监测环境铅暴露的哨兵动物：结合传统综述和citespace可视化分析

第一作者：陈星

通讯作者：段小丽

通讯单位：北京科技大学

项目支持：国家自然科学基金青年基金

论文DOI：https://doi.org/10.1007/s10653-022-01241-9

研究亮点

1、使用Citespace软件对哨兵动物在监测重金属中的应用进行了可视化分析；

2、哨兵动物可以作为环境中重金属污染物的良好生物监测器；

3、哺乳动物通常被用于监测人类活动相关的重金属暴露；

4、应进一步探究对哨兵动物的无创采样和监测铅暴露的其他可替代性方法。

软件介绍

文献计量学作为一种通过统计方法对已发表文献的定量分析，已被广泛用于探索某一领域的研究热点和发展趋势。CiteSpace软件可以通过可视化图集的方法呈现科学知识的结构、规律和分布，揭示某一研究领域在某一时期的综合研究状况和趋势，预测相关领域的发展趋势。CiteSpace在揭示学科的动态发展规律和研究前沿方面具有一定的优势，具有较强的可操作性。

导读

在自然界中，某些动物与人类共享生活环境，因此这些动物已成为与各种环境暴露相关的健康影响的生物监测器。哨兵动物在环境污染监测和人类健康研究中发挥着“指示性”作用。为全面了解哨兵动物在监测环境铅污染和人类铅暴露中的作用，本研究首先简要综述了铅的环境暴露来源和暴露途径的研究现状，然后对利用哨兵动物监测环境重金属污染和人类铅暴露的研究进行了梳理。最后，利用可视化软件CiteSpace 5.8.R3对当前国内外铅暴露和哨兵动物研究的热点和前沿进行了探索和分析。本研究还探讨了哨兵动物研究可能面临的挑战和前景，以期为今后的研究提供一定的理论基础和思路指导。

研究方法

同时检索中文和英文数据库，中文文献来源于CNKI数据库，检索关键词使用“哨兵动物”和“铅”、“哨兵动物”和“重金属”、“哨兵”和“铅” ；英文数据来源主要为web of science核心数据库，以“sentinel animal” and  “lead” “sentinel animal” and “Pb” “sentinel animal” and “heavy metals” “sentinel” and “lead” or “Pb” “animals” and “Pb” and “monitor”为关键词检索，检索年限为2000-2021年。人工筛选无关文献后，纳入中文文献0篇，英文文献165篇，导入CiteSpace 5.8.R3中，设置时间切片尺度为2000-2021，每片尺度的年份设定为5年。选择节点类型为关键词和国家。

主要研究结果

关键词的中介中心性是衡量网络中节点重要性的一个指标，在网络中扮演着“沟通桥梁”的角色。基于CiteSpace 5.8.R3的关键词分析功能，本研究分析了关键词，并获得了关键词的共现时区视图（图1）和关键词分布表（附表S1，见全文链接）。在本文中，根据中介中心性对图1中的关键词进行了排序，以确定该领域的研究路径和热点。CiteSpace根据检索到的所有文档的关键字进行聚类，并将2000年至2021的时间段划分为五个时间段。时区视图可以清楚地显示每个研究周期的主要兴趣区域。本研究还总结了每个时间段里主要作为哨兵的生物种类、分析样本来源、测量的重金属指标、监测的环境和研究的地区（表1-5，见全文链接）。

图1 ”关键词“共现网络图的时区视图

图1显示，2000-2004年间，除关键词“铅”外，重金属“镉”与“汞”也是哨兵动物研究中高度关注的两种重金属。“海龟”和“贝类”被用作监测沿海水域、河流和湖泊等水生生态系统的哨兵；“蚯蚓”、“蜗牛”用于监测土壤环境，大多数动物样本取自肝脏和肾脏组织，甚至取自肌肉和大脑等需要通过一些创伤性手段获取的组织。2005-2009年对哨兵的大部分研究集中于与海洋环境相关的水生生态系统，如“牡蛎”、“菲律宾马尼拉蛤”、“鱼”、“海鸟和海洋哺乳动物”以及用于监测海洋和河口环境的其他哨兵，野生动物毛发中重金属的浓度也被视为环境的指标。根据图1和表S1中的关键词，这一时期的研究涉及“生物累积”和“生物利用度”，2000-2009年十年间，用于指示重金属（包括铅）暴露的哨兵动物主要集中于软体动物无脊椎动物（蚯蚓、蜗牛）、鱼类、水生和土壤环境中的贝类等，而较少集中于哺乳动物。

自2010年以来，哨兵动物研究的数量和动物物种的数量显著增加。2010年至2014年间，鸟类开始被用作监测环境中重金属暴露的哨兵，“羽毛”也被认为是非侵入性生物标志物。从2015年开始，与人类活动相关的特定暴露场景，如“油砂开采和加工”、“石油加工”、“与煤灰污染相关的环境”、“金矿开采活动”和“铅和锌冶炼厂”在重金属开采中受到了更多关注。哺乳动物，如“奶牛和绵羊”、“浣熊”、“非洲巨鼠”和“山羊”等更多用于监测此类工业环境中的重金属污染。“血液”的重金属浓度水平已被用作一种常见的生物指标，以指示动物体内重金属的暴露情况。海豚等大型哺乳动物也开始被用于监测海洋环境。2015年至2020年间，家养狗和猫在人类相关研究中被反复提及，因为它们的生活环境与人类更相似，可能被用作监测人类接触重金属的哨兵。图1显示，2015年之后的哨兵生物研究涉及不同的生态环境，以及“污染风险评估”和“健康风险评估研究”。

通常，根据动物生存的主要环境特征，使用不同的动物监测不同环境中的铅污染或其他重金属污染。其中，哺乳动物更多地用于监测与人类活动相关的环境，甚至猫和狗也可以直接用于监测人类的铅暴露。随着人类工业化进程的发展，以及采矿、冶炼、石油加工等特定行业的人类活动，环境重金属污染逐渐受到人们的关注，利用哨兵作为生物指标来监测这种污染环境已成为研究的趋势。另一方面，大多数哨兵动物样本仍然集中在肝脏、肾脏、肌肉、骨骼甚至大脑等组织中，而目前相对非侵入性的采样方法主要包括“鸟类”中的“羽毛”或某些哺乳动物中的“血液”或“毛发”。

图2 “研究地区”共现网络图的时区视图

根据研究国家的时区视图如图2所示。结合附表S2-S6（见全文链接），该领域的早期研究主要在美国、西班牙和日本等发达国家进行（2000-2003年）。2008年后，中国、巴西、伊朗等发展中国家也开始开展相关研究，但与此同时，这一段的主要研究仍然主要来自西班牙、意大利、法国、德国等欧洲国家（2008-2015年）。2016年后，研究逐渐转向非洲和亚洲的发展中国家，如尼日利亚、沙特阿拉伯、赞比亚和埃塞俄比亚（2016-2021年）。总体而言，发达国家对哨兵动物暴露于重金属的研究起步较早，占比较大。自2016年以来，尼日利亚、塞尔维亚和南非等发展中国家对哨兵动物的研究也逐渐增加，这主要与铅等重金属的来源有关。目前，在发展中国家，除了铅暴露的历史遗留问题外，工业活动仍然是导致铅和其他重金属暴露的主要因素。

结论与展望

哨兵动物被广泛用于监测环境和人类对铅和其他重金属的暴露。通过系统的文献研究，研究发现不同的动物被用来监测不同的特定自然环境，如鱼和贝壳，被用来监测海洋、河流和湖泊环境；而蚯蚓、蜗牛和其他软体无脊椎动物被用来指示土壤和土地环境；鸟类被用来指出大气环境或城市环境，而一些哺乳动物，如牛、羊、浣熊、红狐狸、狗和猫，更被用来监测城市地区或与人类活动相关的工业场所。

近年来越来越多的发展中国家对哨兵动物的研究给予了更多关注。但是，目前的研究还比较有限，且根据动物体内重金属的代谢特征，大部分分析样本均取自动物肾脏或肝脏，甚至其他身体组织(肌肉、大脑和骨骼等)，以获得更准确的监测数据。由于对这些组织的侵入性取样，有可能对动物造成一定的创伤。“One Health”的概念使人们更加关注人类和动物之间的联系，包括对疾病和环境污染的监测。哨兵动物已被用于监测重金属和有机污染物的暴露，未来的研究必须考虑综合暴露。基于物种多样性，应开展更多的监测研究，更多关注新的污染物，如全氟化合物、抗生素、内分泌干扰物等，并探索更多的无创性采样方法作为更有效的监测指标，同时进一步关注动物和人类健康的风险表征和管理。

作者介绍

陈星，博士生，北京科技大学能源与环境工程学院。研究方向为 “儿童及家养狗血铅暴露及污染来源解析”，以第一作者在Chemosphere、Environ Geochem Health等期刊上发表SCI论文3篇，作为项目骨干参与国家自然科学基金等多项国家级科研项目，多次参加国内、国际会议并进行口头汇报。

通讯邮箱：yongmouren@163.com