环境铅暴露健康风险评价三种PBPK模型的比较_李梅

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中 国 社 会 医 学 杂 志 ２０１３ 年 ２ 月 第 ３０ 卷 第 １ 期 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｃｉａｌ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１３，Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．１
环境铅暴露健康风险评价三种 ＰＢＰＫ 模型的比较
李 梅 ， 王 齐 ， 陈 建 伟 ， 周 宜 开
【摘 要 】 介 绍 了 用 于 环 境 铅 健 康 风 险 评 价 的 ３ 种 基 于 生 理 学 的 药 物 动 力 学 （ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｌｙ ｂａｓｅｄ ｐｈａｒｍａｃｏｋｉｎｅｔｉｃ， ＰＢＰＫ ）模型，即 Ｏ’Ｆｌａｈｅｒｔｙ模型、Ｌｅｇｇｅｔｔ模型和ＩＥＵＢＫ 模型，并对３种模 型 的 应 用 对 象、应 用 范 围、结 构 及 准 确 性 进 行 比 较 ，从 而 筛 选 最 佳 模 型 。 【关 键 词 】 模 型 ； 铅 ； 环 境 健 康 风 险 评 价 【中 图 分 类 号 】 Ｒ１２ 【文 献 标 识 码 】 Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－５６２５．２０１３．０１．０２３
Ｏ＇Ｆｌａｈｅｒｔｙ 模 型 是 美 国 辛 辛 提 那 （Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ）大 学医学 院 环 境 卫 生 学 院 Ｏ＇Ｆｌａｈｅｒｔｙ［５］教 授 于 ２０ 世 纪９０年代建立的 人 体 铅 暴 露 ＰＢＰＫ 模 型。 该 模 型 暴露模块包括 空 气、食 物、水、尘 土 和 土 壤。 预 测 值 为儿童及成人血 铅、骨 皮 质 和 骨 小 梁 铅 含 量。 生 物 动力学部分由吸收、组 织 分 布、排 泄 ３ 大 块 组 成，基 本 原 理 是 ：通 过 年 龄 与 体 质 量 的 函 数 关 系 、体 质 量 与 身体各器官的重量 和 容 量 的 函 数 关 系，模 拟 铅 在 不 同年龄段人体内的 吸 收、分 布、代 谢 和 排 泄 过 程，反 映人的终生铅暴露 情 况，可 应 用 于 预 测 个 人 从 出 生 到成年任何年龄段的铅 暴 露 情 况。Ｏ＇Ｆｌａｈｅｒｔｙ 模 型 比较全面地模拟了 铅 在 人 体 内 转 运 过 程，尤 其 它 详 细描述了血液与其他组织之间铅转移时间以及血液 与其他组 织 器 官 之 间 的 铅 浓 度 比 值，美 国 ＩＥＵＢＫ 模型及成人血铅预测模型的生物动力学部分参考了 该模型的部分参数 。 ［６］
中 国 社 会 医 学 杂 志 ２０１３ 年 ２ 月 第 ３０ 卷 第 １ 期 Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｃｉａｌ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１３，Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．１
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类似，在 Ｏ’Ｆｌａｈｅｒｔｙ模型的基础上增加了脑组织部 分，不过并未对铅在脑组织中的代谢做详细描 述 。 ［７］ Ｌｅｇｇｅｔｔ模型可应用于 评 价 职 业 铅 暴 露 者 的 血 铅 水 平，也可以预测非职业暴露者的血铅值和骨铅 值 。 ［８］ 该 模 型 适 用 于 环 境 介 质 中 铅 的 短 时 间 、不 规 律 暴 露 ， Ｋｈｏｕｒｙ等 运 ［２］ 用该模型对德克萨斯州达拉斯西 部， 铅污染土壤修复活动是否会对当地儿童造成急性铅 暴露危害进行评价。
２．３ 模 型 的 结 构
３种 ＰＢＰＫ 模型的结构都包括铅暴露、吸收、多 组织分布和排出，暴 露 途 径 都 主 要 是 经 呼 吸 道 和 消 化道的摄入。ＩＥＵＢＫ 模 型 作 为 专 为 儿 童 设 置 的 模 型，其暴露模块根据 儿 童 的 生 活 习 惯 和 行 为 特 点 设 置暴露途径、暴露 方 式 与 暴 露 频 率，包 括 大 气、饮 用 水 、食 物 、泥 土 、灰 尘 和 其 他 。 大 气 、土 壤 和 灰 尘 还 分 为 室 内 和 室 外 暴 露，比 全 年 龄 段 暴 露 模 型 Ｏ’Ｆｌａ－ ｈｅｒｔｙ模型和 Ｌｅｇｇｅｔｔ模 型 的 暴 露 模 块 的 设 置 更 加 全面 和 细 致；吸 收 模 块 部 分，Ｏ’Ｆｌａｈｅｒｔｙ 模 型 和 Ｌｅｇｇｅｔｔ模 型 铅 的 吸 收 率 值 只 随 年 龄 的 变 化 而 变 化，而ＩＥＵＢＫ 不仅考虑的 铅 吸 收 率 的 年 龄 差 异，还 考虑了不同地区、不 同 环 境 介 质 中 铅 吸 收 率 的 差 异 （可通过体外或体 内 试 验 测 出），它 更 准 确 地 描 述 了 铅的吸 收 过 程［８］；组 织 分 布 模 块 部 分，Ｏ’Ｆｌａｈｅｒｔｙ 模 型 设 有 血 液 、骨 组 织 （包 括 骨 皮 质 和 骨 小 梁 ）、肝 和 肾，Ｌｅｇｇｅｔｔ模型增加 了 脑 组 织 部 分，但 对 脑 组 织 铅 代谢没有进一步详细描述［７］，ＩＥＵＢＫ 模型 的 结 构 与 Ｏ’Ｆｌａｈｅｒｔｙ模 型 类 似，且ＩＥＵＢＫ 的 某 些 代 谢 参 数 参考了 Ｌｅｇｇｅｔｔ模型和 Ｏ’Ｆｌａｈｅｒｔｙ 模 型；排 泄 模 块 部分，Ｏ’Ｆｌａｈｅｒｔｙ模型 只 包 括 尿 液 和 粪 便 两 种 排 出 途径，而 Ｌｅｇｇｅｔｔ模 型 和ＩＥＵＢＫ 模 型 除 此 之 外，还 包括 皮 肤、毛 发 和 指／趾 甲 等 铅 排 出 途 径。 另 外， Ｌｅｇｇｅｔｔ模型和 Ｏ’Ｆｌａｈｅｒｔｙ 模型尚没有反应模型变 异性的概率分布模块 。 ［４］
２ 模 型 的 比 较 与 评 价
２．１ 应 用 对 象
３个 ＰＢＰＫ 模型之中，Ｏ’Ｆｌａｈｅｒｔｙ模型 和 Ｌｅｇ－ ｇｅｔｔ模 型 可 用 于 全 年 龄 段 人 群 的 铅 暴 露 健 康 风 险 评 价，ＩＥＵＢＫ 模型只针对７岁以下的儿童。儿童是铅 中毒最敏感人群［１２］，因此环境 铅 暴 露 的 健 康 风 险 评 价应该充分重视 儿 童 的 铅 暴 露 情 况。 美 国 ＥＰＡ 建 立的 儿 童 ＩＥＵＢＫ 模 型 中，以 儿 童 的 行 为 特 点 为 基 础 ，构 建 了 多 项 自 填 和 默 认 暴 露 参 数 ，可 更 准 确 地 计 算 儿 童 铅 暴 露 量 ，从 而 更 有 效 地 预 测 儿 童 血 铅 水 平 。
【资 助 项 目 】 环 保 公 益 性 行 业 科 研 专 项 （２０１１０９０５８） 【作者单位】 华中科技大学 同 济 医 学 院 公 共 卫 生 学 院 、环 境
与健康教育部重点实 验 室（华 中 科 技 大 学），湖 北 武汉，４３００３０ 【通 讯 作 者 】 周 宜 开
１．１ Ｏ＇Ｆｌａｈｅｒｔｙ 模 型
ＩＥＵＢＫ 模型的应用主要包括以下几个方面：① 以环境介质中的铅含量预测儿童血铅水平及分布； ②探究儿 童 的 血 铅 水 平 与 各 种 暴 露 因 素 之 间 的 关 系 ，发 现 最 主 要 污 染 源 和 污 染 途 径 ，进 而 为 健 康 监 管 提供依据［１］；③根据血铅限量标准，用模型反推环 境 质量 标 准，为 采 取 具 体 的 环 境 治 理 对 策 提 供 依 据［１１］；④环境监管部门还可用 该 模 型 评 价 某 一 地 区 控铅措施的有效性 。 ［２］
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ ＰＢＰＫ Ｍｏｄｅｌｓ Ｕｓｅｄ ｉｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｈｅａｌｔｈ Ｒｉｓｋ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｆｏｒ
Ｌｅａｄ
ＬＩ Ｍｅｉ，ＷＡＮＧ Ｑｉ，ＺＨＯＵ Ｙｉｋａｉ，ｅｔ ａｌ．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｕｂｌｉｃ Ｈｅａｌｔｈ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒ－ ｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＭＯＥ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｈｅａｌｔｈ，Ｗｕｈａｎ，４３００３０，Ｃｈｉｎａ 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】 Ｍｏｄｅｌｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｈｅａｌｔｈ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ（ＨＲＡ）．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｉｎｄ ｏｕｔ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ａｐｐｒｏ－ ｐｒｉａｔｅ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｌｅａｄ ｅｘｐｏｓｕｒｅ，ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｌｙ ｂａｓｅｄ ｐｈａｒｍａｃｏｋｉｎｅｔｉｃ （ＰＢＰＫ） ｍｏｄｅｌｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ＨＲＡ ｆｏｒ ｌｅａｄ （ｉ．ｅ．Ｏ＇Ｆｌａｈｅｒｔｙ ｍｏｄｅｌ，Ｌｅｇｇｅｔｔ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｕｐｔａｋｅ Ｂｉｏｋｉｎｅｔ－ ｉｃ （ＩＥＵＢＫ）Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｌｅａｄ），ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｓ ｔｈｅｉｒ ｔａｒｇｅｔ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ，ｒａｎｇｅ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｃｙ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】 Ｍｏｄｅｌｓ； Ｌｅａｄ； Ｈｅａｌｔｈ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ
１．２ Ｌｅｇｇｅｔｔ模 型
Ｌｅｇｇｅｔｔ模 型 是 美 国 橡 树 岭 国 家 实 验 室 （Ｏａｋ Ｒｉｄｇｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）的 Ｌｅｇｇｅｔｔ［７］于１９９３年 建立的铅暴露模 型，被 国 际 放 射 防 护 委 员 会 （Ｉｎｔｅｒ－ ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ ｆｏｒ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ， ＩＣＲＰ）推荐应用 于 铅 暴 露 健 康 风 险 评 价，因 此 也 被 称为ＩＣＲＰ 模 型。Ｌｅｇｇｅｔｔ模 型 主 要 评 价 经 呼 吸 摄 入的 铅，预 测 结 果 为 全 年 龄 段 人 群 血 铅 及 骨 铅。 Ｌｅｇｇｅｔｔ模型生物动力学模块与 Ｏ’Ｆｌａｈｅｒｔｙ模型相
铅是 一 种 常 见 且 严 重 危 害 健 康 的 重 金 属 污 染 物，可通过大气、饮 用 水、土 壤、灰 尘、膳 食 等 多 种 途 径进入人体。血铅是人体铅健康效应敏感生物标志 物 之 一 ，因 此 ，环 境 铅 污 染 健 康 风 险 评 价 需 要 考 虑 多 种途径铅暴露及人群血铅水平。基于生理学的药物 动 力 学 （ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｌｙ ｂａｓｅｄ ｐｈａｒｍａｃｏｋｉｎｅｔｉｃ，ＰＢ－ ＰＫ）模型被欧 美 国 家 广 泛 应 用 于 铅 健 康 风 险 评 价， 其在铅暴露量评估、环 境 安 全 限 值 的 制 定 及 污 染 控 制措施效果评价中发挥 了 重 要 作 用 。 ［１～３］ 我 国 尚 未 将这种模型纳入环 境 健 康 风 险 评 价 框 架 之 中，本 文 简要介绍３种常见的 ＰＢＰＫ 模型，并进行比较，为选 择最佳环境铅健康风险评价提供参考。