基于蒙特卡洛模拟的卡尚饮用水有毒元素健康风险评估与敏感性分析

本研究针对伊朗卡尚地区饮用水有毒元素污染问题，采用ICP-MS检测和蒙特卡洛模拟技术，评估了As、Pb、Cd三种重金属的健康风险。结果显示虽然浓度均低于国际标准，但砷(As)对儿童和青少年的致癌风险(ELCR>10-4)超出安全阈值。研究创新性地结合HQ/HI非致癌指数与概率风险评估，为干旱地区饮用水安全管理提供了重要科学依据。

　　

随着全球工业化进程加速和水资源危机加剧，饮用水安全问题日益突出。有毒元素如砷(As)、铅(Pb)和镉(Cd)因其持久性和生物累积性，成为威胁公众健康的重大环境隐患。在伊朗卡尚这样的干旱地区，地下水作为唯一水源更易受到地质和人为污染的双重威胁。尽管现有标准限值能反映即时风险，但长期低剂量暴露的累积效应评估仍存在方法学局限，特别是对儿童等敏感人群的风险量化亟待完善。

卡尚医科大学等机构的研究人员发表在《Scientific Reports》上的研究，创新性地将传统风险评估与蒙特卡洛概率模拟相结合。研究团队采集了13个水库39份水样，通过ICP-MS(电感耦合等离子体质谱)精确测定As、Pb、Cd浓度，运用USEPA推荐的健康风险评价模型计算慢性每日摄入量(CDI)，并采用Crystal Ball软件进行10,000次蒙特卡洛模拟，最终通过敏感性分析识别关键风险因子。

【Concentration of toxic elements】
检测数据显示三种元素平均浓度均低于标准限值：As(3.94μg/L)

【Non-carcinogenic health risk assessment】
通过危害商数(HQ)和危害指数(HI)评估发现，所有年龄组的HI均<1(儿童0.434，青少年0.394，成人0.227)，表明非致癌风险处于安全范围。蒙特卡洛模拟的概率分布显示，As贡献了约90%的HI值，成为主导因素。

【Carcinogenic risk assessment】
致癌风险评估呈现差异化结果：Pb(ELCR≈10^-7)和Cd(≈10^-5)风险可忽略，但As对儿童(1.73×10^-4)和青少年(1.59×10^-4)的ELCR超过10^-4的安全阈值。这一发现特别值得警惕，因为IARC已将无机As列为1类致癌物。

【Monte Carlo simulation results】
概率模拟证实非致癌风险的整体安全性，但揭示出As致癌风险的年龄特异性。5%百分位的儿童ELCR已达1.02×10^-4，意味着即使在最乐观估计下仍存在风险。

【Sensitivity analysis】
敏感性分析显示饮水摄入率(IR)贡献61%的风险变异度，其次是As浓度(28%)。这解释了为何儿童风险更高——其单位体重饮水量是成人的1.5倍，且代谢系统发育不完善。

这项研究通过创新性的概率风险评估方法，突破了传统确定性评估的局限。主要结论包括：1)卡尚饮用水总体符合标准但存在As的潜在致癌风险；2)儿童和青少年是敏感人群，需要针对性保护；3)IR和As浓度是风险调控的关键靶点。研究建议建立基于蒙特卡洛模拟的动态监测系统，特别关注旱季的水质变化，并优先在儿童集中区域部署As去除设备。该成果为干旱地区饮用水安全管理提供了方法论范例，其概率评估框架可推广至其他重金属污染风险评估领域。