第十六章  生物监测

一、生物监测的概念

职业卫生工作领域内的生物监测（biological monitoring)是指定期、系统和连续地检测接触有毒有害因素工人的生物材料中毒物和/或代谢产物含量或由其所致的生物易感或效应水平，并与参比值进行比较，以评价一组工人或个别工人接触毒物的程度及可能的潜在健康影响。之所以用监测，而不用检测，就是强调了检查的系统性和连续性。

二、生物监测的指标

能够作为生物监测的指标，称为生物标志物（biomarker)，它是机体与环境因子（物理、化学或生物学的)相互作用所引起的任何可测定的改变，包括环境因子在体内的变化，以及机体在整体、器官、细胞、亚细胞和分子水平上各种生理、生化改变，这些改变必须有明确的生物学意义。选择生物标志物，必须考虑：该指标与研究的生物学现象之间的联系——关联性；能反映早期和低水平接触所引起的轻微改变，以及多次重复低水平接触累加所引起的远期效应——灵敏度和特异度；受检对象可接受程度——实用性和准确性。

生物标志物可以分为接触标志物、效应标志物和易感性标志物3类，三者关系见图-1。在职业卫生领域应用最多的是接触标志物。内剂量的生物标志物可以直接测定细胞、组织或体液中的毒物及其代谢物的浓度。生物有效剂量（靶剂量)的生物标志物可以为DNA加合物、蛋白质加合物和DNA-蛋白质交联物。早期生物学效应的分子生物标志物可以为初级DNA损伤的生物标志物、靶基因和报告基因的遗传学改变、细胞遗传学改变、氧化应激的生物标志物、毒物代谢酶的诱导及其酶活性改变特定蛋白质的诱导生成。细胞结构/功能改变的生物标志物可以为疾病状态的血清酶标志物、增生的生物标志物（有丝分裂频率、胸腺嘧啶标记指数、细胞增生核抗原)、分化的生物标志物（细胞骨架蛋白)、异常的基因表达、其他细胞/组织毒性改变。易感性标志物可以为药物/毒物代谢酶多态、DNA修复酶缺陷和其他遗传易感性指标。

图-1  生物标志物种类及其相互关系

三、生物监测的特点

生物监测的目的是了解毒物进入机体的相对量及其生物效应剂量，是职业性有害因素评价的重要组成部分。生物监测与环境监测相辅相成、互为补充，构成全面性的职业性有害因素的评价。与环境监测不同，生物监测是以评价接触者接触水平为中心，应当强调其检测的系统性、连续性，否则只能是一次检测，而非监测。并非全部有害物都可以建立相应生物监测，如进入体内后沉积在肺中的石英、石棉、炭黑、氧化铁等一类化学物质，与接触面可直接反应的刺激性大、活性强的一www.med126.com/wszg/类化学物，就无法监测。

1、反映机体总的接触量和负荷

生物监测可反映不同途径（呼吸道、消化道和皮肤)和不同来源（职业和非职业接触)总的接触量和总负荷。由于作业环境中有害物浓度常常波动较大；以及作业者接触毒物方式可以是多种途径、接触可以是连续抑或间断、接触时可以使用个人防护用品等，使得环境监测结果有时很难正确反映作业者的接触程度。环境监测仅能代表外接触量（external exposure)，特别是经呼吸道接触量。至于对作业者实际吸入量的估计，不仅取决于空气中有害物质的浓度，还与吸入空气的量及有害物质的吸收系数有关。不同化学物质的理化特性及其吸收系数亦有差异，波动范围为0～1。吸入空气量则受劳动强度、气象条件等多种因素影响，波动范围更大。对一些经皮吸收的化学物，环境监测则根本不能反映接触水平。在反映接触水平上，生物监测较环境监测优越性显而易见。

2、可直接检测内剂量和机体负荷及生物效应剂量

生物监测可以提供内剂量和机体负荷以及生物效应剂量。内剂量和生物效应剂量与有害生物学效应间往往具有量效关系的，因此生物监测与保护工人健康的关系较环境监测更为密切。

内剂量（internal dose)是表示吸收到体内的毒物的量。由于是在不同的情况下进行监测，其含义是有所不同。例如，呼吸气中毒物的浓度或工作期间血中的毒物及其代谢产物的含量，仅代表采样前短期的接触剂量；在停止接触后16h采样，则代表是前1d的接触及负荷；而对一些半减期长的毒物，如大多数的重金属在血中的浓度，则往往被认为是反映过去一段时间的接触。内剂量也可以指某一毒物的积累剂量或在特殊器官剂量，即在体内一个、几个器官组织或整个机体贮存量，这些毒物往往是具有蓄积毒性的，如血中的多氯联苯的量就是反映脂肪中的蓄积量。

真正对机体发生作用的应是在靶器官、靶组织、靶细胞或靶作用部位的有害物和/或其代谢产物的浓度，即生物效应剂量（biological effective dose)。直接测定效应部位的剂量往往十分困难，除少数指标可直接测定外，一般即用活性化学物或活性中问代谢产物与靶分子相互作用量来替代。如生物效应剂量超过临界浓度，即有可能达到损害健康的程度。生物效应剂量在预测毒物对机体危害方面，能提供更为直接的依据。

3、综合了个体差异因素和毒物动力学过程的变异性

生物监测是具有生物学基础的，与毒物的吸收、分布、代谢和排泄相关，特别是毒物的代谢及代谢动力学的变异性可影响生物监测的全过程（包括监测策略、指标选择是否准确及结果评价等)。由于所有的生物监测物均为经机体代谢过程的产物，个体间的差异和动力学的变异均应予以考虑并得到初步控制。

4、可用于筛检易感者

机体对毒物的易感性是具有个体差异的，常与遗传因素有关，较常见的是机体缺乏某些代谢酶和存在酶的多态现象，致使机体对接触毒物的反应能力有差异。在职业卫生与职业病防治实践中可见易感者的存在，如N-乙酰转移酶缺乏，对芳香胺化合物及多环芳烃较敏感者。α-l－抗胰蛋白酶缺陷者，对呼吸道刺激剂、粉尘更为易感。通过易感性指标检测，尽早地发现易感个体，及时采取相应的防护措施。

四、常见生物监测类别

1、生物材料中化学物及其代谢产物或呼出气中毒物含量的测定

这是目前开展最多的工作。通常采用的生物材料是尿和血，有时也用呼出气，以及粪、脂肪组织、乳汁、汗液、头发、指甲或唾液等生物材料。检测的指标可以是化学物的原型或其代谢物。代谢物指标可以是特异的，与原型一一对应；也可以是非特异的，即许多化学物经过代谢可以产生这些代谢物，甚至是内源性的代谢产物。如重氮盐的测定可作为接触芳香胺的监测指标，尿中的硫醚可作为监测亲电子化合物的活性的指标等。

随着检测方法的进步，越来越多的指标成为生物监测指标。如应用中子活化、X线荧光分析等新技术，定量测定骨铅、骨镉含量。

2、生物效应指标的测定

生物效应指标的测定，大部分是非特异性的。这类指标的建立往往需要对该毒物的毒理学基础知识有所认识，特别是对中毒机制的认识。例如有机磷接触者血胆碱酯酶被抑制；铅能抑制δ-氨基-γ-酮戊二酸脱水酶（δ-ALAD)和血红素合成酶，表现为尿中δ-氨基-γ-酮戊二酸（δ-ALA)含量和血中锌原卟啉（ZPP)水平增加等。近年来，反映DNA损伤指标，如DNA链断裂、DNA-DNA交联和DNA-蛋白交联等的测定，已在生物监测实践中应用，收到了良好的效果。

3、活性化学物与靶分子相互作用所得产物量的测定

如检测血碳氧血红蛋白已在职业医学中长期使用，我国已制定了职业接触生物限值。检测活性化学物或活性中间代谢产物与靶分子，如DNA和蛋白质，结合产物，以及与之相关、可以替代的与血红蛋白、白蛋白的结合产物。检测尿中巯基尿酸、尿中DNA降解产物8－羟基脱氧鸟苷等。由于测定方法比较复杂，目前还没有作为www.med126.com/job/常规指标。

五、生物监测策略

生物监测工作是一项系统性、连续性的工作。要明确检测什么指标，如何收集样本，怎样检测，如何解释评价结果以及如何采取相应的措施。这是一个完整的过程，质量控制贯彻于整个监测过程之中。应再次强调的是，生物监测与环境监测不应互相排斥，也不能简单地相互代替，而应鼓励相辅相成。

生物监测的指标的选择是首要的。理想的生物监测指标应既有特异性，又有较好的敏感性。应该与外剂量（不仅仅是空气中水平，应包括其他途径，如皮肤污染量和消化道摄入量)，最好能与早期的健康指标有明确的量效关系。选择的原则应根据毒物在体内的过程、毒代动力学规律，毒作用特点，特别是中毒机制，以及监测的目的而定。如对氯乙烯作业进行监测时，根据目前对其代谢途径研究，主要是通过醇脱氢酶连续氧化和直接氧化为氧化氯乙烯，与谷胱甘肽或半胱氨酸形成硫代二乙醇酸结合物，并有少量以原型由呼出气或乳汁中排出。由此可选择如下监测项目和指标：①毒物及其代谢产物的测定：尿中硫代二乙醇酸的测定，呼出气、血和乳汁中氯乙烯的测定；②化合物与靶分子相互作用的量：血中烷化血红蛋白测定；③生物学效应指标：目前尚无特异的效应指标，可适当选择血液和肝脏损伤有关的指标。

生物材料的收集时间非常重要，原则上应当根据毒物动力学和毒效动力学的结果决定。通常，推荐一项生物监测指标的同时，会提出相应的采样时间（如班前、班后等)及注意问题，可以参考有关的标准。

对监测结果做出解释评价是生物监测的重要步骤生物，必须结合环境监测结果，或者至少对外源性环境接触的调查结果进行。一般认为，生物监测大部分是用于群体评价。以“职业接触生物限值”为依据，根据观察结果的分布情况做出相应的评价。如全部观察值均低于限值，可认为工作条件是令人满意的；若全部或是大部分结果高于限值，则提示存在过量接触，需对工作环境采取预防措施；当大部分结果低于限值，仅小部分高于限值时，需考虑两种可能：一是这部分个体因为作业的缘故，的确接触水平或程度高于其他大部分个体，需要通过改善环境抑或其他措施，如个人防护用品使用，减少接触。二是这部分个体因自身因素，如特别易感或非职业性的接触，造成指标偏高，需要采取岗位调整抑或健康促进等措施。

六、生物接触的卫生标准

生物监测卫生标准的确定是建立一项生物监测指标的前提。根据现有的知识水平，生物监测标准一般是建立在内、外剂量的相关关系上。但更重要的是应建立在内剂量（生物效应剂量)和生物学效应的相互作用研究的基础上。因为生物监测的任务是提供接触强度资料，并能对潜在的危险度做出判断。我国已颁布了甲苯、三氯乙烯、铅、一氧化碳、有机磷酸酯类农药、二硫化碳、氟、苯乙烯、三硝基甲苯、正己烷、汞、铬、苯、二甲基甲酰胺和五氯酚17项职业接触生物限值（biological exposure limit， BEL)，作为推荐标准。美国ACGIH所公布的生物接触指数（biological exposureindices，BEIs)和德国的DFG所公布的工业物质生物学耐受量的项目数要比我国多得多，可资借鉴。

国家已经颁布了职业卫生生物监测质量保证规范。规范明确了生物样品采样、运输、保存、分析的要求与注意事项，建议在实际工作中参照执行。

总之，利用生物学信息来评价环境质量及对人类健康的影响已受到普遍关注。但生物监测尚存在若干局限性。目前，监测指标远不能满足需要，特别是有关测定靶剂量方面的工作。生物监测的结果评价受多种因素，特别是个体差异以及联合接触的影响，需要加强有关的基础研究，逐步加以解决。