賈 芮，趙金輝,*，董路遙，嵇譯峰，王守榮，王麗娟

(1.南京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，江蘇南京 211816；2.光大水務(wù)<南京>有限公司，江蘇南京 211800)

細菌內(nèi)毒素作為一種熱源物質(zhì)，可隨呼吸等途徑進入人體，從而引起機體產(chǎn)生如發(fā)熱、哮喘、低血壓、昏厥甚至死亡等不良反應(yīng)[1-2]。高校校園尤其是南方校園，常存在一定的天然水體以及噴泉等景觀水體，水體中細菌內(nèi)毒素主要是革蘭氏陰性菌和部分藍藻的脂多糖復(fù)合物，在水體中普遍存在，因而導(dǎo)致水體中存在一定內(nèi)毒素風(fēng)險[3]。目前，對自來水廠水體中和養(yǎng)殖場大氣中內(nèi)毒素水平研究較多，僅有部分學(xué)者對校園環(huán)境中如餐廳、教室等場所大氣中內(nèi)毒素水平進行報道，但對校園水體特別是景觀水體中的內(nèi)毒素水平及其潛在吸入暴露風(fēng)險研究較少。

水體中的內(nèi)毒素一般不會經(jīng)口攝入以及與皮膚接觸，因此，胃腸暴露和皮膚暴露風(fēng)險低[4]，呼吸吸入成為主要暴露方式和風(fēng)險途徑。Humudat等[5]研究表明夏季水體中內(nèi)毒素水平最高，溫暖家[2]研究發(fā)現(xiàn)1 d中早中晚內(nèi)毒素水平波動較小；Mcgregor等[6]研究發(fā)現(xiàn)空氣中內(nèi)毒素水平與水體內(nèi)毒素水平呈正相關(guān)性。因此，本文通過在內(nèi)毒素水平最高的夏季對校園水體及周邊空氣中細菌內(nèi)毒素水平進行調(diào)查，并結(jié)合問卷調(diào)查及國內(nèi)外相關(guān)報道，采用劑量-反應(yīng)關(guān)系模型結(jié)合中國環(huán)境科學(xué)研究院發(fā)布的暴露參數(shù)，進一步對其潛在吸入暴露風(fēng)險進行了評價。

1 試驗方法及材料

1.1 檢測方法

目前，細菌內(nèi)毒素的檢測方法主要有家兔法、鱟試劑法、氣相色譜-質(zhì)譜檢測法、凝膠過濾色譜-質(zhì)譜檢測法、重組C因子法、酶聯(lián)免疫測定法、生物傳感器法及電路波段法等[1]。本試驗采取國內(nèi)外常用的鱟試劑法對內(nèi)毒素水平進行測定，通過終點顯色法來定量測定內(nèi)毒素水平，并以凝膠法進行輔助驗證。

終點顯色法的檢測機理是依托鱟試劑的凝固系統(tǒng)可被微量內(nèi)毒素激活，激活后的鱟試劑與鱟三肽作用形成淡黃色物質(zhì)對硝基苯胺(PNA)，在N-1-萘乙二胺鹽酸鹽的作用下，形成玫紅色偶氮物質(zhì)，在545 nm波長下測出吸光度，可反映內(nèi)毒素水平。

其他水質(zhì)指標(biāo)按《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)相關(guān)方法測定。

1.2 試劑配置及材料處理

鱟試劑(湛江安度斯生物有限公司，批號2008122，每支0.5 mL，靈敏度為0.125 EU/mL)加入細菌內(nèi)毒素檢查用水(湛江安度斯生物有限公司，批號2010220，5 mL/支，≤0.000 5 EU/mL，簡稱BET，下同)500 μL漩渦混合15 min；鱟三肽(南京肽業(yè)生物科技有限公司，2 mg/管，98.26%)加入2 000 μL的BET漩渦混合15 min，配成1 mg/mL的鱟三肽溶液；稱取亞硝酸鈉0.040 0 g，加入1 mol/L鹽酸溶液100 mL配成0.04%亞硝酸鈉溶液；稱取氨基磺酸胺0.300 0 g，加BET 100 mL配成0.30%氨基磺酸胺溶液；稱取N-1-萘乙二胺鹽酸鹽0.070 0 g，加BET 100 mL配成0.07% N-1-萘乙二胺鹽酸鹽溶液[7]。內(nèi)毒素標(biāo)準(zhǔn)品(湛江安度斯生物有限公司，批號2007101，10 EU/支)配置成5.0、1.5、1.0、0.75、0.5、0.25、0.125、0.062 5、0.031 3 EU/mL,每稀釋一步均應(yīng)在漩渦混合器上混勻30 s。

所用玻璃器皿均無熱原化處理，采用鉻酸洗液浸泡24 h，自來水沖洗5次，蒸餾水沖洗4～5次，馬弗爐250 ℃烘烤2 h。非耐熱器皿過氧化氫浸泡2 h，蒸餾水沖洗4～5次，烘箱60 ℃烘烤1 h。

1.3 水體資料及樣本采集

樣本分別來自校園3個行人量較大的湖泊A、B、C。湖A是一片面積約為10 000 m2的三角形水域(32°08′48.05″N，118°63′20.02″E)，3邊均設(shè)有道路，最深處水深約為10 m，為一人工攔蓄水庫，湖內(nèi)設(shè)有噴泉，重大節(jié)日在每天18：00—21：00噴泉燈光表演，其他時間噴泉關(guān)閉。湖B是一片面積約為12 000 m2的不規(guī)則水域(32°08′23.14″N，118°63′47.25″E)，其中一側(cè)設(shè)有廣場，水深較淺，為一景觀水域。湖C是一片面積約為2 500 m2的水滴型水域(32°08′62.59″N，118°63′50.78″E)，一側(cè)設(shè)有道路，為一山坳處的天然水體，水深約為4 m，雨后水位顯著上漲。

大氣內(nèi)毒素采樣時間為16：00—19：00，氣溫為23～27 ℃，微風(fēng)。水樣采集通過岸邊多點采集方式，采樣點距離湖邊50 cm、采樣深度為水面下30 cm，所采集水樣用0.45 μm濾膜過濾預(yù)處理，共獲取3組共18個水樣，測定水質(zhì)指標(biāo)結(jié)果如表1所示。大氣內(nèi)毒素利用大氣采樣儀采集(TQ-1000)。根據(jù)報道，我國19歲青年人鼻子平均高度為155 cm，故采樣口高度為155 cm，采樣于同一地點、近湖路側(cè)1 m處。采樣器為10 mL的U型多孔玻板吸收器，采樣液為8 mL的內(nèi)毒素檢查用水，設(shè)置進氣流量為1.5 L/min采樣20 min，氣樣無需特殊處理[2]，共獲取4組24個氣樣。

表1 水體水質(zhì)樣本監(jiān)測Tab.1 Water Quality Monitoring of Water Body Samples

1.4 水體內(nèi)毒素測定標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

根據(jù)相關(guān)研究[7-8]報道的方法進行測定，得出9個標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)毒素溶液(Ab)、空白對照(Ak)的吸光度，對于吸光度大于1的溶液應(yīng)稀釋后再測量。繪制濃度-吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線并進行線性回歸，結(jié)果如式(1)。

A=0.0679 9+0.643 6Cr=0.987 5

(1)

其中：A——吸光度；

例8：研究發(fā)現(xiàn)，我國英語學(xué)習(xí)者具備了一定的語法隱喻使用意識，但對概念語法隱喻使用匱乏，不利于體現(xiàn)學(xué)術(shù)語篇的抽象性與客觀性;

C——內(nèi)毒素含量，EU/mL。

結(jié)果表明，內(nèi)毒素含量為0.125～1.500 EU/mL線性關(guān)系良好，故本批次試劑內(nèi)毒素檢測含量為0.125～1.500 EU/mL。

2 結(jié)果與評價

2.1 水體及大氣內(nèi)毒素調(diào)查結(jié)果分析

通過終點顯色法測定不同稀釋倍數(shù)的樣品內(nèi)毒素含量，通過凝膠法對檢測限內(nèi)的樣品進行驗證，均形成堅實凝膠，數(shù)據(jù)有效，如表2、圖1所示。湖水A、B、C樣本稀釋倍數(shù)分別為100、100、200倍，其余為0；各樣本數(shù)均為6，采用凝膠法驗證時，各樣本均呈陽性。

表2 校園水體及大氣中內(nèi)毒素水平調(diào)查Tab.2 Survey of Endotoxin Levels of Water and Atmosphere on Campus

圖1 內(nèi)毒素水平箱線圖Fig.1 Box Plot of Endotoxin Level

通過對3組54個檢測結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)水質(zhì)條件越差水中內(nèi)毒素水平越高。水中內(nèi)毒素水平與水樣氨氮、CODCr、UV254的相關(guān)系數(shù)r分別為0.43、0.63、0.98，如圖2所示，表明天然水體中內(nèi)毒素水平與UV254相關(guān)性較大。UV254可體現(xiàn)水體中腐殖質(zhì)的含量。腐殖質(zhì)是有機物經(jīng)微生物分解轉(zhuǎn)化形成的膠體物質(zhì)，其值高表明微生物活躍。結(jié)合張燦等[9]的報道，UV254與結(jié)合態(tài)內(nèi)毒素相關(guān)性大，游離態(tài)內(nèi)毒素相關(guān)性小，這與腐殖質(zhì)膠體類物質(zhì)特點有關(guān)。分析發(fā)現(xiàn)湖水C的內(nèi)毒素水平較高的原因主要有2個：一是相較于湖水A、B，湖水C周邊落葉樹木較多，落葉沉入水底形成腐殖質(zhì)，增強了微生物的活躍程度；二是監(jiān)測到湖水C有一處入湖排口間歇少量排水，對排口水質(zhì)檢測發(fā)現(xiàn)CODCr質(zhì)量濃度為56.14 mg/L，內(nèi)毒素水平為湖水C的2.32倍。在自身微生物活躍、外來營養(yǎng)條件好及外來內(nèi)毒素水平高的多個因素下，導(dǎo)致湖水C的內(nèi)毒素水平比湖水A、B高。

圖2 內(nèi)毒素水平與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性Fig.2 Correlation between Endotoxin Levels and Water Quality Indices

為進一步評價校園水體內(nèi)毒素水平，對一生活污水廠進行取樣調(diào)查，污水廠進水內(nèi)毒素水平為(8 262.97±1 479.23)EU/mL，紫外消毒后尾水內(nèi)毒素水平為(1 070.98±173.09)EU/mL。將校園水體內(nèi)毒素水平結(jié)果與張燦對北京水庫、武漢長江及漢江內(nèi)毒素水平的調(diào)查結(jié)果進行對比發(fā)現(xiàn)，湖水C的內(nèi)毒素水平均值是其最高值的2.15倍，但明顯低于如藍藻暴發(fā)期、排污水等水體[10]。因此，校園內(nèi)3個水體的內(nèi)毒素水平均低于污水廠進水和尾水，湖水A、B內(nèi)毒素水平與天然水體相似，湖水C內(nèi)毒素水平高于天然水體。

對獲取的18組水、氣內(nèi)毒素水平數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，水體周邊大氣內(nèi)毒素水平與水體內(nèi)毒素水平的相關(guān)性系數(shù)r為0.94，成正比例關(guān)系。湖水C的內(nèi)毒素水平為(217.32±13.82)EU/mL，導(dǎo)致湖水C周邊大氣內(nèi)毒素水平高于湖水A、B。對比湖水A噴泉開啟前后發(fā)現(xiàn)，開啟后水體周邊大氣中內(nèi)毒素水平是開啟前的2.55～4.81倍。在原水內(nèi)毒素水平僅有37.45～46.15 EU/mL的情況下，噴灑條件下仍可使大氣內(nèi)毒素水平達到173.61～233.28 EU/m3，明顯提高了大氣內(nèi)毒素水平。

2.2 校園水體內(nèi)毒素吸入暴露風(fēng)險評價

結(jié)合溫暖家[2]的報道，采用劑量——反應(yīng)關(guān)系模型。根據(jù)本文研究對象的特點，判定內(nèi)毒素是非致癌物，呼吸系統(tǒng)吸入日平均暴露量計算公式、非致癌總風(fēng)險健康風(fēng)險評估為式(2)～式(4)。

(2)

(3)

HI=∑HQi

(4)

其中：ADD——平均暴露量，EU/(d·kg)；

c——大氣內(nèi)毒素水平，EU/m3；

IR——呼吸速率，m3/d；

EF——暴露頻率，d/a；

ET——暴露年限，a；

BW——人體質(zhì)量，kg；

AT——預(yù)期壽命，d；

HQ——非致癌風(fēng)險商；

RfD——參考劑量，EU/m3，本文取90 EU/m3；

HI——風(fēng)險指數(shù)。

根據(jù)《中國人群暴露參數(shù)手冊(成人卷)》[14]，男性IR、ET、BW、AT值分別為19.02、24、62.7、25 404；女性IR、ET、BW、AT值分別為14.17、24、54.4、26 754.5。各個場所的人流密度、人群活動強度等特點各有不同，學(xué)生一年在校約為270 d，調(diào)查學(xué)校學(xué)生上課等日?；顒泳鶗?jīng)過3個湖區(qū)，噴泉僅在如國慶、開學(xué)季、畢業(yè)季等時期開啟，因此，4處的EF值分別為270、30、270、270。計算結(jié)果如表3所示。

表3 吸入暴露風(fēng)險評估結(jié)果Tab.3 Assessment Results of Inhalation Exposure Risk

結(jié)果表明，正常狀況下3個水體中，湖水C的暴露劑量最大，這與內(nèi)毒素水平成正相關(guān)關(guān)系；噴泉A暴露劑量最小是因為暴露頻率最低，僅為30 d/a。根據(jù)Mcgregor等[6]的報告，類似場景中如游泳館水霧噴灑和水幕曾引發(fā)群體性過敏性肺炎，因此，對暴露頻率較高、內(nèi)毒素水平較高的噴灑場景仍有風(fēng)險。

男性平均暴露量與非致癌風(fēng)險商均高于女性。分析發(fā)現(xiàn)女性呼吸速率慢、體重輕、壽命長，從而導(dǎo)致平均暴露量低于男性，在相同參考劑量下女性內(nèi)毒素吸入的非致癌風(fēng)險低于男性。

根據(jù)吸入暴露風(fēng)險評價結(jié)果，HQ及HI均小于1，表明風(fēng)險較小或可忽略，本次調(diào)查4處場景均小于1，表明風(fēng)險較小。結(jié)合溫暖家[2]對于校園內(nèi)8個公共場合內(nèi)毒素吸入風(fēng)險的報道，8場所HI累計值為0.908，接近于1，當(dāng)HQ>1或HI>1時，認(rèn)為此條件下的內(nèi)毒素對暴露人群存在非致癌風(fēng)險。本次僅針對校園內(nèi)部分水體，南方校園水體眾多，因此，多場所風(fēng)險疊加或可導(dǎo)致內(nèi)毒素吸入的非致癌風(fēng)險。

2.3 校園水體內(nèi)毒素吸入效應(yīng)調(diào)查

為進一步考察校園水體內(nèi)毒素對暴露人群風(fēng)險效果，以調(diào)查問卷的形式，對經(jīng)過水體的學(xué)生進行調(diào)查并對調(diào)查統(tǒng)計分析。調(diào)查共獲得60份有效樣本，其中男性樣本為40個，女性樣本為20個，年齡為19～27歲。多數(shù)調(diào)查對象反映主要為湖邊經(jīng)過，停留0～5 min為50人、5～10 min為8人、10～15 min為1人，逗留休閑15 min以上1人(35 min)，均表示經(jīng)過湖區(qū)及之后無內(nèi)毒素不良反應(yīng)，如呼吸不暢、咳嗽、發(fā)熱等。根據(jù)荷蘭提出的8 h暴露時間下吸入總量為1 157 EU，調(diào)查人群一次暴露總量最高為84 EU，遠低于風(fēng)險值，因此，內(nèi)毒素吸入風(fēng)險還與一次暴露時間有關(guān)。

因此，正常步行經(jīng)過3個水體不會引起內(nèi)毒素吸入風(fēng)險，但應(yīng)避免長時間停留及高頻率暴露。

3 結(jié)語

通過對校園3個行人量較大的湖泊水體和周邊大氣內(nèi)毒素調(diào)查表明。

(1)大氣內(nèi)毒素水平與水體內(nèi)毒素水平成正比例關(guān)系，同時校園內(nèi)存在大氣內(nèi)毒素水平高于閾值區(qū)域。

(2)噴灑條件下可導(dǎo)致大氣內(nèi)毒素水平提高2.55～4.81倍，因此，在避免長時間、高頻率、近距離接觸此類噴灑場景的同時應(yīng)對此類水體進行安全防護。

(3)進一步對水體周邊大氣內(nèi)毒素吸入風(fēng)險評價，表明校園水體內(nèi)毒素非致癌風(fēng)險較小，正常經(jīng)過不會造成吸入風(fēng)險，但應(yīng)避免多場所風(fēng)險累積，以免導(dǎo)致內(nèi)毒素吸入過量的風(fēng)險。