中國人群暴露參數研究進展

楊 彥，張夢迪，陳浩佳,3，麥碧嫻，徐 建

1. 廣東工業大學環境健康與污染控制研究院，環境科學與工程學院，廣東 廣州 510006

2. 化學與精細化工廣東省實驗室，廣東 汕頭 515041

3. 汕頭廣工大協同創新研究院，廣東 汕頭 515041

4. 中國科學院廣州地球化學研究所，有機地球化學國家重點實驗室，廣東 廣州 510630

5. 中國環境科學研究院，環境基準與風險評估國家重點實驗室，北京 100012

環境健康風險評估通過對危害識別、劑量-效應關系和暴露信息進行評估，表征健康不利影響發生的概率[1]，定量評價人體暴露于特定劑量環境化學物質受到損害的可能性及程度高低[2]. 暴露參數是環境健康風險定量評估的重要參數，環境介質中污染物濃度定量準確時，其選取越接近于目標人群的實際暴露狀況，評價結果越準確[3].

近年來，世界各國結合本國國情、所處地域、本土人群特征、生活方式等特點，不斷完善和發展本國暴露參數研究. 美國環境保護局(US EPA)最先出版了《暴露參數手冊(1987 年)》[4]，并先后兩次進行了修訂(分別在1997 年和2011 年). 日本、歐盟、加拿大、韓國、澳大利亞、德國等國家或地區也于2001-2014 年相繼出版了各自的暴露參數手冊. 我國環境健康風險研究起步于20 世紀90 年代，近年來發展迅速并取得一系列成果. 2007 年國家科學技術部將“環境污染的健康風險評估與技術研究”列入“十一五”科技支撐計劃重點研究項目，同年11 月原衛生部等18 個部委聯合發布《國家環境與健康行動計劃(2007-2015 年)》. 2011 年《國家環境保護“十二五”環境與健康工作規劃》將“環境與健康調查和風險評價技術與方法和中國人群暴露參數調查”研究作為主要任務. 2013 年原環境保護部根據我國人群暴露參數研究數據與調查結果，發布《中國人群暴露參數手冊(成人卷)》[5]、《中國人群暴露參數手冊(兒童卷：0～5 歲)》[6]與《中國人群暴露參數手冊(兒童卷：6～17 歲)》[7](統稱“《手冊》”)，為我國環境健康風險評價工作提供了基礎數據. 然而，2017 年《國家環境保護“十三五”環境與健康工作規劃》仍提出環境與健康問題基礎數據缺乏、技術支撐等不足等問題依然突出.

目前，我國對本土暴露參數的研究依然持續，但由于起步晚、研究方式單一，存在試驗性數據積累不足且具有一定的不確定性和偏差. 因此，該研究通過總結國內外主要暴露參數研究方法，回顧國內暴露參數研究進展，以期為進一步研究我國人群暴露參數提供參考.

1 暴露參數

1.1 暴露參數分類

暴露參數是量化人體暴露于環境污染物劑量的行為和特征參數[5]，包括身體特征參數、攝入量參數、時間-活動模式參數和其他參數. 暴露參數可按呼吸道、消化道和皮膚暴露3 種暴露途徑進行分類(見圖1). 呼吸道暴露以人體吸入空氣中污染物為主，可通過呼吸速率等暴露參數計算評估. 消化道暴露以攝入食物、水源或土壤中污染物為主，可通過飲食、飲水和土壤/塵攝入量等暴露參數計算評估，但我國不同地區人群的飲食、飲水量存在較大差異，膳食結構隨時間變化較大[8]. 皮膚暴露指污染物接觸并通過皮膚進入人體，可通過皮膚黏附系數和滲透系數計算評估. 各國家和地區將暴露參數研究成果編纂成暴露參數手冊；除此以外，非洲部分國家也對本國時間-活動模式等參數展開研究[9-10]，但并未形成暴露參數手冊.各國暴露參數手冊收錄參數基本一致，但與美國和歐盟相比，中國暴露參數手冊缺少土壤/塵皮膚黏附系數等皮膚暴露相關參數.

圖1 不同環境介質的人群暴露途徑Fig.1 The exposure pathways in different environmental media

近年來，生物可給性(bioaccessibility)被認為是暴露評估的重要參數，其使評估結果更準確[11]. 生物可給性可評價污染物被人體吸收的相對量. 污染物種類和暴露途徑不同，生物可給性也存在差異，確定該參數能極大地提高暴露評價的準確性. 中國《建設用地土壤修復技術導則》[12]和美國《健康風險評估導則》[13]中提及消化道吸收因子、皮膚吸收效率因子、土壤顆粒物在體內滯留比例等與生物可給性相關的參數均來源于美國生態毒性數據庫(ECOTOX). 我國研究人員圍繞環境污染物的生物可給性研究主要集中于重金屬和有機污染物的經口和呼吸暴露途徑，對皮膚暴露途徑研究有限. 在經口途徑下，通過胃腸模擬測定多環芳烴(PAHs)[14]、多溴聯苯醚(PBDEs)[15]、重金屬[16]在腸胃的生物可給性分別為3.4%～60.5%、36.1%～43.3%、33.0%～84.0%；在經呼吸途徑下，通過肺液模擬測定重金屬[17]、氣相多環芳烴[18]在肺部的生物可給性分別為6.77%～57.32%、45.5%～99.8%，但這部分數據未被考慮作為暴露參數進行收錄. 農藥唾液提取因子是通過評估唾液對環境農藥提取率從而獲得的農藥有效攝入量，該參數被收錄于加拿大暴露參數手冊. 各國暴露參數手冊具體收錄情況如表1 所示.

表1 各國家或地區暴露參數手冊中收錄的暴露參數Table 1 Exposure factors in each national (region) exposure factors book

1.2 暴露參數研究方法

暴露參數的準確度與研究方法密切相關，不同暴露途徑的暴露參數主要研究方法及特點如圖2 所示.暴露參數中行為模式參數主要采用問卷調查[29]、視頻[30]、日志記錄[29]等方法調查研究. 攝入量參數中飲水量、飲食量等可通過問卷調查法獲得[31-32]. 然而，呼吸速率、土壤/塵攝入量、皮膚黏附系數、皮膚滲透系數等無法根據研究人群的主觀行為和感受進行計量，多采用動物試驗或體外試驗等方法測定.

圖2 各暴露途徑下暴露參數種類及研究方法Fig.2 Types of exposure factors and investigation methods under various exposure pathway

1.2.1 呼吸速率研究方法

呼吸速率研究方法包括直接測量法、雙標記水法、心率-呼吸速率回歸法及人體能量代謝估算法.直接測量法可直接獲得人群的實時呼吸速率，準確性高，但儀器操作復雜、效率低，適用于小樣本人群研究. 心率-呼吸速率回歸法通過測量心率和心率-呼吸速率回歸模型間接獲得呼吸速率，相對直接測量法更方便，適用于中小樣本人群研究. 這兩種方法主要用于測量短期呼吸速率，且研究人群采用小樣本量[33].雙標記水法和人體能量代謝估算法均通過計算人體能量代謝間接獲得呼吸速率，不同之處在于雙標記水法通過測量飲用同位素水的受試者尿液中同位素含量估算；而人體能量代謝估算法根據人體身高、體質量、年齡等結合人體能量代謝模型獲得. 這兩種方法主要用于測量長期呼吸速率，適用于大樣本人群研究[34]，雙標記水法更準確，但費用也更高. 中國人口基數大，因此人體能量代謝估算法是快速測定我國人群呼吸速率的有效方法[35]. 梁潔等[36]研究發現，Schofield 公式更適用于我國居民基礎代謝估算，其能提高人體能量代謝估算法的準確性.

1.2.2 土壤/塵攝入量研究方法

土壤/塵攝入量研究方法包括示蹤元素法、生物動力學模型對照法(IEUBK)及行為模式法，這3 種方法的研究對象均為未成年人，但適用于不同暴露情景和不同年齡人群. 行為模式法通過觀察或錄像記錄人群行為，以手口接觸頻率、時間等來估算土壤/塵攝入量，需對每個樣本進行觀察和記錄，耗費較多人力和時間，適用于活動范圍較為固定的情景和小規模調查研究. IEUBK 法通過測量人體生物指示物(如血鉛)，結合模型推算土壤/塵攝入量，適用于不考慮暴露情景的0～6 歲兒童長期土壤/塵攝入量研究. 我國研究人員發現，直接引用美國默認系數獲得的兒童血鉛含量偏低61.39%，對IEUBK 模型系數本土化處理[37]后，在一定程度上適用于中國調查研究. 示蹤元素法通過測定人攝入食物、水和土壤/塵以及排出糞便和尿液中示蹤元素含量來計算土壤/塵攝入量. 示蹤元素法適用不同暴露情景下短期土壤/塵攝入量評估，尋找最佳示蹤元素是提高其準確性的關鍵，食物中攝取示蹤元素質量與每克土壤中示蹤元素質量的比值越低，由攝取食物引起的誤差就越小[38]. 我國原環境保護部頒布了《兒童土壤攝入量調查技術規范示蹤元素法》(HJ 876-2017)，對示蹤元素法實施過程進行規范.

1.2.3 皮膚黏附系數、皮膚滲透系數研究方法

皮膚黏附系數可通過測定單位面積皮膚上黏附的灰塵或沙礫的質量獲得. 人體不同部位(如臉部、手掌、手臂等)皮膚黏附系數存在差異，且受到不同灰塵理化性質的影響，測定時需要區別不同暴露情景和不同人體部位. 人體皮膚黏附系數主要采用直接測量法和示蹤元素法進行測量. 直接測量法通過采集稱量研究對象體表黏附的土壤/塵樣本，從而測量顆粒物-皮膚黏附系數，如Shoaf 等[39]通過兒童在潮汐灘地活動后身體黏附泥沙估算兒童皮膚黏附系數. 示蹤元素法通過分別測定環境灰塵或沙礫中示蹤元素含量、人皮膚上黏附環境灰塵或沙礫中示蹤元素總量，計算獲得顆粒物-皮膚黏附系數，如Voica 等[40-41]通過測定手黏附灰塵中示蹤金屬濃度從而測定該參數.

皮膚滲透系數研究方法包括動物試驗法、體外試驗法和模型計算法. 動物試驗法使用動物接觸污染物，從而測量化學品被皮膚的吸收量，由于該方法會對動物造成傷害，一些國家或地區(如歐盟、以色列等)提倡使用其他方法以減少、優化、代替動物試驗.體外試驗法是采用離體人體皮膚或動物皮膚、人造皮膚取代動物活體與化學品接觸開展研究，體外試驗法中人體離體皮膚難以大量獲得，選取最接近人體皮膚的動物皮膚成為試驗關鍵. 研究發現，豬和猴子皮膚滲透性通常更接近人類皮膚[42]，是研究人體表皮滲透系數最常用模型材料，如Zhang 等[43]用離體豬皮測定合成麝香的皮膚吸收率為11%. 環境介質中化學品(污染物)種類繁多，皮膚滲透系數各有差別[11]，動物試驗法和體外試驗法耗時耗力. 模型計算法通過數學模型簡化化學品滲透皮膚過程從而獲得滲透系數，如Toropova 等[44]用毒理學定量構效模型(QSAR)模擬預測了186 種有機化合物的皮膚滲透系數. 模型計算法只要模型構建合適，即可低成本、高效地獲得大量數據，適用于皮膚滲透系數大范圍研究，但其需要動物試驗法或體外試驗法提供建模數據與結果驗證.

2 中國暴露參數研究現狀

2.1 暴露參數手冊

《國家環境保護“十二五”環境與健康工作規劃》將發布中國人群暴露參數手冊列為重點工作，同時原環境保護部科技標準司組織中國環境科學研究院開展中國人群暴露參數調查. 該調查以問卷調查法和模型估算法為主要研究手段，并參考《中國居民營養與健康狀況調查成果》《US EPA Exposure Factors Handbook》內容及相關研究成果[33,45]，編纂出版《中國人群暴露參數手冊(成人卷)》《中國人群暴露參數手冊(兒童卷：0～5 歲)》與《中國人群暴露參數手冊(兒童卷：6～17 歲)》.

《手冊》是我國環境健康風險評估研究進程的里程碑式成果，為我國本土暴露評估提供了堅實的數據支撐. 但從全面性而言，目前《手冊》收錄不完全，未收錄環境健康風險評估所有暴露參數，如皮膚滲透系數、生物可給性系數、母乳攝入量等. 此外，《手冊》中行為模式參數數據以時間數據為主，缺乏《暴露參數調查基本數據集》(HJ 968-2019)規定的行為模式參數數據元中的頻次數據. 由于我國未開展成人土壤/塵攝入量相關研究，《手冊》中土壤/塵攝入量引用了US EPA 推薦值，收錄的相關研究僅在廣東省、湖北省和甘肅省的未成年人中開展.

代表性上，經加權后的《手冊》數據可代表全國水平[5-7]. 《手冊》中各地區人群調查量如圖3 所示 . 我國東南地區調查人數高于西北地區，但由于不同地區常住人口數存在較大差異，參照第六次全國人口普查數據中各省份常住人口數，青海省調查比例達0.044%，廣東省僅0.005%，西藏自治區兒童暴露參數未被收錄. 并且《手冊》收錄的部分參數如皮膚黏附系數、土壤/塵攝入量等直接引自US EPA 暴露參數手冊，但美國人群的人種、環境、生活方式等與中國不同，US EPA 的暴露參數不適用于中國人群的暴露評估.

圖3 我國各省份暴露參數成人及兒童樣本量Fig.3 The sample size of adult and children exposure factors in China

時效性上，《手冊》調查數據存在一定滯后性，與現行技術規范要求存在差距，如《暴露參數調查技術規范》(HJ 877-2017)要求問卷二次復核率在5%以上，《手冊》僅對3%調查問卷進行抽檢復測，并且《手冊》中飲食攝入量主要參考2002 年中國居民營養與健康狀況調查結果，2013-2014 年原國家衛生和計劃生育委員會在全國設點監測的居民營養攝入數據[46]，以及湖南省、福建省人群暴露參數調查數據[47-48]均未被收錄.

國家對污染防治和風險評估的精準化要求越來越高，也給暴露參數更新提出更高的要求. “十四五”期間，在開展全國層面的人群暴露參數調查時，應充分考慮不同的暴露情景和暴露途徑，開展精細化暴露參數研究. 《手冊》暴露參數的更新和完善，應充分吸收國內最新研究成果，如國家衛生和計劃生育委員會開展的“中國居民營養與健康監測”、科學技術部開展的國家重點研發計劃“場地土壤污染成因與治理技術”重點專項、中國疾病預防控制中心開展的“化學污染物暴露評估技術研究”等項目，均對暴露參數本土化提出要求；同時，需加強暴露參數相關的基礎科學研究工作，對呼吸速率、土壤/塵攝入量、皮膚黏附系數、皮膚滲透系數、生物可給性等參數進行深入研究.

2.2 中國暴露參數文獻計量分析

選取2010-2021 年中國知網(CNKI)與Web of Science 數據庫，分別以暴露參數、呼吸速率/呼吸量、飲水飲食、活動時間、土壤/塵攝入以及China/Chinese、exposure factors、inhalation rate、activity factor、soil ingestion 等暴露參數相關關鍵詞進行文獻檢索和篩選. 在關鍵詞篩選結果基礎之上再根據文章摘要進行進一步精細選擇，最終選擇中國暴露參數研究成果相關論文171 篇(中英文文獻數量分別為107 和64 篇)，基于Citespace 軟件中keyword、reference 功能對關鍵詞及引用關系進行分析，獲得可視化結果如圖4、5所示.

圖4 CNKI 數據庫中暴露參數領域文章關鍵詞的共現圖譜Fig.4 Keyword co-occurrence network map in field of exposure factors in CNKI

由圖4 可見：關鍵詞中“健康風險評價”“成人”“太湖流域”與“暴露參數”“皮膚暴露參數”“體表面積”“飲水率”等出現頻次較高且密切相關，表明我國近年來暴露參數研究集中于成人，特別是太湖流域人群，對兒童相關研究較少；“城區”也是高頻關鍵詞之一，由于生活場景不同會引起暴露參數的差別，城鎮、鄉村也應分別納入調查，從而提高參數代表性.由圖5 可見：“health risk assessment”是英文文獻的關鍵節點，表明暴露參數與健康風險評估密切相關.其中，“heavy metal”“polycyclic aromatic hydrocarbon”等環境污染物關鍵詞與暴露參數關聯度高，表明暴露參數是環境污染物進行風險評價的重要參數，其準確性決定著環境污染物暴露評估和健康風險評價的準確性；“air pollution”“street dust”“road dust”等關鍵詞頻次高，表明呼吸暴露相關研究是我國在該領域的研究熱點之一；“bioaccessibility”也是其中一個節點，表明生物可給性是暴露參數的重要組成. 不同于中文文獻高頻出現“飲用水”“飲水率”等關鍵詞，英文文獻中“vegetable”等與飲食相關關鍵詞頻次更高.中國暴露參數研究成果發表時間集中在近10 年內，在2013 年《手冊》發布前達到一個峰值(見圖6).2014 年我國持續深入研究，形成我國暴露參數體系及數據資源，但發文量有所下降. 自2017 年《國家環境保護“十三五”環境與健康工作規劃》指出環境與健康問題的基礎數據仍然缺乏以來，研究人員對行為模式參數[27,49]、人群飲水率[33,50-51]、呼吸速率[35,52]、涉水皮膚暴露[53-54]、飲食攝入量[31,55-56]、土壤/塵攝入量[56]等暴露參數展開了深入研究，并結合新冠肺炎疫情進行特殊職業暴露參數研究[57]. 暴露參數調查與研究工作的持續開展為我國暴露參數體系提供更新的區域人群數據，為制定更精確的地區標準提供支撐[58].

圖5 Web of Science 數據庫中暴露參數領域文章關鍵詞的共現圖譜Fig.5 Keyword co-occurrence network map in field of exposure factors in Web of Science database

圖6 我國暴露參數年際發文量及各暴露參數發文量Fig.6 The annual publications of exposure factors and main specific parameters in China

3 結論與展望

a)隨著暴露評估和暴露參數研究的不斷深入，除常規暴露參數外，有利于提高暴露評估結果準確性的參數(如生物可給性)應當納入暴露參數研究范疇.我國對人群身高、體質量以及飲水、飲食等可通過問卷調查獲取的暴露參數開展了大量調查與研究. 然而，呼吸速率、土壤/塵攝入量、皮膚黏附系數、皮膚滲透系數等主要依靠試驗等方法獲取的暴露參數研究有限. 暴露參數的研究方法各有特點，適應于不同情景的研究，其中心率-呼吸速率回歸法、生物動力學模型對照法和模型計算法分別有望成為我國呼吸速率、土壤/塵攝入量、皮膚滲透系數研究的主流方法之一.

b)我國暴露參數研究在近10 年取得顯著成果，《手冊》的頒布對我國環境健康風險評估具有里程碑式意義. 然而，隨著國家經濟發展加快、人民生活水平提升，暴露情景和暴露參數均會發生改變，使得《手冊》在全面性、代表性和時效性上存在一定局限性. 中國暴露參數研究與政策導向密切相關，在《手冊》頒布前的2012 年以及《國家環境保護“十三五”環境與健康工作規劃》發布后的2018 年是相關研究成果發表的高峰期. 目前，暴露參數人群研究對象集中于成人，兒童由于免疫力較差，往往是環境污染和暴露的高危人群，應加強兒童暴露參數研究.

c)持續開展暴露參數研究工作及《手冊》更新工作，拓寬《手冊》內容來源，對于符合我國調查規范的成果應收盡收. 鼓勵高校和科研院所開展與暴露參數相關的科研工作，夯實我國的研究工作基礎，建立制定相關的標準、規范和指南.