李曉靜,李 琴,周金華,郭重山,鐘 嶷*,余應新

廣州人群尿液有機磷阻燃劑的暴露與健康風險

李曉靜1,2,李 琴3,周金華3,郭重山3,鐘 嶷3*,余應新2

(1.上海大學環(huán)境與化學工程學院,環(huán)境污染與健康研究所,上海 200444；2.廣東工業(yè)大學環(huán)境科學與工程學院,環(huán)境健康與污染控制研究院,粵港澳污染物暴露與健康聯(lián)合實驗室,廣東省環(huán)境催化與健康風險控制重點實驗室,廣東 廣州 510006；3.廣州市疾病預防控制中心,廣東 廣州 510440)

針對廣州480名普通群眾,利用尿液作為檢測基質,研究人體內有機磷酸酯阻燃劑(OPFRs)代謝物的濃度水平,暴露的潛在來源,闡明其健康風險,并與其他包括鄰苯二甲酸酯在內的多種有機污染物的健康風險對比篩選出高風險污染物.結果表明,廣州居民體內普遍檢出OPFRs代謝物,其平均濃度為6.59ng/mL,尤其是二-β,β-氯乙基磷酸,占總量的68.5%,是唯一檢出率高于50%的OPFRs.OPFRs暴露水平受多因素影響,城區(qū)高于郊區(qū),男性高于女性,短期內室內裝修高于未裝修,第三產業(yè)工作居民高于第一和第二產業(yè),說明區(qū)域和性別以及生活和工作環(huán)境對OPFRs暴露有重要影響.非致癌健康風險評估發(fā)現(xiàn),約25%的人群風險商高于1,存在非致癌健康風險,其健康風險與鄰苯二甲酸酯相當.有41%的人群因OPFRs或鄰苯二甲酸酯暴露存在非致癌風險,說明這2種污染物的暴露值得進一步關注.研究結果可為降低OPFRs污染物暴露帶來的健康風險提供了數據基礎.

有機磷阻燃劑；代謝物；人體暴露；健康風險；風險評估

有機磷酸酯阻燃劑(OPFRs)是一系列結構相似,大多數具有磷酸三酯結構的一類使用量很大的阻燃劑,約占有機磷系阻燃劑使用總量的20%[1],主要包含烷基、鹵代烷基和芳香基取代的OPFRs[1-2].目前,已經在大氣,水體,土壤,食物等各類環(huán)境介質中檢測出OPFRs[3-6].OPFRs具有各類潛在的毒性,長期暴露磷酸三丁酯(TBP)會對神經系統(tǒng)造成損傷[7];三(1,3-二氯-2-丙基)磷酸鹽(TDCIPP)和磷酸三苯酯(TPHP)具有內分泌干擾效應[8-9];代謝物二(1,3-二氯-2-丙基)磷酸酯(BDCIPP)和雙(丁氧基乙基)磷酸酯(BBOEP)可能會干擾嬰兒的生長[10-11].

OPFRs可通過呼吸,膳食和皮膚接觸等途徑進入人體,后在代謝酶的作用下,經過I相和II相代謝,可分別形成Ⅰ相脫鹵,脫烷基和羥基化產物以及Ⅱ相葡萄糖酸等結合產物.動物實驗表明,氯代烷基OPFRs(如TDCIPP和TCEP)暴露后能分別形成代謝產物BDCIPP和二-β,β-氯乙基磷酸(BCEP),同時,與葡萄糖醛酸結合的代謝產物也被檢出[12].烷基類OPFRs,如TBP和磷酸三(2-丁氧基)乙酯,在動物和體外實驗中均檢出了代謝產物BBOEP及相關的羥基化產物和葡萄糖醛酸結合產物[13-14].芳香基類OPFRs,如TPHP,能夠被代謝成二酯化合物磷酸二苯酯(DPHP)及其相關產物[15].作為溴系阻燃劑的優(yōu)良替代產品,OPFRs目前還未受到嚴格的限制,人體暴露的OPFRs能夠快速代謝生成的代謝物(mOPFRs),其人體暴露及健康風險的研究較少.

國內外學者常利用代謝產物mOPFRs來表明人體OPFRs暴露水平并闡明和健康的內在關聯(lián).通過尿液中mOPFRs和大氣中OPFRs的關聯(lián)研究發(fā)現(xiàn),DPHP和BCEP與其母體化合物顯著相關,大氣中OPFRs是尿液中mOPFRs的潛在來源[16].類似的,有研究利用尿液中mOPFRs的濃度水平來評估OPFRs的攝入量,發(fā)現(xiàn)近期家中有裝修的居民,其尿液中BDCIPP濃度要比其他人群高,這可能是因為家具耗材中的OPFRs釋放環(huán)境或大氣中,增加了人體暴露量[17].效應研究表明,血液中的磷酸二丁酯(DBP)和DPHP濃度與促甲狀腺激素水平成正相關,DPHP和氧化應激標志物相關,表明mOPFRs的暴露在一定程度上與DNA損傷以及甲狀腺功能破壞有關[18].相似的,母體尿液中BDCIPP和嬰兒體重,臍帶血中胰島素和瘦素存在一定的相關性,說明BDCIPP可能具備一定的代謝干擾性[19].由于OPFRs的代謝產物和人體健康密切相關,評估其人體內暴露顯得尤為重要.

本文采取直接進樣-液相色譜/質譜聯(lián)用測定廣州480名普通人群尿液中的mOPFRs,分析其分布特征和可能暴露來源,結合健康體檢參數和問卷調查信息,分析廣州普通人群暴露OPFRs的影響因素,及其帶來的健康風險,結合本文前期對其他有機污染物的研究[20],篩選出高風險化合物.

1 材料與方法

1.1 實驗材料

OPFRs二酯代謝物標樣包含雙(1-氯-2-丙基)磷酸酯(BCIPP),BCEP,DPHP,BDCIPP,DBP和BBOEP以及同位素標記的內標8-BCEP,12-BCIPP,10-DPHP,10-BDCIPP,18-DBP和8-BBOEP均購自加拿大Toronto Research Chemicals公司.HPLC級甲醇,乙腈,二氯甲烷購自德國Merck公司.HPLC級乙酸購自中國上海安譜實驗科技股份有限公司.分析純鹽酸購自中國國藥控股有限公司.乙酸鈉和磷酸二氫鉀固體粉末購自美國Fisher Scientific公司. β-Glucuronidase/Arylsulfatase酶購自美國Sigma- Aldrich公司.

1.2 人群信息與樣品采集

于2018年7月～8月,在廣州4個區(qū)域(2個城區(qū), XY和HT,2個郊區(qū),CZ和DH)共采集480名普通居民(5～77周歲)尿液樣本.經志愿者(未成年人由監(jiān)護人)簽訂知情同意書后以調查問卷收集相關人體指標信息,包括身高,體重等指標,以及個人生活環(huán)境,日常活動和家庭情況等(表1).采集晨尿樣品(50mL)于玻璃瓶,樣品儲存在裝有干冰的盒子運送到實驗室置于–20oC冰箱冷凍保存,待進一步處理分析.

表1 人群基本信息

注:BMI為身體質量指數.

1.3 樣品處理和儀器分析

將500μL尿液樣品轉移至EP管,加入一定量的內標物質,然后加入10μL β-葡萄糖醛酸苷酶/芳基硫酸酯酶,放置在37℃恒溫震蕩箱中過夜進行酶解,后加入500μL乙腈渦旋混勻并沉淀蛋白,然后將樣品離心10min(轉速12000r/min,4℃),轉移上清液至進樣瓶,樣品于?20℃儲存待分析.

mOPFRs采用Thermo Fisher的TSQ Endura高效液相色譜串聯(lián)三重四極桿質譜聯(lián)用儀進行測試.流動相A為含0.1%乙酸的水,B為甲醇,流速為0.3mL/min.梯度洗脫程序如下:10%甲醇保持0～ 1min,10%～40%甲醇保持1～2.5min.從40%～95%甲醇,保持2.5～4min, 95%甲醇保持4～6min,6～8min甲醇從95%下降到10%.進樣量為2μL,柱溫設定在40℃.TSQ Endura的操作參數如下:鞘氣流速35unit,輔助氣流速10unit.噴霧電壓3500V,離子源溫度320℃,離子傳輸管溫度350℃.電離模式為負電離條件.使用Thermo軟件Xcalibur處理原始數據.

1.4 質量控制

為了減少潛在的污染和干擾,實驗中所用的玻璃器皿,使用前用清水洗干凈,并在堿液中浸泡12h,自來水、超純水清洗3遍后,烘干備用.非玻璃器皿耗材使用前依次用甲醇、二氯甲烷、正己烷分別潤洗3次.每批20個樣品中同時添加過程空白、溶劑空白和基質加標樣品.基質加標樣品中mOPFRs的回收率為89%～132%.標準曲線范圍為0.01～ 1000ng/mL,所有目標物在范圍內校準,且校準曲線的相關系數2都大于0.99.BCEP、BCIPP、DPHP, BDCIPP、DBP和BBOEP的儀器檢出限(LOD)分別為0.609,2.000,0.187,1.355,0.111和6.00ng/mL,定量檢出限(LOQ)分別為2.029,6.667,0.622,4.516,0.371和20.0ng/mL.

1.5 健康風險評估

為評估OPFRs暴露帶來的健康風險,本文以非致癌效應為毒性終點,以每日總攝入量評估暴露量(TEDI),以風險商(HQ)評估其非致癌風險,以加和作用計算總風險商(HI),HQ或者HI大于1表示化合物對人類健康構成潛在非致癌風險,其計算公式如下:

式中:TEDI[μg/(kg-BW×d)]為每個OPFR的每日攝入量;為尿液中mOPFR的濃度,ng/mL;為24h尿液排出量,L/d;BW為體重,kg;表示尿液中mOPFR排出量占其母體總攝入量的比例,本文以0.18計算[21]; RfD為參考劑量,其中各化合物的參考劑量如下: BCEP,2.2μg/(kg-BW×d);BCIPP,5μg/ (kg-BW×d);DPHP,7μg/(kg-BW×d);BDCIPP,1.5μg/(kg-BW×d);DBP,2.4μg/(kg-BW×d);BBOEP,1.5μg/(kg-BW×d).1和2則分別代表母體及其代謝物的分子量, g/mol.

為了篩選廣州人群人體有機物污染物暴露的高風險污染物,結合本文前期工作包括羥基多環(huán)芳烴,鄰苯二甲酸酯代謝物,對羥基苯甲酸酯,二苯甲酮,三氯生等污染物的暴露[20],綜合評估并篩選高風險污染物.本研究用蒙特卡羅模擬用來評估健康風險的不確定性和變異性,并做累積分布曲線.HQ分布基于,和BW參數的變化,經檢驗,,和BW分布呈現(xiàn)對數正態(tài)分布(幾何均值;幾何標準偏差),離散均勻分布(最小值;最大值)和威布爾分布(刻度;形狀),其中濃度參數(ng/mL)對羥基苯甲酸酯:對數正態(tài)分布(268;26561);二苯甲酮:對數正態(tài)分布(0.64; 0.27);雙酚:對數正態(tài)分布(788:771032);三氯生:對數正態(tài)分布(6.36;5.40);羥基多環(huán)芳烴:對數正態(tài)分布(37.5; 81.26);鄰苯二甲酸酯代謝物:對數正態(tài)分布(0.83:1.26);有機磷酸酯代謝物:對數正態(tài)分布(0.27; 0.27);尿液體積(L/d):離散均勻分布(1159:2552);體重(kg):威布爾分布(81.29;4.95).輸出結果是在Crystal Ball?(Oracle, Redwood City, CA, USA)進行60000次試驗計算得出.

1.6 數據統(tǒng)計與分析

化合物的最終濃度以ng/mL表示,通過Thermo Xcalibur對原始譜圖進行積分并帶入標準曲線計算每個樣本的實際濃度.數據圖表使用SPSS 21.0和Origin 9.0進行統(tǒng)計分析.若化合物濃度低于LOD,則按未檢出處理;高于LOD但低LOQ且檢出率小于50%則按照1/4LOQ計算,大于50%按照1/2LOQ計算.本文大樣本方差之間的相關性采用Spearman參數,變量之間的差異性采用 Jonckheere-Terpstra和Mann-Whitney U檢驗分析,統(tǒng)計顯著性水平設定為<0.01和<0.05.

2 結果與討論

2.1 mOPFRs的檢出率與濃度水平

總體上,mOPFRs的檢出率為70.4%,其中BCEP的檢出率最高(62.9%),其他單體化合物的檢出率在3.1%～21.9%之間(表2).就不同區(qū)域而言, BCEP在XY、HT、CZ和DH的檢出率分別為73.3%、81.7%、51.7%和45%.這個檢出率略高于其他國家(表3),如比利時,加拿大和澳大利亞:本研究中DPHP,BDCIPP和BBOEP的檢出率低于其他研究結果.

廣州地區(qū)居民尿液中mOPFRs平均濃度為6.59ng/mL,其中濃度最高的化合物為BCEP(4.51ng/ mL),其次依次為DBP(1.14ng/mL), DPHP (0.29ng/ mL), BDCIPP(0.29ng/mL), BCIPP (0.23ng/mL)和BBOEP(0.12ng/mL).4個地區(qū)各單體化合物濃度差異小,但是DH地區(qū)BDCIPP和BBOEP未檢出.與其他地區(qū)對比(表3),本研究中BCEP濃度最高,且高于武漢以及加拿大安大略省等地區(qū);濃度排第2位的DBP與其他地區(qū)相比仍處于偏高水平,而BDCIPP和DPHP總體上處于中等水平.

2.2 mOPFRs的組成特征和來源分析

在所有區(qū)域中,BCEP均占比最高,整體占比達到68.5%,其他單體依次為DBP(17.3%),BDCIPP (4.45%), DPHP(4.44%), BCIPP(3.50%)和BBOEP (1.82%) (圖1).不同區(qū)域組成上略有差異,如CZ區(qū)DBP的組成比例略高(26.7%),而DH區(qū)BDCIPP和BBOEP未檢出.Chen等[22]也有類似發(fā)現(xiàn),BCEP和DBP是最豐富的2種化合物.BCEP在mOPFRs中的高貢獻主要是由于其母體化合物磷酸三氯乙基酯(TCEP)的大量使用.據報道,廣州是TCEP的重要生產基地[4].

為進一步分析mOPFRs的潛在來源,研究了mOPFRs之間的相關性(表4).結果表明,mOPFRs各單體存在較強的相關性,例如:BCIPP和BDCIPP (<0.01)、BCIPP和BBOEP(<0.01),BDCIPP和BBOEP(<0.01)等.說明這些mOPFRs 可能有共同的來源或暴露途徑,BBOEP和DPHP的母體化合物經常在制造業(yè)中充當增塑劑或潤滑劑,且其在生物體中的代謝途徑相似[23].通常OPFRs是混合一起添加在各種消費品中,如TCIPP(BCIPP的母體化合物)和TPHP(DPHP的母體化合物)?；旌咸砑又辆郯滨ヅ菽衃24].本研究中BCIPP和多種mOPFRs有較強的相關性就說明了它們來源相似.然而,本研究中含量最高的化合物BCEP和其他化合物相對弱相關關系,說明BCEP也可能存在著其他的暴露來源或者多因素的影響.BCEP的母體TCEP是應用最廣泛的一種OPFR,常見于塑料、紡織品、墻紙、聚氨酯泡沫、聚氯乙烯等產品中[1],由于其水溶性較強,能夠存在于各種環(huán)境介質中,因此,其來源也相對廣泛,可通過各種途徑進入人體[1,25-26].

表2 廣州普通人群尿液中mOPFRs濃度水平(ng/mL)

注:n.d為未檢出.

表3 不同地區(qū)人群尿液mOPFRs濃度比較

注:n.d為未檢出;-為無數據.

表4 廣州普通人群尿液中mOPFRs各個化合物相關系數

注:**表示<0.01;*表示<0.05.

圖1 廣州普通人群尿中mOPFRs的組成分布

2.3 影響mOPFRs暴露水平的因素

分析了mOPFRs與采樣區(qū)域,性別,年齡和身體質量指數(BMI)之間的關系與差異,并深入分析了居住和生活環(huán)境可能帶來的影響.結果表明,城郊居民尿液樣品中mOPFRs濃度之間有顯著差異,城區(qū)高于郊區(qū)(<0.01)(圖2a),特別是BCEP,城區(qū)居民尿液中BCEP的平均濃度為6.27ng/mL,而郊區(qū)為2.73ng/mL.這可能主要是由于BCEP的原型化合物TCEP大量用于建筑物的屋頂隔熱材料以及丙烯酸樹脂,膠粘劑和隔音涂料等,而城區(qū)人口密度大,建筑材料的使用量顯著高于郊區(qū),增加了TCEP的暴露量.類似的城鄉(xiāng)差異也有報道,如Sun等[31]研究發(fā)現(xiàn),商業(yè)區(qū)居民尿液中DPHP和BBOEP濃度遠遠高于住在工業(yè)區(qū)和農業(yè)區(qū)的居民,且不同區(qū)域之間差異顯著(=0.014).與城鄉(xiāng)差異類似,性別之間也存在統(tǒng)計學差異(<0.05)(圖2b),男性尿液中mOPFRs的平均濃度為7.40ng/mL,顯著高于女性尿液(5.77ng/mL) (圖2b).對于單個化合物來說也有類似差異(如BCEP),這可能是因為男性和女性生活習慣,行為上差異等因素導致.例如,男孩玩玩具接觸頻率一般比女孩多,成年人男性工作場所環(huán)境可能比女性污染嚴重.類似結果也有文獻報道,尤其是BCEP[32].此外,也有相反的文獻報道,即女性尿液中的mOPFRs比男性高,表現(xiàn)在DPHP、TEHP和BCDIPP,研究認為這可能是女性使用的個人護理品中有添加這類物質所致[30].

與上述情況不同,本研究未發(fā)現(xiàn)年齡和BMI的影響(圖3c和d),不同組別之間濃度水平無顯著性差異.這與Hoffman等的報道不同,其發(fā)現(xiàn)尿液中mOPFRs和年齡存在顯著的負相關關系,嬰兒尿液中的BDCIPP和DPHP濃度要比成人高[24];類似地,在Van den Eede等[14]的研究中,兒童尿液中濃度高.其認為可能是兒童日常玩具中含有OPFRs,在手-口接觸作用下經口暴露導致濃度升高.

為了進一步研究影響mOPFRs濃度的因素,本研究分析了室內裝修、從事行業(yè)的可能影響(圖3e).由于OPFRs在生物體中的半衰期較短,如TPHP等在魚體、大鼠體內半衰期約0.7～100h[23],尿液中的mOPFRs反映了近期的暴露.結果表明,近期有家庭裝修的群體其尿液中mOPFRs平均濃度(7.97ng/mL)高于未裝修人群(6.47ng/mL).除BCEP外,其余mOPFR單體化合物濃度都存在這種情況.但是,本研究未發(fā)現(xiàn)近期是否換家具對mOPFRs濃度的影響.這說明,BCEP的來源不是室內裝修材料,而其他mOPFRs母體化合物與家具無關的一些日常裝修材料有關.同時,研究發(fā)現(xiàn),志愿者從事職業(yè)屬性對其尿液中的mOPFRs影響較大,從事第三產業(yè)相關職業(yè)的人體尿液中mOPFRs的濃度為從事第一或者第二產業(yè)相關職業(yè)人群的2倍,甚至10倍(圖3e).由此可見,日常工作環(huán)境對人體OPFRs暴露的影響很大.

圖2 不同因素條件下尿液中mOPFRs暴露水平的差異

2.4 人體暴露健康風險評估

為了解這些人群因OPFRs暴露帶來的健康風險,本研究采用HQ和HI值進行分析,當HQ值<1,說明某OPFR單體暴露超過可接受風險,存在潛在非致癌風險,而當HI值<1,說明OPFRs總暴露存在潛在非致癌風險.結果表明(圖3a),BCEP,BCIPP, DPHP,BDCIPP,DBP和BBOEP的HQ平均值分別為0.54,0.012,0.012,0.054,0.13和0.025,累積風險系數HI平均值為0.77,均未超出風險限值1.mOPFRs的HQ范圍為0～8.8,95%分位值為2.74,HQ超出1,說明部分人存在一定的健康風險,尤其是BCEP暴露,其HQ的95%分位值為2.05.為分析居民整體健康風險水平,本文給出了累積概率分布(如圖3b),在480名志愿者中,有24.6%的人因OPFRs暴露可能帶來潛在非致癌風險.對于BCEP暴露,考慮到在這些志愿者中,其檢出率超過50%,達到了62.9%,有19.0%的人因BCEP暴露存在潛在非致癌風險,BCEP的人體暴露與健康風險值得人們進一步關注.

為了進一步分析OPFRs帶來的健康風險,本研究與其他污染物(包括對羥基苯甲酸酯、雙酚類、多環(huán)芳烴、三氯生、鄰苯二甲酸酯等)暴露進行對比.結合本文前期對相同人群尿液中這些污染物分析[20],基于lg(HQ)值進行蒙特卡羅模擬概率累積曲線分析(圖3c),結果表明,這些志愿者中有25.4%人因為鄰苯二甲酸酯的暴露而存在非致癌風險,與OPFR的24.6%相當.而在這些人中,有41.0%的人鄰苯二甲酸酯或OPFRs暴露超過風險水平.其他化合物未超過非致癌健康風險水平.由此可見,廣州相當一部分人因為鄰苯二甲酸酯和OPFR的暴露而存在非致癌風險,由這兩種污染物導致的非致癌健康風險值得關注.

3 結論

3.1 OPFRs代謝物在人體中普遍存在,檢出率達到70%, BCEP是主要的單體化合物,濃度為4.51ng/mL. OPFRs暴露來源受多種因素影響,人體暴露OPFRs呈現(xiàn)出城鄉(xiāng)差異和性別差異,居住環(huán)境以及工作環(huán)境對OPFRs人體暴露有重要影響.

3.2 健康風險研究結果表明,有約25%的人體暴露OPFRs超過健康風險限值,與鄰苯二甲酸酯暴露帶來的健康風險相當.整個群體中約41%人暴露OPFRs或鄰苯二甲酸酯超過可接受風險,存在非致癌風險,因此這兩種污染物導致的非致癌健康風險值得關注.

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Urinary metabolites of organophosphorus flame retardants in Guangzhou population: Exposure and health risk.

LI Xiao-jing1,2, LI Qin3, ZHONG Yi3*, ZHOU Jin-hua3, GUO Chong-shan3, YU Ying-xin2

(1.Institute of Environmental Pollution and Health, School of Environmental and Chemical Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China；2.Guangdong, Hong Kong and Macao Joint Laboratory of Pollutant Exposure and Health, Guangdong Key Laboratory of Environmental Catalysis and Health Risk Control, Institute of Environmental Health and Pollution Control, School of Environmental Science and Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China；3.Guangzhou Center for Disease Control and Prevention, Guangzhou 510440, China)., 2022,42(3)：1410～1417

This article was aimed at the 480general population in Guangzhou, using urine as a test matrix to study the concentration levels of metabolites of organophosphate flame retardants (mOPFRs), the potential sources of exposure, and clarified their health risks. Among the co-exposure with other organic pollutants such as phthalates, we tried to identify the chemicals with the highest health risks.The results showed that the mOPFRs were detectable in Guangzhou residents overall, with an average concentration of 6.59ng/mL. The bis(2-chloroethyl) phosphate accounted for 68.5% of the total mOPFRs, and was the only mOPFR with detection frequency higher than 50%. A number of factors influenced the levels of mOPFRs. The urban areas had a higher level than the suburban areas, and the levels of mOPFRs in males were higher than those in females. Besides, more mOPFRs were detected in interior decoration than in undecorated areas in the short term, and the levels were higher in workers in the tertiary industry than in primary and secondary industries. Our results also observed a correlation between OPFR exposure levels and region, gender, living, and working environment. Non-carcinogenic risk assessment showed that approximately 25% of the population had a risk quotient higher than a unit, which suggested potential non-carcinogenic risks. The non-carcinogenic risks of phthalates were consistent with that calculated based on the data in the literature. There were 41.0% of the general population had a potential non-carcinogenic risk from exposure to OPFRs and phthalates, suggesting that we should pay more attention to these chemicals. Our current study provided data basis for reducing the health risks caused by these pollutants.

organophosphorus flame retardants；metabolites；human exposure；non-carcinogenic risks；risk assessment

X503.1

A

1000-6923(2022)03-1410-08

李曉靜(1990-),女,江蘇連云港人,博士,研究方向為環(huán)境有機污染物與人體健康風險評估.發(fā)表論文7篇.

2021-08-04

國家自然科學基金資助項目(41991311,41977303)

*責任作者, 研究員, 13794425389@139.com