随着我国经济的发展以及民众健康观念的提升，天然矿泉水的消费量快速增长。含锶天然矿泉水是天然矿泉水的一个主导类型，饮用人群众多，含锶天然矿泉水的从业者和消费人群对其健康效应都颇为关注。陶勇[1]及秦俊法等[2]分别对饮水中的锶与健康的关系进行了论述。随着研究的不断深入，近年来国内外对水中锶与人体健康的关系有了更加丰富的认识，本文在相关文献的基础上对饮水中锶的健康效应和安全水平进行综述。

1、锶的基本特性

锶(strontium,Sr)位于元素周期表中ⅡA族，其在地壳中的丰度居所有元素的第15位，含量约为0.04%,相当于450mg/kg。锶分为稳定性锶和放射性锶两大类，稳定性锶一般以4种形态共存，其比例为：84Sr约0.56%,86Sr约9.86%,87Sr约7.02%,88Sr约82.56%;放射性锶有3种形态：85Sr(半衰期64.8天)、89Sr(半衰期50.5天)、90Sr(半衰期28年)[3]。放射性锶在医疗上可用于治疗骨癌和癌症骨转移所引起的骨性疼痛，对人体具有一定毒性，属于毒理学讨论的范畴，本文所指的锶均为稳定性锶。

锶与钙、镁等同属于碱土金属族，理化性质具有一定相似性。它们在人体中的生物学作用既有相似性，也有各自独特的特征。锶原子的体积是钙的2.2倍，与钙相比其电负性更小，电离电位更低，水化半径更小，锶和钙对螯合物具有不同亲和力，钙对依他酸[乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸]的亲和力比锶大两倍，锶是硫酸盐更好的配体。锶在人体中的百分比远低于钙和镁，属于微量元素(表1)。钙和镁是公认的人体必需元素，锶对于人体的必需性尚未获得WHO的确定[4]。

2、水中锶的来源、分布及水平

虽然锶在地壳中的丰度排名并不靠前，但分布却十分广泛。锶元素在自然界中无法单独存在，它极易被氧化而形成锶的化合物，天青石(以硫酸锶为主)和菱锶矿(以碳酸锶、氧化锶为主)是两种主要的含锶矿物，这些岩石经长期的风化、侵蚀、溶滤等自然作用，其中的锶以离子形式进入到地下水中。我国GB8537—2018《食品安全国家标准饮用天然矿泉水》规定天然水中锶≥0.20mg/L时就可命名为含锶天然矿泉水。目前我国已经勘察鉴定的含锶矿泉水水源地有1000余处，约占我国天然矿泉水总数的30%,在数量上是仅次于偏硅酸型矿泉水的第二大类型。

表1三种重要碱土金属在人体中的比例和浓度分随着我国经济的发展以及民众健康观念的提升，天然矿泉水的消费量快速增长。含锶天然矿泉水是天然矿泉水的一个主导类型，饮用人群众多，含锶天然矿泉水的从业者和消费人群对其健康效应都颇为关注。陶勇[1]及秦俊法等[2]分别对饮水中的锶与健康的关系进行了论述。随着研究的不断深入，近年来国内外对水中锶与人体健康的关系有了更加丰富的认识，本文在相关文献的基础上对饮水中锶的健康效应和安全水平进行综述。

表1三种重要碱土金属在人体中的比例和浓度

本课题组收集了国内市场上销售的347种瓶装水信息，发现有121种标注有锶含量，最小值为0.01mg/L,最大值高达45mg/L。有调查显示日本大阪超市的33种天然矿泉水中，锶的最高含量为13.64mg/L[5];德国908个矿泉水样本中，锶平均含量为0.54mg/L,最高含量为26.90mg/L[6]。

3、锶在人体内的吸收、分布与代谢

锶在人体内被吸收的主要部位是空肠，其吸收过程需要骨化三醇和钙离子的协同，通过肠上皮钙通道(epithelialcalciumchannel2,ECaC2)转运体，也称为瞬时受体阳离子通道亚家族V成员6(transientreceptorpotentialcationchannel,subfamilyV,member6,TRPV6)得以完成[3]。给8名志愿者口服氯化锶后发现，空腹时锶的平均绝对生物利用率为25%,标准餐状态下为19%,摄入2.9h后空腹及标准餐状态下血锶水平达到峰值，分别为(25.07±6.70)和(32.97±8.28)μmol/L[7]。锶的分子量大于钙，细胞对其转运相对较难，因而锶的吸收率通常只有钙的60%～70%[3]。影响锶吸收的因素很多：随着锶自身剂量增加、食物中钙浓度的增加以及个体年龄的增长，锶的吸收相对减少；体内维生素D水平增高、食物中乳糖和碳水化合物的增加则可促进锶的吸收[3]。

锶在人体内的分布和代谢与钙有一定相似性，两者都具有“趋骨性质(bone-seekingproperty)”,人体中大于99%的锶和钙存在于骨骼和牙齿中。骨锶与血锶不断进行交换，处于动态平衡。一般而言，骨骼中锶的含量会随着机体摄入锶剂量的增大、血锶含量的增高以及摄入锶时间的延长而相应增加，呈正相关关系[8]。虽然属于同一族元素，但人体对不同碱土金属的排泄途径各不相同，钡和镭主要通过粪便排出，而锶与钙主要通过肾脏排出，少部分通过乳汁和粪便排出，肾小管对锶的重吸收率比钙低，因而锶的排出率通常高于钙[3,9]。

4、锶与人体健康

4.1锶与骨骼健康

锶在人体骨骼中的含量远小于钙(表1),目前认为锶对骨骼健康的影响主要是通过对钙的影响而实现的。适宜的锶摄入可以促进钙的吸收从而有益于骨骼健康，但过量的锶摄入尤其同时伴随钙摄入较低时，锶会减少骨钙浓度而对骨骼健康产生不利影响，甚至增加佝偻病的发生风险。SHORR等[10]研究发现，将乳酸锶作为补钙佐剂给予成年男性后，其骨骼中钙的沉积大于单纯补钙。对人体骨骼的分析也发现，那些容易发生低能量骨折的股骨头位点往往锶含量较低。国外学者很早就观察到雷奈酸锶可以明显减轻骨质疏松患者的疼痛症状，同时也可改善骨骼的影像学特征，表现为骨小梁变粗增多，间隙减小[11]。另有实验研究发现，雷奈酸锶中的锶可分布到实验用猴的新生骨和密致骨以及骨小梁当中，而且这种分布呈明显的剂量-效应关系。将含柠檬酸锶的饲料喂养斑马鱼，可使其全身和脊柱的骨密度都有所提高[12]。陶勇等[13]的研究显示，低锶水组和高锶水组饮水中含锶量分别为0.195mg/L和10mg/L,两组女童的骨龄分别为11.15年和11.50年。

锶的益骨效应得益于它对成骨细胞和破骨细胞的双重作用，即在减少骨吸收的同时又可促进新骨的形成。雷奈酸锶的作用机制之一就是锶与骨钙受体结合后起到了成骨细胞激活剂的作用。锶可使体外培养的人腓骨和下颌骨细胞的骨髓基质细胞增殖率增加，骨钙素和骨桥蛋白基因表达增加，矿化结节形成更明显，提示锶可促进成骨行为[14]。锶也促进护骨素的合成，护骨素(osteoprotegerin)是骨生长因子核因子κB受体活化子配体(receptoractivatorofNF-κBligand,RANKL)的可溶性受体，能够通过抑制破骨细胞分化和诱导破骨细胞凋亡而减少骨吸收[15]。

然而，也有报道显示，过量的锶负荷尤其是伴随低钙摄入时对骨骼健康是有风险的，特别是对儿童和肾功能衰弱的人群(如肾透析者、高龄者)。OZGÜR等[16]发现，居住地土壤中锶高于350mg/kg的儿童，其佝偻病发生率为31.5%,而居住地土壤锶低于350mg/kg的儿童，其佝偻病发生率为19.5%,分析原因，可能除了锶过量暴露以外，日晒不足和以钙为主的营养不良也提高了佝偻病的发生率。徐丹凤等[17]用含锶5～500mg/L的饮水对Wistar大鼠开展了长达12周的干预实验，发现对大鼠体重增重、体长增长、血清碱性磷酸酶(alkalinephosphatase,AKP)活性、尿钙水平以及股骨弯曲断裂载荷等指标均无影响，但饮水中锶浓度达到250和500mg/L时，到第12周雄性大鼠血清钙含量降低，分别为(1.83±0.15)和(1.90±0.10)mmol/L,低于对照组的(2.33±0.25)mmol/L(P<0.01)。MOROHASHI等[18]研究发现，在饲料钙水平不变的情况下，与对照组股骨钙含量(以干重计，下同)18.38%±0.43%相比，每天摄入87.5μmol即7.7mg的锶可增加大鼠股骨钙含量至19.35%±0.44%,但当每天锶摄入量加大10倍(即875μmol,77mg)时，大鼠骨钙反而减少至15.77%±0.64%(P≤0.01),并出现低钙血症。体外培养成骨细胞实验也显示锶对骨骼细胞具有双相影响，当培养基锶浓度为0.5～1μg/mL时，细胞分化受阻，当锶浓度为2～5μg/mL时，细胞分化及矿化(羟基磷灰石形成)正常，当锶浓度为20～100μg/mL时，细胞分化及矿化明显受到抑制[19]。

上述结果均提示锶摄入过多时可对骨钙产生干扰，尤其是当钙摄入量较低时。其作用机制可能包括：(1)在肠道竞争性抑制钙的吸收，因锶和钙都是通过细胞膜钙结合转运蛋白而被吸收。离体肠道实验也证实了这两种金属具有竞争性的相互抑制作用[3]。(2)锶可抑制肾脏1-羟化酶的活性。此酶负责维生素D3的第2步羟基化，是维生素D3产生活性的重要步骤，此酶活性降低将导致肠道对钙的吸收以及肾脏对钙的重吸收受到影响[20]。

锶与龋齿的关系长期以来也备受关注。李尉卿等[21]采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定了牙病患者牙齿中的铁、锰、铬、锶、铜、锌、铝的含量，发现病牙的锶含量普遍低于正常牙，其降低趋势在所测的6种元素中最为明显。李子夏等[22]也发现健康牙釉质中的锶含量为128.00～156.77μg/g,而龋齿牙釉质锶含量为79.70～85.80μg/g,差异明显。锶在牙釉质再矿化中的作用可能与钙相似，在酸性溶液中加入锶可减少牙釉质的溶解，使牙釉质表面硬度降低较少。采用含锶10%的溶液治疗健康和脱钙人群牙本质过敏症，可在一定程度上增加脱矿牙本质的纳米力学性能[23]。这些结果提示牙齿中锶含量与牙齿健康之间存在较为密切的联系。

4.2锶与心血管疾病

DAWSON等[24]将1968年德克萨斯州24个社区45岁以上人群6种心血管疾病的年死亡率与各自社区饮用水和尿液中钙、镁、钾、锂、锶和硅的含量进行比较，观察到钠/锶比值异常与多种心血管疾病有关。作者推测锶在肠内与钠竞争吸收部位，减少了人体对钠的吸收，从而可能有助于心血管疾病的预防。但这个推测未见后续的实验研究予以证明。

钙对心血管系统的功能具有至关重要的作用，包括细胞内和细胞间的信号传导以及血液凝结等。锶与钙具有很高的相似性，在足够的浓度下有可能取代钙，从而对心血管系统产生负面影响。2016年在对雷萘酸锶进行安全风险评估的过程中，发现接受雷萘酸锶治疗的患者其心血管疾病的风险大大增加，虽然后续也有不同结论的观察报道，但这已引起人们的警觉[25]。HENDRYCH等[26]在其综述中提出，锶在临床治疗骨质疏松和骨瘤转移中的心血管系统副作用是众所周知的，基于此，他们对锶取代钙后心肌收缩的改变进行了研究，指出由于锶与肌钙蛋白C(troponinC)的亲和力比钙低4倍，当它取代钙时，会导致心肌细胞生理电位以及细胞收缩和松弛周期的改变，从而出现心血管功能异常。蔺艳等[27]用锶含量为2、4、6和8mg/L的天然矿泉水溶解培养基，观察其对体外培养人脐静脉血管内皮细胞的影响，结果显示，随着水锶浓度的增加，细胞增殖先升后抑，一氧化氮和内皮素的表达则是先抑后升，含锶组血管内皮生长因子的表达均低于对照组，这些改变提示含锶矿泉水可能对血管内皮细胞有影响，但具体影响如何及影响机制还有待进一步研究。

上述资料可见，药物性锶盐对心血管的副作用有很多支持证据，但饮水锶对心血管的利弊都还缺乏有说服力的证据，因此需要开展更多的研究予以澄清。

4.3锶对糖脂代谢的影响

Chen等[28]对1448例新诊断的2型糖尿病(type2diabetesmellitus,T2DM)患者、782例糖调节受损(impairedglucoseregulation,IGR)者、2230例糖耐量正常者进行了病例-对照研究，发现血浆锶含量与T2DM和糖耐量异常的发生均呈明显的负相关关系，其中血浆锶最高的四分位人群与最低的四分位人群相比，T2DM发生的相对危险度为0.45(95%CI0.35～0.57),IGR发生的相对危险度为0.55(95%CI0.43～0.71)。此外，血浆锶含量与总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇、脂质过氧化水平(血浆丙二醛水平)也呈负相关。关桥伟等[29]在进行非酒精性脂肪肝大鼠造模的同时，将部分大鼠的饮水中分别加入18和36mg/L的氯化锶，14周后发现，加锶组的血脂(甘油三酯、总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇)和肝脂(甘油三酯、总胆固醇)显著下降，肝组织免疫组化显示在脂肪沉积减少的同时，内质网应激蛋白、固醇调节元件结合蛋白、胆固醇合成关键酶蛋白表达下调，而介导LDL细胞内吞从而清除胆固醇的蛋白表达增强，提示锶可能通过调节某些脂代谢重要环节而改善机体脂代谢紊乱。以上资料提示，锶对改善机体糖类和脂类代谢可能有某些益处。

5、水中锶的安全水平

我国GB8537—87《饮用天然矿泉水》中曾经规定锶的含量为0.2～5.0mg/L,但在修订版GB8537—2018《食品安全国家标准饮用天然矿泉水》中仅规定锶的界限值为≥0.20mg/L,取消了上限值的规定。随着矿泉水资源的开发，发现有些地区天然矿泉水中的锶含量较高，有的瓶装水标注达45mg/L,如此高的浓度长期饮用是否有安全隐患值得关注。如前所述，在低钙摄入情况下，高剂量的锶摄入可引起动物和人类出现佝偻病样的骨骼变化，而目前中国人群膳食中普遍存在钙摄入不足的情况，某些欠发达地区的人群钙摄入严重不足[30]。也有研究表明，对于肾性骨营养不良、骨软化症或肾透析的患者而言，由于锶主要由肾脏排出，长期过量锶摄入也会引起血锶含量及锶/钙比值升高[31]。因此，需要重视水中锶浓度的安全上限值。

2000年陶勇等[32]基于饮水锶的流行病学研究和动物实验结果提出了5mg/L为生活饮用水中锶的最高限量值，其理由如下：(1)对学龄儿童的流行病学研究显示，饮水锶为10mg/L时对儿童健康发育没有影响；(2)饮水锶在5mg/L水平时，实验大鼠没有骨骼发育和力学性能改变，但50mg/L时雄性大鼠骨骼钙含量下降，250mg/L时雌性大鼠骨骼钙含量下降；(3)以往资料显示锶为低毒性元素。因此以引起大鼠骨骼病理改变的阳性变化剂量组50mg/L为参考剂量，考虑10倍安全系数，得出饮用水中锶以不超过5mg/L为限值。2001年秦俊法等[2]的分析显示，一般情况下，欧美人群从饮水中摄入的锶约为食物的11%,而中国人群约为13.2%。他们认为，如果参照锶盐的临床安全剂量200～600mg/d作为人类饮食锶的安全剂量，在钙摄入量合适的情况下，饮水锶含量在10～30mg/L应该是安全的。

柠檬酸锶是已经广泛使用的用于改善骨密度的膳食补充剂或非处方药，其推荐剂量为680mg/d。2019年文献报道的SD大鼠致畸性研究中，柠檬酸锶对大鼠产前发育影响的未观察到有害效应的最高剂量(NOAEL)为1360mg/(kg·d)[33],柠檬酸锶中锶的含量约40%,以此为基础，参照饮水锶摄入量占食物总摄入量约10%的比例，取100倍安全系数，得出体重为60kg的人每天饮水2L时，日常饮水中锶的安全水平(上限值)为：[1360mg/(kg·d)×40%×60kg×10%÷2L]÷100=16.32mg/L;如果按照每天饮1L矿泉水计算，则其安全水平(上限值)为32.64mg/L,这个水平与2001年秦俊法提出的10～30mg/L基本一致[2]。

6、结语

综上所述，锶与其同族元素钙性质相似，但原子量较大，导致两者在人体的代谢和生理表现上既有相似性又有独特性。锶与钙一样具有趋骨特性，但锶在骨骼中的绝对量远小于钙，锶对骨骼的影响主要是通过对钙的影响而实现的。适宜的锶摄入可以促进钙的吸收从而有益于骨骼健康，但过量的锶摄入尤其伴随钙的摄入较低时，会对正常骨钙产生影响，严重时具有致佝偻病的风险。锶也可能通过调节肝脏脂肪代谢的关键环节(抑制胆固醇合成关键酶、增加低密度脂蛋白细胞内吞受体等)而改善机体脂肪代谢紊乱。锶对于心血管系统的影响尚需更多研究予以明辨。

据目前资料分析，对于成年健康人群，日常生活饮用水(假定每天饮用2L)中锶含量不超过16.32mg/L是安全的，矿泉水(假定每天饮用1L)锶含量不超过32.64mg/L也是安全的。鉴于低钙摄入和肾功能低下时对高锶较为敏感，因此建议婴幼儿、高龄者、肾脏病患者、钙营养不良人群避免长期单一饮用锶含量过高的饮水。

水锶与健康的关系目前亟待关注以下几个方面的问题：(1)水锶是否与锶盐一样，具有心血管系统的隐患?众所周知，药物性锶盐对心血管系统的副作用令人警惕。对人体而言，药物性锶盐是相对较短时期内、单一物质的较大剂量暴露，而饮水锶则是长期、伴随多种其他离子(钙、镁等)的较低浓度的暴露，因而药物锶的健康效应不能完全等同饮水锶。(2)目前少量的人群流行病学观察多为生态性观察，急需开展精确测量的横断面研究、前瞻性研究等等，以便获得高质量的人群层面的规律。(3)锶对骨骼健康和糖脂代谢紊乱的作用已有一些研究支持，但其研究的深度(例如机制研究)还需要进一步强化，以便为富锶矿泉水的医疗开发提供科学依据。

文章来源：张建江,王佳,舒为群.饮水中锶的健康效应和安全水平[J].卫生研究,2021,50(04):686-690+697.