丙酮接触生物标志物及其检测方法

　　丙酮是一种无色透明，具有强刺激性的有机溶剂，广泛用于工业生产及实验室工作中。其可经呼吸道、消化道、皮肤进入人体，对黏膜产生刺激作用，引起机体鼻、咽、喉的灼热感和红斑，以及眼睛流泪、畏光，甚至可以造成角膜损伤。短期接触高浓度丙酮能导致机体急性中毒，表现为乏力、恶心、头痛、头晕、易激动等症状，严重时发生呕吐甚至昏迷，长期接触丙酮能使中枢神经系统产生麻醉和抑制作用。国内外众多文献研究显示，职业工人生物材料中的丙酮水平与其工作场所空气中浓度有良好的相关关系，能客观地反映个体实际吸收情况，为职业丙酮接触工人的危险度评价提供依据。

　　1 丙酮的毒作用表现

　　1． 1 急性毒性
　　根据化合物急性毒性分级标准，丙酮应属于低毒性化合物。丙酮的成人经口最小致死量估计为 75 ～100 ml，急性吸入中毒浓度为 2 200 mg/m3，成人中毒血液丙酮浓度为 200 ～300 mg/L，致死血浓度为550 mg/L。Piatkowski 等研究表明，丙酮急性中毒可引起实验动物豚鼠出现脾、肾和肺等器官充血，发生水肿。病例报道显示，人体丙酮急性中毒可表现为恶心，呕吐，代谢性酸中毒，血糖增高，双眼球结膜充血，呼吸抑制等症状。

　　1． 2 皮肤黏膜刺激作用
　　丙酮具有一定的刺激作用。Tominaga 等研究发现，长期暴露于丙酮的小鼠表现为皮肤干燥和皮肤角质保护层受损，角质细胞层的细胞数量明显减少，表皮水分损失( TEWL) 增加，角质层水合作用减弱。Kamo 等研究发现，暴露于丙酮的小鼠皮肤的上皮神经生长因子( NGF) 水平明显增加，而神经生长抑制因子 Sema3A 明显降低，导致其表皮神经分布改变，增加表皮的神经密度，从而出现皮肤干燥或瘙痒的症状。

　　1． 3 中枢抑制和麻醉作用
　　动物实验研究显示，通过红外线监测暴露在高浓度中丙酮的小鼠，其自主活动量显着减少，表现出明显的中枢抑制症状。现场职业流行病调查发现丙酮暴露工人出现记忆力差、睡眠障碍、头痛、手脚麻木等症状，其中枢神经、尺骨神经、腓神经传导速度和视觉反应时间均明显低于非暴露工人。

　　1． 4 其他毒性
　　大剂量可能会造成高的血糖水平和糖尿，甚至会出现无法预期的代谢性酸中毒。同时乙醇的摄入会加重丙酮中毒。Orellana 等研究发现，丙酮是一种微粒体酶和过氧化物酶进行脂肪酸氧化常见的诱导物，而形成的一些脂肪酸氧化物可能是脂肪酸的分解代谢或者脂肪酸转化葡萄糖的基质，从而会导致血糖升高。另外，Mathias 等研究发现，大鼠经丙酮染毒后的氧化参数如硫代巴比妥酸反应物( TBAＲS) 的含量增高，而抗氧化指标如谷胱甘肽和维生素 E 的含量会明显降低。

　　2 丙酮接触生物标志物

　　丙酮可以通过呼吸道、消化道、皮肤进行吸收。丙酮进入人体内极易溶解在血液里并分布在肺、肝、肾脏器内蓄积，但很快会在体内清除。小剂量时大部分经代谢后由肺、肾排出，大剂量时主要以原型经肺、肾排出。Thrall 等研究发现志愿者的鼻腔吸入气体时，40% ～ 75% 的含有丙酮的混合物将会被吸附，但在呼气时几乎所有吸附的混合物都将重新释放到呼吸道内。Kumagai 等发现结束暴露时，血液中的丙酮浓度和呼出气体中的丙酮浓度会很快下降，但是在 1 min 后会相对稳定下来。

　　一系列的研究证明了职业性接触者血、尿、呼出气中丙酮浓度的时间加权平均值与接触环境中丙酮浓度呈明显相关性。丙酮的药代动力学模型研究表明，结束暴露 1 min 后静脉血液中的丙酮浓度和在结束暴露后10 min 内呼出气体中的丙酮浓度都可以作为较好的生物暴露指标。在结束暴露的前 2 h 之内收集的尿液中的丙酮浓度也可以作为很好的暴露指标。

　　丙酮本身是人体内正常的内源性物质。健康成人在非禁食状态下，血浆中丙酮正常值为 0． 41 ～ 4． 35mg / L，尿中丙酮正常值为 0． 31 ～ 3． 02 mg / L。Sergio等研究发现，在较低的暴露浓度时班末尿液中就会产生过量的丙酮，从而可以与体内正常产生的丙酮含量进行区分。但是值得注意的是，当人体代谢紊乱，如糖尿病，体内脂肪和蛋白质的快速分解，会产生大量酮体，从而导致血、尿中丙酮浓度的异常增高。另外，人体呕吐很严重，处于饥饿状态时，也会导致机体内产生丙酮。因此，在对工人进行生物监测时，应排除这些因素，避免对测量结果的干扰。

　　3 接触生物标志物的检测方法

　　3． 1 呼出气中丙酮
　　固相变色法是一种较早检测呼出气体中丙酮浓度的方法。研究者研制出了一种更便捷的直读式肺泡气丙酮监测仪，丙酮接触者直接将呼出气排到吸附柱上，根据蓝色变色带长度进行定量。

　　气相色谱法对于沸点低、挥发性较高的丙酮有较好的分离测定优势。我国行业标准《WS/T 175 － 1999呼出气丙酮的气相色谱测定方法》灵敏度较高。该方法至少可以将丙酮保存 72 h。但样品在运输中要确保密封，无污染，以防影响测定结果。

　　固相萃取—气质联用法是目前精确度和灵敏度较高的方法，具有无需使用溶剂、样品用量少、有一定的富集作用等特点，受到广大分析工作者的关注。

　　Deng 等利用固相微萃取装置萃取采气袋内肺泡气体，然后进入气相色谱—质谱( GC-MS) 系统分析，成功地检测出 2 型糖尿患者呼出气中的丙酮浓度。但由于测试成本较高，这种方法暂时未能推广应用。Hryniuk等成功运用热解析结合选择离子流动管质谱分析法检测出人体呼出气体中丙酮的浓度，该方法具有检测速度快且不需使用化学试剂等优点。

　　3． 2 血中丙酮
　　关于检测血中丙酮浓度的方法国内外报道较少。这可能与采集血样的创伤性、易感染性以及血液代谢快采样时间受限等因素有关。张惠静等利用 2，4-二硝基苯肼( DNPH) 作衍生物将采集到的血进行衍生处理，得到丙酮 － DNPH 衍生物，然后采用高效液相色谱技术进行分析。这种方法灵敏度高、重现性好，但样品处理麻烦，试剂成本消耗也较高。

　　Li 等利用五氟苄羟胺( PFBHA) 作为衍生物，将某患者的血液样品进行衍生处理后用顶空方法进行萃取，然后进入 GC-MS 系统分析，成功检测出该血液样本中丙酮的浓度。Dong 等用同样的方法成功检测出糖尿病患者血液样品中丙酮浓度。该方法只需 2 μl血样，8 min 样本提取，具有成本低、重现性好、检测快速、检测限低等优点。对丙酮职业暴露工人的生物检测具有很好的借鉴作用。

　　3． 3 尿中丙酮
　　Fujino 等研究发现，尿中丙酮浓度与环境中丙酮浓度的相关性高( 相关系数 r =0．71，n =207) ，是丙酮职业接触最合适的生物监测指标。美国政府工业卫生学家会议( ACGIH) 、德国研究协会( DFG) 以及日本工业卫生协会( OEL) 都将尿中丙酮作为丙酮暴露的生物监测指标，并规定其生物接触限值分别为班末或接触50 mg / L( ACGIH －2009)、80 mg/L ( DFG-2008)和50 mg / L( OEL 2009 －2010)。我国暂未提出新的丙酮生物监测的指标和相应的接触限值。

　　Garrido-Delgado 等利用离子迁移光谱设备，对采集到的患者和患病奶牛的尿液样品中的丙酮浓度进行定性和定量分析。该方法只需将样品 80 ℃ 加热 5min，然后用高纯氮气将挥发出的丙酮吹入离子迁移光谱测定仪中进行分析。这种方法检测范围为 5 ～ 80mg / L，最低检出浓度为 3 mg / L，检测简单，快速，成本较低，适合大量样本的检测。

　　近年来顶空—气相色谱法是国内外报道较多的检测尿中丙酮的方法。Michitsuji 等利用顶空—气相色谱法成功检测出尿中丙酮、甲醇以及甲基乙基酮。张舵采用顶空气相色谱法对生物尿样中丙酮进行测定，回收率为 95． 8% ～103． 4%，最低检测浓度为 2． 4 ×10－ 4mg / L。该方法利用顶空原理，将采集的接触者尿样水浴加热，使尿中丙酮挥发并达到平衡，然后抽取顶空瓶顶部气体进行气相色谱分析。这种进样方法减少了样品损失，又避免了样品基体对色谱系统，尤其是色谱柱的污染，简便易行，准确度高，易于基层推广应用。

　　固相微萃取—气相色谱法是近年来国内外报道较多的应用于生物检测的方法。Martinis 等利用该方法成功检测出人体血液和尿液中的乙醇浓度。

　　Lee 等用固相微萃取和 GC-MS 系统成功分析出尿液中氯酚的浓度。邹薇等利用固相萃取技术对尿中丙酮浓度进行测定，该方法实际上有效结合了固相萃取和动态顶空技术，利用固相微量萃取器吸收并富集顶空瓶上方不断挥发出来的待测物，然后进行GC 分析，具有简单、快速及重现性好等优点。

　　4 结 语

　　综上所述，丙酮作为一种常用的有机溶剂，对人体的危害值得关注。运用快速、灵敏、适用的检测手段对丙酮生物接触剂量进行监测，是预防丙酮对人体危害的有效手段，同时也可以作为糖尿病等代谢性疾病监测的有效方法。因而，提高丙酮检测方法的适应性和快速性对丙酮的监测具有重大的意义。

　　参考文献
　　
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