硒是人体必需的微量元素之一,居民每日硒摄入量水平与人体健康息息相关。为了研究在天然条件下硒在环境中分布特征及其与居民健康效应,国际硒研究学会发起开展了天然硒生物营养强化国际合作计划(NBP),重点关注天然富硒环境中硒在土壤-作物-人体系统中的分布特征,并调查研究硒与人体健康之间的实证关系。本项研究是国际NBP研究计划的预研部分,重点选择了两个天然富硒地区湖北恩施州和安徽石台县作为研究区域。中国硒资源分布非常不均,不仅有横跨东北到西南的马鞍形土壤缺硒带,也有湖北恩施、安徽石台、陕西安康等天然富硒区,具有开展NBP研究的便利和优势。本研究以安徽省石台县的大山村和库山村、湖北省恩施州的渔塘坝村、梨子坝村和长坪村共5个村庄为研究地点,采集每个村庄中的土壤、水、主要作物、人群头发和血浆样品,共计1306份,通过问卷调查的形式获取当地居民的膳食结构和基本人群信息。在实验室内利用原子荧光光度法和高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用法,分别测定了样品中总硒和硒酸盐、亚硒酸盐、硒代胱氨酸、硒代蛋氨酸以及甲基硒代半胱氨酸等五种不同形态硒的含量,用专用试剂盒检测血浆样品中谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和超氧化物歧化酶(SOD)的酶活水平以及硒蛋白P水平(Seppl),应用环境土壤学、营养学、流行病学等多学科交叉的研究方法,并借助于多种统计学方法对获得的数据进行了深入分析,初步揭示了研究区域内硒从土壤到作物再到人体的分布特征,结合流行病学数据,探讨了人群硒摄入水平与高血脂、高血压和脱发等疾病的患病率之间的关系。研究结果如下:1.土壤硒含量特征及其影响因素安徽石台县大山村、湖北恩施州渔塘坝村和梨子坝村为富硒地区,耕作土壤中总硒含量的平均值分别为2285.9±1046.2μg/kg(n=14)、1753.6±742.8μg/kg(n=14)和2262.5±1388.4 μg/kg(n=17),显著高于足硒地区土壤总硒含量,安徽石台县库山村和湖北恩施州长坪村耕作土壤中总硒含量的平均值分别为236.6±45.8 μg/kg(n=16)和259.6±37.3 μg/kg(n=18)。对不同地区土壤中硒形态分析结果表明,石台县大山村和库山村耕作土壤中生物可利用硒比例分别为1.7±1.1%(n=14)和4.6±6.1%(n=16),而恩施州的渔塘坝村、梨子坝村和长坪村耕作土壤生物可利用硒占比依次为2.7±1.5%(n=14)、1.9±1.0%(n=17)和3.4±1.1%(n=18)。这些数据结果证明不同地区土壤中生物有效态硒存在显著差异,除了与土壤中总硒含量有关外,可能还受土壤的理化性质影响。恩施三个村庄的耕作土壤呈弱酸性,Pearson相关分析结果表明,土壤中生物可利用硒含量与总硒含量和pH呈显著的正相关关系,但与总铝含量呈显著负相关关系,与有机质含量、总铁和总锰含量无显著相关性。上述研究结果证明土壤生物可利用硒的含量与土壤的理化性质有着密切关系,尤其是与土壤的pH、总硒和总铝含量等因素有关。2.主要作物总硒及硒形态的含量差异由于有机硒相对于无机硒具有更安全、更有效的特性,除了总硒含量以外,食物中不同硒形态的含量差异也备受关注。本研究中梨子坝村的大米样品中总硒含量(374.63±234.38 μg/kg,n=18)显著性高于其它几个村庄,大山村、库山村、渔塘坝村和长坪村的大米样品硒含量。大米样品中硒主要以有机硒的形态存在,包括硒代蛋氨酸(SeMet)和硒代胱氨酸(SeCys2),其中SeMet所占的比例高达80%-90%。恩施地区不同作物富集系数结果表明,大米对硒的富集能力最强(富集系数,12.2%)。上述研究结果表明,不同地区大米中总硒含量尽管具有显著差异,但有机硒所占比例均较高,且主要为SeMet,可作为缺硒地区人群补充硒摄入量的主要食物。块茎类样品中硒形态分析结果表明,马铃薯样品中硒同时以无机硒和有机硒的形态存在,其中无机硒占比为4.28%-32.65%,主要以硒酸根(+6价)的形式存在,且随着样品总硒含量的升高,硒酸盐的比例也相应增加。与无机硒含量分布特征不同,马铃薯样品中有机硒组成变化情况较为复杂,在低硒、中硒和高硒样品中,SeMet占比分别为40.70%、71.85%和47.89%,与总硒含量变化呈复杂的U型曲线关系,高硒样品中SeMet形态含量偏低,这与分析样品中无机硒占比较高有关。由于高硒马铃薯样品中仍存在较高比例的无机硒,因此在日常生活中应防止过量无机硒摄入影响人体健康问题。对蔬菜类的萝卜样品中硒形态分析结果表明,萝卜样品中近一半的硒以无机硒形式存在,主要为+6价态的硒酸根。随着萝卜样品中总硒含量的升高,有机硒中的SeMet和SeCys2所占比例越来越小,且出现了未知形态的硒大量出现,在中硒和高硒萝卜样品中未知形态的硒所占比例分别为34.80%和46.11%。上述研究结果表明,萝卜对硒的转化率较低,将其选做补硒食物时,应注意监测无机硒占比情况。3.居民硒每日摄入量差异安徽石台县大山村和库山村居民硒的每日摄入量分别为56±79μg/d和18±10 μg/d,大山村和库山村居民膳食中各类食物提供的硒占总每日硒摄入量最多的分别是蔬菜类(68%)和谷物类(大米,49%)。湖北恩施渔塘坝村、梨子坝村和长坪村居民硒每日摄入量分别为82±57μg/d、160±106μg/d和34±9μg/d,提供最多硒每日摄入量的食物种类分别是蔬菜类(49%)、谷物类(大米,77%)和谷物类(大米,65%)。上述研究结果表明,库山村和长坪村居民的硒每日摄入量远低于中国成人推荐膳食日硒摄入量(60 μg/d),面临硒缺乏风险,这也反映了区域富硒土壤的分布是呈斑点状的,在一些知名富硒区域内也存在缺硒的村庄。此外,根据食物硒素贡献比例来看,农村居民从膳食中获取硒的主要食物类型是谷物和蔬菜,而不是相对硒含量较高的动物性食品。4.人体生物标志物水平差异居民的硒每日摄入量与发硒水平呈显著线性相关,其关系式可表达为:发硒含量(μg/kg)=2.343×居民硒每日摄入量(μg/d)+233.2,R2=0.757。安徽石台大山村全部居民的发硒和血浆硒平均含量均显著高于库山村。湖北恩施渔塘坝村庄全部居民发硒和血浆硒平均含量与梨子坝村无显著性差异,但显著高于长坪村。Pearson相关性分析结果表明,恩施地区全部居民、男性居民和女性居民的发硒水平均与血浆总硒水平呈显著的正相关关系,与血浆SOD酶活水平呈显著的负相关关系,但与血浆GPx酶活和Seppl水平无显著相关性。在全部居民和男性居民中观察到血浆硒与Seppl水平存在显著的正相关,但与血浆GPx酶活无显著相关性。上述研究结果表明,不同的硒水平生物标志物之间并非简单的线性关系。根据研究报道,Seppl相比GPx需要更高的硒摄入才能达到其最大活性,因而Seppl水平更能准确反映该研究区域人体的硒水平状态。5.人体硒水平与健康关系为了探讨人群硒水平与健康之间的关系,除检测了恩施州共185名志愿者的发硒(459.9±203.3μg/kg,n=173)和血硒含量(85.8±39.6 μg/kg,n=163),同时收集了人群的基本信息,包括身高、体重、年龄、性别、收入、血脂指标、血压等。室内对获得的这些数据采用二元回归逻辑分析,在多因素校正后的模型中,发现恩施州所有志愿者的发硒水平与总高脂血症患病率、高总甘油三酯(TG)患病率、高总胆固醇(TC)患病率、低高密度脂蛋白胆固醇(HDL)患病率之间均呈显著正相关关系。所有志愿者中发硒和血浆硒水平与高收缩压(SBP)患病率均呈正相关关系,但是与高舒张压(DBP)患病率无显著相关性。性别特异性分析结果发现,男性志愿者的硒水平与高血压患病率之间的相关性较女性志愿者更为显著。另外,基于多因素校正后的模型计算结果,发现全部志愿者和男性志愿者的血浆硒水平与脱发率呈显著负相关关系。与上述显著统计性结果不同,所有志愿者的发硒和血浆硒水平与高血糖症患病率之间并无显著相关性(p>0.05),也没有发现人群硒水平与失眠之间存在关系。上述统计分析结果表明,发硒和血浆硒与人体健康指标之间的关系是较为复杂多变的,但总的来看,人发硒水平与高血脂和高血压的患病率密切相关,存在正相关关系。考虑到横断面调查不能解释硒与疾病之间的因果关系,在未来的研究中需要进一步加强相关的人群干预研究,以探究硒与人体健康之间的可能关系。