锰暴露对工人脑神经代谢物、血清神经内分泌激素和血尿金属元素水平的影响

摘要

目的:本研究应用无创性磁共振成像(MRI)和氢质子磁共振波谱(1H-MRS)检测脑锰蓄积水平、锰致脑器质性病理改变以及功能、代谢变化，结合神经行为、血清神经内分泌激素和血尿金属元素含量的测定以及它们之间的相关性分析。探讨磁共振检测作为锰神经毒性早期诊断的无创、可直视性检测方法的可能性以及亚临床锰中毒的中枢和外周生物标志物，为筛查锰中毒易感人群及无症状锰中毒工人的早期诊断和防治提供科学依据。
　　方法:(1)选择广西某建筑机械制造公司43名男性焊接作业工人作为暴露组，19名不接触锰烟尘及其他有害物质的男性志愿者为对照组。暴露组按接锰工龄分为3个亚组:0～5y组，5～10y组，＞10y组。采用火焰原子吸收光谱法（AAS）和电感耦合等离子体发射质谱分析法(ICP-MS)分别测定作业场所空气锰和工人红细胞锰(MnE)浓度。应用MRI和1H-MRS检测工人基底核苍白球T1-加权成像(T1-WI)高信号改变及脑代谢物N-乙酰天门冬氨酸(NAA)、肌酸(Cr)、胆碱(Cho)、肌醇(mI)和谷氨酸-谷氨酰胺复合物(GLX)峰高，并计算苍白球指数(PI)、NAA/Cr、Cho/Cr、mI/Cr和GLX/Cr比值。
　　(2)选择广西某铁合金熔炼厂9名男性冶炼工为高锰暴露组（MnH组），某建筑机械制造公司14名男性焊工为低锰暴露组(MnL组)，该地区某物业管理公司从事管理后勤的23名男性工人为对照组。采用普度顶板测试(PPT)评估工人的神经行为变化，计算右手测验值(PPTR)、左手测验值(PPTL)、双手测验值(PPTB)、组装测验值(PPTA)和总平均值(PPTS)。分别采用AAS和ICP-MS测定作业场所空气锰和工人MnE、尿锰(MnU)浓度，并应用1H-MRS检测工人额叶皮质、扣带回后部、海马、丘脑NAA、Cr、Cho、mI、谷氨酸(Glu)、γ-氨基丁酸(GABA)甘油磷酸胆碱(GPC)、谷胱甘肽(GSH)峰高，并以水峰的峰高为标准，计算出各脑代谢物与水的比值。其中GABA需要应用特殊编辑MRS（MEGA-PRESS）扫描序列扫描。
　　(3)选择广西某铁合金熔炼厂62名男性冶炼工为高锰暴露组（MnH组），某建筑机械制造公司62名男性焊工为低锰暴露组（MnL组），该地区某单位从事物业后勤工作不接触锰烟尘及其他有害物质的43名男性工人为对照组，并按年龄分为＜40a～和40a～两个亚组，暴露组按接锰工龄分为＜5y～，5～10y和10y～三个亚组。采用化学发光免疫法测定工人血清催乳素(PRL)、促黄体生成素(LH)、卵泡刺激素(FSH)、睾酮(TST)、促甲状腺激素(TSH)含量。
　　(4)选择广西某铁合金熔炼厂80名冶炼工为高锰暴露组（MnH组），某建筑机械制造公司179名焊工为低锰暴露组（MnL组），该地区某单位从事物业后勤工作不接触锰烟尘及其他有害物质的48名工人为对照组，采用ICP-MS测定红细胞和尿Mn、Zn、Cu、Fe、Ca、Mg含量。
　　结果:1.锰暴露对焊工基底核苍白球神经代谢物水平的影响
　　(1)焊接作业环境MnO2几何平均浓度为0.075 mg/m3(0.0018-0.519mg/m3)，低于我国现行工作场所空气MnO2时间加权平均容许浓度(PC-TWA， GBZ2.1-2007，0.15 mg/m3)。与对照组比较，暴露组工人MnE含量明显升高(P＜0.01)。
　　2.不同水平锰暴露对工人脑神经代谢物水平的影响
　　(1)冶炼作业（MnH组）和焊接作业场所MnO2平均浓度分别为0.597mg/m3(0.022-4.994 mg/m3)和0.075 mg/m3(0.0018-0.519 mg/m3)，三组工人的年龄、吸烟、饮酒率均无统计学差异(P＞0.05)。与对照组比较，MnL和MnH组的MnE、MnU浓度均明显升高;MnH组接锰工龄和MnE浓度均明显高于MnL组(P＜0.05～0.01)。
　　(2)神经行为测试:MnL组PPTS值明显低于对照组，差异具有统计学意义(P＜0.05)。
　　(3)各脑区代谢物改变:与对照组比较，MnL和MnH组额叶皮质Glu含量均明显降低(P＜0.05～).01）;与对照组比较，MnL组额叶皮质GSH、扣带回后部GPC、海马mI及丘脑Glu和GSH含量均明显降低(P＜0.05);与对照组比较，MnL和MnH组丘脑mI含量均明显降低（分别降低13.1％、16.9％，P＜0.05～0.01）。
　　3.不同水平锰暴露对工人血清神经内分泌激素水平的影响
　　(1)一般情况结果显示，MnH组工人年龄、接锰工龄、吸烟率和饮酒率均高于MnL组和对照组，差异有统计学意义(P＜0.05～0.01）。与对照组比较，MnH组和MnL组MnU含量均升高;MnH组MnE含量均明显高于MnL组和对照组，差异有统计学意义（P＜0.05～0.01）
　　(2)血清神经内分泌激素:①MnL组血清TSH含量明显低于对照组;MnH组血清PRL、TST、TSH含量均明显低于对照组和MnL组，而MnH组血清LH含量明显高于MnL组，差异有统计学意义(P＜0.01)。②年龄分层分析:＜40a～年龄组结果显示，MnL组TSH含量明显低于对照组;MnH组PRL、TST和TSH含量明显低于对照组和MnL组，而LH含量明显高于MnL组。＞40a～年龄组结果显示，MnL组LH含量明显低于对照组;MnH组PRL和TSH含量明显低于对照组，而LH含量明显高于MnL组（P＜0.05～0.01）。③工龄分层分析:5～10y MnL亚组LH含量明显低于对照组，＜5y～MnL亚组TST含量明显高于对照组，而5～10y MnL亚组TST含量明显低于对照组，5～10y和＞10y～MnL亚组TST含量明显低于＜5y～MnL亚组，＞10y～MnL亚组TST含量明显高于5～10y MnL亚组，随着接锰工龄的增长，MnL组血清TST含量呈现出先升高后下降，再逐渐回升的趋势(P＜0.05～0.01);＜5y～和5～10y MnL亚组TSH浓度均明显低于对照组(P＜0.05～0.01)
　　(3)相关分析:暴露组年龄与MnE、LH、FSH成正相关，而与血清PRL、TST成负相关;接锰工龄与MnE、LH、FSH呈正相关，与PRL呈负相关;MnE与MnU、血清LH呈正相关，而与血清PRL、TST成负相关;MnU与血清PRL成负相关，而与LH成正相关;血清LH水平与FSH呈正相关(P＜0.05～0.01)。
　　4.不同水平锰暴露对工人血、尿金属元素水平的影响
　　(1)与对照组比较，MnL组年龄、吸烟和饮酒率无明显差异，无统计学差异(P＞0.05);MnH组年龄明显高于对照组和MnL组，接锰工龄明显高于MnL组，吸烟率明显高于对照组，饮酒率明显高于对照组和MnL组(P＜0.05～0.01)。
　　(2) MnL组红细胞Ca、Al含量低于对照组;MnH组红细胞Mn、Fe、Ca、Mg和Zn含量明显高于对照组和MnL组，而红细胞Cu和Al明显低于对照组和MnL组(P＜0.05～0.01)。
　　(3)MnL组尿Mn、Ca、Mg含量明显高于对照组，MnH组尿Mn、Fe、Ca和Zn含量明显高于对照组和MnL组，且尿Cu和Mg含量明显高于对照组(P＜0.05～0.01)。
　　(4)相关分析:①暴露组MnE与年龄、接锰工龄、红细胞Al、红细胞Ca、红细胞Fe、红细胞Mg和红细胞Zn均呈正相关(P＜0.01);年龄、接锰工龄均与红细胞Ca、红细胞Fe、红细胞Mg、红细胞Zn呈正相关(P＜0.01);②暴露组MnU与年龄、接锰工龄、尿Fe、尿Zn呈正相关(P＜0.01);年龄、接锰工龄均与尿Al呈负相关，尿Fe、Zn呈正相关，接锰工龄与尿Mg呈负相关（P＜0.05或P＜0.01）
　　结论:1.长期、低水平锰暴露可导致锰在基底核苍白球蓄积，如MnE水平升高，基底核苍白球出现对称性T1-WI高信号，PI值升高，提示基底核苍白球T1-WI高信号特征和PI值是评估脑锰蓄积的敏感指标。
　　2.长期、低水平锰暴露可导致焊工苍白球Cho、mI水平下降，GLX水平升高（第一部分），且不同锰暴露水平也可导致工人不同脑区（额叶皮质、丘脑、扣带回后部、海马）Glu、mI、GPC、GSH水平下降（第二部分），提示无论是低水平还是高水平锰暴露，均可引起脑功能、代谢改变。对于无临床症状的锰暴露者，1H-MRS是一种评估锰致脑功能、代谢的有效技术。
　　3.丘脑GABA与所有普度顶板测试值呈负相关，表明丘脑GABA可能是锰是运动障碍亚临床的一个生物标志物。
　　4.虽然冶炼场所空气锰浓度较焊接场所高，但焊工组脑代谢物的改变远大于冶炼工组，表明锰的神经毒性可能与锰烟尘一些特性，如粒径大小、沉降率和溶解度等有关，究其原因需进一步研究。
　　5.不同水平锰暴露可致工人血清PRL、TST和TSH的水平有不同改变，高水平锰暴露表现更为明显，提示锰暴露可导致工人血清神经内分泌激素水平紊乱，血清PRL、TST和TSH可能是锰神经毒性的外周性生物标志物。
　　6.不同水平锰暴露可致工人红细胞和尿Mn、Zn、Cu、Fe、Ca、Mg和Al水平有不同程度的改变，以高水平锰暴露表现更为明显，提示锰暴露可干扰机体金属元素稳态，红细胞和尿Zn、Cu、Fe、Ca、Mg和Al可能是锰神经毒性的外周性生物标志物。

目录

声明

个人简历

英文缩略词

摘要

前言

第一部分 锰暴露对焊工基底核苍白球神经代谢物水平的影响

一、材料与方法

二、结果

三、讨论

四、小结

参考文献

第二部分 不同水平锰暴露对工人脑神经代谢物水平的影响

一 材料与方法

二 结果

三、讨论

四、小结

参考文献

第三部分 不同水平锰暴露对男工血清神经内分泌激素水平的影响

一、对象与方法

二 结果

三 讨论

四 小结

参考文献

第四部分 不同水平锰暴露对工人血、尿金属元素水平的影响

一 材料和方法

二 结果

三、讨论

四、小结

参考文献

综述 MRI和1H-MRS与锰神经毒性的研究进展

致谢

研究生期间发表的论文