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我国污染区土壤及城市土壤中重金属的人体生物有效性研究

17、土壤科学与环境健康 > 专题6：土壤质量及其风险评估

随着城市化和工业化进程的加快，土壤重金属污染已成为危害我国居民健康的重要环境问题，且通常表现为复合污染，其中砷、铅、镉是目前学者关注的重点污染物。在重金属污染区如矿区和冶炼区，土壤通常会出现严重重金属污染。此外，随着城市各种人为活动的加剧，城市土壤重金属污染也越来越受到人们的日益关注。土壤细颗粒可以粘附在成人和儿童手掌，通过手口行为被无意摄入进入人体，进而危害人体健康。然而，土壤颗粒被摄入后，并不是其中所有的重金属都能被人体吸收，即生物有效性小于100%，并且不同土壤样品间重金属的生物有效性存在很大的变异，取决于土壤性质、重金属赋存形态等因素。因此，测定污染土壤和城市土壤中砷、铅、镉经口腔摄入后的人体生物有效性，已经成为准确评价、控制人体重金属暴露的关键科学问题。目前，测定重金属的人体生物有效性可以通过动物活体实验和体外胃肠模拟液提取测试方法两类。对于动物活体实验方法，不同动物模型（小鼠、幼猪）、不同暴露方式（单次灌胃暴露、长期灌胃暴露、长期定点投食、长期自由进食等）以及不同生物靶器官（血液、尿液、肝脏、肾脏等）被开发用于测定土壤中砷、铅和镉的人体生物有效性。利用不同动物活体实验测定的重金属人体生物有效性是否具有一致性，能否找到一个相对操作简便、花费较低的动物活体实验方法，是学术界一直未解决的一个重要问题。此外，动物活体实验费用高、耗时、不能满足大批量样品的测试需求。因此，建立简单快捷的体外胃肠模拟液方法快速准确地测试重金属的人体生物有效性，对准确评价重金属暴露的人体健康风险具有重大理论和实践意义。
在动物活体实验方法开发方面，我们对同一批污染土壤分别开展小鼠和幼猪活体实验，揭示了不同动物活体实验方法测试污染土壤中砷的人体生物有效性的一致性；其次，对小鼠实验，对比了单次灌胃和长期饮食暴露方式，发现两者差异不显著，但利用单次灌胃法测定1个样品需要15–20只小鼠，而利用长期饮食暴露法测定1个样品仅需3只小鼠，因此确立了相对操作简便、花费较低的小鼠长期暴露活体实验方法。利用小鼠活体实验，我们测试我国多批污染土壤中砷、铅和镉的人体生物有效性，并建立了体外胃肠模拟液测试与小鼠活体实验间的线性相关关系，确立了适用于分别测试我国污染土壤中砷、铅和镉以及复合污染物人体生物有效性的最佳体外胃肠模拟液方法。此外，利用小鼠活体实验方法，我们成功实现了对我国27个省会中低污染程度城市公园土壤中铅人体生物有效性的分析，结合铅稳定同位素源解析，从铅污染来源的角度揭示了城市土壤铅人体生物有效性随着铅含量增加而升高的机制；针对城市土壤，建立了体外胃肠模拟液SBRC方法与小鼠活体试验间的线性相关关系，揭示了体外胃肠模拟液提取方法预测城市土壤中铅人体生物有效性的适用性。研究成果为选择合适体外胃肠模拟方法快速评价污染土壤和城市土壤的人体健康风险提供了新的方法学，对采取措施降低土壤重金属生物有效性、保障人体健康具有重要科学意义。