中国部分地区铅暴露儿童健康风险评价

董兆敏,吴世闽,胡建英 (北京大学城市与环境学院,北京 100871)

中国部分地区铅暴露儿童健康风险评价

董兆敏,吴世闽,胡建英*(北京大学城市与环境学院,北京 100871)

通过解析我国现有血铅浓度数据,采用无阈值剂量效应曲线,计算了我国部分地区轻度智力发育迟缓(MMR)的发生概率.最后利用MMR发生率以及生命周期表,计算了相应的伤残调整寿命年.结果表明:我国儿童血铅浓度几何均值和几何标准差分别为 5.94,1.58μg/dL,超标率为12.74%,而由于铅暴露污染所导致的儿童MMR发生率和伤残调整寿命年(DALYs)分别为0.78%和0.10a.计算结果表明,我国儿童的铅暴露风险低于非洲,南美以及部分中东地区,远高于北美以及欧洲,与除日本以外的其他亚洲国家基本持平.

血铅；儿童；伤残调整寿命年；风险评价；中国

铅被广泛应用于涂料、工业、蓄电池等领域.据世界卫生组织(WHO)报告显示,由于铅污染造成的疾病负担占总疾病负担的 0.9%,在所有疾病负担种类中列第 16位,且大部分铅污染集中于不发达国家[1].高血铅(＞60μg/dL)易对人体造成急性毒性,包括胃肠道症状、嗜睡和易怒、脑病和死亡;而低浓度血铅(＜10μg/dL)的毒性多体现在慢性毒性上,而并无明显的临床症状[2-5].当人类长期暴露在低浓度的铅污染环境中,容易对神经系统,血压,心脏血管,肾等造成长期的累积影响[2-5].由于儿童脆弱的免疫系统,特殊的口手习惯,与成人相比更高的吸收系数,目前儿童铅污染问题已经受广泛关注[6-7].

从20世纪70年代开始,针对儿童血铅浓度过高的状况,美国开展了一系列的铅防治措施,如限制油漆中铅含量,制定严格的土壤铅标准等,而其中最为有效的措施为含铅汽油的禁止使用.含铅汽油被认为是儿童血铅污染的最为重要源之一

[8].而伴随着一系列措施的出台,儿童的血铅污染得到了很好的控制.从1976年到1980年期间,儿童血铅浓度下降幅度达到 39%,其浓度均值已经控制到 10μg/dL以下[6].而进入 21世纪以来,血铅浓度几何均值降到了2μg/dL以下,而儿童血铅超标率更是降到了 2%以下[9].与此同时,儿童血铅标准也20世纪60年代的60μg/dL严控到1991年的10μg/dL[10].

20世纪90年代以来,伴随着快速的工业化,我国儿童血铅浓度在 21.8～67.9μg/dL[11],普遍超标率(美国EPA标准,即10μg/dL作为儿童血铅可接受水平[10].在本研究中,定义血铅浓度超过10μg/dL为超标,血铅浓度超过 20μg/dL定义为中毒)在64.9%～99.55%之间[11].从1998年开始,我国开始逐渐取消含铅汽油的使用,儿童的血铅污染也因此得到较好控制.由中国卫生部与世界卫生组织在我国开展的监测报告显示,在 2004～2006年这 3年间,我国部分城市的儿童血铅水平分别为 5.95,5.78, 5.67μg/dL[12].然而,在局部地区仍有高血铅暴露事件发生.如在广州某地区,由于电子产品的污染,儿童血铅浓度均值达到了 15.3μg/dL[13].2008年夏季以来,我国爆发了多起血铅中毒事件.在陕西凤翔,血铅浓度超过20μg/dL的儿童比例达到22.7%,而超标率更是高达84.13%;在湖南嘉禾县,有250名儿童血铅超标.血铅事件的频繁发生,折射出我国局部地区铅污染依然严重.

我国当前对于血铅污染仅限于流行病调查,缺乏系统风险评价过程.为评估血铅污染所带来的风险并便于物质间的横向比较,本研究选取了由智力发育轻度延缓(MMR)疾病所导致的伤残调整寿命年作为风险指标.所谓MMR疾病,即指在标准智力测试中,儿童智力得分低于70分的一种疾病.血铅污染易对儿童神经发育造成影响,从而增加MMR疾病的发生率.而伤残调整寿命年,是国际上通行的一种用于衡量化学物质所导致的疾病负担指标[14].本研究以我国19个城市0～6岁儿童为研究对象,并以智力损失为评价指标,计算基于血铅-智力损失效应曲线计算疾病 MMR发生率.在此基础上,计算中国儿童由于血铅污染而所导致的伤残调整寿命年(DALYs).

1 研究方法

1.1 方法概述

本研究主要包括血铅数据收集,MMR疾病发生率计算以及 DALYs计算.首先,以严格的文献筛选原则,收集0～6岁儿童血铅数据.在此基础上,利用概率法,计算了各年龄段的MMR疾病发生率.在得到了各年龄段的MMR疾病发生率的基础上,选用了由2006年人口统计数据而制成的生命周期表,进而计算了中国儿童由于血铅污染所导致的DALYs.

1.2 血铅数据收集

血铅浓度在儿童中呈典型的对数正态分布

[15].选取中国知网(CNKI)以及科学引文索引(SCI)两个数据库作为搜索引擎,以血铅、儿童以及各城市名(如北京,上海,天津)为关键词,0～6岁儿童为研究对象,以下面 3条文献筛选标准进行文献筛选:1)血铅测量结果必须是可靠科学的,如测量方法必须为石墨炉原子吸收或原子荧光方法,有严格的实验室质量控制等;2)血铅样本量必须大于 500,并且是随机分层采样;3)血铅结果必须有科学表示方法,并且有足够的统计参数,以便可以利用对数正态分布的数统规律,转换为几何均值和几何标准差,便于描述儿童血铅的分布状况.最后,获取了 19个城市的儿童血铅数据.以样本量以及几何方差倒数为权重的方法[16],将19个城市的数据合并为全国尺度上的儿童血铅数据.

1.3 MMR疾病发生率计算

利用概率法,计算MMR疾病发生率:

式(1)[17]中: R为MMR疾病发生率;k为各地区调整因子,中国的默认因子为3.03[16]; f(x)为血铅的概率分布密度函数;g(x)为血铅-IQ的剂量效应曲线;G(g(x))表示为MMR发生率的计算方式,如下式所示:

式中:Φ为标准正态分布(N(0,1))累积概率密度函数;100,15分别为普通人群智力分布的均值和标准差[18];70为 MMR疾病发生的阈值点.式(2)表示为由于受铅污染,原智力＞70的而降低到70以下的儿童概率.如图1所示[15].

1.4 DALYs的计算

DALYs计算可用公式3表示:

式中:YLLs表示由于死亡所导致的伤残调整寿命年;YLDs是指由于伤残所致的伤残调整寿命年.对于儿童血铅污染,在目前的风险评价中仅考虑由于MMR所引起的YLDs,因此YLLs默认为0.而YLDs的计算如下:

图1 智力下降所导致的MMR下降示意Fig.1 Shift to MMR as a result of IQ loss

式中:I为受影响的人群数;DW 为疾病损失折算因子,对于MMR,WHO组织默认DW为0.361;而L为发病持续时间.

式(4)中I的计算中,必须考虑到时间折算(γ)和年龄折算(β)两个因子.其具体展开比较复杂,可参考文献14.这里只给出YLDs的最终计算式:式中:K为0或1,当K取0的时候,不考虑年龄权重;而当K取1的时候,即考虑年龄权重.C为公式常量,选为 0.17;a为发病年岁,在本研究中,γ,β采取默认值0.03和0.04[14].对于MMR疾病,其为终身携带,故而L为各年龄段儿童的寿命期望.对于寿命期望的计算,选取了2006年的分年龄段的死亡率以及人口数,利用 WHO给定的生命周期表方法[14,17],分别计算了 0～6岁的寿命期望分别为 69.18,69.11,68.21,67.27, 66.23,65.35,64.39岁.0～6岁的发病持续时间分别默认为 68.68,67.61,66.71,65.77,64.73,63.85, 62.89岁.

计算平台主要为Matlab 2008b软件.

2 结果与讨论

2.1 血铅暴露水平

由表1可见,我国不同地区不同年龄段的儿童血铅浓度几何均值为 4.48～10.22μg/dL,超标率为7.27%～51.62%.由图2可见,我国血铅污染并没有明显的区域特征.血铅浓度比较高的典型区域有沈阳,南昌,云南等带,而血铅浓度低的主要区域有广东,安微等地.从全国尺度上来讲,血铅均值和几何标准差分别为 5.94μg/dL和1.58μg/dL,超标率为12.74%,高于欧美国家1%～5%的超标率[6].

图2 我国儿童血铅与MMR分布Fig.2 Occurrences of blood lead level and MMR rate in children in China

由于数据采集原因,本研究中未研究儿童血铅 的男女差异.但是儿童的血铅浓度呈现着明显的年龄差异.从图3可以看出,血铅浓度和年龄有着很明显的正相关.与其他国家相比,美国的铅浓度最大值出现在儿童的2～3岁[38].而在一些研究指出,中国的血铅增高主要来源于食物暴露[39],而儿童的食物摄入量是随着年龄增加有呈明显增加,这也可能是导致儿童血铅浓度随着年龄增加而增加的因素之一.

表1 中国各省0～6岁儿童血铅浓度(μg/dL)分布状况Table 1 Childhood blood lead level (μg/dL) for children aged 0～6 in different provinces of China

图3 儿童血铅浓度与年龄相关性Fig.3 Correlation between blood lead levels and age inchildren

2.2 毒性评价

Schwartz[40]指出铅的阈值(即无影响浓度)为 5μg/dL,而当血铅浓度从5μg/dL上升到20μg/dL时,智力下降3.25点,而当血铅浓度＞20mg/dL时,其智力下降为恒定值,即3.25点(图4).然而,越来越多的研究表明,并没有足够的证据说明铅是一种有阈值的污染物.并且,儿童在低血铅浓度时,单位浓度所受影响的程度往往高于高浓度下的值.因此,不能简单用线性关系去描述血铅浓度和智力下降剂量曲线.为此,Lanphear[3]在2005年综合了大量的血铅与神经发育方面的文献研究进行pooled分析,得出当儿童血铅浓度从2.4μg/dL上升到10μg/dL,从10μg/dL上升到20μg/dL以及从20μg/dL上升到30μg/dL时,儿童智力发育分别下降3.9点,1.9点,1.1点.该研究表明,血铅-IQ下降呈明显的对数-线性关系.目前,该研究已经被广泛认同[41].然而,此效应剂量曲线并不适用于血铅浓度接近于 0的情况,因为当血铅浓度接近于时,其对数会有发散以致极限不存在的情况出现.考虑到铅可能为无阈值物质,因此,需要对血铅浓度-智力下降之间关系进行低剂量浓度外推.参考美国EPA关于致癌物质的风险评价,用线性回归(截距为0)模拟血铅浓度低于2.4μg/dL的效应曲线(图 4).最终,得到了如下剂量效应曲线(式6)用于MMR疾病发生率的计算:

2.3 健康风险评价

根据式(1)并结合表 1中的铅各年龄段的暴露数据,我们计算了中国部分地区的MMR发生率(图2b).可以看出,图2b和图2a的颜色分布一致,这说明在目前情况下,相对几何均值,几何标准差对MMR的计算影响更小.从计算结果来看,我国由于铅污染所引起的 MMR发生率分布在0.55%～1.15%之间,平均值为 0.78%.世界各地区的MMR在0.07%～1.32%范围内.我国的暴露铅风险低于非洲,南美以及部分中东地区,远高于北美以及欧洲,与除日本以外的其他亚洲国家持平(图5)[17-18].

图4 血铅-智力损失关系示意Fig.4 IQ loss, by blood lead levels

图5 全球各国基于铅污染而导致的儿童MMR发生率Fig.5 Lead-induced MMR rate in children at global scale, by country

虽然获得了血铅污染所引起的MMR发生率,但是这样的数据不足与其他物质进行横向比较.因此,以伤残调整寿命年为评价指标,根据式(4)和式(5),结合 0～6岁的寿命期望,计算了血铅污染所引起的伤残调整寿命年.各地区的伤残调整寿命年在0.086～0.14a/人之间,平均值为0.10a/人.与世界各地区相比较,0.016～2.36a/人[17],我国的污染处于中等水平.在 WHO最近公布的一份主要健康风险因子的报告中[42],铅依然是环境风险中的5种关注物质之一.报告显示,全球疾病负担的化学物质中,

铅的DALYs高达0.90a/人(这里的DALYs计算不仅仅是儿童风险,也包括了一些成人方面的心血管疾病,肠胃疾病甚至是YLLs),在列取的5种重点关注的环境风险中(饮用水安全,室外空气污染,室内燃料污染,铅,全球气候变化)中,排列第四.可以说,铅污染依然需要关注.

3 结语

3.1 我国儿童仍然处于较高的铅污染中.各地区儿童血铅浓度为 4.48～10.22μg/dL,超标率为7.27%～51.62%. 数据合并后表明,全国儿童血铅水平为(5.94±1.58)μg/dL,超标率为12.74%.

3.2 我国MMR发生率处于世界中等水平.各地区由于铅污染而导致的 MMR发生率分布在0.55%到1.15%之间,平均值为0.78%.MMR发生率主要受血铅浓度影响,而与血铅几何标准差相关性不强.

3.3 各地区的 DALYs在 0.086～0.14a/人之间,平均值为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

国家自然科学基金资助项目(40632009);国家“973”项目(2007CB407304)

* 责任作者, 教授, hujy@urban.pku.edu.cn

董兆敏(1987-),男,江西赣州人,北京大学城市与环境学院博士研究生,主要从事化学物质风险评价研究.