丙酮接觸生物標志物及其檢測方法

1、丙酮接觸生物標志物及其檢測方法丙酮是一種無色透明，具有強刺激性的有機溶劑，廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)及實驗室工作中。其可經(jīng)呼吸道、消化道、皮膚進入人體，對黏膜產(chǎn)生刺激作用，引起機體鼻、咽、喉的灼熱感和紅斑，以及眼睛流淚、畏光，甚至可以造成角膜損傷。短期接觸高濃度丙酮能導致機體急性中毒，表現(xiàn)為乏力、惡心、頭痛、頭暈、易激動等癥狀，嚴重時發(fā)生嘔吐甚至昏迷，長期接觸丙酮能使中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生麻醉和抑制作用。國內(nèi)外眾多文獻研究顯示，職業(yè)工人生物材料中的丙酮水平與其工作場所空氣中濃度有良好的相關(guān)關(guān)系，能客觀地反映個體實際吸收情況，為職業(yè)丙酮接觸工人的危險度評價提供依據(jù)。1 丙酮的毒作用表現(xiàn)1 1 急性毒性根據(jù)化合物

2、急性毒性分級標準，丙酮應(yīng)屬于低毒性化合物。丙酮的成人經(jīng)口最小致死量估計為 75 100 ml，急性吸入中毒濃度為 2 200 mg/m3，成人中毒血液丙酮濃度為 200 300 mg/L，致死血濃度為550 mg/L。Piatkowski 等研究表明，丙酮急性中毒可引起實驗動物豚鼠出現(xiàn)脾、腎和肺等器官充血，發(fā)生水腫。病例報道顯示，人體丙酮急性中毒可表現(xiàn)為惡心，嘔吐，代謝性酸中毒，血糖增高，雙眼球結(jié)膜充血，呼吸抑制等癥狀。1 2 皮膚黏膜刺激作用丙酮具有一定的刺激作用。Tominaga 等研究發(fā)現(xiàn)，長期暴露于丙酮的小鼠表現(xiàn)為皮膚干燥和皮膚角質(zhì)保護層受損，角質(zhì)細胞層的細胞數(shù)量明顯減少，表皮水分損失

3、( TEWL) 增加，角質(zhì)層水合作用減弱。Kamo 等研究發(fā)現(xiàn)，暴露于丙酮的小鼠皮膚的上皮神經(jīng)生長因子( NGF) 水平明顯增加，而神經(jīng)生長抑制因子 Sema3A 明顯降低，導致其表皮神經(jīng)分布改變，增加表皮的神經(jīng)密度，從而出現(xiàn)皮膚干燥或瘙癢的癥狀。1 3 中樞抑制和麻醉作用動物實驗研究顯示，通過紅外線監(jiān)測暴露在高濃度中丙酮的小鼠，其自主活動量顯著減少，表現(xiàn)出明顯的中樞抑制癥狀?，F(xiàn)場職業(yè)流行病調(diào)查發(fā)現(xiàn)丙酮暴露工人出現(xiàn)記憶力差、睡眠障礙、頭痛、手腳麻木等癥狀，其中樞神經(jīng)、尺骨神經(jīng)、腓神經(jīng)傳導速度和視覺反應(yīng)時間均明顯低于非暴露工人。1 4 其他毒性大劑量可能會造成高的血糖水平和糖尿，甚至會出現(xiàn)無法預(yù)

4、期的代謝性酸中毒。同時乙醇的攝入會加重丙酮中毒。Orellana 等研究發(fā)現(xiàn)，丙酮是一種微粒體酶和過氧化物酶進行脂肪酸氧化常見的誘導物，而形成的一些脂肪酸氧化物可能是脂肪酸的分解代謝或者脂肪酸轉(zhuǎn)化葡萄糖的基質(zhì)，從而會導致血糖升高。另外，Mathias 等研究發(fā)現(xiàn)，大鼠經(jīng)丙酮染毒后的氧化參數(shù)如硫代巴比妥酸反應(yīng)物( TBAS) 的含量增高，而抗氧化指標如谷胱甘肽和維生素 E 的含量會明顯降低。2 丙酮接觸生物標志物丙酮可以通過呼吸道、消化道、皮膚進行吸收。丙酮進入人體內(nèi)極易溶解在血液里并分布在肺、肝、腎臟器內(nèi)蓄積，但很快會在體內(nèi)清除。小劑量時大部分經(jīng)代謝后由肺、腎排出，大劑量時主要以原型經(jīng)肺、腎排

5、出。Thrall 等研究發(fā)現(xiàn)志愿者的鼻腔吸入氣體時，40% 75% 的含有丙酮的混合物將會被吸附，但在呼氣時幾乎所有吸附的混合物都將重新釋放到呼吸道內(nèi)。Kumagai 等發(fā)現(xiàn)結(jié)束暴露時，血液中的丙酮濃度和呼出氣體中的丙酮濃度會很快下降，但是在 1 min 后會相對穩(wěn)定下來。一系列的研究證明了職業(yè)性接觸者血、尿、呼出氣中丙酮濃度的時間加權(quán)平均值與接觸環(huán)境中丙酮濃度呈明顯相關(guān)性。丙酮的藥代動力學模型研究表明，結(jié)束暴露 1 min 后靜脈血液中的丙酮濃度和在結(jié)束暴露后10 min 內(nèi)呼出氣體中的丙酮濃度都可以作為較好的生物暴露指標。在結(jié)束暴露的前 2 h 之內(nèi)收集的尿液中的丙酮濃度也可以作為很好的暴

6、露指標。丙酮本身是人體內(nèi)正常的內(nèi)源性物質(zhì)。健康成人在非禁食狀態(tài)下，血漿中丙酮正常值為 0 41 4 35mg / L，尿中丙酮正常值為 0 31 3 02 mg / L。Sergio等研究發(fā)現(xiàn)，在較低的暴露濃度時班末尿液中就會產(chǎn)生過量的丙酮，從而可以與體內(nèi)正常產(chǎn)生的丙酮含量進行區(qū)分。但是值得注意的是，當人體代謝紊亂，如糖尿病，體內(nèi)脂肪和蛋白質(zhì)的快速分解，會產(chǎn)生大量酮體，從而導致血、尿中丙酮濃度的異常增高。另外，人體嘔吐很嚴重，處于饑餓狀態(tài)時，也會導致機體內(nèi)產(chǎn)生丙酮。因此，在對工人進行生物監(jiān)測時，應(yīng)排除這些因素，避免對測量結(jié)果的干擾。3 接觸生物標志物的檢測方法3 1 呼出氣中丙酮固相變色法是一

7、種較早檢測呼出氣體中丙酮濃度的方法。研究者研制出了一種更便捷的直讀式肺泡氣丙酮監(jiān)測儀，丙酮接觸者直接將呼出氣排到吸附柱上，根據(jù)藍色變色帶長度進行定量。氣相色譜法對于沸點低、揮發(fā)性較高的丙酮有較好的分離測定優(yōu)勢。我國行業(yè)標準WS/T 175 1999呼出氣丙酮的氣相色譜測定方法靈敏度較高。該方法至少可以將丙酮保存 72 h。但樣品在運輸中要確保密封，無污染，以防影響測定結(jié)果。固相萃取氣質(zhì)聯(lián)用法是目前精確度和靈敏度較高的方法，具有無需使用溶劑、樣品用量少、有一定的富集作用等特點，受到廣大分析工作者的關(guān)注。Deng 等利用固相微萃取裝置萃取采氣袋內(nèi)肺泡氣體，然后進入氣相色譜質(zhì)譜( GC-MS) 系統(tǒng)

8、分析，成功地檢測出 2 型糖尿患者呼出氣中的丙酮濃度。但由于測試成本較高，這種方法暫時未能推廣應(yīng)用。Hryniuk等成功運用熱解析結(jié)合選擇離子流動管質(zhì)譜分析法檢測出人體呼出氣體中丙酮的濃度，該方法具有檢測速度快且不需使用化學試劑等優(yōu)點。3 2 血中丙酮關(guān)于檢測血中丙酮濃度的方法國內(nèi)外報道較少。這可能與采集血樣的創(chuàng)傷性、易感染性以及血液代謝快采樣時間受限等因素有關(guān)。張惠靜等利用 2，4-二硝基苯肼( DNPH) 作衍生物將采集到的血進行衍生處理，得到丙酮 DNPH 衍生物，然后采用高效液相色譜技術(shù)進行分析。這種方法靈敏度高、重現(xiàn)性好，但樣品處理麻煩，試劑成本消耗也較高。Li 等利用五氟芐羥胺(

9、PFBHA) 作為衍生物，將某患者的血液樣品進行衍生處理后用頂空方法進行萃取，然后進入 GC-MS 系統(tǒng)分析，成功檢測出該血液樣本中丙酮的濃度。Dong 等用同樣的方法成功檢測出糖尿病患者血液樣品中丙酮濃度。該方法只需 2 μl血樣，8 min 樣本提取，具有成本低、重現(xiàn)性好、檢測快速、檢測限低等優(yōu)點。對丙酮職業(yè)暴露工人的生物檢測具有很好的借鑒作用。3 3 尿中丙酮Fujino 等研究發(fā)現(xiàn)，尿中丙酮濃度與環(huán)境中丙酮濃度的相關(guān)性高( 相關(guān)系數(shù) r =071，n =207) ，是丙酮職業(yè)接觸最合適的生物監(jiān)測指標。美國政府工業(yè)衛(wèi)生學家會議( ACGIH) 、德國研究協(xié)會( DFG) 以及日本工

10、業(yè)衛(wèi)生協(xié)會( OEL) 都將尿中丙酮作為丙酮暴露的生物監(jiān)測指標，并規(guī)定其生物接觸限值分別為班末或接觸50 mg / L( ACGIH 2009)、80 mg/L ( DFG-2008)和50 mg / L( OEL 2009 2010)。我國暫未提出新的丙酮生物監(jiān)測的指標和相應(yīng)的接觸限值。Garrido-Delgado 等利用離子遷移光譜設(shè)備，對采集到的患者和患病奶牛的尿液樣品中的丙酮濃度進行定性和定量分析。該方法只需將樣品 80 加熱 5min，然后用高純氮氣將揮發(fā)出的丙酮吹入離子遷移光譜測定儀中進行分析。這種方法檢測范圍為 5 80mg / L，最低檢出濃度為 3 mg / L，檢測簡單，

11、快速，成本較低，適合大量樣本的檢測。近年來頂空氣相色譜法是國內(nèi)外報道較多的檢測尿中丙酮的方法。Michitsuji 等利用頂空氣相色譜法成功檢測出尿中丙酮、甲醇以及甲基乙基酮。張舵采用頂空氣相色譜法對生物尿樣中丙酮進行測定，回收率為 95 8% 103 4%，最低檢測濃度為 2 4 ×10 4mg / L。該方法利用頂空原理，將采集的接觸者尿樣水浴加熱，使尿中丙酮揮發(fā)并達到平衡，然后抽取頂空瓶頂部氣體進行氣相色譜分析。這種進樣方法減少了樣品損失，又避免了樣品基體對色譜系統(tǒng)，尤其是色譜柱的污染，簡便易行，準確度高，易于基層推廣應(yīng)用。固相微萃取氣相色譜法是近年來國內(nèi)外報道較多的應(yīng)用于生物檢測的方法。Martinis 等利用該方法成功檢測出人體血液和尿液中的乙醇濃度。Lee 等用固相微萃取和 GC-MS 系統(tǒng)成功分析出尿液中氯酚的濃度。鄒薇等利用固相萃取技術(shù)對尿中丙酮濃度進行測定，該方法實際上有效結(jié)合了固相萃取和動態(tài)頂空技術(shù)，利用固相微量萃取器吸收并富集頂空瓶上方不斷揮發(fā)出來的待測物，然后進行GC 分析，具有簡單、快速及重現(xiàn)性好等優(yōu)點。4 結(jié) 語綜上所述，丙酮作為一種常用的有機溶劑，對人體的危害值得關(guān)注。運用快速、靈敏、適用的檢測手段對丙酮生物接觸劑量進行監(jiān)測，是預(yù)防丙酮對人體危害的有效手段，同時也可以作為糖尿病等代謝性疾