摘要：确定某农村饮用水中的铝元素污染情况，指导饮用水的安全食用。采用ICP-AES法对4个村镇饮用水中铝元素含量进行测定，以我国GB5749—2006《生活饮用水卫生标准》为依据（0.2mg/L）进行超标率计算，进一步通过健康风险评估理论对饮用水中铝引起的健康风险进行评估，使用蒙特卡洛模拟进行概率评估。4个村镇饮用水均未存在超标现象。结果显示4个样点铝通过饮水途径均不产生非致癌风险。农村饮用水铝元素合格，并不会对居民产生非致癌风险，概率评估结果显示＜10%的人群会有非致癌风险，同样显示Al引起的非致癌风险较小。
关键词：铝元素；饮用水；健康风险；概率评估
引言
铝是一种人体非必须微量元素，一般是通过食物、饮水、药物以及铝制炊具的使用而进入人体。长期摄入过量铝可对人体产生危害，如可抑制肠道对磷的吸收，干扰体内正常的钙、磷新陈代谢，铝在脑中蓄积可引起大脑神经的退化，记忆力衰退，甚至呈现老年性痴呆症状。饮水作为重要的铝元素摄取途径，由于工业化污染、以及含铝混凝剂的使用，使得饮用水中铝元素超标成为可能。不同国家及地区对饮水中铝含量做出规定，大部分国家及机构（WHO、我国以及欧盟等）设定饮用水中铝的限量质量浓度为0.2mg/L，美国环保署（USEPA）设定的二级标准为0.05～0.2mg/L。本研究以监管不严的农村饮用水作为研究对象，看铝元素是否超标，并基于健康风险评估理论计算铝元素对居民产生的健康风险，为某农村饮用水中铝元素的控制以及饮用水安全提供数据支撑。
1.铝的毒性
铝不属于人体的必需微量元素。人体每天摄取铝约10mg~30mg，过量的铝会扰乱生物体内的代谢作用，长期缓慢地对人体的健康造成危害，影响人的学习、记忆、智力，诱发老年痴呆症、关岛帕金森症、非缺铁性小细胞低色素性贫血等。
1.1铝对神经系统的毒性
神经系统是铝作用的主要靶器官，而人体器官中最易受铝元素侵蚀的是大脑。早在1972年就有报道透析性脑病患者脑皮质和血清中的铝明显高于正常人。铝可在脑组织中蓄积，使人记忆力下降、神志不清、行动不协调。铝还会导致脑组织神经原纤维缠结，当超过正常脑组织含量10~20倍时，会引起老年性痴呆及中枢神经功能紊乱。
1.2铝对骨骼的毒性
动物实验表明，铝摄入过多，会沉积于骨中，这些富集的铝会通过钙化组织中的钙、磷以及与维生素D相互作用，干扰骨磷酸产生和骨内钙、磷结晶的形成，出现骨痛、易骨折等症状，引发软骨病、骨质疏松症等。临床研究中也发现特发性股骨头坏死患者中铝含量明显高于正常人。
1.3铝的细胞毒性
有研究表明，生理浓度（20和50μmol/L）的Al3+能促进上皮细胞的有丝分裂。小于生理浓度的Al3+对细胞的DNA合成和蛋白合成有促进作用，超过后则变为抑制作用，这与其他有毒微量元素相似。
1.4铝的造血毒性
铝中毒时最常见的是非缺铁性小细胞低色素性贫血，补充铁无效，减少铝的摄入量则见效。此外，铝是肾疾病晚期病人恶性贫血的发病因素；铝还能影响参与血红素合成的一种酶的活性，造成血红色合成障碍。
1.5铝对肝、肺的毒性
有报道指出，铝与肝细胞核的DNA有较强的亲和力，能使肝细胞受损，长期吸入氧化铝尘或金属铝尘引起肺广泛纤维化。
1.6铝的其他毒性
各项实验研究证实：过量的铝会影响人的生殖功能，还可通过胎盘屏障蓄积于胎儿体内造成发育损害；铝与肿瘤的发生也有密切关系；糖尿病和高血压患者可能是导致高铝血症的危险因素，但原因尚待进一步的研究方能明确。
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2.材料与方法
2.1样品采集及饮用方式调查
2017年8月在某农村地区进行居民饮用水样品采集，采集4个样点，共采集74份样品，每份样品50mL左右，滴加硝酸固定并标记，快速带回实验室，4℃冷藏，备用。样品采集同时，以家庭为单位调查采样地居民饮水量进行调查，共调查44户家庭，178位居民，调查方式主要是现场发放问卷的形式，调查内容为居民饮用水的摄入频率、饮水量、饮用水方式及个人信息等。
2.2风险分析
根据美国环保署（USEPA）规定，铝元素通过口服摄入属于非致癌金属。根据健康风险评估理论，铝的非致癌风险Hq如式（1）所示：Hq=E/Rfd（1）式中E为通过饮水途径铝的每日暴露量，μg/（kg•d）Rfd为铝的参考剂量（referencedose），μg/（kg•d）。当Hq＞1时，说明会产生非致癌风险，当Hq＜1时，说明不产生非致癌风险。其中，E的计算如式（2）所示，2006年WHO/FAO提出将铝的暂定每周容许摄入量（PTEI）为1mg/kg，经计算得到Rfd为0.14mg/kg。
E=CDI/BW（2）式中：C为饮用水中铝的浓度，mg/kg；DI为饮用水每天的摄入量（dailyintake）g；BW为体重（bodyweight），kg。
2.3概率评估
确定性模型只给出了人群暴露量的平均值，它只能作为衡量某种污染物是否对人体产生危害风险的一种初筛的方法。因此在此基础上引入更为合理的概率模型。本研究采用蒙特卡洛（MonteCarlo）模拟法进行概率风险评估，通过模拟一系列随机选择的条件而评估每一个风险参数，最终产生一个潜在的概率估计。这种评估方法能给出各个百分位（10th、50th、90t）h人群的风险程度，使得风险分析的准确度有所提高。本项目的MonteCarlo模拟在Crystalball软件中进行。首先模拟出不同暴露因子的概率分布类型（一般符合lognormal分布），并通过Anderson-Darlingtest（A-D）检验、卡方检验和Kolmogorov-Smirnovtest（K-S）联合检验的方式进行检验，对不确定性变量的概率分布拟合量化，其次通过10000次迭代得到稳定的铝的暴露量及健康风险的概率结果。
2.4统计分析
重金属含量分析、超标率及风险评估采用MicrosoftExcel2010进行数据处理。蒙特卡洛模拟在CrystalBal软件中实现。
3.结果
健康风险首先需要进行暴露评估，质量浓度c为重金属在饮用水中含量，每日饮水摄入量（D）I及居民体重（BW）平均值为调查问卷统计结果，不同样点居民饮水量有差异，但大部分居民均未达到WHO建议值成年人每日最少饮水1200mL，各采样点居民体重差异不大，均在60kg左右。根据式（2）计算4个村镇饮用水中铝元素合格，并不会产生非致癌风险。
结论
某农村饮用水中未存在铝超标现象，并且依据健康风险评估理论计算得到饮用水中铝并不会产生非致癌风险。但是本文仅从饮用水中铝暴露进行评估，未对其他重金属及其他暴露途径进行评估，因此在后续研究中可以关注多途径暴露风险。
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论文作者:王渝蕾
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/7/31
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