质子激发X射线发射与电感耦合等离子体质谱在指甲样本元素分析中的对比研究及其在健康研究中的应用价值

本研究针对心血管疾病(CVDs)环境暴露评估中生物标志物检测方法的可靠性问题，通过对比质子激发X射线发射(PIXE)与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)对235例儿童指甲样本中27种金属元素的检测结果，发现钙(Ca)、铜(Cu)、钾(K)等元素具有高度一致性(CCC>0.7)，而铁(Fe)、铝(Al)等元素差异显著。研究为生物标志物分析方法选择提供了重要依据，相关成果发表于《Cardiovascular Toxicology》。

　　

心血管疾病(CVDs)长期占据全球死亡原因首位，环境重金属暴露与其发病的关联性日益受到关注。指甲作为反映3-12个月暴露窗口的理想生物标志物，其元素分析方法的可靠性直接关系到健康风险评估的准确性。然而，当前研究中质子激发X射线发射(PIXE)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)这两种主流技术的检测结果一致性尚不明确，这给跨研究数据比较带来挑战。

美国阿拉巴马大学伯明翰分校的研究团队针对这一方法学难题，开展了两大分析技术的系统性比对研究。研究选取235名6-14岁儿童指甲样本，这些儿童生活在美国肯塔基州两座燃煤电厂10英里半径范围内，具有典型的环境暴露特征。通过创新性地应用反向Kaplan-Meier估计器和Lin一致性相关系数(CCC)等统计方法，研究首次量化了两种技术在27种金属元素检测中的一致性水平。

关键技术方法包括：1)采用3 MeV质子束的PIXE全元素扫描技术；2)Agilent 7800 ICP-MS高灵敏度检测；3)针对左删失数据的反向Kaplan-Meier估计；4)结合CCC和Pearson相关系数的双重评价体系。样本队列来自Jefferson和Bullitt县儿童群体，严格遵循丙酮-去离子水两步清洗流程。

【PIXE与ICP-MS检测能力对比】结果显示PIXE对钙(Ca)、铜(Cu)等元素检出率达100%，但对钍(Th)、铀(U)等元素检出率为0。ICP-MS则成功检测全部27种元素，展现出更广的检测范围。

【元素浓度分布特征】数据表明两种方法对Ca、Cu、K、Ni等元素的中位数高度吻合，其中Ca浓度中位数分别为762.16 μg/m³(PIXE)和752.13 μg/m³(ICP-MS)。但铁(Fe)和铝(Al)差异显著，PIXE测得Fe中位数(67.88 μg/m³)是ICP-MS结果(31.51 μg/m³)的2.2倍。

【方法一致性评估】CCC分析显示铜(Cu)和钾(K)具有极佳一致性(CCC>0.84)，钙(Ca)达到0.70。值得注意的是，虽然铁(Fe)的Pearson相关系数达0.76，但CCC仅0.41，揭示两种方法存在系统性偏差。

【技术局限性讨论】PIXE在低原子序数元素(Z<12)检测中存在背景噪声干扰，而ICP-MS易受多原子离子干扰，特别是第四周期元素如砷(As)、锰(Mn)等。

研究结论指出，PIXE和ICP-MS在特定元素检测中各具优势：PIXE适合Ca、Cu等元素的非破坏性分析，而ICP-MS在痕量元素检测方面更具优势。该发现为健康研究中生物标志物分析方法选择提供了重要依据，特别是对心血管疾病环境风险因素研究具有方法论指导价值。Kristina M. Zierold等学者建立的评价框架，为未来生物监测研究的方法标准化奠定了基础。