静脉注射铬酸盐后人体血液和尿液中铬的体内毒代动力学及红细胞寿命研究

《Archives of Toxicology》：In-vivo toxicokinetics of chromium in human blood and urine after intravenous injection of chromate

本刊推荐：为解决Cr(VI)化合物中毒事件中毒代动力学数据缺失问题，研究人员通过罕见静脉注射Cr(VI)中毒病例，开展为期半年的铬在红细胞、血浆和尿液中分布规律研究。结果首次验证红细胞铬浓度可作为Cr(VI)暴露特异性生物监测指标，计算出人体红细胞平均寿命111天（最大141.4天），并发现体内存在长期铬储存库。该研究为职业医学和环境医学中Cr(VI)暴露评估提供重要科学依据。

　　

当一种名为六价铬（Cr(VI)）的强氧化性化合物进入人体，它可能引发从恶心呕吐到肝肾衰竭等一系列严重反应，甚至导致死亡。尽管铬在电镀、颜料等工业领域广泛应用，并已成为全球性环境污染物，但关于铬在人体内分布和清除的可靠数据却十分有限。这主要是因为相关研究大多基于动物实验或职业暴露人群的观察，难以精确追踪铬在体内的动态变化。更棘手的是，目前常用的生物监测指标——尿铬浓度，无法区分致癌性的Cr(VI)和非致癌性的三价铬（Cr(III)），这使得准确评估Cr(VI)暴露风险变得困难。

转机出现在德国埃尔朗根大学医院接收的一位特殊病例。一名29岁患者为自杀目的，将饱和的铬酸酐（Cr(VI)O₃）溶液自行注射入左肘静脉。这一罕见的静脉注射途径，意外地为科学家们提供了一个前所未有的研究机会：就像给所有红细胞打上了“铬标签”，使得精确追踪铬在体内的归宿和红细胞的自然寿命成为可能。

研究人员对这位患者进行了长达半年的追踪监测，系统采集其血液和尿液样本。他们重点关注肾功能、肝功能、红细胞参数以及铬在红细胞、血浆和尿液中的浓度变化。所有样本中的总铬浓度均采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）进行定量分析。这种高精度分析方法能够准确检测极低浓度的铬元素。

通过分析红细胞中铬浓度的衰减规律，研究团队得以计算出人体红细胞的真实寿命。他们发现，在经历了一个初始的快速下降阶段（红细胞分解率为每天3.1%）后，铬浓度的下降趋于平缓（分解率降至每天0.9%）。基于这些数据，研究人员计算出该患者红细胞的平均寿命约为111天，最大寿命可达141.4天。

约在注射后24周，红细胞中的铬浓度逐渐接近背景暴露水平（1.6微克/升），这表明被铬“标记”的红细胞已基本被新陈代谢清除。然而，血浆中的铬浓度却在注射后20周左右进入一个稳定平台期，维持在20微克/升的水平，显著高于普通人群的参考值（约0.1微克/升）。这一发现强烈提示人体内存在一个长期铬储存库，能够持续向血液中释放铬，但不会影响红细胞内的铬浓度。

尿液中的铬排泄规律与血浆铬浓度变化密切相关，同样在约20周后达到一个显著高于参考值的稳定平台。这些动力学数据支持了铬从储存库中缓慢释放的假设，也与先前对电镀工人的观察研究结果一致：工龄越长，尿铬排泄量往往越高。

主要技术方法

研究采用临床病例追踪模式，对静脉注射Cr(VI)中毒患者进行为期24周的纵向监测。关键分析技术包括：使用EDTA抗凝管采集血液样本，经离心分离获得红细胞和血浆组分；红细胞经生理盐水洗涤和双蒸水破膜处理；采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）定量全血、红细胞、血浆及尿液中的总铬浓度，并通过酸性热消化前处理确保检测准确性。数据分析使用IBM SPSS Statistics 25.0和Origin 2015软件完成。

铬在血液和尿液中的变化

基于患者描述的注射溶液制备方式，估算其静脉注射铬量为0.33-0.66克。注射后6天内，全血铬浓度降至6.52毫克/升，红细胞铬降至8.15毫克/升，血清铬降至4.47毫克/升，尿铬排泄量为35毫克/升（肾小球滤过率11毫升/分钟）。随后数周内，各介质中铬浓度均呈指数下降趋势。

红细胞寿命的计算

红细胞铬含量的衰减曲线显示两个明显阶段：初始快速下降期和后续缓慢下降期。根据衰减速率计算出的平均红细胞寿命（111天）与文献报告的100-120天范围一致，最大寿命（141.4天）则略低于计算机模拟预测的150-160天。这种“一次性标记”所有红细胞的方式，避免了传统铬-51标记法可能损伤红细胞导致的寿命高估问题。

铬在人体内的分布

注射约20-24周后，红细胞铬浓度接近背景值，而血浆铬维持在高位平台期。红细胞与血浆铬含量比值从第111天的7.5降至后期的0.08，表明铬在两者间达到平衡分布。这一动力学特征证实了长期储存库的存在，且释放的是Cr(III)而非Cr(VI)。

讨论与结论

该病例的特殊性在于静脉注射途径规避了首过肝效应，可能降低了肝脏毒性风险。早期溶血现象可能与Cr(III)对红细胞膜的直接作用有关，而初始铬浓度的快速下降可能反映铬向其他组织的分布过程。研究人员提出Cr(III)可能通过形成转铁蛋白复合物或低分子量铬结合物质（LMWCr）进行细胞转运。

本研究得出四项重要结论：首先，化学创伤后人体红细胞平均寿命仍保持稳定；其次，最大红细胞寿命（141.4天）较平均寿命延长约一个月；第三，持续升高的血浆铬浓度证实体内存在长期铬储存库；第四，红细胞铬分数可作为Cr(VI)暴露的特异性生物监测参数，有效区分于其他铬化合物暴露。这项发表在《Archives of Toxicology》上的研究，为职业和环境医学中Cr(VI)暴露的风险评估提供了关键科学依据。