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2020, 37(6):579-585.doi:10.13213/j.cnki.jeom.2020.19751

十溴二苯醚生产工人血清、头发和指甲中多溴二苯醚暴露水平及其相关性分析


1. 寿光市疾病预防控制中心, 山东 寿光 262700 ;
2. 山东省疾病预防控制中心, 山东 济南 250014

收稿日期: 2019-11-03;  录用日期:2020-04-16;  发布日期: 2020-07-09

基金项目: 山东省医药卫生科技发展计划项目(2013W159)

通信作者: 王德军, Email: wdjsd@163.com  

作者简介: 付中建(1977-), 男, 学士, 主管医师; E-mail:13869635589@163.com

利益冲突  无申报

伦理审批  已获取

[背景] 十溴二苯醚(Deca-BDE)是一种应用广泛的溴系阻燃剂,具有价格低廉且阻燃性能良好等优点,但长期应用带来的环境污染和潜在的人群健康风险备受关注。Deca-BDE生产工人作为职业暴露人群,其Deca-BDE暴露水平及健康风险预计远高于普通人群,亟须开展Deca-BDE生产工人的暴露水平监测。

[目的] 分析Deca-BDE生产厂工人血清、头发和指甲中多溴二苯醚(PBDEs)暴露水平,并进一步探讨血清、头发和指甲中十溴二苯醚(BDE-209)水平的相关性。

[方法] 以山东某Deca-BDE工厂作为研究现场,选择30名Deca-BDE生产工人作为研究对象,收集每人的血清、头发和指甲样,采用气相色谱-质谱法分别检测3种生物样本中8种PBDEs同系物(BDE-28、BDE-47、BDE-100、BDE-99、BDE-154、BDE-153、BDE-183和BDE-209)的质量分数(后称"含量")。采用中位数(M)和第25、75百分位数(P25P75)及最小值(Min)、最大值(Max)对PBDEs含量进行统计描述,分别采用Pearson和Spearman相关分析探讨血清-头发和血清-指甲中BDE-209含量的相关性。

[结果] 血清、指甲和头发样品中均可检出所有8种PBDEs同系物。血清中BDE-209检出率达100%,其含量的MP25P75)为6.39×103(2.37×103,2.43×104)ng·g-1(以脂重计),其余7种PBDEs同系物总含量的MP25P75)为229(131,493)ng·g-1(以脂重计);头发中BDE-209含量的MP25P75)达1.95×105(4.01×104,4.72×105)ng·g-1(以干重计),其余7种PBDEs总含量的MP25P75)为5.45×103(1.58×103,1.42×104)ng·g-1(以干重计);工人指甲中BDE-209含量的MP25P75)达2.26×106(9.90×105,2.90×106)ng·g-1(以干重计),其余7种PBDEs同系物总含量的P25M均为未检出,P75为975 ng·g-1(以干重计)。相关分析显示,工人血清与头发中BDE-209含量呈正相关(r=0.625,P < 0.01),工人血清与指甲中BDE-209含量呈正相关(rs=0.751,P < 0.01)。

[结论] Deca-BDE工厂作业工人BDE-209内暴露水平较高,面临潜在的职业健康风险。头发和指甲作为Deca-BDE工厂作业工人BDE-209内暴露水平的无创生物监测样本具有潜在的应用价值。

关键词: BDE-209;  作业工人;  血清;  头发;  指甲;  暴露水平 

阻燃剂是一大类反应型或添加型化学助剂,广泛应用于电子电气产品、建筑装饰材料、纺织品以及高分子材料中,起到防火抑燃的作用。溴系阻燃剂(brominated flame retardants,BFrs)因价格低廉且阻燃性能良好,是目前使用最广泛的阻燃剂。多溴二苯醚(polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)是自20世纪70年代以来产量最高的BFrs,商用PBDEs主要分为五溴二苯醚(penta brominated diphenyl ether,PentaBDE)、八溴二苯醚(octa brominated diphenyl ether,Octa-BDE)和十溴二苯醚(deca brominated diphenyl ether,Deca-BDE),前两者因其对环境及人体健康的潜在危害已于2009年被列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》名单,我国自2014年起全面停止了Penta-BDE和Octa-BDE的进出口及生产、销售和使用[1]。商用Deca-BDE的主要成分是2,2',3,3',4,4',5,5',6,6'-十溴二苯醚(BDE-209),由于其溴含量高,相对毒性小,直到2017年才被列入持久性有机污染物名单,但我国目前仍允许Deca-BDE的生产与使用。Deca-BDE持续应用带来的环境污染、人群暴露与健康风险备受关注,多种环境与生物基质中均可检出BDE- 209[1-2]。Deca-BDE具有甲状腺干扰效应、生殖和发育毒性及心血管毒性等多种毒性效应[3-7]。电子垃圾拆卸工人、BFrs生产企业工人等职业人群作为高暴露群体,往往面临远高于一般人群的BFrs暴露水平与健康风险[8],但目前职业人群的BFrs暴露水平研究依然非常有限。

人群暴露监测可分为外暴露监测和内暴露监测两种形式[9]。由于外暴露监测往往较为复杂,单一途径的外暴露很难准确估算人体实际摄入水平,而内暴露水平则能较准确地反映体内的实际摄入水平。以往研究往往将电子垃圾拆解厂工人定义为BFrs职业暴露人群[10-11],其内暴露水平远高于对照人群。而Deca-BDE生产工人作为职业暴露人群,其Deca-BDE暴露水平及健康风险预计远高于普通人群[3, 8],因此亟须开展职业人群的Deca-BDE内暴露水平监测与评估。山东省是我国Deca-BDE的主要生产基地,本研究拟采集山东境内某Deca-BDE生产企业工人的血清、头发和指甲等生物样本,检测其中主要PBDEs同系物的质量分数(后称“含量”),并对职业工人PBDEs内暴露水平进行分析。本研究检测的PBDEs同系物包括BDE-209、2,4,4'-三溴二苯醚(BDE-28)、2,2',4,4'-四溴二苯醚(BDE-47)、2,2',4,4',6-五溴二苯醚(BDE-100)、2,2',4,4',5-五溴二苯醚(BDE-99)、2,2',4,4',5,6'-六溴二苯醚(BDE-154)、2,2',4,4',5,5'-六溴二苯醚(BDE-153)、2,2',3,4,4',5',6-七溴二苯醚(BDE-183)。

1   对象与方法

1.1   研究现场

选择山东省内某Deca-BDE生产企业为研究现场,该厂年产Deca-BDE约3 000 t,从业人员50余名。Deca-BDE的生产分为两个车间:预处理车间和后处理车间。预处理车间是产品化学合成的前处理过程,主要包括溴化、蒸馏和水洗工序;后处理车间则是成品的形成过程,主要包括压滤、烘干和包装工序。

1.2   研究对象

研究对象为该企业从业1年以上且未接触过其他BFrs及化学有害物质、无既往病史的Deca-BDE生产工人30名。本研究经山东省疾病预防控制中心伦理委员会审查批准[伦研批第(2014-10)号]。在被告知本研究目的后,自愿参与调查的工人均签署了知情同意书。本研究以问卷的方式现场调查了研究对象的基本人口学特征,包括性别、年龄、身高、体重、作业岗位、职业接触时间、职业接触史以及工作期间个人防护用品(防护服、防尘口罩及手套)的使用情况等。

1.3   试剂与仪器

1.3.1   试剂

正己烷、丙酮、二氯甲烷等(均为HPLC级),硅胶(粒径0.063~0.100 mm)(Merck,德国),C18吸附剂(Agilent,美国),98%硫酸、硝酸、30%过氧化氢、无水硫酸钠、无水硫酸镁和氯化钠(均为优级纯,北京化工厂,中国)。

1.3.2   标准溶液

BDE-28、BDE-47、BDE-77、BDE-99、BDE- 100、BDE-128、BDE-153、BDE-154、BDE-183和BDE-209混标(AccuStandard,美国),质量浓度均为50mg·L-1,溶于甲苯;同位素内标标准溶液13C12-BDE-209(Wellington,加拿大),质量浓度25 mg·L-1,溶于甲苯。混标中BDE- 77及BDE-128化学名分别为3,3',4,4'-四溴二苯醚,2,2',3,3',4,4'-六溴二苯醚。

1.3.3   仪器

气相色谱-质谱联用仪(7890B-5977A,Agilent,美国),DB-5MS气相色谱柱(柱长15 m,内径0.25 mm,膜厚0.10μm)(J & W,美国)。

1.4   分析方法

1.4.1   样品采集

禁食12 h后由当地疾控中心专业技术人员负责血样采集,每人采集全血约10 mL。静置20 min后,3 000×g离心15 min分离得到血清,取1 mL血清测定总甘油三酯和胆固醇以计算脂肪含量,其余血清转移至棕色玻璃瓶中置于-20℃保存。采集血样的同时收集头发和指甲样品,用铝箔纸包裹后置于-20℃保存,待测定。

1.4.2   样品制备

血清前处理采用Li等[12]所述的方法进行,以分散固相萃取技术为主要前处理手段。头发与指甲样的前处理方法由本实验室自行建立,主要流程为:(1)头发指甲清洗后烘干并称重,取头发样300 mg或指甲样30 mg用于检测;(2)采用硝酸和过氧化氢混合液进行消化处理;(3)用正己烷与二氯甲烷混合液提取,自制酸化硅胶固相萃取柱净化。

1.4.3   仪器分析

用气相色谱-质谱法分析血液、头发和指甲样品中的8种PBDEs同系物(BDE-28、BDE- 47、BDE-99、BDE-100、BDE-153、BDE-154、BDE-183和BDE-209)。气相部分以氦气为载气,流量3 mL·min-1。气相升温程序为:100℃恒温1 min,以20℃ ·min-1的速度升温至300℃,保持7min。进样体积1 μL,以不分流模式进样,进样口温度设置为270℃。

质谱部分以甲烷作为反应气,在负化学离子化模式下运行。以选择离子监测模式定量分析,内标法定量。以BDE-77作为BDE-28、BDE-47、BDE-99、BDE- 100、BDE-153和BDE-154的内标,以BDE-128作为BDE- 183的内标,以13C12-BDE-209作为BDE-209的内标。BDE-209的监测离子质荷比(m/z)为486.5及488.5,13C12-BDE-209的监测离子m/z为492.5及494.5,其余待测物监测离子m/z均为79和81[13]

1.4.4   质量控制

在样品采集阶段,本研究使用的剪刀和指甲剪均为不锈钢材质且在每次采样后均用乙醇擦拭。为控制前处理过程中背景干扰,玻璃器皿在使用前均经400℃烘烤5 h以上。在仪器分析过程中,每检测10个样品均进行1次空白检测,以排除背景污染。空白实验表明无背景干扰。以经检测无PBDEs残留的胎牛血清、普通人头发和指甲为基质进行加标回收实验,结果显示各待测物加标回收率均在80%至120%之间,相对标准偏差 < 15%。血清样品中PBDEs含量以脂重计(后同),头发和指甲样品中PBDEs含量以干重计(后同)。血清中BDE-209的检出限(limit of detection,LOD)为10.2ng·g-1,而BDE-28、BDE-47、BDE-100、BDE-99、BDE-154、BDE-153和BDE-183(∑3-7PBDEs)的LOD范围为0.10~0.58ng·g-1;头发和指甲中BDE-209的LOD分别为20.0、50.0ng·g-1,∑3-7PBDEs的LOD范围分别为0.55~3.00 ng·g-1和1.50~5.10 ng·g-1。未检出的数据按1/2 LOD进行分析。

1.5   统计学分析

采用SPSS 22.0进行统计分析。对工人基本人口学特征,包括工人年龄、工龄和体重指数[body mass index,BMI,BMI=体重/身高2(kg·m-2)]及血清、头发及指甲中PBDEs含量均进行正态性检验;不同性别工人一般特征的比较采用两样本均数的t检验或四格表资料的Fisher确切概率法;检验水准为α=0.05。非正态分布资料以中位数(M),第25、75百分位数(P25P75)和最小、大值(minmax)描述数据特征。经对数变换后,血清和头发中BDE-209含量符合正态分布,用Pearson相关分析两者之间的相关性(检验水准为α=0.01);经对数变换后指甲中BDE-209含量不服从正态分布,用Spearman相关分析血清和指甲中BDE- 209含量之间的相关性(检验水准为α=0.01)。

2   结果

2.1   企业基本情况

Deca-BDE生产车间的作业工种可分为前处理操作工和后处理操作工,但作业岗位之间紧邻无遮挡,岗位轮换比较频繁,无长期固定岗位。预处理车间操作工主要根据工艺参数从事设备及管道阀门的开关工作,后处理车间操作工主要以半机械化半手工操作为主;两车间相对隔离。职业卫生管理水平较差,防尘防毒设施不完善,粉尘和化学毒物的逸散较严重,部分工人佩戴防尘口罩。

2.2   研究对象的基本情况

本研究纳入Deca-BDE生产工人30名作为研究对象,涵盖了所有作业岗位。其中男性23人,女性7人,男、女性工人基本人口学特征差异均无统计学意义(P > 0.05)(表 1)。

表1

Deca-BDE生产工厂作业工人基本人口学特征

Table1.

Basic demographic characteristics of workers from a Deca-BDE manufacturing plant

2.3   血清中PBDEs含量

血清中BDE-209检出率达100%,其检测结果范围为202~5.71×104 ng·g-1,中位数为6.39×103 ng·g-1。其余7种PBDEs同系物(∑3-7PBDEs)总含量的检测结果范围为33.0~794ng·g-1,中位数为229ng·g-1,其中BDE-28、BDE-47、BDE-153和BDE-183的检出率相对较高,分别达到了90.0%、90.0%、83.0%和100.0%,但含量远低于BDE-209(表 2)。

表2

Deca-BDE生产厂工人血清中8种PBDEs检测结果(n=30)

Table2.

Serum concentrations of eight PBDEs in Deca-BDE manufacturing workers (n=30)

2.4   头发中PBDEs含量

头发样品中BDE-209检出率同样为100.0%,其检测结果范围为9.18×103~2.81×106 ng·g-1,中位数为1.95×105 ng·g-1。其余7种PBDEs总含量的范围为 < LOD~2.81×104 ng·g-1,中位数为5.45×103 ng·g-1,其中BDE-154、BDE-153和BDE-183的检出率相对较高(≥ 90.0%),但其含量也远低于BDE-209(表 3)。

表3

Deca-BDE生产厂工人头发中8种PBDEs检测结果(n=30)

Table3.

Hair concentrations of eight PBDEs in Deca-BDE manufacturing workers (n=30)

2.5   指甲中PBDEs含量

指甲样品中BDE-209检出率达100.0%,其检测结果范围为3.81×105~5.95×106 ng·g-1,中位数达2.26×106 ng·g-1。但其余7种PBDEs同系物检出率均较低,其总含量的检测结果范围为 < LOD~1.23×105ng·g-1,中位数为 < LOD(表 4)。

表4

Deca-BDE生产厂工人指甲中8种PBDEs检测结果(n=30)

Table4.

Nail concentrations of eight PBDEs in Deca-BDE manufacturing workers (n=30)

2.6   头发、指甲与血清中BDE-209含量的相关性

分析30名BDE-209工人匹配的血清、头发和指甲样品中BDE-209含量的相关性,结果显示:经对数转换后,BDE-209工人血清与头发中BDE-209含量间的Pearson相关分析显示两者呈正相关(r=0.625,P < 0.01);血清与指甲中BDE-209含量间的Spearman相关分析,结果显示两者呈正相关(rs=0.751,P < 0.01)(图 1)。

图 1

工人头发与血清中(A)及指甲与血清中(B)BDE-209含量的相关性(n=30)

Figure1.

Correlations of BDE-209 levels between serum and hair samples (A) and between serum and nail samples (B)

3   讨论

PBDEs通常作为添加型阻燃剂被使用,与母体材料间仅为简单的物理混合,因此较易以挥发和渗出等方式脱离母体进入周围环境。在Penta-BDE和OctaBDE全面禁用后,Deca-BDE成为中国产量、使用量最大的PBDEs类阻燃剂,导致其环境污染和人群暴露水平也明显高于其他PBDEs同系物。第五次全国总膳食调查的结果显示[14],BDE-209已成为中国膳食中PBDEs的最主要同系物,其含量的均数和中位数分别为1.5ng·g-1和1 ng·g-1,最大值达14.9 ng·g-1(均以脂重计),比其他同系物含量高1~2个数量级。一项针对中国16个省份人群母乳中BFrs含量的研究同样表明BDE-209已成为母乳中最主要的PBDEs同系物[15]。Zhu等[16]对雄性ICR小鼠进行BDE-209的28d灌胃染毒,发现BDE-209导致小鼠血清葡萄糖和甘油三酯水平降低和高密度脂蛋白水平升高,并损害小鼠肝脏和脂肪组织结构,说明BDE-209对糖脂代谢的潜在影响。Li等[17]对雄性SD大鼠进行BDE-209灌胃染毒,发现其可造成大鼠空间学习能力和记忆力受损。Zhang等[18]探讨了BDE-209染毒对人正常肺上皮细胞Beas-2B的影响,发现其暴露对呼吸系统可能具有潜在的毒性效应,且具有剂量和时间依赖性。由于BDE-209在环境中的赋存量较高且对人体健康具有潜在危害,因此开展Deca-BDE生产厂工人暴露水平监测具有重要的现实意义。

本研究结果显示,Deca-BDE生产厂工人血清中BDE-209含量中位数高达6.39×103 ng·g-1,这一结果远高于以往研究。电子垃圾拆卸厂工人以往被认为是BFrs污染的高暴露人群,但在一项针对中国南方地区某电子垃圾拆解厂的研究[11]结果显示,该厂工人血清中BDE-209含量中位数为409 ng·g-1,仅为本研究结果的约6%,表明Deca-BDE生产厂工人内暴露水平已远高于电子垃圾拆解厂工人。一项针对中国北方地区一般人群的研究[19]表明,人血清BDE-209含量中位数仅为5.02 ng·g-1,远低于本研究结果。由此可见DecaBDE工人在生产过程中面临着严重的职业暴露,需进一步加强职业防护。

作为脂溶性物质,PBDEs在头发和指甲中含量相对较低,因此以往研究中较少采用头发和指甲作为监测样本。但由于职业工人的高暴露,加之头发和指甲容易采集,因此头发和指甲可作为职业工人内暴露水平的无创生物监测样本。本研究结果显示,Deca-BDE工人头发中BDE-209含量中位数高达1.95×105 ng·g-1,这一数值同样远高于中国南方电子垃圾拆解厂工人头发中BDE-209中位含量(34.0 ng·g-1[11]和我国华南地区普通人群头发中BDE-209中位含量(3.08 ng·g-1[20]。涉及指甲的文献极少,本研究中Deca-BDE工人指甲中BDE-209中位数为2.26×106 ng·g-1,远高于美国普通人群指甲中BDE-209中位含量(7.70 ng·g-1[21]。本研究通过相关性分析进一步探讨了头发和指甲作为DecaBDE工厂工人BDE-209内暴露水平生物监测样本的可能性,结果显示Deca-BDE工厂工人血清中BDE- 209含量与指甲和头发中BDE-209含量相关性有统计学意义(P < 0.01)。以往研究表明,在人体暴露监测过程中由于外部环境介质(空气、灰尘和气溶胶等)中待测物的实际赋存,对头发和指甲等样品存在一定程度的沾染,往往在检测过程中难以真正区分内、外暴露水平,所以头发和指甲作为无创生物监测样本,更多地反映了人体的整体暴露水平[22-23]

BDE-209是商用Deca-BDE的主要成分,从本研究的检测结果也可看出血清中BDE-209在8种PBDEs同系物中占比达93.2%,在头发中占比为97.5%,而在指甲中占比几乎达100%。其余7种PBDEs同系物在血清、头发和指甲中均可检出,但含量很低,在8种PBDEs同系物中占比也很低,这可能与不同PBDEs同系物在不同组织内的蓄积量存在差异有关[24]。车间空气吸入是血清中3-7PBDEs的主要来源,因为这些同系物也被发现存在于车间空气中[8]。有研究认为这些低溴同系物是商业Deca-BDE的主要副产品[25-26]。对于在车间中观察到的这些同源物的来源有必要进一步调查研究。

本研究结果表明,Deca-BDE工厂作业工人血清、头发和指甲中PBDEs均可检出,BDE-209检出率均达100%。由于Deca-BDE在我国仍在生产与使用,因此其广泛应用带来的环境污染和人群健康风险不容忽视。Deca-BDE工厂工人作为高暴露群体,面临着远高于普通人群的暴露水平[8],其职业相关健康风险亟待进一步评估。将头发和指甲作为Deca-BDE工厂工人BDE-209内暴露水平的无创生物监测样本具有良好的应用前景,但由于本研究为横断面调查,且样本含量较小,所获得的结论仅能提供统计学上的相关性,而其实际应用价值还有待进一步扩大样本量进行验证。同时,针对Deca-BDE生产工人血清和指甲中BDE-209含量的Spearman相关分析,其检验效能较低,因此指甲作为Deca-BDE生产工人暴露生物监测样本的应用价值尚需进一步考量。另外,在今后的研究中尚需进一步监测当地非职业暴露人群的PBDEs内暴露水平,以了解该地区的环境暴露水平,为开展PBDEs与人体健康危害之间的关联性研究提供科学依据。

表1

Deca-BDE生产工厂作业工人基本人口学特征

Table 1

Basic demographic characteristics of workers from a Deca-BDE manufacturing plant