丙酮接觸生物標(biāo)志物及其檢測(cè)方法

1、丙酮接觸生物標(biāo)志物及其檢測(cè)方法丙酮是一種無(wú)色透明，具有強(qiáng)刺激性的有機(jī)溶劑，廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)及實(shí)驗(yàn)室工作中。其可經(jīng)呼吸道、消化道、皮膚進(jìn)入人體，對(duì)黏膜產(chǎn)生刺激作用，引起機(jī)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(dǎo)致機(jī)體急性中毒，表現(xiàn)為乏力、惡心、頭痛、頭暈、易激動(dòng)等癥狀，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生嘔吐甚至昏迷，長(zhǎng)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(guó)內(nèi)外眾多文獻(xiàn)研究顯示，職業(yè)工人生物材料中的丙酮水平與其工作場(chǎng)所空氣中濃度有良好的相關(guān)關(guān)系，能客觀地反映個(gè)體實(shí)際吸收情況，為職業(yè)丙酮接觸工人的危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)，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(jì)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(shí)驗(yàn)動(dòng)物豚鼠出現(xiàn)脾、腎和肺等器官充血，發(fā)生水腫。病例報(bào)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(zhǎng)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(hù)層受損，角質(zhì)細(xì)胞層的細(xì)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(zhǎng)因子( NGF) 水平明顯增加，而神經(jīng)生長(zhǎng)抑制因子 Sema3A 明顯降低，導(dǎo)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(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究顯示，通過(guò)紅外線監(jiān)測(cè)暴露在高濃度中丙酮的小鼠，其自主活動(dòng)量顯著減少，表現(xiàn)出明顯的中樞抑制癥狀?，F(xiàn)場(chǎng)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(dǎo)速度和視覺(jué)反應(yīng)時(shí)間均明顯低于非暴露工人。1 4 其他毒性大劑量可能會(huì)造成高的血糖水平和糖尿，甚至?xí)霈F(xiàn)無(wú)法預(yù)

4、期的代謝性酸中毒。同時(shí)乙醇的攝入會(huì)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(guò)氧化物酶進(jìn)行脂肪酸氧化常見(jiàn)的誘導(dǎo)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(huì)導(dǎo)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(biāo)如谷胱甘肽和維生素 E 的含量會(huì)明顯降低。2 丙酮接觸生物標(biāo)志物丙酮可以通過(guò)呼吸道、消化道、皮膚進(jìn)行吸收。丙酮進(jìn)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(huì)在體內(nèi)清除。小劑量時(shí)大部分經(jīng)代謝后由肺、腎排出，大劑量時(shí)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(shí)，40% 75% 的含有丙酮的混合物將會(huì)被吸附，但在呼氣時(shí)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(shí)，血液中的丙酮濃度和呼出氣體中的丙酮濃度會(huì)很快下降，但是在 1 min 后會(huì)相對(duì)穩(wěn)定下來(lái)。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(shí)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(dòng)力學(xué)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(biāo)。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(biāo)。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(shí)班末尿液中就會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的丙酮，從而可以與體內(nèi)正常產(chǎn)生的丙酮含量進(jìn)行區(qū)分。但是值得注意的是，當(dāng)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(huì)產(chǎn)生大量酮體，從而導(dǎo)致血、尿中丙酮濃度的異常增高。另外，人體嘔吐很嚴(yán)重，處于饑餓狀態(tài)時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生丙酮。因此，在對(duì)工人進(jìn)行生物監(jiān)測(cè)時(shí)，應(yīng)排除這些因素，避免對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾。3 接觸生物標(biāo)志物的檢測(cè)方法3 1 呼出氣中丙酮固相變色法是一

7、種較早檢測(cè)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(cè)儀，丙酮接觸者直接將呼出氣排到吸附柱上，根據(jù)藍(lán)色變色帶長(zhǎng)度進(jìn)行定量。氣相色譜法對(duì)于沸點(diǎn)低、揮發(fā)性較高的丙酮有較好的分離測(cè)定優(yōu)勢(shì)。我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WS/T 175 1999呼出氣丙酮的氣相色譜測(cè)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(yùn)輸中要確保密封，無(wú)污染，以防影響測(cè)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(wú)需使用溶劑、樣品用量少、有一定的富集作用等特點(diǎn)，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(jìn)入氣相色譜質(zhì)譜( GC-MS) 系統(tǒng)

8、分析，成功地檢測(cè)出 2 型糖尿患者呼出氣中的丙酮濃度。但由于測(cè)試成本較高，這種方法暫時(shí)未能推廣應(yīng)用。Hryniuk等成功運(yùn)用熱解析結(jié)合選擇離子流動(dòng)管質(zhì)譜分析法檢測(cè)出人體呼出氣體中丙酮的濃度，該方法具有檢測(cè)速度快且不需使用化學(xué)試劑等優(yōu)點(diǎn)。3 2 血中丙酮關(guān)于檢測(cè)血中丙酮濃度的方法國(guó)內(nèi)外報(bào)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行衍生處理后用頂空方法進(jìn)行萃取，然后進(jìn)入 GC-MS 系統(tǒng)分析，成功檢測(cè)出該血液樣本中丙酮的濃度。Dong 等用同樣的方法成功檢測(cè)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(cè)快速、檢測(cè)限低等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)丙酮職業(yè)暴露工人的生物檢測(cè)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(cè)指標(biāo)。美國(guó)政府工業(yè)衛(wèi)生學(xué)家會(huì)議( ACGIH) 、德國(guó)研究協(xié)會(huì)( DFG) 以及日本工

10、業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)( OEL) 都將尿中丙酮作為丙酮暴露的生物監(jiān)測(cè)指標(biāo)，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(guó)暫未提出新的丙酮生物監(jiān)測(cè)的指標(biāo)和相應(yīng)的接觸限值。Garrido-Delgado 等利用離子遷移光譜設(shè)備，對(duì)采集到的患者和患病奶牛的尿液樣品中的丙酮濃度進(jìn)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?dú)鈱]發(fā)出的丙酮吹入離子遷移光譜測(cè)定儀中進(jìn)行分析。這種方法檢測(cè)范圍為 5 80mg / L，最低檢出濃度為 3 mg / L，檢測(cè)簡(jiǎn)單，

11、快速，成本較低，適合大量樣本的檢測(cè)。近年來(lái)頂空氣相色譜法是國(guó)內(nèi)外報(bào)道較多的檢測(cè)尿中丙酮的方法。Michitsuji 等利用頂空氣相色譜法成功檢測(cè)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(duì)生物尿樣中丙酮進(jìn)行測(cè)定，回收率為 95 8% 103 4%，最低檢測(cè)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(dá)到平衡，然后抽取頂空瓶頂部氣體進(jìn)行氣相色譜分析。這種進(jìn)樣方法減少了樣品損失，又避免了樣品基體對(duì)色譜系統(tǒng)，尤其是色譜柱的污染，簡(jiǎn)便易行，準(zhǔn)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(lái)國(guó)內(nèi)外報(bào)道較多的應(yīng)用于生物檢測(cè)的方法。Martinis 等利用該方法成功檢測(cè)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(duì)尿中丙酮濃度進(jìn)行測(cè)定，該方法實(shí)際上有效結(jié)合了固相萃取和動(dòng)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(lái)的待測(cè)物，然后進(jìn)行GC 分析，具有簡(jiǎn)單、快速及重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)。4 結(jié) 語(yǔ)綜上所述，丙酮作為一種常用的有機(jī)溶劑，對(duì)人體的危害值得關(guān)注。運(yùn)用快速、靈敏、適用的檢測(cè)手段對(duì)丙酮生物接觸劑量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是預(yù)防丙酮對(duì)人體危害的有效手段，同時(shí)也可以作為糖尿病等代謝性疾