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試論我國開展人體總暴露研究的必要性
試論我國開展人體總暴露研究的必要性 提要 80中代初，國外開展了人體總暴露研究(Total Human Exposure)。這一研究把人作為環(huán)境污染物的接受著，它彌補了目前污染物危害評價中的不足。它為控制污染物找到了新的途徑，為鍵康風(fēng)險評價提供了新的手段。
環(huán)境保護的中心任務(wù)是保護公共健康和福利不受環(huán)境污染物的危害。公共健康常指的是人群，而公共福利指的是非人口部分(如生態(tài)系統(tǒng))。對于現(xiàn)行的環(huán)境管理來說，為了達到這一目的，通常進行室外環(huán)境污染物濃度的觀測，并采取措施把污染物濃度降低到可按受的水平[1]。
以往，環(huán)境法規(guī)體系僅僅要求測量地球物理傳播媒介(如室外空氣、河流、土壤)中的污染物，而不是人群的實際暴露。傳統(tǒng)的方法認(rèn)為，控制這些傳播媒介中的污染物濃度到可接受的水平就能達到保護公共健康和福利的目的。60年代后期和70年代中期，人們發(fā)現(xiàn)空氣污染物的人體暴露一一人體接觸污染物的實際濃度一一與地理物理傳播媒介中的空氣濃度有顯著差異[2.3]，也找到了一種能精確定量人體暴露的監(jiān)測手段[4]。80年代國外產(chǎn)生了一種人體總暴露監(jiān)測方法，這一新方法以已知的精度測定環(huán)境污染物的人體暴露[5.6]。90年代這一方法巳被用于完善健康風(fēng)險評價，和為真正基于風(fēng)險評價的環(huán)境法規(guī)體系提供新的數(shù)據(jù)庫。本文試圖論述我國開展人體總暴露研究的必要性。
1 問題的提出
1.1 風(fēng)險評價模型
在人體健康風(fēng)險評價中，雖然植物和動物在污染物到人體的輸送過程中起一定的作用，但評價的對象是人體。為了評價環(huán)境污染物對人體健康的危害，必須建立污染源到影響之間的關(guān)系。要保證評價的精度，必須考慮所有的污染物，不應(yīng)只限于傳統(tǒng)的污染源(煙囪，廢物出口，有毒廢物處理場等),而也應(yīng)包括非傳統(tǒng)的污染源(建筑材料，消費品等)。
人體健康的風(fēng)險評價模型包括以下五個環(huán)節(jié)[1.6]
①污染源
②污染物的輸送過程
③污染物的人體暴露
④人體吸收劑量
⑤污染物對人體的影響
在這模型中，后一項依賴于前一項，即前一項的輸出就是后一項的輸入。因此，如果缺少了某一環(huán)節(jié)，就不可能正確描述污染源與影響的關(guān)系，不可能正確評價污染物對人體健康的危害，也就不能決定控制污染源對降低風(fēng)險的效應(yīng)。
以往的研究對前后環(huán)節(jié)研究較多，而對中間環(huán)節(jié)③、④研究較少。提起環(huán)境污染，人們往往會想到傳統(tǒng)污染源，如廠區(qū)冒煙的煙囪、排污溝，因此把大量的人力物力投入到傳統(tǒng)污染源上，現(xiàn)在大量的知識是關(guān)于傳統(tǒng)污染源的，制定的法規(guī)體系也是針對傳統(tǒng)污染源的。另一方面，對非傳統(tǒng)污染源研究甚少，這些污染物會通過非傳統(tǒng)的暴露途徑(如室內(nèi)消費品散發(fā)污染物)到達人體。
一旦確定污染源后，注意力往往轉(zhuǎn)移到污染物的輸送過程，這一方面也取得了很大的進展，如污染物擴散模型，污染物在河流、土壤、食物中的輸送模型等。與前二環(huán)節(jié)相比，第五環(huán)節(jié)也受到了很大的重視，如動物成人的劑量反應(yīng)關(guān)系，一些空氣質(zhì)量際準(zhǔn)就是根據(jù)這些研究制定的。但是作為風(fēng)險評價模型基本組成都分的③、④環(huán)節(jié)沒有受到應(yīng)有的重視。
最近國外開展的人體總暴露研究可以彌補這一空白,得到一個完整的風(fēng)險評價模型，使基于風(fēng)險評價的環(huán)境管理成為可能。這一研究也幫助找出了很多非傳統(tǒng)污染源。這些非傳統(tǒng)污染源在現(xiàn)行的環(huán)境法規(guī)體系中是不會考慮的；在公共健康方面，它們比受到控制的傳統(tǒng)污染源危害更大[1]。
雖然把污染源同暴露乃至影響聯(lián)系起來是很重要的，但即使把污染源同暴露(不一定是影響)聯(lián)系起來也能為管理者、決策者提供大量新的信息。如果能建立某種污染物的污染源一一暴露關(guān)系，就有可能找到經(jīng)濟有效的控制造徑來降低暴露，達到降低潛在風(fēng)險的目的。
1.2 目前大氣監(jiān)測站存在的問題
大氣監(jiān)測站一般提供室外空氣質(zhì)量狀況，但是其價為該地區(qū)人群暴露的代表程度是不清楚的[7]。已有資料表明，人們有三分之二以上的時間，甚至90％的時間是在室內(nèi)度過的[8.9]。據(jù)計算，美國工人只有2％的時間是在室外度過的，而美國家庭婦女只有1.4％的時間是在室外度過的[10]。出于人們大部分時間是在室內(nèi)度過的，因此對室內(nèi)空氣質(zhì)量的研究顯得特別重要。
國外人體總暴露研究表明，一氧化碳主要污染源是交通工具、室內(nèi)煤氣灶及職業(yè)性暴露。因此個人活動和CO室內(nèi)濃度對個人暴露影響極大[11.12]對波士頓家庭的NO2研究表明[13],冬／春、夏、秋三個斷段的研究中，煤氣灶家庭的所有微環(huán)境濃度高于電炊灶家庭的相應(yīng)微環(huán)境濃度，且變化范圍廣；煤氣灶家庭室內(nèi)NO2濃度高于室外濃度，而電炊灶家庭則相反。平均NO2濃度以廚房、起居室、臥室這一順序遞減。煤氣炊家庭的平均NO2個人暴露接近于，但稍低于室內(nèi)濃度；電炊灶家庭的平均NO2，個人暴露位于室內(nèi)、室外濃度之間[14]。個人暴露依賴于室內(nèi)濃度。單用室外濃度不能很好預(yù)測個人暴露，而室內(nèi)、室外加權(quán)活動模型能很好地預(yù)測個人暴露。因此，傳統(tǒng)的那種只限于室外污染物濃度的監(jiān)測方法有待改進。
在70年代以前，雖然人們已認(rèn)識到了大氣監(jiān)測站的不是，但由于還沒有研制出個人暴露監(jiān)測器，空氣污染的個人暴露是從大氣監(jiān)測站獲得的[15]。這種數(shù)據(jù)假定人處于相同的微環(huán)境中，以相同的方式活動，這不能不得出粗劣的結(jié)論[16]。這種數(shù)據(jù)只能說明一種“潛在暴露”，而不能反映實際的人體暴露[15]。
70年代，由于成功地研制了個人暴露監(jiān)測器，并在小型化方面取得了進展，國外才真正地開展了個人暴露的研究，并在80年代發(fā)展成為人體總暴露研究。
2 人體總暴露概念
用統(tǒng)計學(xué)術(shù)語表示，暴露就是個人接觸污染物的事件[6.15],如用括號表示出現(xiàn)的事件，假定參數(shù)系為三維空間�！氨┞丁倍x為兩事件的聯(lián)合事件[6.7]：
{ t時個人i在（x，y，z）點}
∩{ t時點（x，y，z）的濃度C=c}
如果知道濃度的空間分布C(x,y,z)，并知道個人i的空間坐標(biāo)(x,y,z)，就可以把個人所接觸的濃度即暴露表示為：
C（x，y，z）=Ci（t）L L L L L L L L （1）
個人暴露依賴于遇到的濃度及在微環(huán)境中度過的時間，人體總暴露就是人在不同微環(huán)境中接觸污染物濃度的總和。人體總暴露可以描述為一個包圍目標(biāo)棗人體棗的一個“泡泡”[1]。
在某時任何接觸這一“泡泡”的污染物棗通過空氣、食品、水或皮膚棗被認(rèn)為是該時污染物的一種暴露。有些污染物如CO，通過一種傳播媒介空氣進入人體，其它的如鉛和氯仿，可以通過二種或多種暴露途徑，（如空氣、食品和水)進入人體。如果有多種暴露途徑，人體總暴露方法試圖確定通過所有可能暴露途徑(空氣、食品、飲用水、皮膚)的人體暴露(某時某地每一傳播媒介中的污染物濃度)。人體總暴露方法以已知的精確度和準(zhǔn)確度，提供一些經(jīng)所有環(huán)境媒介的公眾暴露數(shù)據(jù)。它試圖在暴露人數(shù)、暴露程度及 與之有關(guān)的污染源方面提供一些可靠的定量數(shù)據(jù)。
總暴露計算公式為[7,15]
平均暴露計算公式為[7，15]：
標(biāo)準(zhǔn)暴露計算公式為[7,15]
其中ts是與某一空氣標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)的時間，它可與現(xiàn)有空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相比較。
把人作為環(huán)境污染物的接受者[15],因此人及其活動就成為研究的中心，這是人體總暴露概念所特有的。首先，它考慮污染物可能到達人體的所有暴露途徑。其次，它集中于同某一污染物有關(guān)的特定暴露途徑，給出污染物經(jīng)這些暴露途徑移動情況和暴露程度的精確數(shù)據(jù)。由研究對象記錄的每日活動規(guī)律能幫助識別有關(guān)的微環(huán)境，并在很多情況下有助于識別可能的污染源。人體負(fù)荷數(shù)據(jù)常常同暴露水平比較，作為吸收劑量的重要指標(biāo)。
值得指出的是，暴露與劑量不同，暴露是人在濃度為c的某一點，而人并不一定吸入這么多的濃度。只有當(dāng)污染物穿過人的身體邊界(如皮膚、腦膜)時，劑量才有可能出現(xiàn)[15]。
3 人體總暴露研究方法
人體總暴露研究已形成二種基本的方法，直接方法(野外實驗法)和間接方法(計算機模擬法)[7.17.18]
3.1 直接方法
這一方法試圖通過測量呼吸的空氣、飲用水和吃的食品中的某一污染物的濃度直接計算暴露量。為達到這一目的，常常需要用概率方法抽取大樣本容量的人群，監(jiān)測人群所接觸的污染物濃度[6]。
這一方法把統(tǒng)計調(diào)查方法與環(huán)境監(jiān)測方法結(jié)合起來[6]。根據(jù)事先設(shè)計的統(tǒng)計方法隨機抽取有代表性的人群。然后，針對研究的某類污染物，測量經(jīng)所有環(huán)境媒介接觸人體的污染物濃度。經(jīng)概率抽樣方法抽取的人群必須有足夠的樣本容量，才能正確推知樣本所代表的總體的暴露量[1]。當(dāng)然只有在具有個人暴露監(jiān)測器的條件下，才能做這一方面的研究。
個人暴露監(jiān)測器體積小、重量輕、攜帶方便，被監(jiān)測者只需將儀器佩帶在身上，就可以跟蹤監(jiān)測，操作簡單方便，不影響被監(jiān)測者的行動。日前國外出現(xiàn)的個入暴露監(jiān)測器可以分為兩大類：分析器和采樣器。分析器是一類能當(dāng)場指示出污染物濃度或污染程度的儀器，采樣器是只能當(dāng)場采集污染物樣品然后在實驗室作分析的儀器。這兩類儀器又可以分為有源采樣器(分析器)和無源采樣器（分析器），有源無源是指個人暴露監(jiān)測器有無動力驅(qū)動系統(tǒng)。
自1980年起，美國國家環(huán)保局巳開展了一系列人體總暴露野外研究棗總暴露評價方法論(TEAM)，研究主要是從CO及揮發(fā)性有機物開始的。一般包括二個階段，第一階段為試驗階段，規(guī)模較小，目的是檢驗個人暴露監(jiān)測器的性能及調(diào)查設(shè)計的可行性；第二階段是實施階段，一般要求規(guī)模大，保證有一定的響應(yīng)率。TEAM有以下特點：
①用概率抽樣方法抽樣
②直接監(jiān)測經(jīng)各種媒介(空氣、食品、水、皮膚)接觸人體的污染物濃度
③直接測量人體負(fù)荷，推知吸收劑量
④以日記方式直接記錄個人日活動規(guī)律最近，這一方法已用于評價農(nóng)藥的人體總暴露。英國國家環(huán)保局正在進行空氣微粒包括痕量金屬在內(nèi)的人體暴露研究[1]。
3.2 間接方法
間接方法不是直接測量暴露數(shù)據(jù)，而是把人們在某地度過的時間與該地出現(xiàn)的濃度結(jié)合起來，從數(shù)學(xué)上構(gòu)造暴露數(shù)據(jù)。這需要有關(guān)人們活動規(guī)律的數(shù)學(xué)模型和微環(huán)境濃度的分布情況[6]。
一般，方程(1)中的濃度函數(shù)C（X，Y，Z)和空間坐標(biāo)(X，Y，Z）是很難獲得。但人體暴露的計算規(guī)模型有一個基中假設(shè)，即微環(huán)境中濃度的空間一致性。根據(jù)這一假設(shè)，把微環(huán)境中的濃度Cj與個人i在徽環(huán)境j中的時間tij加起來，就能算出總暴露：
其中m為微環(huán)境數(shù)，tij=T為時間長度，因為Ei為濃度和時間的乘積，它表示為ppm j沒有下標(biāo)i，這是由于Cj只與微環(huán)境j有關(guān)，而與時間無關(guān)。
方程(2)就是人體總暴露計算機模型的基本方程，已有的暴露模型有人類活動和污染物暴露模型(SHAPE)[7,17]和國家大氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(NAAQS)暴露模型(NEM)[16],SHAPE是由Ott等人提出用中模擬CO暴露的,而NEM是由Johnson 和Paul提出模擬NO暴露的。
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