《Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology》：Identifying dietary sources and patterns of exposure to toxic metals and other trace elements in Swedish toddlers and young children
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**背景**：饮食是许多有毒化合物的来源，但幼儿经膳食暴露于毒性金属的途径在很大程度上尚不明确。**目的**：探讨最常检出的毒性金属及关键抗氧化防御元素的膳食来源与暴露模式。**方法**：研究对象为瑞典国家膳食调查“Riksmaten Young Childr
**背景**：饮食是许多有毒化合物的来源，但幼儿经膳食暴露于毒性金属的途径在很大程度上尚不明确。**目的**：探讨最常检出的毒性金属及关键抗氧化防御元素的膳食来源与暴露模式。**方法**：研究对象为瑞典国家膳食调查“Riksmaten Young Children”中的1.5岁幼儿（n?=?305）和4岁儿童（n?=?288）。研究人员基于2天网络食物日记，采用多重来源法（Multiple Source Method）估算特定食物组的习惯性摄入量（g/天）。通过年龄特异性主成分分析（PCA）和k均值聚类推导膳食模式。采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定血和/或尿中毒性元素（砷、镉、钴、铅、汞）及必需元素（铜、锰、硒、锌）浓度；经反相/离子交换高效液相色谱分离后测定砷甜菜碱和无机砷代谢物[甲基砷酸（MMA）、二甲基砷酸（DMA）及剩余无机砷]；采用离子选择电极测定氟化物。**结果**：毒性金属的生物标志物浓度存在差异，许多儿童的血硒水平处于次优状态（两个年龄组中位数均为103?μg/L）。Spearman秩相关结合无监督层次聚类分析显示，尿砷甜菜碱及血砷、血汞和血硒与海鲜及蔬菜摄入呈正相关，尤其在4岁儿童中，海鲜和蔬菜聚为一类。在尿DMA<80%的儿童中，无机砷代谢物与蔬菜摄入呈正相关。在多变量校正回归模型中，PCA衍生的水果-蔬菜-海鲜模式与4岁儿童血砷（主要为砷甜菜碱）以及两个年龄组血汞（主要为甲基汞）和血硒呈正相关。以植物基肉类和奶类替代品为主的膳食聚类显示较高镉浓度，而以西式饮食（肉类、谷物和甜食）为特征的聚类与高多样性饮食聚类相比，硒浓度较低。**意义**：饮食是瑞典低龄儿童砷化合物、甲基汞、镉和硒暴露的贡献来源。**影响**：瑞典幼儿血和尿中毒性金属浓度总体较低，但表现出相当大的变异性。与此同时，约半数儿童出现硒营养状况次优，而硒是对抗金属毒性的抗氧化防御中的关键元素。富含植物基替代品、坚果和种子的饮食与镉暴露增加相关，而富含水果、蔬菜和海鲜的高多样性饮食与砷甜菜碱和甲基汞暴露增加相关，同时伴随硒营养状况改善。此外，在排除鱼类砷化合物的贡献后，低浓度无机砷似乎来源于蔬菜摄入。
**研究背景与现存问题**：幼儿早期发育既需要充足营养，也需要尽量降低环境有害因素的暴露。饮食在提供营养的同时，也可能成为毒性金属的暴露来源，因为土壤、水和空气中的金属可通过食物链进入人体。美国食品药品监督管理局（FDA）和美国农业部（USDA）已联合努力减少婴幼儿食品中常见有毒物质（砷、镉、汞、铅）的含量。儿童对毒性金属的易感性远不止婴儿期，多项研究报告儿童期毒性金属暴露与免疫功能改变、生长、认知和行为问题相关。芬兰研究显示许多3岁和6岁儿童超过了欧洲食品安全局（EFSA）的膳食无机砷、镉和铅健康指导值。目前，对儿童毒性金属暴露贡献最大的食物类型尚不明确，且因地区膳食习惯、农业和加工方式不同而存在差异。已有的一些欧洲地区研究将儿童血或尿中金属浓度与特定食物摄入联系起来，但关于膳食模式（即经常食用的食物和饮品组合）对儿童金属暴露贡献的认识更为有限。因此，本研究旨在通过瑞典国家膳食调查中1.5岁和4岁儿童的血、尿生物标志物，识别多种毒性金属的膳食来源以及关注度较高的膳食模式，同时比较毒性金属与铜、锰、硒、锌等必需元素状态的膳食来源。这些必需元素是抗氧化酶的辅因子，在机体防御多种毒性金属中起关键作用。
**研究内容与主要发现**：研究人员分析了瑞典国家膳食调查“Riksmaten Young Children”中的305名1.5岁幼儿和288名4岁儿童，这些儿童完成了膳食调查并提供了血和/或尿样本。通过2天网络食物日记估算习惯性食物组摄入量，采用主成分分析（PCA）和k均值聚类识别膳食模式，并测量血、尿中多种毒性及必需元素浓度。结果发现，毒性金属生物标志物浓度变异明显，血硒中位数在两个年龄组均为103?μg/L，提示约半数儿童硒状态次优。相关性和聚类分析显示，尿砷甜菜碱、血砷、血汞和血硒与海鲜和蔬菜摄入正相关，尤其在4岁儿童中。PCA衍生的水果-蔬菜-海鲜模式与血砷（主要为砷甜菜碱）和血汞（主要为甲基汞）及血硒正相关。以植物基肉类和奶类替代品为主的饮食聚类与较高尿镉浓度相关，而西式饮食聚类硒浓度较低。限制于尿DMA<80%的儿童后，无机砷代谢物与蔬菜摄入正相关，提示蔬菜是低水平无机砷暴露的来源。
**主要关键技术方法**：研究采用2天网络食物日记（RiksmatenFlexDiet）收集膳食数据，并用多重来源法（Multiple Source Method）估计习惯性摄入量；使用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定全血和尿中元素浓度；采用高效液相色谱（HPLC）联用ICP-MS分离并测定尿中砷形态（MMA、DMA、无机砷和砷甜菜碱）；使用离子选择电极测定尿氟；通过主成分分析（PCA）和k均值聚类两种数据驱动方法识别膳食模式，并采用多元线性回归分析膳食模式与元素生物标志物的关联。
**研究结果**：
*背景特征与元素浓度*：两个年龄组男女比例相近，多数父母出生于瑞典、受教育年限>12年且不吸烟。1.5岁组中有65名提供尿样，4岁组中有276名。与1.5岁幼儿相比，4岁儿童血镉、血钴和尿氟浓度显著较高。尿无机砷代谢物浓度在1.5岁和4岁分别为4.6和4.2?μg/L。尿砷甜菜碱浓度范围很宽（5–95百分位：0.13–181?μg/L），且与血砷相关性远强于尿无机砷代谢物。两年龄组中血砷与血汞、血汞与血硒、血锰与血锌均呈中度相关。不同居住地区间多数毒性及必需元素浓度差异显著。
*元素浓度与食物消费的关联*：在1.5岁幼儿中，血砷与鱼和贝类摄入正相关；4岁儿童中血砷与蔬菜总摄入正相关，而蔬菜与鱼和贝类聚类在一起。尿砷甜菜碱和尿无机砷代谢物在4岁儿童中与鱼和贝类及蔬菜摄入正相关。当限制于尿DMA<80%的4岁儿童时，尿无机砷代谢物与鱼和贝类的相关性减弱（rho从0.15降至0.07），但与蔬菜的相关性基本不变（rho=0.20，p=0.007）。血汞在两个年龄组均与鱼和贝类及蔬菜摄入正相关；食用罐装金枪鱼的儿童血汞略高。1.5岁幼儿尿镉与植物基奶类替代品、坚果和种子正相关，与鸡肉摄入负相关；4岁儿童尿镉与鸡肉和蛋类摄入负相关。报告食用野味的儿童血铅略高。血硒在两个年龄组均与鱼和贝类及蔬菜摄入正相关，与谷物、甜食和零食摄入负相关。
*1.5岁幼儿的膳食模式及与元素浓度的关联*：PCA得到三个主成分：主成分1在植物基肉类和奶类替代品上载荷高；主成分2在蔬菜、水果和浆果、鱼和贝类上载荷高；主成分3在蛋类、含糖饮料和甜食上载荷高。k均值聚类得到三个聚类：聚类1以植物基替代品、果汁、坚果和种子摄入最高为特征；聚类2为高多样性饮食（水果、蔬菜、土豆、鱼和贝类、鸡肉、奶制品）；聚类3为西式饮食（红肉和加工肉、谷物、甜食、含糖饮料）。多变量回归中，主成分1依从性增加与尿镉和血镉升高相关（趋势p=0.018）；主成分2依从性增加与血汞和血硒升高相关（趋势p分别为0.001和<0.001）。聚类分析显示，聚类1（植物基替代品饮食）儿童尿镉高于聚类2和聚类3，血锰也高于聚类2；聚类2（高多样性饮食）儿童血汞和血硒高于聚类3（西式饮食）。
*4岁儿童的膳食模式及与元素浓度的关联*：PCA主成分1在鸡肉、奶制品、红肉和加工肉上载荷高；主成分2在蔬菜、水果和浆果、鱼和贝类上载荷高；主成分3在水果和浆果、土豆、果汁和植物基奶类替代品上载荷高。k均值聚类得到聚类1（植物基替代品为主，包括坚果、种子、谷物）、聚类2（西式饮食：奶制品、含糖饮料、甜食、红肉和加工肉）、聚类3（高多样性饮食：水果和蔬菜、土豆、鸡肉、鱼和海鲜、蛋类）。多变量回归中，主成分2依从性增加与血砷升高（趋势p=0.002）、尿无机砷代谢物升高（趋势p=0.006）、血汞和血硒升高（趋势p<0.001）相关。敏感性分析显示，校正尿砷甜菜碱后趋势仍存在，但限制于尿DMA<80%的儿童后趋势减弱。聚类分析显示，聚类1（植物基饮食）和聚类3（高多样性饮食）的血砷相似且高于聚类2（西式饮食）；聚类1和聚类2的尿镉相似且高于聚类3；聚类3的血汞高于聚类2；聚类1的血硒高于聚类2。
**讨论总结与结论**：研究结合瑞典全国膳食调查和生物监测数据，发现儿童血、尿中毒性金属浓度范围广且存在地区差异。海鲜和蔬菜摄入与砷甜菜碱、甲基汞和硒的生物标志物正相关，富含海鲜、水果和蔬菜的膳食模式与血砷、血汞和血硒升高相关。无机砷代谢物（限制DMA<80%后）主要与蔬菜摄入相关，提示蔬菜是低水平无机砷暴露的来源。以植物基肉类和奶类替代品、坚果和种子为特征的饮食与较高的镉暴露相关，这可能与豆科植物易从土壤吸收镉以及某些添加剂含镉有关。血硒中位数103?μg/L表明约半数儿童硒状态次优，这与瑞典土壤低硒含量一致。研究优势包括全国性招募、应用成熟生物标志物以及使用PCA和k均值聚类两种互补的统计方法评估膳食模式。局限性包括横断面设计无法推断因果、1.5岁组尿样参与率低导致统计功效受限、膳食记录天数少以及潜在残余混杂。结论：瑞典幼儿血液和尿液中毒性金属生物标志物浓度总体较低但变异较大；许多儿童硒状况次优；海鲜摄入与砷甜菜碱、甲基汞和硒浓度升高相关；植物基替代品、坚果和种子摄入高的膳食模式与镉浓度升高相关；蔬菜摄入似乎是低水平无机砷暴露的来源。未来需进一步调查特定膳食项目（尤其是植物基肉类和奶类替代品及蔬菜）的金属含量。
