基于蒙特卡洛模拟的伊朗赞詹饮用水中氟化物概率健康风险评估（Probabilistic Health Risk Assessment of Fluoride in Drinking Water Using Monte Carlo Simulation）

《Desalination and Water Treatment》：Monte carlo based probabilistic health risk assessment of fluoride in the drinking water of Zanjan, Iran

　　

本研究采用蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation, MCS）对伊朗赞詹市饮用水中的氟化物暴露进行概率健康风险评估，以量化评估过程中的不确定性。研究结果显示，饮用水中氟化物的平均浓度低于世界卫生组织（World Health Organization, WHO）饮用水指南值。儿童群体表现出最高的概率氟化物暴露水平及相应的健康风险。敏感性分析表明，饮用水氟化物浓度（fluoride concentration, C）和饮水摄入率（ingestion rate, IR）是模型不确定性的主要来源。研究人员通过概率方法识别出传统确定性评估可能遗漏的高风险亚人群，为区域饮用水氟化物管理和公共卫生决策提供了科学依据。

**论文解读：基于蒙特卡洛模拟的赞詹市饮用水氟化物概率健康风险评估**

**一、研究背景与问题**

氟化物是地下水中最常见的成分之一，在人体健康中具有双向作用。适量浓度（约0.5–1.5 mg/L）的氟化物有助于预防龋齿并促进骨骼矿化，但过量暴露则可能导致牙齿和骨骼氟中毒，并对软组织和神经系统产生不良影响。伊朗约19%的饮用水样本氟化物浓度超过国家标准（1.5 mg/L），尤其在南部和中部省份，过量氟暴露已成为重要的公共卫生问题。婴幼儿和儿童因体重较低、单位体重饮水量更高，对氟化物更为敏感。传统的健康风险评估多采用确定性方法，依赖固定输入参数，无法充分反映人群行为和生理差异带来的不确定性。蒙特卡洛模拟（MCS）通过基于概率分布的随机抽样，能够生成数千种可能场景，从而更全面地刻画健康风险的概率分布。然而，伊朗西北部地区尚无应用MCS进行氟化物健康风险评估的研究。赞詹市地处独特地质构造带，碳酸盐和泥灰岩地层、农业与工业活动可能影响地下水中氟化物浓度，供水管网和储水水库的水质变化也可能导致氟化物水平波动。因此，有必要在该地区开展基于MCS的概率健康风险评估。

**二、研究目的与实施**

本研究旨在评估2024年赞詹市饮用水配水管网和储水水库中氟化物暴露引起的非致癌健康风险。研究人员整合了慢性每日摄入量（Chronic Daily Intake, CDI）、目标危害商数（Target Hazard Quotient, THQ）和暴露边际（Margin of Exposure, MoE）三项指标，对儿童、青少年和成人三个年龄组分别进行风险评估。研究收集了56个饮用水样本，覆盖地下水井、储水水库和配水管网采样点，采用SPADNS比色法测定氟化物浓度。通过MCS进行100,000次迭代模拟，并结合敏感性分析识别影响风险不确定性的关键参数。

**三、主要技术方法**

研究采用了以下关键技术方法：其一，SPADNS分光光度法测定水样中氟化物浓度，检测限（LOD）为0.04 mg/L，定量限（LOQ）为0.07 mg/L；其二，基于CDI、THQ和MoE三种互补的风险指标进行非致癌风险表征；其三，利用Oracle Crystal Ball软件执行蒙特卡洛模拟，对氟化物浓度、饮水摄入率、体重、暴露时长等参数进行概率分布拟合，其中氟化物浓度经拟合优度检验符合Gamma分布；其四，通过秩相关敏感性分析量化各输入变量对模型输出不确定性的贡献。所有样品均来自赞詹省卫生中心2024年常规监测计划，运输和保存均遵循冷链及标准操作规范。

**四、研究结果**

**4.1 非致癌风险评价**
基于平均氟化物浓度（0.43 ± 0.25 mg/L），儿童、青少年和成人的CDI分别为0.0358、0.0121和0.0105 mg/kg bw/day，儿童最高，成人最低，差异主要由体重差异导致。对应THQ值分别为0.60、0.20和0.18，均低于1.0的安全阈值，表明在参考剂量（RfD）框架下平均暴露水平不会导致显著的非致癌风险。然而，以0.15 mg/kg bw/day的NOAEL计算，MoE值分别为4.19、12.40和14.29，均远低于100的基准值，提示长期骨骼效应的安全边际不足，尤其是儿童。

**4.2 概率风险分析**
MCS结果表明，儿童CDI均值（0.035 mg/kg bw/day）最高，且分布范围最宽（5th–95th百分位：0.003–0.093 mg/kg bw/day），反映了较大的个体间差异。THQ均值从儿童（0.592）递减至青少年（0.200）和成人（0.173），但儿童95th百分位THQ达到1.543，超过安全阈值，表明部分高暴露儿童可能面临潜在非致癌风险。MoE则随年龄增加而升高（儿童9.746，青少年14.727，成人31.436），但所有模拟值均低于100，提示安全边际未达到推荐水平。

**4.3 敏感性分析**
秩相关敏感性分析显示，在所有年龄组和所有风险指标中，氟化物浓度（C）是模型不确定性的主导因素（儿童r≈0.73，青少年r≈0.75，成人r≈0.46），饮水摄入率（IR）是第二重要参数（儿童r≈0.57，青少年r≈0.56，成人r≈0.04），而暴露时长、体重、暴露频率、平均时间等参数贡献微弱（r≤0.18）。这一模式与伊朗其他地区研究一致，表明控制饮用水中氟化物浓度是降低风险的首要干预靶点。

**4.4 与国家标准和WHO指南的比较**
所有水样氟化物浓度范围为0.0–1.1 mg/L，均低于世界卫生组织（WHO）和伊朗国家标准规定的1.5 mg/L限值。尽管浓度合规，但概率分析显示儿童高百分位THQ超阈，提示仅基于浓度标准的评估可能低估脆弱人群的风险。与伊朗其他地区相比，赞詹市氟化物浓度低于布什尔（1.2 mg/L）、克尔曼（0.9 mg/L）和亚兹德（0.8 mg/L）等省份。

**五、讨论与结论**

本研究表明，单一的THQ指标可能低估风险，而MoE则提供了更谨慎的评估视角。THQ基于RfD（该值已包含不确定因子），MoE直接与NOAEL比较，二者概念不同，不能相互替代。概率方法揭示了确定性评估无法识别的儿童高风险亚群，证明了整合多种风险指标的必要性。研究局限性在于采样仅基于2024年监测计划，未设计纵向季节采样，因此无法独立量化氟化物浓度的季节性变化。

**结论**：赞詹市饮用水氟化物平均浓度低于WHO指南值，确定性评估显示各年龄组THQ均低于1，但概率分析发现儿童95th百分位THQ超过安全阈值，且所有年龄组MoE均低于100，提示长期骨骼效应安全边际不足。氟化物浓度和饮水摄入率是风险不确定性的主要来源，应作为风险管理的优先控制参数。研究强调，需持续监测氟化物浓度，实施有效的水质管理计划，并特别关注儿童这一最敏感人群，为赞詹市及类似水文地质条件地区的饮用水安全管理和公共卫生决策提供了科学依据。