内外暴露阈值作为矽肺早期筛查指标：血硅与尿硅的临界值确立及验证研究

本研究通过横断面调查确立矽肺早期筛查的内外暴露阈值，发现血硅（8.02 μg/L）、尿硅（9.51 μg/L）和累积粉尘暴露量（CDE, 3728.50 mg·年）可作为筛查指标，其中血硅在外部验证中表现最优，为高危人群筛查和职业健康标准制定提供重要依据。

　　

引言

矽肺是一种以肺结节性纤维化为特征的全身性疾病，主要由长期吸入富含游离二氧化硅（SiO₂）的粉尘颗粒引起，作为尘肺病中最常见的类型，其发病机制尚未完全明确，且目前缺乏有效治疗方法。因此，早期筛查易感人群并及时将其调离粉尘作业环境，对矽肺的预防和控制具有重要意义。

与铅、铬、汞等常见职业危害因素不同，二氧化硅目前尚无明确的生物监测阈值。中国《工作场所有害因素职业接触限值 第1部分：化学有害因素》（GBZ 2.1–2019）中规定了血铅、血铬、尿铬、尿汞等的生物限值，但尚未涵盖硅尘。以往研究表明，矽尘作业工人血液和尿液中的硅含量在暴露早期迅速上升，通常在4–6年达到峰值后逐渐下降并趋于稳定。这一变化直接反映了二氧化硅在体内的蓄积情况，早于细胞因子等间接反应的出现，因此血硅和尿硅具备作为矽肺早期标志物的潜力。此外，多项研究显示累积硅尘暴露量（单位为mg·年）与尘肺病的累积发病率呈显著正相关，说明其在早期诊断和高危人群筛查中具有重要价值，然而具体的暴露阈值仍有待确定。

本研究以生物样本中硅含量代表内暴露水平，以累积粉尘暴露量（Cumulative Dust Exposure, CDE）代表外暴露水平，运用限制性立方样条（Restricted Cubic Splines, RCS）和受试者工作特征曲线（Receiver Operating Characteristic Curve, ROC）确定各筛查指标的阈值，旨在初步提出可用于矽肺早期筛查的指标及其生物学阈值，为矽尘作业人群的高危筛查和疾病预防提供理论依据。

材料与方法

研究共纳入1964名参与者，全部为男性，根据是否罹患矽肺分为非矽肺组（1823人）和矽肺组（141人），患病率为7.18%。所有参与者均签署书面知情同意书，研究方案经华北理工大学伦理委员会批准（批件号：2021041）。

通过问卷调查和体检收集社会人口学资料、行为生活方式、个人及家族疾病史、职业史信息以及身高、体重、肺功能等生理指标。生物样本采集包括血液和尿液，采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）在严格无硅条件下检测硅含量。工作场所粉尘浓度根据中国标准GBZ/T 192.1–2007，采用滤膜重量法进行测定，同时结合个体采样和定点采样方式，确保数据的代表性和准确性。

累积粉尘暴露量（CDE）根据每位工人的工种、接触有害因素的起止时间以及现场卫生学调查结果计算，公式为：

CDE = ∑_j ∑_ds^de S_jt

其中S_jt代表j车间t工种在TTH年份的年平均接触测量值，ds为开始该工种年份，de为结束年份（对矽肺患者为确诊年份）。CDE的单位为mg/m3·年，综合考虑了接触浓度和接触工龄。

统计方面，使用SPSS 23.0和SAS 9.4完成数据分析。定量数据如符合正态分布则以均数±标准差表示，分类变量以构成比描述。组间比较根据数据类型选择Pearson相关、Spearman相关或卡方检验。借助ROC曲线和RCS确定筛查指标的阈值，所有假设检验均为双侧，显著性水平设定为α＝0.05。

结果

基本特征分析显示，矽肺组与非矽肺组在年龄、饮酒、体重指数（BMI）、第一秒用力呼气容积占预计值百分比（FEV1%）和接尘工龄方面存在显著差异（p < 0.05），而吸烟状况无统计学差异。

粉尘接触概况中，主要工种包括采矿、破碎、磨选以及辅助作业。方差分析表明，除辅助工种外，其他工种在2021–2024年间的矽尘暴露浓度差异显著（p < 0.01）。

内外暴露水平比较显示，非接尘对照组、接尘非矽肺组和矽肺组三组间的CDE、血硅和尿硅水平均存在显著差异（p < 0.01）。相关性分析进一步表明，血硅和尿硅与CDE均呈正相关，其中尿硅与CDE的相关性较强，血硅为中等相关。

早期筛查指标的分析中，血硅、尿硅、CDE和接尘工龄被选为候选指标。RCS与ROC曲线共同用于确定阈值。变化趋势曲线显示，血硅与尿硅水平在接触矽尘后的1–6年内迅速上升，6–10年趋于稳定，随后逐渐下降。尿硅约在第9年达峰，血硅在第10年达峰，表明接尘后的6–10年为矽肺发生的高风险期。

血硅作为筛查指标，ROC曲线下面积（AUC）为0.557，最佳阈值为8.02 μg/L，此时敏感度为0.776，特异度为0.455。尿硅的AUC为0.647，最佳阈值为9.51 μg/L，敏感度和特异度分别为0.917和0.444。CDE的ROC分析显示，其AUC为0.658，最佳阈值为3207.235 mg·年，敏感度0.569，特异度0.735。结合RCS分析，CDE与矽肺之间存在非线性剂量反应关系，整体关联及非线性检验均显著（p < 0.01）。风险在CDE为1750–7250 mg·年时增加，于4250 mg·年达到峰值。最终CDE筛查阈值取ROC与RCS结果的平均值，即3728.5 mg·年。

接尘工龄作为简便实用的筛查指标，其ROC得出阈值为8.915年，RCS建议8年，平均值为8.5年，AUC为0.689，表明具有一定筛查效能。

为验证上述阈值，研究引入外部数据，包括煤矿对照组79人、矽尘接触的掘进工人112人和矽肺患者139人。血硅验证结果显示，其最佳阈值为8.81 μg/L，AUC 0.63，与铁矿山工人中确定的8.02 μg/L较为接近，证实血硅作为筛查指标的可靠性。而尿硅验证阈值为11.05 μg/L，明显高于此前结果，说明其稳定性较差，需进一步验证。

讨论

矽肺作为中国最常见的职业病，其防治是全球职业卫生领域的重点之一。世界卫生组织和国际劳工组织共同提出“2030年前消除尘肺病”的目标，实现该目标的关键在于有效预防矽尘接触和确立早期生物筛查阈值。然而，中国现行职业卫生标准尚未制定矽尘的生物监测指标和职业接触生物限值，因此本研究尝试填补这一空白。

与其他候选生物标志物如白细胞介素-8（IL-8）、克拉拉细胞蛋白（CC16）、L-选择素、新蝶呤、乳酸脱氢酶（LDH）及CXCL16等相比，血硅与尿硅直接反映二氧化硅在体内的负荷，且变化较早，检测相对简便、成本较低，更具备推广潜力。本研究发现，血硅和尿硅在接触早期出现代谢高峰，可能与机体代偿性清除机制有关，随后随着暴露时间延长、代谢能力饱和，硅水平逐渐下降。

累积粉尘暴露量（CDE）与矽肺风险之间存在明显的非线性关系，风险在4250 mg·年达到高峰后出现下降，推测与人群易感性有关——高易感者较早发病，剩余人群患病风险较低。这一现象为矽肺发病机制和个体差异研究提供了新思路。

本研究的优势在于样本量较大，综合内外暴露指标，并采用RCS和ROC曲线结合的方法确定阈值，同时进行了外部验证，增强了结果的可靠性。但作为横断面研究，其局限性亦不容忽视：缺乏纵向数据支持，样本来自单一铁矿山，未能涵盖多中心、多场景人群，且尚未对年龄、教育水平、吸烟饮酒、工种等因素开展深入分析。此外，血硅和尿硅的AUC值较低，说明其判别能力有限，这些阈值仅为初步探索，需前瞻性研究进一步验证。

值得注意的是，硅含量的检测需在严格“无硅”环境下进行，并依赖高精度仪器，以避免测定偏差。今后研究可扩大样本量，纳入不同行业和地区的数据，提高结果的代表性和普适性。

总结

本研究初步提出血硅、尿硅和CDE作为矽肺早期筛查的生物学指标，并确定了相应的阈值。经验证，血硅（阈值约8.02–8.81 μg/L）表现稳定，筛查价值较高；尿硅阈值波动较大，需审慎使用；CDE阈值为3728.5 mg·年，接尘工龄阈值为8.5年，均具备实际应用潜力。这些阈值主要用于高危人群筛查，而非矽肺的诊断或预后评估。该研究为矽肺的早期预防提供了实验依据，对推动职业性矽肺的精准防控和标准制定具有重要参考意义。