试论我国开展人体总暴露研究的必要性

提要 80中代初，国外开展了人体总暴露研究(total human exposure)。这一研究把人作为环境污染物的接受着，它弥补了目前污染物危害评价中的不足。它为控制污染物找到了新的途径，为键康风险评价提供了新的手段。

环境保护的中心任务是保护公共健康和福利不受环境污染物的危害。公共健康常指的是人群，而公共福利指的是非人口部分(如生态系统)。对于现行的环境管理来说，为了达到这一目的，通常进行室外环境污染物浓度的观测，并采取措施把污染物浓度降低到可按受的水平[1]。

以往，环境法规体系仅仅要求测量地球物理传播媒介(如室外空气、河流、土壤)中的污染物，而不是人群的实际暴露。传统的方法认为，控制这些传播媒介中的污染物浓度到可接受的水平就能达到保护公共健康和福利的目的。60年代后期和70年代中期，人们发现空气污染物的人体暴露一一人体接触污染物的实际浓度一一与地理物理传播媒介中的空气浓度有显著差异[2.3]，也找到了一种能精确定量人体暴露的监测手段[4]。80年代国外产生了一种人体总暴露监测方法，这一新方法以已知的精度测定环境污染物的人体暴露[5.6]。90年代这一方法巳被用于完善健康风险评价，和为真正基于风险评价的环境法规体系提供新的数据库。本文试图论述我国开展人体总暴露研究的必要性。

1 问题的提出

1.1 风险评价模型

在人体健康风险评价中，虽然植物和动物在污染物到人体的输送过程中起一定的作用，但评价的对象是人体。为了评价环境污染物对人体健康的危害，必须建立污染源到影响之间的关系。要保证评价的精度，必须考虑所有的污染物，不应只限于传统的污染源(烟囱，废物出口，有毒废物处理场等),而也应包括非传统的污染源(建筑材料，消费品等)。

人体健康的风险评价模型包括以下五个环节[1.6]

①污染源

②污染物的输送过程

③污染物的人体暴露

④人体吸收剂量

⑤污染物对人体的影响

在这模型中，后一项依赖于前一项，即前一项的输出就是后一项的输入。因此，如果缺少了某一环节，就不可能正确描述污染源与影响的关系，不可能正确评价污染物对人体健康的危害，也就不能决定控制污染源对降低风险的效应。

以往的研究对前后环节研究较多，而对中间环节③、④研究较少。提起环境污染，人们往往会想到传统污染源，如厂区冒烟的烟囱、排污沟，因此把大量的人力物力投入到传统污染源上，现在大量的知识是关于传统污染源的，制定的法规体系也是针对传统污染源的。另一方面，对非传统污染源研究甚少，这些污染物会通过非传统的暴露途径(如室内消费品散发污染物)到达人体。

一旦确定污染源后，注意力往往转移到污染物的输送过程，这一方面也取得了很大的进展，如污染物扩散模型，污染物在河流、土壤、食物中的输送模型等。与前二环节相比，第五环节也受到了很大的重视，如动物成人的剂量反应关系，一些空气质量际准就是根据这些研究制定的。但是作为风险评价模型基本组成都分的③、④环节没有受到应有的重视。

最近国外开展的人体总暴露研究可以弥补这一空白,得到一个完整的风险评价模型，使基于风险评价的环境管理成为可能。这一研究也帮助找出了很多非传统污染源。这些非传统污染源在现行的环境法规体系中是不会考虑的；在公共健康方面，它们比受到控制的传统污染源危害更大[1]。

虽然把污染源同暴露乃至影响联系起来是很重要的，但即使把污染源同暴露(不一定是影响)联系起来也能为管理者、决策者提供大量新的信息。如果能建立某种污染物的污染源一一暴露关系，就有可能找到经济有效的控制造径来降低暴露，达到降低潜在风险的目的。

1.2 目前大气监测站存在的问题

大气监测站一般提供室外空气质量状况，但是其价为该地区人群暴露的代表程度是不清楚的[7]。已有资料表明，人们有三分之二以上的时间，甚至90％的时间是在室内度过的[8.9]。据计算，美国工人只有2％的时间是在室外度过的，而美国家庭妇女只有1.4％的时间是在室外度过的[10]。出于人们大部分时间是在室内度过的，因此对室内空气质量的研究显得特别重要。

国外人体总暴露研究表明，一氧化碳主要污染源是交通工具、室内煤气灶及职业性暴露。因此个人活动和co室内浓度对个人暴露影响极大[11.12]对波士顿家庭的no2研究表明[13],冬／春、夏、秋三个断段的研究中，煤气灶家庭的所有微环境浓度高于电炊灶家庭的相应微环境浓度，且变化范围广；煤气灶家庭室内no2浓度高于室外浓度，而电炊灶家庭则相反。平均no2浓度以厨房、起居室、卧室这一顺序递减。煤气炊家庭的平均no2个人暴露接近于，但稍低于室内浓度；电炊灶家庭的平均no2，个人暴露位于室内、室外浓度之间[14]。个人暴露依赖于室内浓度。单用室外浓度不能很好预测个人暴露，而室内、室外加权活动模型能很好地预测个人暴露。因此，传统的那种只限于室外污染物浓度的监测方法有待改进。

在70年代以前，虽然人们已认识到了大气监测站的不是，但由于还没有研制出个人暴露监测器，空气污染的个人暴露是从大气监测站获得的[15]。这种数据假定人处于相同的微环境中，以相同的方式活动，这不能不得出粗劣的结论[16]。这种数据只能说明一种“潜在暴露”，而不能反映实际的人体暴露[15]。

70年代，由于成功地研制了个人暴露监测器，并在小型化方面取得了进展，国外才真正地开展了个人暴露的研究，并在80年代发展成为人体总暴露研究。

2 人体总暴露概念

用统计学术语表示，暴露就是个人接触污染物的事件[6.15],如用括号表示出现的事件，假定参数系为三维空间。“暴露”定义为两事件的联合事件[6.7]：

{ t时个人i在（x，y，z）点}

∩{ t时点（x，y，z）的浓度c=c}

如果知道浓度的空间分布c(x,y,z)，并知道个人i的空间坐标(x,y,z)，就可以把个人所接触的浓度即暴露表示为：

c（x，y，z）=ci（t）l l l l l l l l （1）

个人暴露依赖于遇到的浓度及在微环境中度过的时间，人体总暴露就是人在不同微环境中接触污染物浓度的总和。人体总暴露可以描述为一个包围目标棗人体棗的一个“泡泡”[1]。

在某时任何接触这一“泡泡”的污染物棗通过空气、食品、水或皮肤棗被认为是该时污染物的一种暴露。有些污染物如co，通过一种传播媒介空气进入人体，其它的如铅和氯仿，可以通过二种或多种暴露途径，（如空气、食品和水)进入人体。如果有多种暴露途径，人体总暴露方法试图确定通过所有可能暴露途径(空气、食品、饮用水、皮肤)的人体暴露(某时某地每一传播媒介中的污染物浓度)。人体总暴露方法以已知的精确度和准确度，提供一些经所有环境媒介的公众暴露数据。它试图在暴露人数、暴露程度及与之有关的污染源方面提供一些可靠的定量数据。

总暴露计算公式为[7,15]

平均暴露计算公式为[7，15]：

标准暴露计算公式为[7,15]

其中ts是与某一空气标准相对应的时间，它可与现有空气质量标准相比较。

把人作为环境污染物的接受者[15],因此人及其活动就成为研究的中心，这是人体总暴露概念所特有的。首先，它考虑污染物可能到达人体的所有暴露途径。其次，它集中于同某一污染物有关的特定暴露途径，给出污染物经这些暴露途径移动情况和暴露程度的精确数据。由研究对象记录的每日活动规律能帮助识别有关的微环境，并在很多情况下有助于识别可能的污染源。人体负荷数据常常同暴露水平比较，作为吸收剂量的重要指标。

值得指出的是，暴露与剂量不同，暴露是人在浓度为c的某一点，而人并不一定吸入这么多的浓度。只有当污染物穿过人的身体边界(如皮肤、脑膜)时，剂量才有可能出现[15]。

3 人体总暴露研究方法

人体总暴露研究已形成二种基本的方法，直接方法(野外实验法)和间接方法(计算机模拟法)[7.17.18]

3.1 直接方法

这一方法试图通过测量呼吸的空气、饮用水和吃的食品中的某一污染物的浓度直接计算暴露量。为达到这一目的，常常需要用概率方法抽取大样本容量的人群，监测人群所接触的污染物浓度[6]。

这一方法把统计调查方法与环境监测方法结合起来[6]。根据事先设计的统计方法随机抽取有代表性的人群。然后，针对研究的某类污染物，测量经所有环境媒介接触人体的污染物浓度。经概率抽样方法抽取的人群必须有足够的样本容量，才能正确推知样本所代表的总体的暴露量[1]。当然只有在具有个人暴露监测器的条件下，才能做这一方面的研究。

个人暴露监测器体积小、重量轻、携带方便，被监测者只需将仪器佩带在身上，就可以跟踪监测，操作简单方便，不影响被监测者的行动。日前国外出现的个入暴露监测器可以分为两大类：分析器和采样器。分析器是一类能当场指示出污染物浓度或污染程度的仪器，采样器是只能当场采集污染物样品然后在实验室作分析的仪器。这两类仪器又可以分为有源采样器(分析器)和无源采样器（分析器），有源无源是指个人暴露监测器有无动力驱动系统。

自1980年起，美国国家环保局巳开展了一系列人体总暴露野外研究棗总暴露评价方法论(team)，研究主要是从co及挥发性有机物开始的。一般包括二个阶段，第一阶段为试验阶段，规模较小，目的是检验个人暴露监测器的性能及调查设计的可行性；第二阶段是实施阶段，一般要求规模大，保证有一定的响应率。team有以下特点：

①用概率抽样方法抽样

②直接监测经各种媒介(空气、食品、水、皮肤)接触人体的污染物浓度

③直接测量人体负荷，推知吸收剂量

④以日记方式直接记录个人日活动规律最近，这一方法已用于评价农药的人体总暴露。英国国家环保局正在进行空气微粒包括痕量金属在内的人体暴露研究[1]。

3.2 间接方法

间接方法不是直接测量暴露数据，而是把人们在某地度过的时间与该地出现的浓度结合起来，从数学上构造暴露数据。这需要有关人们活动规律的数学模型和微环境浓度的分布情况[6]。

一般，方程(1)中的浓度函数c（x，y，z)和空间坐标(x，y，z）是很难获得。但人体暴露的计算规模型有一个基中假设，即微环境中浓度的空间一致性。根据这一假设，把微环境中的浓度cj与个人i在徽环境j中的时间tij加起来，就能算出总暴露：

其中m为微环境数，tij=t为时间长度，因为ei为浓度和时间的乘积，它表示为ppm j没有下标i，这是由于cj只与微环境j有关，而与时间无关。

方程(2)就是人体总暴露计算机模型的基本方程，已有的暴露模型有人类活动和污染物暴露模型(shape)[7,17]和国家大气质量标准(naaqs)暴露模型(nem)[16],shape是由ott等人提出用中模拟co暴露的,而nem是由johnson 和paul提出模拟no暴露的。

参考文献

[1]ou,w.r:total.h uman exposure assessment metho-dology basic conoepts,and ence,chicago,illinois,april 1986

[2]brioe, roesler exposure to csrbonmonoxide of ocoupants of vehicles moving in ileavy pollut control ass,6,579-600,1966.

[3]cortese, spengler of fixed monitoringstations to represent personal carbon monoxide ass,20,1144,1976

[4]spengler, soczek,ce for imporvedambient air quality and the need for personal technol,18,268-280a,1984.

[5]repace,j.l,ott w,r,and wallace l .toral ilumanexposure to no.80-61.6presentedat the 73rdsnnualmeetingofspca,canada,june22-27,1980

[6]ou, iluman exposure an emersing sciencefocuses on ilumans as receptors of environmental l,19(10),880-886,1985.

[7]ott,l.-l21(1＆2),97-128,1983-1984

[8]szalai, use of astivities of urbanand suburban populations in twelve l,the ilague,the netherlands ,1972.

[9]chapin． activity pattern in the city,wileyinterscience new york,1974.

[10]ou, activity patterns,a review ofliterature for estimating time dpent indoors,outdoors,conference on iluman activity 10-12,las vegas,nevada,1988.

[11] akland,g.g.,hartwcll t.d.,johnson t.d.,and whitmorc r.w.:measuring iiuman fxposure to carbon monoxide in washington,d.c.,and denver,colorado,dunring the winter of l.,19(10),911-918,1985.

[12] ott, flachsbart p.:measurement of carbon monoxide concentrations in indoor and outdoor lo-eations using personal .,8,295-304,1982

[13].ryan,p.b,soczek m.l.,treitman spengler j.d.:the boston residential no2 characterization study ii: study methodology and population concentration .,22(10)2115-2125.1988.

[14] quackenboss,j.j.,spengler j.d.,kanarek m.s.,letz duffy c.p.:personal exposure to nitrogen dioxide:relationship to indoor/outdoor air quality and activity l.,20(8),775-782,1986.

[15]ott,w.r.:concepts of iiuman exposure to air .,7,179-196,1982.

[16] 嵇正毓、卢宁川：空气污染的个人暴露。环境科学丛刊，7（11），26-29页，1982。

[17]ott, dage d.:validation of the simulation of humanactivity and pollutant exposure (shape)model using paired days from the denver,co,carbon monoxide field .,22(10),2101-2113,1988.

[18]nagda, koontz m.d.:microenvironmental and total exposure to carbon monoxide for three population pollut .control ass.,35(2),134-137,1985.