南方某市地鐵車站空氣PM10中重金屬健康風險評估

巫豐宏，雷駿斌，周峰

(1.南寧市疾病預防控制中心，廣西 南寧 530023；2.南寧軌道交通集團公司,廣西 南寧 530029)

地鐵是一種重要的現(xiàn)代公共交通方式，具有運量大、速度快以及綠色環(huán)保等優(yōu)點，地鐵交通已成為現(xiàn)代大城市的主要公共交通方式，承擔了城市市內交通出行的最大客運量[1]。截至2019年底，中國已累計建成超過5 000 km長度的地鐵運營線路，2019年全年累計客運量超過230億人次，總里程和客運量均居世界第一[2]。與此同時，地鐵車站空氣顆粒物引發(fā)的健康風險也越來越受到高度關注。地鐵車站一般位于地面以下，自然通風不足，而且乘客高度密集、不利于車站空氣中有害物質的擴散和排出[3]?？晌腩w粒物(PM10)是指空氣動力學直徑<10 μm的顆粒物，其在空氣中懸浮停留時間長，易吸附各種有毒有害物質，且可通過呼吸進入到人體的細支氣管和肺泡部位，是一類具有健康危害的空氣污染物[4-8]。PM10可吸附和富集多種重金屬，其中一些重金屬如鉻(Cr)、砷(As)、鎳(Ni)、鎘(Cd)等具有致癌性和基因毒性，這些有毒重金屬以顆粒物為載體通過呼吸途徑進入人體肺部，可對人體產(chǎn)生潛在的健康危害[9]。為了研究地鐵車站空氣PM10中的重金屬暴露對乘客人群的健康影響，現(xiàn)對南方某市地鐵車站空氣PM10中重金屬進行檢測和分析，并對其健康風險進行定量評估，以期為相關部門制定控制措施提供科學依據(jù)。

1 研究方法

1.1 采樣時間及地點

2021年9—10月，選取南方某城市的10個地鐵車站作為采樣地點。10個車站均為地下車站，運行狀態(tài)正常，分布在4個城區(qū)，包含線路換乘站、交通接駁站、單獨車站等類型。采樣地點在車站類型和位置分布上均具有一定的代表性。

1.2 采樣及分析方法

在每個車站的站廳層設置1個采樣點，采樣點位置避開通道、通風口、空調風口等，并離墻壁距離1 m 左右，采樣高度在人群呼吸帶范圍(距地面1.2～1.5 m)。使用2030型中流量環(huán)境空氣顆粒物采樣器(青島嶗應公司)和石英纖維濾膜(直徑80 mm)進行PM10采樣，每個車站采樣1次，采樣流量為100 L/min，一次連續(xù)采樣8 h。每次采樣前均對采樣器進行流量校準。

濾膜在采樣前后均在相同溫度和濕度條件下平衡24 h。采樣后的濾膜經(jīng)5%的HNO3浸泡及70 ℃ 水浴超聲浸提后，浸提液經(jīng)過濾并稀釋定容，制備成測試樣。依據(jù)《空氣和廢氣 顆粒物中鉛等金屬元素的測定 電感耦合等離子體質譜法》(HJ 657—2013)[10]，采用iCAP Q型電感耦合-等離子體質譜儀(美國Thermo Fisher公司) 測定樣品中的Cr、As、Cd、Ni、錳(Mn)、銅(Cu)、鉛(Pb)、汞(Hg)、銻(Sb)及硒(Se)元素的質量濃度。

1.3 健康風險評估方法

PM10中的重金屬通過呼吸途徑引起的健康風險包括致癌健康風險和非致癌健康風險。采用美國環(huán)境保護局(US EPA)推薦的健康風險評估模型對PM10中重金屬的健康風險進行評估。致癌健康風險值(ILCR)和非致癌健康風險值(HQ)的計算公式見式(1)和式(2)：

ILCR=LADD×SF

(1)

HQ=ADD/RfD

(2)

式中: LADD——致癌物終身日均暴露劑量，mg/(kg·d)；SF——致癌強度系數(shù)，(kg·d)/mg；ADD——非致癌物日均暴露劑量，mg/(kg·d)；RfD——引起非致癌風險的最大暴露參考劑量，mg/(kg·d)。

LADD和ADD的計算公式見式(3)：

LADD或ADD=C×IR×ED/(BW×AT)

(3)

式中:C——污染物日均暴露質量濃度，mg /m3；IR——呼吸速率，m3/d；ED——暴露持續(xù)時間，d；BW——體重，kg；AT——平均暴露時間，d。

經(jīng)呼吸途徑的暴露參數(shù)參考《中國人群暴露參數(shù)手冊(成人卷)》[11]，對于地鐵乘客人群，按每天1 h暴露時間進行估算(表1)。

根據(jù)國際癌癥研究機構(IARC)的相關研究，As、Cr、Cd、Ni為致癌物質，Hg、Pb、Mn、Sb、Se、Cu為非致癌物質。參照US EPA的綜合風險信息數(shù)據(jù)庫(IRIS)及文獻[12-14]確定SF及RfD(表2)。

表2 重金屬經(jīng)呼吸途徑的劑量-反應參數(shù)

參照US EPA的健康風險評估標準[15]，以ILCR評估重金屬的致癌健康風險，當ILCR<10-6，可以認為終身致癌健康風險較小，在監(jiān)管意義上認為是可接受的風險水平; 若ILCR為10-6～10-4，認為可能存在致癌健康風險; 當ILCR>10-4，認為存在致癌的風險性較高。以HQ評估非致癌健康風險，當HQ≤1時，認為非致癌健康風險較低，可以忽略不計; 當HQ>1時，認為存在非致癌健康風險。

2 結果與討論

2.1 地鐵車站空氣PM10中重金屬特征

地鐵車站空氣PM10中重金屬的監(jiān)測結果見表3。由表3可見，質量濃度較高的3種重金屬分別是Mn[(88.10±25.59) ng/m3]、Pb[(59.36±10.36) ng/m3]和Cr[(45.11±24.51) ng/m3]，質量濃度最小的重金屬為Se[(0.47±0.43) ng/m3]。

表3 地鐵車站空氣PM10中重金屬元素監(jiān)測結果 ng/m3

相關文獻報道，美國洛杉磯、芬蘭赫爾辛基、中國上海等城市地鐵站空氣顆粒物中富含Mn、Cr等重金屬，其來源可能與地鐵列車車輪與鐵軌的摩擦和沖擊、制動器剎車等產(chǎn)生的金屬顆粒有關[16-18]。Pb一般被認為是機動車尾氣排放的指示性產(chǎn)物。源解析研究表明，地鐵站空氣顆粒物中Pb的來源可能與地面機動車尾氣污染進入車站內有關[19]。此外，As和Sb的來源常見于煤炭、石油及天然氣的燃燒，其中As是煤炭燃燒的指示性產(chǎn)物[20-21]。Ni的常見來源為地面揚塵[22]。地面的機動車尾氣、揚塵或其他大氣污染物可通過車站出入口、通風系統(tǒng)等途徑進入地鐵站內，而地鐵車站一般為地下空間，主要靠機械通風系統(tǒng)調節(jié)車站內的空氣，不利于地鐵車站空氣污染物的稀釋和排出，易導致空氣顆粒物的積聚[23]。

2.2 PM10中重金屬的健康風險評估結果

2.2.1 重金屬的致癌健康風險評估

地鐵車站空氣PM10中的致癌重金屬(Cr、As、Cd和Ni)的ILCR值見表4。由表4可見，Cr對成年男性和成年女性的終身致癌健康風險值均>10-6，可能存在致癌健康風險；當每日暴露時間達到3 h以上，As對成年男性和成年女性的終身致癌健康風險值均>10-6，可能存在致癌健康風險。

表4 地鐵車站空氣PM10中致癌重金屬的ILCR值

地鐵車站空氣PM10中吸附和富集的多種有毒重金屬(As、Cr、Cd等)存在引發(fā)疾病的風險，如支氣管炎、哮喘等慢性疾病，也可導致心血管疾病的死亡率增高，甚至產(chǎn)生致癌效應[24-25]，對于老人以及有呼吸疾病的人群，引發(fā)健康風險的可能性更大[26-28]。本研究顯示，地鐵車站空氣PM10中的重金屬Cr、As的ILCR值>10-6，可能存在致癌風險。有研究表明，地鐵車站空氣顆粒物中的有毒重金屬可通過產(chǎn)生活性氧及氧化應激的方式損傷DNA，誘導癌癥的發(fā)生進程[29-30]，常見的致癌部位有肺部和鼻腔等[31]，也可抑制體外培養(yǎng)人體肝細胞的正常增殖過程[32]，對人體肺細胞也可產(chǎn)生基因毒性[33]。

2.2.2 重金屬的非致癌健康風險評估

地鐵車站空氣PM10中的非致癌重金屬(Mn、Cu、Pb、Se、Hg和Sb)的HQ值見表5。由表5可見，HQ值均<1，表明這6種重金屬對人體的非致癌健康風險均較小。

表5 地鐵車站空氣PM10中非致癌重金屬的HQ值

長期暴露于過量的Mn可損傷人體神經(jīng)系統(tǒng)，導致神經(jīng)系統(tǒng)錐體外束損害及出現(xiàn)震顫麻痹綜合征；Hg可損傷大腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，對腎臟也可產(chǎn)生毒性損害；Pb可損傷造血系統(tǒng)，抑制血紅蛋白的合成，引發(fā)溶血和貧血，同時對神經(jīng)系統(tǒng)也可產(chǎn)生損害。此外，非致癌有毒重金屬可催化活性氧或自由基，直接或間接損傷肺部細胞[34]。

2.2.3 暴露時間的健康風險評估

人群在地鐵車站中停留的時間越長，空氣顆粒物中的重金屬暴露水平越高，對健康的風險影響就越顯著。有研究表明，如果每天在地鐵站停留 30 min，Cu和Mn的日暴露劑量分別增加40%和60%[35]，地鐵車站已成為人群重金屬暴露的重要來源之一[36]。國內有研究發(fā)現(xiàn)，地鐵乘客人群中，平均每日在地鐵內停留時間在1～3 h的占94%，停留時間>3 h的占6%；地鐵車站工作人員中，平均每日在地鐵內工作時間<8 h的占44%，工作時間>8 h的占56%[37]。對于一些需要長期持續(xù)暴露于地鐵環(huán)境的特定工作人群來說，影響更為顯著。本研究中，當每日在地鐵車站內暴露時間>8 h，Cr和As對成年男性、成年女性的ILCR值均>10-6，可能存在致癌健康風險。對美國紐約市地鐵環(huán)境空氣顆粒物中重金屬的健康風險研究也顯示，Cr對地鐵環(huán)境暴露人群的ILCR值達到10-5，高于可接受終身致癌健康風險一個數(shù)量級水平[38-39]。

3 不確定性分析

健康風險評估中的不確定性是對具體的暴露劑量數(shù)據(jù)或采用的各種評估參數(shù)的認識存在客觀局限性所造成的，是不可避免的。本研究中的健康風險評估的不確定性主要包括污染物暴露劑量測定的不確定性以及評估參數(shù)的不確定性。

經(jīng)呼吸途徑暴露重金屬的致癌與非致癌健康風險評估受到呼吸暴露劑量以及具體采用的SF、RfD、各種人群暴露參數(shù)等變量的影響。因此，這些變量可能會給健康風險評估帶來不確定性。一方面，空氣顆粒物中重金屬濃度在呼吸道暴露劑量的計算中非常重要。因此，采樣過程的環(huán)境如風速、溫度、氣壓等以及儀器測定分析的精度、準確度等因素的影響是不確定性的一個重要來源。另一方面，計算健康風險所采用的SF和ADD等評估參數(shù)來自US EPA的風險評估信息系統(tǒng)和綜合風險信息數(shù)據(jù)庫；采用的暴露時間、呼吸速率、體重等參數(shù)來自《中國人群暴露參數(shù)手冊》，評估參數(shù)的使用情況也會對評估結果產(chǎn)生直接影響，由此帶來評估的不確定性。此外，受到污染物在人體內的代謝變化以及個體體質差異等因素的影響，研究對象群體的健康風險評估結果在一定程度上只能反映人群的風險平均水平。

4 結論與建議

4.1 結論

(1)對南方某城市地鐵車站空氣PM10中重金屬進行監(jiān)測，結果表明，Mn、Cr、Cu、Pb、As、Cd、Hg、Ni、Sb、Se的質量濃度分別為88.10，45.11，16.26，59.36，11.50，0.57，1.02，17.77，2.62和0.47 ng/m3。地鐵車站空氣PM10已成為人群重金屬暴露的重要來源之一，應引起高度重視。

(2)地鐵車站空氣PM10中重金屬Cr、As的ILCR值>10-6，可能存在致癌健康風險；對于地鐵車站工作人員等需要長期持續(xù)暴露于地鐵環(huán)境的高風險人群，重金屬暴露的健康風險更應高度重視；重金屬Cd和Ni的ILCR值<10-6，致癌健康風險較低。非致癌重金屬Mn、Cu、Pb、Se、Hg和Sb的HQ值均<1，非致癌健康風險均較小。

4.2 建議

(1)地鐵車站應采取有針對性的措施，如安裝高效率的空氣顆粒物過濾裝置，提升對車站空氣中顆粒物的凈化能力；定期對地鐵車站進行濕式清洗，及時清除集聚的顆粒物，改善地鐵車站空氣質量。此外，對于地鐵乘坐人群以及車站工作人員，可佩戴口罩進行防護。加強車站管理，合理安排工作人員班次，提升車站通行效率，減少乘客及工作人員在地鐵內的停留和暴露時間。此外，應加強對各種污染源的監(jiān)管和治理，加強道路揚塵、建筑揚塵等防范治理；有效控制大氣污染，打好藍天保衛(wèi)戰(zhàn)，從源頭上減少污染的產(chǎn)生，有力防范污染所導致的健康風險，最大限度地保障人群的身體健康。

(2)重金屬對人群產(chǎn)生的健康風險，與不同人群的暴露濃度、呼吸速率、暴露時間，以及元素本身的毒理性質、在人體內的代謝特征、個體差異等因素有關。由于受到眾多復雜因素的影響，使得風險評估結果在一定程度上只能反映人群的風險平均水平。今后可針對重金屬的理化特性，尋找有特異性的人體內暴露指標以及生物效應標志物等，進行更加精準的內暴露測定及健康風險評估。