同一受试者头发、尿液和血清中有机磷阻燃剂（OPFRs）水平比较：头发作为人体生物监测补充基质的评估

《Environment International》：Assessing hair for human biomonitoring: comparison of organophosphorus flame-retardant levels in hair, urine and blood from the same individuals

　　

总暴露评估可通过生物监测进行。血液和尿液是常用基质，而头发因易于采集且能反映长期暴露，代表一种创新替代基质。然而，其适用性仍受数据不足和性能不明确限制。在本研究中，研究人员分析了62名成人的头发、血清和尿液样本中的十种有机磷阻燃剂（organophosphorus flame retardants，OPFRs）。采用描述性统计、相关性和聚类分析评估检出频率、浓度水平及基质间关系。研究人员还评估了头发清洗和尿稀释校正的影响。与尿液（仅5种代谢物）和血清（2种化合物）相比，头发中检出更多化合物（7种），表明头发对OPFR检测具有更高灵敏度。头发浓度与性别无关，且清洗与未清洗样本间强相关，尽管清洗显著降低母体OPFRs的测得水平。重要的是，头发与尿液（DPP、BCEP）或血清（TCPP）之间未观察到显著相关性，提示头发反映不同暴露信息，而非重复传统基质。这些发现表明，头发提供互补且更全面的暴露信息，支持其与尿液和血清一起用于改进流行病学研究中的OPFR生物监测。

Ashna Lallmahomed 等人在《Environment International》发表研究，评估头发作为人体生物监测基质，比较同一受试者头发、尿液和血清中有机磷阻燃剂（organophosphorus flame retardants，OPFRs）水平。阻燃剂用于抑制火焰传播，分为添加型和反应型；OPFRs属添加型，并作为多溴二苯醚（polybrominated diphenyl ethers，PBDEs）替代品，因PBDEs对人类健康危害已被认识。OPFRs与电子设备、家具、纺织品等材料非化学键合，可经挥发、浸出和磨损释放至环境，进入室内空气和沉降灰尘，也用于食品包装并可能污染食品；直接接触消费品和经空气皮肤吸收亦是重要暴露途径。OPFRs环境持久性低于PBDEs，但为在消费品中稳定而设计，某些被认为具中高持久性；部分被怀疑致癌（TCEP、TDCPP）、生殖毒性（TCEP）或神经毒性（TDCPP），并观察到内分泌干扰，且代谢转化可能增强，如BCIPP和BDCIPP与激素受体亲和力强于母体。TCEP因实验研究致癌证据和室内持久性而受欧洲食品安全局（European Food Safety Authority，EFSA）和美国环境保护署（U.S. Environmental Protection Agency，EPA）等关注。人类流行病学证据仍有限且不一致。生物监测通常用血液和尿液。血液代表内剂量但需静脉穿刺等侵入采样；尿液易收集，含代谢和排泄污染物，但尿液和血液均需低温保存。OPFRs在人体内快速代谢（TCEP半衰期17.4天，TPP半衰期9.58天），尿液和血液分别仅反映最近数天或数周暴露，血清因该特性被视为代表性较低。尿液采集时稀释度不同，需用肌酐、比重或渗透压归一化，但肌酐水平受妊娠、素食和慢性肾病等因素影响，最佳归一化方法尚不明确。头发作为一种创新基质，相对易采样和储存，低代谢活性，约每月生长1 cm，污染物经血液、汗液和皮脂进入，可反映更宽回顾窗口和稳定浓度水平；但其应用受限，包括采样挑战、化合物整合途径数据缺乏、暴露代表性不确定、无参考值、样品预处理缺乏分析标准化方法、无法区分内暴露和外暴露、缺乏按头发组成的归一化方法。以往仅少数研究比较人体生物基质中OPFR水平：Kucharska et al.（2015a）仅发现头发TDCPP与尿液BDCIPP一个正相关，Xu et al.（2019）未发现头发TPP与尿液DPP显著相关；总体缺乏同一受试者头发与其他生物基质比较，也较少描述母体化合物和代谢物在头发、尿液和血清中的分布。因此，研究人员开展本研究，比较同一受试者头发、血清和尿液中OPFR母体及代谢物浓度，评估头发是否适合作为基质，并识别每种化合物的最佳生物标志物-基质组合；同时评估尿液归一化方法和头发清洗影响。该研究结论支持头发提供互补且更全面的暴露信息，可与尿液和血清共同改进流行病学中的OPFR生物监测。
关键技术方法（≤250字）：样本来源于Santé publique France领导的Esteban国家研究，子研究纳入30名男性和32名女性，年龄20–40岁，排除使用头发漂白或染发产品、职业暴露于金属和农药及慢性病者，并仅选棕色直发；要求三种生物基质可用。血清n=60、晨尿n=62、头发n=57。由LERES/EHESP分析10种OPFRs。血清、尿液和头发分别经前处理，尿液进行酶水解；头发分为清洗与未清洗，清洗使用SDS和甲醇，磨碎后经加速溶剂萃取。采用UHPLC/MS/MS在多反应监测模式下检测。统计采用描述性统计、Spearman相关、卡方、Wilcoxon秩和检验和Sankey图，分析检出率、性别、清洗、log K_ow、尿液校正及基质间关系。
3.1 头发、尿液和血清中的检出频率与浓度范围（Detection frequency and concentration range in hair, urine and serum）
因基质效应，头发仅能分析7种OPFRs，尿液和血清分析全部10种。头发检出更多化合物（7种），尿液仅检出5种代谢物，血清仅检出2种化合物。头发中4种化合物检出率超过85%，TPP和DPP为100%，TCPP为93%，TDCPP为89%；尿液中DPP为100%，BCIPHIPP为98%；血清中检出率最高者为TCPP（37%）。头发中同时检出母体化合物和代谢物，尿液经酶水解后仅检出代谢物（BCEP、BCIPHIPP、DPP、4-OH-TPP和BDCIPP），血清中仅检出TCPP和BDCIPP。总体头发检出率高于尿液和血清。检出率≥85%的化合物按连续变量分析并作log₁₀转换；部分化合物按类别分析，低于LOD者按LOD/2插补。
3.2 头发（Hair）
3.2.1 女性与男性参与者比较：除BCEP外，OPFR浓度在两性间无显著差异；BCEP在男性未清洗头发中检出率显著高于女性（69% vs 35%），清洗后趋势相似但无统计学意义（66% vs 37%，p=0.24）。
3.2.2 清洗对浓度水平的影响：在48份可同时分析清洗和未清洗的样本中，未清洗头发OPFR中位浓度几乎系统性高于清洗后，唯DPP水平相近。代谢物BCEP、DPP和BDCIPP的洗/未洗中位比值大于0.8，而母体化合物TCPP、TPP和TDCPP的中位比值低于0.7，显示母体化合物清洗后下降更明显。TPP和DPP在清洗与未清洗间相关性高（Spearman相关系数分别为0.87和0.96，p<0.0001）；TPP与其代谢物DPP之间相关性也高（>0.80）；TCPP和TDCPP清洗与未清洗间相关性接近1（分别为0.96和0.97，p<0.0001）。
3.2.3 头发浓度水平与log K_ow的关联：在未清洗头发检出的化合物中，log K_ow与中位浓度无显著趋势，化合物为母体或代谢物与其头发浓度也无明显趋势；TPP半衰期短，虽log K_ow高，却倾向以较低浓度存在。
3.3 尿液与头发测量比较：尿液中仅DPP和BCIPHIPP检出率足够高，可按连续变量分析，中位浓度分别为1.9和3.7 ng.mL^?1。DPP在尿液和头发中均100%检出；TPP和TCPP母体化合物在头发中检出；BCEP在头发和尿液检出率分别为51%和32%，BDCIPP分别为51%和16%，TDCPP在头发中为89%而在尿液中仅2%。TCPP未清洗头发与尿液BCIPHIPP呈中度相关（R_S=0.38，p=0.004），清洗后降低（R_S=0.28，p=0.06）。DPP原始尿液浓度与未清洗头发DPP弱相关（R_S=0.24，p=0.10），与清洗头发也弱（R_S=0.19，p=0.20）；原始尿液DPP与未清洗或清洗头发TPP不相关（R_S=0.08，p=0.60；R_S=0.04，p=0.77）。尿液DPP经渗透压校正（R_S=0.36，p=0.01）或比重校正（R_S=0.35，p=0.02）后与未清洗头发DPP相关性高于肌酐校正。头发TPP与DPP之和未增加与尿液DPP的相关性。BCEP在头发和尿液中无显著相关（χ²检验，p=0.09）。
3.4 血清与头发测量比较：血清检测率相对低：TCPP在头发和血清中检出率分别为93%和37%，BDCIPP分别为81%和28%。TCPP浓度在头发和血清间无显著相关（χ²检验，p=0.75）。头发未检出值中5%在血清检出；血清未检出值中9%位于Q2、7%位于Q3、9%位于Q4的头发样本。
3.5 头发与尿液和血清测量比较：BDCIPP是唯一在头发、尿液和血清中均足够检出以比较的化合物，其在尿液、头发和血清中检出率分别为16%、50%和29%。头发未检出值中14%在尿液检出、18%在血清检出；尿液和血液未检出值中分别有49%和41%在头发检出。
讨论总结：讨论指出OPFRs在头发中比尿液和血清更频繁检出；头发TCPP中位浓度低于文献报道，DPP低于已有研究，TDCPP在文献范围内；尿液BCIPHIPP和DPP中位浓度高于文献中spot urine值。广泛检出强调人类暴露的慢性和普遍性。研究人员讨论暴露途径、毒代动力学和暴露窗差异，认为头发、尿液和血液捕获不同且可能互补的暴露信息；头发每月生长约1 cm，代表过去暴露，而尿液和血清代表更近期暴露。化合物一旦整合入头发，较少代谢，母体化合物还可来自外部沉积和吸附，使头发成为外部和内部污染的被动采样器。清洗可去除外部污染物，母体OPFRs清洗后下降更明显，代谢物无显著下降；TPP与DPP高相关，提示清洗不显著影响浓度解释，但若估计内剂量，清洗仍必要，尤其对普遍存在的母体化合物；若仅做个体间排序或全球暴露评估，可考虑省略清洗。尿液校正中，渗透压和比重较肌酐更适合OPFR代谢物，可与肌酐并用。Sankey图显示BDCIPP在某些头发未检出但对应尿液和血清检出，提示头发整合特征可能更多个体依赖而非基质依赖，受头发颜色、类型、生长速率、厚度和密度影响，目前无归一化方法校正个体内和个体间变异。性别在本研究人群中未影响浓度。限制包括各基质样本数不同、3种化合物在头发不可检测、血清检出率低可能因分析灵敏度不足或生物标志物选择不当或未酶水解、比较涉及不同代谢途径、酶水解仅用于尿液、以及不同暴露窗使头发与尿液和血清不能严格比较等同时间窗。
结论翻译：研究人员的工作提示，就OPFRs而言，头发和尿液是互补基质，而血清在本研究方法和分析条件下似乎不太相关。头发因此可被识别为生物监测研究中有意义的基质。关于血清，研究人员的发现虽未完全得到数据支持且受某些限制，但似乎与文献一致。头发提供暴露水平以及污染物及其相关代谢物存在的总体信息。然而，由于技术限制，不能将污染物追踪到与血液和尿液相同的时间窗。由于化合物在该基质中的分布未知以及发干长出毛球后化合物的稳定性未知，头发与金标准基质的接近程度仍不清楚。正确解释头发中测得浓度与尿液和血液中观察浓度的关系至关重要，但缺乏头发分析标准化实践一直是其用于生物监测的主要限制。此外，头发因较高检出率似乎适合用非靶向方法表征化学暴露组（exposome），并可参与选择新的暴露评估生物标志物。未来研究应包括纵向设计和更大群体，以更好捕捉OPFR暴露的个体内时间变异和个体间差异。还应进一步探索生物基质的互补性，重点改进分析方法性能，以更好检测所有生物基质中这些化合物。此外，需进一步研究确定这些化合物在血液中的存在形式（游离和/或共轭），以评估每种基质能否可靠用于OPFR暴露评估。在此背景下，方法学考虑如头发清洗程序可能影响分析性能；避免系统清洗可提高灵敏度并减少删失数据而不实质性影响个体间排序。最后，整合环境测量（如室内空气和灰尘）与生物监测数据有助于更好阐明暴露途径及其相对贡献。识别最佳暴露评估和生物监测基质——无论是血液、尿液还是头发——一直是持续研究主题。研究人员的研究表明，这些基质是互补而非互斥。尿液提供OPFR短期暴露相关信息，而头发持续从循环系统采样污染物，将其结合到角蛋白结构，使头发成为有效生物被动采样器，捕获长期暴露。这项工作作为基线，支持采用多基质方法进行暴露评估，并更好监测人群健康。