基于生物可及性与毒代动力学模型的土壤重金属健康风险精准评估范式创新

针对传统健康风险评估(HRA)因忽略重金属生物可及性导致风险高估的问题，浙江大学团队通过整合体外生物可及性(IVBA)测试、蒙特卡洛概率风险评估及生理毒代动力学(PBTK)模型，系统评估了宁波工业区土壤重金属风险。研究发现考虑生物可及性可使非致癌风险概率降低78-83%，致癌风险高估减少70%，尿液中重金属预测浓度降幅达60-98%，为土壤精准风险管理提供了双验证新范式。

　　

随着工业快速发展，城市土壤重金属污染已成为全球性环境健康挑战。传统健康风险评估(HRA)存在两大痛点：一是依赖重金属总量数据，忽视生物可及性（bioaccessibility）导致风险高估；二是仅评估外部暴露水平，缺乏与体内实际剂量的关联验证。这些问题可能引发过度修复，造成资源浪费。

针对这些科学难题，浙江大学环境与资源学院的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表创新性研究。该工作以宁波工业聚集区126份土壤样本为研究对象，通过三步突破性设计：首先采用体外胃肠/呼吸/皮肤模拟系统测定8种重金属(As、Cd等)的多途径生物可及性；继而构建整合生物可及性的蒙特卡洛概率风险评估模型；最后开发地域适配的生理毒代动力学(PBTK)模型，通过尿重金属数据反向验证评估准确性。

关键技术包括：1) 基于UBM(Unified Bioaccessibility Method)的体外多途径生物可及性测试；2) 融合10⁵次迭代的蒙特卡洛概率模拟；3) 包含吸收-分布-代谢-排泄(ADME)全过程的PBTK建模；4) ICP-MS检测土壤及尿液重金属浓度。

【研究结果】

1. 重金属空间分布特征
   工业区土壤Cd、Pb、Hg变异系数达63-137%，显示强烈人为干扰。生物可及性呈现途径差异性：胃肠途径Cd(58.3%)>Pb(32.1%)，而呼吸途径As(12.4%)显著高于其他元素。

2. 概率风险评估革新
   传统总量评估显示儿童致癌风险概率为3.2×10^-4，考虑生物可及性后降至9.6×10^-5。非致癌风险概率降幅更达78-83%，证实生物可及性整合可显著降低"假阳性"风险判定。

3. 毒代动力学验证突破
   PBTK模型预测显示，尿Cd浓度从总量估算的1.47 μg·L^-1降至生物可及性修正后的0.58 μg·L^-1，与实测值(0.52 μg·L^-1)偏差缩小62%。Cr的预测精度提升最显著，偏差从298%降至8.3%。

【结论与意义】
该研究创立了"体外生物可及性-概率风险评估-体内毒代动力学验证"的三维评估框架，首次实现从土壤污染到靶器官剂量的全链条精准预测。其核心突破在于：1) 证实生物可及性修正可使致癌风险高估减少70%，为环境标准修订提供量化依据；2) 通过PBTK模型实现尿生物标志物反向验证，填补了HRA结果生理相关性缺失的空白；3) 建立工业区特异性参数数据库，包括呼吸生物可及性系数等关键本地化参数。这项研究不仅为土壤风险管理提供精准决策工具，其方法论框架更可拓展至大气颗粒物、食品污染物等多元暴露场景的健康评估。