LMS法和排序計數法在江蘇省居民膳食鎘暴露評估中的比較研究*

東南大學公共衛生學院流行病與衛生統計學系(210009) 張亞非 孫金芳 付 強 劉 沛

鎘是一種對人體有急性和慢性毒作用，并有多系統毒效應的重金屬之一，主要通過食物﹑水和空氣進入體內，長期攝入會對人體健康產生危害。2010年聯合國糧農組織和世界衛生組織食品添加劑聯合專家委員會(JECFA)將原來的鎘每周可耐受攝入量PTWI=7 μg/kg bw per week改為更加嚴格的每月可耐受攝入量 PTMI=25 μg/kg bw per month〔1〕，說明鎘對人體危害受到了世界范圍的關注，故尋求更有效的膳食暴露評估方法具有重要現實意義。鎘等重金屬的膳食暴露概率評估目前常通過Monte Carlo模擬獲得人群暴露量分布，然后用排序計數法估計各年齡亞組暴露量的百分位數。這種人為將待評估人群按年齡分為不同亞組的方法主觀性較大，而且由于多數暴露量數據呈偏態分布，人為分組后樣本量減少，對邊緣百分位數的估計容易產生偏倚。LMS(偏度系數-中位數-變異系數)方法〔2－4〕通過繪制年齡別百分位數曲線，使對年齡的分組基于試驗曲線。由于將年齡作為協變量，使得所有數據都能納入曲線繪制中，充分利用了原始數據信息，因此在某些情況下，對邊緣百分位數的估計優于排序計數法〔5〕。

資料來源

1．鎘監測數據庫:國家食品污染物監測網在2000～2006年期間采用多階段分層抽樣方法(監測點，零售商和商品共3層)進行采樣，樣品中的鎘按照衛生部標準化管理委員會規定方法(國標GB/T5009．20-2003)進行檢測。江蘇省鎘污染物檢測228種食物，共計2543條檢測數據。低水平數據處理按照2000年WHO推薦方法，對小于檢測限(limit of detection，LOD)的結果以LOD/2計〔6〕。由于我國目前缺少食品加工因子、變異因子的相關數據，按照國際通用做法均默認為1。

2．鎘消費量數據庫:2002年中國居民營養與健康狀況調查，以24小時膳食回顧法收集的江蘇省8個縣(市/區)1451個家庭1～89歲的3938人連續3天共計11629個人日、114740條膳食消費量記錄。相應的人口統計數據，如年齡、性別、體重等也通過本次調查收集。

3．膳食消費和鎘監測數據中的食物分類編碼采用國際食品法典委員會(codex alimentarius commission，CAC)原則與我國食物成分表食物分類原則相結合的方式〔7〕。

方 法

1．分布點評估模型 將目標人群的食物消費量作為隨機變量，化學物含量作為固定值則可構建分布點評估模型〔8〕。在化學污染物慢性膳食暴露評估中，常以調查期食物消費量的觀察個體均數(observed individual means，OIM)作為隨機變量〔9〕構建模型。模型統計量的計算方法為:根據公式(1)，編寫SAS程序進行蒙特卡洛隨機抽樣，即從膳食消費量數據庫中隨機抽取調查對象，將每人在24小時膳食回顧調查中獲得的食物平均消費量按一定匹配原則〔7〕乘以監測數據中相應食物的平均濃度，之后將每人鎘的暴露量按照食物累加再除以其體重。模型表達式為:

式中yi為第i個消費者每天每千克體重鎘的平均攝入量(μg·kg－1bw·d－1);ˉxik是第i個消費者對第k種食物在調查期內(本例多為3天)的平均消費量(g);ˉc是第k種食物的鎘平均濃度(mg·kg－1);bwi是第i個消費者的體重(kg);ni是第i個體在調查期內攝入食物的種類。

為獲得穩定的抽樣分布，經試驗，確定本研究的蒙特卡洛抽樣次數為100000次〔10〕。

2．排序計數法 將目標人群按2～6、7～14、15～17、18歲及以上劃分為四個年齡組。在每個年齡組內將鎘膳食暴露量按照由小到大的順序排列，之后按照排序計數法計算各百分位數。

3．LMS方法 LMS法最早由COLE教授于1988年提出，是一種基于Box-Cox變換對資料百分位數曲線擬合的一種統計學方法。先根據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法和排序計數法的計算結果具有可比性，采用與上述排序計數法相同的年齡分組。同時根據暴露評估的需要和現有數據的可利用情況將目標人群分為2～72歲共71個年齡組，對每個年齡組的暴露量進行Box-Cox變換，獲得變換冪(L)、年齡組中位數(M)和變異系數(S)，根據L、M、S即可進行相應曲線的擬合，因此化學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參數所概括。各年齡別百分位數曲線可通過下式獲得:

式中Zα為尾部面積的正態離差，C100α為Zα所對應的百分位數(如 P91其 α=0.91，Zα=1.33)，L(t)、S(t)、M(t)為年齡t時的參數擬合值。由于 L(t)、S(t)、M(t)曲線是光滑的，因此百分位數曲線也是光滑的，不需要修勻。本研究采用COLE教授提供的LMSchartmaker軟件進行曲線擬合，繪圖采用Excel完成。

結 果

1．排序計數法和LMS法對江蘇省居民膳食鎘暴露量年齡組別百分位數比較(表1)

表1 排序計數法和LMS法對江蘇省居民膳食鎘暴露量年齡組別百分位數比較

兩法各年齡組膳食鎘暴露量的各百分位數差值的均值在 －0.0104 ～0.0053 μg·kg－1bw·d－1之間，均值的95%可信區間包含0，差異無統計學意義。

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曲線

圖1-3分別為膳食鎘暴露量的年齡別L(t)、M(t)、S(t)曲線。L值概括了數據的分布特征，L=1表示資料為正態分布，L值越小說明分布越偏〔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分布。M曲線(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。曲線(圖3)呈現兩端S值較大，中間S值較小的特點，說明鎘膳食暴露量在兒童和老年人中變異度較大，在青中年時的變異度較小。顯然，除了M曲線提示的部分信息外，L和S曲線提供的信息在排序計數法中均無法體現。

圖1 江蘇居民膳食鎘暴露量L(t)曲線

圖2 江蘇居民膳食鎘暴露量M(t)曲線

圖3 江蘇居民膳食鎘暴露量S(t)曲線

圖4 江蘇居民膳食鎘暴露量年齡別百分位數曲線

圖4為江蘇省居民膳食鎘暴露量的年齡別百分位數曲線，是將已經獲得的L、M、S三個參數代入公式(2)之后得到的，各曲線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。兒童及青少年鎘的暴露量隨著年齡變化變異比較大，如果按年齡分組時年齡跨度不應太大。18歲以后的年齡暴露量水平較為穩定可以歸為一個大組。

討 論

本文使用的LMS法和傳統的排序計數法雖然在江蘇居民膳食鎘暴露年齡組別百分位數上基本一致，但LMS方法將原始數據信息通過L、M、S三個參數概括，不僅提供了暴露量各年齡別百分位數的評估值，而且通過將年齡作為協變量擬合連續性曲線，提供了排序計數法所不能提供的信息，為膳食暴露評估中年齡的合理分組提供了依據。LMS方法通過Box-Cox轉換成為正態分布，用轉換得到的冪(L)概括并利用了數據的偏態信息，其他產生百分位數的方法并沒有利用到這一信息〔11〕，該法將年齡因素作為協變量擬合各個參數曲線，充分利用了所有數據的信息，且對于邊緣百分位數的評估優于排序計數法〔5〕，所以提高了對各年齡組暴露量尤其是邊緣百分位數評估的精確性。

1．Summary report of the seventy-third meeting of JECFA．Geneva，2010，http://www．who．int/foodsafety/publications/chem/summary73．pdf

2．Freeman JV，Cole TJ，Chinn S，et al．Cross sectional stature and weight reference curves for the UK，1990．Archives of disease in childhood，1995，73:17-24．

3．Cole TJ．The LMS method for constructing normalized growth standards．Eur J Clin Nutr，1990，44(1):45．

4．Cole TJ．Fitting smoothed centile curves to reference data．J．R．Statist．Soc，1988，15(3):385-415．

5．尚磊，徐勇勇，陳長生，等．用LMS法建立西安市0～18歲人群體重百分位數曲線．中國衛生統計，2000，17(1):8-10．

6．王緒卿，吳永寧，陳君實．食品污染監測低水平數據處理問題．中華預防醫學雜志，2002，36(4):278-279．

7．岳立文，韓曉梅，孫金芳，等．中國膳食暴露評估數據庫食物分類及編碼研究．中華預防醫學雜志，2010，44(3):200-203．

8．劉沛，吳永寧．構建中國膳食暴露評估模型提升我國食品安全風險評估水平．中華預防醫學雜志，2010，44(3):181-183．

9．Boon PE，Sioen I，Huybrechts I，et al．Long-term dietary exposure to lead in young children living in different European countries．Scientific Report submitted to EFSA，2010，www．efsa．europa．eu/en/scdocs/doc/51e．pdf

10．劉元寶，王燦楠，吳永寧，等．膳食暴露定量評估模型及其變異性和不確定性研究．中國衛生統計，2008，25(1):7-14．

11．尚磊，周引榮，張水平，等．用LMS法建立西安市0～18歲兒童青少年身高百分位數曲線．中國兒童保健雜志，1999，7(4):211-213．