评估巴西米纳斯吉拉斯州布鲁马迪尼奥灾难后，救援犬接触重金属的影响及其作为环境生物监测者的作用

《One Health》：Evaluation of the effects of exposure to heavy metals in rescue dogs and their role as environmental biomonitors after the Brumadinho disaster, Minas Gerais, Brazil

本研究旨在评估2019年Brumadinho矿坝坍塌后消防犬接触尾矿的重金属暴露及炎症反应，确定生物标志物。通过分析30只狗（20暴露，10对照）的头发重金属和血清细胞因子，发现暴露组镉显著升高（p=0.013），与IL-15负相关（-0.58），皮肤和运动系统疾病显著（p<0.05）。结论：狗可作为长期职业暴露的生物标志物工具，强调消防员健康监测的重要性。

　　此次研究聚焦于巴西布鲁玛丁霍（Brumadinho）地区发生的采矿尾矿坝坍塌事故对消防犬健康的影响。研究团队由来自巴西圣保罗州立大学（Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho）兽医临床与外科系的五位科学家组成，他们对30只消防犬进行了系统分析，其中20只参与了尾矿清理工作，而另外10只未参与此类活动。研究的目的是通过分析这些犬只的生物标志物、重金属含量以及临床症状，评估长期职业暴露对动物健康的影响，并进一步探讨其作为人类环境暴露生物监测工具的潜力。

### 研究背景与意义

在2019年1月，巴西米纳斯吉拉斯州的布鲁玛丁霍发生了一场严重的采矿尾矿坝坍塌事故，导致大量人员伤亡。在救援行动中，来自巴西多个州的消防员与经过专业训练的犬只共同参与了营救工作，这些犬只直接接触了尾矿物质。这种接触可能带来多种健康风险，包括重金属中毒、免疫系统紊乱以及慢性疾病的发生。因此，研究团队希望通过分析这些犬只的生物标志物，评估其健康状况，并进一步探讨其在职业暴露监测中的作用。

研究的意义在于，犬只作为人类的伴侣动物，与人类共享相同的环境和生活方式，因此它们可能成为环境污染和职业暴露的早期指示者。尤其是对于消防员来说，他们在执行任务时经常暴露于各种有毒物质和污染环境中，因此对他们的健康监测至关重要。通过研究消防犬的健康状况，科学家们希望能够揭示出这些有毒物质对人体健康的影响，从而为职业健康防护提供科学依据。

### 研究方法与数据收集

研究采用的是横断面观察性研究设计，旨在通过分析犬只的生物样本和临床数据，评估其与重金属和炎症因子之间的相关性。研究对象包括来自巴西多个州的消防犬，这些犬只的年龄范围在5至10岁之间，涵盖了多种常见的工作犬品种，如蓝赫勒犬、边境牧羊犬、拉布拉多犬、德国牧羊犬和马里诺斯犬。

为了确保数据的准确性，研究团队对两组犬只进行了同步的数据收集。一组是参与过布鲁玛丁霍尾矿清理工作的犬只，另一组则是未参与此类活动的犬只。数据收集过程包括临床记录、医疗史、体格检查以及对犬只工作历史的详细调查。研究团队还通过访谈了解了这些犬只的工作时长、临床症状以及环境暴露情况。

在生物样本的采集方面，研究团队从每只犬只的头部静脉抽取了3毫升血液，并将其储存在SST?管中。随后，血液样本经过离心处理，分离出血清用于重金属和炎症因子的检测。此外，研究人员还采集了犬只的毛发样本，用于重金属含量的分析。毛发样本取自犬只腹部区域，大小为10×10厘米，并经过清洗、干燥和均质化处理，以确保分析的准确性。

### 重金属与炎症因子的分析

在重金属分析方面，研究团队使用了Provecto Análise 2000设备，按照制造商推荐的分析流程对毛发样本进行了检测。分析的金属和微量元素包括铝（Al）、砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、铁（Fe）、汞（Hg）、锰（Mn）、镍（Ni）和铅（Pb）。通过原子吸收光谱仪（GBC? AA 932）对这些金属进行了定量分析，并使用了认证的标准物质（Fluka?、Merck?和Sigma/Aldrich?）来确保检测的准确性。

在炎症因子分析方面，研究团队采用了Luminex?检测技术，这是一种基于荧光微球的免疫分析方法，能够同时检测多种细胞因子和趋化因子。使用的检测套件为MAP Canine Cytokine/Chemokine premixed Magnetic Bead Kit，能够检测IL-2、IL-6、IL-8、IL-10、IL-15、IL-18、MCP1和TNF-α等关键因子。检测结果通过Milliplex Analyst软件进行分析，并使用五参数的逻辑模型来拟合标准曲线，以确保数据的可靠性。

### 研究结果与分析

研究结果显示，暴露于尾矿的犬只中，镉（Cd）的含量显著高于未暴露组（p=0.013）。此外，Cd与IL-15之间呈现负相关（?0.58，p=0.01），这表明镉可能抑制了IL-15的表达，而IL-15作为一种多功能的细胞因子，参与了免疫系统的调节。镉与IL-2、IL-6、IL-18、MCP1和TNF-α之间也存在显著的相关性，这表明镉可能对免疫系统产生广泛的影响，导致慢性炎症和免疫失调。

在临床症状方面，暴露组的犬只表现出显著的皮肤病变（p=0.003）和运动系统异常（p=0.011）。这些症状包括皮肤结节、瘢痕形成以及关节病变等。值得注意的是，暴露组中有30%的犬只（6只）出现了皮肤和生殖系统的肿瘤，而未暴露组中未发现任何肿瘤。这一结果进一步支持了镉在致癌方面的潜在作用。

此外，铅（Pb）与犬只的工作时长呈正相关（0.49，p=0.02），同时与铬（Cr）也存在显著的正相关（0.48，p=0.03）。这表明，长时间的工作暴露可能增加了犬只体内铅的积累，而铬则可能通过其他途径对健康产生影响。铜（Cu）则与心脏系统疾病存在显著相关性（p=0.042），这可能与铜在心血管系统中的作用有关。铜是一种必需微量元素，但其过量摄入可能导致毒性反应，影响心脏功能。

研究还发现，铁（Fe）与铝（Al）、铬（Cr）和锰（Mn）之间存在强相关性，分别达到0.92、0.81和0.63。这些相关性可能与金属在体内的生物积累过程有关。例如，铝可能影响铁的代谢，导致其在体内的异常积累。铁的异常积累可能导致氧化应激，进而引发细胞死亡（如铁死亡）和多种病理变化。

### 讨论与研究意义

镉作为一种非必需且高度毒性的重金属，其长期暴露可能导致多种健康问题，包括肾脏损伤、骨骼病变、血管疾病和肺部功能障碍。这些健康问题可能通过影响基因表达和信号传导途径而引发。在本研究中，暴露组犬只的镉含量显著高于未暴露组，这可能与尾矿中的镉污染有关。此外，镉与IL-15的负相关性表明，镉可能抑制了免疫系统的某些功能，而IL-15在免疫调节中起着重要作用。

铜的异常积累与心血管疾病之间存在显著联系。铜的两种氧化状态在多种生理过程中起着关键作用，包括酶活性和细胞迁移。然而，过量的铜可能导致心血管系统的损伤，如动脉粥样硬化和心力衰竭。本研究中，暴露组犬只的铜含量与心脏系统疾病相关，这表明铜可能在环境暴露中发挥一定的作用。

铁的异常积累可能与氧化应激和铁死亡有关。铁的过量可能抑制骨形成并增加骨吸收，导致骨质疏松。此外，铁的异常积累可能影响红细胞生成，导致贫血。本研究中，铁与铝、铬和锰之间的强相关性表明，这些金属可能通过相互作用影响体内的铁代谢过程。

研究还发现，暴露组犬只的铅含量与工作时长呈正相关，这可能意味着长时间的工作暴露增加了铅的积累。铅是一种潜在的致癌物，其在体内的积累可能对健康产生长期影响。此外，铅与铬之间的正相关性可能表明，这些金属在环境中可能共同作用，增加健康风险。

### 研究的局限性与未来方向

尽管研究结果具有重要意义，但该研究仍存在一些局限性。首先，暴露组的犬只年龄普遍较大，而未暴露组的犬只则相对较年轻。这可能导致年龄因素对健康影响的混淆，因为老年犬可能更容易出现与重金属无关的疾病。因此，未来的研究应考虑进行遗传检测，以更准确地评估重金属对健康的实际影响。

其次，研究仅分析了犬只的毛发样本，而金属在体内可能积累在不同的器官中，如肝脏、肾脏和骨骼。因此，未来的分析应包括对这些器官的活检或尸检，以更全面地了解重金属在体内的分布和影响。

此外，研究未考虑犬只的饮食对金属积累的影响。不同饮食可能会影响金属的摄入和代谢，因此在未来的研究中，应进一步探讨饮食与金属暴露之间的关系。

### 结论

综上所述，该研究揭示了长期暴露于采矿尾矿对消防犬健康的影响。镉、铅和铜等重金属的积累与多种临床症状和炎症因子的变化密切相关，表明犬只可以作为环境暴露和职业健康监测的潜在工具。研究还强调了对消防员健康进行生物监测的重要性，因为他们的工作环境可能带来多种健康风险。通过分析犬只的健康状况，科学家们希望能够更好地理解环境污染物对人类健康的影响，并为职业健康防护提供科学依据。