董兆敏,吳世閩,胡建英 (北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,北京 100871)

中國部分地區(qū)鉛暴露兒童健康風(fēng)險評價

董兆敏,吳世閩,胡建英*(北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,北京 100871)

通過解析我國現(xiàn)有血鉛濃度數(shù)據(jù),采用無閾值劑量效應(yīng)曲線,計算了我國部分地區(qū)輕度智力發(fā)育遲緩(MMR)的發(fā)生概率.最后利用MMR發(fā)生率以及生命周期表,計算了相應(yīng)的傷殘調(diào)整壽命年.結(jié)果表明:我國兒童血鉛濃度幾何均值和幾何標(biāo)準(zhǔn)差分別為 5.94,1.58μg/dL,超標(biāo)率為12.74%,而由于鉛暴露污染所導(dǎo)致的兒童MMR發(fā)生率和傷殘調(diào)整壽命年(DALYs)分別為0.78%和0.10a.計算結(jié)果表明,我國兒童的鉛暴露風(fēng)險低于非洲,南美以及部分中東地區(qū),遠(yuǎn)高于北美以及歐洲,與除日本以外的其他亞洲國家基本持平.

血鉛；兒童；傷殘調(diào)整壽命年；風(fēng)險評價；中國

鉛被廣泛應(yīng)用于涂料、工業(yè)、蓄電池等領(lǐng)域.據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)報告顯示,由于鉛污染造成的疾病負(fù)擔(dān)占總疾病負(fù)擔(dān)的 0.9%,在所有疾病負(fù)擔(dān)種類中列第 16位,且大部分鉛污染集中于不發(fā)達(dá)國家[1].高血鉛(＞60μg/dL)易對人體造成急性毒性,包括胃腸道癥狀、嗜睡和易怒、腦病和死亡;而低濃度血鉛(＜10μg/dL)的毒性多體現(xiàn)在慢性毒性上,而并無明顯的臨床癥狀[2-5].當(dāng)人類長期暴露在低濃度的鉛污染環(huán)境中,容易對神經(jīng)系統(tǒng),血壓,心臟血管,腎等造成長期的累積影響[2-5].由于兒童脆弱的免疫系統(tǒng),特殊的口手習(xí)慣,與成人相比更高的吸收系數(shù),目前兒童鉛污染問題已經(jīng)受廣泛關(guān)注[6-7].

從20世紀(jì)70年代開始,針對兒童血鉛濃度過高的狀況,美國開展了一系列的鉛防治措施,如限制油漆中鉛含量,制定嚴(yán)格的土壤鉛標(biāo)準(zhǔn)等,而其中最為有效的措施為含鉛汽油的禁止使用.含鉛汽油被認(rèn)為是兒童血鉛污染的最為重要源之一

[8].而伴隨著一系列措施的出臺,兒童的血鉛污染得到了很好的控制.從1976年到1980年期間,兒童血鉛濃度下降幅度達(dá)到 39%,其濃度均值已經(jīng)控制到 10μg/dL以下[6].而進(jìn)入 21世紀(jì)以來,血鉛濃度幾何均值降到了2μg/dL以下,而兒童血鉛超標(biāo)率更是降到了 2%以下[9].與此同時,兒童血鉛標(biāo)準(zhǔn)也20世紀(jì)60年代的60μg/dL嚴(yán)控到1991年的10μg/dL[10].

20世紀(jì)90年代以來,伴隨著快速的工業(yè)化,我國兒童血鉛濃度在 21.8～67.9μg/dL[11],普遍超標(biāo)率(美國EPA標(biāo)準(zhǔn),即10μg/dL作為兒童血鉛可接受水平[10].在本研究中,定義血鉛濃度超過10μg/dL為超標(biāo),血鉛濃度超過 20μg/dL定義為中毒)在64.9%～99.55%之間[11].從1998年開始,我國開始逐漸取消含鉛汽油的使用,兒童的血鉛污染也因此得到較好控制.由中國衛(wèi)生部與世界衛(wèi)生組織在我國開展的監(jiān)測報告顯示,在 2004～2006年這 3年間,我國部分城市的兒童血鉛水平分別為 5.95,5.78, 5.67μg/dL[12].然而,在局部地區(qū)仍有高血鉛暴露事件發(fā)生.如在廣州某地區(qū),由于電子產(chǎn)品的污染,兒童血鉛濃度均值達(dá)到了 15.3μg/dL[13].2008年夏季以來,我國爆發(fā)了多起血鉛中毒事件.在陜西鳳翔,血鉛濃度超過20μg/dL的兒童比例達(dá)到22.7%,而超標(biāo)率更是高達(dá)84.13%;在湖南嘉禾縣,有250名兒童血鉛超標(biāo).血鉛事件的頻繁發(fā)生,折射出我國局部地區(qū)鉛污染依然嚴(yán)重.

我國當(dāng)前對于血鉛污染僅限于流行病調(diào)查,缺乏系統(tǒng)風(fēng)險評價過程.為評估血鉛污染所帶來的風(fēng)險并便于物質(zhì)間的橫向比較,本研究選取了由智力發(fā)育輕度延緩(MMR)疾病所導(dǎo)致的傷殘調(diào)整壽命年作為風(fēng)險指標(biāo).所謂MMR疾病,即指在標(biāo)準(zhǔn)智力測試中,兒童智力得分低于70分的一種疾病.血鉛污染易對兒童神經(jīng)發(fā)育造成影響,從而增加MMR疾病的發(fā)生率.而傷殘調(diào)整壽命年,是國際上通行的一種用于衡量化學(xué)物質(zhì)所導(dǎo)致的疾病負(fù)擔(dān)指標(biāo)[14].本研究以我國19個城市0～6歲兒童為研究對象,并以智力損失為評價指標(biāo),計算基于血鉛-智力損失效應(yīng)曲線計算疾病 MMR發(fā)生率.在此基礎(chǔ)上,計算中國兒童由于血鉛污染而所導(dǎo)致的傷殘調(diào)整壽命年(DALYs).

1 研究方法

1.1 方法概述

本研究主要包括血鉛數(shù)據(jù)收集,MMR疾病發(fā)生率計算以及 DALYs計算.首先,以嚴(yán)格的文獻(xiàn)篩選原則,收集0～6歲兒童血鉛數(shù)據(jù).在此基礎(chǔ)上,利用概率法,計算了各年齡段的MMR疾病發(fā)生率.在得到了各年齡段的MMR疾病發(fā)生率的基礎(chǔ)上,選用了由2006年人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)而制成的生命周期表,進(jìn)而計算了中國兒童由于血鉛污染所導(dǎo)致的DALYs.

1.2 血鉛數(shù)據(jù)收集

血鉛濃度在兒童中呈典型的對數(shù)正態(tài)分布

[15].選取中國知網(wǎng)(CNKI)以及科學(xué)引文索引(SCI)兩個數(shù)據(jù)庫作為搜索引擎,以血鉛、兒童以及各城市名(如北京,上海,天津)為關(guān)鍵詞,0～6歲兒童為研究對象,以下面 3條文獻(xiàn)篩選標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行文獻(xiàn)篩選:1)血鉛測量結(jié)果必須是可靠科學(xué)的,如測量方法必須為石墨爐原子吸收或原子熒光方法,有嚴(yán)格的實驗室質(zhì)量控制等;2)血鉛樣本量必須大于 500,并且是隨機分層采樣;3)血鉛結(jié)果必須有科學(xué)表示方法,并且有足夠的統(tǒng)計參數(shù),以便可以利用對數(shù)正態(tài)分布的數(shù)統(tǒng)規(guī)律,轉(zhuǎn)換為幾何均值和幾何標(biāo)準(zhǔn)差,便于描述兒童血鉛的分布狀況.最后,獲取了 19個城市的兒童血鉛數(shù)據(jù).以樣本量以及幾何方差倒數(shù)為權(quán)重的方法[16],將19個城市的數(shù)據(jù)合并為全國尺度上的兒童血鉛數(shù)據(jù).

1.3 MMR疾病發(fā)生率計算

利用概率法,計算MMR疾病發(fā)生率:

式(1)[17]中: R為MMR疾病發(fā)生率;k為各地區(qū)調(diào)整因子,中國的默認(rèn)因子為3.03[16]; f(x)為血鉛的概率分布密度函數(shù);g(x)為血鉛-IQ的劑量效應(yīng)曲線;G(g(x))表示為MMR發(fā)生率的計算方式,如下式所示:

式中:Φ為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布(N(0,1))累積概率密度函數(shù);100,15分別為普通人群智力分布的均值和標(biāo)準(zhǔn)差[18];70為 MMR疾病發(fā)生的閾值點.式(2)表示為由于受鉛污染,原智力＞70的而降低到70以下的兒童概率.如圖1所示[15].

1.4 DALYs的計算

DALYs計算可用公式3表示:

式中:YLLs表示由于死亡所導(dǎo)致的傷殘調(diào)整壽命年;YLDs是指由于傷殘所致的傷殘調(diào)整壽命年.對于兒童血鉛污染,在目前的風(fēng)險評價中僅考慮由于MMR所引起的YLDs,因此YLLs默認(rèn)為0.而YLDs的計算如下:

圖1 智力下降所導(dǎo)致的MMR下降示意Fig.1 Shift to MMR as a result of IQ loss

式中:I為受影響的人群數(shù);DW 為疾病損失折算因子,對于MMR,WHO組織默認(rèn)DW為0.361;而L為發(fā)病持續(xù)時間.

式(4)中I的計算中,必須考慮到時間折算(γ)和年齡折算(β)兩個因子.其具體展開比較復(fù)雜,可參考文獻(xiàn)14.這里只給出YLDs的最終計算式:式中:K為0或1,當(dāng)K取0的時候,不考慮年齡權(quán)重;而當(dāng)K取1的時候,即考慮年齡權(quán)重.C為公式常量,選為 0.17;a為發(fā)病年歲,在本研究中,γ,β采取默認(rèn)值0.03和0.04[14].對于MMR疾病,其為終身攜帶,故而L為各年齡段兒童的壽命期望.對于壽命期望的計算,選取了2006年的分年齡段的死亡率以及人口數(shù),利用 WHO給定的生命周期表方法[14,17],分別計算了 0～6歲的壽命期望分別為 69.18,69.11,68.21,67.27, 66.23,65.35,64.39歲.0～6歲的發(fā)病持續(xù)時間分別默認(rèn)為 68.68,67.61,66.71,65.77,64.73,63.85, 62.89歲.

計算平臺主要為Matlab 2008b軟件.

2 結(jié)果與討論

2.1 血鉛暴露水平

由表1可見,我國不同地區(qū)不同年齡段的兒童血鉛濃度幾何均值為 4.48～10.22μg/dL,超標(biāo)率為7.27%～51.62%.由圖2可見,我國血鉛污染并沒有明顯的區(qū)域特征.血鉛濃度比較高的典型區(qū)域有沈陽,南昌,云南等帶,而血鉛濃度低的主要區(qū)域有廣東,安微等地.從全國尺度上來講,血鉛均值和幾何標(biāo)準(zhǔn)差分別為 5.94μg/dL和1.58μg/dL,超標(biāo)率為12.74%,高于歐美國家1%～5%的超標(biāo)率[6].

圖2 我國兒童血鉛與MMR分布Fig.2 Occurrences of blood lead level and MMR rate in children in China

由于數(shù)據(jù)采集原因,本研究中未研究兒童血鉛 的男女差異.但是兒童的血鉛濃度呈現(xiàn)著明顯的年齡差異.從圖3可以看出,血鉛濃度和年齡有著很明顯的正相關(guān).與其他國家相比,美國的鉛濃度最大值出現(xiàn)在兒童的2～3歲[38].而在一些研究指出,中國的血鉛增高主要來源于食物暴露[39],而兒童的食物攝入量是隨著年齡增加有呈明顯增加,這也可能是導(dǎo)致兒童血鉛濃度隨著年齡增加而增加的因素之一.

表1 中國各省0～6歲兒童血鉛濃度(μg/dL)分布狀況Table 1 Childhood blood lead level (μg/dL) for children aged 0～6 in different provinces of China

圖3 兒童血鉛濃度與年齡相關(guān)性Fig.3 Correlation between blood lead levels and age inchildren

2.2 毒性評價

Schwartz[40]指出鉛的閾值(即無影響濃度)為 5μg/dL,而當(dāng)血鉛濃度從5μg/dL上升到20μg/dL時,智力下降3.25點,而當(dāng)血鉛濃度＞20mg/dL時,其智力下降為恒定值,即3.25點(圖4).然而,越來越多的研究表明,并沒有足夠的證據(jù)說明鉛是一種有閾值的污染物.并且,兒童在低血鉛濃度時,單位濃度所受影響的程度往往高于高濃度下的值.因此,不能簡單用線性關(guān)系去描述血鉛濃度和智力下降劑量曲線.為此,Lanphear[3]在2005年綜合了大量的血鉛與神經(jīng)發(fā)育方面的文獻(xiàn)研究進(jìn)行pooled分析,得出當(dāng)兒童血鉛濃度從2.4μg/dL上升到10μg/dL,從10μg/dL上升到20μg/dL以及從20μg/dL上升到30μg/dL時,兒童智力發(fā)育分別下降3.9點,1.9點,1.1點.該研究表明,血鉛-IQ下降呈明顯的對數(shù)-線性關(guān)系.目前,該研究已經(jīng)被廣泛認(rèn)同[41].然而,此效應(yīng)劑量曲線并不適用于血鉛濃度接近于 0的情況,因為當(dāng)血鉛濃度接近于時,其對數(shù)會有發(fā)散以致極限不存在的情況出現(xiàn).考慮到鉛可能為無閾值物質(zhì),因此,需要對血鉛濃度-智力下降之間關(guān)系進(jìn)行低劑量濃度外推.參考美國EPA關(guān)于致癌物質(zhì)的風(fēng)險評價,用線性回歸(截距為0)模擬血鉛濃度低于2.4μg/dL的效應(yīng)曲線(圖 4).最終,得到了如下劑量效應(yīng)曲線(式6)用于MMR疾病發(fā)生率的計算:

2.3 健康風(fēng)險評價

根據(jù)式(1)并結(jié)合表 1中的鉛各年齡段的暴露數(shù)據(jù),我們計算了中國部分地區(qū)的MMR發(fā)生率(圖2b).可以看出,圖2b和圖2a的顏色分布一致,這說明在目前情況下,相對幾何均值,幾何標(biāo)準(zhǔn)差對MMR的計算影響更小.從計算結(jié)果來看,我國由于鉛污染所引起的 MMR發(fā)生率分布在0.55%～1.15%之間,平均值為 0.78%.世界各地區(qū)的MMR在0.07%～1.32%范圍內(nèi).我國的暴露鉛風(fēng)險低于非洲,南美以及部分中東地區(qū),遠(yuǎn)高于北美以及歐洲,與除日本以外的其他亞洲國家持平(圖5)[17-18].

圖4 血鉛-智力損失關(guān)系示意Fig.4 IQ loss, by blood lead levels

圖5 全球各國基于鉛污染而導(dǎo)致的兒童MMR發(fā)生率Fig.5 Lead-induced MMR rate in children at global scale, by country

雖然獲得了血鉛污染所引起的MMR發(fā)生率,但是這樣的數(shù)據(jù)不足與其他物質(zhì)進(jìn)行橫向比較.因此,以傷殘調(diào)整壽命年為評價指標(biāo),根據(jù)式(4)和式(5),結(jié)合 0～6歲的壽命期望,計算了血鉛污染所引起的傷殘調(diào)整壽命年.各地區(qū)的傷殘調(diào)整壽命年在0.086～0.14a/人之間,平均值為0.10a/人.與世界各地區(qū)相比較,0.016～2.36a/人[17],我國的污染處于中等水平.在 WHO最近公布的一份主要健康風(fēng)險因子的報告中[42],鉛依然是環(huán)境風(fēng)險中的5種關(guān)注物質(zhì)之一.報告顯示,全球疾病負(fù)擔(dān)的化學(xué)物質(zhì)中,

鉛的DALYs高達(dá)0.90a/人(這里的DALYs計算不僅僅是兒童風(fēng)險,也包括了一些成人方面的心血管疾病,腸胃疾病甚至是YLLs),在列取的5種重點關(guān)注的環(huán)境風(fēng)險中(飲用水安全,室外空氣污染,室內(nèi)燃料污染,鉛,全球氣候變化)中,排列第四.可以說,鉛污染依然需要關(guān)注.

3 結(jié)語

3.1 我國兒童仍然處于較高的鉛污染中.各地區(qū)兒童血鉛濃度為 4.48～10.22μg/dL,超標(biāo)率為7.27%～51.62%. 數(shù)據(jù)合并后表明,全國兒童血鉛水平為(5.94±1.58)μg/dL,超標(biāo)率為12.74%.

3.2 我國MMR發(fā)生率處于世界中等水平.各地區(qū)由于鉛污染而導(dǎo)致的 MMR發(fā)生率分布在0.55%到1.15%之間,平均值為0.78%.MMR發(fā)生率主要受血鉛濃度影響,而與血鉛幾何標(biāo)準(zhǔn)差相關(guān)性不強.

3.3 各地區(qū)的 DALYs在 0.086～0.14a/人之間,平均值為0.10a/人.

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Health risk assessment for children due to lead exposure in some region of China.

DONG Zhao-min, WU Shi-min, HU Jian-ying*(Department of Urban and Environmental Sciences, Peking University, Beijing 100871, China). China Environmental Science, 2011,31(11)：1910～1916

In the present study, mild mental retardation (MMR) rates for Chinese children in some regions were assessed based on the distribution of blood lead levels in Chinese children and a non-thresholdren dose-response curve. And then the corresponding disability-adjusted life years (DALYs) were calculated using the MMR rate and the life timetable. Based on the data collected, the geometric mean (GM) and the geometric standard deviation (GSD) of blood lead levels in Chinese children were 5.94 μg/dL and 1.58μg/dL, respectively. The rate higher than safety value of exposure for children in China was 12.74% and the corresponding MMR rate and DALYs were 0.78% and 0.1a, respectively. These results showed that the risk in Chinese children was lower than Africa, South America and partial Mideast, and similar with other Asian countries, expect for Japan, but much higher than North America and Europe.

blood lead；children；disability-adjusted life years；risk assessment；China

X503.1

A

1000-6923(2011)11-1910-07

2011-03-15

國家自然科學(xué)基金資助項目(40632009);國家“973”項目(2007CB407304)

* 責(zé)任作者, 教授, hujy@urban.pku.edu.cn

董兆敏(1987-),男,江西贛州人,北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院博士研究生,主要從事化學(xué)物質(zhì)風(fēng)險評價研究.