研究背景与目的:微量元素是人体内含量少于0.01%的化学元素。人体必需的微量元素有铁、锌、铜、硒等。另外,还有一些从外环境通过各种途径进入人体的有毒痕量元素,如汞、镉、铅等。微量元素在体内含量虽小,却有很重要的生理功能。微量元素参与人体各种酶及活性物质的代谢,维持机体平衡。早在七十年代,人们就已经发现微量元素的含量或分布异常在尿毒症的发病机制中起到一定作用。尿毒症时反过来亦可能引起微量元素的含量或分布异常,而这种异常可能是尿毒症的一些并发症的原因。到目前为止,关于微量元素的含量或分布异常在正常人群中引起肾脏损害的研究很多,但关于肾功能衰竭患者微量元素的含量或分布异常的报道较少,尤其是对我国肾功能衰竭患者微量元素的研究。铅和镉是一种广为存在的工业毒物,能在人体内广泛存在,并能造成全身几乎所有组织脏器的损害。有研究表明在肾功能衰竭患者中铅和镉易于蓄积,并与炎症、贫血等多种并发症密切相关。硒是人体必需的微量元素,具有多种重要生理功能。其中最主要的是人体内谷胱甘肽过氧化物酶的重要组成成分,在体内起到抗氧化的作用。据报道硒在肾功能衰竭患者中易于缺乏,并与心脏病等多种并发症的发生密切相关,但也有研究显示硒并不缺乏。锶和铝元素亦是人体内存在的微量元素,研究表明在肾功能衰竭患者中容易蓄积,与肾性骨病的发生密切相关。本课题研究的目的在于通过检测我国不同程度的慢性肾功能不全患者、血液透析患者和肾移植术后患者外周血微量元素(铅、镉、硒、锶、铝等元素)的水平并调查分析其与临床和个人因素的关系,为临床防治微量元素蓄积或减少引起的并发症提供理论依据。方法:1.对象与标本1.1肾功能正常受试者全血和血清标本来自于62个肾功能正常的志愿者(Normal RenalFunction,NRF),他们主要是山东大学医学院的学生。1.2慢性肾功能不全患者全血和血清标本来自于81例慢性肾功能不全(Chronic renal insufficiency,CRI)患者,这些患者来自于山东省和江苏省不同地区的5家医院。根据内生肌酐清除率(Creatinine clearance,Ccr),患者被分为两组:CRI(Ccr≥50ml/min)组(25例)和CRI(Ccr＜50ml/min)组(56例)。CRI(Ccr≥50ml/min)组内生肌酐清除率平均为56.3±14.7ml/min,而CRI(Ccr＜50ml/min)组内生肌酐清除率平均为25.2±13.3ml/min。1.3血液透析患者293例血液透析患者来自于6个不同的血液透析中心,标本收集于2007年6月和2008年10月之间。3个中心位于山东省,分别是济南、临沂和烟台透析中心,另外,1个中心在北京地区,1个中心在辽宁省,1个中心在江苏省。全血和血清标本于透析前取样。各血液透析中心分别收集3份自来水和反渗水样本,并于不同天收集5份透析液样本。另外,我们收集了172份来自于其他国家的血液透析患者血清标本,其中包括比利时(67例,2中心),葡萄牙(34例,1个中心)和巴拉圭(71例,2个中心)。1.4肾移植术后患者全血和血清标本来自于60例肾移植术后(post-transplant,PT)患者,这些患者均来自于山东省。在纳入本研究之前所有患者都成功进行了肾移植并且至少术后2个月没有产生严重的器官排斥反应。根据内生肌酐清除率,患者被分为2组:PT(Ccr≥50ml/min)组(42例)和PT(Ccr＜50ml/min)组(18例)。PT(Ccr≥50ml/min)组内生肌酐清除率平均为83.5±23.34 ml/min,而PT(Ccr＜50ml/min)组内生肌酐清除率平均为33.8±15.4 ml/min。1.5患者信息调查关于个人情况、临床资料和饮食情况的问卷调查连同每个中心透析方式信息完整地从每个患者和参加中心收集。2.微量元素的测量2.1全血和水中的铅和镉水平,血清中的硒和铝水平均应用SIMAA 6000原子吸收光谱仪进行测量。2.1.1应用0.4%的磷酸二氢铵-0.4%草酸-2.0%Triton X-100和0.2%硝酸溶液按照1:5稀释全血后测定全血铅和镉。2.1.2测量血清硒时标本稀释:50μL血清稀释于120μL 0.1%TritonX-100-0.2%的硝酸溶液并加入75μL铅/镁基体改进剂。2.1.3测定铝元素前血清按照1:3应用反渗水稀释。2.2血清和水中的锶元素使用Zeeman 3030原子吸收光谱仪进行测量。在测定锶元素时血清样本4倍稀释于含有0.5ml/L的Triton X-100和1ml/L硝酸的溶液中。2.3血清总钙浓度应用火焰原子吸收光谱仪进行测量,血清于测定前按照1:50稀释于0.1%硝酸镧溶液中。2.4血细胞比容(Hematocrit,Hct)使用血常规自动分析仪进行测量,肌肝、血清白蛋白水平使用自动血生化分析仪进行测量。2.5在血液中由于铅和镉几乎完全存储在血红细胞,而慢性肾功能衰竭透析或不透析患者都有一定程度的贫血,在贫血人群中应用血细胞比容校正后的全血铅和镉的浓度已有报告,其能够比较准确的与正常人群相比较。本文应用下面的公式校正:[修正浓度]=H/Hct×[实测浓度],其中H为本研究中肾功能正常受试者平均血细胞比容并被定义为0.4。结果:1.各种微量元素在不同组中的水平变化。1.1铅和镉:1.1.1肾功能正常受试者(42例)血铅和镉平均水平分别为90.2±38.2μg/L和1.61±2.20μg/L。非吸烟者(33例,0.81±0.24μg/L)和吸烟者(9例,3.17±3.18μg/L)的血镉水平具有显著性差异(P＜0.01)。1.1.2 Ccr≥50 ml/min的CRI患者(25例)血铅和镉平均水平分别为73.3±48.5μg/L和1.48±0.99μg/L,而在Ccr＜50ml/min患者(56例)血铅和镉平均水平分别为46.4±28.0μg/L和1.46±1.02μg/l。血铅和镉在两组之间无明显差异。然而,与肾功能正常受试者相比,CRI患者总的血镉平均水平明显增高(P＜0.05)。1.1.3在血液透析患者(135例)中血铅和镉平均水平分别为87.7±32.4μg/L和1.87±1.05μg/L,只有0.7%血液透析患者铅水平高于普遍能够接受的临界水平(200μg/L)和20.7%血液透析患者血镉水平高于正常上限(2.5μg/L)。与慢性肾功能不全患者相比,血液透析患者血镉水平显著升高(P＜0.01)。1.1.4 Ccr≥50ml/min的肾移植术后患者(42例)血铅和镉平均水平分别为97.4±32.1μg/L和1.70±0.77μg/L,相比之下Ccr＜50ml/min的肾移植术后患者(18例)分别为85.4±38.7μg/L和2.50±2.01μg/L。与肾功能正常受试者相比,肾移植术后患者总的血镉水平显著升高(P＜0.01)。1.1.5与肾功能正常受试者血细胞比容水平(39.6±8.7%)相比,血细胞比容水平在Ccr＜50 ml/min的CRI患者(27.7±6.5%)和血液透析患者(30.4±8.3%)中显著降低。在总的患者(慢性肾功能不全、血液透析和肾移植术后患者)中血细胞比容与血铅呈正相关(r=0.276,P＜0.01),与血镉水平亦成正相关(r=0.307,P＜0.01)。在应用血细胞比容校正血铅和镉后,血液透析患者血铅平均水平为112.7±42.9μg/L,明显高于校正后的肾功能正常受试者血铅水平(P＜0.01)同时也明显高于校正后的慢性肾功能不全患者血铅水平(P＜0.01)。在慢性肾功能不全和肾移植术后患者中Ccr≥50ml/min和Ccr＜50ml/min亚组之间血镉水平有显著差异(P＜0.05)。1.2硒:1.2.1肾功能正常受试者(42例)血清硒平均水平为65.9±8.1μg/L。1.2.2 Ccr≥50ml/min的CRI患者(25例)血清硒平均水平为54.6±12.6μg/L(P＜0.01与肾功能正常受试者相比),而在Ccr＜50ml/min患者(56例)血清硒平均水平为38.4±15.9μg/L(P＜0.01与肾功能正常受试者相比;P＜0.01与Ccr≥50ml/min的CRI患者相比)。1.2.3 45.9%血液透析患者血清硒水平低于正常临界值(45μg/L),而血清硒在血液透析患者(135例)中的平均水平为46.8±12.6μg/L,与肾功能正常受试者相比显著降低(P＜0.01)。1.2.4 Ccr≥50ml/min的肾移植术后患者(42例)血清硒平均水平为66.6±15.7μg/L,相比之下Ccr＜50ml/min的肾移植术后患者(18例)为52.9±15.4μg/L(P＜0.01)。与血液透析患者相比,Ccr≥50ml/min的肾移植术后患者血清硒水平显著增高(P＜0.01)。1.3锶与铝:1.3.1肾功能正常受试者(62例)血清锶平均水平为32.4±10.5μg/L,而血清铝平均水平低于2μg/L。1.3.2 Ccr≥50ml/min的CRI患者(25例)血清锶平均水平分别为46.6±14.3μg/L,而在Ccr＜50ml/min的患者(56例)水平分别为57.7±23.9μg/L(P＜0.01)。血清锶与肾功能正常相比明显升高(P＜0.01)。1.3.3血液透析患者(293例)血清锶和铝平均水平分别为72.1±17.1μg/L和23.7±21.5μg/L,与慢性肾功能不全患者相比,血液透析患者血清锶水平明显增高。7.8%血液透析患者血清锶水平高于普遍能够接受的临界水平(100μg/L)和29.7%血液透析患者血清铝水平高于正常上限(30μg/L)。中国血液透析患者血清锶平均水平也显著高于比利时(34.0±7.9μg/L)和葡萄牙(41.5±9.2μg/L)的血液透析患者。1.3.4 Ccr≥50ml/min的肾移植术后患者(42例)血清锶平均水平分别为49.6±15.5μg/L,相比之下Ccr＜50ml/min的肾移植术后患者(18例)血清锶平均水平分别为61.3±18.1μg/L(P＜0.01)。2.血液透析患者外周血各种微量元素水平与临床和个人因素的关系。2.1血液透析患者中,与接受血液透析治疗小于2年的患者相比,接受血液透析治疗大于6年的患者血清硒水平明显降低(P＜0.05),而血铅和镉的水平(包括非血细胞比容校正和血细胞比容校正的)均明显升高(P＜0.01)。与此一致的是,血清硒和透析时间呈负相关(r=-0.225,P＜0.01),非校正血铅、血锅和透析时间均呈正相关(r=0.363,P＜0.01;r=0.298,P＜0.01),校正后血铅、镉与透析时间正相关系数明显增大(铅,r=0.495,P＜0.01:镉,r=0.312.P＜0.01)。2.2血液透析患者血清白蛋白平均水平为35.2±4.4g/L(76例),与肾功能正常受试者(42例)血清白蛋白(44.1±2.8g/L)相比,血清白蛋白水平显著降低(P＜0.01)。血液透析患者血清硒和白蛋白水平呈正相关(r=0.293,P＜0.05)。3.不同透析中心患者各微量元素水平的变化3.1比较不同中心非校正的血液铅和镉的水平显示具有明显差异性。北京透析中心血铅镉水平均为最高,分别为98.2±30.1μg/L和2.24±1.12μg/L。与北京透析中心相比,烟台透析中心血铅水平最低为65.6±18.7μg/L(P＜0.05),临沂透析中心血镉水平最低为1.49±1.01μg/L(P＜0.01)。3.2不同血液透析中心患者血清硒平均水平比较显示只有轻微的差别,血清硒平均水平波动范围为42.6±10.3μg/L到51.4±11.9μg/L。与北京透析中心相比,江苏血清硒水平较低(P＜0.05)。3.3不同中心透析患者血清锶平均水平比较显示有差别。北京透析中心血清锶平均为最高为77.5±16.9μg/L。与北京透析中心相比,烟台透析中心患者锶水平最低平均值为62.5±11.6μg/L(P＜0.05)。4.血液透析患者各种微量元素水平与透析用水之间的关系在大多数血液透析中心透析液中铅和镉水平均明显高于反渗水中的水平。血铅水平与透析液中铅水平成显著的正相关(r=0.702,P＜0.05),血镉水平与透析液中镉水平也成显著的正相关(r=0.618,P＜0.05)。相比于反渗水,透析液中的锶水平增高但不明显,血清锶水平与透析液中锶水平相关(r=0.436)然而并没有显著性(P=0.388)。5.血液透析患者中各种微量元素之间的关系在研究中我们发现血液透析患者中血清锶水平超过100μg/L的患者血清铝水平大约为14.7±8.2μg/L,并且显著低于整体血液透析患者血清铝平均水平(P＜0.05)。虽然血清钙水平在“低锶”和“高锶”组之间没有显著性差异(P=0.15),但仍有一个显著性的趋势“高锶”组血清钙水平比较低。血液透析患者血镉和铅水平之间无相关性。结论:1.慢性肾功能衰竭患者中镉暴露相对较高而铅暴露不高。应用血细胞比容校正血铅和镉水平后,慢性肾功能衰竭患者中铅镉暴露明显增高。因此,我们建议应用血细胞比容校正法测定血铅和镉水平可用于慢性肾功能衰竭患者进行客观比较全血铅和镉水平。2.血液透析患者全血铅镉水平与透析时间长短密切相关,同时透析液的污染也有助于血镉的升高和血铅的少量增高。3.慢性肾功能衰竭患者中硒缺乏比较普遍。血液透析患者血清硒水平可由患者的营养状况所决定。此外,血清硒水平降低与血液透析患者透析时间长短和相对的低硒饮食有关。4.随着肾功能下降患者血清锶和铝水平显著增高。血清锶水平在血液透析患者中适度增加。增加的血清锶水平可能与丰富的锶饮食有关,而血液透析患者透析液锶的污染似乎不明显。意义:本研究首次大样本的对来自我国不同地区的慢性肾功能不全患者、血液透析患者和肾移植术后患者外周血铅、镉、硒、锶、铝等元素的水平进行了分析,并深入探讨分析了各微量元素在血液透析患者中升高与降低的原因。本研究为临床医生更好地了解慢性肾功能不全患者、血液透析患者和肾移植术后患者微量元素的变化提供了翔实的资料,为临床防治微量元素蓄积或减少引起的并发症提供了理论依据,并为进一步研究各微量元素在血液透析患者相关并发症中的作用奠定了坚实的基础。