LMS法和排序計(jì)數(shù)法在江蘇省居民膳食鎘暴露評(píng)估中的比較研究*

東南大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院流行病與衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)學(xué)系(210009) 張亞非 孫金芳 付 強(qiáng) 劉 沛

鎘是一種對(duì)人體有急性和慢性毒作用，并有多系統(tǒng)毒效應(yīng)的重金屬之一，主要通過(guò)食物﹑水和空氣進(jìn)入體內(nèi)，長(zhǎng)期攝入會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。2010年聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑聯(lián)合專(zhuān)家委員會(huì)(JECFA)將原來(lái)的鎘每周可耐受攝入量PTWI=7 μg/kg bw per week改為更加嚴(yán)格的每月可耐受攝入量 PTMI=25 μg/kg bw per month〔1〕，說(shuō)明鎘對(duì)人體危害受到了世界范圍的關(guān)注，故尋求更有效的膳食暴露評(píng)估方法具有重要現(xiàn)實(shí)意義。鎘等重金屬的膳食暴露概率評(píng)估目前常通過(guò)Monte Carlo模擬獲得人群暴露量分布，然后用排序計(jì)數(shù)法估計(jì)各年齡亞組暴露量的百分位數(shù)。這種人為將待評(píng)估人群按年齡分為不同亞組的方法主觀性較大，而且由于多數(shù)暴露量數(shù)據(jù)呈偏態(tài)分布，人為分組后樣本量減少，對(duì)邊緣百分位數(shù)的估計(jì)容易產(chǎn)生偏倚。LMS(偏度系數(shù)-中位數(shù)-變異系數(shù))方法〔2－4〕通過(guò)繪制年齡別百分位數(shù)曲線(xiàn)，使對(duì)年齡的分組基于試驗(yàn)曲線(xiàn)。由于將年齡作為協(xié)變量，使得所有數(shù)據(jù)都能納入曲線(xiàn)繪制中，充分利用了原始數(shù)據(jù)信息，因此在某些情況下，對(duì)邊緣百分位數(shù)的估計(jì)優(yōu)于排序計(jì)數(shù)法〔5〕。

資料來(lái)源

1．鎘監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù):國(guó)家食品污染物監(jiān)測(cè)網(wǎng)在2000～2006年期間采用多階段分層抽樣方法(監(jiān)測(cè)點(diǎn)，零售商和商品共3層)進(jìn)行采樣，樣品中的鎘按照衛(wèi)生部標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)規(guī)定方法(國(guó)標(biāo)GB/T5009．20-2003)進(jìn)行檢測(cè)。江蘇省鎘污染物檢測(cè)228種食物，共計(jì)2543條檢測(cè)數(shù)據(jù)。低水平數(shù)據(jù)處理按照2000年WHO推薦方法，對(duì)小于檢測(cè)限(limit of detection，LOD)的結(jié)果以L(fǎng)OD/2計(jì)〔6〕。由于我國(guó)目前缺少食品加工因子、變異因子的相關(guān)數(shù)據(jù)，按照國(guó)際通用做法均默認(rèn)為1。

2．鎘消費(fèi)量數(shù)據(jù)庫(kù):2002年中國(guó)居民營(yíng)養(yǎng)與健康狀況調(diào)查，以24小時(shí)膳食回顧法收集的江蘇省8個(gè)縣(市/區(qū))1451個(gè)家庭1～89歲的3938人連續(xù)3天共計(jì)11629個(gè)人日、114740條膳食消費(fèi)量記錄。相應(yīng)的人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如年齡、性別、體重等也通過(guò)本次調(diào)查收集。

3．膳食消費(fèi)和鎘監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中的食物分類(lèi)編碼采用國(guó)際食品法典委員會(huì)(codex alimentarius commission，CAC)原則與我國(guó)食物成分表食物分類(lèi)原則相結(jié)合的方式〔7〕。

方 法

1．分布點(diǎn)評(píng)估模型 將目標(biāo)人群的食物消費(fèi)量作為隨機(jī)變量，化學(xué)物含量作為固定值則可構(gòu)建分布點(diǎn)評(píng)估模型〔8〕。在化學(xué)污染物慢性膳食暴露評(píng)估中，常以調(diào)查期食物消費(fèi)量的觀察個(gè)體均數(shù)(observed individual means，OIM)作為隨機(jī)變量〔9〕構(gòu)建模型。模型統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算方法為:根據(jù)公式(1)，編寫(xiě)SAS程序進(jìn)行蒙特卡洛隨機(jī)抽樣，即從膳食消費(fèi)量數(shù)據(jù)庫(kù)中隨機(jī)抽取調(diào)查對(duì)象，將每人在24小時(shí)膳食回顧調(diào)查中獲得的食物平均消費(fèi)量按一定匹配原則〔7〕乘以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中相應(yīng)食物的平均濃度，之后將每人鎘的暴露量按照食物累加再除以其體重。模型表達(dá)式為:

式中yi為第i個(gè)消費(fèi)者每天每千克體重鎘的平均攝入量(μg·kg－1bw·d－1);ˉxik是第i個(gè)消費(fèi)者對(duì)第k種食物在調(diào)查期內(nèi)(本例多為3天)的平均消費(fèi)量(g);ˉc是第k種食物的鎘平均濃度(mg·kg－1);bwi是第i個(gè)消費(fèi)者的體重(kg);ni是第i個(gè)體在調(diào)查期內(nèi)攝入食物的種類(lèi)。

為獲得穩(wěn)定的抽樣分布，經(jīng)試驗(yàn)，確定本研究的蒙特卡洛抽樣次數(shù)為100000次〔10〕。

2．排序計(jì)數(shù)法 將目標(biāo)人群按2～6、7～14、15～17、18歲及以上劃分為四個(gè)年齡組。在每個(gè)年齡組內(nèi)將鎘膳食暴露量按照由小到大的順序排列，之后按照排序計(jì)數(shù)法計(jì)算各百分位數(shù)。

3．LMS方法 LMS法最早由COLE教授于1988年提出，是一種基于Box-Cox變換對(duì)資料百分位數(shù)曲線(xiàn)擬合的一種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。先根據(jù)擬合的需要將鎘膳食暴露量分布按照自變量年齡t分組，本次研究為了使LMS法和排序計(jì)數(shù)法的計(jì)算結(jié)果具有可比性，采用與上述排序計(jì)數(shù)法相同的年齡分組。同時(shí)根據(jù)暴露評(píng)估的需要和現(xiàn)有數(shù)據(jù)的可利用情況將目標(biāo)人群分為2～72歲共71個(gè)年齡組，對(duì)每個(gè)年齡組的暴露量進(jìn)行Box-Cox變換，獲得變換冪(L)、年齡組中位數(shù)(M)和變異系數(shù)(S)，根據(jù)L、M、S即可進(jìn)行相應(yīng)曲線(xiàn)的擬合，因此化學(xué)污染物膳食暴露量隨年齡變化的分布特征、平均水平和變異程度可被這三個(gè)參數(shù)所概括。各年齡別百分位數(shù)曲線(xiàn)可通過(guò)下式獲得:

式中Zα為尾部面積的正態(tài)離差，C100α為Zα所對(duì)應(yīng)的百分位數(shù)(如 P91其 α=0.91，Zα=1.33)，L(t)、S(t)、M(t)為年齡t時(shí)的參數(shù)擬合值。由于 L(t)、S(t)、M(t)曲線(xiàn)是光滑的，因此百分位數(shù)曲線(xiàn)也是光滑的，不需要修勻。本研究采用COLE教授提供的LMSchartmaker軟件進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，繪圖采用Excel完成。

結(jié) 果

1．排序計(jì)數(shù)法和LMS法對(duì)江蘇省居民膳食鎘暴露量年齡組別百分位數(shù)比較(表1)

表1 排序計(jì)數(shù)法和LMS法對(duì)江蘇省居民膳食鎘暴露量年齡組別百分位數(shù)比較

兩法各年齡組膳食鎘暴露量的各百分位數(shù)差值的均值在 －0.0104 ～0.0053 μg·kg－1bw·d－1之間，均值的95%可信區(qū)間包含0，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2．LMS法分析膳食鎘暴露量分布特征、平均水平、變異程度及年齡別百分位數(shù)曲線(xiàn)

圖1-3分別為膳食鎘暴露量的年齡別L(t)、M(t)、S(t)曲線(xiàn)。L值概括了數(shù)據(jù)的分布特征，L=1表示資料為正態(tài)分布，L值越小說(shuō)明分布越偏〔5〕。圖1中各年齡L值均在0.15以下，提示鎘膳食暴露量為偏態(tài)分布。M曲線(xiàn)(圖2)提示兒童及青少年暴露量中位水平明顯高于成人，18歲之后鎘膳食暴露量趨于平穩(wěn)。曲線(xiàn)(圖3)呈現(xiàn)兩端S值較大，中間S值較小的特點(diǎn)，說(shuō)明鎘膳食暴露量在兒童和老年人中變異度較大，在青中年時(shí)的變異度較小。顯然，除了M曲線(xiàn)提示的部分信息外，L和S曲線(xiàn)提供的信息在排序計(jì)數(shù)法中均無(wú)法體現(xiàn)。

圖1 江蘇居民膳食鎘暴露量L(t)曲線(xiàn)

圖2 江蘇居民膳食鎘暴露量M(t)曲線(xiàn)

圖3 江蘇居民膳食鎘暴露量S(t)曲線(xiàn)

圖4 江蘇居民膳食鎘暴露量年齡別百分位數(shù)曲線(xiàn)

圖4為江蘇省居民膳食鎘暴露量的年齡別百分位數(shù)曲線(xiàn)，是將已經(jīng)獲得的L、M、S三個(gè)參數(shù)代入公式(2)之后得到的，各曲線(xiàn)提示兒童及青少年暴露量明顯高于成人，18歲之后鎘暴露量趨于平穩(wěn)。兒童及青少年鎘的暴露量隨著年齡變化變異比較大，如果按年齡分組時(shí)年齡跨度不應(yīng)太大。18歲以后的年齡暴露量水平較為穩(wěn)定可以歸為一個(gè)大組。

討 論

本文使用的LMS法和傳統(tǒng)的排序計(jì)數(shù)法雖然在江蘇居民膳食鎘暴露年齡組別百分位數(shù)上基本一致，但LMS方法將原始數(shù)據(jù)信息通過(guò)L、M、S三個(gè)參數(shù)概括，不僅提供了暴露量各年齡別百分位數(shù)的評(píng)估值，而且通過(guò)將年齡作為協(xié)變量擬合連續(xù)性曲線(xiàn)，提供了排序計(jì)數(shù)法所不能提供的信息，為膳食暴露評(píng)估中年齡的合理分組提供了依據(jù)。LMS方法通過(guò)Box-Cox轉(zhuǎn)換成為正態(tài)分布，用轉(zhuǎn)換得到的冪(L)概括并利用了數(shù)據(jù)的偏態(tài)信息，其他產(chǎn)生百分位數(shù)的方法并沒(méi)有利用到這一信息〔11〕，該法將年齡因素作為協(xié)變量擬合各個(gè)參數(shù)曲線(xiàn)，充分利用了所有數(shù)據(jù)的信息，且對(duì)于邊緣百分位數(shù)的評(píng)估優(yōu)于排序計(jì)數(shù)法〔5〕，所以提高了對(duì)各年齡組暴露量尤其是邊緣百分位數(shù)評(píng)估的精確性。

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