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通过小鼠实验研究农药暴露的生物监测毛发分析同血液和尿液的比较

来源:Archives of Toxicology August 2017, Volume 91, Issue 8, pp 2813–2825 作者:李晓菲译 责任编辑:admin

摘要:尿和血浆被用于暴露于污染物的生物监测,还为首选的液体。这些液体主要提供短期的信息,对农药浓度有很高的变异性,特别是非持久性化合物。毛发分析可以提供几个月平均的慢性接触的信息,因此,这种方法被建议作为唯一依赖于这些液体的替代方法。
摘要:尿和血浆被用于暴露于污染物的生物监测,还为首选的液体。这些液体主要提供短期的信息,对农药浓度有很高的变异性,特别是非持久性化合物。毛发分析可以提供几个月平均的慢性接触的信息,因此,这种方法被建议作为唯一依赖于这些液体的替代方法。虽然在过去几年中已经证明了在毛发中检测农药的可能性,但暴露在毛发中的农药浓度之间的未知联系限制了这种基质作为评估人类暴露的一个相关工具的认识。我们比较了从毛发分析到同一组大鼠的尿液和血浆所得到的结果。对农药进行不同水平的灌胃,从暴露90天的大鼠身上采集毛发、血液和尿液。观察了染毒强度与大鼠毛发中农药浓度的线性关系。同尿液和血浆样本的结果比较显示毛发分析的相关性。对于许多化学物质,其优越性在于使用液体来区分动物不同的群体,并根据基质中的农药浓度重新将动物归为正确的暴露组。
 
关键词:毛发分析  血浆  尿液  农药   生物监测  暴露
 
简介:为了克服与传统生物矩阵相关的局限性,提出了基于诸如毛发之类的替代矩阵的新方法。一篇论文中回顾了几篇出版物,报告了从毛发中检测不同化学物质的有机污染物的可能性,反映了个人的环境或职业暴露。毛发样本可以以非侵入的方式收集,并且可以很容易地存储。主要优点在于可以代表几个月的暴露,取决于样本的长度。与尿液和血液等生物流体相反,毛发中检测到的化学物质浓度不受短期变化的影响。浓度对应于个体的平均暴露水平,是研究生物效应可能联系的最相关信息。在本研究中,我们研究了暴露水平与由此产生的农药及其代谢物在毛发中的浓度之间的联系。我们在研究过程中使用老鼠,在90天的时间内,对19种农药的混合物按照八种不同的剂量给药。比较在实验结束时收集的毛发中暴露的浓度和化学物质的浓度与同一动物采集的血浆和尿液的浓度之间的关系。我们还评估了不同暴露组之间农药浓度的差异,以及根据毛发、尿液和血浆中的农药浓度来确定动物暴露水平的可能性。
 
材料和方法:动物试验动物饲养:68只雌性LE大鼠(180-200g)2只一笼被饲养在可控环境中(温度22 ± 3 °C,湿度55 ± 10%)光暗循环,自由采食和饮水,实验前动物在设施中适应2周。为了减少尿液排出的农药对毛发的外部污染,每周更换两次特殊垫料。为了评估尿液排出可能造成的外部污染,将最高暴露组的垫料放入四只非给药大鼠的哨兵笼中,并在实验结束时对其进行分析。哨兵鼠放置在脏垫料上,在整个实验期间每周更换两次。对哨兵大鼠毛发的分析并没有发现由于垫料材料而导致毛发的污染。
 
动物给药:实验组每组8只动物。一种低热量的水凝胶含有农药,通过灌胃给这些老鼠三次,每星期90天。暴露的农药混合物的剂量分别为4, 10, 20、40, 100, 200、400ug/kg体重。最低剂量是允许在90天后暴露在毛发中的农药的最低水平。测试较低的水平是不相关的,因为一些化合物不再被检测到。此外,对于其他一些化合物,对照组的最低暴露水平和背景暴露之间没有差异。最高剂量是根据化合物的毒性设定的,这相当于最低致死量的1 / 20。在每次给药前,动物都要称重,以适应含有农药的混合物对动物体重的影响。
 
农药灌胃混合物:以乙醇为原料制备农药混合物原液每2周制备一次。将凝胶混合物倒入铝模具,然后让它在室温下冷却。在凝胶中加入适量的农药混合物原液。乙醇被允许在室温(25°C)干燥直至完全蒸发。然后添加第二层凝胶以捕获农药。对照组用不含农药的同一凝胶喂养。根据乙醇凝胶的研究确定最佳蒸发时间。采用顶空进样-气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对不同时间点的乙醇含量进行了评价。
 
样品的采集: 在实验开始之前,这些动物被剃光毛,以确保研究结束时收集的毛发准确地反映了90天的暴露时间。白和黑毛发被分开收集,放在铝箔,并存储在?20°C直到分析。第90天口服给药3 h后。从尾静脉采集血液放入EDTA管中。室温条件下5000G对每个样品(500-750uL)离心3分钟。为了收集尿液,在灌胃后将大鼠置于单独的代谢笼中24小时(从第88天到第89天)。
 
农药分析:由于串联质谱法在色谱分析中缺乏背景噪声,因此基于背景噪声的检测限(LOD)方法不适用。
 
结果:在毛发或尿液中检测到的所有化学物质(药物本身及其代谢物),基质中的浓度与暴露水平显著相关。在血浆中,只有磷酸二乙酯(DEP),DETP不同暴露水平显著相关,因为其代谢物一直存在。毛发中分析物浓度的斜率(线性拟合)随暴露水平的斜率而变化。尿液和血浆中的"斜率"与不同农药的"暴露水平"也有相当大的差异。
 
有机氯类农药:在毛发和血浆中大多数暴露水平均能检测到有机氯。在毛发中观察到P,P′-二氯二苯二氯乙烯(P,P′-DDE),其未在对照组中出现。仅在20和40ug/kg给药浓度中发现P,P′-DDE 和P,P′-DDD。对照组,在血浆中,没有检测到P,P′DDT及其代谢物。仅在40ug/kg给药组发现P,P′DDD及其代谢物。相反,尿样中出现高频率未检出,仅在所有组中检出γ-HCH和五氯苯酚。此外,仅在200ug/kg给药组的尿样中检测出p,p′-DDT 和 p,p′-DDE。所有组的尿样中未检测出β-硫丹和P,P′- DDD。在毛发样品中发现浓度差异较大。除了β-硫丹外,其仅在高浓度暴露组被发现。P,P′DDT和P,P′DDD,仅在20和40ug/kg给药浓度组出现。血浆中有机氯同毛发中观察的很类似。但是组间差异不如毛发样品显著。尿样样品组间发现农药及其代谢物差异不如毛发组和血浆组显著。在同等水平的暴露,β-硫丹在毛发和血浆中是所有的有机氯化合物中最低的和尿中未检测到。在毛发中观察到最高浓度的β-HCH,血浆和尿样中观察到最高浓度的五氯苯酚。
 
有机磷农药:能在血浆和尿样中定量有机磷,但是只有在毛发中能定性有机磷。在尿样中检测不到农药本身。在给予两种农药的动物血液中,仅检测出一种毒死蜱,对照组平均浓度从0.15±0.01ng/ml到最大浓度组的0.41±0.09ng/ml。无论何种暴露浓度包括对照组均能检测出DEP、DETP、TCPy。检测样品中代谢物浓度和暴露水平之间总是出现显著相关,血浆中的DEP和DETP例外。DETP在毛发和尿样中,呈现最好的暴露剂量和浓度相关性。DEP,组间差异最好的是尿样,其次是毛发,最差的是血浆。
 
合成除虫菊酯:从20 ug/kg暴露剂量的毛发中及4 ug/kg暴露剂量的血液中检测出三氟氯氰菊酯。从200ug/kg暴露剂量的毛发及10ug/kg暴露剂量的血浆检测到氯氰菊酯。
 
结论:这项研究的结果首次证明了接触农药水平与其在毛发中产生的浓度之间的显著联系。尽管我们对老鼠进行的这项研究使用了有限数量的农药,但其他化学物质和其他物种如人类的相似行为的假设似乎是合理的。关于人类的转移,尽管毛发中的农药浓度还不能确定农药的摄入量,因为种间差异。目前的研究仍然表明,毛发分析可以根据不同的暴露水平对个人进行可靠的分类。因此,这一概念的证明,是将毛发分析作为一种可靠的工具,在流行病学研究中用于调查与暴露有关的不良健康影响时向前迈出的一步。