OP對生物監測的影響范文

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作者：劉萍鄔春華劉弘周志俊單位：復旦大學公共衛生學院教育部公共衛生安全重點實驗室上海市疾病預防控制中心

有機磷農藥（organophosphoruspesticides,OP)在世界范圍內廣泛使用，可通過皮膚、消化道和吸入等途徑對人畜產生較高毒性，常因使用或保管不慎發生中毒。通常認為食品是一般人群接觸OP的主要來源。同時，OP的殘留物也會對生物造成長期慢性危害，Fenske等[1]發現室外的OP因水解和光照能很快降解，但室內環境中的OP性質相對穩定，衰減周期較長。成人和兒童都可能在反復接觸過程中受到影響，長期低劑量接觸OP對人群健康的影響已成為毒理學、環境流行病學等研究的熱點。OP的代謝產物二烷基磷酸酯類（DAPs）常被用作OP暴露評估的生物標志物，在農藥風險評估中發揮重要作用。筆者擬就OP在環境中的主要降解機制、DAPs在生物監測中的應用進展，分析食品中OP及DAPs殘留對生物監測的影響，并且提出新的OP暴露評估策略。

1OP的結構、性質及其在環境中的主要降解機制

大多數OP為磷酸酯類或硫代磷酸酯類化合物，其結構通式如下：式中：R1、R2在我國目前的生產品種中多為甲氧基（CH3O）或乙氧基（C2H5O）；X為氧（O）或硫（S）原子；Z為烷氧基、苯氧基或其他更為復雜的取代基團。無論是在環境中還是動植物體內，水解和氧化都是OP的主要降解途徑[2]。大部分OP的最終水解產物都包括一種或一種以上二烷基磷酸酯類化合物（DAPs）。這些水解產物分別為磷酸二甲酯(dimethylphosphate，DMP)、磷酸二乙酯(diethylphosphate，DEP)、二甲基硫代磷酸酯(dimethylthiophosphate，DMTP)、二乙基硫代磷酸酯(diethylthiophosphate，DETP)、二甲基二硫代磷酸酯(dimethyldithiophosphate，DMDTP)、二乙基二硫代磷酸酯(diethyldithiophosphate，DEDTP)。其中DMP、DMTP、DEP和DETP在普通人群的尿樣中也經常能測得。DAPs被普遍用作人群OP暴露評估的生物標志物。另一方面，蔬菜和水果上殘留的OP也被證實能降解為DAPs[3]，但其降解程度以及與OP共存的DAPs總量仍有待進一步探討。

OP在環境中的降解分為生物降解及非生物降解。生物降解是指OP在微生物酶的作用下發生降解。如馬拉硫磷可被土壤中假單胞菌的可溶性脂酶水解，生成羧酸衍生物；對硫磷在微生物作用下發生水解，生成DETP。OP的非生物降解又分為吸附催化水解和光降解。其中吸附催化水解是OP在環境中的主要降解途徑。

在土壤的吸附催化作用下，大部分OP能水解為一種或一種以上DAPs。OP多數是酯類，因此在土壤中極易發生水解。馬拉硫磷在pH=7的土壤體系中水解半衰期為6~8h，丁烯磷在同樣條件下半衰期為2h。但離開土壤后半衰期就會長達14~20d[4]。因此水果和蔬菜從最后一次施農藥到食用必須有一段安全間隔期。非生物的另一條降解途徑是光降解。太陽輻射和紫外線照射使農藥分子中的化學鍵斷裂，形成異常活潑的自由基。自由基再與溶劑或其他反應物作用得到光解產物。有機磷酸酯類農藥的光解過程可用下式表示：多數有機磷酸酯類農藥的降解產物毒性降低，但有些硫代磷酸酯類農藥可能轉變為毒性更強的化合物。如樂果會在潮濕空氣中由光解途徑生成高毒氧化產物———氧化樂果，它比樂果本身對溫血動物的毒性更大。

2DAPs在生物材料中的檢測及其在暴露評估的應用

由于人體接觸OP的途徑多種多樣，而主要的暴露方式又因人而異，評價OP的接觸水平可通過環境與生物監測。生物監測研究中的樣品有尿樣、胎糞、頭發等，其中最常用的方法是檢測尿中6種OP代謝產物———DAPs。大多數OP進入人體后通常在24h內水解為一種或多種DAPs，因此DAPs在某種程度上能代表OP近期的暴露水平。但是尿中的DAPs還包括環境和食品中的天然本底DAPs以及OP被攝入前已在環境中降解形成的DAPs（圖1），DAPs的生物監測可能會過高估計OP在一般人群中的暴露水平。另一方面，每種DAPs都能由多種OP在體內代謝生成，若沒有詳細的背景資料，就無法將尿中檢出的DAPs與某種OP農藥確切對應起來。盡管如此，在美國EPA登記的OP農藥中75%都能生成一種或多種DAPs，且人體在接觸低劑量OP后仍能從尿中檢出DAPs，故DAPs目前被普遍用作人群OP暴露評估的生物標志物。表1是我國25種常用的OP及其對應的DAPs代謝產物。

美國疾病預防控制中心(CDC)開展的全美人群健康和營養調查（NHANES）將DAPs分析也納入研究項目[5-7]。該調查所搜集的樣品顯示，美國一般人群尿DAPs水平普遍低于意大利和德國小規模研究的調查數據[5]。經肌酐校正的尿DMP和DEP的中位數分別為0.76和0.86μg/g，而德國人群數據則為15.5和2.10μg/g[8]。另外，6~11歲兒童尿中的DAPs濃度顯著高于成人和青少年[9]。在性別、種族方面尿DAPs濃度差異無統計學意義。Curl等[10]研究還表明，日常飲食對體內的DAPs水平有一定影響。攝入有機食品（在生產和加工過程中嚴禁施用農藥、化肥、激素等人工合成物的食品）的觀察對象尿中的DAPs水平低于普通飲食的人群。本實驗室的小樣本研究發現，國內一般人群尿DAPs背景值遠遠高出國外水平[11]。經肌酐校正的尿DMP和DEP的中位數分別為170μg/g和114μg/g。王沛等[12]對193例19~45歲孕婦尿樣進行DAPs檢測，發現尿DAPs值也超出國外研究水平。其中個別尿中DAPs水平甚至超過NHANES研究結果的100倍。其顯著的差異性可能是由于不同地域間OP的使用量和種類不同造成的，同時人種、年齡、季節等因素也會對研究結果造成影響。尿DAPs檢測也常用于職業暴露評估。Fenske等[13]發現部分職業人群（農民、農藥生產工人等）體內DAPs的水平已超過一般人群平均水平的50倍。本實驗室也曾對樂果包裝工人的班前及班后尿樣進行檢測[11]，發現班后尿樣中的DAPs水平遠遠超過國內普通人群。尿中DAPs濃度會隨著農藥施放方式、不同季節的農藥選擇發生改變。一天內重復檢測多次或連續檢測數天的結果都很不穩定。這就說明暴露方式、采樣時間、農藥在體內的消長等都會對職業暴露評估造成影響[8]。

職業人群家庭中的兒童和孕婦與一般人群相比也有相似或稍高的DAPs水平[14]。有時因季節或作物的影響，農業地區兒童尿DMTP濃度會高出其他地區兒童10倍以上[15]。但大多研究表明這些較高的暴露水平沒有超過安全閾值。另外，Young等[16]發現農業地區孕婦產前尿中的DAPs與新生兒反射異常存在一定關聯性。Rothlein等[17]利用尿DAPs水平對職業人群神經慢性損害進行危險度評價。結果表明尿中長期低劑量存在的DAPs與神經行為失調有關。但這并不能說明DAPs對人體健康有負作用。DAPs生物監測能間接反映人群OP暴露水平，近年來也在農藥暴露—健康效應研究中發揮作用，但它作為暴露指標的實用性和參考價值還有待進一步探討。

3食品中OP及DAPs殘留水平研究

2003年Krieger等[18]經過長年的研究和觀察后認為，尿DAPs的來源包括OP在人體中的代謝產物、食品中OP的降解產物及其他多種來源（圖1）。用32P進行同位素追蹤后發現，在市場隨機選取的12個蔬菜樣本中均含有DAPs，它們都經過OP殘留檢測并符合限量規定。將DAP和OP數據從質量水平轉換成摩爾數值進行比較，發現DAPs殘量和原型OP的摩爾比范圍從0.1到130以上。有1/2的樣品其DAPs含量超過原型OP。這說明直接用DAPs推算人群OP暴露總量會造成假陽性誤差。

Duggan等[19]將美國CDC第二次NHANES報告中[7]的DAPs數據推算成人體暴露OP均值，與EPA在注冊合格決定文件（RegistrationEligibilityDecisionDocuments，REDs）中的OP暴露總量進行比較。REDs中OP暴露總量由飲食、飲水、生活環境接觸這三部分累計而成。其中飲食和飲水中的OP總量還不到DAPs推測數據的2%。在超過96%的人群中，DAPs推測所得的OP水平為飲食和飲水OP總量的50倍。目前還沒有OP生活環境接觸數據能對這兩者的差距作出解釋。較易接受的說法是人群從飲食途徑大量攝入了DAPs本體。由于食品中大部分OP半衰期小于5d，人們攝入的降解產物DAPs本體水平遠遠大于食物中殘留的OP。

為調查水果和蔬菜中有多少殘留OP轉化為DAPs，Zhang等[20]檢測了153份樣品中的OPs和DAPs（OPs均低于美國國家安全限量）。其中91份樣品（60%）的DAPs含量超過了原型OP。此后，他們又驗證了隨著時間推移蔬菜和水果中的農藥原型會逐漸降解為DAPs，而DAPs較原型OP在環境中更為持久。Lu等[21]從未施用農藥的有機水果的果汁中檢測出DAPs，進一步證明人體能通過OP低殘留食品攝入一定量DAPs。OP和DAPs在定量方面的關聯性再次遭到質疑。

Curl等[10]對DAPs作為生物標志物的可靠性也提出了不同看法。首先，被植物降解的OP不僅能轉化為為二烷基磷酸酯類，還能生成單烷基磷酸酯和磷酸[2]這類對評估毫無影響的化合物。其次，若食物中確有一部分天然存在的DAPs，它們被人體攝入后是否參與代謝，有多少完全以原型從尿中排出還有待研究。目前僅有一篇報道[22]進行了相關動物實驗。大鼠被給予1g/kg原型DAPs后，尿中只檢出少量。這就提示了DAPs以原型進入生物體后更可能參與代謝轉化，以其他形式排出體外。最后，動物實驗表明不只一種DAPs能抑制大鼠腦內的膽堿酯酶，這就提出了DAPs本身是否也會對人體造成危害的疑問。但目前還沒有充分的人群流行病學證據作出解答。

4食品中DAPs檢測策略及結果解釋局限性

盡管目前DAPs是人群OP暴露評估的主要生物指標，但近年來的研究表明它僅能作為人群背景暴露值的參考上限。由于生物監測無法區分尿DAPs是OP的環境降解產物還是生物代謝產物，環境和食品中又存在一定量除OP降解途徑外形成的DAPs，由DAPs推算OP的暴露水平必須非常謹慎。筆者在此提出一種策略，評價OP通過飲食途徑在人群中的暴露水平：首先檢測食品中已存在的DAPs總量，接著運用酶水解將OP在食品中的殘留物降解為DAPs并再次檢測，最后將后者的數據與前者相減，其差值就可代表OP直接降解產物的水平。該方法免去了食品中多種OP檢測的繁瑣操作。計算所得的DAPs差值相當于食品中所有OP的暴露總和，通過查閱已知OP的代謝產物（見表1），可一次性對食品中的全部已知OP進行定量。又因為本方法考慮到了環境本底和OP自然代謝形成的DAPs高水平，彌補了生物監測過高估計的缺點。

需要指出的是，DAPs作為暴露評估標志物存在以下局限：（1）6種DAPs能由至少31種常用OP轉化而成。每一種農藥的毒性不同。評價中采用共同的降解產物作為指標，勢必會丟失毒理學方面的重要信息，無法正確估計農藥聯合作用的毒性大小。（2）一般而言，DAPs的毒性遠遠小于OP的氧化產物。而且DMP和DEP經常出現在健康人群的尿樣中。目前尚沒有證據證明DAPs對人體膽堿酯酶也有抑制性，DAPs定量在風險評價中的實用性還有待進一步研究。

美國EPA曾在REDs中通過累計人群多途徑暴露量估計OP暴露水平，事實證明存在許多缺陷和假設不當。用DAPs進行暴露水平監測雖也有上述不足，但勝在較為簡單、快速。雖然DAPs指標在OP定量方面需要慎重，但依然不能否定它在農藥暴露評估中的積極作用。