我國有機磷農藥膳食暴露累積風險評估模型構建

孫金芳, 余小金, 閔捷,白志茂,張亞非，劉沛*,吳永寧

(1.東南大學公共衛生學院流行病與衛生統計學教研室，江蘇 南京 210009；2.國家食品安全風險評估中心，北京 100042)

·論著·

我國有機磷農藥膳食暴露累積風險評估模型構建

孫金芳1,2, 余小金1, 閔捷1,白志茂1,張亞非1，劉沛1*,吳永寧2*

(1.東南大學公共衛生學院流行病與衛生統計學教研室，江蘇 南京 210009；2.國家食品安全風險評估中心，北京 100042)

目的構建有機磷膳食累積暴露概率評估模型，了解我國居民膳食有機磷累積暴露水平與暴露來源的食物貢獻度。方法利用2002年中國居民營養與健康狀況調查的膳食消費量數據與2001年～2006年全國14個省/地區食品污染物監測網的有機磷農藥監測數據，構建我國有機磷膳食累積暴露概率評估模型。結果以甲胺磷為指示化學物，全人群、18歲及以上成人和2～6歲兒童有機磷累積暴露量的均數分別占有機磷急性暴露參考劑量(ARfD)的6.81%、5.92%、12.48%；其累積暴露量P99.9分別為ARfD的2.39倍、2.06 倍、5.05倍；人群超標率分別為0.37%、0.25%、0.88%。貢獻度較大的食物主要是青菜、大白菜、豇豆、茄子，累積貢獻度達40.38%～41.35%；不同特征人群食物貢獻度不盡相同，蘋果(5.48%)和馬鈴薯(2.04%)對兒童貢獻度較成人和全人群大。結論我國居民膳食有機磷累積暴露分布人群變異較大，2～6歲兒童與高端暴露人群累積攝入過高應予重視；對青菜、大白菜、豇豆、茄子的有機磷殘留狀況應加強監管。本研究可為了解我國居民膳食有機磷累積暴露水平與暴露來源的食物貢獻度、開展有機磷農藥對環境污染的防治工作和食品安全風險管理工作提供科學依據。

有機磷； 膳食暴露； 累積風險評估； 概率模型； 食品安全

農藥殘留是世界各國共同關注且比較敏感的食品安全問題，農藥的膳食累積暴露評估是當前國際食品安全風險評估研究的熱點。有機磷農藥是我國使用范圍最廣、用量最大的農藥。因用藥量大且存在不規范使用農藥、采摘期短等現象，以及農藥的單劑混配使用和環境殘留，使得人群不可避免的同時或先后暴露于多種有機磷農藥。為保護人群健康，有機磷農藥在國際上也被定為首批進行累積暴露風險評估的外源性化學物質[1]。本次研究擬利用我國居民營養與健康狀況調查和全國食品污染物監測網數據，建立食品中有機磷農藥殘留累積暴露風險評價方法和模型，有助于科學判斷我國食品安全現狀，為制定食品中有機磷農藥殘留限量標準提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 資料來源

膳食暴露評估主要涉及數據包括膳食消費量數據、污染物常規監測數據、以及待評估人群人口學數據，本次研究數據來源分別如下：

膳食消費量：來源于2002年全國居民營養與健康狀況調查，通過24小時膳食回顧法收集的全國31個省、自治區、直轄市(不含港澳臺)22567個家庭連續3天(2個工作日和1個周末，節假日除外)的食物消費量數據，涉及原料食物和部分加工食物共1399種。因1歲兒童主要是母乳喂養，不納入本次研究，最終有效數據包含65915人共計193080人日的膳食消費量記錄。

有機磷農藥監測數據：來源于2001年～2006年全國14個省/地區食品污染物監測網，共監測有機磷農藥36種，監測樣本17743份，涉及食品181種，陽性監測樣本為2636，總檢出率為14.86%。

人口學數據：來源于2002年全國居民營養與健康狀況調查的家庭成員基本情況登記，包含年齡、性別、體重、城鄉等信息。

1.2 建模原理及方法

累積暴露(cumulative exposure)是指具有相同毒性機制的多種化學物經某一特定途徑(如膳食)同時暴露的總量。相對強度系數(relative potency factor,RPF)方法是目前對具有相同毒性機制的多種化學物同時暴露累積風險評估的有效方法；它起源于美國EPA對二噁英類化學物的聯合毒力評價并被國際上普遍認可[2]，繼而美國國家研究委員會(National Research Council,NRC)與EPA又將其用于有機磷農藥累積暴露風險評估[3,4]。其原理是首先確定一個指示化學物(index chemical,IC)，然后將待評價食物中的多種化學物的監測濃度通過相應的RPF分別換算為指示化學物的當量濃度后累加，得到指示化學物的累積當量濃度，然后按照單種化學物的暴露評估步驟來評價該組化學物的累積暴露效應。因此，累積暴露概率模型是在單種化學物膳食暴露評估模型[5]基礎上的一個延伸，其形式為：

(1.1)

不同的是，ci*j*k不再是單種化學物的監測濃度，而是監測食品k中多種化學物的累積當量濃度。

其中，第i種有機磷農藥的RPF值定義為指示化學物的關鍵效應劑量(critical effect dose,CED)與該有機磷農藥關鍵效應劑量之間的比值，即：

(1.2)

將監測食物k中檢測到的i(i∈(1:h))種有機磷農藥的濃度轉換為IC的當量濃度為：

(1.3)

本次研究選擇經口給藥途徑下雌性大鼠21天后大腦中AChE抑制的關鍵效應劑量BMD10來計算RPFs[4]；指示化學物選擇對其毒性機制研究較清楚、有劑量反應數據支持、且在我國不同地區廣泛檢出的甲胺磷(Methamidophos,MMP)。

膳食累積暴露風險評估模型使用Monte Cado模擬量化變異度，模型的加工因子、變異因子和未檢出值處理同單種化學物膳食暴露評估模型[5]。

1.3 統計軟件

使用中國膳食暴露評估模型軟件(軟著登字第119729號)進行統計分析。軟件介紹參見文獻[6]。

2 結 果

2.1 有機磷濃度分布及食物消費量分布描述

本次研究將甲基嘧啶硫磷、甲胺磷、亞胺硫磷等18種農藥納入累積風險評估，如圖1。為滿足概率模擬的隨機性，并且與食物消費量數據建立對應關系，以最小樣本量為30，構建橋梁數據庫[7]。合并歸組后納入模型的共有51種食物及合并食物組，其中檢測樣本在200例以上的23種食物(組)的有機磷類農藥檢出率及其MMP當量濃度分布見表1。有機磷農藥檢出率最高的食物(組)有韭菜(28.23%)、青菜(25.87%)、卷心菜(25%)、花椰菜(22.77%)等；高MMP當量濃度出現在花椰菜(60.64 mg·kg-1)、韭菜(22.21 mg·kg-1)、茄子(11.04 mg·kg-1)、卷心菜(10.84 mg·kg-1)、新鮮蘑菇(10.24 mg·kg-1)；各食物(組)中MMP當量濃度成偏態分布，高端值(P99)是中位值(P50)的2.61- 321.87倍。

各食物(組)的消費人日數及消費量(g·day-1)分布見表2。消費頻率最高的食物依次是大米(159075人日)、面粉(63873人日)、大白菜(49865人日)、馬鈴薯(45263人日)、青菜(38707 人日)等；從P50來看，平均消費量最高的食物(組)是大米(250 g·day-1)；食物消費量的標準差在24.41～381.98 之間，說明人群食物消費量變異很大。

2.2 人群膳食有機磷累積暴露評估

以Monte Carlo模擬M=200,000次迭代，未檢出值(全人群暴露量>18歲及以上成人暴露量。繪制我國居民每日累積攝入MMP當量的累積密度(CDF)曲線見圖2。我國居民從每日消費的食物中攝入有機磷的累積暴露量超過健康限值的概率(即超標率)分別為：全人群0.37%，2～6歲兒童0.88%，18歲及以上成人0.25%。

圖1納入累積風險評估的18種有機磷農藥及其監測樣本和陽性樣本數

Fig1Monitoringandpositivesamplesofthe18OPsincludedintheassessment

表1納入模型的部分食物(組)中有機磷檢出率及MMP當量濃度分布(mg·kg-1)

Tab1Detectionratesandcumulativeconcentrationsofthefoodincludedinthemodel

食物(組)監測樣本數檢出率(%)MMP當量濃度(mg·kg-1)P25P50P75P90P95P99最大值韭菜136428.230.060.100.160.320.482.9422.21卷心菜129625.000.040.090.160.230.391.4610.84青椒118212.010.040.090.140.160.200.454.51茄子10759.670.030.090.140.160.260.5111.04黃瓜93910.540.020.090.140.160.230.455.59青菜92425.870.050.090.150.230.320.835.76新鮮蘑菇90318.160.090.110.160.230.351.0210.24菠菜85214.670.020.090.140.160.250.673.86空心菜76819.010.070.090.160.320.453.5810.00扁豆59015.590.020.070.100.160.230.811.27生菜51210.160.060.090.150.180.230.464.50紅綠茶5007.40.000.090.150.250.320.450.55大白菜48717.450.050.090.110.170.180.421.69梨4656.880.010.030.090.140.160.321.56蘋果4567.460.010.040.090.140.160.260.59花椰菜44822.770.080.090.160.320.592.5560.64豇豆42912.590.070.100.150.160.230.668.58桃子4028.960.020.040.100.150.180.380.75大米3943.810.000.000.000.010.040.040.14柑桔35813.690.010.010.100.160.230.230.90芹菜29015.170.010.020.030.090.100.230.92馬鈴薯2634.940.010.020.020.040.050.090.09面粉2362.970.000.010.010.040.040.040.13

表2納入模型的部分食物(組)消費人日及消費量(g·day-1)描述

Tab2Consumptionratesandconsumptionsofthefoodincludedinthemodel

食物(組)消費人日均數標準差P25P50P75P90P95P99韭菜886298.1078.450100150200250375卷心菜6299129.0091.855100150250300450青椒2829978.1065.83550100150200300茄子19250144.70104.490100200275350500黃瓜9141118.4096.550100150200300500青菜38707170.90120.5100150200300400600新鮮蘑菇799673.5062.92550100150200300菠菜6228110.3072.650100150200250350空心菜3251158.10104.5100150200300350500扁豆8400140.5096.775100200250300500生菜6024135.9092.475100175250300450紅綠茶67814.8028.8510152550105大白菜49865180.40134.4100150250350450675梨6376182.00103100150200300400550蘋果18320173.70102.9100150200300400550花椰菜6947122.4078.550100150200275400豇豆19458145.70105.775100200300350500桃子1970171.30106.6100150200300400500大米159075269.60166.3150250375500550750柑桔3909147.10108.6100100175250335550芹菜10895102.8072.550100150200250350馬鈴薯45263150.00105.2100100200300350500面粉63873226.80161.7100200300450550725

表3我國居民膳食有機磷累積暴露量分布(IC=MMP,M=200,000，

Tab3CumulativedietaryexposureofOPsforthepopulationsinChina

人群均數P5P25P50P75P90P95P97.5P99P99.92-6歲兒童1.2480.0270.2480.6641.3562.4133.4494.9299.05150.49118歲及以上成人0.5920.0220.1580.3590.6751.1431.5772.1573.55020.574全人群0.6810.0230.1630.3800.7351.2871.8652.7014.79323.868

2.3 食物貢獻度分析

我國居民18歲及以上成人、2～6歲兒童膳食暴露MMP總當量的食物貢獻度分析見圖3，對成人膳食有機磷累積暴露貢獻度較大的食物主要是大白菜、青菜、豇豆、茄子，這幾種食物的累積貢獻度達41.35%；除青菜、大白菜、豇豆外，蘋果(5.48%)對兒童膳食有機磷累積暴露的獻度也較大；此外，馬鈴薯(2.04%)對兒童的貢獻亦大于成人。

3 討 論

RPF方法原理較簡單易懂，但需要強調的是，RPF方法僅適用于化學物間效應具有劑量可加性，累積暴露評估才有意義。RPF值由化學物間的關鍵效應劑量導出，關鍵效應的定義和關鍵效應劑量的獲得是應用RPF方法進行累積暴露風險評估的重要步驟和不確定性來源。

圖2我國居民每日累積暴露甲胺磷當量CDF曲線

Fig2Thecumulativedensityfunction(CDF)curveofdietaryexposuretoMMPforthepopulationsinChina

(a) 18歲及以上成人;(b) 2- 6歲兒童

圖3我國居民膳食有機磷累積暴露量食物貢獻度(貢獻度<2%的食物(組)合并為“其它”)

Fig3ContributionsoffoodcommoditiestototalintakesofOPsinChina

近年來，因對AChE抑制類殺蟲劑的毒理學機制研究較明確，國外學者優先評價了有機磷類和氨基甲酸酯類農藥的膳食暴露累積風險。Boon和van Klaveren(2003)分別以乙酰甲胺磷和亞胺硫磷作為指示化學物，對荷蘭1～97歲全人群和1～6歲兒童膳食暴露40種AChE抑制類殺蟲劑(包括有機磷類和氨基甲酸酯類農藥)的累積暴露風險進行評估，其AChE抑制類殺蟲劑的檢出率為6%；以乙酰甲胺磷為指示化學物，全人群P99.9累積暴露量超出ARfD，兒童P99.5超出ARfD；葡萄的食物貢獻度最大[8]。Caldas等(2006)以甲胺磷與乙酰甲胺磷為指示化學物，評價了巴西人群經蔬菜、水果暴露的25種AChE抑制類殺蟲劑的累積暴露風險，其AChE抑制類殺蟲劑檢出率為13.7%，全人群累積暴露量的P99.9分別是其ARfD的70.2%(乙酰甲胺磷為指示化學物)和33.6%(甲胺磷為指示化學物)；6歲及以下兒童的平均暴露水平是全人群平均暴露水平的2.4倍；西紅柿的食物貢獻度最大[9]。Boon等(2008)以乙酰甲胺磷為指示化學物對荷蘭全人群和1～6歲兒童膳食暴露有機磷的累積風險進行評估，有機磷農藥檢出率為15%，評估得到全人群與兒童乙酰甲胺磷累積暴露當量的P99.9分別是其ARfD的46%和114%，菠菜貢獻度最大[10]。Jensen等(2009)以毒死蜱和甲胺磷為指示化學物，評價了丹麥人群經蔬菜、水果、谷物暴露的25種AChE抑制類殺蟲劑的累積風險，全人群與兒童累積暴露量分布的P99.9分別是其ARfD的0.8%和1.8%(毒死蜱為指示化學物)、13.8% 和31.3%(甲胺磷為指示化學物)，食物貢獻度最大的是蘋果[11]。

當前國內對有機磷農藥膳食暴露風險評估研究包括對食品中有機磷農藥的常規監測、總膳食研究以及單種有機磷農藥的暴露評估，未見多種有機磷農藥累積暴露評估研究的相關報道。本次研究構建的累積暴露評估概率模型，與上述國內外研究結果相比，我國2001年～2006年食品污染物監測有機磷的總檢出率為14.86%，結合2002年中國居民食物消費量調查數據，以甲胺磷為指示化學物，我國居民全人群、18歲及以上成人和2- 6歲兒童有機磷累積暴露量暴露量均值分別為ARfD的6.81%、5.92%、12.48%，P99.9分別是ARfD的2.39倍、2.06倍、5.05倍，人群累積暴露量超標率分別為0.37%、0.25%、0.88%。可見，我國居民膳食有機磷累積暴露的平均值尚處于安全水平，與總膳食研究結果一致；但人群存在一定的超標率，且高百分位數(P99.9)暴露量遠高于國外同類研究結果。我國兒童暴露量也高于成人，其平均暴露量是成人平均暴露水平的2.1倍，高百分位數(P99.9)是成人的2.5倍。與國外研究中水果的食物貢獻度較大不同的是，對我國膳食有機磷累積暴露貢獻度較大的食物主要是青菜，其次是大白菜、豇豆、茄子，這幾種蔬菜累積貢獻度達40.38%～41.35%；不同特征人群的食物貢獻度不盡相同，蘋果在兒童中的貢獻度大于在全人群的貢獻度，而青菜、花椰菜、大白菜三種蔬菜對高端暴露人群的合計貢獻度超過50%，提示對上述幾種蔬菜的監測應予以重視。

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2016- 10- 17

2017- 03- 07

國家自然科學基金資助項目(21537001,81573159)；江蘇省自然科學基金青年基金項目(BK2012348)

孫金芳(1982-)，女，山東蓬萊人，講師，博士，研究方向：食品安全風險評估，E- mail: sjf_1128@126.com

劉沛，教授，博導，liupeiseu@126.com; 吳永寧，研究員，博導，E- mail: wuyongning@cfsa.net.cn

孫金芳, 余小金, 閔捷,等. 我國有機磷農藥膳食暴露累積風險評估模型構建[J].東南大學學報：醫學版，2017,36(5)：789- 794.

R151

A

1671- 6264(2017)05- 0789- 06

10.3969/j.issn.1671- 6264.2017.05.022

(本文編輯：孫茂民)