肠道微生物对土壤中铜、锌、锰生物可给性的影响

为了更全面、准确地评价土壤中金属元素对人体的健康风险,研究土壤中金属元素在结肠阶段的生物可给性具有重要意义。通过采集我国一些地区的6种土壤,利用in vitro方法(PBET和SHIME联用)研究土壤中Cu、Zn、Mn在胃、小肠、结肠阶段的生物可给性。研究显示,土壤中Cu、Zn、Mn在胃阶段的生物可给性分别为23.8%~63.0%、21.2%~64.4%、11.7%~35.6%;从胃阶段到小肠阶段,土壤中Cu的生物可给性提高了0.4%~14.4%,而土壤中Zn在小肠阶段的生物可给性降低了6.7%~38.7%。结肠阶段,土壤中Cu、Zn、Mn的生物可给性分别为2.4%~12.9%、5.7%~18.7%、6.2%~18.9%,与小肠阶段相比,分别降低了21.7%~56.9%、0.4%~36.8%、4.5%~19.1%。结果表明,在肠道微生物存在的情况下,土壤中Cu、Zn、Mn在结肠阶段有较低的人体健康风险。     

砷氧化菌对胡敏酸络合As (Ⅲ)的氧化作用

土壤砷与土壤微生物相互作用是土壤砷形态转化中需要重点关注的内容之一.为了研究砷氧化菌对胡敏酸络合三价砷[HA-As(Ⅲ)]的作用,设置了不同p H值反应体系,研究砷氧化菌HN-2对HA-As(Ⅲ)作用下,砷的形态变化及其在固液两相中的分配.结果表明,在HA与As(Ⅲ)络合过程中,HA可以将一部分游离态As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ).其中,在p H=7的体系中,As(Ⅲ)被HN-2和HA氧化成As(Ⅴ)的效率最高.在含有砷氧化菌株和不含砷氧化菌株的体系中,0~10 h振荡过程中,HA-As材料均可以释放一部分As(Ⅲ)及As(Ⅴ)进入液相中,同时砷氧化菌可以快速地将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),而胡敏酸可以较缓慢地将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ);反应10~24 h期间,HN-2砷氧化菌可以将络合态HA-As(Ⅲ)转化为游离态As(Ⅲ)并氧化为As(Ⅴ);48 h后反应逐渐达到平衡.固相同步辐射结果可以进一步证明HN-2砷氧化菌对络合态As(Ⅲ)的释放及氧化作用.     

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(KH_2PO_4、NH_4H_2PO_4、CaHPO_4,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CaCl_2可提取态,分别降低了62.5%—66.5%和27.8%—49.5%,其中植酸和CaHPO_4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KH_2PO_4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NH_4H_2PO_4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,KH_2PO_4处理对人体健康风险最小,卵磷脂最大.     

应用SHIME模型研究肠道微生物对土壤中镉、铬、镍生物可给性的影响

为了研究人体肠道微生物对土壤中Cd、Cr、Ni生物可给性的影响.本文采集我国一些地区的5种土壤,利用in vitro方法(PBET和SHIME联用)研究了这些土壤中Cd、Cr、Ni在胃、小肠、结肠阶段的生物可给性及其对人体的健康风险.结果表明,土壤中Cd、Cr、Ni在胃阶段的生物可给性分别为4.3%~94.0%、6.4%~21.6%、11.3%~47.3%;小肠阶段,土壤中Cr和Ni的生物可给性与胃阶段一致或有一定升高,但Cd的生物可给性降低了1.4~1.6倍(土壤2除外);胃肠阶段,Cd的平均生物可给性较高,而Cr的较低.结肠阶段,土壤中Cr和Ni的生物可给性均升高,是小肠阶段的1.3~2.4倍和1.0~2.1倍,分别达到了17.6%~38.7%和25.4%~56.0%;而Cd的生物可给性也升高(土壤3和4除外);Ni的平均生物可给性最高.由此可见,肠道微生物可以促进土壤中Cd、Cr、Ni的溶出释放,提高了三者的生物可给性,可能增大了人体的健康风险.     

Caco-2细胞模型评估金属人体生物有效性的研究进展

随着环境重金属污染的加剧和营养学的发展,人们越来越重视对重金属元素及营养金属元素肠道吸收过程的探讨及其生物有效性影响因素的研究。Caco-2细胞模型能有效的模拟人体小肠上皮细胞的转运与吸收过程,可结合基因技术、分子技术等手段用于研究人体肠道吸收物质的机制和影响因素。首先,总结了近年来利用Caco-2模型对镉、铬、铅、砷等多种重金属及铜、铁、锌、钙等多种营养金属在小肠内的吸收、转运方式、代谢机制及影响吸收、转运过程的各类条件等的研究工作,然后对Caco-2细胞模型研究方法及其在未来评估金属人体生物有效性的应用进行了展望。     

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。     

土壤中金属的生物可给性及其动态变化的研究

土壤中金属的生物可给性常应用于人体健康风险评价,如能准确地判定土壤中金属在胃肠阶段不同时间的溶出动态,研究者就可以更好地分析其对人体的健康风险。本文采集5种不同地区的重金属污染的土壤,利用改进的PBET方法,分别在胃阶段的20、40、60、80 min以及小肠阶段的1、2、3、4、5 h时取样并分析,探究土壤中8种金属元素（As、Al、Cd、Cr、Fe、Mn、Ni、Pb）的生物可给性和溶出动态,探讨造成金属溶出动态变化的影响因素,对其溶出机理进行初步探究。研究结果表明,Fe、Al的生物可给性较低,并且在胃肠阶段差异较小。与胃阶段相比,土壤中Pb、Cd的生物可给性在小肠阶段明显降低,而As、Mn、Cr、Ni的生物可给性在小肠阶段均升高。升幅最大的两个元素是Ni、Cr,其小肠阶段的平均生物可给性分别升高61.4%、29.9%。在溶出量随时间变化方面,在胃阶段,假定1 h时溶出率为100%。20 min时,土壤中Fe、Ni的平均溶出率较低,分别为59.3%、56.8%,其他6种金属元素的平均溶出率在71.2%~79.5%。As、Cd、Pb的溶出速率是先快后慢,Cr和Ni的溶出速率是先慢后快,而Fe、Mn、Al的溶出速率基本保持不变。在小肠阶段,假定4 h时溶出率为100%。Al、As、Cd、Mn的溶出率基本不变。1 h时,土壤中Cr（土壤A除外）、Ni的平均溶出率最低,分别为31.5%、32.7%,而5 h时,Fe、Cr、Ni的溶出率还在升高。由此可见,土壤中不同金属元素的生物可给性以及溶出动态是有明显差异的。     

中国典型土壤中铅的生物可给性的影响因素分析与健康风险评估

土壤铅污染及其危害备受关注。作为评估其对人体健康风险的科学指标之一,土壤铅的生物可给性的影响因素仍不甚明确。采集中国5种典型土壤(红壤、褐土、黑土、棕壤和黄壤),根据国标中一类建设用地的管制值制备成800 mg·kg^-1的铅污染土壤样品,利用先进的基于生理学的体外试验方法(改进的PBET模型)研究经口部摄入的土壤铅的生物可给性及其对人体的健康风险,进而从土壤理化性质和铅的赋存形态角度,全面综合地探讨土壤铅的生物可给性的影响因素,并分析不同土壤间差异的原因。结果表明,土壤铅在胃阶段的生物可给性为72.7%—82.6%,各类型土壤间差异极显著,其中红壤较高而黑土较低;进入小肠阶段后,土壤铅的生物可给性极显著降低至22.8%—27.7%,各类型土壤间无显著差异。土壤铅对人体的健康风险评估结果与之相同。对儿童而言,土壤铅在胃阶段的非致癌风险达到可接受限值的2.1倍;且整体而言,土壤铅对儿童的非致癌风险平均达到成人的7.6倍,必须加以重视。此外,土壤铅的生物可给性与土壤pH、有机质质量分数和迁移系数均存在高度显著相关性,其中,土壤pH是影响土壤铅在胃肠道的生物可给性的主导因子。通过体外试验可直接、简便而准确地获取土壤铅的生物可给性信息,建议在今后实地的污染土壤健康风险评估工作中引入该方法。该研究成果将为铅污染土壤健康风险评估工作提供准确的科学依据与有价值的参考。