胃癌超高发区县农田和主粮作物的重金属污染及健康风险评价研究

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2018年,全球有100余万新增胃癌患者,超过78万人死于胃癌,中国新增胃癌患者占全球总数的40%以上。总体上,胃癌发病人数和发病率仍呈现上升趋势。中国胃癌的发病率排在全国癌症发病率谱的第2位,占全部癌症发病人数的10.61%。胃癌死亡率排在第3位,占全部因癌症死亡人数的12.73%。可见,我国属于胃癌高发病率和高死亡率的国家。胃癌高发严重影响了人民群众的生命、健康和生活质量,给社会发展带来了沉重的负担。因此,对胃癌高发的原因进行研究,阐明胃癌的病因,提出预防的措施,降低癌症发病率是具有重要意义的。胃癌的发病过程是一个多因素、多阶段的过程。幽门螺杆菌(Hp)感染是导致胃癌的重要因素之一。在全世界范围内,有大约90%的非贲门胃癌与Hp的感染有关。流行病学研究中,胃癌高发的病因学显示,致癌病原体以外的因素也具有重要作用。这些因素包括化学致癌物质、化学促癌物质、电磁辐射等物理因素、遗传因素、肌体衰老、生活方式和社会环境等。鉴于胃具有与其他器官完全不同的酸性环境,在诱发胃癌的各种可能的环境化学因素中,重金属污染物的致癌作用得到高度重视。并且,由于重金属元素的毒理效应明显、几乎无可降解性、具有生物积累效应以及高持久性等,已成为生态系统中的危险污染物;研究重金属暴露导致胃癌高发的风险性成为胃癌防治领域的重要课题。
  本文对国内5个胃癌超高发病率区县的农田土壤及相应的主要粮食作物受5种致癌性重金属(铬、镉、铅、砷和汞)污染的情况进行了研究。评价了重金属污染造成的非致癌健康风险和致癌风险,分析了农田和农产品重金属污染与胃癌高发的关系,并通过机理研究提出了Hp与重金属在导致胃癌发生中的发挥协同作用的观点,为降低由于重金属污染造成的胃癌发病率提供了新的思路。
  本文将全国肿瘤登记地区中的5个胃癌发病率超过100/105的区县定义为胃癌超高发病率区县,并作为典型研究对象。这5个区县也都是主产粮区县,对此类地区农田土壤和粮食作物进行重金属污染的研究,与研究当地居民通过饮食暴露于重金属的程度关系密切,适于进一步进行暴露风险的评估。为了进行比较研究,选择低重金属暴露的B县作为对照地区。在对这些地区粮食种植情况、农田分布和主要粮食作物种类分析的基础上,对每个区县的主要粮食作物(稻谷、玉米和小麦)各选取9块农田,每块农田按照100m×100m网格取九个采样点,在粮食成熟时节采集庄稼可食用部分的籽粒以及相应庄稼根部0-20cm深的土壤作为待测样品。共采集2916个样品,用于测定其中的重金属含量。
  对土壤和作物籽粒中重金属含量的测定方法进行了研究。建立并优化了重金属检测的高分辨连续光源原子吸收光谱法,优化了微波消解和原子吸收检测条件;对方法的准确性、灵敏度和稳定性进行了评价。结果显示,所建方法对土壤和谷物样品中的铬(Cr)、镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)和汞(Hg)的检出限分别为0.025,0.011,0.012,0.006和0.002μg/L;所测定土壤标准物质中重金属的回收率为98.3-99.3%;大米粉标准物质中重金属的回收率98.6-99.5%,表明方法重现性较好,准确性较高,能够满足所研究样品中重金属含量的定量分析。在此基础上,对所采集的土壤和作物籽粒样本中Cr,Cd,Pb,As和Hg五种元素含量进行了测定。结果表明,以我国土壤管控国家标准(GB15618-2018)为依据,五种重金属Cr,Cd,Pb,As和Hg含量均未超出农用地土壤污染风险管制值,但个别土壤样本中Cd含量超出国家管控标准的风险筛选值。作物籽粒中五种重金属的含量未见明显的地域分布特征,以我国食品中污染物限量国家标准(GB2762-2017)为依据,五种金属在作物籽粒样本中的含量平均值均在限定范围内。但是,仍然有部分样品的重金属含量超出食品安全限值。对来自五个胃癌超高发区县的土壤和作物籽粒样本的测定结果的统计分析表明当地主要粮食作物在一定程度上存在重金属污染现象。
  利用内梅罗综合污染指数、潜在生态风险指数和地质积累指数法对研究区域的重金属污染情况进行了分析。结果表明,各区域农田土壤都处于较重度污染水平,Hg和Cd的潜在生态风险较大,Cd,Pb和Hg受到人类活动影响在部分土壤中积累。应用生物富集因子(BCF)对重金属的生物富集情况进行了研究。并且对土壤中重金属以及粮食中重金属对当地居民产生的非致癌健康风险和致癌风险进行了评估。不同作物农田土壤中重金属经不同途径暴露,对成人和儿童的非致癌健康危险指数HI均<1,对成人的总致癌风险指数TCR均在10-6-10-4之间;表明土壤中重金属暴露不造成明显非致癌健康风险,而致癌风险在可接受范围内。
  主粮作物中重金属对成人和儿童的非致癌健康风险评估结果显示,As是成人和儿童非致癌健康风险的主要因素,As的污染造成的非致癌健康风险比较高是五区县的共同问题。主粮作物籽粒中重金属的致癌风险主要来源于Cr,Cd和As。各作物的总致癌风险指数均超过可接受的风险限值(10-4),其中,稻粒的总致癌风险指数超过可接受的风险限值10倍以上。各高重金属暴露的研究地区与低重金属暴露的对照区——黑龙江省B县——进行病因学前瞻性相对危险度分析发现,所研究地区的胃癌发病率与通过主粮摄食的重金属暴露有密切关系(RR=7.18,95%CI=5.09-9.98)。
  本研究建立了一套适合测定农田土壤和粮食籽粒中重金属含量的方法,对在国内5个胃癌超高发病率区县采集的农田土壤和相应粮食籽粒中的重金属含量进行了分析。在对重金属暴露的健康风险和致癌风险评估的基础上,对不同地区的重金属污染与胃癌高发之间的关系进行了探讨,为降低以上地区的胃癌超高发病率问题提供了新的数据、方法、思路与观点。
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