基于铅同位素比值的来源解析：家养狗的血铅能否用于确定儿童铅污染的水平和来源？

文章信息

第一作者：陈星

通讯作者：段小丽

通讯单位：北京科技大学

项目支持：国家自然科学基金青年基金

论文DOI：https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.136197

图形摘要

研究亮点

• 冶炼区家养狗的血铅水平显著高于燃煤区和对照区的家养狗；
  

• 同一家庭中儿童和家养狗的血铅水平与铅同位素比值之间存在显著相关性；

• 家养狗与儿童血铅同位素特征提示二者有相似的铅暴露来源；

• 冶炼厂工业活动排放和生活煤炭燃烧释放的含铅污染物是研究区儿童和家养狗铅暴露的主要来源。

导读

      自从逐步淘汰含铅汽油和含铅油漆以来，中国儿童血铅水平有明显下降趋势，但在某些与铅活动相关的领域，如冶炼和采矿、焦化厂等周边，儿童血铅仍保持较高水平。特别是在中国某些农村地区，由于技术条件的限制及相关政策执行不足，尚无法广泛开展儿童血铅水平筛查工作。此外，在实际现场工作调查中，由于血样采集的敏感性及儿童情绪、配合度等因素，获取儿童血液样本具有一定困难。选择其他可替代的样本用于儿童铅暴露途径识别和铅污染来源解析已成为一个重要研究方向。家养狗已被证明是用来监测人类铅暴露的“哨兵生物”。然而，家养狗的血液是否可以用于指示儿童铅暴露的污染源，仍需要证据。因此，本研究为了评估家养狗血铅在预测儿童铅暴露水平和污染源解析中的潜在用途，结合潜在的环境污染来源样本，调查和对比了分别来自铅锌冶炼厂区、以煤炭为主要生活燃料的燃煤区和无工业活动的对照区周边的儿童和家养狗的血铅浓度和同位素比值（表示为²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb、²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb），以期进一步为家养狗成为人类铅暴露的哨兵提供相关证据，并为儿童铅暴露的来源解析提供一种可替代方法。

研究方法

       在获取伦理审查委员会的批准和居民知情同意的前提下，按照随机抽样的原则在每个研究区域选取受试儿童及家养狗，并采取“面对面”访谈的方式对儿童及家养狗日常行为模式进行问卷调查。在医护人员和专业兽医的协助下分别采集儿童和家养狗的血液样品，同时收集每个地区的潜在环境污染样本（主要为冶炼厂排放废渣、居民生活使用的煤炭等）。使用ICP-MS分别测定儿童及家养狗血铅浓度及铅同位素比值（²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb、²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb），探究家养狗和儿童血铅水平的相关性，同时，在基于铅同位素技术的基础上，分别识别家养狗和儿童的铅环境污染来源。

主要研究成果

      冶炼区、燃煤区和对照区家养狗的血铅水平中位值分别为16.94 ± 2.53 μg·dL-1 (in the range of 14.31~21.78 μg·dL-1), 8.70 ± 1.06 μg·dL-1 (6.99~10.74 μg·dL-1) 和 3.85 ± 0.54 μg·dL-1 (2.92~4.69 μg·dL-1)。三个地区的家养狗血铅水平存在统计学显著差异（p<0.01）。冶炼区和燃煤区的家养狗血铅水平超过100 μg·dL-1的比率分别为100%和6.7%。而对照区内所有家养狗血铅水平都未超过5.0 μg·dL-1。燃煤区和对照区儿童血铅水平的中位值分别为8.43 ± 1.01 μg·dL-1 (6.37~9.57 μg·dL-1), 3.59 ± 0.40 μg·dL-1 (2.77~4.36 μg·dL-1)，两个地区儿童的血铅水平存在显著差异（p<0.01）。燃煤地区和对照地区儿童的血铅水平均超过了美国现行的血铅标准3.5 μg·dL-1。结果表明，生活在中国燃煤地区的儿童仍有铅暴露和铅中毒的风险。

      图1和表1 （见全文链接）所示，燃煤区和对照区家养狗血铅水平高于同一家庭中相应的儿童血铅水平。Kruskal-Wallis分析结果表明，同一家庭儿童和家养狗血铅水平没有显著差异（p>0.05）。Spearman相关性分析结果显示，在燃煤地区和对照地区，同一家庭家养狗的血铅水平与儿童血铅水平显著相关，相关系数（R）分别为0.930（p<0.01）和0.829（p<0.01）。

图1 燃煤区和对照区儿童和家养狗血铅水平的相关性分析

       如图2所示，对燃煤区和对照区儿童和家养狗之间的血铅同位素比值进行了Spearman相关分析。在燃煤地区，儿童和狗的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb和²⁰⁸Pb/²⁰⁶Bb的相关系数R值分别为0.925（p<0.01）和0.936（p<0.01）。在对照区，²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb和²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb的相关系数R值分别为0.943（p<0.01）和0.946（p<0.01）。结果表明，同一地区家养狗和儿童的血铅同位素比值显著相关，这意味着家养狗和儿童可能具有相似的铅暴露污染来源。

图2 燃煤区和对照区儿童和家养狗血铅同位素比值的相关性分析

      图3显示不同地区儿童和家养狗血液和潜在污染源中的铅同位素比值特征。冶炼区家养狗的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb和²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb值部分落在矿渣的铅同位素比值范围内（分别为0.8741±0.013；2.1127±0.012，²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb和²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb），部分落在煤炭范围内（0.8650±0.01；2.0974±0.012），这表明矿石冶炼和煤炭燃烧的排放是当地家养狗血铅暴露的主要来源。燃煤地区儿童血液和狗血液的铅同位素比值具有高度可比性和重叠性，与当地民用煤的铅同位素比值相似（²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb和²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb分别为0.8515±0.01和2.0683±0.017），对照区儿童和家养狗的大多数血液铅同位素比值也具有高度可比性和重叠性，与当地民用煤相似（²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb和²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb为0.8306±0.015和2.075±0.027），研究结果进一步证明可以根据家养狗的血铅同位素比值识别的铅污染来源结果确定儿童铅暴露的可能来源。

图3 不同地区儿童和家养狗血液和潜在污染源中的铅同位素比值（²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb和²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb）（SA：冶炼区；CF：燃煤区；CA：控制区。含铅油漆LIR是从参考中获得的，仅列出了平均值；平均值用误差条表示SD。）

研究结论

        基于铅同位素比值特征的方法，本研究直接探讨了家养狗与其生活同一家庭中的儿童之间的关系。一般来说，家养狗的血铅水平高于儿童，同一家庭的儿童和狗之间的血铅水平存在显著相关性。与儿童一样，性别和年龄也会导致家养狗个体暴露的差异。家养狗的血铅同位素比值与同一家庭的儿童显著相关。通过对潜在污染源（冶炼矿渣、煤炭等）和血液样本的铅同位素比值进行对比，发现基于家养狗血铅识别的铅污染来源与基于儿童血铅识别的铅污染来源一致。本研究结果表明，家养狗可以作为监测儿童铅暴露的哨兵动物。在铅污染地区，需要采取相关污染控制措施，以减少周围儿童和家养狗的铅暴露，儿童和家养动物的血铅筛查工作仍需进一步普及和完善。