張晗，丁秀麗，張金良*，呂占祿，郭凌川

(1. 中國環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險評估國家重點實驗室,北京 100012； 2. 生態(tài)環(huán)境部化學(xué)品生態(tài)效應(yīng)與風(fēng)險評估重點實驗室,北京 100012； 3. 長慶石油勘探局職業(yè)病防治所，陜西 西安 710201)

阿特拉津(ATR，Atrazine)又稱莠去津，化學(xué)名稱為2-氯-4-乙胺基-6-異丙胺基1,3,5-三氮苯，是一種世界范圍內(nèi)廣泛使用的除草劑[1]。ATR施用后大部分進(jìn)入到土壤，并可隨降雨產(chǎn)生的地表徑流匯入河流、湖泊和水庫等水體，且有20%～70%殘留在植株上。有研究證明ATR對動物的生殖功能有極大的影響[2]，并威脅人類的健康?，F(xiàn)在文獻(xiàn)調(diào)研和統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，設(shè)置暴露情景，運用健康風(fēng)險評估“四步法”，通過 Crystal Ball 11.1 軟件提供的蒙特卡羅模擬，擬合ATR的健康風(fēng)險概率分布，并通過敏感性和相關(guān)性分析篩選出ATR健康風(fēng)險的主要影響因素，從而為有毒有害物質(zhì)的健康風(fēng)險預(yù)警和精準(zhǔn)控制提供方法學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)收集及分析

通過文獻(xiàn)檢索及追溯法收集與我國人群暴露相關(guān)環(huán)境介質(zhì)中ATR的檢測數(shù)據(jù)，經(jīng)篩選合格的文獻(xiàn)納入健康風(fēng)險評估數(shù)據(jù)庫。依據(jù)“阿特拉津”“atrazine”“exposure”等關(guān)鍵詞在PubMed、Web of Science、CNKI、萬方等數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行模糊匹配檢索，檢索期限均為數(shù)據(jù)庫起始收錄日期到2021年5月。文獻(xiàn)的納入標(biāo)準(zhǔn)為所有ATR在人類暴露相關(guān)環(huán)境介質(zhì)中濃度或水平調(diào)查研究，具有下列情形之一者排除：僅有摘要而無全文；突發(fā)事件或污染場地的調(diào)查研究；全文表述有明顯矛盾或不合理、重復(fù)的報告。采用Crystal Ball 11.1軟件對獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分布擬合，再計算其均數(shù)。

1.2 危害識別與劑量-反應(yīng)關(guān)系分析

ATR為3類致癌物(即人類致癌性可疑，尚無充分的人體和動物數(shù)據(jù))，認(rèn)定為非致癌物質(zhì)[3]，因此僅估計其非致癌健康風(fēng)險。根據(jù)美國環(huán)保署(EPA)風(fēng)險評估信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，以SD雌性大鼠經(jīng)口染毒體重變化為效應(yīng)終點，最大無可見不良作用劑量(NOAEL，no observable adverse effect level)為3.5 mg/(kg·d)[3]，不確定因子取100(其中種間和種內(nèi)變異分別為10)，修正因子取1。ATR的參考劑量(RfD)=NOAEL/100=0.035 mg/(kg·d)[4]。

1.3 暴露情景假設(shè)及暴露評估

ATR在地表水、飲用水、食品和土壤中有不同程度的檢出，基于收集到的數(shù)據(jù)分析確定其存在以下暴露途徑：通過飲用水、食品(糧食類、蔬菜類、水果類、魚蝦類)和土壤經(jīng)口攝入，通過生活用水和土壤經(jīng)皮膚接觸，通過土壤經(jīng)呼吸系統(tǒng)吸入。本研究主要考慮我國成年人經(jīng)上述3種暴露途徑的健康風(fēng)險，分別模擬估計男性和女性的健康風(fēng)險。各種途徑ATR暴露的日平均暴露劑量(ADD)依據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)定計算[5]，再計算經(jīng)不同暴露途徑的日平均暴露量之和作為日平均暴露總量。男性和女性的飲水量、食物攝入量、時間活動模式、體重和皮膚表面積等參數(shù)來源于《中國人群暴露參數(shù)手冊(成人卷)》[6]，其他參數(shù)主要來源于已開展的大范圍的大型調(diào)查資料及相關(guān)研究[7-8]，見表1。假設(shè)攝入量、體重和皮膚表面積為正態(tài)分布，時間活動模式參數(shù)為三角分布，其余為均勻分布。

表1 男性成人和女性成人的相關(guān)暴露參數(shù)取值①

1.4 健康風(fēng)險表征

健康風(fēng)險主要依據(jù)EPA的健康風(fēng)險評價方法[5]，依據(jù)RfD和日平均暴露劑量計算ATR的非致癌健康發(fā)生的概率，以危害熵值(HQ)表征，其定義為由于暴露造成的長期日攝入劑量與參考劑量的比值，可用下式計算：

HQ=ADD/RfD

式中：HQ——危害熵值，即發(fā)生某種健康危害的風(fēng)險，無量綱；ADD——長期日攝入劑量，mg/(kg·d)；RfD——參考劑量，mg/(kg·d)。

當(dāng)HQ≤1，表示暴露低于可能產(chǎn)生不良反應(yīng)的閾值，預(yù)期將會造成顯著的健康損害；當(dāng)HQ>1，則表示暴露劑量超過閾值，可能對人體健康產(chǎn)生危害[9]。

1.5 蒙特卡羅模擬法

蒙特卡羅模擬法(Monte Carlo method)又稱隨機(jī)抽樣或統(tǒng)計試驗方法，屬于計算數(shù)學(xué)的一個分支，是預(yù)測和估算實施概率常用的方法之一[10]。蒙特卡羅模擬法可真實地模擬實際暴露情景，增加模型計算與實際的符合性，廣泛用于擬合預(yù)測領(lǐng)域。由于傳統(tǒng)的健康風(fēng)險評價的點評價法，即將特定的數(shù)值帶入暴露和表征模型中計算，并未考慮到參數(shù)本身的不確定性和可能性。將不同環(huán)境介質(zhì)中ATR質(zhì)量濃度和表1中帶概率分布的參數(shù)設(shè)置為對應(yīng)的概率分布模型，然后基于健康風(fēng)險設(shè)置定義預(yù)測單元，設(shè)置蒙特卡羅模擬的實驗量為1 000，置信區(qū)間為 95% ，其他參數(shù)取軟件默認(rèn)值。敏感性和相關(guān)性分析也基于蒙特卡羅模型完成。敏感性分析，是指某個或某幾個敏感性較強(qiáng)的參數(shù)對風(fēng)險評估結(jié)果帶來的影響及其影響程度的量化研究。相關(guān)性分析，是指對參數(shù)與風(fēng)險進(jìn)行分析，從而衡量參數(shù)與風(fēng)險的密切程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同環(huán)境介質(zhì)中阿特拉津的暴露濃度水平

經(jīng)過文獻(xiàn)篩選最終有93篇文獻(xiàn)納入分析，涉及我國境內(nèi)的飲用水、地表水、土壤介質(zhì)中ATR的檢測分析數(shù)據(jù)，采樣時間為1998—2019年,共收集樣本3 075個，總檢出率為64.7%，檢出范圍為0～791 μg/kg，有1.82%的地表水和3.70%的糧食類食物超過國家標(biāo)準(zhǔn)限值。受文獻(xiàn)報道數(shù)量及結(jié)果表征方式限制，描述ATR在環(huán)境介質(zhì)中的時空分布比較困難。據(jù)Wang等[11]對我國末梢水和地下水的監(jiān)測調(diào)查，我國東北地區(qū)末梢水中ATR濃度最高，幾何均數(shù)為135 ng/L，顯著高于我國其他地區(qū)，為全國平均水平(17.2 ng/L)的7.85倍；西北地區(qū)最低(ATR的中位數(shù)僅為2.75 ng/L)，其他地區(qū)差異不大(11.6 ～22.1 ng/L)。將文獻(xiàn)調(diào)研的樣本數(shù)據(jù)分別輸入 Crystal Ball 11.1軟件中進(jìn)行分布擬合，結(jié)果見表 2。

表2 阿特拉津的文獻(xiàn)調(diào)研情況①

2.2 阿特拉津的健康風(fēng)險

基于蒙特卡羅模擬的中國成年人ATR總暴露的非致癌健康風(fēng)險分布見圖1(a)(b)(c)，圖中非致癌健康風(fēng)險以危害熵值HQ表征，概率即為相應(yīng)風(fēng)險發(fā)生的概率，頻率是1 000次抽樣模擬中相應(yīng)風(fēng)險發(fā)生的頻次。模擬結(jié)果顯示，我國成年男性和女性ATR總暴露的非致癌健康風(fēng)險均服從對數(shù)正態(tài)分布，男性總暴露的非致癌健康風(fēng)險為4.30×10-2±4.57×10-2，范圍為1.02×10-2～3.87×10-1；女性總暴露的非致癌健康風(fēng)險為4.53×10-2±4.55×10-2，范圍為1.24×10-2～3.94×10-1；男性和女性的最大健康風(fēng)險(HQ值)均低于1，男性僅有10.2%的HQ值超過0.10，女性為10.1%。提示我國成年人ATR多介質(zhì)暴露的非致癌健康風(fēng)險較低。

圖1 中國成年人ATR總暴露的非致癌健康風(fēng)險分布

2.3 敏感性分析

敏感性分析即通過比較各參數(shù)對健康風(fēng)險的影響程度，明確并量化影響健康風(fēng)險的主要因子，對提出風(fēng)險因子的控制具有指向性。敏感性分析若為正值，則表示該因子與風(fēng)險概率呈正相關(guān)關(guān)系，數(shù)值越大其對風(fēng)險的貢獻(xiàn)就越大；若為負(fù)值，則表示該因子與風(fēng)險呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，數(shù)值的絕對值越大其對風(fēng)險值的影響就越大。中國成年人ATR總暴露非致癌健康風(fēng)險的敏感性分析結(jié)果見圖2。由圖2可見，飲水中ATR的濃度對健康風(fēng)險的貢獻(xiàn)最大，對男性和女性的健康風(fēng)險敏感度分別為88.0% 和83.3%；其次是體重，具有負(fù)敏感性，即體重越大其風(fēng)險越低；蔬菜的攝入量(敏感度分別為3.39%和 3.92%)和糧食中ATR的濃度(敏感度分別為1.33%和1.23%)也是主要的影響因素。

圖2 中國成年人ATR總暴露非致癌健康風(fēng)險的敏感性分析

2.4 相關(guān)性分析

對ATR的健康風(fēng)險與各種風(fēng)險因子相關(guān)性分析結(jié)果顯示：ATR健康風(fēng)險與飲用水中ATR的濃度相關(guān)性最強(qiáng)，男性和女性的關(guān)聯(lián)性(R)分別為0.907 和0.895。

3 討論

基于蒙特卡羅模擬的健康風(fēng)險評價方法是一種充分考慮不確定性的動態(tài)評價方法，可以實現(xiàn)健康風(fēng)險的不確定性分析。此方法得出的結(jié)果更加準(zhǔn)確和有效，有傳統(tǒng)點評估法無法比擬的優(yōu)點，但是該方法對數(shù)據(jù)量要求高，暴露參數(shù)和環(huán)境濃度數(shù)據(jù)越豐富，模擬出的健康風(fēng)險越精準(zhǔn)。

本研究可能存在以下不確定性：(1)我國暴露參數(shù)手冊沒有提供暴露參數(shù)的最小值和最大值，在模擬過程中以P5和P95替代，一定程度上低估了ATR的最大健康風(fēng)險。(2)環(huán)境介質(zhì)中ATR濃度數(shù)據(jù)全部來自文獻(xiàn)報道，不同文獻(xiàn)報道中采用的檢測方法和未檢出的表征方法不同，因此收集到的數(shù)據(jù)口徑不完全一致，可能影響所關(guān)注的環(huán)境介質(zhì)中ATR的準(zhǔn)確性，由此造成人群暴露水平的估計可能具有一定的偏性。(3)依據(jù)全國飲用水調(diào)查數(shù)據(jù)(Wang等)[11]，東北地區(qū)末梢水中ATR總濃度(幾何均數(shù)為135 ng/L)是模型估計值(49.4 ng/L)的2.73倍，按照估計出的平均水平的分布進(jìn)行風(fēng)險評估，可能較大程度低估了東北地區(qū)的非致癌健康風(fēng)險。根據(jù)敏感性分析獲得的飲用水貢獻(xiàn)率、本研究估計的健康風(fēng)險以及東北地區(qū)飲用水的監(jiān)測結(jié)果，東北地區(qū)成年男、女性ATR的非致癌健康風(fēng)險分別為1.09×10-1和9.77×10-2。這與本研究估計有約10%左右的成人ATR的HQ值超過0.10基本一致，也從另一個側(cè)面反映出本研究估計健康風(fēng)險的分布而非單個數(shù)值的合理性和科學(xué)性。(4)本研究文獻(xiàn)查閱過程沒有獲得我國居民母乳或嬰兒奶粉中ATR的濃度，因此未考慮嬰幼兒和兒童ATR的暴露和健康風(fēng)險，在后期工作中將繼續(xù)關(guān)注相關(guān)內(nèi)容。

4 結(jié)論

(1)我國成年男性和女性ATR總暴露的健康風(fēng)險均服從對數(shù)正態(tài)分布，其HQ值分別為4.53×10-2±4.55×10-2和4.30×10-2±4.57×10-2，健康風(fēng)險為可接受水平，約10%的高暴露人群其非致癌健康風(fēng)險熵值(HQ)超過0.10，其健康風(fēng)險值得關(guān)注，根據(jù)所獲得的文獻(xiàn)，該人群應(yīng)主要分布在我國東北地區(qū)，與ATR使用的主要區(qū)域一致。

(2)敏感性分析結(jié)果顯示，飲用水中ATR的濃度、人群體重、蔬菜攝入量和糧食類中ATR的濃度對健康風(fēng)險的影響較大，應(yīng)作為敏感參數(shù)。

(3)我國成人ATR總暴露的非致癌健康風(fēng)險與飲用水中ATR的關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)，關(guān)聯(lián)性(R)分別為0.907(男性)和0.895(女性)。

(4)研究結(jié)果可為有毒有害物質(zhì)的健康風(fēng)險預(yù)警和精準(zhǔn)控制提供方法學(xué)參考。