我国有机磷农药膳食暴露累积风险评估模型构建
2017-11-01孙金芳余小金闵捷白志茂张亚非刘沛吴永宁
孙金芳, 余小金, 闵捷,白志茂,张亚非，刘沛*,吴永宁
(1.东南大学公共卫生学院流行病与卫生统计学教研室，江苏 南京 210009；2.国家食品安全风险评估中心，北京 100042)
·论著·
我国有机磷农药膳食暴露累积风险评估模型构建
孙金芳1,2, 余小金1, 闵捷1,白志茂1,张亚非1，刘沛1*,吴永宁2*
(1.东南大学公共卫生学院流行病与卫生统计学教研室，江苏 南京 210009；2.国家食品安全风险评估中心，北京 100042)
目的构建有机磷膳食累积暴露概率评估模型，了解我国居民膳食有机磷累积暴露水平与暴露来源的食物贡献度。方法利用2002年中国居民营养与健康状况调查的膳食消费量数据与2001年～2006年全国14个省/地区食品污染物监测网的有机磷农药监测数据，构建我国有机磷膳食累积暴露概率评估模型。结果以甲胺磷为指示化学物，全人群、18岁及以上成人和2～6岁儿童有机磷累积暴露量的均数分别占有机磷急性暴露参考剂量(ARfD)的6.81%、5.92%、12.48%；其累积暴露量P99.9分别为ARfD的2.39倍、2.06 倍、5.05倍；人群超标率分别为0.37%、0.25%、0.88%。贡献度较大的食物主要是青菜、大白菜、豇豆、茄子，累积贡献度达40.38%～41.35%；不同特征人群食物贡献度不尽相同，苹果(5.48%)和马铃薯(2.04%)对儿童贡献度较成人和全人群大。结论我国居民膳食有机磷累积暴露分布人群变异较大，2～6岁儿童与高端暴露人群累积摄入过高应予重视；对青菜、大白菜、豇豆、茄子的有机磷残留状况应加强监管。本研究可为了解我国居民膳食有机磷累积暴露水平与暴露来源的食物贡献度、开展有机磷农药对环境污染的防治工作和食品安全风险管理工作提供科学依据。
有机磷； 膳食暴露； 累积风险评估； 概率模型； 食品安全
农药残留是世界各国共同关注且比较敏感的食品安全问题，农药的膳食累积暴露评估是当前国际食品安全风险评估研究的热点。有机磷农药是我国使用范围最广、用量最大的农药。因用药量大且存在不规范使用农药、采摘期短等现象，以及农药的单剂混配使用和环境残留，使得人群不可避免的同时或先后暴露于多种有机磷农药。为保护人群健康，有机磷农药在国际上也被定为首批进行累积暴露风险评估的外源性化学物质[1]。本次研究拟利用我国居民营养与健康状况调查和全国食品污染物监测网数据，建立食品中有机磷农药残留累积暴露风险评价方法和模型，有助于科学判断我国食品安全现状，为制定食品中有机磷农药残留限量标准提供科学依据。
1 资料与方法
1.1 资料来源
膳食暴露评估主要涉及数据包括膳食消费量数据、污染物常规监测数据、以及待评估人群人口学数据，本次研究数据来源分别如下：
膳食消费量：来源于2002年全国居民营养与健康状况调查，通过24小时膳食回顾法收集的全国31个省、自治区、直辖市(不含港澳台)22567个家庭连续3天(2个工作日和1个周末，节假日除外)的食物消费量数据，涉及原料食物和部分加工食物共1399种。因1岁儿童主要是母乳喂养，不纳入本次研究，最终有效数据包含65915人共计193080人日的膳食消费量记录。
有机磷农药监测数据：来源于2001年～2006年全国14个省/地区食品污染物监测网，共监测有机磷农药36种，监测样本17743份，涉及食品181种，阳性监测样本为2636，总检出率为14.86%。
人口学数据：来源于2002年全国居民营养与健康状况调查的家庭成员基本情况登记，包含年龄、性别、体重、城乡等信息。
1.2 建模原理及方法
累积暴露(cumulative exposure)是指具有相同毒性机制的多种化学物经某一特定途径(如膳食)同时暴露的总量。相对强度系数(relative potency factor,RPF)方法是目前对具有相同毒性机制的多种化学物同时暴露累积风险评估的有效方法；它起源于美国EPA对二噁英类化学物的联合毒力评价并被国际上普遍认可[2]，继而美国国家研究委员会(National Research Council,NRC)与EPA又将其用于有机磷农药累积暴露风险评估[3,4]。其原理是首先确定一个指示化学物(index chemical,IC)，然后将待评价食物中的多种化学物的监测浓度通过相应的RPF分别换算为指示化学物的当量浓度后累加，得到指示化学物的累积当量浓度，然后按照单种化学物的暴露评估步骤来评价该组化学物的累积暴露效应。因此，累积暴露概率模型是在单种化学物膳食暴露评估模型[5]基础上的一个延伸，其形式为：
(1.1)
不同的是，ci*j*k不再是单种化学物的监测浓度，而是监测食品k中多种化学物的累积当量浓度。
其中，第i种有机磷农药的RPF值定义为指示化学物的关键效应剂量(critical effect dose,CED)与该有机磷农药关键效应剂量之间的比值，即：
(1.2)
将监测食物k中检测到的i(i∈(1:h))种有机磷农药的浓度转换为IC的当量浓度为：
(1.3)
本次研究选择经口给药途径下雌性大鼠21天后大脑中AChE抑制的关键效应剂量BMD10来计算RPFs[4]；指示化学物选择对其毒性机制研究较清楚、有剂量反应数据支持、且在我国不同地区广泛检出的甲胺磷(Methamidophos,MMP)。
膳食累积暴露风险评估模型使用Monte Cado模拟量化变异度，模型的加工因子、变异因子和未检出值处理同单种化学物膳食暴露评估模型[5]。
1.3 统计软件
使用中国膳食暴露评估模型软件(软著登字第119729号)进行统计分析。软件介绍参见文献[6]。
2 结 果
2.1 有机磷浓度分布及食物消费量分布描述
本次研究将甲基嘧啶硫磷、甲胺磷、亚胺硫磷等18种农药纳入累积风险评估，如图1。为满足概率模拟的随机性，并且与食物消费量数据建立对应关系，以最小样本量为30，构建桥梁数据库[7]。合并归组后纳入模型的共有51种食物及合并食物组，其中检测样本在200例以上的23种食物(组)的有机磷类农药检出率及其MMP当量浓度分布见表1。有机磷农药检出率最高的食物(组)有韭菜(28.23%)、青菜(25.87%)、卷心菜(25%)、花椰菜(22.77%)等；高MMP当量浓度出现在花椰菜(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)、新鲜蘑菇(10.24 mg·kg-1)；各食物(组)中MMP当量浓度成偏态分布，高端值(P99)是中位值(P50)的2.61- 321.87倍。
各食物(组)的消费人日数及消费量(g·day-1)分布见表2。消费频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)、马铃薯(45263人日)、青菜(38707 人日)等；从P50来看，平均消费量最高的食物(组)是大米(250 g·day-1)；食物消费量的标准差在24.41～381.98 之间，说明人群食物消费量变异很大。
2.2 人群膳食有机磷累积暴露评估
以Monte Carlo模拟M=200,000次迭代，未检出值(
图1纳入累积风险评估的18种有机磷农药及其监测样本和阳性样本数
Fig1Monitoringandpositivesamplesofthe18OPsincludedintheassessment
表1纳入模型的部分食物(组)中有机磷检出率及MMP当量浓度分布(mg·kg-1)
Tab1Detectionratesandcumulativeconcentrationsofthefoodincludedinthemodel
食物(组)监测样本数检出率(%)MMP当量浓度(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黄瓜93910.540.020.090.140.160.230.455.59青菜92425.870.050.090.150.230.320.835.76新鲜蘑菇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红绿茶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苹果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马铃薯2634.940.010.020.020.040.050.090.09面粉2362.970.000.010.010.040.040.040.13
表2纳入模型的部分食物(组)消费人日及消费量(g·day-1)描述
Tab2Consumptionratesandconsumptionsofthefoodincludedinthemodel
食物(组)消费人日均数标准差P25P50P75P90P95P99韭菜886298.1078.450100150200250375卷心菜6299129.0091.855100150250300450青椒2829978.1065.83550100150200300茄子19250144.70104.490100200275350500黄瓜9141118.4096.550100150200300500青菜38707170.90120.5100150200300400600新鲜蘑菇799673.5062.92550100150200300菠菜6228110.3072.650100150200250350空心菜3251158.10104.5100150200300350500扁豆8400140.5096.775100200250300500生菜6024135.9092.475100175250300450红绿茶67814.8028.8510152550105大白菜49865180.40134.4100150250350450675梨6376182.00103100150200300400550苹果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马铃薯45263150.00105.2100100200300350500面粉63873226.80161.7100200300450550725
表3我国居民膳食有机磷累积暴露量分布(IC=MMP,M=200,000， Tab3CumulativedietaryexposureofOPsforthepopulationsinChina 人群均数P5P25P50P75P90P95P97.5P99P99.92-6岁儿童1.2480.0270.2480.6641.3562.4133.4494.9299.05150.49118岁及以上成人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 我国居民18岁及以上成人、2～6岁儿童膳食暴露MMP总当量的食物贡献度分析见图3，对成人膳食有机磷累积暴露贡献度较大的食物主要是大白菜、青菜、豇豆、茄子，这几种食物的累积贡献度达41.35%；除青菜、大白菜、豇豆外，苹果(5.48%)对儿童膳食有机磷累积暴露的献度也较大；此外，马铃薯(2.04%)对儿童的贡献亦大于成人。 RPF方法原理较简单易懂，但需要强调的是，RPF方法仅适用于化学物间效应具有剂量可加性，累积暴露评估才有意义。RPF值由化学物间的关键效应剂量导出，关键效应的定义和关键效应剂量的获得是应用RPF方法进行累积暴露风险评估的重要步骤和不确定性来源。 图2我国居民每日累积暴露甲胺磷当量CDF曲线 Fig2Thecumulativedensityfunction(CDF)curveofdietaryexposuretoMMPforthepopulationsinChina (a) 18岁及以上成人;(b) 2- 6岁儿童 图3我国居民膳食有机磷累积暴露量食物贡献度(贡献度<2%的食物(组)合并为“其它”) Fig3ContributionsoffoodcommoditiestototalintakesofOPsinChina 近年来，因对AChE抑制类杀虫剂的毒理学机制研究较明确，国外学者优先评价了有机磷类和氨基甲酸酯类农药的膳食暴露累积风险。Boon和van Klaveren(2003)分别以乙酰甲胺磷和亚胺硫磷作为指示化学物，对荷兰1～97岁全人群和1～6岁儿童膳食暴露40种AChE抑制类杀虫剂(包括有机磷类和氨基甲酸酯类农药)的累积暴露风险进行评估，其AChE抑制类杀虫剂的检出率为6%；以乙酰甲胺磷为指示化学物，全人群P99.9累积暴露量超出ARfD，儿童P99.5超出ARfD；葡萄的食物贡献度最大[8]。Caldas等(2006)以甲胺磷与乙酰甲胺磷为指示化学物，评价了巴西人群经蔬菜、水果暴露的25种AChE抑制类杀虫剂的累积暴露风险，其AChE抑制类杀虫剂检出率为13.7%，全人群累积暴露量的P99.9分别是其ARfD的70.2%(乙酰甲胺磷为指示化学物)和33.6%(甲胺磷为指示化学物)；6岁及以下儿童的平均暴露水平是全人群平均暴露水平的2.4倍；西红柿的食物贡献度最大[9]。Boon等(2008)以乙酰甲胺磷为指示化学物对荷兰全人群和1～6岁儿童膳食暴露有机磷的累积风险进行评估，有机磷农药检出率为15%，评估得到全人群与儿童乙酰甲胺磷累积暴露当量的P99.9分别是其ARfD的46%和114%，菠菜贡献度最大[10]。Jensen等(2009)以毒死蜱和甲胺磷为指示化学物，评价了丹麦人群经蔬菜、水果、谷物暴露的25种AChE抑制类杀虫剂的累积风险，全人群与儿童累积暴露量分布的P99.9分别是其ARfD的0.8%和1.8%(毒死蜱为指示化学物)、13.8% 和31.3%(甲胺磷为指示化学物)，食物贡献度最大的是苹果[11]。 当前国内对有机磷农药膳食暴露风险评估研究包括对食品中有机磷农药的常规监测、总膳食研究以及单种有机磷农药的暴露评估，未见多种有机磷农药累积暴露评估研究的相关报道。本次研究构建的累积暴露评估概率模型，与上述国内外研究结果相比，我国2001年～2006年食品污染物监测有机磷的总检出率为14.86%，结合2002年中国居民食物消费量调查数据，以甲胺磷为指示化学物，我国居民全人群、18岁及以上成人和2- 6岁儿童有机磷累积暴露量暴露量均值分别为ARfD的6.81%、5.92%、12.48%，P99.9分别是ARfD的2.39倍、2.06倍、5.05倍，人群累积暴露量超标率分别为0.37%、0.25%、0.88%。可见，我国居民膳食有机磷累积暴露的平均值尚处于安全水平，与总膳食研究结果一致；但人群存在一定的超标率，且高百分位数(P99.9)暴露量远高于国外同类研究结果。我国儿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，高百分位数(P99.9)是成人的2.5倍。与国外研究中水果的食物贡献度较大不同的是，对我国膳食有机磷累积暴露贡献度较大的食物主要是青菜，其次是大白菜、豇豆、茄子，这几种蔬菜累积贡献度达40.38%～41.35%；不同特征人群的食物贡献度不尽相同，苹果在儿童中的贡献度大于在全人群的贡献度，而青菜、花椰菜、大白菜三种蔬菜对高端暴露人群的合计贡献度超过50%，提示对上述几种蔬菜的监测应予以重视。 [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] 孙金芳,刘沛,陈炳为,等.中国膳食暴露评估非参数概率模型构建[J].中华预防医学杂志,2010,44(3):195- 199. [6] 刘沛,李靖欣,孙金芳,等.中国膳食暴露评估模型软件开发及验证[J].中华预防医学杂志,2010,44(3):204- 208. [7] 韩晓梅,闵捷,刘沛,等.中国膳食暴露评估模型桥梁数据库构建初探[J].卫生研究,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 国家自然科学基金资助项目(21537001,81573159)；江苏省自然科学基金青年基金项目(BK2012348) 孙金芳(1982-)，女，山东蓬莱人，讲师，博士，研究方向：食品安全风险评估，E- mail: sjf_1128@126.com 刘沛，教授，博导，liupeiseu@126.com; 吴永宁，研究员，博导，E- mail: wuyongning@cfsa.net.cn 孙金芳, 余小金, 闵捷,等. 我国有机磷农药膳食暴露累积风险评估模型构建[J].东南大学学报：医学版，2017,36(5)：789- 794. R151 A 1671- 6264(2017)05- 0789- 06 10.3969/j.issn.1671- 6264.2017.05.022 (本文编辑：孙茂民)
2.3 食物贡献度分析
3 讨 论
