孫金芳, 余小金, 閔捷,白志茂,張亞非，劉沛*,吳永寧

(1.東南大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院流行病與衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)學(xué)教研室，江蘇 南京 210009；2.國家食品安全風(fēng)險評估中心，北京 100042)

·論著·

我國有機(jī)磷農(nóng)藥膳食暴露累積風(fēng)險評估模型構(gòu)建

孫金芳1,2, 余小金1, 閔捷1,白志茂1,張亞非1，劉沛1*,吳永寧2*

(1.東南大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院流行病與衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)學(xué)教研室，江蘇 南京 210009；2.國家食品安全風(fēng)險評估中心，北京 100042)

目的構(gòu)建有機(jī)磷膳食累積暴露概率評估模型，了解我國居民膳食有機(jī)磷累積暴露水平與暴露來源的食物貢獻(xiàn)度。方法利用2002年中國居民營養(yǎng)與健康狀況調(diào)查的膳食消費(fèi)量數(shù)據(jù)與2001年～2006年全國14個省/地區(qū)食品污染物監(jiān)測網(wǎng)的有機(jī)磷農(nóng)藥監(jiān)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建我國有機(jī)磷膳食累積暴露概率評估模型。結(jié)果以甲胺磷為指示化學(xué)物，全人群、18歲及以上成人和2～6歲兒童有機(jī)磷累積暴露量的均數(shù)分別占有機(jī)磷急性暴露參考劑量(ARfD)的6.81%、5.92%、12.48%；其累積暴露量P99.9分別為ARfD的2.39倍、2.06 倍、5.05倍；人群超標(biāo)率分別為0.37%、0.25%、0.88%。貢獻(xiàn)度較大的食物主要是青菜、大白菜、豇豆、茄子，累積貢獻(xiàn)度達(dá)40.38%～41.35%；不同特征人群食物貢獻(xiàn)度不盡相同，蘋果(5.48%)和馬鈴薯(2.04%)對兒童貢獻(xiàn)度較成人和全人群大。結(jié)論我國居民膳食有機(jī)磷累積暴露分布人群變異較大，2～6歲兒童與高端暴露人群累積攝入過高應(yīng)予重視；對青菜、大白菜、豇豆、茄子的有機(jī)磷殘留狀況應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)管。本研究可為了解我國居民膳食有機(jī)磷累積暴露水平與暴露來源的食物貢獻(xiàn)度、開展有機(jī)磷農(nóng)藥對環(huán)境污染的防治工作和食品安全風(fēng)險管理工作提供科學(xué)依據(jù)。

有機(jī)磷； 膳食暴露； 累積風(fēng)險評估； 概率模型； 食品安全

農(nóng)藥殘留是世界各國共同關(guān)注且比較敏感的食品安全問題，農(nóng)藥的膳食累積暴露評估是當(dāng)前國際食品安全風(fēng)險評估研究的熱點(diǎn)。有機(jī)磷農(nóng)藥是我國使用范圍最廣、用量最大的農(nóng)藥。因用藥量大且存在不規(guī)范使用農(nóng)藥、采摘期短等現(xiàn)象，以及農(nóng)藥的單劑混配使用和環(huán)境殘留，使得人群不可避免的同時或先后暴露于多種有機(jī)磷農(nóng)藥。為保護(hù)人群健康，有機(jī)磷農(nóng)藥在國際上也被定為首批進(jìn)行累積暴露風(fēng)險評估的外源性化學(xué)物質(zhì)[1]。本次研究擬利用我國居民營養(yǎng)與健康狀況調(diào)查和全國食品污染物監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)，建立食品中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留累積暴露風(fēng)險評價方法和模型，有助于科學(xué)判斷我國食品安全現(xiàn)狀，為制定食品中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留限量標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

膳食暴露評估主要涉及數(shù)據(jù)包括膳食消費(fèi)量數(shù)據(jù)、污染物常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)、以及待評估人群人口學(xué)數(shù)據(jù)，本次研究數(shù)據(jù)來源分別如下：

膳食消費(fèi)量：來源于2002年全國居民營養(yǎng)與健康狀況調(diào)查，通過24小時膳食回顧法收集的全國31個省、自治區(qū)、直轄市(不含港澳臺)22567個家庭連續(xù)3天(2個工作日和1個周末，節(jié)假日除外)的食物消費(fèi)量數(shù)據(jù)，涉及原料食物和部分加工食物共1399種。因1歲兒童主要是母乳喂養(yǎng)，不納入本次研究，最終有效數(shù)據(jù)包含65915人共計(jì)193080人日的膳食消費(fèi)量記錄。

有機(jī)磷農(nóng)藥監(jiān)測數(shù)據(jù)：來源于2001年～2006年全國14個省/地區(qū)食品污染物監(jiān)測網(wǎng)，共監(jiān)測有機(jī)磷農(nóng)藥36種，監(jiān)測樣本17743份，涉及食品181種，陽性監(jiān)測樣本為2636，總檢出率為14.86%。

人口學(xué)數(shù)據(jù)：來源于2002年全國居民營養(yǎng)與健康狀況調(diào)查的家庭成員基本情況登記，包含年齡、性別、體重、城鄉(xiāng)等信息。

1.2 建模原理及方法

累積暴露(cumulative exposure)是指具有相同毒性機(jī)制的多種化學(xué)物經(jīng)某一特定途徑(如膳食)同時暴露的總量。相對強(qiáng)度系數(shù)(relative potency factor,RPF)方法是目前對具有相同毒性機(jī)制的多種化學(xué)物同時暴露累積風(fēng)險評估的有效方法；它起源于美國EPA對二噁英類化學(xué)物的聯(lián)合毒力評價并被國際上普遍認(rèn)可[2]，繼而美國國家研究委員會(National Research Council,NRC)與EPA又將其用于有機(jī)磷農(nóng)藥累積暴露風(fēng)險評估[3,4]。其原理是首先確定一個指示化學(xué)物(index chemical,IC)，然后將待評價食物中的多種化學(xué)物的監(jiān)測濃度通過相應(yīng)的RPF分別換算為指示化學(xué)物的當(dāng)量濃度后累加，得到指示化學(xué)物的累積當(dāng)量濃度，然后按照單種化學(xué)物的暴露評估步驟來評價該組化學(xué)物的累積暴露效應(yīng)。因此，累積暴露概率模型是在單種化學(xué)物膳食暴露評估模型[5]基礎(chǔ)上的一個延伸，其形式為：

(1.1)

不同的是，ci*j*k不再是單種化學(xué)物的監(jiān)測濃度，而是監(jiān)測食品k中多種化學(xué)物的累積當(dāng)量濃度。

其中，第i種有機(jī)磷農(nóng)藥的RPF值定義為指示化學(xué)物的關(guān)鍵效應(yīng)劑量(critical effect dose,CED)與該有機(jī)磷農(nóng)藥關(guān)鍵效應(yīng)劑量之間的比值，即：

(1.2)

將監(jiān)測食物k中檢測到的i(i∈(1:h))種有機(jī)磷農(nóng)藥的濃度轉(zhuǎn)換為IC的當(dāng)量濃度為：

(1.3)

本次研究選擇經(jīng)口給藥途徑下雌性大鼠21天后大腦中AChE抑制的關(guān)鍵效應(yīng)劑量BMD10來計(jì)算RPFs[4]；指示化學(xué)物選擇對其毒性機(jī)制研究較清楚、有劑量反應(yīng)數(shù)據(jù)支持、且在我國不同地區(qū)廣泛檢出的甲胺磷(Methamidophos,MMP)。

膳食累積暴露風(fēng)險評估模型使用Monte Cado模擬量化變異度，模型的加工因子、變異因子和未檢出值處理同單種化學(xué)物膳食暴露評估模型[5]。

1.3 統(tǒng)計(jì)軟件

使用中國膳食暴露評估模型軟件(軟著登字第119729號)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。軟件介紹參見文獻(xiàn)[6]。

2 結(jié) 果

2.1 有機(jī)磷濃度分布及食物消費(fèi)量分布描述

本次研究將甲基嘧啶硫磷、甲胺磷、亞胺硫磷等18種農(nóng)藥納入累積風(fēng)險評估，如圖1。為滿足概率模擬的隨機(jī)性，并且與食物消費(fèi)量數(shù)據(jù)建立對應(yīng)關(guān)系，以最小樣本量為30，構(gòu)建橋梁數(shù)據(jù)庫[7]。合并歸組后納入模型的共有51種食物及合并食物組，其中檢測樣本在200例以上的23種食物(組)的有機(jī)磷類農(nóng)藥檢出率及其MMP當(dāng)量濃度分布見表1。有機(jī)磷農(nóng)藥檢出率最高的食物(組)有韭菜(28.23%)、青菜(25.87%)、卷心菜(25%)、花椰菜(22.77%)等；高M(jìn)MP當(dāng)量濃度出現(xiàn)在花椰菜(60.64 mg·kg-1)、韭菜(22.21 mg·kg-1)、茄子(11.04 mg·kg-1)、卷心菜(10.84 mg·kg-1)、新鮮蘑菇(10.24 mg·kg-1)；各食物(組)中MMP當(dāng)量濃度成偏態(tài)分布，高端值(P99)是中位值(P50)的2.61- 321.87倍。

各食物(組)的消費(fèi)人日數(shù)及消費(fèi)量(g·day-1)分布見表2。消費(fèi)頻率最高的食物依次是大米(159075人日)、面粉(63873人日)、大白菜(49865人日)、馬鈴薯(45263人日)、青菜(38707 人日)等；從P50來看，平均消費(fèi)量最高的食物(組)是大米(250 g·day-1)；食物消費(fèi)量的標(biāo)準(zhǔn)差在24.41～381.98 之間，說明人群食物消費(fèi)量變異很大。

2.2 人群膳食有機(jī)磷累積暴露評估

以Monte Carlo模擬M=200,000次迭代，未檢出值(全人群暴露量>18歲及以上成人暴露量。繪制我國居民每日累積攝入MMP當(dāng)量的累積密度(CDF)曲線見圖2。我國居民從每日消費(fèi)的食物中攝入有機(jī)磷的累積暴露量超過健康限值的概率(即超標(biāo)率)分別為：全人群0.37%，2～6歲兒童0.88%，18歲及以上成人0.25%。

圖1納入累積風(fēng)險評估的18種有機(jī)磷農(nóng)藥及其監(jiān)測樣本和陽性樣本數(shù)

Fig1Monitoringandpositivesamplesofthe18OPsincludedintheassessment

表1納入模型的部分食物(組)中有機(jī)磷檢出率及MMP當(dāng)量濃度分布(mg·kg-1)

Tab1Detectionratesandcumulativeconcentrationsofthefoodincludedinthemodel

食物(組)監(jiān)測樣本數(shù)檢出率(%)MMP當(dāng)量濃度(mg·kg-1)P25P50P75P90P95P99最大值韭菜136428.230.060.100.160.320.482.9422.21卷心菜129625.000.040.090.160.230.391.4610.84青椒118212.010.040.090.140.160.200.454.51茄子10759.670.030.090.140.160.260.5111.04黃瓜93910.540.020.090.140.160.230.455.59青菜92425.870.050.090.150.230.320.835.76新鮮蘑菇90318.160.090.110.160.230.351.0210.24菠菜85214.670.020.090.140.160.250.673.86空心菜76819.010.070.090.160.320.453.5810.00扁豆59015.590.020.070.100.160.230.811.27生菜51210.160.060.090.150.180.230.464.50紅綠茶5007.40.000.090.150.250.320.450.55大白菜48717.450.050.090.110.170.180.421.69梨4656.880.010.030.090.140.160.321.56蘋果4567.460.010.040.090.140.160.260.59花椰菜44822.770.080.090.160.320.592.5560.64豇豆42912.590.070.100.150.160.230.668.58桃子4028.960.020.040.100.150.180.380.75大米3943.810.000.000.000.010.040.040.14柑桔35813.690.010.010.100.160.230.230.90芹菜29015.170.010.020.030.090.100.230.92馬鈴薯2634.940.010.020.020.040.050.090.09面粉2362.970.000.010.010.040.040.040.13

表2納入模型的部分食物(組)消費(fèi)人日及消費(fèi)量(g·day-1)描述

Tab2Consumptionratesandconsumptionsofthefoodincludedinthemodel

食物(組)消費(fèi)人日均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差P25P50P75P90P95P99韭菜886298.1078.450100150200250375卷心菜6299129.0091.855100150250300450青椒2829978.1065.83550100150200300茄子19250144.70104.490100200275350500黃瓜9141118.4096.550100150200300500青菜38707170.90120.5100150200300400600新鮮蘑菇799673.5062.92550100150200300菠菜6228110.3072.650100150200250350空心菜3251158.10104.5100150200300350500扁豆8400140.5096.775100200250300500生菜6024135.9092.475100175250300450紅綠茶67814.8028.8510152550105大白菜49865180.40134.4100150250350450675梨6376182.00103100150200300400550蘋果18320173.70102.9100150200300400550花椰菜6947122.4078.550100150200275400豇豆19458145.70105.775100200300350500桃子1970171.30106.6100150200300400500大米159075269.60166.3150250375500550750柑桔3909147.10108.6100100175250335550芹菜10895102.8072.550100150200250350馬鈴薯45263150.00105.2100100200300350500面粉63873226.80161.7100200300450550725

表3我國居民膳食有機(jī)磷累積暴露量分布(IC=MMP,M=200,000，

Tab3CumulativedietaryexposureofOPsforthepopulationsinChina

人群均數(shù)P5P25P50P75P90P95P97.5P99P99.92-6歲兒童1.2480.0270.2480.6641.3562.4133.4494.9299.05150.49118歲及以上成人0.5920.0220.1580.3590.6751.1431.5772.1573.55020.574全人群0.6810.0230.1630.3800.7351.2871.8652.7014.79323.868

2.3 食物貢獻(xiàn)度分析

我國居民18歲及以上成人、2～6歲兒童膳食暴露MMP總當(dāng)量的食物貢獻(xiàn)度分析見圖3，對成人膳食有機(jī)磷累積暴露貢獻(xiàn)度較大的食物主要是大白菜、青菜、豇豆、茄子，這幾種食物的累積貢獻(xiàn)度達(dá)41.35%；除青菜、大白菜、豇豆外，蘋果(5.48%)對兒童膳食有機(jī)磷累積暴露的獻(xiàn)度也較大；此外，馬鈴薯(2.04%)對兒童的貢獻(xiàn)亦大于成人。

3 討 論

RPF方法原理較簡單易懂，但需要強(qiáng)調(diào)的是，RPF方法僅適用于化學(xué)物間效應(yīng)具有劑量可加性，累積暴露評估才有意義。RPF值由化學(xué)物間的關(guān)鍵效應(yīng)劑量導(dǎo)出，關(guān)鍵效應(yīng)的定義和關(guān)鍵效應(yīng)劑量的獲得是應(yīng)用RPF方法進(jìn)行累積暴露風(fēng)險評估的重要步驟和不確定性來源。

圖2我國居民每日累積暴露甲胺磷當(dāng)量CDF曲線

Fig2Thecumulativedensityfunction(CDF)curveofdietaryexposuretoMMPforthepopulationsinChina

(a) 18歲及以上成人;(b) 2- 6歲兒童

圖3我國居民膳食有機(jī)磷累積暴露量食物貢獻(xiàn)度(貢獻(xiàn)度<2%的食物(組)合并為“其它”)

Fig3ContributionsoffoodcommoditiestototalintakesofOPsinChina

近年來，因?qū)ChE抑制類殺蟲劑的毒理學(xué)機(jī)制研究較明確，國外學(xué)者優(yōu)先評價了有機(jī)磷類和氨基甲酸酯類農(nóng)藥的膳食暴露累積風(fēng)險。Boon和van Klaveren(2003)分別以乙酰甲胺磷和亞胺硫磷作為指示化學(xué)物，對荷蘭1～97歲全人群和1～6歲兒童膳食暴露40種AChE抑制類殺蟲劑(包括有機(jī)磷類和氨基甲酸酯類農(nóng)藥)的累積暴露風(fēng)險進(jìn)行評估，其AChE抑制類殺蟲劑的檢出率為6%；以乙酰甲胺磷為指示化學(xué)物，全人群P99.9累積暴露量超出ARfD，兒童P99.5超出ARfD；葡萄的食物貢獻(xiàn)度最大[8]。Caldas等(2006)以甲胺磷與乙酰甲胺磷為指示化學(xué)物，評價了巴西人群經(jīng)蔬菜、水果暴露的25種AChE抑制類殺蟲劑的累積暴露風(fēng)險，其AChE抑制類殺蟲劑檢出率為13.7%，全人群累積暴露量的P99.9分別是其ARfD的70.2%(乙酰甲胺磷為指示化學(xué)物)和33.6%(甲胺磷為指示化學(xué)物)；6歲及以下兒童的平均暴露水平是全人群平均暴露水平的2.4倍；西紅柿的食物貢獻(xiàn)度最大[9]。Boon等(2008)以乙酰甲胺磷為指示化學(xué)物對荷蘭全人群和1～6歲兒童膳食暴露有機(jī)磷的累積風(fēng)險進(jìn)行評估，有機(jī)磷農(nóng)藥檢出率為15%，評估得到全人群與兒童乙酰甲胺磷累積暴露當(dāng)量的P99.9分別是其ARfD的46%和114%，菠菜貢獻(xiàn)度最大[10]。Jensen等(2009)以毒死蜱和甲胺磷為指示化學(xué)物，評價了丹麥人群經(jīng)蔬菜、水果、谷物暴露的25種AChE抑制類殺蟲劑的累積風(fēng)險，全人群與兒童累積暴露量分布的P99.9分別是其ARfD的0.8%和1.8%(毒死蜱為指示化學(xué)物)、13.8% 和31.3%(甲胺磷為指示化學(xué)物)，食物貢獻(xiàn)度最大的是蘋果[11]。

當(dāng)前國內(nèi)對有機(jī)磷農(nóng)藥膳食暴露風(fēng)險評估研究包括對食品中有機(jī)磷農(nóng)藥的常規(guī)監(jiān)測、總膳食研究以及單種有機(jī)磷農(nóng)藥的暴露評估，未見多種有機(jī)磷農(nóng)藥累積暴露評估研究的相關(guān)報(bào)道。本次研究構(gòu)建的累積暴露評估概率模型，與上述國內(nèi)外研究結(jié)果相比，我國2001年～2006年食品污染物監(jiān)測有機(jī)磷的總檢出率為14.86%，結(jié)合2002年中國居民食物消費(fèi)量調(diào)查數(shù)據(jù)，以甲胺磷為指示化學(xué)物，我國居民全人群、18歲及以上成人和2- 6歲兒童有機(jī)磷累積暴露量暴露量均值分別為ARfD的6.81%、5.92%、12.48%，P99.9分別是ARfD的2.39倍、2.06倍、5.05倍，人群累積暴露量超標(biāo)率分別為0.37%、0.25%、0.88%?？梢?，我國居民膳食有機(jī)磷累積暴露的平均值尚處于安全水平，與總膳食研究結(jié)果一致；但人群存在一定的超標(biāo)率，且高百分位數(shù)(P99.9)暴露量遠(yuǎn)高于國外同類研究結(jié)果。我國兒童暴露量也高于成人，其平均暴露量是成人平均暴露水平的2.1倍，高百分位數(shù)(P99.9)是成人的2.5倍。與國外研究中水果的食物貢獻(xiàn)度較大不同的是，對我國膳食有機(jī)磷累積暴露貢獻(xiàn)度較大的食物主要是青菜，其次是大白菜、豇豆、茄子，這幾種蔬菜累積貢獻(xiàn)度達(dá)40.38%～41.35%；不同特征人群的食物貢獻(xiàn)度不盡相同，蘋果在兒童中的貢獻(xiàn)度大于在全人群的貢獻(xiàn)度，而青菜、花椰菜、大白菜三種蔬菜對高端暴露人群的合計(jì)貢獻(xiàn)度超過50%，提示對上述幾種蔬菜的監(jiān)測應(yīng)予以重視。

[1] KARANTH S,OLIVER K,LIU J,et al.In vivo interaction between chlorpyrifos and parathion in adult rats:sequence of administration can markedly influence toxic outcome[J].Toxicol Appl Pharm,2001,177(3):247- 255.

[2] US EPA.Guidance for health risk assessment of chemical mixtures[R/OL].EPA/630/R- 98/002.1986,Federal Register 51(185):34014- 34025.https://www.epa.gov/sites/production/files/2014- 11/documents/chem_mix_1986.pdf

[3] National Research Council (NRC).Pesticides in the diets of infants and children[M/OL].Natl.Acad.Press.1993.http://www.nap.edu/openbook.php?isbn=0309048753

[4] US EPA.Guidance on cumulative risk assessment of pesticide chemicals that have a common mechanism of toxicity [R/OL].Washington,D.C.20460.2002.https://www.epa.gov/sites/production/files/2015- 07/documents/guidance_on_common_mechanism.pdf

[5] 孫金芳,劉沛,陳炳為,等.中國膳食暴露評估非參數(shù)概率模型構(gòu)建[J].中華預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志,2010,44(3):195- 199.

[6] 劉沛,李靖欣,孫金芳,等.中國膳食暴露評估模型軟件開發(fā)及驗(yàn)證[J].中華預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志,2010,44(3):204- 208.

[7] 韓曉梅,閔捷,劉沛,等.中國膳食暴露評估模型橋梁數(shù)據(jù)庫構(gòu)建初探[J].衛(wèi)生研究,2008,37(6):725- 727.

[8] BOON PE,KLAVEREN JD.Cumulative exposure to acetylcholinesterase inhibiting compounds in the Dutch population and young children[J].J Comput Assist Tomo,2003,8(5):1028- 1029.

[9] CALDAS ED,BOON PE,TRESSOU J.Probabilistic assessment of the cumulative acute exposure to organophosphorus and carbamate insecticides in the Brazilian diet[J].Toxicology,2006,222(1- 2):132- 142.

[10] BOON PE,VAN DER VOET H,VAN RAAIJ MTM,et al.Cumulative risk assessment of the exposure to organophosphorus and carbamate insecticides in the Dutch diet[J].Food Chem Toxicol,2008,46(9):3090- 3098.

[11] JENSEN BH,PETERSEN A,CHRISTENSEN T.Probabilistic assessment of the cumulative dietary acute exposure of the population of Denmark to organophosphorus and carbamate pesticides[J].Food.Addi.Cont.,2009,26(7):1038- 1048.

2016- 10- 17

2017- 03- 07

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21537001,81573159)；江蘇省自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(BK2012348)

孫金芳(1982-)，女，山東蓬萊人，講師，博士，研究方向：食品安全風(fēng)險評估，E- mail: sjf_1128@126.com

劉沛，教授，博導(dǎo)，liupeiseu@126.com; 吳永寧，研究員，博導(dǎo)，E- mail: wuyongning@cfsa.net.cn

孫金芳, 余小金, 閔捷,等. 我國有機(jī)磷農(nóng)藥膳食暴露累積風(fēng)險評估模型構(gòu)建[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)：醫(yī)學(xué)版，2017,36(5)：789- 794.

R151

A

1671- 6264(2017)05- 0789- 06

10.3969/j.issn.1671- 6264.2017.05.022

(本文編輯：孫茂民)