污染土壤中铅、砷的生物可给性研究进展

土壤铅、砷污染已成为重要的环境问题,并可对人体健康造成严重危害。对食物链途径的有效控制使得从口部无意摄入的土壤铅、砷对人体,特别是对儿童铅、砷摄入总量的贡献率越来越大,甚至成为主要来源。土壤中铅、砷直接进入人体的消化系统并可被人体胃肠道溶解出的部分称为其生物可给性。有效、准确地判定土壤中铅、砷的生物可给性已经成为解决儿童铅、砷中毒的关键科学问题。因此,有关土壤中铅、砷的生物可给性及其在人体健康风险评价中的应用受到了越来越多的关注。文章综述了污染土壤中铅、砷生物可给性的研究方法及各方法的优缺点,并从土壤性质、模拟胃肠条件等方面分析了影响土壤中铅、砷生物可给性的主要因素和存在的问题,还进一步论述了土壤中铅、砷生物可给性在人体健康风险评价中的应用。最后,提出了今后该领域应重点加强土壤铅、砷生物可给性的标准参考物、模拟胃肠条件的优化以及土壤铅、砷生物可给性在人体健康风险评价中的应用等方面的研究。以期充分发挥铅、砷等环境污染物的生物可给性研究方法的潜力,更好地为控制土壤污染、保护人类健康服务。     

土壤和食物中砷生物可给性与生物有效性研究进展

砷是一种环境中广泛存在致癌元素。土壤中的砷污染不仅会影响作物的产量和质量,而且还可通过食物链扩散到人体,严重威胁人类健康。近些年来,研究人员对砷生物有效性和可给性开展了系列相关研究。本文对重金属砷的来源与危害进行了归纳;对砷生物可给性与生物有效性的概念及两者之间的联系进行了总结;对in vivo、Caco-2细胞模型以及7种in vitro方法进行了分析概括;总结分析了不同因素（砷浓度及其形态、矿物质元素、营养状态和结肠微生物等）对土壤和食物中砷生物可给性和生物有效性产生的影响。最后,本文对未来砷生物有效性与可给性的评估及砷污染机制探索工作进行了展望,提出标准化体外胃肠模型的应用将使砷健康风险评估结果更为可靠。     

含雄黄的中成药中砷的生物可给性及其初步风险评价

为研究含雄黄中成药中砷的含量状况,探明其中砷对人体的健康风险,选取含雄黄的中成药为研究对象,分析其中砷含量;通过人工胃肠体外模拟系统研究中成药中砷的生物可给性,并在此基础上进行初步的人体健康风险评价。结果显示,含雄黄中成药样品中砷全量为9.9×102～8.8×104mg·kg-1。中成药砷的生物可给性在胃阶段为0.20%～2.17%,小肠阶段为0.26%～2.43%。以WHO每日允许摄入量(ADI)为标准的健康风险评价结果表明,若以砷全量衡量,所有含雄黄中成药均对人体健康具有巨大风险;若以小肠阶段可给砷含量评价,砷日摄入量与ADI比值范围为1.48%～879.68%,约70%含雄黄的中成药的可给砷含量仍足以威胁人体健康。     

食品中砷和硒生物可给性研究及健康风险/有益性评价

硒(Se)是人体必需的微量元素,一般通过大米和海鲜摄入。然而大米和海鲜是人体砷(As)暴露的主要途径之一。采用ICP-MS对广州市售的大米和3种鱼中砷和硒浓度进行了检测,并通过体外(in vitro)模拟胃肠消化(PBET)法对鱼肉中砷和硒的生物可给性进行了考察。结果表明,大米和鱼肉中砷的浓度分别为0.085～0.168 μg·g^-1和2.224～5.533 μg·g^-1,硒的浓度分别为0.098～0.190 μg·g^-1和1.641～2.315 μg·g^-1。大米和鱼肉中86.86%～99.34%和51.95%～75.64%的砷生物可给,76.73%～85.44%和71.48%~79.83%的硒生物可给。通过大米和鱼肉摄入的硒基本可以满足人体需求。通过大米和3种鱼摄入的无机砷占国际粮农组织和世界卫生组织(FAO/WHO)公布的无机砷的每日最高允许摄入量(TWI)2.1 μg·kg^-1 BW的0.5%～35.7%,但是摄入无机砷的致癌风险分别为1.69×10^-5～5.81×10^-4和2.13×10^-4～7.34×10^-4,是可接受或可容忍的风险的0.17～7.3倍,尤其是小孩,更易摄入砷产生毒害。     

食品中砷和硒生物可给性研究及健康风险/有益性评价

硒(Se)是人体必需的微量元素,一般通过大米和海鲜摄入.然而大米和海鲜是人体砷(As)暴露的主要途径之一.采用ICP-MS对广州市售的大米和3种鱼中砷和硒浓度进行了检测,并通过体外(invitro)模拟胃肠消化(PBET)法对鱼肉中砷和硒的生物可给性进行了考察.结果表明,大米和鱼肉中砷的浓度分别为0.085～0.168...     

茶叶中砷含量特征及不同摄入方式对茶叶中砷生物可给性的影响

本研究选取不同产地不同品种的茶叶作为研究对象,分析其砷含量特征,并采用人工胃肠模拟系统,研究茶叶以不同摄入方式(茶水、原茶、粉末)进入人体对砷生物可给性的影响.结果显示,17个不同产地不同种类茶叶样品中砷含量为ND1.160.03 mgkg-1,23.5%的样品未检测出砷浓度,11.8%的样品砷含量超过绿色食品-代用茶《中华人民共和国农业行业标准》(0.5 mgkg-1),这是因为在加工过程中硫磺熏制干燥会造成茶叶砷污染;选择含砷量较高的茶叶样品研究不同摄入方式对砷生物有效性的影响,结果表明在胃肠阶段茶水中砷生物可给性显著大于原茶和粉末的摄入方式,其中在胃阶段粉末样品砷生物可给性显著大于原茶样品砷生物可给性,而在肠阶段原茶和粉末样品砷生物可给性差异不大.茶以3种不同摄入方式进入人体,在胃肠液中溶出浓度为0.022.80 gL-1,小于WHO和我国《生活饮用水卫生标准》(GB57492006)中砷的限量标准10 gL-1,不会对人体造成健康风险.     

利用体外实验方法评估稻米中镉的生物可给性和健康风险

为了研究稻米中镉(Cd)的生物可给性与稻米理化性质之间的相互关系以及稻米摄入而导致的Cd健康风险,从湖南某些地区采集了16个稻米样品,利用in vitro方法研究了这些稻米中Cd的生物可给性及其人体健康风险。结果表明:在16个样品中,有13个样品的Cd含量超过稻米中Cd的限量标准(0.2 mg·kg-1)。稻米中Cd的溶解态含量及其生物可给性变化较大,胃阶段和肠阶段Cd的溶解态含量范围分别为0.102~1.70 mg·kg-1和0.015~0.249 mg·kg-1,平均值分别为0.698 mg·kg-1和0.103 mg·kg-1,胃阶段和肠阶段Cd的生物可给性的范围分别为56.8%~82.0%和6.62%~15.9%,平均值分别为70.9%和11.1%。模拟肠液中Cd的溶解态含量与稻米的纤维含量之间有显著的相关性。如果不考虑稻米中Cd的生物可给性,所采集的所有稻米样品的摄入都将导致成人和儿童健康风险。如果我们考虑了稻米中的生物可给性,只有31%的稻米样品会对成人产生健康风险,将有50%的稻米样品会对儿童产生健康风险。     

改良剂对土壤Sb赋存形态和生物可给性的影响

采用室内土壤培养法研究不同改良剂(骨炭、生物调理剂、沸石、石灰、油菜秸秆、生物炭、堆肥和赤泥)对土壤Sb化学形态转化和生物可给性的影响.结果表明,除堆肥处理外,添加5%的其他7种改良剂均显著地提高了土壤的pH值,其中石灰处理pH最为明显.BCR分级提取表明,土壤Sb主要以残渣态形式存在.添加生石灰、骨炭和生物调理剂显著地提高了土壤Sb的移动性,而添加赤泥、生物炭和堆肥却显著地降低了土壤Sb的移动性.添加不同的改良剂对土壤Sb的生物可给性也有影响,但是受不同培养时间影响较大.培养2个月后,添加5%的堆肥、5%赤泥和5%生物炭处理导致土壤Sb的生物可给性含量分别比对照降低38%、23%和20%;而添加5%的石灰、5%油菜秸秆和5%的生物调理剂处理导致土壤Sb的生物可给性含量分别比对照提高1.07倍、1.06倍和1.11倍.堆肥、赤泥和生物炭是钝化Sb污染土壤的潜力材料.     

几种改良剂对矿区土壤中As化学形态和生物可给性的影响

通过室内土培实验,分析添加赤泥、沸石、油菜秸秆、磷矿粉和生物炭等5种改良剂对矿区土壤As的化学形态和生物可给性的影响.结果表明,土壤As主要以残渣态为主.改良剂对As化学形态的影响随着培养时间的不同而不同.培养30 d后,5%赤泥和5%沸石处理分别导致土壤中酸可提取态As的含量比对照处理降低12.0%和5.1%.培养30 d和60 d,5%的油菜秸秆、5%的磷矿粉和5%的生物炭处理均显著提高了土壤中酸可提取态As的含量,增强了土壤中As的移动性.5种改良剂对土壤As的生物可给性也有影响.培养30 d和60 d后,5%的赤泥处理显著降低了As的生物可给性,5%的油菜秸秆、5%的磷矿粉和5%的生物炭处理均显著提高了As的生物可给性.培养30 d后,5%的沸石处理导致土壤生物可给性As的含量比对照降低7.5%;培养60 d后,5%的沸石处理对As的生物可给性没有影响.研究表明,赤泥和沸石是修复As污染土壤的潜力改良剂.     

沸石、磷矿粉和石灰对土壤铅锌化学形态和生物可给性的影响

通过室内土壤培养实验,研究添加沸石、磷矿粉和石灰3种改良剂对污染土壤Pb、Zn化学形态和生物可给性的影响.结果表明,土壤Pb主要以Fe-Mn氧化物结合态为主,而Zn主要以残渣态为主.改良剂对土壤Pb、Zn化学形态的影响随着培养时间的不同而不同.培养1个月时,2%磷矿粉和2%石灰处理可分别导致土壤醋酸(HOAC)提取态Pb含量下降76.0%和25.6%,3种改良剂处理导致土壤HOAC提取态Zn含量比对照处理降低6.1%—17.0%.培养2个月时,磷矿粉和石灰处理分别导致土壤HOAC提取态Pb含量下降62.8%和39.0%,石灰处理导致土壤HOAC提取态Zn含量下降34.6%.3种改良剂对土壤Pb、Zn的生物可给性也有影响,也随着土壤重金属种类和培养时间的不同而异.培养1个月时,沸石和磷矿粉可分别导致土壤Zn的生物可给性降低15.9%和14.9%,但培养2个月后3种改良剂对Zn的生物可给性却没有影响.研究结果表明,在酸性Pb、Zn复合污染农田土壤中均可以选择这3种改良剂来进行土壤改良,减少重金属的污染风险.     

市售面粉及面制品中镉的人体健康风险研究

对非吸烟人群,饮食是镉暴露的首要途径.近年来农产品镉含量超标问题在我国的不同类型重金属污染区被广泛报道,严重危害人体健康.但以往研究多关注大米中镉的人体健康风险,目前对我国市场上销售的面粉及面制品镉含量及健康风险的系统报道还较缺乏.本研究从我国不同省份采集了16份白面粉、16份全麦面粉、16份小麦麸皮及10份全麦面包样品,测定样品中镉的含量;采用体外生理原理提取法（Physiologically Based Extraction Test,PBET）的胃液提取阶段测定样品中镉的人体生物可给性,并基于镉生物可给性评价了面粉及面制品中镉的人体健康风险.白面粉、全麦面粉、小麦麸皮、全麦面包样品中镉的含量分别为6.8-24.9、8.4-50.2、21.8-199.6、13.8-28.0 μg·kg-1,平均值分别为15.6±5.1、25.7±11.8、64.7±43.5、17.5±4.0 μg·kg-1,所有白面粉、全麦面粉和面包样品中镉含量均远低于国家安全限定值100 μg·kg-1.镉含量的整体趋势为白面粉 -1 bw·d-1）远低于Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives（JECFA）规定的每日允许的最大镉暴露剂量0.5 μg·kg-1 bw·d-1,表明了我国市面上销售的面粉及面制品可以安全食用.本研究通过对市场销售面粉及面制品中镉的含量、人体生物可给性的测定及健康风险的评价,为人们对面粉及面制品品牌及种类的选择提供建议,为规避食品镉危害做出重要贡献.     

土壤中铜的生物可给性及其对人体的健康风险评价

为了研究土壤中铜的生物可给性与土壤理化性质之间的相互关系以及人体无意摄入土壤铜的风险,采集我国一些地区的15个土壤样品,利用in vitro方法研究了这些土壤中铜的生物可给性及其对人体的健康风险。结果表明,有2个土壤样品中铜的含量高过我国土壤环境质量标准的三级标准,有8个土壤样品中铜的含量高过二级标准;土壤中铜的溶解态浓度及其生物可给性变化很大,胃肠阶段铜的溶解态含量分别为5.2~308.8 mg·kg~(-1)和5.9~348.5 mg·kg~(-1),平均值分别为74.8 mg·kg~(-1)和82.0 mg·kg~(-1);而铜的生物可给性分别为183%~66.6%和213%~77.4%,平均值分别为442%和51.1%。胃阶段铜的生物可给性与土壤有机质和pH呈显著正相关,而与粘粒呈显著负相关,与铁铝氧化物有显著相关性;小肠阶段铜的生物可给性与土壤有机质和pH呈显著正相关,与土壤中总铜和锰氧化物含量呈显著负相关。如以胃阶段为判断,无意摄人土壤中铜对儿童的TDI(tolerable daily intake)贡献率除浙江富阳为2.51%外,有12个土壤样品低于1.00%,最低为0.11%。如以小肠阶段为判断,无意摄入土壤中铜对儿童的TDI贡献率除浙江富阳和浙江台州的土壤分别为2.83%和2.01%,另有12个土壤样品低于1.00%。可见,对于本研究中大多数土壤,通过口部无意摄入土壤中铜的对人体并没有很高的风险。     

上海市居民区与工业区大气颗粒物重金属生物可给性与健康风险评估

采用具有代表性的体外模拟呼吸系统Gamble方法研究上海市两大功能区——工业区、居民区不同大气颗粒物包括PM10和PM2.5中重金属生物可给性和健康风险.结果表明,两大功能区大气颗粒物中均检出重金属Cu、Mn、Ni、Pb、Zn、Cr和Cd,其浓度从高到低依次为：Zn > Pb > Cu > Mn > Ni≈Cr > Cd,工业区大气颗粒物中重金属Cu、Mn、Ni、Pb和Zn的平均浓度均高于居民区,且两大功能区PM10中重金属浓度均大于PM2.5.居民区大气颗粒物中Cu和Ni的生物可给性低于工业区,Mn和Pb的生物可给性高于工业区,而Zn、Cr和Cd的生物可给性在两大功能区则较为接近,且PM2.5中重金属生物可给性高于PM10.成人致癌风险高于儿童,非致癌风险低于儿童.其中Cr和Cd的致癌风险较低,Ni的致癌风险可忽略.除去Pb元素,其余重金属元素均表现为工业区非致癌风险高于或接近于居民区,不同重金属的非致癌风险值大小为：Pb > Cd > Zn≈Cr > Cu > Ni > Mn,均远小于1,可忽略.但是,Pb的人体健康风险相对其他重金属较高,Cd在大气颗粒物中的重金属浓度较低,但非致癌风险值相对较高,也应当引起重视.     

不同含磷化合物修复铅污染土壤后的人体健康风险评价

磷酸盐钝化铅是铅污染土壤的重要修复技术之一.但磷酸盐修复土壤铅污染后,土壤铅对人体的健康风险仍缺乏系统研究.本研究通过向铅污染土壤添加五种不同的含磷化合物（KH₂PO₄、NH₄H₂PO₄、CaHPO₄,植酸和卵磷脂）,分析了其对铅污染土壤的钝化效果,运用in vitro和SHIME模型评估修复后土壤铅对人体的健康风险.结果表明,添加含磷化合物30 d后,五种处理均有效降低了铅的DTPA和CaCl₂可提取态,分别降低了62.5%-66.5%和27.8%-49.5%,其中植酸和CaHPO₄处理效果较好,卵磷脂处理效果较差.5种处理中,铅的生物可给性在胃、小肠和结肠阶段有显著差异,分别为8.67%-9.31%、0.88%-1.55%、2.06%-2.76%,由于受pH的影响,铅在胃阶段生物可给性最高且各处理之间差异不明显,在小肠阶段KH₂PO₄处理土壤铅的生物可给性最低,卵磷脂处理铅的生物可给性最高,结肠阶段NH₄H₂PO₄处理土壤铅的生物可给性最低,卵磷脂处理铅的生物可给性最高.结肠阶段铅的生物可给性均高于小肠阶段的,可见肠道微生物促进了土壤中Pb的溶出,提高了铅的生物可给性,增加了人体的健康风险.在添加同等含量的含磷化合物修复铅污染土壤后,KH₂PO₄处理对人体健康风险最小,卵磷脂最大.     

肠道微生物对蔬菜中铬生物可给性的影响及人体健康风险评价

为更加全面、准确评估蔬菜中重金属铬（Cr）生物可给性及对人体健康风险的影响,本文利用生物原理提取法（physiologically based extraction test,PBET）联合微生物生态系统（simulator of human intestinal microbial ecosystem,SHIME）模拟实验,系统分析了贵州某铅锌矿区4种常见蔬菜（辣椒、芥菜、小白菜和甘蓝）在不同食用条件（生和熟）下Cr的含量变化,探究在肠道微生物影响下蔬菜Cr在不同消化吸收阶段（胃、小肠和结肠）中生物可给性差异,并对比了各消化阶段的膳食暴露风险. 结果表明,4种蔬菜样品中Cr的含量（干重）表现为小白菜(13.86±7.33)mg·kg⁻¹>芥菜（9.84±1.79）mg·kg⁻¹>甘蓝（9.53±1.60）mg·kg⁻¹>辣椒（5.28±2.48）mg·kg⁻¹;虽煮熟处理可显著降低4种蔬菜样品中的Cr含量（降低范围54.98%—63.44%,P<0.05）,但生熟蔬菜样品中Cr含量仍超过国家食品卫生标准中的标准限值（GB 2762—2017：0.5 mg∙kg⁻¹）. 此外,研究发现结肠阶段中Cr的生物可给性最高,分别为成人：（22.56%±9.23%）—（36.04%±11.45%）;儿童：（19.74%±8.26%）—（34.53%±10.82%）,分别是小肠阶段的1.10—6.00 倍和1.05—5.77 倍,且蔬菜高温处理后增加了结肠阶段Cr的生物可给性（6.11%—21.51%）. 对比各消化阶段的危害商指数（HQ）发现,基于结肠阶段生物可给性计算的HQ累计概率较高,相比小肠阶段提高了约6.17%—62.12%,表明结肠阶段中肠道微生物作用下可增加蔬菜中Cr的生物可给性和提高人体健康风险. 因此,在未来开展人体健康风险评估时,需综合评估不同食用条件下食物中重金属在结肠阶段中生物可给性的健康风险,以期为我国膳食重金属暴露的人体健康风险评估提供更多科学参考.     

食用燃煤烘烤后含氟辣椒氟的人体吸收和健康风险阈值

辣椒在敞煤烘烤过程中对氟化物具有显著的富集能力,被认为是我国西南燃煤污染型氟中毒人群主要的暴露途径。为探究烘烤后辣椒中氟化物对人体健康效应的差异,本研究模拟敞煤烘烤辣椒的过程,观测辣椒氟含量随烘烤时长的富集变化,应用生理原理消化法(physiologically based extraction test, PBET)进行体外消化,并以美国环境保护局(United States Environmental Protection Agency, US EPA)的目标危害系数(target hazard quotient, THQ)不引起健康风险(THQ<1)为基准,推导含氟化物辣椒最大日摄入量。结果表明,辣椒在敞煤烘烤过程中对氟化物具有显著的富集作用,最高值达到91.52 mg·kg^-1,相比对照组增加了13倍~51倍,烘烤后辣椒氟含量23.19~91.52 mg·kg^-1均超过我国限值标准(1.0 mg·kg^-1) (P<0.01),且辣椒中氟含量与燃煤烘烤时间呈显著正相关关系(r=0.992,P<0.01);辣椒中氟经胃肠消化后,溶出量随着燃煤烘烤时间增加而增加,达到显著差异水平 (肠:r=0.951,P<0.01;胃:r=0.949,P<0.01),胃阶段与肠阶段溶出浓度呈正相关(r=0.960,P<0.01),但燃煤烘烤时长未显著影响辣椒中氟化物溶出比例,即实际可吸收量比值(64%~83%)与烘烤时间不相关(P>0.05);辣椒中氟在不同的消化阶段生物可给性的大小为胃阶段(53.46%)>肠阶段(19.3%)(P<0.01),辣椒中氟的消化溶解主要在胃阶段;此外,随着烘烤时间的增加,食用燃煤烘烤后辣椒的健康风险阈值持续降低(r=-1,P<0.01),其中儿童健康风险阈值最小。基于生物可给性,各人群食用燃煤烘烤富氟辣椒的健康风险阈值约提升了31%。     

大气颗粒物重金属组分的化学形态及健康效应

大气颗粒物是大气主要污染物之一,因其污染范围广、污染程度重、健康危害大,已在世界范围内引起了广泛关注.如何准确预测大气颗粒物的生物效应和健康风险是大气污染控制领域的热点和难点问题.大气颗粒物中的重金属组分是其产生毒性效应的主要原因,而重金属在人体肺部中的生物可利用性和毒性效应受其化学形态的影响显著,无法通过重金属总量进行预测.本文总结了大气颗粒污染物重金属组分的化学形态分析现状以及健康效应表征方法,并阐述了大气颗粒物重金属化学形态及其转化对健康效应的影响,为科学评估大气污染健康风险、有效建立大气污染毒性源筛查和管控方法提供理论基础.