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农药对人体究竟会造成怎样的负荷及健康风险| 环境化学最新研究 精选

已有 2583 次阅读 2017-10-20 08:29 |系统分类:科研笔记

中国作为占世界总人口超过1/5的发展中大国,农业发展和食品安全是我国的重大国家战略。而农业的发展方向是优质、安全、高产、高效,这其中农药尤其是化学农药具有十分重要、无法回避的作用和影响。在全球,农业病虫草害种类有十多万种,包括昆虫、线虫、微生物、杂草等。根据统计分析,每年通过施用化学农药挽回的粮食损失约占全球总产量的30%左右。现代林业、卫生防疫、园林业的发展又进一步提高了对农药的需求。我国已是农药生产和使用量最多的国家。然而,大量事实表明:农药特别是高毒、高残留化学农药的广泛使用是造成我国土壤、地表水污染乃至影响食品安全的主要因素之一。另一方面,随着我国生态文明建设和可持续发展战略的推进,要求在对病虫害加以有效控制的同时,必须注重和加强农药的环境安全。由于农药作用对象的生物多样性、靶标与非靶标的类近性、生态环境效应的复杂性,农药的环境化学与毒理学一直是近年农药学和环境科学研究的热点。


我国农药污染现状复杂,既有被禁用多年的持久性有机污染物(POPs)类传统农药,也有现用的大量新农药环境安全问题。因此,农药环境化学与毒理学的研究涉及对传统农药和新农药的长期环境行为、负荷水平、潜在风险等多方面的研究。同时许多农药在结构上往往具有异构体(isomer),包含空间结构的立体异构(stereoisomer),即存在化学结构多样性,而不同异构体之间的环境行为和生物效应差异很大,其生态风险也有所不同。近年来我国科学家在绿色农药创制、全国范围内农药在不同环境介质的残留特征与生态风险、人体负荷及健康风险、毒性效应机制及环境风险管理方面都取得了很好的研究成果。


今天我们一起来了解下农药环境化学与毒理学领域研究成果——农药的人体负荷及健康风险问题


全球范围人群农药暴露现象普遍,人群长期暴露于传统的有机氯农药(organochlorine pesticides,OCPs)、有机膦类、拟除虫菊酯类杀虫剂及多种杀菌剂中。特别是我国虽然有一整套严格的农药使用和管理制度,但是当前我国农产品中的农药残留问题仍旧十分严重,部分城市市场上瓜果蔬菜中农药残留超标率高达47%。与此同时在不同的环境介质农田土、水体、大气中都能检测到多种农药残留。由此可见,通过饮食摄入、呼吸、消化道、皮肤接触等多种途径,农药暴露所引起的人群健康风险效应也成为环境健康的热点。


传统的OCPs因毒性高、生物富集性强及易全球性长距离迁移等,在全球人群样品中检出率极高,其健康风险效应一直是持久性有毒物质健康效应研究的重点。更严重的是随着大量新型农药进入环境,这些化合物的人群污染负荷和健康风险效应研究空白还很大,存在潜在的未知风险,特别是对于一些敏感人群如孕妇、新生儿、青春期儿童等的影响亟待甄别。


滴滴涕(DDTs)


DDTs是一类在环境中能长期滞留,具有生物放大效应,可蓄积在脂肪组织中的内分泌干扰物,其低剂量暴露健康风险问题如:内分泌干扰作用、与肿瘤的相关性报道较多,且主要集中于一些DDTs已禁用多年的发达国家。在我国尤其针对敏感人群的研究还非常缺乏。


唐梦玲等分析了中国各省(除香港、澳门)的农田土壤样本;构建了在四个不同膳食结构区域、由六类食物摄入而富集的DDTs的剂量模型;用人群归因分值(population attributable factor,PAF)表征了我国DDTs暴露的乳腺癌发病风险。结果显示,中国主要农业区域土壤中DDTs残留浓度较高,DDTs总量的浓度中位数为2.61 ng/g,范围为0.37~547.03 ng/g,超标(100 ng/g)的土壤威胁4230万中国人口的健康。考虑到不同地区人群的膳食结构不同,通过模型计算的日均膳食摄入DDTs剂量估计为0.34μg/kg体重p, p’-DDE(DDTs的生物活性组分)。而PAF中位数为0.60%(IQR,0.23%~2.11%),这个结果表明p, p’-DDE贡献的中国女性年乳腺癌发病率为十万分之0.06。尽管DDTs暴露是乳腺癌发病风险之一,但较低的贡献率说明其他因素,如基因易感性、生活习惯等才是乳腺癌发病的主要因素。


海洋食物链对于OCPs的强生物富集能力,使得海岛人群具有高水平暴露的特点,而其中母婴作为暴露敏感人群,对于环境监测评价具有重要意义。脐带血因其非损伤新采集方式等优势经常作为新生儿有机氯污染物暴露指标。母乳,尤其是初乳,因丰富的蛋白质和含脂量,是新生儿主要的食物来源,不仅能够反映母体积累量更能用于计算新生儿摄入水平。


长江三角洲作为我国最主要农业生产区域,其毗邻海域有机氯化合物污染特别严重,大量污染物随着江水入海底泥冲刷在嵊泗积累。此外,由于坐落于中国最大的“东海鱼库”舟山渔场中心,鱼类及其他海洋生物是岛上居民主要食物来源。嵊泗列岛位于杭州湾以东,正对长江入海口,是浙江省最东部,舟山群岛最北部的海岛。最新研究结果表明,2011年7月~2012年5月期间生产的106对母婴样本,初乳和脐血血清的总DDTs平均值为(1.93±1.98)μg/kg脂重、(1.38±3.66)μg/kg脂重,高于土耳其、英国、日本、波兰、巴西等地,与北京、越南、印度、泰国等地相当,其中p, p’-DDE,100%检出,为主要组分。Spearman相关性分析及Kruskal-Wallis检验发现产妇年龄和孕前体重对初乳中p, p’-DDE,p, p’-DDT及总DDTs呈正相关。通过组分比例及主成分分析解释人体内蓄积DDTs主要来自于历史工业DDTs残留,但不可忽视新源如三氯杀螨醇的影响。运用多元线性回归模型考察DDTs在脐带血中不同组分暴露程度对新生儿出生结果的差别,结果显示,暴露水平与新生儿身长、妊娠周期、头围均无统计学意义差异。但p, p’-DDT及其代谢产物p, p’-DDD与新生儿出生体重有显著性正向关系。在纳入孕妇年龄,产前BMI,新生儿性别,胎次,饮水来源等协变量因素之后,差异显著,之前的调查也证实环境暴露DDTs与新生儿肥胖有关,胎儿期的发生直接影响到成年后结果。此外,通过计算对映体比值发现母乳及脐带血中均选择性富集(–)-o, p’-DDD和(+)-o, p’-DDT,具有对映体选择性差异。根据世界卫生组织(WHO)在膳食营养素适宜摄入量计算得到,该区域新生儿平均每日摄入DDTs量为8.78 μg/kg,20%的新生儿高于WHO制定的暂定每日耐受摄入量10 μg/kg。因此,我们认为该地区婴儿通过母乳摄入DDTs具有一定风险,值得进一步研究。


HCHs母婴暴露风险


HCHs(混合异构体,包括四种主要成分:α-、β-、γ-和δ-HCH),是一种广谱性的有机氯杀虫剂,从20世纪40年代开始使用,尽管HCHs已经禁用约30年,HCHs对全球环境和人类的影响仍十分显著。


以中国浙江省舟山市嵊泗县的常住居民为研究对象,2012年对39个健康产妇进行了详细的问卷调查,并在生产后采集了新生儿的脐带血样品,检测脐血血浆中的HCHs残留浓度,并结合调查问卷的相关信息,来分析HCHs残留对中国海岛人群新生儿生长发育指标的影响。研究结果提示,岛上新生儿生长发育水平普遍高于我国其他地域的新生儿生长发育,HCHs残留浓度相较于国外研究也较高,但HCHs的残留浓度与新生儿生长发育指标之间没有发现显著的相关性关系,与国外部分研究结论有差异。因此,本研究提示,HCHs对新生儿生长发育影响的研究还需要更多的流行病学证据,对于HCHs对新生儿健康的影响机制还需要更深入的探索和验证。


2011年7月~2012年5月在嵊泗人民医院对分娩的产妇及新生儿120进行调查,结果表明,母初乳中三种能检测到的HCHs组分总量中位数为6.46μg/L[四分差(inter quartile range,IQR),3.78~16.02],脐血清中三种能检测到的HCHs组分总量中位数为2.39 μg/L(IQR,1.30~3.92),在母初乳及脐血清中,三种HCHs组分中残留浓度最高的均为γ-HCH,最低的为α-HCH。HCHs各组分的TDI值中γ-HCH的母初乳日均单位体重摄入量最高,约有56.67%的新生儿母初乳摄入的γ-HCH水平超过了美国EPA设定的参考剂量RfD,有一定暴露风险;同时,不同暴露组间新生儿生长发育指标差异分析表明,HCHs不同暴露组间的出生体重和孕期并未有统计学显著性差异。


拟除虫菊酯杀虫剂


拟除虫菊酯杀虫剂,是一类改变天然除虫菊酯的化学结构衍生合成的杀虫剂。由于其较高的杀虫活性,较低的哺乳动物毒性,容易降解,环境友好等优点,拟除虫菊酯杀虫剂受到十分广泛而高频的使用。其在食品中普遍残留,人类主要通过食物受到暴露,作为美国内分泌干扰物清单的一员,其内分泌干扰效应和其他健康风险不容忽视。


青春期为人体发育的重要时期,也是对内分泌干扰物暴露非常敏感的窗口期。叶小青等采集了杭州463名男孩(9~16岁)的尿液样品,检测了尿液中3-PBA及促性腺激素FSH、LH的浓度。结果表明,尿液中3-PBA的浓度与促性腺激素FSH、LH浓度均呈显著正相关,与青春期发育程度(tanner testisvolume 和tanner genitaliastage)均呈显著正相关,这提示着拟除虫菊酯是男孩青春期发育提前的风险因子。与之相反的是,女孩尿液中3-PBA的浓度与青春期发育程度及初潮年龄呈显著负相关,这提示着拟除虫菊酯是女孩青春期发育延迟的风险因子。拟除虫菊酯杀虫剂暴露对青少年青春期发育影响的性别差异的潜在机制需要进一步探究。


对山西省忻州地区2013~2014年208例非职业人群拟除虫菊酯杀虫剂暴露与心血管疾病的关系研究表明,尿液中拟除虫菊酯杀虫剂主要代谢产物3-PBA在健康人群的浓度为0.74 μg/L,在冠心病人群的浓度为1.09 μg/L,明显高于正常健康人群。研究首次报道了拟除虫菊酯类杀虫剂暴露与冠心病风险之间可能存在的相关性,但具体机制还有待于进一步研究。


在未来可以预见的几十年内,化学农药必将继续伴随我们,随着农药种类数量的增加和暴露途径的多样化,以及全社会生态文明建设、食品安全要求的提升,农药环境化学与毒理学将迎来新的挑战和机遇。首先,面向国家重大的粮食安全与食品安全、生态保护等重大需求引导环境友好的农药的创制。其中利用高效的手性农药安全甄别技术,创制自主知识产权的绿色农药,是绿色农药创制的一个重要思路;其次,随着大量新型农药进入环境,开展新农药环境行为、残留特征、暴露风险的研究势在必行;再次,积极利用计算机辅助化合物风险评价技术,结合化合物AOP评估原则开展农药风险评估,加强农药代谢产物和次生风险的研究,以明确新农药在不同环境中的限量标准。再者,农药致毒分子机制的研究方兴未艾,深入探讨农药毒理学效应的分子机制,可以明确农药对非靶标生物毒性作用的靶点,改良农药抗性,为阻断或改良农药品种提供科学依据,实现农药低用量、靶标特异、环境相容的目标。


本文主要内容摘编自《环境化学前沿》 第8章部分,本章作者:赵美蓉浙江工业大学环境学院,周志强、王鹏中国农业大学理学院,虞云龙浙江大学农业与生物技术学院,花日茂安徽农业大学资源与环境学院,刘维屏浙江大学环境与资源学院。内容有编辑改动。



主编:江桂斌,刘维屏

北京:科学出版社, 2017.10

ISBN 978-7-03-054637-1

责任编辑:朱  丽  杨新改


环境化学是一门研究有害化学物质在环境介质中的存在、特性、行为、效应及其控制技术原理和方法的学科。经过40多年的快速发展,我国环境化学在学科建设、人才培养、队伍规模、国家目标和国际影响等方面均取得了长足进步,已成为化学的一个重要分支、环境科学的主流与核心组成部分。


本书邀请我国环境化学领域著名的专家学者撰稿。作者队伍中包括了30多位“国家杰出青年科学基金”获得者、教育部“长江学者”和国家“千人计划”入选者,且所有作者均是在环境化学一线从事相关研究工作并具有深刻见解的专家,他们的论述能够反映和代表我国目前环境化学领域的工作特色和主流发展趋势。


本书内容丰富、前瞻性强,可供环境化学、环境工程以及地学、材料、公共卫生、农业科学等交叉学科领域研究的科研人员、高年级本科生、研究生和政府管理人员阅读和参考。

(本文编辑:王芳)


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