基于動物實驗的環(huán)境健康風險評價模型在白洋淀水質監(jiān)測中的應用

郝廣民,姜 婧,陳孟橋,國洪賓,周程艷,劉 琳

(1.河北省保定環(huán)境監(jiān)測中心，河北 保定 071000；2.河北大學 藥學院，河北 保定 071002)

1 引言

據(jù)中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部公布的《中國生態(tài)環(huán)境公報》，2000～2010年白洋淀一直處于非常嚴重污染狀態(tài)(劣Ⅴ類)，2011～2017年白洋淀水質稍有改善(Ⅴ類)，2018年至今白洋淀水質比2000年有明顯改善(Ⅳ類)，但還未達到功能區(qū)要求(Ⅲ類)。白洋淀生態(tài)修復任重道遠，白洋淀濕地對維持華北地區(qū)生態(tài)平衡和保持生物多樣性發(fā)揮著生態(tài)安全屏障作用，同時白洋淀是雄安新區(qū)地標性的自然景觀，也是雄安新區(qū)生態(tài)建設的重要依托，更是雄安新區(qū)“千年大計”的重要組成，故白洋淀的生態(tài)環(huán)境有著更高的要求[1，2]。目前常用的環(huán)境監(jiān)測手段大多為關注單一物質或一類物質對人體健康的毒性和潛在危險性[3～6]，但各種有害物質在實際生活中是并存且互影響的，共同作用于人類健康。白洋淀這種敏感重要的水域，急需一種綜合評價的環(huán)境監(jiān)測手段，以提供準確的環(huán)境質量及其變化趨勢，為白洋淀生態(tài)修復筑牢堅實的基礎。本研究對從王家寨采集的白洋淀樣品進行綜合分析。

藥物研發(fā)和制造行業(yè)、紡織品行業(yè)，以及化妝品行業(yè)通常使用動物實驗來綜合評價產品對人類身體健康的安全性[7，8]。動物實驗是通過觀察實驗動物的反應，探究其發(fā)生機制、發(fā)展規(guī)律，進而推用到人類。小鼠是動物實驗常用的實驗動物，因其對外來刺激敏感，并且與人類接觸毒物所產生的毒性反應相似，同時具有易飼養(yǎng)、生長周期短等優(yōu)點，廣泛應用于各行業(yè)的安全性評價，但是在水質監(jiān)測中的應用鮮有報道。健康風險評價( health risk assessment, HRA )將環(huán)境污染與人體健康相關聯(lián)，通過估算人體接觸有害因子后不良影響發(fā)生概率，把風險度分級作為目標結果，通過環(huán)境健康風險評價模型分析環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，推測出描述污染物對人體產生的危害，可為水源地水環(huán)境的健康風險管理和保護提供參考依據(jù)。常用的是于20世紀80年代由美國環(huán)保署(USE)所提出的評價方法及模型，但該模型同樣關注單一物質或一類物質對人體健康的毒性和潛在危險性[9～13]，需要建立一種能夠綜合評價健康風險的模型。

因此以白洋淀為例，嘗試采用環(huán)境健康風險評價模型評價白洋淀水體環(huán)境質量現(xiàn)狀對人體的健康風險，以期發(fā)揮動物實驗在白洋淀水質監(jiān)測中的作用。環(huán)境健康風險評價模型評價對象為白洋淀游客，白洋淀為5A級旅游景區(qū)，2017年旅游人數(shù)高達235萬人次，游客在白洋淀游玩期間難免會接觸甚至誤吞白洋淀水體，若水體遭受有害物質污染，將威脅民眾生命財產安全。雖然健康風險評價在20世紀80年代就已興起，并針對白洋淀健康風險評價作出大量研究，但都是集中在研究白洋淀水體長期接觸的當?shù)鼐用竦慕】碉L險，鮮有研究白洋淀水體對游客的健康風險，風險識別是環(huán)境健康風險評價的第一步，也是應用基于動物實驗的環(huán)境健康風險評價模型方法評價水體環(huán)境質量的精髓所在。目前常用的風險識別方式過程為：首先列出評價范圍內對人體健康可能產生嚴重危害的物質，然后進行篩選識別，最終確定1～3個危害最大的物質。這種識別方式容易遺漏重要的污染物質，并忽視污染物之間的相互作用?；趧游飳嶒灥沫h(huán)境健康風險評價模型評價水體環(huán)境質量的方法，是通過建立動物實驗模型，依據(jù)實驗動物在接觸水體后的生理反應以及病理變化，來綜合識別水體中含有物質的濃度是否達到危害人體健康的程度。動物模型中的實驗動物在接觸到濃度足以危害人類健康的物質后，能夠展現(xiàn)出生理反應及病理變化是基于動物實驗的環(huán)境健康風險評價模型用來評價水體環(huán)境質量的前提。本研究以白洋淀水體為例，游客為對象，研究了使用基于動物實驗的健康風險評價模型法評價水體環(huán)境質量的可行性。

2 研究區(qū)域概況

白洋淀(東經115°39′～116°11′，北緯38°48′～38°57′)位于雄安新區(qū)核心地帶，屬于海河流域大清河水系。白洋淀是華北平原唯一常年積水的淺水型淡水湖泊，也是第一大淡水湖泊濕地，素有“華北之腎”及“華北明珠”之美譽[14]。白洋淀共有國(省)控地表水點位9個，分別是棗林莊、王家寨、燒車淀、光淀張莊、南劉莊、鴣丁點、端村、圈頭以及采蒲臺。白洋淀點位分布見圖1，本研究是從王家寨采集的白洋淀樣品。

圖1 白洋淀監(jiān)測點位示意

3 實驗材料儀器

SPF級昆明小鼠126只，雌雄各半，體重(20±2)g；普通級健康成年新西蘭家兔8只，重2.5～3.0 kg，由北京維通利華生物技術有限公司提供。實驗溫度：22～25℃，相對濕度：55%～70%。實驗期間光線12 h循環(huán)，自由飲水，進食。 實驗動物許可證號：SYXK(冀)2017～0002。

2, 4-二硝基氯苯，配制1%為致敏濃度，0.1%為激發(fā)濃度；白洋淀水體(采集自白洋淀王家寨國控地表水點位)；微囊藻毒素(純度95%，瑞士Alexis 公司)，配制成10 μg/L微囊藻毒素水溶液；白細胞介素-1β(IL-1β，批號：20190606)、白細胞介素-6(IL-6，批號：20190104)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α，批號：20190104)、白細胞介素-17(IL-17，批號：20190916)酶聯(lián)免疫檢測試劑盒均由江蘇酶標生物科技有限公司生產；Trizol(英杰公司，批號：15596-026)；HiFi Script KT(批號：CW2582H)、UltraSYBR Mixture 熒光定量試劑盒(批號：CW0957H)、SuperReal PreMix Plus(批號：FP205)均購自天根生物科技有限公司；全自動酶標儀(美國伯騰)； ABI7500 型熒光定量 PCR 儀(美國應用生物系統(tǒng)公司)；BioPhotometer 型生物分光光度(德國艾本德)；QL-902 型渦旋振蕩儀(海門市其林貝爾儀器制造有限公司)。

4 研究方法

4.1 急性毒性試驗

白洋淀水體中含有一些有害物質，游客誤飲可致急性毒性反應，故建立急性毒性試驗。 LD50預實驗： 20只小鼠隨機均衡分為4組，雌雄各半，適應飼養(yǎng)7 d后禁食不禁水12 h，按小鼠灌胃可承受的最大體積(40 mL/kg)分別灌胃給予白洋淀水樣及其10、20、50倍濃縮液，自由進食和飲水，連續(xù)觀察7 d，記錄小鼠體征變化及死亡情況，擬算出半數(shù)致死量。若各組小鼠無死亡情況，則進行最大耐受量(MTD)試驗。 MTD試驗：40只昆明種小鼠隨機均衡分為對照組和試驗組，雌雄各半，禁食不禁水12 h后，按本品可以灌胃的最大濃度(白洋淀水體50倍濃縮液)及小鼠可承受的最大體積(40 mL/kg)灌胃給藥，24 h內給藥2次，間隔6 h，末次給藥6 h后自由進食和進水，空白對照組給予等劑量生理鹽水，連續(xù)觀察7 d，記錄7 d內受試小鼠體征變化、生理反應及死亡數(shù)，計算小鼠口服白洋淀水體最大耐受量。并于7 d后處死小鼠，取出并洗凈臟器，以電子天平精密稱重，記錄各器官重量，重復3次，計算各臟器系數(shù)。

4.2 皮膚毒性試驗

白洋淀水體中含有一定量的易敏物質，部分游客接觸水體易造成皮膚過敏反應，故本研究建立皮接觸途徑毒性試驗來評價水質。將36只SPF級昆明小鼠按照體重隨機分為空白對照組、陽性對照組和試驗組，分別涂抹生理鹽水、2% 2, 4-二硝基氯苯及白洋淀水體。試驗前24 h將小鼠腹部兩側剃毛來模仿人類皮膚。 致敏接觸：將各受試物涂布于小鼠腹部左側去毛區(qū)，隨即覆蓋塑料薄膜并固定，給藥6 h后洗去，此后第7 d和第14 d同法操作。激發(fā)接觸：末次給予受試致敏物后7 d，分別以10倍稀釋后上述致敏物涂于小鼠右側無毛區(qū)，6 h后將腹部清洗干凈，觀察并記錄小鼠皮膚過敏反應情況。觀察每次致敏后及激發(fā)接觸后0 h、24 h、48 h和72 h皮膚紅斑、水腫等異常反應。對激發(fā)接觸后皮膚過敏反應進行評分并計算過敏率。 根據(jù)小鼠過敏平均積分及過敏率兩種方式，對白洋淀水體致敏性進行具體評價。過敏反應評分標準及其發(fā)生的程度標準分別見表1、表2。

表1 皮膚過敏反應評分標準

表2 皮膚過敏反應程度評分標準

4.3 眼刺激試驗

當白洋淀水體中含有一定量的刺激性物質時，水體濺入游客眼中易造成眼睛刺激性傷害，故建立急性眼刺激試驗模型。選擇眼部健康的8只家兔，雌雄各半，分為陽性對照組和試驗組，分別取5%的溴氰菊酯溶液0.1 mL及0.1 mL白洋淀水體于左側眼結膜囊內，使上、下眼簾被動閉合1 min，右側眼睛用生理鹽水作為陰性對照。于滴眼后1 h及每天觀察和記錄家兔眼結膜、虹膜、角膜損傷程度，直至眼部刺激消退。根據(jù)《化學品急性眼刺激性/腐蝕性試驗方法》(GB/T 21609-2008)進行判定受試物對眼刺激或腐蝕作用的有無及強度。

4.4 口服毒性試驗

若白洋淀水體含有有毒物質，游客誤吞水體易產生中毒反應，故建立口服毒性模型,30只SPF級昆明小鼠適應性培養(yǎng)一周后按照體重隨機分為空白對照組、陽性組及實驗組,各組分別以生理鹽水、10 μg/L微囊藻毒素溶液、白洋淀水體為飲用水，小鼠自由攝食、飲水，連續(xù)7 d。期間觀察小鼠一般狀態(tài)、攝食攝水等情況,記錄小鼠是否出現(xiàn)相關不良反應及出現(xiàn)時間和程度,7 d后，各組小鼠禁食不禁水12 h，稱重，眼眶取血，血液樣品于室溫下靜置1 h后 3000 r/min 離心10 min，取上層血清，按試劑盒操作檢測血清ALT、AST、LDH、Scr、Glucose、ALB水平；酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)測定TNF-α，IL-1，IL-6，IL-17含量。

采血后用脊椎脫臼法處死動物，迅速采集各器官，清理干凈后，以10 %中性福爾馬林溶液固定24 h，梯度乙醇脫水，二甲苯透明，石蠟包埋后以手動輪轉式石蠟切片機切4 μm薄片，H&E染色，在200倍光鏡下進行觀察。 Real-time PCR法檢測胃組織中IL-1、IL-17，肝組織TNF-α、NF-κB和腎NF-κB、IL-6的mRNA表達，Trizol提取各組織樣本中總RNA，檢測RNA的濃度和質量；按照試劑盒說明書進行逆轉錄反應，將反應所得cDNA產物用于后續(xù)PCR。反應步驟如下：95 ℃ 15 min，95 ℃ 10 s，53～58 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，循環(huán)40次。以β-actin為內參基因，用熒光定量 PCR 儀測定樣本CT值，用2-△△CT法進行相對定量分析表征基因相對表達水平。 引物序列及產物大小見表3。

4.5 綜合性評價模型建立

參照《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》(GBZ 230-2010)將急性毒性試驗、皮接觸途徑試驗、急性眼刺激試驗、口服毒性試驗的危害程度賦予不同權重，分別為0.1、0.2、0.2、0.5。根據(jù)上述權重情況對危害程度進行打分，公式為：綜合危害程度分值=急性毒性試驗得分×0.1+皮膚接觸途徑試驗得分×0.2+急性眼刺激試驗。

表3 引物序列及產物大小

試驗×0.2+口服毒性試驗×0.5，滿分4分。急性毒性試驗的危害程度評分標準為：出現(xiàn)小鼠死亡為4分；無小鼠死亡，且最大耐受量小于400 mL/100 g為2分；無小鼠死亡，且最大耐受量大于等于為0分。皮接觸途徑試驗和急性眼刺激試驗試驗分別按照《中華人民共和國職業(yè)衛(wèi)生國家標準》(GBZ/T 240.7-2006)、《化學品 急性眼刺激/腐蝕性試驗方法》(GB/T 21609-2008)進行評分，極強致敏性者記4分；強致敏性者3分；中度致敏性者2分；輕度致敏性者1分；弱致敏性者0分。口服毒性試驗總分為4：當出現(xiàn)老鼠死亡直接記為4分；沒有老鼠死亡時，口服毒性模型公式為，口服毒性模型得分=是一般狀態(tài)得分+臟器外觀得分×0.25+臟器病理得分×0.25+臟器生化指標得分×0.25+血液生化指標得分×0.25，滿分3分。當小鼠行為、外觀、飲食(水)量出現(xiàn)異常，口服毒性模型一般狀態(tài)記為1分。臟器、血液生化指標評分標準為:P≥0.5記為0分；P<0.5記為1分；P<0.01記為2分。臟器外觀、病理評分標準為：無明顯異常記為0分；異常似有似無為1分；有明顯異常記為2分。上述4個動物試驗中每有一個試驗出現(xiàn)異常表現(xiàn)，則累加一個風險因子積分，否則為0，滿分4分?；谏鲜鲈u分標準，建立一個綜合性動物模型，用以評價水體質量。

4.6 統(tǒng)計學分析

以SPSS 22.0 軟件對本試驗所得數(shù)據(jù)進行分析，采用均值-單因素方差分析法，比較各組間的顯著性差異。結果以平均值±標準差(x±s)表示，P<0.05即認為差異有統(tǒng)計學意義。

5 結果分析

5.1 急性毒性研究

LD50預實驗中，灌胃數(shù)小時后小鼠出現(xiàn)大便黃而稀溏，活動量減少，精神萎靡等表現(xiàn)，尤以50倍濃縮組為甚，但各組小鼠在給藥后7 d觀察期間無死亡情況。因本次試驗無小鼠死亡，無法計算半數(shù)致死量，故進行了最大耐受量測定。以最大濃度和最大可承受體積進行兩次灌胃給藥后，2 h內大部分試驗組小鼠活動量減少、反應遲鈍、大便溏瀉；之后小鼠癥狀減輕并恢復至正常；7 d內無小鼠死亡。第7 d稱重后脫頸處死小鼠，解剖，肉眼可見各重要臟器質地、形態(tài)、顏色等與空白組小鼠相似無異常，器官系數(shù)無明顯差異(表4、5)，表明急性白洋淀水體中毒對器官傷害較小且可恢復。灌胃48 h內試驗組小鼠體質量低于空白對照組，推測白洋淀水體會影響小鼠消化功能，這與部分游客誤食白洋淀水體后出現(xiàn)急性腸胃炎的表現(xiàn)不謀而合，故用此模型進行急性毒性評價具有一定合理性。小鼠對白洋淀水體最大耐受量為400 mL/100 g。

表4 急性毒性試驗白洋淀水體對小鼠體重影響

表5 臟器系數(shù)

5.2 皮膚毒性試驗

從圖2可看出，空白組小鼠未出現(xiàn)生理反應，而陽性對照組所有小鼠均出現(xiàn)大量明顯紅斑，致敏率為100%，說明本研究所用動物對含有2%的2, 4 -二硝基氯苯敏感，滿足用來評價水體環(huán)境質量的前提。同時樣品組僅一只小鼠出現(xiàn)了輕微的生理反應，致敏率為8.67 %，這與白洋淀水體對大多數(shù)人不會造成過敏反應的常識是一致的，證明該模型同樣適用于實際水樣，因此皮膚接觸途徑基于動物實驗的健康風險評價模型評價水體環(huán)境質量可行(表6)。

表6 皮膚過敏反應計分

圖2 激發(fā)接觸24h后各組小鼠腹部過敏表現(xiàn)

5.3 眼刺激試驗

由表3～4可以看出陽性組動物眼睛滴入2 %溴氰菊酯后1 h陽性組即出現(xiàn)結膜充血腫脹、分泌物增多等癥狀，眼刺激積分指數(shù)最高為39.25，屬于中度刺激，故該模型滿足用來評價水體環(huán)境質量的前提。由表3～5看出樣品組也出現(xiàn)了輕微刺激反應，眼刺激積分指數(shù)最高為5，72 h眼刺激的平均指數(shù)為0.5，對照側眼未見異常反應，證明該模型同樣適用于實際水樣，因此眼睛接觸途徑基于動物實驗的健康風險評價模型評價水體環(huán)境質量是可行的(表7，8)。

5.3 口服毒性試驗

5.3.1 小鼠一般狀態(tài)觀察

該結果可以初步衡量白洋淀水體有毒物質污染程度，對污染物質判定提供初步參考。試驗期間，隨著時間的增長，陽性組和試驗組小鼠攝食量明顯降低(P<0.05)，而各組飲水量無較大差異，提示這兩組小鼠的胃可能出現(xiàn)一些異常。此外，陽性組和試驗組小鼠出現(xiàn)毛發(fā)污穢粗糙，情緒萎靡而少動，易驚，指爪蒼白，大便失調等異常，觀察期內各組未見死亡?？瞻捉M正常，而陽性組檢出異常，且樣品組出現(xiàn)相似異常表現(xiàn)，提示白洋淀水體可能受到以微囊藻毒素為主的污染(圖3)。

表7 陽性組眼接觸途徑積分均值分布結果

表8 試驗組眼接觸途徑積分均值分布結果

(c)小鼠外觀變化

5.4.2 小鼠臟器組織變化

污染物經口入體后，胃組織會是最先受到刺激及傷害的器官，同時肝臟和腎臟為動物最重要的代謝器官，而微囊藻毒素對肝、腎的毒性又相當大，故本研究通過血液分析及組織病理考察來衡量白洋淀水體中有毒物質污染程度，為污染物質判定提供重要參考。由圖4可看出，與空白對照組相比，陽性組和試驗組小鼠血清TNF-α，I L-1，I L-6及I L-17含量顯著增高(P<0.05)，且胃I L-1、I L-17，肝NF-B、TNF-α，腎NF-B、IL-6mRNA表達均明顯增加(P<0.05)，表明兩組小鼠體內均有炎癥發(fā)生。此外，陽性組和試驗組ALT、AST、LDH及腎Scr、Glucose水平明顯增加而ALB含量明顯降低(P<0.05)，證明微囊藻毒素溶液及白洋淀水體對小鼠臟器的確有一定損傷作用。而與陽性組相比，實驗組各因子表達水平要低于陽性組，表明白洋淀水體對小鼠傷害要小于10 μg/L微囊藻毒素水溶液。

臟器形態(tài)學顯示，空白對照組小鼠小鼠胃體完整、皺襞明顯，黏膜層表面光滑而無出血點；肝臟外觀正常無增厚和水腫；腎臟形態(tài)正常無異常增生,陽性對照組小鼠胃體顏色變淺，胃上部發(fā)黃；肝臟顏色較深，邊緣較厚；腎臟表面色澤均勻無異常,試驗組小鼠胃體除顏色較淺；肝形態(tài)近乎正常而顏色較深；腎臟顏色暗紅但未見其他明顯異常,H&E結果顯示，在高倍鏡下，空白對照組小鼠胃黏膜層次分明，上皮細胞排列整齊，結構清晰；肝細胞排列沿中央靜脈呈現(xiàn)出放射索狀，肝小葉結構完整清晰；腎血管球管袢薄而清楚、腎小囊腔隙均勻，小管橫切面輪廓清楚。陽性對照組胃基膜層增厚，上皮細胞減少且排列疏松不規(guī)則；肝組織中肝細胞排列紊亂，肝小葉結構模糊，有細胞壞死及炎癥細胞浸潤；腎囊臟層破壞，腎小管管腔狹窄，管壁上皮細胞壞死，間隙內有炎癥細胞浸潤。試驗組小鼠胃黏膜肌層少許增厚，有一定空腔；肝臟中肝小葉結構雖較完整，但仍有部分病變；腎臟中管壁細胞部分脫落，腎小管管腔狹窄且結構不完整。陽性組器官出現(xiàn)異常，說明該模型復制成功，試驗組出現(xiàn)類似但較輕的異常表現(xiàn)，故該模型滿足用來評價水體環(huán)境質量的前提，并且提示白洋淀水體可能受到一定的污染，如白洋淀水體中污染物以微囊藻毒素為主，污染程度要小于10 μg/L。

(a)、(d)：小鼠胃IL-17、IL-1 mRNA表達；(b)、(e)：小鼠肝臟NF-B、TNF-α mRNA表達；(c)、(f)：小鼠腎臟IL-6、NF-B mRNA表達

(a)～(j)：血清ALT、AST、LDH、Scr、Glucose、ALB、IL-1、IL-17、IL-6、TNF-α水平；K、M、O：小鼠胃、肝、腎外觀形態(tài)；(l)、(n)、(p)：小鼠胃、肝、腎H&E染色

5.5 基于動物實驗的水質監(jiān)測模型建立和驗證試驗

將4種動物試驗耦合，建立環(huán)境健康風險評價模型，用來評價水體環(huán)境質量。環(huán)境健康模型建立按照3個步驟來進行：首先，依據(jù)各動物試驗中不同試驗的權重系數(shù)及其評分進行綜合危害程度分值計算，見公式(1)；其次，根據(jù)在各動物試驗中有無異常表現(xiàn)進行風險因子積分計算，即公式(2)；最后，以綜合危害程度評價建立數(shù)學動物模型：Y3=κY1Y2(κ為人類修正因子，通過劑量-反應評價進行計算，可以評價人類接觸各環(huán)境的健康風險程度，為下一階段工作的重點內容)，評價環(huán)境質量。模型架構思路如圖6所示。

(1)

(2)

在此模型架構下，對白洋淀水樣進行驗證試驗，綜合危害程度分值公式變?yōu)閅1=0.1A+0.2B+0.2C+0.5D。將各項得分帶入公式(急性毒性試驗得分為0,皮接毒性試驗得分為0,眼刺激試驗得分0分,口服毒性試驗得分2.25，風險因子積分為1分),得出白洋淀水體對小鼠的綜合危害程度分值為1.125。健康風險評價結果為小鼠通過口服途徑接觸白洋淀水體具有輕度健康風險，風險物質可能為微囊藻毒素。經數(shù)學模型(Y3=κY1Y2)計算出環(huán)境質量分值為1.125，對于試驗動物來說，白洋淀水質有輕度污染。(水體環(huán)境質量標準暫定為不足1分為潔凈，1～3分為輕度污染，3～6分為中度污染，6分及以上為重度污染)。該驗證實驗重復進行3次環(huán)境質量分值均為1.125，故認為結果真實可靠，該模型可行。

圖6 水質環(huán)境健康風險評價模型示意

6 探討

據(jù)中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部公布的中國生態(tài)環(huán)境公報，白洋淀自2011～2019年一直處于富營養(yǎng)狀態(tài)，甚至2012年達到重度富營養(yǎng)狀態(tài)。在這九年間，化學需氧量及高錳酸鹽指數(shù)基本上是其主要污染物，只有2011年時高錳酸鹽指數(shù)不是其主要污染物。近年來，化學需氧量及高錳酸鹽指數(shù)有所下降，但幅度差強人意，其溯源問題一直是白洋淀生態(tài)修復的熱點及難點。在口服接觸途徑模型實驗中，樣品組的反應與陽性對照組極為相似且程度較輕?？诜佑|途徑模型陽性對照組使用的是超過《地表水環(huán)境質量標準》(GB/T3838-2002)標準限值10倍的微囊藻毒素，小鼠出現(xiàn)食欲下降、毛皮及行為異常這些明顯的中毒癥狀，并且肝、腎、胃、脾器官發(fā)現(xiàn)損傷，ALT、AST、Scr、ALB，TNF-α，I L-1等指標均出現(xiàn)差異，TNF-a、I L-1b、I L-6、I L-17及NF-kB表達明顯增加。樣品組同樣出現(xiàn)了食欲下降、毛皮、器官受損、生化指標異常等這些明顯的中毒癥狀。結合白洋淀水體采集季節(jié)為盛夏，藻類生長茂盛，推斷白洋淀水體中可能含有超過1 mg/L但低于10 mg/L的微囊藻毒素。同時我們注意到2018年化學需氧量及高錳酸鹽指數(shù)存在與季節(jié)相關的變化規(guī)律，即夏季為頂峰冬季為低谷[15]，與藻類生長規(guī)律相符。因而推斷微囊藻毒素很可能是白洋淀水體中化學需氧量及高錳酸鹽指數(shù)來源之一。可見動物實驗模型在水環(huán)境質量監(jiān)測中存在巨大的潛力。

白洋淀水體現(xiàn)有監(jiān)測體系并不全面，不能綜合監(jiān)控水質現(xiàn)狀及變化趨勢，很難滿足雄安新區(qū)建設對白洋淀生態(tài)保護及修復的需求，急需能夠綜合評價水質的監(jiān)測分析方法。本文初步以白洋淀水體為例，游客為對象，建立了一種能夠綜合評價水體環(huán)境質量的模型。研究了使用基于動物實驗的健康風險評價模型法評價水體環(huán)境質量的可行性。設計了急性毒性動物實驗，并依照游客有可能接觸白洋淀水體的途徑設計了皮膚接觸途徑、口服接觸途徑，以及眼睛接觸途徑的動物實驗。構建了綜合危害程度分值及風險因子積分數(shù)學計算公式，以環(huán)境健康風險評價做為橋梁，并通過數(shù)學模型計算出的環(huán)境質量分值，將動物實驗結果與水體環(huán)境質量聯(lián)系起來。應用基于動物實驗的環(huán)境健康風險評價模型方法評價水體環(huán)境質量的精髓在于綜合性的風險識別，因而基于動物實驗的環(huán)境健康風險評價模型用來評價水體環(huán)境質量的可行性是基于動物模型中的實驗動物在接觸到濃度足以危害人類健康的物質后，能夠展現(xiàn)出生理反應及病理變化。生理鹽水以及濃度足以致人體過敏、中毒和眼部刺激的藥物用來作為質控及陰、陽性對照，白洋淀水體(王家寨)用來檢驗該模型方法應用在實際水樣的效果。研究結果表明：生理鹽水未引起任何一個動物模型的陽性反應；各模型的陽性對照組所產生的陽性反應與文獻一致[16,17]；各模型的樣品組反應與常識一致。研究表明急性毒性動物實驗模型、皮膚接觸途徑、口服接觸途徑，以及眼睛接觸途徑的動物實驗能夠對白洋淀游客進行綜合性的風險識別，并做了模型驗證試驗，證明基于動物實驗的環(huán)境健康風險評價模型評價白洋淀水質是可行的。

與動物實驗在紡織、化妝品行業(yè)應用不同，在環(huán)境監(jiān)測領域中，不能止步于證明存在或不存在對實驗動物健康有害物質，而要升華到環(huán)境要素中是否有濃度超過人體健康風險閾值的物質。動物實驗很難直接表述某物質濃度多少，是否對人體有害，需要通過環(huán)境健康風險模型方式作為中介來表達。本文僅初步探索了動物實驗在環(huán)境監(jiān)測中的應用，建立并印證了基于動物實驗的環(huán)境健康風險評價模型的可行性。完整的環(huán)境健康風險評價模型還需要通過劑量-反應步驟得出修正系數(shù)，使得該模型由實驗動物推廣至游客，同時需要完善健康風險表述、環(huán)境質量評分標準等部分，在后面工作中將會完成。該組模型不僅可以評價白洋淀游客的環(huán)境健康風險，還可以通過改變模型培養(yǎng)條件來滿足不同研究區(qū)域及不同人群的健康風險評價。適用于各類飲用水水源地、重要生態(tài)功能區(qū)這類敏感、重要環(huán)境要素的環(huán)境監(jiān)測中(不僅僅水體、還包括氣體、土壤等要素)，能綜合全面準確地給出其環(huán)境質量。