《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》：Association between urinary metal exposure and vital capacity in Chinese university students
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本研究针对金属污染对青年人群肺功能影响的证据空白，通过2762名中国大学生为期2.86年的纵向队列，首次系统评估尿多金属暴露与肺活量(VC)的关联。研究发现混合金属暴露可导致VC下降72.85?mL，其中镉(Cd)、铜(Cu)、铊(Tl)为主要贡献因子，线性混合模型证实Cd、Cu、Sb、Tl、As与VC呈显著负相关。研究揭示了环境水平金属暴露对青年呼吸健康的潜在威胁，为早期预防提供科学依据。
当我们谈论空气污染时，重金属污染往往是一个容易被忽视却危害深远的问题。这些通过工业排放、燃煤、食品和水源进入环境的金属污染物，不仅难以降解，更可能通过呼吸、饮食等途径在人体内累积，对多个器官系统造成损害。其中，呼吸系统作为直接接触外界环境的重要门户，尤其容易受到金属暴露的影响。以往的研究多聚焦于职业人群或儿童，对处于青春期末期、肺功能仍在发育关键阶段的大学生群体关注不足。更重要的是，现实环境中人们往往同时暴露于多种金属，这些金属可能产生协同或拮抗作用，而单一金属研究难以反映这种混合暴露的真实影响。此外，肺活量(VC)作为评估肺储备功能和早期肺损伤的敏感指标，在金属暴露健康效应研究中的应用尚不充分。
为了填补这些研究空白，湖北医药学院公共卫生学院的研究团队在《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》上发表了一项针对中国大学生的纵向队列研究。该研究追踪了2762名大学生长达2.86年，系统探讨了基线尿金属水平与纵向肺活量变化之间的关联，特别关注了混合金属暴露的整体效应。
研究团队运用了多种先进统计方法确保结果的可靠性。他们首先通过弹性网络(Elastic Net)、加权分位数和回归(WQS)和贝叶斯核机器回归(BKMR)三种模型筛选出与肺活量相关的关键金属。随后利用WQS和BKMR评估混合金属暴露对基线和最终随访时肺活量的影响，同时采用线性混合效应模型(LMM)分析单个金属及金属混合物对纵向肺活量的影响。为了捕捉潜在的非线性关系，研究还使用了限制性立方样条(RCS)。所有分析均调整了年龄、性别、BMI、吸烟状况、体力活动等混杂因素，并对多重比较进行了错误发现率(FDR)校正。
3.1. 研究人群特征
研究人群平均年龄18.4±0.7岁，平均BMI为21.3±3.5?kg/m2，女性占59.5%。绝大多数参与者从不吸烟(98.8%)、不饮酒(98.4%)。基线肺活量中位数为2911.0?mL，在2022、2023和2024年的随访中分别增至3272.0?mL、3349.0?mL和3637.0?mL，呈现显著上升趋势。
3.2. 关键金属筛选
通过三种变量选择方法，研究共识别出14种与基线肺活量相关的关键金属：铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、锶(Sr)、镉(Cd)、锡(Sn)、锑(Sb)、钨(W)、铊(Tl)、铅(Pb)、砷(As)和硒(Se)。
3.3. 混合金属暴露与基线和最终随访肺活量的关联
BKMR分析显示，在基线时，当其他金属固定于中位数水平时，Cu、Cd、Tl和Pb与肺活量呈负相关，而Ni、Se和Cr呈正相关。混合金属的整体效应表明，当金属混合物从第50百分位上升至第55和第70百分位时，预测肺活量显著下降。在最终随访时，Cd、Tl和As与肺活量负相关，Ni、Zn和Pb呈正相关。WQS回归结果显示，多金属混合物暴露与肺活量降低显著相关(β = -72.85, 95% CI: -75.13至-0.99)，其中Cd、Cu和Tl是主要贡献金属，Cd的权重最高(37.7%)。
3.4. 尿金属与重复测量肺活量的关联
线性混合效应模型结果显示，单金属暴露中，Cu、Cd、Sb、Tl和As与肺活量呈显著负相关。尿Cd浓度每增加一个对数单位，肺活量平均下降177.18?mL；尿Cu每增加一个对数单位，肺活量下降99.55?mL。时间交互作用分析发现，Cd的负面效应在整个三年随访期间持续存在且保持显著。基于WQS指数的分析表明，高暴露组个体的肺活量在整个随访期间持续低于低暴露组，且这种差异随时间保持稳定。
3.5. 敏感性分析
排除低于检测限的值后，Cu、Cd和Tl与肺活量的负相关关系仍然显著，证实了研究结果的稳健性。
研究结论表明，多金属暴露可能损害大学生的肺活量，其中镉是主要的风险因素。这一发现强调了镉在青年人群肺功能长期影响方面的公共卫生重要性。金属可能通过诱导系统性炎症和氧化应激等共同生物学途径损害肺功能。镉可诱导氧化应激和慢性炎症，导致肺泡上皮细胞损伤和肺顺应性降低；铜暴露促进活性氧生成，引发细胞凋亡和免疫功能障碍；铊破坏线粒体功能并损伤气道上皮细胞；锑激活炎症信号通路，增强肺部免疫细胞反应；砷通过氧化应激和免疫调节损伤肺组织。
这项研究的优势在于其纵向设计、多种先进统计模型的应用以及对混合暴露效应的全面评估。然而，研究也存在一些局限性，如仅基线测量尿金属浓度、未评估其他肺功能指标、研究人群相对同质等。未来研究应加强环境金属监测和干预，纳入重复暴露评估和全面肺功能指标，进一步阐明潜在生物学机制，为制定有效的公共卫生策略提供依据。
该研究首次在中国大学生群体中提供了多金属暴露与肺活量纵向变化的关联证据，强调了即使在环境暴露水平下，金属混合物特别是镉对青年呼吸健康的潜在威胁。这些发现为针对年轻人群的早期预防和干预措施提供了重要科学依据，对保护青年呼吸健康具有重要的公共卫生意义。
