2. 武昌区疾病预防控制中心;
3. 武汉市疾病预防控制中心
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危险性评估是指食源性危害(化学的、生物的、物理的)对人体产生已知的或潜在的对健康不良作用可能性的科学评估，这一科学手段已得到国际机构和各国政府的广泛重视，被认为是食品安全决策的科学依据[1]。目前，国际上对化学性危害的危险性评估采用的方法可分为以定量模型为主的风险评价方法和以不确定性模型如Monte Carlo(蒙特卡洛法)模型为主的风险评价方法。与定量模型方法采用人群某参数点估计值进行定量计算不同，Monte Carlo法则通过数值建立模型和进行模拟抽样得到危害在群体中发生的概率分布，应用Monte Carlo法模拟风险评价模型中的不确定性因素，通过采集有限的样本来预测总体的情况，对风险的不确定性进行更为直观的表述，更符合风险的不确定性本质，且具有预测性，因而更具有优势[2-3]。美国较早运用Monte Carlo法模拟进行鱼类甲基汞暴露评估[4]，日本应用Monte Carlo法模拟不同大米镉标准对暴露的影响[5]，而国内应用不确定性模型进行食品安全风险评估的研究报道较少。
本文在市售大米镉含量调查结果及相关文献数据的基础上用Oracle Crystal Ball(水晶球)风险评估软件对大米来源镉暴露的致癌风险基于Monte Carlo法模拟进行评估。
1 材料与方法 1.1 样品的采集与检测2011年3—5月份对武汉市各城区和郊区等15个不同地区的超市与集贸市场销售的67个不同品牌的大米进行随机抽样，每个地区采集5份样品，共75份，其中超市与集贸市场样品比例为2:3。按石墨炉原子吸收光谱法(GB/T 5009.15-2003)[6]对大米样品中镉含量进行测定，镉标准品由国家标准物质中心提供。样品检测实验室经计量认证，每次检测时进行加标回收试验，同时检测标准质控样品。
1.2 基于Monte Carlo法模拟风险评估的方法[2]本文所使用的Oracle Crystal Ball(水晶球)风险评估软件是基于Monte Carlo法模拟对不确定性进行最大程度准确的估计。具体方法是根据大米中镉含量的检测数据采用Monte Carlo法模拟，使用Oracle Crystal Ball风险评估软件进行分布的拟合优度检验，确定随机产生分布类型及大米中镉含量的参数，然后设置相应参数模拟抽样估算总体分布趋势，输出风险分布图，对风险值的概率分布进行分析，得出致癌风险的概率大小。
1.3 数据处理测定数据用IBM SPSS软件(V19.0)、Oracle Crystal Ball(V11.1.2) 风险评估软件进行整理及分析。
2 结果与分析 2.1 调查结果分析 2.1.1 分析结果用IBM SPSS V19.0软件对75份大米样品镉含量测定结果进行统计分析，平均值为0.0619 mg/kg，标准差为0.0463 mg/kg，镉含量范围为0.0018 ~ 0.1800 mg/kg，均在0.2 mg/kg[7]的限量水平以下，全部合格。
2.1.2 对大米镉含量分布进行拟合优度检验的结果用Oracle Crystal Ball风险评估软件对大米样品中镉含量分布进行Anderson-Darling、K-S、Chi-Square检验，综合模拟分布图可知市售大米镉含量最可能符合对数正态分布，拟合对数正态分布后得到市售大米镉含量的均值为0.0629 mg/kg、标准差为0.0540 mg/kg，95%分位数大米样品镉含量为0.169 mg/kg。
2.2 大米途径摄入镉的日均暴露剂量估算 2.2.1 日均暴露剂量计算参数通过大米途径摄入镉的日均单位体重暴露量CDI可通过公式(1) 计算[8]：
| $ CDI = C \times W \div {\rm B}W \cdots \cdots $ | (1) |
式中：CDI－通过大米途径摄入镉的日均单位体重暴露量[mg/(kg·d)]；C－大米中镉含量(mg/kg)；W－居民日均食用大米量(kg/d)；BW－城市居民平均体重(kg)。
本文以当地城市居民为研究对象, 以2002年卫生部膳食结构调查武汉市居民成人的数据作为参考，体重以62 kg计，居民日均食用大米量为0.23 kg。
2.2.2 基于Monte Carlo法模拟的大米途径摄入镉日均暴露剂量估算(1) 用Oracle Crystal Ball风险评估软件对大米途径摄入镉日均暴露剂量建立数学模型所需的相关参数设置见表 1。
(2) 利用表中列出的相关参数及计算公式，运用Oracle Crystal Ball风险评估软件对日均暴露剂量的各影响因子进行敏感性分析。结果显示大米镉含量对CDI的贡献为73.9%，居民大米摄入量的贡献为26.1%。说明大米中镉含量为影响居民摄入镉的日均单位体重暴露量CDI的主要因素，因此应加强大米中镉污染物检测，同时限制未超标但含镉量高的大米流入市场，以控制整体大米镉含量在安全范围内。
(3) 应用Oracle Crystal Ball风险评估软件对大米中镉含量检测数据建立模型后，设置软件进行10 000次模拟抽样以进行大米样品总体即武汉市市售大米镉含量分布的估算，模拟分布图显示市售大米镉含量平均值为0.0635 mg/kg。
(4) 应用Oracle Crystal Ball风险评估软件对居民通过大米摄入镉的CDI概率分布见图 1，可见其平均值为2.40×10-4 mg/(kg·d)，95%分位数为7.16×10-4 mg/(kg·d)。
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| 图 1 基于Monte Carlo模拟对居民大米途径摄入镉的CDI概率分布图 |
2.3 大米途径摄入镉的日均暴露剂量的评价
暴露评价，即对暴露量与毒性(或标准)进行比较。应用公式(2)[2]计算风险商：
| $ Hazard\;\;Quotient\left( {HQ} \right) = CDI/RfD \cdots \cdots $ | (2) |
其中HQ表示风险商，口服摄入镉的RfD[1]为1.0×10-3mg/(kg·d)，当HQ>1时，表示此种化学物质存在潜在风险。
根据上述公式及图 1中CDI概率分布参数用Oracle Crystal Ball风险评估软件对风险商概率分布进行分析，结果见图 2。
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| 图 2 大米途径摄入镉暴露风险的风险商概率分布图 |
对普通市民大米镉摄入日均暴露剂量评价时采用CDI的均值代表其暴露水平。由图 2可知风险商为0.24 < 1，处于安全水平内；对大米途径摄入镉暴露量大的高危人群则采用CDI的95%分位值，显示95%分位值风险商为0.72 < 1，表明风险虽然较大但仍处于安全水平内。
2.4 大米途径摄入镉的致癌风险评价 2.4.1 镉致癌风险评估标准镉具有致癌性。对于化学致癌物，国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受年风险水平为5.0×10-5/a，而在美国环保局(EPA)的致癌风险评价指南中，认为当年风险水平小于1.0×10-4 /a时，该风险是可以接受的[2]，本研究对大米途径摄入镉的致癌风险评估采用较严格的ICRP推荐的标准。
2.4.2 大米途径摄入镉的致癌风险评价模型及风险分析超额风险度指暴露的某一段时间(一般为一生)由受评致癌因子致癌的概率。对于人群而言，年均超额风险度具有重要意义，其由致癌风险度除以人均寿命得到。
本文采用美国环保局(EPA)常采用的多阶段模型[8]用公式表示
| $ 超额风险度 = CDI \times SF \cdots \cdots $ | (3) |
其中CDI为居民大米镉的日均体重摄入量(mg/kg·d)；SF为致癌强度系数(kg·d/mg), 镉的致癌强度系数采用美国环保局(EPA)推荐为6.1 (kg·d/mg)[8]。
当上述公式的结果大于0.01时，说明暴露剂量大，线性模型不再使用，应使用一次打击模型[8]：
| $ 致癌风险度 = 1-{e^{-CDI \times SF}} \cdots \cdots $ | (4) |
(1) 结合CDI分布，利用Oracle Crystal Ball风险评估软件对超额风险度分布进行分析(图 3)。
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| 图 3 大米途径摄入镉的致癌超额风险度分布图 |
由图 3看出超额风险度的均值为1.5×10-3，95%分位值为4.4×10-3，两者均远小于0.01，不需采用一次打击模型计算。
(2) 当平均寿命以70岁计时，居民年均超额风险度分布图见图 4。
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| 图 4 大米途径摄入的镉对居民致癌年均超额风险度分布图 |
由图 4可知，大米途径摄入镉对武汉市居民致癌的年均超额风险度均值为2.16 ×10-5/a，若以国际防辐射委员会(ICRP)推荐的化学致癌物最大可接受水平5.00×10-5/a为标准, 结果表明有91.11%的人群以大米途径摄入的镉暴露在最大可接受水平内。
3 讨论 3.1国际癌症研究机构(IARC)明确指出，镉是人类和实验动物肺癌的肯定致癌物，并已被归类为第一类致癌物[9]。水稻是我国传统的大宗谷类作物，是镉蓄积性较强的农作物，也是我国大部分地区的主食。大米中蓄积的镉已被不同地区调查表明是膳食镉污染的主要来源[10]，因此要加强对大米中镉污染监测，更重要的是根据检测的结果对人群的潜在健康危害进行风险评估，本文只是针对大米途径摄入的镉利用Oracle Crystal Ball风险评估软件进行初探，通过Monte Carlo法模拟风险评价模型中的不确定性因素，采集有限的样本来预测总体的情况，理论上该方法可行；实际应用结果显示模拟市售大米镉含量总体分布的平均值为0.0635 mg/kg，与实际采集样品检测结果及拟合对数正态分布后得到市售大米镉含量结果一致。
3.2应用Monte Carlo模拟法对大米途径摄入镉的健康风险进行暴露评价，本文以均值、95%分位值分别进行普通人群、高暴露人群的暴露风险估算，输出CDI、风险商的概率分布图，运用风险商对大米途径摄入的镉进行暴露评价，结果显示普通人群、高暴露人群的风险商分别为0.24、0.72，均小于1，处于可接受水平内。
3.3通过Monte Carlo模拟法对大米途径摄入镉的健康危害进行风险评价，得到大米途径摄入镉的致癌风险的概率值及其风险度分布图，结果显示年均超额风险度均值为2.16 ×10-5/a，说明对普通人群的健康风险较小，只在91.11%概率时超过了5.00×10-5/a标准，由此推知还有8.89%的高暴露人群仅通过大米途径摄入镉可能面临潜在的致癌风险，而且该结果只是建立在假设日摄入镉量全部来自大米的基础上，研究结果显示大米途径摄入的镉只是膳食镉的主要来源，对CDI的贡献为73.9%，除此之外蔬菜、动物内脏、水产品等含镉的食物也是膳食镉的重要来源，从而造成对镉健康风险的低估，故对大米镉高暴露水平的人群可能具有潜在健康风险，在风险管理上需引起重视。
| [1] | 陈君石. 危险性评估与食品安全[J]. 中国食品卫生杂志, 2003, 15(1): 3–6. |
| [2] | 刘发欣. 区域土壤及农产品中重金属的人体健康风险评估[D]. 中国知网, 四川农业大学硕士论文, 2007, 43-69. http://d.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y1191281.aspx |
| [3] | 钱永中, 李耘, 陈晨. 应用于农药残留对人体暴露评估的蒙特卡洛方法及其进展[J]. 农业质量标准, 2007, 5(5): 44–47. |
| [4] | JECFA. Evaluation of certain food additives and the contaminats fifty-third report of the joint FAO/WHO expert committee on food additives[R]. WHO Food Additives Series No.44, Geneva:World Health Organizaion 2000, 313-391. |
| [5] | JECFA. Evaluation of certain food additives and the contaminants sixth-fourth report of the joint FAO/WHO expert committee of food additives, summary and conclusion[R]. Geneva:World Health Oranization, 2005, 17-19. |
| [6] | 中华人民共和国卫生部. GB/T 5009. 15-2003食品中镉的测定方法[S]. 北京: 中国标准出版社, 2003. |
| [7] | 中华人民共和国卫生部. GB 2762-2005食品中污染物限量[S]. 北京: 中国标准出版社, 2005. |
| [8] | 梁高道, 革丽亚, 谭慧, 等. 武汉市城市成人居民总膳食汇总镉的健康风险评价[J]. 中国卫生检验杂志, 2008, 18(12): 2715–2716. doi: 10.3969/j.issn.1004-8685.2008.12.110 |
| [9] | 王心如主编. 毒理学基础[M]. 第5版. 北京: 人民卫生出版社, 2007. |
| [10] | 张文丽, 李秋娟, 史丽娟, 等. 中国南方某镉污染区人群膳食摄入调查[J]. 卫生研究, 2009, 38(5): 552–557. |