中国山西地区煤矿工人及当地居民尿液和头发中的铀和钍含量

《Journal of Environmental Radioactivity》：Uranium and thorium levels in urine and hair of coal miners and local residents in Shanxi, China

　　铀钍暴露水平及生物监测研究：通过对山西煤矿区51名矿工及居民尿液和头发的铀钍浓度检测（ICP-MS），发现矿工尿铀中位数（175.2±89.4 ng/L）显著高于居民（124.8±48.1 ng/L），且与工作年限负相关；而钍浓度（矿工456.6±175.3 ng/L vs 居民451.6±113.6 ng/L）无明显差异，表明铀暴露与环境及职业因素相关，钍暴露更受地质背景影响。

　　
该研究聚焦于山西省某煤矿矿区及周边居民中铀（U）与钍（Th）的暴露水平评估，通过生物样本检测结合多维度分组分析，揭示了职业暴露与环境污染的复杂交互作用。研究团队共纳入51名参与者，其中30名为煤矿工人（含直接参与开采的18名男性工人及从事管理支持工作的12人，含9名女性），21名为当地居民（12人居住矿区周边20公里内，9人居住更远区域）。通过尿液和头发样本的铀钍浓度检测，结合性别、职业角色、工作年限及居住距离等变量，系统解析了不同人群的辐射暴露特征及其潜在影响因素。

研究采用高分辨率电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）进行检测，样本处理流程严格遵循实验室质量控制标准。尿液样本采集时间为夜间10点至次日6点，旨在捕捉近期暴露的代谢产物；而头发样本作为长期生物标志物，可反映累积摄入量。检测结果显示，矿区工人的尿铀均值达175.2 ng/L，显著高于居民组（124.8 ng/L），且10岁以下工作年限的工人尿铀中位数（178.5 ng/L）较10-20年（153.6 ng/L）及20年以上（142.3 ng/L）组别更高，提示短期高强度暴露更易导致生物蓄积。相比之下，钍的尿液中位数在居民组（451.6 ng/L）与工人组（456.6 ng/L）间无统计学差异，且整体浓度远超全球未暴露人群基准值（32.4 ng/L），反映出区域性地壳铀钍富集背景。

头发样本的检测进一步揭示了暴露的持续性差异。工人组发铀中位数（48.8 ng/g）虽低于居民组（91.8 ng/g），但显著高于中国煤炭沉积物全球均值（1-3 μg/g）。值得注意的是，铀在头发中的蓄积呈现职业角色的分化：直接接触开采的工人发铀中位数（62.3 ng/g）较管理岗（35.7 ng/g）更高，而后者仍显著高于矿区外居民（28.4 ng/g）。这种梯度差异表明，即使非直接接触岗位的工人，仍可能通过二次暴露途径（如呼吸沉积、皮肤接触）积累铀元素。钍在发中的浓度则呈现更稳定分布，工人组（6.1 ng/g）与居民组（3.4 ng/g）虽均高于自然土壤背景值（10-17.5 μg/g），但未发现与职业年限或居住距离的显著相关性，印证了钍的低生物可利用性特性。

性别因素在该研究区域未表现出统计学显著影响。男性工人尿铀中位数（193.7 ng/L）略高于女性（162.5 ng/L），但差异未达显著性阈值（p>0.05）。这一发现与北非铀矿开采区的研究形成对比，后者显示男性尿铀水平显著高于女性（p=0.003），可能因性别差异导致的代谢速率或接触频率不同所致。本研究中性别影响的缺失，或与矿区女性参与管理岗位较多（管理岗女性占比75%）及统一防护措施有关。

环境暴露的贡献度通过居民组数据得以量化。尽管矿区周边居民尿铀水平（124.8 ng/L）仅为矿区工人（175.2 ng/L）的71%，但该值已超过全球非职业暴露人群的95%百分位（82 ng/L）。结合区域地下水铀浓度（9000 ng/L，超国家标准2.04倍）及土壤中铀含量（1.6-3.2 μg/g），证实环境污染是主要暴露源。值得注意的是，居民组发铀中位数（91.8 ng/g）显著高于矿区外群体（28.4 ng/g），表明矿区周边20公里范围内存在持续的环境污染扩散，可能通过大气沉降、地下水渗透或生物富集等多重途径实现。

职业暴露的复杂机制在工人组数据中尤为突出。直接参与开采的18名男性工人，其尿铀浓度中位数（221.3 ng/L）较管理岗（129.8 ng/L）高出70%，且前者发铀浓度（74.5 ng/g）是后者的2.1倍。这种差异可能与工作环境中的暴露强度相关：井下作业者日均接触粉尘时长达8-10小时，而管理岗人员接触时间不足2小时。但研究同时发现，管理岗女性尿铀水平（136.8 ng/L）显著高于同组男性（101.4 ng/L, p=0.032），提示性别差异可能通过其他暴露途径（如生殖系统代谢差异）间接影响铀的生物转化。

暴露途径的多样性在头发数据中得到印证。矿区工人发铀中位数（48.8 ng/g）虽低于居民组（91.8 ng/g），但值得注意的是其95%百分位（226.2 ng/g）已接近新疆某矿区居民组的发铀上限值（634.5 ng/g），表明即使低暴露人群仍可能通过长期累积形成显著生物蓄积。钍在发中的蓄积则相对稳定，工人组（6.1 ng/g）与居民组（3.4 ng/g）的差异虽存在但未达显著水平，这与其低水溶性导致的骨骼/肺部蓄积特征相吻合。

研究还发现职业暴露存在时间依赖性矛盾。尿铀数据显示，工作年限每增加10年，尿铀浓度中位数下降约13%（从<10年组181.2 ng/L降至>20年组128.5 ng/L），但发铀浓度却呈现U型分布：10-20年工龄者发铀中位数（62.4 ng/g）显著高于<10年组（32.1 ng/g）和>20年组（44.7 ng/g）。这种反常现象可能源于长期暴露导致的生物适应机制——当尿液中铀浓度因代谢清除而下降时，超出肾脏阈值的铀被优先沉积于头发等非排泄性组织。

区域地质特征对暴露水平具有决定性影响。研究区煤炭沉积物铀含量呈现显著异质性，部分样品高达476 μg/g（超全球均值157倍），且钍/铀比值（0.8-1.2）与全球铀矿床特征一致。这种地质特征导致矿区周边形成"铀-钍复合污染"微环境：地下水铀浓度达9000 ng/L（超标104%），土壤钍含量达17.5 μg/g（超全国均值1.7倍），空气PM2.5中铀含量检出限达0.2 ng/m3（中国CDC标准为0.5 ng/m3）。这种多介质复合污染特征，解释了为何生物监测需同时采用尿和发两种介质。

健康风险管理的启示凸显研究价值。尽管当前数据未发现显著剂量-效应关系，但尿铀水平与工作年限呈显著负相关（r=-0.43, p=0.012），提示存在代谢适应现象。同时，发铀浓度与工作年限的二次相关模型显示，在10-20年工龄区间存在风险累积拐点（p=0.021），这可能反映职业暴露的剂量阈值效应。钍的稳定暴露特征则提示需重点关注其长期骨骼沉积效应，而非表面生物监测指标。

研究方法创新体现在样本采集策略与检测技术结合。尿液采样采用"夜间尿"收集法，通过抑制晨尿稀释效应，使检测灵敏度提升至2 ng/L（低于WHO建议值1/4）。头发处理采用三步梯度清洗（表面活性剂→超纯水→丙酮），结合高温高压消解（HNO3/H2O2体系，150℃水解），使检测限降至0.024 ng/g，较常规方法提升3个数量级。这些技术改进使研究能准确区分环境本底值（头发铀背景值14-62 ng/g）与职业暴露增量。

研究局限性提示后续方向。样本量（n=51）较小可能影响统计效力，尤其是管理岗女性样本量仅3人。检测周期仅覆盖单次暴露事件，未能捕捉铀的生物半衰期（1.3年）变化规律。建议后续研究采用动态追踪设计，结合尿铀/发铀比值（U/Th）构建暴露剂量估算模型——已有研究证实该比值与职业暴露强度呈正相关（r=0.68, p<0.001）。

环境治理建议基于研究结果提出：①建立矿区周边10公里半径内居民尿铀/发铀双指标监测体系；②针对10-20年工龄群体实施专项健康筛查，因其发铀蓄积存在风险拐点；③开发基于铀-钍比值的环境暴露评估模型，优化污染源解析；④改进井下作业防护装备，重点控制PM2.5暴露浓度（当前实测值0.78 ng/m3，超标55%）。

该研究为全球同类矿区提供了重要参考。相似地质特征的蒙古国煤矿工人尿铀中位数（178 ng/L）与本研究矿工组（175 ng/L）高度接近，但当地发铀中位数（34.5 ng/g）显著低于本研究结果（48.8 ng/g），提示需进一步区分环境本底与职业暴露的贡献度。未来研究可结合地源水监测、工作场所空气动力学模拟及生物标志物组学，构建多维度暴露评估体系，为制定精准防护策略提供科学依据。