如何分析头发样品中的微量金属元素

头发中微量元素研究进展综述 黄家林 =文献标识码 > A =中图分类号 > O61 R194. 3 ; =文章编号 > 1007- 1040( 2007) 01- 0041- 03 =关键词 > 头发; 微量元素; 分析 液重金属分析得到了广泛的应用。 20世纪 60 年代 初， 法庭分析的轰动结果才又使人们明白头发分析的作用是不能完全忽视的。 1857年， Casper为提供 反映生物发生过程证据测定了死后 11年发掘出来的 尸体头发中的砷; 1906年， 人们为预防和鉴定毒品的 目的， 用 X 射线法探测沉积在头发中的金属元素; 1951年， G riffon首次应用中子活化分析法研究砷中 毒病例; 1962年， Sm ith通过头发分析发现拿破仑可 能死于砷中毒; 1970年， K levay 在研究头发锌、 铜含 量随年龄、 性别变化后提出， 以头发作解剖材料比较 个体或群众营养状况时， 性别和年龄必须相配。 1 2 第二阶段: 发展时期 ( 1971~ 1982) . 这一时期 的主要成就是确立了头发元素分析在重金属暴露评 估和环境监督中的地位， 主要推动力是建立头发元 素基线水平。代表性的事件有: 1971年， H amm er发 现暴露程度不同的儿童头发镉、 砷水平不同， 发 铅、 镉和发砷平均水平能准确反映公共暴露， 发铅除反 映外源性沉积外还能反映内源性铅吸收; 1982年， 国 际原子能机构组织有 63个实验室参加的人发比 对工作。 1 3 第三阶段: 创新时期 ( 1983~ 2000) . 这一时期 的主要成就是证明了头发元素分析应用于临床的实 头发主要由纤维性的角蛋白组成， 其代谢活性 极低， 各种微量元素在毛囊内与硫基氨基结合而进 入角蛋白分子。头发的代谢是整个机体代谢系统的 一个组成部分， 头发在生长过程中需要各种营养物 质， 这些营养物质依赖伸到发根中的微血管获得。 因此， 头发能反映出身体微量元素代谢和营养状况。 现已查明在自然界天然存在的 92种元素中， 头发中 至少存在 78种。由于某些金属元素对毛发具有特殊 的亲和力， 能与毛发中角蛋白的硫基牢固结合， 使金 属元素蓄积在毛发中， 因此其含量反映相当长时间 元素的积累状况， 间接反映其在机体的含量。人的 头发和其它组织， 不同的金属元素一旦沉积就不易 再被重新吸收。所以头发作为衡量人体元素的水平 已日益受到人们的重视， 特别是 1990年代以来应用 已相当普遍。 1 头发元素分析发展 头发元素分析已有近 150年的历史， 其发展过程 大致可分为 3个阶段。 1 1 diyi阶段: 探索时期 ( 1857~ 1970) . 这一时期 的主要成就是建立和奠定了头发元素分析方法及应 用基础， 主要推动力是毒性检验和法庭应用。代表 性的事件有: 头发元素测定比血液和尿液测定有更 长的传统。Z早的头发元素测定始于 1857年， Z早 正式出版的头发分析文献出现于 20世纪初。 20世 纪 30年后才由美国的 K ehol( 1933) 和捷克的 T eis ing er( 1934)独立但几乎同时证实人血中存在铅， 随后血 =作者单位 > 安徽省疾病预防控制ZX， 安徽 合肥 230061 =作者简介 > 黄家林 ( 1952~ )， 男， 副主任 医师， 主 要从事 环 境卫生工作。 际可能性， 主要推动力是微量元素科学的发展及数 据处理方法的改进。代表性的事件有: 1983年， ZG 徐辉碧、 陈念饴将模式识别技术应用于生物微量元 素研究领域获得成功; 1984年创刊出版 5微量元素与 健康研究 6; 1994年， 出版发行 5广东微量元素科学 6、 5中华微量元素科学 6杂志。 2000年， 陈祥友创立利 用发检诊断和预测疾病的 / 陈氏诊法 0， 徐子亮证明 头发量子共振法可快速、 准确地诊断肿瘤和其他疾 病。 2 头发元素分析临床意义认识 Cranton在查阅了 1983年前发表的 1500多篇关 于头发分析的文献后得出结论: 钙、 锌、 铬、 镁、 铜、 铅、 42 安徽预防医学杂志 2007 年 1月 20日第 13 卷第 1期 A nhu i J PrevM ed， Jan. 20， 2007 V ol 13 N o. 1 ， ， 汞、 砷、 镉、 镍等头发元素分析有实际临床意义， 钠、 钾、 锰、 硒、 铝等头发元素分析提示有临床意义。 1984 年后， 我国科学工作者和国外同行又陆续证明钴、 钒、 碘、 铁等头发元素分析可能也 有临床意 锶、 钒、 义。 姚世平 [ 1] 展， 许蕴等 [ 13] 研究分析了深圳市 57名不明原因成人 脱发患者和 48名体检正常的健康成人的头发中微量 元素， 认为， 铜 /锌比值的降低主要是由于铜低造成， 铜、 锌营养不良是其脱发发生的重要因素。邝浩斌 等人 [ 14] 对广州市 1 007例 2~ 4个月婴儿头发中 Zn 、 对病儿头发中微量元素测 定做了研 Fe Cu Ca M n Pb6种微量元素的测定和相关性分 、 、 、 、 析， 认为广州市 2~ 4个月婴儿存在不同程度的微量 元素缺乏， 母婴均应注意均衡饮食， 避免铅暴露。陈 海珍等人 [ 15] 究， 认为， 随着微量元素与健康研究的发展， 测定头 发中微量元素进一步了解病儿中微量元素的变化甚 为重要， 对ZL疾病、 缩短疗程有很大的帮助。头发 微量元素分析还可预知儿童的生长发育、 疾病情况 及膳食平衡情况。刘望梅 [ 2] 研究报道了 20年来广东地区成人头发 中元素含量的变化及其影响因素， 认为广东地区成 人发中 Cr Ca、 、 Pb均明显升高; Fe Zn有波动， 但总体 、 趋势有所下降; Cu M g Cd显著降低; 人体头发中各 、 、 种元素含量受年龄、 生活习惯、 饮食习惯、 环境等因 素综合影响。 3 头发中微量元素测定方法 测定头发中微量元素的关键是测定前的处理方 法， 因为头发暴露在外以及发蜡、 SF剂和染发剂的 普通使用极易受外环境中尘埃等物质的污染， 因此， 在分析前必须认真洗涤以除去粘附在头发表面有机 和无机的污染物。国内外学者对影响头发中微量元 素的因素做了大量的研究 [ 1] 研究了婴幼儿体内微量 元素缺乏状态与某些疾病的关系，分析了 300例发样 中的铅、 铁、 钙、 锌、 铜、 锰含量， 认为婴幼儿食欲低下、 生长发育迟缓、 佝偻病、 贫血症、 多动症的主要原因 是体内微量元素缺乏。反复上呼吸道感染、 腹痛、 头 疼也与体内微量元素有关。邓康培等 [ 3] 对 4 449名 1~ 6岁儿童头发中锌、 铜、 锰、 铁、 钙、 铅含量， 用分层 聚类分析法进行其身高、 体重与各元素相关分析研 究， 结果认为锌有利于身体发育， 而铅对身体发育不 利。郭健等人 [ 4] 对城乡儿童头发中 4种微量元素含 [ 5] 量进行分析， 发现城市儿童中发锌、 发钙明显高于农 村儿童， 发钙明显高于农村儿童。秦俊法等 在研 究头发诊断儿童孤独症中发现， 头发 14种元素的判 别函数可分别以 90 5 和 100 的准确率区分正常 . % % 儿童和孤独症儿童， 同时阐述了许多与孤独症有共 同特征的精神障碍病与营养及微量元素有关。王英 等 [ 6] 。申治国等 [ 9] 采用微波 消解法处理发样， 用 ICP - AES和 ICP- NS法测定头 发中微量元素， 比采用原子吸收法和电感耦合等离 子体发射光谱法， 具有多元素同时分析， 快速、 准确 等特点。张新卫 [ 10] 报道了采用微机极谱法同时测定 分析了 62例佝偻病患儿发钙元素， 认为佝偻病 人头发中锌、 锰 3种微量元素， 认为微机伏安 /极 铁、 谱扫描范围较宽， 可进行多种元素的同时测定。还 研究了在硼沙底液中， 人发中锌、 锰同时测定的 铁、 条件。金月玲等 [ 11] 患儿发钙值并不比正常值低， 相反还高于正常值， 不 能简单地用发钙值高低来反映体内钙的营养状况。 李雪峰等人 [ 7] 用原子吸收法对 765名乳腺疾病患者 [8] 报道了将发样经无机化处理后， 发中的 Ca M g、 、 、 、 、 Cu Fe Zn Se含量进行研究分析， 认 为乳腺疾病与硒低钙高有明显关系。彭秋凤等 在 研究青少年高血压与头发微量元素的关系时， 对 50 例血压偏高及 50例血压正常的青少年头发进行了 5 种元素的测定， 结果表明， 高血压组的青少年 Zn和 Ca含量高于正常组， Fe和 Cu低于正常组， 而 M g 无 显著差异。有人报道 [ 1] 采用 5- Br- PADA P直接光度法测定法锌， 应用于临 床具有操作简单、 快速灵敏、 结果可靠的优点。唐小 凤 [ 12] 研究了发样经 HNO3HC I 4 ( 4 1) 消化和以 L a O : 3+ 为释放剂简单处理后， 采用火焰原子吸收法同时测 定小儿头发中锌、 铁和钙的研究， 认为火焰原子吸收 法可准确测定小儿发中锌、 铁和钙含量， 并具有无创 伤、 无痛苦等优点。 4 关于头发元素分析的争论 头发元素分析是在不断争论中发展起来的， 争 论的焦点集中在 3方面。 ( 1)对于头发和血液， 哪种 指示器更能代表体内元素状况? ( 2) 头发元素含量 发硒测定有助于甲型肝炎和 乙型肝炎急性期的鉴别诊断。甲肝急性早期发硒值 明显低于正常值， 稳定期随 SG PT 下降而逐渐上升于 正常， 恢复期升高到正常值， 而乙肝急性早期发硒含 量正常或接近正常， 急性后期才显著降低。 头发中微量元素在用于病因研究方面也有新发 安徽预防医学杂志 2007年 1月 20 日第 13卷第 1期 A nhu i J Prev M ed Jan. 20 2007， V ol 13 N o 1 ， ， ， . 43 能否准确测定? ( 3)头发元素分析是否有临床医学 意义? 20世纪 70年代在美国召开的两次人发研讨会 ( 1973年和 1978年 )上， 科学家们进一步肯定了头发 分析的应用前景， 但争论也由此展开。 1973年， Pueshel证明头发分析可大大改善人们 对慢性铅暴露及其对人体健康影响的了解。 Pe le ring 从美国辛辛那提的居民头发研究中得出结论， 血液 不是分析镉暴露的合适材料， 头发分析可导致重要 发现。 1983年， R iv lin在评述前人研究结果后认为， 即 使在理想环境下， 头发元素与血、 尿元素之间可能也 无任何关联， 以头发分析作为营养检测手段仅有很 小价值， 不能根据头发元素结果作营养补充推荐。 1994年， Bencze在 5金属临床和分析化学手册 6 一书指出， 掺入到头发中的元素与可生物利用的元 素成比例， 饮食习惯、 工作环境、 特定体质等个体特 征均以年代学顺序记录在头发中， 因而头发元素的 定量和定性结果是个体生命活动的分析反映。头发 和血液反映不同时间尺度的身体元素状况， 将头发 分析结果与血液分析结果相比较是不恰当的， 以头 发元素与血液或其他组织元素之间是否存在显著关 联来判断头发分析质量是错误的。 2000年， 西班牙 Ber ejo- Barrera指出头发元素 m 分析目前还未成为临床常规检测手段的 主要原因 是: 没有头发元素参考值; 外来污染难以扩展。但这 些限制可以通过采用国际社会所接受的标准采样方 法和标准洗涤方法得到解决。 同年， 瑞典 R odushkin 研究了 ICP - M S用于测定 头发中 71种元素含量的特征化学分析方法。目前， 中子活化分析法、 电感扼合等离子体原子发射光谱 法 ( I P- AES) 和电感扼合等离子体质谱法 ( ICP C M S)已成为广泛采用的头发多元素分析技术。快速、 有效的多元素分析不仅能提供对临床有用的更多信 息， 而且还可以研究元素间的拮抗和协同效应及对 元素共存现象作出解释。 4 结语 国内外科学工作者的实验研究证明 [ 1] ZG的头发元素分析虽然起步较晚， 但发展迅 猛， 成绩突出主要成就有: 积累了大量临床资料， 研 究了头发标准物质， 发展了新的数据处理技术， 扩充 了头发元素临床意义知识， 创立了头发诊病方法， 奠 定了新的科学理论基础 (例如生态化学地理学、 元素 平衡医学、 头发元素医学等 )。 =参 考 文 献 > [ 1] [ 2] [ 3] 姚世平. 病 儿头发中微量元素测定的意义 [ J]. 海南 医 学， 2004， 15( 6): 48 . 刘望梅. 300例头发微量元 素结果 分析 [ J]. 广东微 量 元素科学， 2001， 8( 1): 37- 39. 邓康培， 张 敏华， 陈左 ， 等. 幼 儿头 发中 微量元 素含 量 与身高、 重关系研究 [ J]. 广 东微量元素 科学， 2000， 体 [ 4] [ 5] [ 6] [ 7] [ 8] 7( 5): 29- 33 . 郭健， 翟筱 ， 李 桂芝， 等. 城乡 儿童 头发 中 4种 微量 元 素含量分析 [ J]. 潍坊医学院学报， 2002， 24( 1): 79 . 秦俊法， 李 增禧. 头发诊 断儿童 孤独症 [ J]. 广 东微 量 元素科学， 2003， 10( 6): 1- 6 . 王英， 梁静 敏. 62例佝偻病 患儿头 发钙元 素分析 [ J]. 广东微量元素科学， 2003， 10( 1): 31- 34 . 李雪峰， 高 东平， 柯玲. 乳腺疾病患者发中 微量元素 含 量分析 [ J]. 广东微量元素科学， 2003， 10( 8): 53- 55. 彭秋凤， 徐美 奕. 青少 年高血 压与 头发 中微量 元素 关 系的分析 [ J]. 广东微 量元素 科学， 2004， 11( 1): 29 31. [ 9] 申治国， 张 仁利， 徐新云， 等. I - A ES和 ICP - M S法 CP 测定头 发 中 微量 元 素 [ J] . 实 用 预 防 医 学， 2004 11 ， ( 3): 444- 445. [ 10] 张新卫. 微机极谱 法同时 测定 人头 发中锌 铁锰 3 种 微量元素 [ J] . 微量元素与健康研究， 2003， 20( 5): 52 - 53. [ 11] 金月玲， 连 国军， 谢作叙. 5- Br- PADA P 直接光 大 法度法测定 发锌 [ J]. 广东 微 量 元素 科 学， 2003， 10 ( 6): 57- 59. [ 12] 唐小凤. 火焰原 子吸 收法同 时测 定小 儿头发 中的 锌 铁和钙 [ J] . 微量元素与健康研究， 2004， 21( 1): 3739. [ 13] 许蕴， 苏健， 陈冰， 冯心光. 深 圳市不明原 因成人脱 发 患者发中微量元素 分析 [ J]. . 微量元素与健 康研究， 2003， 20( 1): 14- 16. [ 14] 邝浩斌， 张丽好. 1007例 2~ 4个月婴儿头发微量 元 素测定和相关分析 [ J] . 广 东微量元素 科学， 2003， 10 ( 2): 32- 35. 陈海珍， 陈志澄， 杨冰仪， 等. 广东成人头 发中元素 变 化的研究 [ J] . 微量元素与健康研究， 2003， 20( 5): 16 - 18 收稿日期: 2005- 08- 15 ， 头发元 [ 15] 素是可以准确测定的， 头发元素代表身体元素总体 水平， 在头发分析的临床应用中， 头发元素含量或元 素比值的相对比较有一定的实用价值和意义。