巫豐宏，雷駿斌，周峰

(1.南寧市疾病預(yù)防控制中心，廣西 南寧 530023；2.南寧軌道交通集團(tuán)公司,廣西 南寧 530029)

地鐵是一種重要的現(xiàn)代公共交通方式，具有運(yùn)量大、速度快以及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，地鐵交通已成為現(xiàn)代大城市的主要公共交通方式，承擔(dān)了城市市內(nèi)交通出行的最大客運(yùn)量[1]。截至2019年底，中國(guó)已累計(jì)建成超過(guò)5 000 km長(zhǎng)度的地鐵運(yùn)營(yíng)線路，2019年全年累計(jì)客運(yùn)量超過(guò)230億人次，總里程和客運(yùn)量均居世界第一[2]。與此同時(shí)，地鐵車站空氣顆粒物引發(fā)的健康風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越受到高度關(guān)注。地鐵車站一般位于地面以下，自然通風(fēng)不足，而且乘客高度密集、不利于車站空氣中有害物質(zhì)的擴(kuò)散和排出[3]?？晌腩w粒物(PM10)是指空氣動(dòng)力學(xué)直徑<10 μm的顆粒物，其在空氣中懸浮停留時(shí)間長(zhǎng)，易吸附各種有毒有害物質(zhì)，且可通過(guò)呼吸進(jìn)入到人體的細(xì)支氣管和肺泡部位，是一類具有健康危害的空氣污染物[4-8]。PM10可吸附和富集多種重金屬，其中一些重金屬如鉻(Cr)、砷(As)、鎳(Ni)、鎘(Cd)等具有致癌性和基因毒性，這些有毒重金屬以顆粒物為載體通過(guò)呼吸途徑進(jìn)入人體肺部，可對(duì)人體產(chǎn)生潛在的健康危害[9]。為了研究地鐵車站空氣PM10中的重金屬暴露對(duì)乘客人群的健康影響，現(xiàn)對(duì)南方某市地鐵車站空氣PM10中重金屬進(jìn)行檢測(cè)和分析，并對(duì)其健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量評(píng)估，以期為相關(guān)部門制定控制措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 采樣時(shí)間及地點(diǎn)

2021年9—10月，選取南方某城市的10個(gè)地鐵車站作為采樣地點(diǎn)。10個(gè)車站均為地下車站，運(yùn)行狀態(tài)正常，分布在4個(gè)城區(qū)，包含線路換乘站、交通接駁站、單獨(dú)車站等類型。采樣地點(diǎn)在車站類型和位置分布上均具有一定的代表性。

1.2 采樣及分析方法

在每個(gè)車站的站廳層設(shè)置1個(gè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)位置避開通道、通風(fēng)口、空調(diào)風(fēng)口等，并離墻壁距離1 m 左右，采樣高度在人群呼吸帶范圍(距地面1.2～1.5 m)。使用2030型中流量環(huán)境空氣顆粒物采樣器(青島嶗應(yīng)公司)和石英纖維濾膜(直徑80 mm)進(jìn)行PM10采樣，每個(gè)車站采樣1次，采樣流量為100 L/min，一次連續(xù)采樣8 h。每次采樣前均對(duì)采樣器進(jìn)行流量校準(zhǔn)。

濾膜在采樣前后均在相同溫度和濕度條件下平衡24 h。采樣后的濾膜經(jīng)5%的HNO3浸泡及70 ℃ 水浴超聲浸提后，浸提液經(jīng)過(guò)濾并稀釋定容，制備成測(cè)試樣。依據(jù)《空氣和廢氣 顆粒物中鉛等金屬元素的測(cè)定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法》(HJ 657—2013)[10]，采用iCAP Q型電感耦合-等離子體質(zhì)譜儀(美國(guó)Thermo Fisher公司) 測(cè)定樣品中的Cr、As、Cd、Ni、錳(Mn)、銅(Cu)、鉛(Pb)、汞(Hg)、銻(Sb)及硒(Se)元素的質(zhì)量濃度。

1.3 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

PM10中的重金屬通過(guò)呼吸途徑引起的健康風(fēng)險(xiǎn)包括致癌健康風(fēng)險(xiǎn)和非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)。采用美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(US EPA)推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型對(duì)PM10中重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。致癌健康風(fēng)險(xiǎn)值(ILCR)和非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)值(HQ)的計(jì)算公式見式(1)和式(2)：

ILCR=LADD×SF

(1)

HQ=ADD/RfD

(2)

式中: LADD——致癌物終身日均暴露劑量，mg/(kg·d)；SF——致癌強(qiáng)度系數(shù)，(kg·d)/mg；ADD——非致癌物日均暴露劑量，mg/(kg·d)；RfD——引起非致癌風(fēng)險(xiǎn)的最大暴露參考劑量，mg/(kg·d)。

LADD和ADD的計(jì)算公式見式(3)：

LADD或ADD=C×IR×ED/(BW×AT)

(3)

式中:C——污染物日均暴露質(zhì)量濃度，mg /m3；IR——呼吸速率，m3/d；ED——暴露持續(xù)時(shí)間，d；BW——體重，kg；AT——平均暴露時(shí)間，d。

經(jīng)呼吸途徑的暴露參數(shù)參考《中國(guó)人群暴露參數(shù)手冊(cè)(成人卷)》[11]，對(duì)于地鐵乘客人群，按每天1 h暴露時(shí)間進(jìn)行估算(表1)。

根據(jù)國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)的相關(guān)研究，As、Cr、Cd、Ni為致癌物質(zhì)，Hg、Pb、Mn、Sb、Se、Cu為非致癌物質(zhì)。參照US EPA的綜合風(fēng)險(xiǎn)信息數(shù)據(jù)庫(kù)(IRIS)及文獻(xiàn)[12-14]確定SF及RfD(表2)。

表2 重金屬經(jīng)呼吸途徑的劑量-反應(yīng)參數(shù)

參照US EPA的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)[15]，以ILCR評(píng)估重金屬的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)ILCR<10-6，可以認(rèn)為終身致癌健康風(fēng)險(xiǎn)較小，在監(jiān)管意義上認(rèn)為是可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平; 若ILCR為10-6～10-4，認(rèn)為可能存在致癌健康風(fēng)險(xiǎn); 當(dāng)ILCR>10-4，認(rèn)為存在致癌的風(fēng)險(xiǎn)性較高。以HQ評(píng)估非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)HQ≤1時(shí)，認(rèn)為非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)較低，可以忽略不計(jì); 當(dāng)HQ>1時(shí)，認(rèn)為存在非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 地鐵車站空氣PM10中重金屬特征

地鐵車站空氣PM10中重金屬的監(jiān)測(cè)結(jié)果見表3。由表3可見，質(zhì)量濃度較高的3種重金屬分別是Mn[(88.10±25.59) ng/m3]、Pb[(59.36±10.36) ng/m3]和Cr[(45.11±24.51) ng/m3]，質(zhì)量濃度最小的重金屬為Se[(0.47±0.43) ng/m3]。

表3 地鐵車站空氣PM10中重金屬元素監(jiān)測(cè)結(jié)果 ng/m3

相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，美國(guó)洛杉磯、芬蘭赫爾辛基、中國(guó)上海等城市地鐵站空氣顆粒物中富含Mn、Cr等重金屬，其來(lái)源可能與地鐵列車車輪與鐵軌的摩擦和沖擊、制動(dòng)器剎車等產(chǎn)生的金屬顆粒有關(guān)[16-18]。Pb一般被認(rèn)為是機(jī)動(dòng)車尾氣排放的指示性產(chǎn)物。源解析研究表明，地鐵站空氣顆粒物中Pb的來(lái)源可能與地面機(jī)動(dòng)車尾氣污染進(jìn)入車站內(nèi)有關(guān)[19]。此外，As和Sb的來(lái)源常見于煤炭、石油及天然氣的燃燒，其中As是煤炭燃燒的指示性產(chǎn)物[20-21]。Ni的常見來(lái)源為地面揚(yáng)塵[22]。地面的機(jī)動(dòng)車尾氣、揚(yáng)塵或其他大氣污染物可通過(guò)車站出入口、通風(fēng)系統(tǒng)等途徑進(jìn)入地鐵站內(nèi)，而地鐵車站一般為地下空間，主要靠機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)車站內(nèi)的空氣，不利于地鐵車站空氣污染物的稀釋和排出，易導(dǎo)致空氣顆粒物的積聚[23]。

2.2 PM10中重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

2.2.1 重金屬的致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

地鐵車站空氣PM10中的致癌重金屬(Cr、As、Cd和Ni)的ILCR值見表4。由表4可見，Cr對(duì)成年男性和成年女性的終身致癌健康風(fēng)險(xiǎn)值均>10-6，可能存在致癌健康風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)每日暴露時(shí)間達(dá)到3 h以上，As對(duì)成年男性和成年女性的終身致癌健康風(fēng)險(xiǎn)值均>10-6，可能存在致癌健康風(fēng)險(xiǎn)。

表4 地鐵車站空氣PM10中致癌重金屬的ILCR值

地鐵車站空氣PM10中吸附和富集的多種有毒重金屬(As、Cr、Cd等)存在引發(fā)疾病的風(fēng)險(xiǎn)，如支氣管炎、哮喘等慢性疾病，也可導(dǎo)致心血管疾病的死亡率增高，甚至產(chǎn)生致癌效應(yīng)[24-25]，對(duì)于老人以及有呼吸疾病的人群，引發(fā)健康風(fēng)險(xiǎn)的可能性更大[26-28]。本研究顯示，地鐵車站空氣PM10中的重金屬Cr、As的ILCR值>10-6，可能存在致癌風(fēng)險(xiǎn)。有研究表明，地鐵車站空氣顆粒物中的有毒重金屬可通過(guò)產(chǎn)生活性氧及氧化應(yīng)激的方式損傷DNA，誘導(dǎo)癌癥的發(fā)生進(jìn)程[29-30]，常見的致癌部位有肺部和鼻腔等[31]，也可抑制體外培養(yǎng)人體肝細(xì)胞的正常增殖過(guò)程[32]，對(duì)人體肺細(xì)胞也可產(chǎn)生基因毒性[33]。

2.2.2 重金屬的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

地鐵車站空氣PM10中的非致癌重金屬(Mn、Cu、Pb、Se、Hg和Sb)的HQ值見表5。由表5可見，HQ值均<1，表明這6種重金屬對(duì)人體的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)均較小。

表5 地鐵車站空氣PM10中非致癌重金屬的HQ值

長(zhǎng)期暴露于過(guò)量的Mn可損傷人體神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)錐體外束損害及出現(xiàn)震顫麻痹綜合征；Hg可損傷大腦的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，對(duì)腎臟也可產(chǎn)生毒性損害；Pb可損傷造血系統(tǒng)，抑制血紅蛋白的合成，引發(fā)溶血和貧血，同時(shí)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)也可產(chǎn)生損害。此外，非致癌有毒重金屬可催化活性氧或自由基，直接或間接損傷肺部細(xì)胞[34]。

2.2.3 暴露時(shí)間的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

人群在地鐵車站中停留的時(shí)間越長(zhǎng)，空氣顆粒物中的重金屬暴露水平越高，對(duì)健康的風(fēng)險(xiǎn)影響就越顯著。有研究表明，如果每天在地鐵站停留 30 min，Cu和Mn的日暴露劑量分別增加40%和60%[35]，地鐵車站已成為人群重金屬暴露的重要來(lái)源之一[36]。國(guó)內(nèi)有研究發(fā)現(xiàn)，地鐵乘客人群中，平均每日在地鐵內(nèi)停留時(shí)間在1～3 h的占94%，停留時(shí)間>3 h的占6%；地鐵車站工作人員中，平均每日在地鐵內(nèi)工作時(shí)間<8 h的占44%，工作時(shí)間>8 h的占56%[37]。對(duì)于一些需要長(zhǎng)期持續(xù)暴露于地鐵環(huán)境的特定工作人群來(lái)說(shuō)，影響更為顯著。本研究中，當(dāng)每日在地鐵車站內(nèi)暴露時(shí)間>8 h，Cr和As對(duì)成年男性、成年女性的ILCR值均>10-6，可能存在致癌健康風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)美國(guó)紐約市地鐵環(huán)境空氣顆粒物中重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)研究也顯示，Cr對(duì)地鐵環(huán)境暴露人群的ILCR值達(dá)到10-5，高于可接受終身致癌健康風(fēng)險(xiǎn)一個(gè)數(shù)量級(jí)水平[38-39]。

3 不確定性分析

健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的不確定性是對(duì)具體的暴露劑量數(shù)據(jù)或采用的各種評(píng)估參數(shù)的認(rèn)識(shí)存在客觀局限性所造成的，是不可避免的。本研究中的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的不確定性主要包括污染物暴露劑量測(cè)定的不確定性以及評(píng)估參數(shù)的不確定性。

經(jīng)呼吸途徑暴露重金屬的致癌與非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估受到呼吸暴露劑量以及具體采用的SF、RfD、各種人群暴露參數(shù)等變量的影響。因此，這些變量可能會(huì)給健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估帶來(lái)不確定性。一方面，空氣顆粒物中重金屬濃度在呼吸道暴露劑量的計(jì)算中非常重要。因此，采樣過(guò)程的環(huán)境如風(fēng)速、溫度、氣壓等以及儀器測(cè)定分析的精度、準(zhǔn)確度等因素的影響是不確定性的一個(gè)重要來(lái)源。另一方面，計(jì)算健康風(fēng)險(xiǎn)所采用的SF和ADD等評(píng)估參數(shù)來(lái)自US EPA的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估信息系統(tǒng)和綜合風(fēng)險(xiǎn)信息數(shù)據(jù)庫(kù)；采用的暴露時(shí)間、呼吸速率、體重等參數(shù)來(lái)自《中國(guó)人群暴露參數(shù)手冊(cè)》，評(píng)估參數(shù)的使用情況也會(huì)對(duì)評(píng)估結(jié)果產(chǎn)生直接影響，由此帶來(lái)評(píng)估的不確定性。此外，受到污染物在人體內(nèi)的代謝變化以及個(gè)體體質(zhì)差異等因素的影響，研究對(duì)象群體的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果在一定程度上只能反映人群的風(fēng)險(xiǎn)平均水平。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

(1)對(duì)南方某城市地鐵車站空氣PM10中重金屬進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，Mn、Cr、Cu、Pb、As、Cd、Hg、Ni、Sb、Se的質(zhì)量濃度分別為88.10，45.11，16.26，59.36，11.50，0.57，1.02，17.77，2.62和0.47 ng/m3。地鐵車站空氣PM10已成為人群重金屬暴露的重要來(lái)源之一，應(yīng)引起高度重視。

(2)地鐵車站空氣PM10中重金屬Cr、As的ILCR值>10-6，可能存在致癌健康風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于地鐵車站工作人員等需要長(zhǎng)期持續(xù)暴露于地鐵環(huán)境的高風(fēng)險(xiǎn)人群，重金屬暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)更應(yīng)高度重視；重金屬Cd和Ni的ILCR值<10-6，致癌健康風(fēng)險(xiǎn)較低。非致癌重金屬M(fèi)n、Cu、Pb、Se、Hg和Sb的HQ值均<1，非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)均較小。

4.2 建議

(1)地鐵車站應(yīng)采取有針對(duì)性的措施，如安裝高效率的空氣顆粒物過(guò)濾裝置，提升對(duì)車站空氣中顆粒物的凈化能力；定期對(duì)地鐵車站進(jìn)行濕式清洗，及時(shí)清除集聚的顆粒物，改善地鐵車站空氣質(zhì)量。此外，對(duì)于地鐵乘坐人群以及車站工作人員，可佩戴口罩進(jìn)行防護(hù)。加強(qiáng)車站管理，合理安排工作人員班次，提升車站通行效率，減少乘客及工作人員在地鐵內(nèi)的停留和暴露時(shí)間。此外，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)各種污染源的監(jiān)管和治理，加強(qiáng)道路揚(yáng)塵、建筑揚(yáng)塵等防范治理；有效控制大氣污染，打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，從源頭上減少污染的產(chǎn)生，有力防范污染所導(dǎo)致的健康風(fēng)險(xiǎn)，最大限度地保障人群的身體健康。

(2)重金屬對(duì)人群產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)，與不同人群的暴露濃度、呼吸速率、暴露時(shí)間，以及元素本身的毒理性質(zhì)、在人體內(nèi)的代謝特征、個(gè)體差異等因素有關(guān)。由于受到眾多復(fù)雜因素的影響，使得風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果在一定程度上只能反映人群的風(fēng)險(xiǎn)平均水平。今后可針對(duì)重金屬的理化特性，尋找有特異性的人體內(nèi)暴露指標(biāo)以及生物效應(yīng)標(biāo)志物等，進(jìn)行更加精準(zhǔn)的內(nèi)暴露測(cè)定及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。