究中發(fā)現(xiàn),在普通人群中(特別是女性和中老年人群),高水平的Se攝入能在一定程度上降低CKD的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn),這與我們的研究結(jié)果相一致。由于我們的研究人群更為特殊,造成這種現(xiàn)象的原因可能與Se對于腎臟的保護(hù)作用受到多種代謝因素的影響[28],而在代謝綜合征的人群之中無疑會增加對于這種作用的敏感性。同樣,對于血Mn,發(fā)現(xiàn)其eGFR的降低存在負(fù)向關(guān)聯(lián)。 Mn參與多種與氧化應(yīng)激相關(guān)的金屬酶合成。當(dāng)體內(nèi)Mn缺乏時,會導(dǎo)致Mn-SOD功能障礙,從而導(dǎo)致腎功能損害[29]。目前有關(guān)血Mn對腎臟影響的報(bào)道較少,在TSAI等[30]所進(jìn)行的研究中發(fā)現(xiàn),尿液中Mn含量與尿白蛋白水平升高有關(guān),這與我們的研究結(jié)果相異。結(jié)果的差異性可能歸因于兩項(xiàng)研究所用生物樣本不同,且存在人群差異,因此,Mn對健康人群以及代謝綜合征人群腎功能的影響仍需前瞻性研究驗(yàn)證。

4 結(jié)論

1)本研究使用了NAHNES數(shù)據(jù)庫,該數(shù)據(jù)庫具有全國代表性。這在一定程度上擴(kuò)大了代謝綜合征人群的樣本量,有利于結(jié)果的可靠性;2)在研究中對4中血液重金屬物質(zhì)進(jìn)行分析,并進(jìn)行了人口學(xué)因素、生活習(xí)慣等混雜因素的調(diào)整,結(jié)果仍然穩(wěn)健;3)最后在不同人群中進(jìn)行了亞組分析,以驗(yàn)證結(jié)果的穩(wěn)定性,同時為進(jìn)一步的研究提供了參考。同樣的,與其他的NHANES研究相似,這項(xiàng)研究也具有如下缺點(diǎn):1)由于這項(xiàng)研究是基于橫斷面數(shù)據(jù)所構(gòu)建,所以無法深入探究其中的因果關(guān)系;2)由于許多混雜因素的收集是通過問卷調(diào)查完成的,可能會存在一定的回憶偏倚;3)由于刪除了重要數(shù)據(jù)缺失的患者,因此可能存在一定的選擇偏倚。

綜上所述,本研究為重金屬與代謝綜合征患者的腎功能之間的關(guān)系提供了證據(jù),后續(xù)需進(jìn)一步開展縱向研究來證明此種關(guān)聯(lián),這可能對進(jìn)一步探究腎臟代謝綜合征之間的關(guān)系具有重要意義。