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鋁中毒及其檢驗

尚捷醫學檢驗 林偉平

日前報紙曾報導腎功能不佳者因飲用過多飲料引發語言退化、行動遲緩等神經症狀,後經新光醫院調查發現,市售鋁罐裝飲料、茶飲料含鋁量偏高,腎功能不佳者若飲用過多,恐無法將鋁排出體外而導致中毒。而鋁中毒的症狀除貧血、骨軟化症外,最常見的即是記憶力減退、注意力喪失、口吃、語言溝通困難、肌肉抽搐等腦部及神經病變,因此常被誤診為老年痴呆症。雖然鋁中毒嚴重時可能致命,但所幸只要及時發現,正確診斷,對患者施打鋁螫合劑,將鋁排出,患者的語言、行動功能都可恢復正常,不致有永久性傷害。其中「及時發現,正確診斷」是治療成功的關鍵,除了醫師的臨床經驗外,血液鋁濃度的檢驗則是提供鋁中毒的直接證據,因此本項檢驗在診斷過程中格外重要。以下則針對鋁的代謝機轉、中毒症狀、腎臟病與鋁中毒的關係、及檢驗數據判讀等做概略的敘述。

無所不在的鋁

鋁是地表上含量最多的金屬,也是僅次於氧、矽,含量第三多的元素。鋁大都以化合物的形態存在,舉凡玻璃用品、塑膠製品、金屬製品、甚至食物及飲水中都含有鋁,由於鋁無所不在,因此我們每天必然會接觸、吸入、吃入一定數量的鋁,高達 1 ~ 10 mg,而人體鋁的全身總含量最多不過 30 ~ 50 mg,甚至更少,因此身體必須有效率的排除鋁,才能維持體內的低濃度,避免因堆積而導致中毒。這項重責大任則大部份由腎臟來完成,這也充分解釋了為何腎功能不佳的人,容易造成鋁中毒了。

鋁的代謝

事實上,到目前為止尚未發現鋁在人體有任何明確的生物功能,只知道它一旦過量會對人體造成傷害。鋁進入人體的最主要路徑是消化道,透過食物、飲水及藥物進入。在消化道中的鋁約有 0.1 ~ 1 % 會被吸收到血流中,而這項吸收率的大小對血液中鋁濃度的高低影響甚鉅。腸道對鋁的吸收率會隨狀況而改變,通常在酸性的環境下吸收率較高,特別是在檸檬酸 (Citrate, 又稱枸椽酸) 存在的環境下。Slalina 等人找了三組健康人做研究,讓第一組人喝檸檬汁,第二組人吃含鋁的胃藥,第三組人同時喝檸檬汁及吃含鋁的胃藥,結果發現第三組人的血中鋁濃度的上升幅度,比其他二組高出甚多,顯示在檸檬汁提供檸檬酸的條件下,腸道對鋁的吸收率大增。其他影響吸收率的因素有 PH 值、矽酸 (silicic acid)、尿毒症、糖尿病、食入鋁化物的種類、副甲狀腺素、維生素 D、維生素 C、及氟化物等。

鋁在紅血球中的濃度比在血漿中略高,以全血測出的鋁濃度較血漿或血清高出約 8 %,而組織中的鋁濃度和血液比起來則少得多,以肝、肺、骨骼較多。在血中的鋁 70 ~ 90% 和運鐵蛋白 Transferrin 結合,也有一少部份和白蛋白 (Albumin) 結合。鋁不會將結合在 Transferrin 上的鐵置換下來,而是和鐵共同結合在 Transferrin 上。鋁和 Transferrin 適當的結合,有助於減少它對身體的傷害性。

鋁的排泄主要藉由糞便及尿液排出體外。糞便中包含未被腸道吸收的鋁及膽汁排出的鋁。而吸收進體內的鋁,主要靠腎臟來排泄。通常低鋁飲食的健康人,腎臟對鋁的排泄率約為 2.7 ~ 8.1 ug/day。

鋁中毒

鋁中毒的成因絕大多數是因為過多的鋁無法排出體外造成,或是因為消化道對鋁的吸收率過高,或是上列二者合併引起。嚴重程度要視鋁的最高濃度及堆積的部位而定。某些器官,例如腦部組織,對鋁濃度較為敏感,也較容易受到傷害。反觀肝臟組織,則能忍受較高濃度的鋁而無中毒的現象。鋁中毒最常見的三種傷害為 1. 腦神經病變  2. 貧血  3. 骨骼疾病,有時會單獨發生,也可能同時發生。

鋁中毒的腦神經病變

鋁濃度過高特別容易造成腦神經的傷害已是無庸置疑的,並常表現出多種不同的症狀。例如語言退化、行動遲緩、記憶力減退、注意力喪失、口吃、癲癇、精神異常。腦神經傷害一旦出現,往往病程會持續進展,若未發現予以及時治療,幾乎是相同的結果-----完全喪失神經功能,最後死亡。

在早期,洗腎水尚未用 RO 處理的年代,鋁中毒引起的腦神經病變和水中的含鋁量有密切的關連。現今此現象已極為罕見,取而代之的是食入過多含氫氧化鋁的藥物或相關物質所引起的腦神經病變。

鋁中毒引起的貧血

貧血可說是尿毒症患者的共同症狀,肇因於紅血球生成素 (EPO) 的製造不足。這類型的貧血在血液學的分類上是屬於「正球性及正色性」的貧血 (Normocytic & normochromic anemia), 也就是 MCV 及 MCH 是大多在正常範圍。但若鋁中毒也介入而成為貧血的原因之一時,會轉變成「小球性及低色性」的貧血 (Microcytic & hypochromic anemia),並且檢驗血清鐵 (serum iron) 及 鐵蛋白 (ferritin) 後,應可排除缺鐵性貧血的存在。進一步的研究顯示,過高的鋁會阻礙血紅素製造過程中 δ- ALA 的合成,也會阻礙鐵離子的參與,它的機轉和鉛中毒引起的貧血有點類似。

鋁中毒引起的骨病變

鋁中毒引起的骨質病變常見的有二種:軟骨病 (Osteomalacia) 及再生不良性骨病 (Aplastic bone disease)。這二種骨病都具有相同的特性,就是造骨機能變慢及骨質「礦質化」(Mineralization) 的速率降低。先就骨骼生理學觀之,骨質在尚未礦質化前的膠原性基質稱為「類骨質」(Osteoid),類骨質在緊臨礦質骨的交接處,會逐漸礦質化,而轉變成礦質骨,使骨質堅硬。然而鋁濃度過高形成的沉澱物,恰好會堆積在類骨質與礦質骨的交界處,阻撓類骨質轉變成礦質骨,也就是降低了礦質化的速率。研究也顯示,鋁的沉澱物也會吸咐在骨質鈣化過程所形成的磷酸鈣結晶上,而阻擋了更多結晶的形成。

肇因於上述二種降低「礦質化」速率的方式,使得類骨質的生成速率逐漸大於礦質骨的生成速率,而類骨質的本質為較軟膠原基質,當然會使骨質硬度降低,而形成軟骨病了。若鋁的濃度實在太高,高到令造骨母細胞也中毒死亡,造骨母細胞數目便會減少,連類骨質的生成速率也減小,再加上先前的礦質化速率降低,就形成了再生不良性骨病。

鋁中毒與腎臟病

腎臟是排除體內鋁的最主要路徑,腎功能異常的患者由於排除鋁的速度變慢,容易引起鋁在體內堆積而造成傷害,特別是接受血液透析 (洗腎) 的病人。

雖然我們每天的食物及飲水中也可能含有高量的鋁,但大部份的鋁會經由糞便排出體外,被吸收進體內的不及 1 %。但洗腎患者所面臨的情況則大不相同,洗腎用的透析液較容易和血液接觸,即使透析過程被些微的鋁污染,滲入血液後可能會形成洗腎患者的沉重負擔。在 1970 年代,洗腎患者合併發生鋁中毒的病例時有所聞,原因大都因為洗腎水遭受鋁的污染所致。如今洗腎水皆以 RO 處理過,此問題已大為改善。但國外也有調查發現,有些洗腎中心 RO 處理過的水,鋁濃度含量依然超過標準甚多,曾發現是因為造水機的「止逆閥」所用的材質含鋁量過高所致,也有些是因為管路材質中的鋁釋放出來所致,也有些是因為濃縮洗腎液的包裝容器含鋁量過高所致。總之,透析過程中的所有液體、設備、器材、耗材等最好都有 Free-aluminum 標示,醫護人員在操作設備及配製溶液時,應有防鋁污染的概念,透析液也應定期監測含鋁量,若超出標準定要找出污染原並加以改善。因此國外訂定出一套透析液含鋁量監控標準如下:

透析液至少每 6 個月測定鋁含量一次,並應符合下列標準: 

Hemodialysis 血液透析 < 25 ug/L (< 0.93 umol/L)

Continuous ambulatory peritoneal dialysis

持續性不臥床腹膜透析

< 15 ug/L (< 0.56 umol/L)
Hemofiltration 血液濾過 < 10 ug/L (< 0.37 umol/L)

  有些尿毒症患者也因長期服用含鋁 (氫氧化鋁) 的降磷藥物,而造成體內鋁過高的負擔。前面提過,當胃腸道在酸性的環境下對鋁的吸收率會增加,特別是當檸檬酸 (citrate) 存在時會特別明顯。例如調整尿毒症患者酸中毒所使用的 Shohl's solution,其主要成份便是檸檬酸,當使用此種溶液時,大大提高鋁的吸收率,若不謹慎使用,甚至可能致死。因此長期服用含鋁之降磷藥物的患者,應特別注意血中鋁的變化。

血清(血漿)鋁濃度的判讀

雖然血清(漿)鋁的濃度未必能平行反應出身體的總含鋁量,但對定期監控的患者而言,它的數值依然能反應出體內鋁負荷的變化及中毒危險的評估。血清鋁的濃度可能因運鐵蛋白的濃度、透析的頻率、鋁螯合劑的使用而改變。正常人的血清鋁濃度在 10 ug/L 以下,而大部份接受血液透析的患者,濃度會在 100 ug/L 以內。部份研究人員發現,鋁沉澱引起的骨骼及腦神經病變大都在血清鋁大於 100 ug/L 開始發生。另一份研究報告指出,長年洗腎、長年服用氫氧化鋁藥物或持續劑量治療都是造成血清鋁上升的原因,且濃度 > 130 ug/L 起,身體便開始承受鋁中毒的負擔;若高過190 ug/L,隨時可能發生臨床中毒症狀。

一份較新的報告建議,血清鋁濃度最好保持在 60 ug/L 以內較不會發生骨骼方面的病變。而鋁中毒引發的腦神經病變,和更高濃度的血清鋁有關 (> 200 ug/L)。歐洲 ECC 會議則針對血液透析患者提供了下列處理原則:

1.      血清(漿)鋁每年至少應檢查 4 次。

2.      若血清鋁濃度超過 60 ug/L,表示對身體產生了過度的負荷。

3.      若血清鋁濃度達到 100 ug/L 以上,應增加血清鋁的檢驗頻率,且應針對鋁濃度過高可能造成的傷害加強監控照護。

4.      採取任何可能的措施,絕不讓患者的血清鋁超過 200 ug/L

血液檢體的採檢

由於環境中的鋁無所不在,而人體血液中的鋁含量又非常低,因此裝血試管本身的鋁含量有可能比血液還高,甚至針頭、採血器也可能造成污染。通常血液檢體的分裝應採用專用試管,且試管已事先經過酸化去金屬處理,並且試管與針筒最好不要是玻璃材質的,因為玻璃是矽化物,有時含鋁量會很高。採檢完畢後管口應封緊,沒必要請勿開蓋。

總結

雖然正常的健康人都能將體內的鋁排出,但仍應減少食用或飲用含鋁量過高的食物及飲料。新光醫院曾蒐集了市售碳酸飲料、運動飲料、茶飲料、及腎臟病患的營養補充品共 102 件,檢測其鋁含量,結果發現,奶茶、檸檬茶飲料含鋁量可達 1000 ~ 2000 ppb (ug/L),而烏龍茶飲料也有 400~500 ppb (ug/L),比起碳酸、運動飲料都高,且鋁罐裝的鋁含量往往比寶特瓶、鋁箔包高出甚多。

研究發現茶葉的鋁含量本來就高,而鋁材質容器較易釋出金屬成份,尤其遇到酸性物質時更是如此,所以茶類、鋁罐裝飲料的鋁含量會特別高。其實,一般人的代謝功能若正常,飲食中攝取的鋁,九成以上都會排出體外,但腎功能不佳者,便易使鋁堆積在體內,所以對市售飲料,腎功能不佳者應少碰為妙。

值得一提的是,曾調查兩種腎臟病營養品,鋁含量也達到 400 ~ 500 ppb(ug/L),患者在使用時應小心。

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