人血清中97種典型化學污染物暴露特征及健康風險評估

張明燁, 曹 衍, 李 想, 寇 婧, 徐啟彤, 陽思潔,鄭志義, 劉 俊, 梅素容

(華中科技大學公共衛生學院環境醫學研究所, 教育部環境與健康重點實驗室, 湖北 武漢 430030)

化學污染物是指會對環境造成污染的化學物質,典型的化學污染物主要包括有機氯農藥(organochlorine pesticides, OCPs)、多環芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)、多氯聯苯(polychlorinated biphenyls, PCBs)、多溴二苯醚(polybrominated diphenyl ethers, PBDEs)等。這些物質可作為殺蟲劑、除草劑、殺菌劑、增塑劑和阻燃劑等被廣泛應用于農業和工業生產中[1]。農藥施用和工業化學品排放導致環境介質中化學污染物的廣泛殘留[2],并通過飲食、空氣吸入、皮膚接觸等多種途徑進入人體,隨血液循環到達全身各個組織器官,引起不良健康效應,如內分泌干擾毒性、肝毒性、生殖毒性和免疫毒性等[3,4]。

美國[5]、加拿大[6]和德國[7]等發達國家已在全國范圍內開展化學污染物內暴露評估,有助于準確評估化學污染物對人體的健康風險。中國疾病預防控制中心也啟動了中國人體生物監測項目[8],旨在評估我國人群體內各種化學污染物的殘留水平。這些生物監測項目中一種檢測方法通常只針對某一類或少數幾類物質進行同時檢測,需要大量的生物樣本、檢測時間長且成本高。鑒于人體處于化學污染物復合暴露狀態,同時檢測多種污染物的內暴露水平具有重要意義。固相萃取技術(SPE)可以對樣品同時進行富集和凈化且操作簡單,常用于樣品前處理[9],色譜-串聯質譜(MS/MS)技術具有靈敏度高和特異性強等特點,常用于化學污染物的定性定量分析[10]。本研究主要關注的化學污染物為沸點低且熱穩定性較好的有機化合物,故適合用氣相色譜(GC)-MS/MS來進行分析。

血清中化學污染物水平受多種因素的影響,包括人口學特征、生活方式和飲食等,但目前研究納入的化學污染物種類有限且結論不完全一致[11,12],因此需要進一步研究探討血清化學污染物濃度水平的影響因素。

基于此,本研究選取我國中部地區普通人群作為研究對象,采用SPE-GC-MS/MS技術同時測定血清中97種化學污染物的內暴露水平,闡明化學污染物暴露水平相關的影響因素,并評估污染物單一和累積暴露的健康風險。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與材料

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

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

標準品:30種殺蟲劑混合標準溶液(28種OCPs和2種氨基甲酸酯類殺蟲劑,100 μg/mL)、22種殺蟲劑混合標準溶液(13種有機磷殺蟲劑和9種擬除蟲菊酯類殺蟲劑,100 μg/mL)、12種PAHs混合標準溶液(100 μg/mL)購自天津阿爾塔科技有限公司;18種PCBs混合標準溶液(100 μg/mL)、PCB-183標準溶液(100 μg/mL)購自美國AccuStandard公司;7種PBDEs混合標準溶液(50 μg/mL)、腐霉利(100 μg/mL)、乙烯菌核利(100 μg/mL)、蟲螨腈(100 μg/mL)和炔螨特(100 μg/mL)標準溶液購自上海安譜實驗科技股份有限公司;氟樂靈標準品(0.25 g)、乙菌利標準溶液(100 μg/mL)和異菌脲標準品(0.1 g)購自德國Dr. Ehrenstorfer公司。

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

1.2 標準溶液配制

將上述標準品溶于丙酮,配制成質量濃度為20 μg/mL的97種化學污染物混合標準貯備液;將混合標準貯備液用丙酮稀釋得到質量濃度為2 μg/mL的混合標準應用溶液,并用丙酮配制成質量濃度為0.2、0.5、1、2、5、10、20、50、100、200、500、1 000 ng/mL的系列標準溶液。稱(量)取一定量內標溶于丙酮,配制成質量濃度為20 ng/mL的內標混合貯備液,于-20 ℃冰箱保存備用。

1.3 血液樣品采集

本研究從我國中部地區某三甲醫院健康管理中心隨機招募體檢人群作為研究對象,進行問卷調查,收集了60名成人的性別、年齡、教育程度、身高、體重、體質量指數(BMI)、吸煙、飲酒、體育鍛煉和膳食資料(肉類、蛋類、奶制品、蔬菜、水果和堅果)等信息。采集研究對象的血液樣本,離心取上清液后轉入-80 ℃冰箱保存。本研究得到華中科技大學同濟醫學院倫理委員會批準(No. 2018-IEC-S329),招募對象均簽署知情同意書。

1.4 樣品前處理

取200 μL血清樣品于離心管中,加入10 μL質量濃度為20 ng/mL的內標混合貯備液,渦旋混勻后置于4 ℃冰箱中過夜;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正己烷進行洗脫,收集全部洗脫液并用氮氣吹干,使用100 μL丙酮進行復溶,轉移至進樣瓶待檢測。

1.5 分析條件

1.5.1色譜條件

色譜柱:Agilent DB-5MS毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);載氣流速1.2 mL/min;進樣口溫度: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。不分流進樣,進樣量1 μL。

1.5.2質譜條件

電子轟擊離子源(EI),電離電壓70 eV;離子源溫度300 ℃,傳輸線溫度300 ℃;溶劑延遲時間6 min;掃描模式為多反應監測(MRM),內標法定量。97種目標物的質譜分析參數詳見前期工作[13]。

1.6 脂質標準化濃度的計算

血清中總膽固醇(total cholesterol, TC)和甘油三酯(triglycerides, TG)含量使用全自動生化分析儀(Cobas 8000,羅氏公司)進行測定,污染物的脂質標準化濃度(ng/g脂質)由式(1)和式(2)[14]進行計算。

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,CWet-weight為污染物的檢測濃度,CLipid-standardized為污染物的脂質標準化濃度。

1.7 統計分析

1.8 健康風險評估

危害商(hazard quotient, HQ)是健康風險評估的重要指標,通過化學污染物實際暴露量與生物監測當量(biomonitoring equivalents, BEs)或人類生物監測(human biomonitoring, HBM)值之比來反映暴露風險,計算公式見式(3)。

(3)

其中Cserum為血清中化學污染物的濃度;BE為生物介質中污染物或其代謝物的濃度或濃度范圍,與暴露指導值(參考劑量、最低風險水平和每日耐受攝入量)一致[15]。HBM值是由德國HBM委員會制定的,包括HBM-Ⅰ和HBM-Ⅱ值[16]。HBM-Ⅰ值是一個控制值,低于該值預計不會對健康產生不利影響,HBM-Ⅱ值是一個行動水平,超過該值可能會發生相關的不良健康影響,當濃度高于HBM-Ⅰ而低于HBM-Ⅱ值時,無法完全排除對健康的潛在損害。HQ<1時,認為化學污染物暴露無明顯的健康風險;HQ>1時,認為化學污染物暴露存在健康風險。危害指數(hazard index, HI)用來估計化學污染物的復合暴露風險[17],計算公式見式(4)。

HI=∑HQ

(4)

HI<1時,認為化學污染物復合暴露無明顯的健康風險;HI>1時,認為化學污染物復合暴露存在健康風險。

2 結果與討論

2.1 人口學特征

本研究納入的研究對象中女性人數為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%)研究對象教育程度為大學及以上,超過半數的人不吸煙(73.3%)和不飲酒(76.7%)。

2.2 血清中化學污染物濃度水平

本研究共檢測了血清中97種化學污染物(名單見附表S1,www.chrom-China.com),由濃度水平測定結果可以看出,血清中OCPs、PCBs和PAHs的檢出率較高,且以OCPs為主;檢出率高于70%的物質有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%),中位數濃度依次為0.600、7.340、2.938、0.013、0.013、0.084、2.020、0.138 ng/mL(見表1)。本研究中六氯苯和五氯苯酚的中位數濃度水平高于德國博物館職工[18]和比利時居民[19]等發達國家人群暴露水平;p,p′-滴滴伊和β-六六六的中位數濃度高于黎巴嫩成人[20]和韓國普通人群暴露水平[21];這可能是因為我國作為農業大國,農藥使用量多[22,23],大規模的生產和使用導致我國受到較為嚴重的污染。PCB-138和PCB-153的中位數濃度低于美國成年女性[24]和加拿大普通人群[25]暴露水平;這可能是因為我國不是PCBs主要生產地,總產量僅占全球產量的0.7%[26],污染程度相對較輕。芴和蒽的中位數濃度高于美國軍人[27]體內濃度水平,這可能是因為PAHs主要來源于化學工業污染、交通尾氣污染等,我國PAHs排放較多[28],污染程度不容忽視?？傊?血清中污染物濃度水平存在地區差異,這可能與不同地區的經濟水平、工業生產、交通狀況和人群的生活方式及飲食習慣等有關。

表1 普通人群體內化學污染物濃度分布

2.3 血清中化學污染物濃度的影響因素分析

將血清化學污染物濃度作為因變量,人口學資料、生活習慣和膳食資料作為自變量建立多元線性回歸方程,分析影響血清中化學污染物濃度的因素(見表2)。結果顯示,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,與既往研究結果一致[31,32],這可能是由于OCPs和PCBs具有持久性,且中老年人暴露時間長,代謝能力差,從而導致化學污染物在體內長期蓄積[33];肉類攝入頻率與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,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),膳食暴露是農藥的主要暴露來源,因此,較高的肉類和蔬菜攝入頻率可能會增加農藥的暴露水平[34];另外,飲酒者體內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的暴露風險。本研究中未發現教育程度、吸煙和體育鍛煉與化學污染物濃度之間的關聯,需要開展更大樣本量的研究來全面探討化學污染物濃度的影響因素。

2.4 健康風險評估

健康風險評估可以反映化學污染物的暴露是否會對人群的健康狀況造成不利影響,從而使生物監測數據能夠在公共衛生背景下進行解釋。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得出的[16];六氯苯和p,p′-滴滴伊的BE值分別為340 ng/g脂質[35]和5 000 ng/g脂質[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%的研究對象血清中五氯苯酚的HQ超過1,表明人群可能存在與五氯苯酚暴露相關的健康風險;五氯苯酚屬于持久性有機污染物,具有持久性、生物蓄積性和致癌性等[37,38],在我國主要用于殺滅血吸蟲的中間宿主釘螺,本研究所處省份屬血吸蟲病流行省,曾大量使用五氯苯酚及其鈉鹽,造成環境污染并對人體健康產生嚴重威脅[39]。在研究人群中沒有觀察到六氯苯和p,p′-滴滴伊的健康風險。研究人群HI的第95百分位數為2.48,約28.3%的研究對象HI值大于1,表明污染物復合暴露的健康風險不容忽視。后續應進行更全面的暴露監測和健康風險評估。

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

3 結論

本研究發現我國中部地區普通成人廣泛暴露于各種化學污染物,以OCPs、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污染物濃度的重要影響因素。本研究評估了人體內化學污染物暴露水平和特征,并進行了單一和累積暴露的健康風險評估,部分人群暴露于五氯苯酚可能存在潛在的健康風險,且多污染物累積暴露風險不容忽視,未來應開展大規模的人體生物監測進一步探討化學污染物暴露對人體健康的影響。