头发中铁含量及其与生理参数相关性的研究

上一篇 / 下一篇  2008-06-20 16:05:36

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   摘要：头发分析是研究环境和饮食因素对人类健康影响的一个可靠方法。.微量元素对头发具有高亲和力，因而可利用头发的分析结果来评价人体内金属铁的负荷。.该分析方法的发展包括了采用硝酸硝化头发的样品制备步骤,和其后的铁原子吸收光谱分析方法。

A Study of Iron Content in Scalp Hair and Its Correlation
With Various Physiological Parameters

Hassan Imran Afridi, Tasneem Gul Kazi, Gul Hassan Kazi,
Mohammad Khan Jamali, Samroz Bano Sahito, and Ghulam Qadir Shar

Abstract: Hair analysis has been shown to be a reliable indicator of the impact of environmental and dietary factors on human health. This study was conduced in order to evaluate the metal-like iron burden of the body using hair analysis because trace elements have a high affinity for hair. The method of analysis included a sample preparation step that involved nitric acid digestion of the hair samples followed by atomic absorption spectrophotometry for the iron analysis.

        铁是一种人体的必需元素，具有很多生理和生化作用。人体内大约2/3 的铁与循环系统红细胞内的血红蛋白结合，其他一些蛋白也含有血红素，如肌红蛋白、细胞色素Ｐ450、电子传递呼吸链上与线粒体呼吸和三磷酸腺苷（ATP）合成有关的细胞色素 a,b,c[1]。许多酶的催化活性 通过铁实 现，包括细胞色素氧化酶[2]，儿茶酚胺代谢，DNA 合成过程中的酶和色氨酸羟化酶[3]。

        铁依赖的生理功能障碍可以发生在出现贫血前[4]。

        缺铁可以导致一系列生化异常。很难将临床表现与缺铁程度进行关联，但是组织铁的损耗可能与血红蛋白的减少（缺铁性贫血）同样重要，非血液系统缺铁的表现包括免疫系统异常，以及智力和神经功能异常。 

        缺铁的基本病因是铁吸收和铁损耗之间的平衡被打破。饮食中铁的含量不足或铁的生物利用度下降可导致身体对铁吸收的减少。在不发达国家，饮食主要以谷类为主，谷类中含有的丰富的肌醇六磷酸、草酸盐、磷酸盐、纤维和其他的铁吸收抑制剂是这些国家缺铁性疾病的主要诱因[5,6]。

        当铁在身体中的储备减少时，将导致血红素生成不足，红细胞变小，携带氧气的能力下降，对于细胞代谢至关重要的含铁酶也相应减少。缺铁还可能干扰正常脑功能。多巴胺是大脑的主要神经递质，铁在多巴胺传导通路高度富集，所以缺铁可能导致工作能力的降低，易疲劳和行为的改变，如易被激怒[7]。

        缺铁通常与多种因素相关，即使对于具有明确缺铁病因的患者，也应该考虑其他潜在的可能因素。

        许多研究表明，缺铁可以导致工作和运动能力的下降[8-10]，缺铁人群在工作过程中会因血液中的乳酸浓度迅速升高而发生心动过速[8]。研究表明，即使轻度缺铁（血红蛋白正常）也可导致工作能力下降，这种情况可以通过补充铁得到治疗[9,10]。

        异常的免疫功能[11]，温度调节功能[12]，工作能力[13]和婴儿、儿童、青少年及成人的认知功能[14-16]异常都与缺铁有关。

        导致工作能力持续下降轻度贫血导致运动能力下降、肌肉功能障碍的一个主要结果就是长期运动能力的下降和机体耐受力的降低。在寒冷环境中维持机体体温能力的异常是缺铁性贫血的另一个特征。

        行为的改变和智力的异常都可能发生。即使轻度缺铁也可能显著降低反应能力、活动能力及注意力，增加机体紧张度和易疲劳性。 

        分析是研究环境和饮食因素对人类健康影响的一个可靠方法。它的潜力、优点和缺点已经被综述过。因为微量元素对头发具有高亲和力，本文研究利用头发的分析结果来评价体内金属铁的负荷，但需注意的是缺铁的普遍性依个体因素变化很大，如年龄、性别、生理病理条件，以及环境和社会经济条件等。

        已经被证明是研究环境和饮食因素对人体影响的可靠指标。

1 实验

1.1  仪器

        180-50 型原子吸收光谱仪（AAS）(Hitachi Ltd。, Tokyo, Japan)，GA３石墨炉，Hitachi 中空阴极灯。在248.3 nm 波长下对不同年龄组的不同生理状况的男性和女性个体的头发样品进行铁含量的测定。

1.2  试剂

        所有使用的试剂均为分析纯，购买自E . Merck (Darmstadt, Germany)。硝酸和过氧化氢用于湿法硝化步骤。内标由E. Merck. CRM-397(certified reference material of hair)提供的金属盐制备。

1.3  样品收集

        一年内3 次收集 Pakistan Hyderabad 城区居民头发样品（444 例正常个体，435 例不同疾病个体）。利用问卷调查帮助收集相关信息，如种族、健康状况和饮食习惯等。所有样品的收集都得到 捐赠者的许可。建立了一个包含捐赠者全部信息和人口统计学数据的文件。头发样品采用不锈钢剪刀取自于颈背部。

1.4  洗涤

        在分析前将每一头发样品切割成 0.5cm 长，充分混合以使每次取样具有代表性。切割后的样品以稀释的Triton X-100 (E. Merck)洗涤４次，然后以蒸馏水、丙酮淋洗，干燥，再以去离子水淋洗３次，丙酮淋洗２次[17-19]。样品放置于烘箱中于（75 ±5）℃烘干。干燥的样品分别储藏于样品袋中。

1.5 样品制备

        每一个体选择３个样品（每个10mg）于玻璃烧瓶中称重，加 2~5 mL 硝酸。烧杯用玻璃板覆盖，放置于电加热器上于 60~70℃硝化 1~2h直到半干。硝化产物再加 5mL 硝酸和几滴过氧化氢处理，于80℃加热直到硝化溶液的颜色变 为 透 明 的 亮 黄 色。冷却，于容量瓶内以2mol/L 硝酸稀释样品至25mL。被鉴定的头发样品如前述以同样方法进行硝化[20-23]。

        用同样方法制备空白和标准溶液。所有样品溶液和系列标准溶液在180-50 型原子吸收光谱仪的空气乙炔 火焰中进行原子化。利用最小方差方法建立元素的吸收值对浓度的标准曲线，定量结果通过标准曲线得到。利用标偏差评价酸硝化方法的可靠性（所有元素的回收率为 98%~99％）。标准溶液中所有元素测定结果的平均值与标准值相差小于1％，相对标准偏差小于 2％。硝化混合物的颜色为浅黄色，黏度较低，平均标准偏差Ｐ值和Ｆ值由Minitab 13.2 Excel 计算机软件统计程序(Microsoft Corp., Redmond, WA)计算。

2 讨论

        虽然微量元素在人体内含量很低，但其却具有结构和功能的重要性，在许多生物学过程中起着重要作用。铁是人体必需的营养元素，在人体内与铁有关的生物学过程包括：血红蛋白和肌红蛋白介导的氧气运输；含铁细胞色素的电子传递以及提高许多重要的酶类，如催化酶、过氧化物酶的催化活性，这是因为铁也是金属酶的组成成分，参与了许多关键酶反应。对食物中铁元素的需求依年龄和其他一些条件而变，在生长发育、妊娠和哺乳期，以及发生感染性疾病时，人体对血红蛋白生成的要求增加，对饮食中铁的需求也增加。

        缺铁通常是多因素的，即使对于具有明确缺铁病因的患者，也应该考虑存在其他潜在的可能性。抑制铁吸收的因素包括胃内酸度降低、幽门螺旋杆菌感染[24]或以下情况的存在：单宁酸（来自于饮茶）[25]，多酚（来自于咖啡、草茶、或进餐１ h 内的可可类饮料）[26]，肌醇六磷酸（来自于豆类、谷物或大米）[27]，钙和磷酸盐（来自于抗酸剂和钙片）[28]。促进铁吸收的因素包括肉类[29]，柑橘汁[27]，维生素Ｃ（如花揶菜、草莓、西红柿、菠菜和柑橘类水果）[27]和乙二胺四乙酸强化食品[30]。

        研究人群包括四个年龄组的 879 位男性和女性个体。四个年龄组分别为: 6~15 岁，16~30 岁，31~45岁和 46~60 岁。其中正常个体、不同生理条件个体、不同年龄组和不同性别个体的铁含量测定结果列于表１和表２中。

        铁缺乏，特别是缺铁性贫血, 一直是全世界最严重和最重要的营养缺陷疾病之一 。铁缺乏在每一个年龄阶段都可能发生，可阻碍儿童从婴儿到青少年期的认知功能发育，破坏免疫机制。铁缺乏也与发病率增高相关。

        不同疾病状态的患者的头发样品中铁含量与同年龄组正常男性和女性个体相比具有显著差异。铁缺乏通过两方面影响工作和运动能力[31]。第一，血红蛋白水平的降低使最大耗氧量降低，导致体内运输的氧气减少，这种情况主要见于短暂的大强度运动；第二，铁缺乏可以降低 肌肉消耗氧气的能力，持续几分钟的肌肉活动要求肌细胞线粒体氧化生成 A T P能量分子。现在已经认识到即使未发生贫血，轻度到中度的铁缺乏也会导致功能异常[32]。

        就目前所知，除少数例外情况，头发的分析结果只能提供一个对微量元素供给或暴露情况的相当粗略的估。头发中微量元素的含量的高低依赖于所吃的食物，所生活的大气和环境[33]。头发的分析方法与其他方法相比具有一定的优势：头发对于群体采样是一个理想的检测目标，取样无痛，采集容易，储藏方便。

        本文对 879 Pakistan Sindh Hyderabad 城区居民的年龄、性别与头发样品中铁含量的相互关系加以研究。受试个体的年龄和性别分布包括男性和女性/ 年龄组（表１和表２）。每组中大约有 60~70 位受试个体。所有个体都提供了足够的样品和相关信息，表１和表２中所给出的数据为铁含量测定值的平均值和标准差。结果表：头发中铁含量可以由于生理参数如年龄、性别和个人社会经济地位不同而发生显著变化。铁含量随着年龄的增加而增加（见表１），但在46 岁后开始减低，头发中铁含量的峰值出现在两性的 3 1 ~4 5 岁年龄组。

        研究结果也证实：男性头发中的铁含量相对女性头发高。男性头发中相对较高的铁含量可能是由于男性和女性饮食或吸收机制的不同引起的。其他研究者也发现过类似的性别差异[34-37]。


3 结论

        曾经有过通过性别、年龄、或头发颜色的差异而发现某些元素含量不同的报道。这些元素的数据结果如果与同样性别、年龄、头发颜色的对照实验个体数据进行比较，可能会得到更好的应用。本文的研究提供了一种监测人体内铁负荷的简单方法。

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