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研究背景与目的:农药残留是世界各国共同关注且比较敏感的食品安全问题,尤其是在我国这样一个农业大国。农药的膳食累积暴露评估是当前国际食品安全风险评估研究的热点。相对强度系数(relativepotencyfactor,RPF)方法是对具有相同毒性机制的多种化学物同时暴露累积风险评估的有效方法;生理毒物动力学(physiologicallybasedtoxicokinetics,PBTK)模型能够直接预测化学物内暴露剂量及其生物学效应,是食品安全风险评估中的新技术,但目前尚处于理论研究阶段。本论文针对我国食品安全风险评估现状和残留问题最突出的有机磷农药,利用2002年中国居民营养与健康状况调查的膳食消费量数据与2001年-2006年全国14个省/地区食品污染物监测网的有机磷农药监测数据,将RPF方法与概率评估模型相结合,构建我国有机磷膳食累积暴露概率评估模型,并进一步引入PBTK模型,对内暴露剂量进行初步探索,以期探讨适合我国实际情况的累积暴露评估方法与策略,了解我国居民膳食有机磷累积暴露水平与暴露来源的食物贡献度,为开展有机磷农药对环境污染的防治工作和食品安全风险管理工作提供科学依据。
研究内容与方法:(1)整合2002年我国居民膳食消费量与2001年-2006年全国14个省/地区食品监测中有机磷农药残留量两大数据库。在完成原始数据核查清理基础上,结合国际食品法典委员会(CAC)食品分类体系和我国食物成分表的食物归类方法,完成两个数据库统一的食物编码并构建桥梁数据库。(2)将相对强度系数方法与概率评估模型结合,构建有机磷农药累积暴露概率评估模型;以甲胺磷(Methamidophos,MMP)和毒死蜱(Chlorpyrifos,CPF)为指示化学物(indexchemical,IC),模拟我国居民全人群和不同特征亚组人群膳食有机磷累积暴露水平,估计人群暴露量分布与人群超标率。(3)在模拟人群暴露量基础上,分析不同特征人群有机磷暴露的食物来源及贡献度。(4)利用Bootstrap重复抽样技术,计算评估指标的可信区间与四分位间距以量化模型评估的不确定性。(5)通过改变模型输入,对指示化学物的选择、未检出值处理方法、以及几种特殊有机磷农药对评估结果的影响等进行敏感性分析。(6)以CPF为例,利用文献中可获得的模型参数构建人体暴露有机磷农药的PBTK模型,将膳食暴露CPF的累积当量(P99.9)作为外暴露剂量纳入模型,初步探索外暴露剂量与内暴露剂量(肝脏与静脉血中CPF的吸收量)的关联。
研究结果:(1)不同特征人群膳食有机磷累积暴露量分布及人群超标率估计:以MMP为IC,未检出值以检出限(limitofdetection,LOD)代替,全人群、18岁及以上成人和2-6岁儿童有机磷累积暴露量的均数分别为0.681ug/kg·day-1、0.592ug/kg·day-1、1.248ug/kg·day-1,分别占ARfD的6.81%、5.92%、12.48%;累积暴露量P99.9分别为23.87ug/kg·day-1、20.57ug/kg·day-1、50.49ug/kg·day-1,分别为ARfD的2.39倍、2.06倍、5.05倍;人群超标率分别为0.37%、0.25%、0.88%。城、乡居民膳食有机磷累积暴露量均数分别为0.563ug/kg·day-1、0.763ug/kg·day-1,分别占ARfD的5.63%、7.63%;累积暴露量P99.9为20.467ug/kg·day-1、34.256ug/kg·day-1,分别是ARfD的2.05倍、3.43倍;人群超标率分别0.26%、0.60%。
(2)食物贡献度分析:我国居民整体膳食有机磷累积暴露贡献度较大的食物主要是青菜、大白菜、豇豆、茄子,其累积贡献度达40.38%-41.35%;不同特征人群食物贡献度不尽相同,苹果(5.48%)和马铃薯(2.04%)对儿童贡献度较成人和全人群大;城市居民食物贡献度大于2%的食物来源种类较农村居民多,而荠菜(6.23%)、马铃薯(2.39%)对农村居民贡献较城市居民大。位于全人群暴露分布高端5%的高暴露人群食物有机磷暴露50%以上来自青菜(25.72%)、花椰菜(16.71%)和大白菜(11.10%)。
(3)不确定性分析:以MMP为IC,未检出值以LOD代替,我国居民全人群膳食有机磷累积暴露量均数的四分位间距为0.030ug/kg·day-1,95%可信区间为(0.636~0.728)ug/kg·day-1;P99.9的四分位间距为4.563ug/kg·day-1,95%可信区间为(16.859~30.677)ug/kg·day-1。2-6岁儿童累积暴露量均数的四分位间距为0.070ug/kg·day-1,95%可信区间为(1.137~1.317)ug/kg·day-1;P99.9的四分位间距为11.452ug/kg·day-1,95%可信区间为(31.179~59.398)ug/kg·day-1。18岁及以上成人累积暴露量均数的四分位间距为0.034ug/kg·day-1,95%可信区间为(0.559~0.649)ug/kg·day-1;P99.9的四分位间距为4.765ug/kg·day-1,95%可信区间为(14.801~28.076)ug/kg·day-1。其中,2-6岁儿童累积暴露量均数和各百分位数的95%可信区间与全人群、18岁及以上成人95%可信区间均无重叠。
(4)敏感性分析:①以CPF为IC,未检出值以LOD代替,我国居民全人群、2-6岁儿童和18岁及以上成人膳食有机磷累积暴露量的P99.9分别为ARfD的4.55倍、6.16倍、3.73倍;其中,2-6岁儿童累积暴露量的P99仍然是ARfD的1.25倍。以CPF为IC的评估结果较以MMP为IC结果保守。②纳入美国EPAFQPA安全系数后,2-6岁儿童有机磷累积暴露量均数及各百分位数是纳入前的3.02倍—9.04倍;P99.9高达ARfD的15.25倍;仅75%的儿童处于安全暴露水平(未检出值以LOD代替)。③未检出值的不同处理方法对人群暴露量平均水平的估计影响较大,而对高端百分位数影响不大。④禁用农药对我国居民有机磷农药累积暴露影响最大的是甲胺磷,其次为久效磷;全面禁用四种农药,我国居民全人群及2-6岁儿童有机磷累积暴露量将显著降低。
(5)PBTK模型结果显示,我国成人单次暴露剂量为22.3mgCPF(P99.9)后,肝脏与静脉血中CPF的吸收总量(CPF-AUC)分别为7.39×10-3mmol/L·h-1、3.17×10-3mmol/L·h-1:24小时内尿液排出3,5,6-三氯吡啶-2-醇(3,5,6-Trichloro-2-pyridinol,TCP)的最大量为0.10mg。
研究结论:我国居民膳食有机磷累积暴露分布人群变异较大,2-6岁儿童与高端暴露人群累积摄入过高问题以及对禁用有机磷农药的监管应予重视。食物贡献度分析综合了食物消费频率、食物消费量和食物污染物含量的共同影响,结果提示对青菜、大白菜、花椰菜、豇豆、茄子这五种食物的有机磷残留状况应加强监管。概率模型对高端百分位数评估的不确定性大,风险管理者在以高端暴露量为依据做决策时应慎重。构建PBTK模型预测有机磷农药内暴露剂量是可行的,目前需要进一步收集实验室数据完成模型验证。
本次研究以有机磷农药为例,探讨了我国开展膳食累积暴露风险评估的方法和策略,即以MonteCarlo模拟和Bootstrap抽样为两大模块的概率模型结合相对系数方法,获得人群累积暴露量分布及不确定性分布,确定高危人群;以累计密度函数(cumulativedensityfunction,CDF)曲线获得人群累积超标率估计;通过食物贡献度分析明确重点控制的食品种类;以及对影响评估结果的不确定因素进行敏感性分析。并进一步提出将累积暴露评估结果与生理毒物动力学模型相结合的思路,初步探索外暴露剂量和内暴露剂量的关联。本文结合我国实际数据进行评估,既填补了国内膳食累积暴露评估技术的空白,也为政府相关部门了解我国居民膳食有机磷累积暴露水平、确定高危人群、明确重点控制食品种类,以及修订我国机磷农药最大残留限量(MRL)标准等提供科学依据。