环境健康风险评价中我国居民暴露参数探讨

1、环境健康风险评价中我国居民暴露参数探讨王宗爽1,段小丽1,刘平2,聂静1,黄楠3,张金良11.中国环境科学研究院,北京1000122.中国环境科学学会,北京1000823.江苏工业学院,江苏常州213164摘要:暴露参数是人体暴露和健康风险评价中的关键性参数,根据我国居民人群的基本体征参数和相关调查统计数据,在借鉴和参考了美国环境保护署(US EPA 建立暴露参数的方法学基础上,探讨了我国居民呼吸、饮食、皮肤等的暴露参数.结果表明:我国居民呼吸速率为517119102m 3d ,18岁以下人群各种活动强度下男性和女性的呼吸速率几乎一样,而1860岁的男性呼吸速率明显大于女性;我国成年人饮食量为

2、117613g d ,主要食用米、面及其制品,分别占总饮食量的23%和13%;我国成年男性的皮肤表面积为11697m 2,成年女性为11531m 2;我国成年男性平均体质量为62170kg ,成年女性平均体质量为54140kg ;我国居民的各种暴露参数与美国相差215%3313%,若在同等条件下参考国外暴露参数开展暴露和健康风险评价可能带来较大的偏差,开展全国范围内系统的暴露参数调查研究工作迫在眉睫.关键词:暴露参数;健康风险;中国居民;摄入;呼吸;皮肤中图分类号:X 820文献标志码:A 文章编号:1001-6929(200910-1164-07Human Expo sure Factors

3、 of Chine se People in Environmental Health Risk Asse ssmentW ANG Z ong 2shuang 1,DUAN X iao 2li 1,LI U Ping 2,NIE Jing 1,H UANG Nan 3,ZH ANGJin 2liang11.Chinese Research Academy of Environmental Sciences ,Beijing 100012,China2.Chinese Ass ociation of Environmental Sciences ,Beijing 100082,China3.Ji

4、angsu P olytechnic University ,Changzhou 213164,ChinaAbstract :Human exposure factor plays a critical role in health risk assessment.This paper investigates human exposure factors of Chinese people based on the reference of the framew ork of the US EPA exposure factors handbook and the statistical a

5、nalysis of current nation 2wide surveys and relevant literatures.The factors are categ orized into three types :ingestion ,dermal exposure and inhalation.Results show that inhalation rates vary with different ages ,and range from 5171to 19102m 3d.F or people below 18years old ,inhalation rates in di

6、fferentactivity m odes show no statistically significant differences between males and females.H owever ,for people from 18to 60years old ,inhalation rates for males are higher than for females.Daily dietary intake of adults is 117613g ,am ong which ingestion of rice and flour products is 23%and 13%

7、of the total daily dietary intake ,respectively.Body sur face area of adults is 11697m 2for males and 11531m 2for females.Body weight of adults is 62170kg for males and 54140kg for females.Results show 215%23313%differences of exposure factors between this study and those reported in the US EPA expo

8、sure factor handbook.The use of exposure factors in form the US EPA or other countries in exposure or health risk assessment may cause bias.There is urgent need to carry out nation 2wide research and survey on exposure factors for Chinese people.K ey w ords :exposure factor ;health risk ;Chinese peo

9、ple ;intake ;inhalation ;dermal收稿日期:2009-01-07修订日期:2009-02-09基金项目:国家环保公益性行业科研专项(200809101;中央级公益性科研院所基本科研业务专项(2007KYY W13作者简介:王宗爽(1977-,男,河南驻马店人,助理研究员,硕士,主要从事环境标准、环境空气污染和环境健康的研究,暴露参数是用来描述人体经呼吸、经口、经皮肤暴露外界物质的量和速率,以及人体特征(如体质量、寿命等的参数,是评价人体暴露外界物质剂量的重要参数之一1第22卷第10期2009年10月环境科学研究Research of Environmental Sc

10、iences V ol.22,N o.10Oct.,2009手册的国家,20世纪80年代在一些全国性调查的基础上发布了暴露参数手册,又于1997年进行了补充和修订,发布了新的暴露参数手册1.欧洲各国2、日本3和韩国4也分别于2006和2007年在参考US EPA暴露参数手册框架的基础上,陆续发布了适合本国居民特点的暴露参数手册.这些暴露参数手册成为政府决策者、科研工作者和技术人员必备的工具,在提高人群暴露评价和健康风险评价的准确性方面发挥了重要作用.当前,我国无论是卫生部门还是环保部门在暴露参数方面都还没有一套标准或手册可供参考,在进行人体暴露和健康风险研究中主要以引用国外的参数资料为主528

11、.然而,由于人种和地区的差异性,适合西方国家人群的很多暴露参数并不能够代表我国人群的暴露特征,这可能给健康风险评价结果造成较大的误差,从而影响环境风险管理和风险决策的有效性和科学性.笔者通过研究分析我国现有的一些全国范围内的大型调查和文献所获的基础数据资料,在参考US EPA暴露参数手册框架的基础上,研究得出适合我国人群特点的基本暴露参数,并分析我国当前的数据缺陷,为今后研究提出几点建议.1研究方法1.1参数选择由于暴露参数内容多、范围广,在有限的篇幅里不可能一一涉及,故选择最常用的参数进行研究,包括人体特征参数(体质量、寿命、呼吸速率、食物摄入率、皮肤表面积等.1.2收集基础数据主要来源于我

12、国曾经开展的全国范围内的大型调查、权威统计资料以及有关文献资料.a.全国范围内的大型调查:2002年由我国卫生部、科学技术部与国家统计局在全国31个省、直辖市、自治区的270000余名受试者中组织开展的“中国居民营养与健康状况调查”9;中国疾病预防控制中心于19592004年对黑龙江、江苏、河南、广西、贵州等九省区20000人的膳食和营养状况的调查10.其中有很多资料可作为获得最终需要的暴露参数的基础数据来源.b.统计资料:2007年中国统计年鉴和中国卫生统计年鉴11212.c.文献报道数据:用“暴露参数”、“呼吸速率”、“皮肤面积”、“活动模式”等关键词检索了19902008年中国期刊网上的

13、文献资料.对于采用国外参数的文献,不予参考,对于国内调查的文献,要求样本量在5000人以上,且具有全国代表性.根据上述要求,没有检索出所要求的文献.1.3参数确定方法人体经呼吸道对污染物暴露的日均剂量的计算方法:ADD=C×IR×EDBW×A T(1式中,ADD为经呼吸暴露某种化合物的剂量, mg(kgd;C为环境空气中该化合物的质量浓度, mgm3;IR为呼吸速率,m3d;ED为暴露持续时间,年;BW为体质量,kg;AT为平均暴露时间,da.由式(1可见,呼吸速率是最主要的呼吸暴露参数之一.已有研究1中呼吸速率的确定方法主要有直接测量法、心律呼吸速率回归法、人体

14、能量代谢估算法等.目前我国还没有系统的呼吸速率调查研究报道,但我国已经进行了系统的营养状况调查,有很多关于能量代谢的研究成果.根据生物化学原理,人体在消耗能量的同时需要吸入氧气参与体内的生化反应,因此可以根据消耗能量数据计算消耗的氧气量,根据空气中氧气的含量,核算出吸入的空气量.因此,呼吸速率(IR,Lmin的计算采用人体能量代谢估算法:IR=4118E×H×VQ(2式中,H为消耗单位能量的耗氧量,取0105Lk J;VQ 为通气当量,通常为27;E为单位能量消耗或每种类型活动强度下的单位时间消耗能量,k Jmin,E的计算公式:E=BMR×N(3式中,BMR为基

15、础代谢率,基础代谢是维持机体生命活动最基本的能量消耗,相当于平躺休息时的活动强度水平,k Jd或M Jd;N为各类活动强度水平下的能量消耗量与基础代谢率的比值,无量纲.BMR可通过测量确定,但一般情况下主要通过模型计算而得13214.Schofield公式更适合于估算我国1830岁健康成人的基础代谢率15;18岁以下和60岁以上人群的BMR采用Shizgal-R osa公式估算13.各年龄段人群BMR的计算方法见表1.表1中各年龄段人群的H和BW值可根据我国2002年的调查资料9获得.根据文献1,17219休息时的能量消耗应等于基础代谢率,而坐、轻微活动、中度体力活动、重体力5611第10期王

16、宗爽等:环境健康风险评价中我国居民暴露参数探讨表1各年龄段人群BMR的计算公式T able1Calculation equation of BMR in people with different ages 年龄岁男性女性<1816370+20H+52BW-25A1873+13H+39BW-18A 18<301563BW+289662BW+203630601548BW+365334BW+3538>6016370+20H+52BW-25A1873+13H+39BW-18A注:H为身高,cm;BW为体质量,kg;A为年龄,岁.活动和极重体力活动的能量消耗分别约为基础代谢率的112

17、,115,4,6和10倍.根据上述方法计算得到的是单一活动强度水平下的呼吸速率,而人们每天通常需要休息、坐、轻微活动等,因此,这里忽略各类不同职业人群每天活动强度的差别,按照平均每天8h的休息时间,16h轻微活动时间计算呼吸速率. 11312经口暴露参数经口暴露剂量的计算公式:ADD=C×IR×EF×EDBW×A T(4式中,IR为食物的摄入率,g次;EF为暴露频率,次d.皮肤暴露量的计算方法:ADD int=(CK p SAED(BWA T(5式中,SA为皮肤表面积,cm2;K p为皮肤渗透系数, mgcm2.皮肤暴露参数主要是化学物质的皮肤暴露面积和

18、皮肤渗透系数,其中皮肤渗透系数通常可以在一些工具书中查到,而皮肤表面积是最为关键的参数.皮肤表面积的确定方法基本上分为3类:测量法;根据身高、体质量估计法;直接测量法,主要有等覆盖法、三角测量、表面整合3种方法1.选择US EPA1皮肤表面积的计算方法进行计算,见式(6.其中,体质量和身高参考中国卫生统计年鉴2007年12中的相关数据.SA=010239×H01417×W01517(6日常生活中,各类人群在不同的活动模式下皮肤暴露的部位不同,在计算皮肤暴露风险时,应考虑各种活动模式下的身体各部位皮肤的暴露面积.由于鲜见我国各类人群身体各部位皮肤表面积的报道,根据美国统计出的

19、人体各部位表面积在总面积中的比例(见表2,计算我国居民人身体各部位的表面积.表2不同身体部位表面积占全身面积的比例T able2Proportion of different parts in human body%项目头躯干上肢下肢手臂上臂前臂手腿大腿小腿脚无论是经呼吸、经口摄入还是经皮肤暴露,在计算日均剂量时都需要体质量、期望寿命等基本参数,主要参考国家相关统计资料9212,通过提炼和分析来确定这些参数.2结果与讨论2.1适合我国居民特点的呼吸暴露参数适合我国居民的呼吸速率见表3.与美国居民人群呼吸速率的对比见图1.由表3可见,我国各年龄段的居民呼吸速率为表3适合我国居民特点的呼吸速率T

20、able3Inhalation rate and v olume of Chinese people年龄岁性别不同活动强度下的呼吸速率(m3h休息坐轻微活动中度体力活动重体力活动极重体力活动呼吸速率(m3d<6男女0.140.140.170.170.290.280.570.560.860.841.431.405.715.586<18男女0.290.280.350.340.590.571.181.141.771.702.942.8411.7811.361860男女0.480.350.570.430.950.711.901.422.852.134.753.5419.0214.17>

21、;60男女0.290.260.350.310.580.521.151.041.731.552.882.5911.5310.366611环境科学研究第22卷 图1中美两国各类人群呼吸速率对比Fig.1C om paris on of inhalation rate between Chinese and American people517119102m 3d ,1860岁的成年男性呼吸速率约19m 3d ,成年女性约14m 3d.根据国际放射防护委员会(ICRP 的公布结果,成年男性的吸气量为23m 3d ,成年女性为21m 3d ,平均值为22m 3d 20.其原因可能是我国居民体质量比国外

22、发达国家小,基础代谢率及能量需求与国外发达国家有较大的差异.从图1可以看出,18岁以前我国城市居民无论男性还是女性的呼吸速率都低于美国居民,而18岁以后则相反,比美国高出22%左右,其主要原因可能是成年人作为劳动力的主体,劳动强度比美国成年人高,导致呼吸速率也比美国略高.总之,在评价我国居民呼吸暴露剂量和健康风险时,如果采用美国的呼吸速率参数将可能造成22%左右的误差.在研究水体中的污染物对人体健康影响时,各类人群的饮水量是最为关键的暴露参数.然而,目前为止我国并没有在该方面开展系统的研究,这里只能参考相关文献.ICRP 规定通常认为体质量60kg 的成年男性饮水量为23L d 20,每天液体

23、摄入量(包括奶、水与其他饮料,在正常条件下成人为110214L d ,儿童为114L d ,平均气温(32高时成年人为21843141L d 20.我国居民对不同种类食物的日均摄入量见表410.表4我国居民对不同种类食物的摄入量T able 4Dietary intake rate of Chinese peopleg d序号食物平均值年龄段儿童1青少年2成年人3序号食物平均值年龄段儿童青少年成年人其他畜肉9.22.19.110.826其他18.05.732.21指26岁;2指717岁;3指1845岁.7611第10期王宗爽等:环境健康风险评价中我国居民暴露参数探讨由表4可以看出,我国儿童、青

24、少年、成年人人均各类食物摄入总量分别为44015,91915和117613gd;我国居民饮食以米及其制品为主,平均占总饮食量的2216%,儿童、青少年和成年人分别占1418%,2610%和2317%;面及其制品平均占总饮食量的1313%,儿童、青少年和成年人分别占216%,1317%和1413%.与日本推荐的民众经口暴露参数相比3,我国居民水果、肉类、蛋类、鱼类和贝类、牛奶及制品、薯类等的摄入量明显低于日本,是日本的20%80%,而油脂等却明显高于日本,可见即便同属于亚洲的中国和日本,饮食结构依然存在较大差异.需要说明的是,我国饮食结构地区差异很大,而且城区、郊区和农村地区的饮食摄入量也有差异,同时饮食结构也随着时间而有所不同.同时我国居民的饮食结构与美国等国家显著不同,因此在开展饮食中污染物的暴露和健康风险评估时,以参考评价对象所在地区的饮食结构调查结果为最佳.近年来我国卫生部门一直在全国各地区开展大样本容量的调查,其结果在一定程度上代表了我国居民对各种饮食的摄入量水平.213适合我国人群特点的皮肤暴露参数我国各年龄段人群的皮肤表面积见表5.儿童、青少年和成年人不同部位皮肤表面积见表6.由表5可见,我国成年男性、女性的皮肤表面积分别为11697和11531m2,与美国成年人皮肤表