电子顺磁共振揭示色素胆结石与饮食中痕量 Cu2+、Fe3+的关联研究

为探究胆结石形成机制，研究人员用电子顺磁共振（EPR）技术，发现胆结石与饮食金属元素有关，意义重大。

在现代生活中，胆结石成为困扰许多人的健康难题。工业化和发展中国家都深受其扰，近几十年来，胆结石的患病率显著上升，在西方国家，从 20 世纪 60 - 70 年代的约 6% 飙升至近 20% ，这不仅严重威胁患者健康，还带来沉重的经济负担，仅德国每年就有超过 17 万例胆囊切除术。然而，胆结石形成机制复杂，涉及多种内部生理过程和外部环境因素，尽管科研人员不断探索，仍有诸多未知。比如，胆结石患者常规体检通常不检测重金属离子，但胆结石中又存在多种微量元素，它们与胆结石形成的关系尚不明确。为了揭开这些谜团，吉林化工学院的研究人员开展了一项关于电子自旋共振与色素胆结石以及饮食中痕量 Cu²⁺、Fe³⁺相关性的研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员主要运用了电子顺磁共振（EPR）技术，该技术是一种强大的分析工具，能检测和识别自由基代谢产物，具有高灵敏度、高精度等优点。研究样本来自吉林市人民医院，包括 2019 年 4 月至 2020 年 6 月收集的 58 例患者的色素胆结石样本，以及 2023 年 6 月至 10 月从当地市场随机选取的 500 种常见食物样本。

研究结果

1. 色素胆结石的 EPR 研究：分析胆结石粉末样本的 EPR 光谱发现，胆结石中存在 Fe³⁺和 Cu²⁺信号。Fe³⁺的 EPR 信号特征参数为 g = 4.18、ΔHpp = 4.85mT，呈现不对称高自旋光谱；Cu²⁺的特征参数为 g_∥ = 2.36、g_⊥ = 2.15 ，且在部分样本中观察到与 Cu²⁺相关的多峰超精细分裂光谱。这表明胆结石的组成和结构与这些过渡金属离子密切相关。Fe³⁺主要来源于胃肠道对血红素铁和非血红素铁的吸收，过量摄入可能引发溶血感染导致结石形成；Cu²⁺在色素胆结石中含量升高，可能与胆红素有关，胆红素使结石呈现黑色，铜主要经肝脏排入胆汁，通过粪便排出体外，其吸收和潴留受饮食和生理条件影响。
2. 食物样本中的 Cu 和 Fe 含量：对 500 种食物样本检测发现，243 种含有痕量 Fe³⁺和 Cu²⁺。不同食物中铜和铁含量差异较大，谷物产品中铁含量普遍高于铜，但二者含量都相对较低，低于 2µg/g；部分调味品如胡椒和花椒，铁和铜含量超过 2µg/g；绿色蔬菜如生菜、香菜、韭菜等铜含量较高，黑木耳等颜色较深的食物铁含量超过 10µg/g；肉类中元素浓度大多低于 2µg/g；水果中只有火龙果和橙子能检测到铁和铜。

研究结论与讨论

该研究通过 EPR 技术对色素胆结石和多种食物进行分析，发现色素胆结石外观多样，呈红褐色或深褐色，分层无核心，其中铁和铜元素浓度显著高于其他微量元素。胆结石形成与食物中金属元素浓度密切相关，分析食物中金属元素浓度对预防胆红素结石形成和患者护理具有重要意义。

从饮食角度看，胆结石患者偏好富含铁和铜的食物及某些调味品，可能增加胆结石形成风险。肉类是铁的重要来源，尤其是牛肉和羊肉，其血红素铁含量较高，烹饪方式会影响铁的吸收，所以评估铁摄入量时需考虑食物种类和烹饪方法。调味品金属含量普遍较高，胆结石患者应减少食用。蔬菜中，木耳铜离子含量高，黑米等颜色深的食物金属浓度略高，说明颜色深的食物可能含更多铜。虽然根据危害商数（HQ）估计，一般公众使用这些物质的非致癌风险较低，但鸡内脏存在略高的可接受致癌风险。此外，从事重工业活动的城市地区重金属水平较高，易患结石的人群应选择远离工业化地区生产的食物，以减少重金属积累。

这项研究为预防胆结石提供了新的思路，有助于人们通过调整饮食结构降低胆结石发病风险，对公共健康具有重要意义。未来，有望基于这些研究成果，进一步深入探索胆结石形成的复杂机制，开发更有效的预防和治疗策略。