兰州地区居民多环芳烃健康风险评价

兰州地区居民多环芳烃健康风险评价

多环芳烃（hydrocal，简称pahs）是一种广泛存在于各种环境条件的永久性有机污染物。大部分PAHs对生物都有一些不利的影响,如免疫毒性、致癌性和致基因突变性等,还被证实具有环境内分泌干扰物的作用。因此,多环芳烃引起了人们极大的重视,美国环保局提出了将16种PAHs作为优先控制污染物。兰州作为我国西北重要的工业城市,人口密度大,企业燃煤、冬季居民取暖燃煤、机动车排放均已成为多环芳烃的重要排放源,兰州市大气和水体等环境介质中PAHs污染水平较严重,如彭林等报道的兰州市大气TSP中多环芳烃质量浓度为2000ng·m-3,远远高于国内大连(122.18ng·m-3),杭州(38.46ng·m-3),青岛(57.65ng·m-3),台中(63.00ng·m-3),与国外城市UrbanSeoul,Korea(131.9ng·m-3),UrbanLasPalmasdeGranCanavia,Spain(30.76ng·m-3)相比,彭林等报道的兰州市大气TSP中多环芳烃质量浓度亦远远高于国外城市报道的数值。此外彭林等报道的兰州市大气TSP中BaP为59.3ng·m-3,超过国家规定的大气质量标准(10ng·m-3),另外王平等对黄河兰州段16种多环芳烃的质量浓度也进行了报道:黄河兰州段PAHs平均质量浓度为4.020μg·L-1(∑16PAH)、长江三峡库区PAHs平均质量浓度为0.552μg·L-1(∑8PAH)、长江武汉段PAHs平均质量浓度为2.095μg·L-1(∑11PAH)、杭州钱塘江PAHs平均质量浓度为41.505μg·L-1(∑10PAH)、黄河中下游小浪底和花园口PAHs平均质量浓度分别为0.369和0.182μg·L-1(∑15PAH)、法国赛纳河PAHs平均质量浓度为0.02μg·L-1(∑11PAH)、美国密西西比河平均质量浓度为0.0408μg·L-1(∑13PAH)。与国内的一些河流相比,黄河兰州段水相中PAHs的质量浓度比长江三峡库区、长江武汉段和黄河中下游小浪底、花园口段面的质量浓度要高,比杭州钱塘江的质量浓度要低。与国外的一些河流相比,黄河兰州段水相中PAHs质量浓度明显高于赛纳河和密西西比河,说明黄河兰州段水体的PAHs污染已较为严重[3,11,12,13,14,15,16]。通过以上的分析可以看出,兰州市大气和水体环境己普遍受到多环芳烃的污染。多环芳烃从兰州市污染源排放进入大气中,会随着大气的运动而扩散,使其污染范围不断扩大,大气中的多环芳烃还会在气相和颗粒相间分配,被悬浮颗粒物吸附形成大的颗粒物而发生干湿沉降,通过干湿沉降作用进入水体、土壤以及植物等,同时可以通过水生和陆生生态系统逐级放大,累积到较高的浓度。人类通过食物、饮水、空气和皮肤接触等途径摄入多环芳烃,从而危害人体健康。以往兰州市的多环芳烃污染研究仅对单一环境中的多环芳烃污染进行报道,仅仅报道多环芳烃污染物的浓度水平,到目前为止,针对兰州多环芳烃污染对人体健康的影响报道不多。因此,本研究选取兰州地区居民为研究对象,采用多介质人体暴露模型,评价兰州地区居民暴露于多环芳烃的健康风险,分析健康风险的来源、暴露介质及暴露途径,分析了多介质人体暴露模型主要输出结果与天津、北京在暴露途径,暴露贡献率等方面的差异[17-18]。1材料和方法1.1检测加和计算生物过程暴露量的计算模型框架采用EPA的污染物多介质暴露模型。考虑到兰州地区人群在膳食和行为模式方面与国外的差异,以及兰州地区的现有数据情况,在研究对象划分上,考虑到不同年龄人群的膳食结构、食物消费量、呼吸量等行为模式因子上存在着显著差异,将兰州地区人群划分为儿童(0~6岁)和成人(>18岁)2个亚群。在暴露途径方面。每个亚群的暴露途径均分为3大类共14种,包括食物和饮水(谷类、蔬菜水果、鱼、肉、奶、蛋、饮用水)、呼吸(气体和可吸入颗粒物)、皮肤(降尘和洗浴水)等。总暴露量即为不同途径暴露量的算术加和。按兰州地区人群平均寿命计算,根据不同亚群的年平均暴露量的估算值可以计算出兰州地区人群的终身日均暴露量。表1列举的参数包括浓度和暴露因子2类,前者分介质浓度(4种)和食物浓度(7种),后者包括时间-行为模式因子(24种)和生理因子(12种)2类。其中暴露因子类参数因亚群不同而异。本研究通过多介质逸度模型计算得到各环境介质中的多环芳烃浓度,对于食物(谷类、蔬菜水果、鱼、肉、奶、蛋)中的多环芳烃浓度计算本文采用Macleod提出的方法利用逸度概念计算得到。环境介质中的污染物会在暴露介质中富集,暴露介质中的污染物则会通过多种途径暴露于人体。环境中的暴露介质包括空气、水、颗粒物及食物四大类。对暴露介质中的污染物含量采用逸度模型的计算值,在计算PAHs混合物的致癌风险时,采用各种PAHs相对于苯并[a]芘(BaP)的毒性等效因子(ToxicEquivalencyFactors,TEFs),将PAHs混合物的浓度转化为苯并[a]芘等效浓度(BaPeq)。居民多环芳烃的日平均暴露量采用美国环境保护署(USEPA)的分析方法,其计算公式见下式:式中:CDIijk为第i种环境介质中污染物经第j种暴露介质通过第k种暴露途径对人体单位体质量的日平均暴露量,mg·kg-1·d-1;Ci为第i种环境介质中的污染物含量,mg·kg-1或mg·m-3;Cj为第j种暴露介质中的污染物含量,mg·kg-1或mg·m-3;CRjk为人体对第j种暴露介质经第k种暴露途径的日均暴露量,kg·kg-1·d-1或m3·kg-1·d-1;BW为人体体质量,kg;ED为暴露年限,a;EF为暴露频率,d·a-1;AT为总平均暴露时间,d。1.2健康风险评估健康风险度评定应包括风险表征、评价中的不确定性分析、评价结论等内容。1.2.1致病性风险度POPs主要为致癌性的健康危害,其风险表征如下式所示:式中Ric:化学致癌物经i暴露途径导致致癌健康风险度,a-1;Rc:致癌健康风险度,a-1;DOSEi:化学致癌物经i途径的终生日均暴露剂量,mg·kg-1·d-1;qi:化学致癌物的致癌强度系数,mg·kg-1·d-1,HL:人类平均寿命,一般取70年,a。CDI:体单位体质量的日平均暴露量,mg·kg-1·d-1。1.2.2不确定性探索环境风险分析过程中存在大量不确定性。对健康风险而言,其不确定性主要包括环境介质污染物含量、污染物多途径暴露定量输入参数及居民个体间的差异等。应用蒙特卡罗方法分析兰州地区多环芳烃健康风险评价过程中的不确定性。2健康风险度的性别、年龄分布情况见表3根据逸度模型的计算浓度,结合多途径暴露分析模式,采用蒙特卡罗方法对暴露介质的多环芳烃含量进行随机模拟分析。模型参数通过查阅相关参考文献及借鉴国内外同类模型输入参数确定。采用式(1)分析暴露量,由于不同性别、不同年龄段的居民对污染物具有不同的敏感性,故根据国际通用的健康风险居民人群阶段划分方法,将兰州地区居民分为幼年(0~6岁)和成年(>18岁)2个年龄亚群。兰州地区居民暴露量在目前暴露水平下,2个年龄亚群日平均暴露量:幼年男性为4.19×10-4mg·kg-1·d-1,成年男性为4.90×10-4mg·kg-1·d-1;幼年女性为4.37×10-4mg·kg-1·d-1,成年女性为5.77×10-4mg·kg-1·d-1。不同年龄阶段暴露量由大到小依次为成年女性>成年男性>幼年女性>幼年男性。不同年龄段不同性别单位体重日均暴露量见图1。由图可见,食物、空气暴露和饮用水是人体暴露的重要途径。不同年龄段、不同性别的人群不同暴露途径暴露量所占比例见图2,由图2可以看出,膳食暴露是最重要的暴露途径,成年女性所占比例较高,达96.97%,其它依次为成年男性96.91%,幼年男性91.00%和幼年女性90.03%。由于环境介质和食物中多环芳烃含量的差别,以及摄食率和暴露时间的不同,导致不同的多环芳烃暴露途径的贡献率也存在很大差别。多环芳烃含量高、摄食率大、暴露时间长的暴露途径,其对总暴露量的贡献也大。兰州地区人群对多环芳烃的暴露的各暴露途径的贡献率最大的为谷物暴露,占总暴露量的82.34%。其次是蔬菜暴露,占总暴露量的5.88%,最后为肉类,占总暴露量的3.78%。不同年龄段、不同性别的人群膳食暴露量所占比例也存在一定的差异,幼年儿童正处在生长发育的关键时期,对各种营养物质的需求高于成年人,蔬菜水果、鱼、肉、奶、蛋的食物消费量较高,故幼年儿童通过摄食蔬菜水果、鱼、肉、奶、蛋膳食暴露量高于成年人。从呼吸暴露量来看,幼年儿童通过呼吸暴露途径吸收的多环芳烃的暴露量明显高于成年人。兰州作为我国西北重要的工业城市,人口密度大,企业燃煤、冬季居民取暖燃煤、机动车排放均已成为多环芳烃的重要排放源,兰州市大气中多环芳烃浓度水平较高,特别是每年沙尘过境期间,大气中部分致癌性多环芳烃浓度会有一定程度的上升,而幼年儿童作为敏感的人群,由此导致的呼吸暴露的危害不容低估。从皮肤暴露途径来看,幼年儿童与成年男性通过皮肤暴露接触途径的暴露量接近,而成年女性皮肤暴露量高于上述3个人群,这可能与成年女性洗浴时间长,洗浴频率高有一定的关系。兰州地区多环芳烃类污染物居民人体健康风险度评价采用式(2)和式(3)定量计算。风险评定结果见图3。男性和女性健康风险平均值分别为4.12×10-5·a-1和4.80×10-5·a-1。女性风险度大于男性,根据美国EPA可接受风险度标准1.0×10-5·a-1,兰州地区多环芳烃类污染物居民人体健康风险度远远高于该标准。可以认为兰州地区多环芳烃类污染物对人体健康风险已经达到较高的水平。通过对兰州市不同性别,不同年龄人群多环芳烃暴露情况分析可以看出,兰州地区女性对多环芳烃的暴露量高于男性,女性健康风险平均值亦远远高于EPA标准值,而已有的研究表明,多环芳烃作为环境内分泌干扰物能促进肿瘤生长,充当乳腺致癌物或影响乳腺的发育及易感性,增加了乳腺癌的发病危险。兰州地区女性乳腺癌发病率较高,高于全国平均水平,兰州地区女性乳腺癌发病率较高可能与长时间低剂量多环芳烃暴露有一定的关系。由于不同地区社会背景和人们的生活习惯差异,兰州地区与李新荣报道的天津与北京以及国外一些研究中多环芳烃人群暴露存在一定的差异。(1)兰州地区与李新荣报道的天津与北京多环芳烃人群暴露暴露量不同。根据模型计算结果,在目前暴露水平下,兰州儿童和成人2个年龄段亚群对多环芳烃的暴露量分别为4.28×10-4mg·kg-1·d-1,5.34×10-4mg·kg-1·d-1,李新荣报道的天津与北京儿童和成人2个年龄段亚群对多环芳烃的暴露量分别为4.30×10-3、3.1×10-3mg·kg-1·d-1和1.83×10-3、1.20×10-3mg·kg-1·d-1。兰州儿童和成人2个年龄段亚群对多环芳烃的暴露量低于天津和北京地区PAHs暴露量。(2)从不同暴露途径贡献比例来看,兰州地区与李新荣报道的天津与北京多环芳烃不同暴露途径贡献比例也有所不同,兰州地区膳食暴露在终生日均暴露量中的贡献为93.73%,呼吸途径占3.51%,天津地区膳食暴露在终生日均暴露量中的贡献为93.00%左右,呼吸途径占5.19%,北京地区膳食暴露在终生日均暴露量中的贡献为88.70%,呼吸途径占6.40%。兰州地区膳食暴露在终生日均暴露量中的贡献与天津地区接近,略高于北京地区,兰州地区呼吸途径在终生日均暴露量中的贡献低于天津和北京地区。(3)兰州地区人群通过膳食摄入的多环芳烃的暴露量与天津、北京地区、英国和瑞典也存在差异。兰州地区人群对多环芳烃的暴露的各暴露途径的贡献率最大的为谷物暴露,占总暴露量的82.34%。其次是蔬菜暴露,占总暴露量的5.88%,最后为肉类,占总暴露量的3.78%。天津地区贡献最大的为谷类,平均占总暴露量的31.00%,蔬菜摄入对总暴露的贡献也相对较高,达22%,肉类占总暴露的25.00%。北京地区摄食谷类占总暴露量的27.00%,摄食蔬菜占总暴露量的7.70%,肉类占总暴露的35.50%。英国总膳食研究的结果显示,多环芳烃主要来自油脂,其中28.00%来自黄油,20.00%来自奶酪,17.00%来自人造奶油。谷物中的56.00%来自白面包,12.00%来自面粉。其次为蔬菜,水果来源,奶类和饮料不是重要来源。尽管熏鱼和熏肉PAHs含量较高,但它们在英国的消费量不大,不是膳食的主要组成部分。瑞典的研究结果,谷物为主要来源,占总PAHs暴露量的34.00%,其次为蔬菜(约18.00%)和油脂(约16.00%)。通过对兰州地区与天津、北京地区、英国和瑞典多环芳烃膳食暴露的分析可以看出,兰州地区人群对多环芳烃的暴露的各暴露途径的贡献率最大的为谷物暴露,蔬菜和肉类的暴露贡献比较低。膳食暴露中不同暴露途径的贡献率与当地膳食组成比例和膳食消费习惯相关。3健康风险评估综合幼年和成年日平均暴露量得到兰州地区居民中男性和女性对环境中多环芳烃的终身日平均暴露量分别为4.55×10-4和