人血清中97種典型化學(xué)污染物暴露特征及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

張明燁, 曹 衍, 李 想, 寇 婧, 徐啟彤, 陽(yáng)思潔,鄭志義, 劉 俊, 梅素容

(華中科技大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所, 教育部環(huán)境與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖北 武漢 430030)

化學(xué)污染物是指會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染的化學(xué)物質(zhì),典型的化學(xué)污染物主要包括有機(jī)氯農(nóng)藥(organochlorine pesticides, OCPs)、多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)、多氯聯(lián)苯(polychlorinated biphenyls, PCBs)、多溴二苯醚(polybrominated diphenyl ethers, PBDEs)等。這些物質(zhì)可作為殺蟲(chóng)劑、除草劑、殺菌劑、增塑劑和阻燃劑等被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)中[1]。農(nóng)藥施用和工業(yè)化學(xué)品排放導(dǎo)致環(huán)境介質(zhì)中化學(xué)污染物的廣泛殘留[2],并通過(guò)飲食、空氣吸入、皮膚接觸等多種途徑進(jìn)入人體,隨血液循環(huán)到達(dá)全身各個(gè)組織器官,引起不良健康效應(yīng),如內(nèi)分泌干擾毒性、肝毒性、生殖毒性和免疫毒性等[3,4]。

美國(guó)[5]、加拿大[6]和德國(guó)[7]等發(fā)達(dá)國(guó)家已在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展化學(xué)污染物內(nèi)暴露評(píng)估,有助于準(zhǔn)確評(píng)估化學(xué)污染物對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)。中國(guó)疾病預(yù)防控制中心也啟動(dòng)了中國(guó)人體生物監(jiān)測(cè)項(xiàng)目[8],旨在評(píng)估我國(guó)人群體內(nèi)各種化學(xué)污染物的殘留水平。這些生物監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中一種檢測(cè)方法通常只針對(duì)某一類(lèi)或少數(shù)幾類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行同時(shí)檢測(cè),需要大量的生物樣本、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)且成本高。鑒于人體處于化學(xué)污染物復(fù)合暴露狀態(tài),同時(shí)檢測(cè)多種污染物的內(nèi)暴露水平具有重要意義。固相萃取技術(shù)(SPE)可以對(duì)樣品同時(shí)進(jìn)行富集和凈化且操作簡(jiǎn)單,常用于樣品前處理[9],色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(MS/MS)技術(shù)具有靈敏度高和特異性強(qiáng)等特點(diǎn),常用于化學(xué)污染物的定性定量分析[10]。本研究主要關(guān)注的化學(xué)污染物為沸點(diǎn)低且熱穩(wěn)定性較好的有機(jī)化合物,故適合用氣相色譜(GC)-MS/MS來(lái)進(jìn)行分析。

血清中化學(xué)污染物水平受多種因素的影響,包括人口學(xué)特征、生活方式和飲食等,但目前研究納入的化學(xué)污染物種類(lèi)有限且結(jié)論不完全一致[11,12],因此需要進(jìn)一步研究探討血清化學(xué)污染物濃度水平的影響因素。

基于此,本研究選取我國(guó)中部地區(qū)普通人群作為研究對(duì)象,采用SPE-GC-MS/MS技術(shù)同時(shí)測(cè)定血清中97種化學(xué)污染物的內(nèi)暴露水平,闡明化學(xué)污染物暴露水平相關(guān)的影響因素,并評(píng)估污染物單一和累積暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑與材料

8890GC氣相色譜儀、7000D-MS三重四極桿質(zhì)譜儀及真空固相萃取裝置(美國(guó)Agilent公司);隔膜真空泵(美國(guó)GAST公司),氮?dú)獍l(fā)生器(武漢科林普豐儀器有限公司),氮吹儀(北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司),渦旋振蕩儀(美國(guó)Scilogex公司)。

Oasis?PRiME HLB固相萃取柱(1 mL/30 mg,美國(guó)Waters公司),二氯甲烷、丙酮(色譜純,美國(guó)Fisher公司),甲醇、正己烷(色譜純,德國(guó)Merck公司), 88%甲酸(分析純,國(guó)藥集團(tuán)有限公司),純凈水(杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司)。

標(biāo)準(zhǔn)品:30種殺蟲(chóng)劑混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(28種OCPs和2種氨基甲酸酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑,100 μg/mL)、22種殺蟲(chóng)劑混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(13種有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑和9種擬除蟲(chóng)菊酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑,100 μg/mL)、12種PAHs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)購(gòu)自天津阿爾塔科技有限公司;18種PCBs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)、PCB-183標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)購(gòu)自美國(guó)AccuStandard公司;7種PBDEs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(50 μg/mL)、腐霉利(100 μg/mL)、乙烯菌核利(100 μg/mL)、蟲(chóng)螨腈(100 μg/mL)和炔螨特(100 μg/mL)標(biāo)準(zhǔn)溶液購(gòu)自上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司;氟樂(lè)靈標(biāo)準(zhǔn)品(0.25 g)、乙菌利標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)和異菌脲標(biāo)準(zhǔn)品(0.1 g)購(gòu)自德國(guó)Dr. Ehrenstorfer公司。

同位素內(nèi)標(biāo):二嗪農(nóng)-D10(2.5 mg)、毒死蜱-D10(1 mg)、醚菊酯-D5(20 mg)購(gòu)自上海甄準(zhǔn)生物科技有限公司;13C12-p,p′-DDE(100 μg/mL)、13C12-p,p′-DDD(100 μg/mL)、13C12-p,p′-DDT(100 μg/mL)購(gòu)自美國(guó)Cambridge Isotope Laboratories公司;芘-D10(100 μg/mL)購(gòu)自加拿大Toronto Research Chemicals公司,PCB-156-D3(100 μg/mL)購(gòu)自天津阿爾塔科技有限公司。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

將上述標(biāo)準(zhǔn)品溶于丙酮,配制成質(zhì)量濃度為20 μg/mL的97種化學(xué)污染物混合標(biāo)準(zhǔn)貯備液;將混合標(biāo)準(zhǔn)貯備液用丙酮稀釋得到質(zhì)量濃度為2 μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用溶液,并用丙酮配制成質(zhì)量濃度為0.2、0.5、1、2、5、10、20、50、100、200、500、1 000 ng/mL的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。稱(chēng)(量)取一定量?jī)?nèi)標(biāo)溶于丙酮,配制成質(zhì)量濃度為20 ng/mL的內(nèi)標(biāo)混合貯備液,于-20 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 血液樣品采集

本研究從我國(guó)中部地區(qū)某三甲醫(yī)院健康管理中心隨機(jī)招募體檢人群作為研究對(duì)象,進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查,收集了60名成人的性別、年齡、教育程度、身高、體重、體質(zhì)量指數(shù)(BMI)、吸煙、飲酒、體育鍛煉和膳食資料(肉類(lèi)、蛋類(lèi)、奶制品、蔬菜、水果和堅(jiān)果)等信息。采集研究對(duì)象的血液樣本,離心取上清液后轉(zhuǎn)入-80 ℃冰箱保存。本研究得到華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(No. 2018-IEC-S329),招募對(duì)象均簽署知情同意書(shū)。

1.4 樣品前處理

取200 μL血清樣品于離心管中,加入10 μL質(zhì)量濃度為20 ng/mL的內(nèi)標(biāo)混合貯備液,渦旋混勻后置于4 ℃冰箱中過(guò)夜;向血清樣品中加入200 μL 15%甲酸水溶液并混勻;樣品用Oasis?PRiME HLB固相萃取柱凈化,上樣前用3 mL二氯甲烷、3 mL甲醇和3 mL純凈水預(yù)先活化小柱;上樣后分別用1 mL甲醇-水(體積比為1∶6)溶液潤(rùn)洗離心管兩次并淋洗小柱,真空抽干;依次用3 mL二氯甲烷和3 mL正己烷進(jìn)行洗脫,收集全部洗脫液并用氮?dú)獯蹈?使用100 μL丙酮進(jìn)行復(fù)溶,轉(zhuǎn)移至進(jìn)樣瓶待檢測(cè)。

1.5 分析條件

1.5.1色譜條件

色譜柱:Agilent DB-5MS毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);載氣流速1.2 mL/min;進(jìn)樣口溫度:270 ℃;程序升溫:起始溫度70 ℃,維持2 min, 25 ℃/min升溫至150 ℃;以3 ℃/min升溫至200 ℃,維持2 min;以8 ℃/min升溫至300 ℃,維持8 min。不分流進(jìn)樣,進(jìn)樣量1 μL。

1.5.2質(zhì)譜條件

電子轟擊離子源(EI),電離電壓70 eV;離子源溫度300 ℃,傳輸線(xiàn)溫度300 ℃;溶劑延遲時(shí)間6 min;掃描模式為多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM),內(nèi)標(biāo)法定量。97種目標(biāo)物的質(zhì)譜分析參數(shù)詳見(jiàn)前期工作[13]。

1.6 脂質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化濃度的計(jì)算

血清中總膽固醇(total cholesterol, TC)和甘油三酯(triglycerides, TG)含量使用全自動(dòng)生化分析儀(Cobas 8000,羅氏公司)進(jìn)行測(cè)定,污染物的脂質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化濃度(ng/g脂質(zhì))由式(1)和式(2)[14]進(jìn)行計(jì)算。

Total lipids (g/L)=1.12×TC(g/L)+

1.33×TG(g/L)+1.48(g/L)

(1)

CLipid-standardized(ng/g lipid)=

(2)

其中Total lipids為血清總脂質(zhì),CWet-weight為污染物的檢測(cè)濃度,CLipid-standardized為污染物的脂質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化濃度。

1.7 統(tǒng)計(jì)分析

1.8 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

危害商(hazard quotient, HQ)是健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重要指標(biāo),通過(guò)化學(xué)污染物實(shí)際暴露量與生物監(jiān)測(cè)當(dāng)量(biomonitoring equivalents, BEs)或人類(lèi)生物監(jiān)測(cè)(human biomonitoring, HBM)值之比來(lái)反映暴露風(fēng)險(xiǎn),計(jì)算公式見(jiàn)式(3)。

(3)

其中Cserum為血清中化學(xué)污染物的濃度;BE為生物介質(zhì)中污染物或其代謝物的濃度或濃度范圍,與暴露指導(dǎo)值(參考劑量、最低風(fēng)險(xiǎn)水平和每日耐受攝入量)一致[15]。HBM值是由德國(guó)HBM委員會(huì)制定的,包括HBM-Ⅰ和HBM-Ⅱ值[16]。HBM-Ⅰ值是一個(gè)控制值,低于該值預(yù)計(jì)不會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生不利影響,HBM-Ⅱ值是一個(gè)行動(dòng)水平,超過(guò)該值可能會(huì)發(fā)生相關(guān)的不良健康影響,當(dāng)濃度高于HBM-Ⅰ而低于HBM-Ⅱ值時(shí),無(wú)法完全排除對(duì)健康的潛在損害。HQ<1時(shí),認(rèn)為化學(xué)污染物暴露無(wú)明顯的健康風(fēng)險(xiǎn);HQ>1時(shí),認(rèn)為化學(xué)污染物暴露存在健康風(fēng)險(xiǎn)。危害指數(shù)(hazard index, HI)用來(lái)估計(jì)化學(xué)污染物的復(fù)合暴露風(fēng)險(xiǎn)[17],計(jì)算公式見(jiàn)式(4)。

HI=∑HQ

(4)

HI<1時(shí),認(rèn)為化學(xué)污染物復(fù)合暴露無(wú)明顯的健康風(fēng)險(xiǎn);HI>1時(shí),認(rèn)為化學(xué)污染物復(fù)合暴露存在健康風(fēng)險(xiǎn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 人口學(xué)特征

本研究納入的研究對(duì)象中女性人數(shù)為30名(50.0%),平均年齡為44.62±9.02歲,BMI為(24.16±2.82) kg/m2; 28名(46.7%)研究對(duì)象教育程度為大學(xué)及以上,超過(guò)半數(shù)的人不吸煙(73.3%)和不飲酒(76.7%)。

2.2 血清中化學(xué)污染物濃度水平

本研究共檢測(cè)了血清中97種化學(xué)污染物(名單見(jiàn)附表S1,www.chrom-China.com),由濃度水平測(cè)定結(jié)果可以看出,血清中OCPs、PCBs和PAHs的檢出率較高,且以O(shè)CPs為主;檢出率高于70%的物質(zhì)有8種,從高到低依次為六氯苯(100.0%)、五氯苯酚(100.0%)、p,p′-滴滴伊(100.0%)、PCB-138(100.0%)、PCB-153(98.3%)、β-六六六(91.7%)、芴(85.0%)和蒽(75.0%),中位數(shù)濃度依次為0.600、7.340、2.938、0.013、0.013、0.084、2.020、0.138 ng/mL(見(jiàn)表1)。本研究中六氯苯和五氯苯酚的中位數(shù)濃度水平高于德國(guó)博物館職工[18]和比利時(shí)居民[19]等發(fā)達(dá)國(guó)家人群暴露水平;p,p′-滴滴伊和β-六六六的中位數(shù)濃度高于黎巴嫩成人[20]和韓國(guó)普通人群暴露水平[21];這可能是因?yàn)槲覈?guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó),農(nóng)藥使用量多[22,23],大規(guī)模的生產(chǎn)和使用導(dǎo)致我國(guó)受到較為嚴(yán)重的污染。PCB-138和PCB-153的中位數(shù)濃度低于美國(guó)成年女性[24]和加拿大普通人群[25]暴露水平;這可能是因?yàn)槲覈?guó)不是PCBs主要生產(chǎn)地,總產(chǎn)量?jī)H占全球產(chǎn)量的0.7%[26],污染程度相對(duì)較輕。芴和蒽的中位數(shù)濃度高于美國(guó)軍人[27]體內(nèi)濃度水平,這可能是因?yàn)镻AHs主要來(lái)源于化學(xué)工業(yè)污染、交通尾氣污染等,我國(guó)PAHs排放較多[28],污染程度不容忽視。總之,血清中污染物濃度水平存在地區(qū)差異,這可能與不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)水平、工業(yè)生產(chǎn)、交通狀況和人群的生活方式及飲食習(xí)慣等有關(guān)。

表1 普通人群體內(nèi)化學(xué)污染物濃度分布

2.3 血清中化學(xué)污染物濃度的影響因素分析

將血清化學(xué)污染物濃度作為因變量,人口學(xué)資料、生活習(xí)慣和膳食資料作為自變量建立多元線(xiàn)性回歸方程,分析影響血清中化學(xué)污染物濃度的因素(見(jiàn)表2)。結(jié)果顯示,女性血清中β-六六六濃度高于男性,這可能是由于OCPs具有親脂性,主要聚集在脂肪組織中,而女性體脂水平普遍高于同齡男性,因此在女性體內(nèi)的殘留水平更高[29,30];年齡與p,p′-滴滴伊(β=0.032, 95% CI: 0.001～0.063)、PCB-138(β=0.023, 95% CI: 0.001～0.045)、PCB-153(β=0.039, 95% CI: 0.015～0.064)和β-六六六(β=0.043, 95% CI: 0.002～0.083)均呈正相關(guān),與既往研究結(jié)果一致[31,32],這可能是由于OCPs和PCBs具有持久性,且中老年人暴露時(shí)間長(zhǎng),代謝能力差,從而導(dǎo)致化學(xué)污染物在體內(nèi)長(zhǎng)期蓄積[33];肉類(lèi)攝入頻率與p,p′-滴滴伊(β=0.071, 95% CI: 0.006～0.136)和β-六六六(β=0.102, 95% CI: 0.019～0.186)呈正相關(guān),蔬菜攝入頻率高的人群具有較高的血清五氯苯酚暴露水平(β=0.143, 95% CI: 0.054～0.232),膳食暴露是農(nóng)藥的主要暴露來(lái)源,因此,較高的肉類(lèi)和蔬菜攝入頻率可能會(huì)增加農(nóng)藥的暴露水平[34];另外,飲酒者體內(nèi)的五氯苯酚濃度高于不飲酒者(β=3.385, 95% CI: 0.616～6.154),提示飲酒可能增加該物質(zhì)的暴露風(fēng)險(xiǎn)。本研究中未發(fā)現(xiàn)教育程度、吸煙和體育鍛煉與化學(xué)污染物濃度之間的關(guān)聯(lián),需要開(kāi)展更大樣本量的研究來(lái)全面探討化學(xué)污染物濃度的影響因素。

2.4 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可以反映化學(xué)污染物的暴露是否會(huì)對(duì)人群的健康狀況造成不利影響,從而使生物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠在公共衛(wèi)生背景下進(jìn)行解釋。在本研究中,BE和HBM值僅適用于五氯苯酚、六氯苯和p,p′-滴滴伊。五氯苯酚的HBM-Ⅰ(40 μg/L)和HBM-Ⅱ(70 μg/L)值是基于非致癌效應(yīng)得出的[16];六氯苯和p,p′-滴滴伊的BE值分別為340 ng/g脂質(zhì)[35]和5 000 ng/g脂質(zhì)[36]。血清中五氯苯酚、六氯苯和p,p′-滴滴伊的HQ如圖1所示。與HBM-Ⅰ相比,有約6.7%的研究對(duì)象血清中五氯苯酚的HQ超過(guò)1,表明人群可能存在與五氯苯酚暴露相關(guān)的健康風(fēng)險(xiǎn);五氯苯酚屬于持久性有機(jī)污染物,具有持久性、生物蓄積性和致癌性等[37,38],在我國(guó)主要用于殺滅血吸蟲(chóng)的中間宿主釘螺,本研究所處省份屬血吸蟲(chóng)病流行省,曾大量使用五氯苯酚及其鈉鹽,造成環(huán)境污染并對(duì)人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重威脅[39]。在研究人群中沒(méi)有觀(guān)察到六氯苯和p,p′-滴滴伊的健康風(fēng)險(xiǎn)。研究人群HI的第95百分位數(shù)為2.48,約28.3%的研究對(duì)象HI值大于1,表明污染物復(fù)合暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。后續(xù)應(yīng)進(jìn)行更全面的暴露監(jiān)測(cè)和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

圖 1 化學(xué)污染物的危害商和危害指數(shù)Fig. 1 Hazard quotients (HQs) and hazard index (HI) for the chemical pollutants

3 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)我國(guó)中部地區(qū)普通成人廣泛暴露于各種化學(xué)污染物,以O(shè)CPs、PCBs和PAHs為主要污染物,其中五氯苯酚是濃度水平最高的化合物。年齡、性別和飲食是血清中化學(xué)污染物濃度的重要影響因素。本研究評(píng)估了人體內(nèi)化學(xué)污染物暴露水平和特征,并進(jìn)行了單一和累積暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,部分人群暴露于五氯苯酚可能存在潛在的健康風(fēng)險(xiǎn),且多污染物累積暴露風(fēng)險(xiǎn)不容忽視,未來(lái)應(yīng)開(kāi)展大規(guī)模的人體生物監(jiān)測(cè)進(jìn)一步探討化學(xué)污染物暴露對(duì)人體健康的影響。