基于我国人群胃肠消化特征的土壤中As的人体可给性研究

基于我国人群胃肠消化特征,采用医学配方模拟胃肠消化方法测试了来自大连、湖南和广西的13个受重金属污染土壤中As的人体可给性,分析了土壤理化参数与可给性的相关关系及提取液中酶、胃肠液pH值、提取时间对As的人体可给性的影响.结果表明,医学配方可给性测试中,供试土样在胃、肠阶段As的人体可给性分别为5.03%~44.54%和10.77%~51.46%,平均值为18.08%、29.32%.胃阶段As的可给性浓度与土壤中总As含量w（TAs）、总P含量w（TP）极显著正相关,与总Al含量w（TAl）、土壤pH值、总有机质含量w（TOM）显著相关;肠阶段As的可给性浓度与土壤中w（TAs）、胃阶段As的可给性浓度、w（TP）极显著相关,与土壤pH值、w（TAl）和w（TOM）显著相关.胃阶段提取液中的胃蛋白酶显著降低了As的可给性,而肠阶段添加胰蛋白酶As的可给性没有明显变化.胃、肠阶段分别在pH值为0.9和5.0时可给性最大,0.9和5.0可分别作为土壤As在可给性测试过程中模拟胃肠液的pH值.胃、肠阶段在提取时间分别为1.0h、4.0h时可给性达到最大,且之后基本不变,1.0h、4.0h可作为模拟测试As在胃肠中可给性的提取时间.研究结果表明开展基于我国人群胃肠消化特征的土壤重金属人体可给性测试方法具有重要意义.     

UBM表征老化土壤中Pb的可给性及影响因素

采用UBM方法对采自大连和株洲的11个土样中Pb的人体可给性进行表征,结果显示,土样中Pb在胃阶段的人体可给性为21.1%~77.9%,平均值为54.5%;肠提取阶段的人体可给性0.2%~4.2%,平均值为0.7%.Pb在胃阶段可给性浓度与土样中总Pb、锰、磷含量正相关性明显,而肠阶段可给性浓度与总Pb以及胃阶段Pb可给性浓度正相关明显.土样中弱酸可提取态Pb、可还原态Pb以及可氧化态Pb与胃、肠阶段Pb可给性浓度显著正相关,对其贡献较大.此外,BCR表征为残渣态的Pb在酸性胃液中部分依然可溶解.     

污染土壤中氟的人体胃肠吸收可给性影响因素及健康风险

于太原某氟污染场地采集16个土壤样品,通过体外模拟（in vitro）胃肠消化的方法,利用配制的模拟胃、肠液提取土壤中氟,研究其人体可给性,并分析人体可给性对风险评估结果的影响.结果显示,土壤中氟在胃、肠提取阶段的可给性分别为2.59%~6.57%和1.09%~2.52%,平均值分别为3.53%和1.44%.胃提取阶段氟的人体可给性浓度与土壤水溶性氟含量（P<0.01,n=16）、TFe （P<0.01,n=16）和TAl （P<0.01,n=16）呈显著正相关,肠提取阶段氟的人体可给性浓度与胃阶段氟的可给浓度（P<0.01,n=16）呈显著正相关.基于土壤水溶性氟和总铝含量能较好地预测氟在胃阶段的人体可给性浓度,基于氟在胃提取阶段的人体可给性浓度能较好地预测其在肠提取阶段的人体可给性浓度,模型相关系数（R²）分别为0.96和0.98.以土壤样品中总氟浓度为暴露浓度计算的健康风险分别是考虑氟在胃及肠提取阶段人体可给性的15.23~37.01倍和39.76~86.67倍.     

基于生物可给性的某冶炼厂土壤重金属健康风险评价

为科学评价重金属污染场地的人体健康风险,以某冶炼厂土壤为研究对象,采用PBET(Physiologically-Based Extraction Test)和IVG(In-Vitro gastrointestinal)两种方法测定了As、Cd、Cu、Pb、Zn的生物可给性,并对比了只考虑重金属总量与基于生物可给性的人体健康风险.结果表明,场地土壤As、Cd、Pb的平均含量分别高达7063,691,3811mg/kg,严重超过国家环境质量标准.在PBET和IVG测试中,5种重金属的平均生物可给性介于1.81%~44.8%与1.78%~30.1%之间.As是PBET中生物可给性最高的重金属元素,而在IVG中Cd的生物可给性最高;含磷矿物的存在使Pb的生物可给性最低.提取液pH值及组成组分与重金属元素间的化学行为是造成两种方法结果差异的主要原因.在模型假设的条件下,土壤原有重金属的总危险商与总致癌系数为27.2与2.95×10^-3.考虑生物可给性使二者降低了59.9%~84.4%与55.6%~79.4%,且两个系数大小均呈现PBET胃液>PBET胃肠液>IVG胃液>IVG胃肠液的规律.调整后可以认为Pb不再具有健康风险,Cd仅具有致癌风险,只有As同时具有非致癌风险与致癌风险.尽管考虑重金属生物可给性后场地仍具有不可忽视的人体健康风险,但经过调整后能更准确地识别重金属的危害程度,避免场地的过度修复.     

基于污染场地土壤中重金属人体可给性的健康风险评价

模拟测试土壤中重金属在人体胃肠系统中的溶解量(即人体可给量),并以此作为暴露剂量进行健康风险评估,能在一定程度上克服基于总量评估导致结果过于保守的问题. 该文综述了国内外目前已有的可给性测试方法,着重介绍了PBET(physiologically based extraction test)、SBET(simplified bioaccessibility extraction test)、RIVM(rijksinstituut voor volksgezondheid en milieu)及UBM(the unified bioaccessibility method)这4种常用方法的原理及主要参数取值;对目前测试方法在参数(pH、提取时间、提取液组分)取值、模拟过程与环境(消化过程、模拟环境、食物、微生物)存在的问题进行了分析;进一步介绍了基于重金属人体可给性的健康风险评估方法. 建议应在以下4个方面进一步开展研究:①基于我国人体胃肠生理特征建立土壤中重金属可给性的标准测试方法;②研究影响重金属可给性的关键因素并建立经验预测模型;③结合in vivo测试,验证方法的准确性,耦合结肠癌细胞跨膜转运测试模型,研究测试重金属的人体有效性的标准方法;④建立基于重金属可给性的层次化风险评估方法,完善现有风险评估技术导则.      

三种模拟消化液对土壤重金属的提取性比较

为了解不同方法的模拟消化液对土壤重金属提取性的差异性,比较了国际上广泛使用的3种代表性体外消化方法的模拟消化液(SBET, Simple Bioaccessibility Extraction Test;PBET, Physiologically-Based Extraction Test;SGET, Simple Gastrointestinal Extraction Test)对土壤中Cu、Zn、Pb和Cd的溶解效果.结果表明,3种方法的模拟消化液对土壤重金属的提取效果存在显著的差异.其中,3种模拟消化液对土壤中Zn和Cd的提取能力顺序为SBET>PBET>SGET;当胃液消化物进入肠液后,土壤中Zn、Cd和Pb在PBET及SGET中的溶解度都显著降低,而对于Cu,由于消化酶(胃蛋白酶、胰液素和胆汁盐)的络合作用,其在肠液中的溶解度不一定低于相应的胃液,因此土壤中Zn、Pb和Cd在胃液中的溶解度代表其在消化道中能被吸收的最大值,即其有可能被人体吸收的最大量.所以出于预防和保护的目的,在土壤重金属污染健康风险评价中可用只含有胃液的模拟消化液(如SBET法)评估土壤Zn、Cd和Pb的生物可接受性,但胃液中的提取量并不一定能代表土壤Cu在消化道中能被吸收的最大值,建议使用由胃液和肠液组成,且添加了相应消化酶的模拟消化液(如PBET法)对其生物可接受性进行评估.     

污染场地土壤中Cd人体可给性影响因素及对筛选值的影响

采用Unified bioaccessibility model (UBM) 模拟胃肠消化的方法测试了来自湖南、广西和大连12个污染土壤样品中Cd的人体可给性.结果显示,Cd在胃提取阶段的可给性为12.24%~81.10%,平均值为53.60%,肠提取阶段的可给性为2.01%~43.30%,平均值为19.74%.胃提取阶段的可给性浓度仅与总镉(TCd) (P<0.000, n=12)和总锰(TMn) (P=0.04, n=12)显著正相关,肠提取阶段的可给性浓度与TCd (P<0.001, n=12)、胃阶段Cd的可给性浓度(P<0.001, n=12)以及TMn(P=0.05, n=12)均显著正相关.胃阶段基于土壤中TCd和TP含量能较好的预测Cd在胃阶段的可给性浓度,模型决定系数(R2)达到0.992,肠阶段基于Cd在胃阶段的可给性浓度及土壤pH值能较好的预测其在肠阶段的可给性浓度,R2达到0.999.考虑土壤中Cd在胃中的可给性时,居住及工商业情形下土壤筛选值分别提升至未考虑可给性时的1.8倍(以可给性平均值计算)和1.2倍(以可给性最大值计算).考虑土壤中Cd在肠阶段的可给性时,居住及工商业情形下土壤筛选值分别提升至未考虑可给性时的5.0倍(以可给性平均值计算)和2.3倍(以可给性最大值计算).     

老化土壤中As的人体可给性控制因素及健康风险

采用UBM(unified bioaccessibility model)模拟胃肠消化的方法测试了来自湖南省、广西壮族自治区和大连市的13个不同理化参数污染土壤中As的人体可给性,分析了考虑As人体可给性对风险评估结果的影响. 结果表明:①供试土壤样品模拟胃提取阶段As的人体可给性因子为3.9%~49.5%,平均值为19.6%;模拟肠提取阶段的人体可给性因子为1.2%~10.8%,平均值为6.0%,前者是后者的1.2~9.1倍. ②影响供试土壤样品胃提取阶段As人体可给性浓度的最显著性因素是w(TAs)(R2=0.94,P<0.01,n=13),其次为w(TP)(R2=0.82,P<0.01,n=13)和w(TMn)(R2=0.79,P<0.01,n=13);影响肠提取阶段As人体可给性浓度的显著因素依次为土壤w(TAs)(R2=0.83,P<0.01,n=13)、w(TP)(R2=0.80,P<0.01,n=13)、胃提取阶段As的人体可给性浓度(R2=0.76,P<0.01,n=13)、pH(R2=0.74,P<0.01,n=13)、w(TMn)(R2=0.65,P<0.02,n=13)以及w(TOM)(TOM为有机质)(R2=0.59,P<0.04,n=13). ③基于土壤w(TAs)和w(黏粒)构建的模型能较好地预测As在胃提取阶段的人体可给性浓度,预测值与实测值的R2达到0.97,ME(平均误差)、RMSE(均方根误差)、r_p2(可决系数)分别为0.02、0.17、0.95;仅基于土壤w(TAs)构建的模型能较好地预测As在肠提取阶段的人体可给性浓度,R2达到0.90,ME、RMSE、r_p2分别为-0.03、0.26、0.80. ④以供试土壤样品中w(TAs)为暴露浓度计算的健康风险分别是考虑As在胃及肠提取阶段人体可给性因子的2.0~15.0和7.3~81.0倍. 可见,基于土壤w(TAs)所制定的风险管理对策可能过于保守.      

典型锌冶金区蔬菜重金属的生物可给性及健康风险评价

为了探究冶金区蔬菜重金属污染状况及对人体的危害,以葫芦岛锌冶炼厂周围为研究区域,对8种典型蔬菜中重金属含量进行分析,采用体外胃肠模拟实验,测算出蔬菜中重金属的生物可给性,并以此修正健康风险评价计算方法.结果表明,蔬菜中各重金属的生物可给性在模拟胃阶段表现为:Cd(67.67%)Pb(50.70%)Cu(44.69%)Hg(3.09%);在模拟肠阶段表现为:Pb(48.90%)Cd(40.66%)Cu(32.88%)Hg(13.12%).由生物可给性校正后,人群通过饮食蔬菜途径摄入重金属的目标危险系数(THQ)顺序依次为:CdPbCuHg.基于胃肠阶段生物可给性计算的重金属单元素的目标危险系数(THQ)及多种重金属复合的目标危险系数(TTHQ)均小于1,但基于胃阶段生物可给性的Cd目标危险系数(THQ)仍然超过1,表明锌厂周围人群通过饮食蔬菜途径摄入重金属存在健康风险.成人的4种单元素THQ值和TTHQ值均高于儿童,说明成人通过饮食蔬菜途径摄入重金属的健康风险高于儿童.     

腐殖酸对土壤铅镉吸附、赋存形态及生物可给性的影响

腐殖酸（HAs）对重金属土壤环境行为及其生物有效性的影响与其组分分子量大小关系密切.通过3种in vitro试验方法（PBET、SBRC、IVG）探讨了HAs不同分子量组分（F1：<5kDa、F2：5~10kDa、F3：10~30kDa、F4：>30kDa）对土壤镉（Cd）、铅（Pb）生物可给性的影响,同时结合批量等温吸附实验、化学连续提取形态分级方法,分析了土壤Cd、Pb吸附和形态转化与生物可给性的关系.结果表明：土壤对Cd、Pb吸附能力既受HAs添加量的影响,也受到HAs分子量大小的影响.HAs添加量为0.2% C~1% C条件下,<5kDa分子量组分促进了土壤对Cd、Pb的吸附,且随着HAs添加量的增加,促进作用更强.而>10kDa的其他组分则降低了土壤吸附Cd、Pb的能力.在本试验HAs添加量范围内,不同组分均促进了土壤中酸提取态Cd向残渣态转化,且低分子量组分对其促进作用更强.土壤Pb²⁺主要以可还原态的形式存在,占57%~89%,随着HAs组分分子量的增加,酸交换态Pb占比逐渐下降,HAs的添加促进了活性态Pb向难利用态Pb转化,从而降低了Pb²⁺活性.3种in vitro方法生物可给性测定结果表明,<5k和5~10k组分均提高了胃、肠阶段土壤Cd、Pb生物可给性（BA_Cd、BA_Pb）,而其余组分则使土壤Cd、Pb生物可给性降低.Cd、Pb生物可给性取决于Cd、Pb在土壤中转化平衡后的赋存形态,酸交换态占比高生物可给性相应也越高,土壤对重金属的吸附固定难以反映生物可给性.     

应用in vitro法评估土壤性质对土壤中Pb的生物可给性的影响

选取22种典型土壤样品,应用2种in vitro(体外模拟)试验方法——SBET法(simple bioaccessibility extraction test,生物有效性简化提取法)和PBET法(physiologically-based extraction test,生物原理提取法),定量阐明土壤性质对Pb的生物可给性的影响. 结果表明:①SBET法中Pb的生物可给性为18.78%~77.08%,平均值为44.14%;PBET法中Pb的生物可给性为0.72%~50.51%,平均值为13.77%. 除赤红壤和贵州黄壤外,其余20种土壤样品均表现为SBET法中Pb的生物可给性显著高于PBET法,并且随着土壤pH的增长,2种方法的差距更加显著. ②逐步回归分析结果表明,在SBET法中,对土壤Pb的生物可给性影响最大的因子是土壤中w(黏粒),其次为pH,二者可以解释69.49%的Pb的生物可给性的变化;在PBET法中,对土壤Pb的生物可给性影响最大的因子是pH,其次为w(黏粒),二者可以解释73.65%的Pb的生物可给性的变化. 研究结果说明,污染土壤中Pb的生物可给性可以根据土壤pH和w(黏粒)进行预测.      

城市表层土壤中铅的生物可给性及其对人体的健康风险评价:以首钢厂区附近小区域为例

研究了城市表层土壤中铅的生物可给性及其无意口部摄入后对人体的健康风险.以首钢厂区附近小区域为研究区,采集65个土壤样品应用于in vitro人工胃肠模拟实验,测定其铅的生物可给性.结果表明,土壤中铅的生物可给性差异很大,胃阶段为28.83%～62.50%,小肠阶段为6.86%～45.71%,而其大小和土壤中铅总量的高低没有直接关系;铅在胃肠道中的溶解态量与其在土壤中总量的高值分布区域比较一致;与交通及机动车辆关系较密切的样点的土壤中铅的溶解态量较高,而生物可给性较低.此外,无意口部摄入的土壤铅对人体铅的每周允许摄入量贡献率的分析表明,土壤中铅对人体并没有很高的健康风险,仅是以胃阶段结果进行判断时,其对儿童的风险较高,在研究区西北部出现了5个贡献率超过10%的样点,最大值达到25.37%;土壤铅对儿童的健康风险要高于对成人的;只有铅含量较高且生物可给性较高的土壤,才会对人体健康产生较高的风险.